МИКРОБИОЛОГИЯ, 2004, том 73, № 4, с. 571-573
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 582.232.05(98)
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗОЛЯТОВ ДРЕВНИХ ЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ПОГРЕБЕННЫХ ЛЬДОВ ВНУТРЕННИХ РАЙОНОВ 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 25.07.02 г.; после доработки 9.02.04 г.
Из образцов погребенных льдов высокополярных внутренних областей Антарктиды, возраст которых может достигать 8.1 млн. лет [1], собранных в результате экспедиции одного из нас в этот район, впервые выделены и получены альгологи-чески чистые культуры древних жизнеспособных зеленых водорослей.
Микробиологическому анализу были подвергнуты 48 образцов из 7 скважин с глубин от 0.1 до 18.7 м. Для обнаружения и выделения древних водорослей накопительные культуры образцов выращивались в чашках Петри в среде BG-11 [2] в двух режимах: в первом варианте при температуре 5-8°C и освещении 400-600 лк, во втором варианте при температуре 18-20°C и освещении 20000 лк. Второй вариант оказался наиболее оптимальным для роста водорослей и через 7 мес. выращивания в накопительных культурах двух образцов из скважины 1/99 с глубин 14.5 и 14.8 м были обнаружены клетки зеленой водоросли, которую согласно [3], можно отнести к порядку Chlorococ-cales, семейству Chlorococcaceae. В образце из этой же скважины с глубины 14.9 м выявлены колонии клеток зеленой водоросли, которая согласно [3], может быть отнесена к порядку Chlorococ-cales, семейству Chlorellaceae. Эти водоросли были идентифицированы как Chlorococcum sp. и Chlorella sp. Альгологически чистые культуры этих водорослей были получены традиционными микробиологическими методами. При проведении экспериментов их выращивали в среде BG-11 при 20°C, при освещении 20000 лк в присутствии 2% С02 в течение 30 сут.
Целью данной работы является изучение состава и содержания фотосинтетических пигментов в клетках древних жизнеспособных зеленых водорослей по спектрам поглощения, вторым производным спектров поглощения и спектрам низкотемпературной флуоресценции. Для выявления возможных спектральных особенностей этих водорослей исследовали спектральные характеристики лабораторной водоросли Chl. vulgaris, культивируемой в тех же условиях выращи-
вания при освещении 20000 лк, температуре 20°C, в присутствии 2% С02 в течение 7 сут.
Спектральные методы, используемые в этих исследованиях, описаны в работе [4]. Сравнительное содержание хлорофилла а в клетках разных видов водорослей оценивали по величине оптической плотности в максимуме этого пигмента при 680 нм (Ä680) в спектрах поглощения суспензий или пленок, выравненных по оптической плотности при 730 нм. О сравнительном содержании хлорофилла b по отношению к хлорофиллу а судили по отношениям величин оптической плотности в максимуме поглощения хлорофилла b при 650 нм к Ä680 (Ä650/Ä680). Содержание каротинои-дов по отношению к хлорофиллу а сравнивали по отношениям величин оптической плотности в области преимущественного поглощения каротино-идов при 480 нм по отношению Ä680 (Ä480/Ä680).
Как видно из рис. 1, в спектре поглощения Chlorococcum sp. в красной области присутствовала широкая ассиметричная полоса хлорофилла а, в которой обнаруживалось два плеча при 680 нм и более коротковолновый при 673 нм, разрешаемых во второй производной спектра поглощения в виде отдельных максимумов 682 и 671 нм. В спектре поглощения Chlorella sp. широкая полоса в области 680 нм во вторых производных представлена также двумя максимумами 682 и 673 нм. Максимум 678 нм в спектре поглощения Chl. vulgaris разрешался во вторых производных на максимумы 682 и 671 нм. Коротковолновый максимум хлорофилла а в области 430-440 нм в спектрах поглощения Chlorococcum sp. и Chlorella sp. во вторых производных расщеплялся на два максимума 440-438 нм и 413-415 нм. В спектре поглощения Chl. vulgaris максимум 437 нм разрешался в спектре вторых производных на максимумы 437 и 415 нм. Полоса поглощения хлорофилла b в спектрах Chlorococcum sp., Chlorella sp. и Chl. vulgaris наблюдалась при 650 нм, а во вторых производных при 650-649 нм и в коротковолновой области при 467-470 нм. Таким образом, положения максимумов хлорофилла а и хлорофилла b в спектрах
572
ЕРОХИНА и др.
А d2Ä/d^2
нм
Рис. 1. Спектры поглощения (а) и спектры вторых производных спектров поглощения (б) клеток разных видов водорослей: 1 - Chlorococcum sp.; 2 - Chlorella sp.; 3 - Chl. vulgaris.
поглощения и во вторых производных спектров поглощения Chlorococcum sp. и Chlorella sp. практически одинаковы и незначительно отличались от таковых в случае Chl. vulgaris, известных в литературе [5]. В коротковолновой области спектров поглощения всех видов водорослей, в области преимущественного поглощения каротиноидов, присутствовал широкий максимум в области 480486 нм, которому соответствовал максимум при 486-488 нм в спектрах вторых производных Chlorococcum sp., Chlorella sp. и Chl. vulgaris. В дополнение к этому максимуму, общему для всех культур водоросле, в спектрах вторых производных Chlorococcum sp. и Chlorella sp. в области поглощения каротиноидов обнаружены дополнительные максимумы 585, 546, 508 и 496 нм.
Величины А680 в спектрах поглощения Chlorococcum sp., Chlorella sp. и Chl. vulgaris были равны соответственно 0.37, 0.23 и 0.67. Это указывало на то, что содержание хлорофилла а в клетках Chlorococcum sp. и Chlorellla sp. было в 1.8 и в 2.9 раз меньше содержания этого пигмента по сравнению с Chl. vulgaris. Величины А650 в спектрах поглощения Chlorococcum sp., Chlorellla sp. и Chl. vulgaris были равны 0.35, 0.28 и 0.15. Соответственно этому отношения А650/А680 в спектрах поглощения этих водорослей составляли 0.75, 0.65 и 0.52. Следовательно, в клетках Chlorococcum sp. и Chlorellla sp. содержание хлорофилла b
по отношению к хлорофиллу а было в 1.4 и в 1.25 раз больше, чем в клетках Chl. vulgaris. Величины Л480 в спектрах поглощения Chlorococcum sp., Chlorellla sp. и Chl. vulgaris равнялись 0.92, 0.45 и 0.62 и, исходя из этого, отношения Л480/Л680 составили 2.48, 1.95 и 0.92 соответственно. Отсюда следовало, что в клетках Chlorococcum sp. и Chlorellla sp. содержание каротиноидов по отношению к хлорофиллу а было в 2.7 и в 2.1 раза больше, чем в клетках Chl. vulgaris.
В спектре низкотемпературной флуоресценции клеток Chl. vulgaris при возбуждении 434 нм (рис. 2) в ближней красной области наблюдались коротковолновые максимумы 686 и 698 нм, а в дальней красной области присутствовал главный максимум 725 нм и небольшое плечо в области 715-717 нм, что соответствовало литературным данным [5]. В спектрах флуоресценции Chlorococcum sp. и Chlorellla sp. также наблюдались коротковолновые максимумы 686 и 698 нм. Однако основным максимумом в этих спектрах являлся максимум 686 нм, интенсивность которого была в 1.2 раза выше по сравнению с его интенсивностью в спектрах флуоресценции Chl. vulgaris. В спектрах флуоресценции Chlorococcum sp. и Chlorellla sp. в дальней длинноволновой области отмечено резкое снижение интенсивности флуоресценции и присутствие максимума в виде плеча при 715-717 нм.
МИКРОБИОЛОГИЯ том 73 № 4 2004
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗОЛЯТОВ
573
/фл., отн. ед.
Рис. 2. Спектры низкотемпературной флуоресценции клеток разных видов водорослей (возбуждение при 434 нм): обозначения, как на рис. 1.
Таким образом, клетки древних жизнеспособных зеленых водорослей из погребенных льдов Антарктиды характеризовались низким содержанием хлорофилла а, высоким содержанием хлорофилла Ь и каротиноидов по отношению к хлорофиллу а и более сложным составом каротиноидов. В спектрах низкотемпературной флуоресценции
этих водорослей отмечено возрастание интенсивности коротковолнового максимума хлорофилла а и резкое снижение интенсивности флуоресценции в длинноволновой области спектра.
Проведенные исследования указывают на перспективность дальнейших исследований по изучению особенностей молекулярной организации фотосинтетического аппарата и генных характеристик древних жизнеспособных водорослей из погребенных льдов Антарктиды.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 01-04-48752.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Gilichinsky D.A., Shatilovich A.V.,Vishnivetskaya T.A., Spirina E.V.,Faizutdinova R.E., Rivkina E.M., Gu-bin S.V., Erokhina L G., Vorobyova E.A., Soina V. How long the life might be preserved? The terrestrial permafrost model for astrobiology // The bridge between the Big Bang and biology / Ed. Glovanneli, CNR President Bureau, special volume. 2001. P. 362-369.
2. Stanier R., Kunisawa R., Mandel M. Purification and properties of unicellular blue-green algae (order Chroo-cocales) // Bacteriol. Rev. 1971. V. 35. № 1. P. 171-175.
3. Андреева B.M. Почвенные и аэрофильные зеленые водоросли (Chlorophyta: Tetrasporales, Chloro-coccales, Chlorosarcinales). Санкт-Петербург: Наука, 1998. 345 c.
4. Ерохина Л.Г., Шатилович A.B., Каминская О.П., Гиличинский Д.А. Исследование спектров поглощения и флуоресценции цианобактерий - фикоби-онтов криптоэндолитических лишайниковых сообществ высокополярных регионов Антарктиды // Микробиология. 2002. Т. 71. № 5. С. 1-8.
5. Govindjee, Satoh K. Fluorescence properties of chlorophyll b- and chlorophyll c-containing algae // Light emission by plants and bacteria. Cell biology / Ed. Govindjee A.J. New York: Academic Press, 1986. P. 497-538.
МИКРОБИОЛОГИЯ том 73 < 4 2004
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.