научная статья по теме РАЗНООБРАЗИЕ И ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ ПРОКАРИОТ В ПРИМИТИВНЫХ ПОЧВАХ ОАЗИСА ЛАРСЕМАНН (ВОСТОЧНАЯ АНТАРКТИДА) Биология

Текст научной статьи на тему «РАЗНООБРАЗИЕ И ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ ПРОКАРИОТ В ПРИМИТИВНЫХ ПОЧВАХ ОАЗИСА ЛАРСЕМАНН (ВОСТОЧНАЯ АНТАРКТИДА)»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2015, № 2, с. 127-133

МИКРОБИОЛОГИЯ

УДК 631.46:579.8.044

РАЗНООБРАЗИЕ И ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ ПРОКАРИОТ В ПРИМИТИВНЫХ ПОЧВАХ ОАЗИСА ЛАРСЕМАНН (ВОСТОЧНАЯ АНТАРКТИДА)

© 2015 г. А. Г. Кудинова*, Л. В. Лысак*, Е. В. Лапыгина*, В. С. Соина*, Н. С. Мергелов**

*Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, ф-т почвоведения, 119991 Москва, Ленинские горы, 1, стр. 12 E-mail: lvlysak@mail.ru **Институт географии РАН, 119017Москва, Старомонетный пер., 29 E-mail: mergelov@igras.ru Поступила в редакцию 13.03.2014 г.

Исследованны разнообразие и жизнеспособность прокариотных сообществ примитивных органо-минеральных почв Восточной Антарктиды и показано, что общая численность бактерий здесь ниже, чем в почвах умеренной зоны, а жизнеспособность бактерий близка к таковой в почвах умеренной зоны. Прокариотные сообщества характеризуются присутствием значительной части клеток в виде фильтрующихся форм, что выше аналогичного показателя для почв умеренной зоны. С помощью метода FISH (fluorescence in situ hybridization) обнаружено, что распределение основных таксонов сходно с распределением в почвах умеренной зоны: доля домена Archaea меньше доли домена Bacteria, суммарное содержание грамотрицательных бактерий (филумы протеобактерии, ацидобак-терии и планктомицеты) больше, чем грамположительных (актинобактерии). Среди филума про-теобактерии отмечено значительное варьирование содержания трех классов протеобактерий по профилю исследованных почв.

DOI: 10.7868/S0002332915010075

Значительный интерес для специалистов, работающих в области микробной экологии, представляют исследования прокариотных сообществ экстремально холодных экосистем Антарктиды. Развитие микроорганизмов здесь происходит в условиях длительного воздействия отрицательных температур, смены режимов замораживания—оттаивания, высоких доз радиации. Изучение прокариотных сообществ данных биотопов важно для исследования как сохранения разнообразия прокариот и эволюции жизни в экстремальных местообитаниях, так и участия бактерий в первичном почвообразовании в экстремальных условиях. Бактериальные сообщества Антарктиды рассматриваются в настоящее время также в качестве моделей для астробиологических исследований, необходимых при планировании изучения планет Солнечной системы (Gilichinsky et al, 2007).

Результаты определения численности отдельных эколого-трофических групп и изучения разнообразия микроорганизмов обобщены преимущественно в работах зарубежных авторов (Cameron et al., 1970; Friedmann, 1982; \^тас, 1993; Friedmann et al., 1996) и касаются в основном почв Западной Антарктики. Проводящиеся в настоящее время интенсивные молекулярно-генетиче-

ские исследования таксономического разнообразия антарктических почв также приурочены к этим районам (Уе^еаи а1., 2007; Zeng а1., 2010). Опубликованные зарубежными исследователями данные свидетельствуют о значительной заселенности исследованных антарктических почв микроорганизмами. Вместе с тем до настоящего времени уделялось мало внимания характеристике потенциальной жизнеспособности, биологической активности и устойчивости к внешним воздействиям антарктических микроорганизмов, участвующих в почвообразовательных процессах, что должно обеспечиваться адаптацией микроорганизмов к данным условиям.

В последнее время активно изучаются механизмы адаптации микроорганизмов к природным условиям, в том числе и под действием экстремальных факторов, позволяющих им сохранять свою жизнеспособность в неблагоприятных для роста условиях. В этих случаях возможны как замедление роста клеток, так и их переход в покоящееся состояние в результате происходящих в клетках физиологических и биохимических перестроек. Одной из возможных форм переживания бактерий в природных условиях многими авторами рассматриваются мелкие формы бактерий (<0.4 мкм), которые обнаружены микроскопиче-

Таблица 1. Характеристика исследованных примитивных антарктических почв

№ образца Описание образцов, горизонты С, % N, % pH водн.

Разрез 10-45. Эндолитная почва

1 W, 0—1 см. Нижняя поверхность десквамационной плитки на гранитоиде, органоминеральный горизонт с видимыми скоплениями одноклеточных водорослей и цианобактерий на поверхности зерен кварца и полевых шпатов 3.33 0.47 6.4

Разрез 10-15L1. Примитивная органоминеральная почва в днище влажной долины

7 8 9 КМ + V 0—1 см. Песчаная подушка под каменной мостовой со скоплениями мертвой и живой биомассы одноклеточных водорослей и цианобактерий Вь 1—2(3) см. Минеральный материал, ржаво-бурый крупнозернистый песок, есть признаки мицелия грибов или актиномицетов В2, 2(3)—10 см. Минеральный горизонт, ржаво-бурый крупнозернистый песок без признаков мицелия 0.37 0.11 0.04 0.01 6.85 7.7

Разрез 10-06. Примитивная органоминеральная почва в днище влажной долины с торфянистым горизонтом

13 14 15 16 КМ + V, 0—2(4) см. Песчаная подушка под каменной мостовой со скоплениями одноклеточных водорослей Т, 2—4 см. Органоминеральный горизонт с примесями торфяного материала Вь 4—10 см. Минеральный материал, ржаво-бурый крупнозернистый песок, есть признаки мицелия грибов или актиномицетов В2, 10—20 см. Минеральный материал, ржаво-бурый крупнозернистый песок, без признаков мицелия 0.12 8.74 0.26 0.17 0.02 0.48 0.03 6.95 5.25 5.55 6.85

Примечание. "—" — не определяли, для табл. 1 и 4.

скими методами в различных природных субстратах и известны под названиями "ультрамикробак-терии", "карликовые клетки", "фильтрующиеся формы". Предполагается, что подобные формы — один из механизмов переживания бактерий в неблагоприятных условиях среды (Вайнштейн, Кудряшова, 2000; Дуда и др., 2012). Проведенные ранее исследования почвенных конкреций, различных типов почв и мерзлых арктических осадков in situ позволили также выявить значительное содержание фильтрующихся клеток бактерий, многие из которых по своим цитоморфологиче-ским особенностям могут быть отнесены к переживающим формам (Кадулин и др., 2012; Соина и др., 2012а). Специальные исследования фильтрующихся форм прокариот в антарктических биотопах до сих пор не проводили.

Сравнительно недавно началось систематическое изучение примитивных почв и почвоподоб-ных тел в районе российских антарктических станций, в том числе не исследованных ранее оазисов береговой части Восточной Антарктики (Gilichinsky et al., 2010; Абакумов, 2011; Горячкин и др., 2012; Мергелов и др., 2012). Важное значение для понимания специфики процесса образования примитивных почв имеет изучение функционирования микроорганизмов, заселяющих приповерхностные слои породы и участвующих в синтезе и разложении органического вещества.

Цель работы — исследование жизнеспособности и разнообразия прокариотных сообществ на уровне основных филумов, а также фильтрующихся форм прокариот в ранее не изученных примитивных почвах берегового оазиса Ларсе-манн Восточной Антарктиды.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Образцы почв были отобраны на территории оазиса Ларсеманн (береговая часть Восточной Антарктиды, район Российской станции "Прогресс"). Детальное описание точек отбора образцов приведено в нашей предыдущей работе (Соина и др., 2012а, б). Объектами исследования служили образцы основных генетических горизонтов примитивных антарктических почв, отобранные из двух разрезов (10-06 и 10-15L1), а также эндолитной почвы, формирующейся на обнажениях гранитои-дов (табл. 1). Образцы отбирали во время 55-й Российской антарктической экспедиции (2010 г.) с соблюдением условий стерильности и хранили до анализов в морозильной камере при —18°С.

Общую численность бактерий, численность и долю фильтрующихся форм прокариот (ФФП) в общей численности бактерий определяли с помощью флуоресцентного красителя акридина оранжевого (Методы..., 1991). Потенциальную жизнеспособность клеток бактерий (долю клеток с непо-

Таблица 2. Соотношение бактерий в примитивных антарктических почвах (млн клеток в 1 г)

№ образца № разреза Горизонт Общая численность бактерий Численность ФФП Доля ФФП в общей численности бактерий, %

1 Разрез 10-45 W, 0-1 cm 500 ± 50 80 ± 10 16

7 8 9 Разрез 10-15L1 КМ + V, 0-1 cm Вь 1-2(3) см В2, 2(3)—10 см 580 ± 50 380 ± 40 120 ± 10 130 ± 15 300 ± 30 70 ± 10 22 79 58

13 14 15 16 Разрез 10-06 КМ + V, 0-2(4) cm T, 2-4 см Вь 4-10 см В2, 10-20 см 290 ± 30 230 ± 20 31 ± 16 80 ± 10 260 ± 25 60 ± 10 80 ± 10 50 ± 10 89 26 25 63

врежденной клеточной мембраной) определяли с помощью флуоресцентного двухкомпонентного красителя L7012 (LIVE/DEAD BacLigth Bacterial Viability Kit..., 2004) в соответствии с рекомендациями производителя и с использованием люминесцентного микроскопа Zeiss Axioskop 2 plus (Германия) со светофильтром Filter set 09. Численность бактерий в 1 г почвы рассчитывали по общепринятой методике, используемой при работе с акридином оранжевым (Методы., 1991).

Для обнаружения ФФП в исследованных образцах была использована методика, включавшая в себя выделение бактериального комплекса из почвенной суспензии с дальнейшей фильтрацией проб через ядерные мембранные фильтры (Sarstеdt, Германия) с размером пор 0.2 мкм (200 нм) и концентрированием полученного фильтрата центрифугированием. Навеску почвы (1 г) помещали в 100 мл стерильной воды, обрабатывали на приборе УДЗН-1 (Россия) при 22 кГц и 0.44 А в течение 2 мин для десорбции клеток с поверхности частиц. Почвенные частицы осаждали центрифугированием (10 мин, 2000 оборотов (об.)). Надо-садочную жидкость набирали в медицинский стерильный шприц и пропускали через мембранный фильтр-насадку (Sarstеdt, размер пор 0.2 мкм), затем концентрировали полученный фильтрат центрифугированием (10 мин, 8000 об.). Диаметр подавляющей части клеток, полученных по такой методике, составлял 120—200, а длина — 300—400 нм, что было отмечено нами ранее при изучении морфологии и размеров клеток в просвечивающем электронном микроскопе (Соина и др., 2012б).

Таксономический состав прокариот на уровне доменов и филумов определяли молекулярно-биологическим методом FISH (fluorescence in situ hybridization) с 16S р РНК-специфичными оли-гонуклеотидными маркерами, меченными флуоресцентными красителям

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»