МИКРОБИОЛОГИЯ, 2004, том 73, № 4, с. 498-503
= ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 582.232
ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗЕЛЕНОЙ ВОДОРОСЛИ ТЯЕБ0иХ1Л - ФИКОБИОНТА КРИПТОЭНДОЛИТИЧЕСКИХ ЛИШАЙНИКОВЫХ СООБЩЕСТВ ВЫСОКОПОЛЯРНЫХ РЕГИОНОВ АНТАРКТИДЫ
© 2004 г. Л. Г. Ерохина, А. В. Шатилович, О. П. Каминская, Д. А. Гиличинский
Институт фундаментальных проблем биологии РАН, Пущино Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Пущино
Поступила в редакцию 24.01.02 г.; после доработки 9.02.04 г.
Из образцов песчаников высокогорных внутренних районов Антарктиды выделена альгологически чистая культура зеленой водоросли ТтвЪоах1а - фикобионта криптоэндолитических лишайниковых сообществ. Измерены спектры поглощения и их вторые производные, проведены расчеты содержания хлорофилла а, хлорофилла Ъ и каротиноидов в ацетоновых экстрактах клеток антарктического фикобионта и свежевыделенного фикобионта ТтвЪои,х1а из лишайника семейства РагшеНасеае среднеевропейской климатической зоны. Установлено, что клетки антарктического фикобионта характеризуются низким содержанием хлорофилла а, высоким содержанием хлорофилла Ъ и каротиноидов по отношению к хлорофиллу а и более сложным составом каротиноидов. Обнаружены значительные различия в спектрах низкотемпературной флуоресценции клеток антарктического фикобионта, в которых отмечено возрастание интенсивности коротковолнового максимума хлорофилла а и снижение интенсивности флуоресценции в длинноволновой области спектра.
Ключевые слова: Антарктида, песчаник, фикобионт криптоэндолитических лишайников ТтвЪоах1а, спектры поглощения, вторые производные спектров поглощения, спектры низкотемпературной флуоресценции.
К настоящему времени описано 5 типов криптоэндолитических лишайниковых сообществ песчаников высокополярных регионов Антарктиды. В трех из них фикобионтами являются цианобакте-рии, среди которых наиболее распространены представители рода ОХовосарж, растущие в разных зонах лишайников. В двух типах сообществ обнаружены зеленые водоросли рода ТтвЪоыхга и ИвшкЫотл аШатсйса, обнаруженные в верхних зонах лишайников [1, 2]. В результате экспедиции одного из нас в высокополярный внутренний район Антарктиды удалось отобрать образцы песчаников формации Веакоп с окрашенными водорослевыми зонами лишайников. Из этих образцов традиционными микробиологическими методами нами были выделены альгологически чистые культуры трех видов цианобактерий, представителей рода О1ово-capsa, сине-зеленого цвета, бурого цвета, красно-оранжевого цвета, и цианобактерии СНтоососайюр-818 8р. зеленовато-коричневого цвета. Измерены спектры поглощения, вторые производные спектров поглощения и спектры низкотемпературной флуоресценции этих видов цианобактерий-фикоби-онтов [3]. Результаты этих измерений позволили нам предположить, что некоторые виды изученных цианобактерий-фикобионтов рода ОХовосарж, ве-
роятнее всего, распространены в верхней зоне лишайников, что подтверждает литературные данные [1]. В клетках этих цианобактерий отмечено низкое содержание хлорофилла а, накопление фикобили-протеидов и каротиноидов - пигментов, активно участвующих в процессах светосбора и передачи энергии возбуждения, в основном, на реакционный центр ФС2. Также отмечен более сложный состав каротиноидов в клетках этих видов цианобактерий-фикобионтов.
Из этих же образцов песчаников нам удалось выделить и получить альгологически чистую культуру зеленой водоросли, которая, согласно [4], является представителем рода ТтвЪоыхга.
Целью данной работы является изучение состава и содержания фотосинтетических пигментов по спектрам поглощения и вторым производным спектров поглощения и спектрам низкотемпературной флуоресценции зеленых водорослей ТтвЪоыхга-фи-кобионта криптоэндолитических лишайниковых сообществ высокополярных районов Антарктиды.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Размельченные образцы песчаников формации Веакоп высокополярного региона Антаркти-
ды c окрашенными водорослевыми зонами лишайников в стерильных условиях помещались в чашки Петри со средой BG-11 [5]. Накопительные культуры выращивали в течение 60 сут в двух вариантах культивирования. В первом варианте накопительные культуры росли при 8°C и освещении белым светом люминесцентных ламп 400-600 лк. Этот вариант был ранее использован в работах Фридманна с сотрудниками для выращивания водорослей рода Trebouxia и Hemichloris antarctica - фикобионтов криптоэндолитических лишайников из этих же районов Антарктиды, но в среде Bold's Basal Medium (BBM) в течение 42 сут [2]. Во втором варианте накопительные культуры выращивали при температуре 20°C и освещении 15000 лк. Цвет и размеры клеток, выросших при этих двух режимах, практически не отличались друг от друга, но количество клеток было больше во втором варианте выращивания. Из накопительных культур клетки переносили на жидкую среду и выращивали альгологически чистую культуру Trebouxia в среде BG-11 при 20°C в присутствии 2% С02 и при освещении 15000 лк в течение 30 сут. Для сравнения изучали водоросль Trebouxia, свежевыделенный фикобионт из лишайника семейства Parmeliaceae нашей климатической зоны. Зеленая водоросль Trebouxia - фикобионт криптоэндолитических лишайников Антарктиды была обозначена как Trebouxia sp.b а фикобионт лишайника семейства Parmeliaceae как Trebouxia sp.2.
Измерения спектров флуоресценции при температуре жидкого азота (минус 196°C) при возбуждении 434 нм проводили на спектрофотометре Hitachi 850 в специальном сосуде Дюара. Оптическая плотность образцов при этом не превышала 0.1-0.2 опт. ед.
Для измерения спектров поглощения и их вторых производных из суспензии клеток готовили высушенные сжатым воздухом пленки толщиной около 0.5 мм и регистрировали спектры на спектрофотометре Shimadzu UV-160 PC (Япония) при комнатной температуре.
Определение содержания хлорофилла а, хлорофилла b и суммы каротиноидов в общем экстракте в охлажденном 100% ацетоне проводили спектрофотометрическим методом с использованием серии уравнений Maclachlan, приведенных в книге [6] для растворов пигментов в 100%-ном ацетоне:
A 0.6
Са = 12.3Ö663 - 0.86Ö
-645»
Cb = 19.3ö645 - 3.6Ö
-663»
Са + Сь = 8.7Ö663 + 18.4Ö
645
400
500
600
700 750 нм
Скар = 4.695Е440.5 - 0.268Са +
Сравнительное содержание хлорофилла а в клетках водорослей оценивали по величине оптической плотности в максимуме этого пигмента при 680 нм (А680) в спектрах поглощения суспен-
Рис. 1. Спектры поглощения клеток водорослей: 1 Trebouxia sp.j; 2 - Trebouxia sp.2.
зий или пленок, выравненных по оптической плотности при 730 нм. О сравнительном содержании хлорофилла Ь по отношению к хлорофиллу а судили по отношению величины оптической плотности в максимуме поглощения хлорофилла Ь при 650 нм и хлорофилла а при 680 нм (А650/А680). О сравнительном содержании каротиноидов судили по отношению величины оптической плотности в области преимущественного поглощения каротиноидов при 500 нм по отношению к А680 (А500М680).
Разница в величинах оптической плотности в максимумах полос в спектрах поглощения пленок водорослей, выращенных в трех биологических повторностях, не превышала 7%, что позволяло представить на рисунках результаты единичного опыта.
РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис. 1 представлены спектры поглощения водорослей ТгеЪоихга 8р.1 и ТгеЪоихга вр.2. Спектры поглощения клеток этих двух культур оказались схожими по положению максимумов поглощения хлорофилла а и хлорофилла Ь. В спектрах поглощения ТгеЪоихга вр^ и ТгеЪоихга вр.2 присутствовала широкая ассиметричная полоса поглощения хлорофилла а, в которой обнаруживалось два плеча при 680 и 672 нм, хорошо разрешаемых во вторых производных спектров поглощения в виде отдельных максимумов при 684 и 669-670 нм (рис. 2, табл. 1). В спектрах поглощения ТтеЪоих1а вр.1 величина оптической плотности при 672 нм была несколько выше по сравнению с величиной оптической плотности при 680 нм. В спектрах поглощения ТтеЪоих1а вр.2, наоборот, величина оптической плотности при 672 нм была ниже, чем при 680 нм.
Рис. 2. Спектры вторых производных спектров поглощения клеток водорослей: 1 - ТтвЪоыл(а Бр.^ 2 - ТтвЪоыл(а Бр^.
Содержание хлорофилла а, которое оценивали по величине оптической плотности при 680 нм (А680), в клетках ТтвЪоых1а Бр.1 было меньше, чем в клетках ТтвЪоых1а Бр.2. Это следует из отношений величины А680 в спектре поглощения ТтвЪоых-¡а 8р.1? равной 0.22, к величине А680 в спектре поглощения ТтвЪоых1а Бр.2, равной 0.32 (рис. 1). Во второй производной спектра поглощения клеток ТтвЪоыхш Бр.1 дополнительно присутствовали максимумы хлорофилла а при 623, 440 и 418 нм, а во второй производной ТтвЪоыхш Бр.2 при 620, 441 и 415 нм (рис. 2, табл. 1). Таким образом, клетки антарктического фикобионта отличались меньшим содержанием хлорофилла а с преобладанием более коротковолновых спектральных форм хлорофилла а по сравнению с фикобионтом из лишайников среднеевропейской климатической зоны.
В спектрах поглощения как ТтвЪоыхш Бр.1, так и ТтвЪоыхш Бр.2, максимум при 650 нм, наиболее ясно выраженный в спектре поглощения ТтвЪоых-¡а Бр.1, принадлежал хлорофиллу Ь. Во вторых производных спектров поглощения клеток этих двух культур водорослей полосы поглощения хлорофилла Ь обнаруживались при 648-649 и при 487 нм (рис. 2, табл. 1). В спектре поглошения ТтвЪоыхш Бр.1 соотношение величины оптической плотности в максимуме поглощения хлорофилла Ь при 650 нм (А650), равной 0.17, к величине А680,
составляющей 0.22, равнялось 0.77. В спектре поглощения ТтвЪоыхш Бр.2 величина А650 была равна 0.2, а величина А680 составляла 0.32 и, соответственно, отношение А650/А680 равнялось 0.62. Таким образом, из представленных спектров поглощения следовало, что содержание хлорофилла Ь по отношению к хлорофиллу а в клетках ТтвЪоыхш Бр.1 было в 1.24 раза больше, чем в клетках ТтвЪоыхш Бр.2.
В спектрах поглощения этих двух водорослей обнаруживались значительные различия в величинах оптических плотностей в области максимального поглощения каротиноидов при 500 нм (рис. 1). В этой области во вторых производных спектров поглощения ТтвЪоыхш Бр.1 и ТтвЪоыхш Бр.2. прису
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.