Введение к работе
Актуальность темы.
Исследование закономерностей действия температурного фактора на активность жизнедеятельности микробных популяций является актуальной современной задачей. Адаптации к температуре влияют на интенсивность микробного дыхания, в ходе которого выделяется двуокись углерода, являющаяся одним из «парниковых газов». Изменение концентрации этих газов приводит к общему изменению климата. Поэтому актуальна проблема зависимости от температуры функциональной активности микроорганизмов, в частности активности мицелиальных актинобактерий - актиномицетов (Звягинцев и др., 2011).
Традиционно считалось, что актиномицеты с трудом адаптируются к
низким температурам, и среди них очень мало представителей, способных
жить в холодных местах обитания. В последнее время в литературе
появились работы, посвященные выделению психротолерантных
мицелиальных актинобактерий из холодных мест обитания (Xu, Jiang, 1996).
Существуют лишь разрозненные сведения об обнаружении
психротолерантных актиномицетов в почвах (Wang et al., 2004). Так
отмечалось, что в почвенных образцах, собранных в альпийских луговых
экосистемах, обнаружены психротолерантные актиномицеты,
принадлежащие к родам Streptomyces, Micromonospora, Nocardia, Promicromonospora. Исследование ферментативной активности выделенных штаммов показало, что стрептомицеты более активны по сравнению с представителями других родов (Xu, Jiang, 1996). Авторы показали, что в условиях холодного климата в Китае среди почвенных актиномицетов преобладают представители рода Streptomyces. Среди психротолерантных актиномицетов, выделенных из лесных и луговых почв юго-восточного Тибета, обнаружены представители рода Actinosynnema (Не et al., 2004). Однако до сих пор остается невыясненным вопрос о том, насколько значимо участие психротолерантных актиномицетов в процессах формирования микробных комплексов наземных экосистем разных климатических зон, и каков потенциал продукции биологически активных веществ почвенными психротолерантными актиномицетами.
Цель работы.
Определение закономерностей распространения и функционирования психротолерантных актиномицетов в наземных экосистемах различных климатических зон.
Задачи исследования:
-
Определение численности психротолерантных и мезофильных актиномицетов в почвах и растительных субстратах наземных экосистем разных почвенно-климатических зон.
-
Исследование динамики роста мицелия психротолерантных актиномицетов в почве.
-
Определение доли метаболически активных психротолерантных представителей филума Actinobacteria от метаболитически активных психротолерантных представителей домена Bacteria в прокариотных микробных сообществах почв и растительных субстратов наземных экосистем.
-
Экофизиологическая характеристика культур психротолерантных актиномицетов, выделенных из экосистем различных климатических зон.
-
Определение температурного диапазона и диапазона влажности роста выделенных культур психротолерантных актиномицетов.
Научная новизна.
Впервые установлено, что в северных почвах с низкими температурами,
не превышающими 10С даже в поверхностных слоях в летнее время года,
психротолерантные актиномицеты активно растут и развиваются, образуют
мицелий и составляют неотъемлемую часть гидролитического микробного
блока, принимающего участие в деградации растительных остатков.
Численность психротолерантных актиномицетов составляет в почвах и
растительных субстратах тысячи и сотни тысяч КОЕ/г субстрата, достигая
наиболее высоких значений в местообитаниях с высоким содержанием
органического вещества и постоянно низкой температурой. Количество
психротолерантных актиномицетов достоверно снижается в почвах южных
климатических зон по сравнению с северными. Доля психротолерантных
метаболитически активных представителей филума Actinobacteria составляет
от 4 до 33% от биомассы психротолерантных метаболитически активных
представителей домена Bacteria в прокариотных микробных сообществах
почв и растительных субстратов изученных наземных экосистем. Биомасса
психротолерантных метаболитически активных мицелиальных
актинобактерий, как правило, превышает биомассу психротолерантных метаболитически активных одноклеточных актинобактерий. Исследование экофизиологических свойств почвенных психротолерантных актиномицетов показало, что при уменьшении температуры культивирования от 20С до 5С повышается содержание ненасыщенных жирных кислот в липидах
клеточных мембран стрептомицетов. Экониши психротолерантных и мезофильных актиномицетов различаются не только по фактору температуры, но и по спектру потребляемых субстратов. Экспериментально показано, что психротолерантный актиномицет Streptomyces griseus Н.5.6 FR837628 является ксеротолерантным.
Практическая значимость.
Исследования актиномицетов, адаптированных к существованию в холодных почвах, позволяют не только расширить пределы наших представлений об экологических нишах, занимаемых мицелиальными актинобактериями, но и выявить среди холодостойких видов продуценты новых биологически активных веществ. Знание закономерностей распространения и функционирования психротолерантных актиномицетов в экосистемах различных климатических зон будет способствовать созданию схем управления микробными популяциями в исследованных районах. Материалы исследований могут быть использованы в лекционных курсах по биологии почв и экологии актиномицетов.
Апробация работы.
Основные положения работы доложены на международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (2009-2013), Всероссийском симпозиуме с международным участием «Современные проблемы физиологии, экологии и биотехнологии микроорганизмов» (2009) и на VI Всероссийском съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (2013).
Публикации.
По результатам исследований опубликовано 16 печатных работ, из них 7 статей в реферируемых журналах, входящих в список журналов, рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ для опубликования результатов диссертационных работ.
Объем работы.
Диссертация состоит из следующих разделов: введения, обзора литературы, экспериментальной части (объекты и методы исследования, результаты, обсуждение), выводов, списка литературы и приложения. Материалы диссертации изложены на 117 страницах текста, содержат 39 рисунков и 10 таблиц. Список литературы включает 120 источников, в том числе 77 на иностранном языке.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность заведующему кафедры биологии почв факультета почвоведения, член-корр. РАН, профессору, д.б.н. И.Ю. Чернову, своему научному руководителю профессору, д.б.н. Г.М. Зеновой, сотрудникам кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ, особенно профессору, д.б.н. Д.Г. Звягинцеву, д.б.н. П.А. Кожевину, д.б.н. Н.А. Манучаровой, к.б.н. Т.А. Грачевой, к.б.н. А.В. Якушеву. Благодарю аспирантов факультета почвоведения МГУ Е.П. Макарову и М.Н. Маслова за предоставление образцов почв для исследования.