научная статья по теме ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИАНОБАКТЕРИЙ НЕКОТОРЫХ СОЛОНОВАТЫХ И СОЛЕНЫХ ОЗЕР ЮЖНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ Биология

Текст научной статьи на тему «ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИАНОБАКТЕРИЙ НЕКОТОРЫХ СОЛОНОВАТЫХ И СОЛЕНЫХ ОЗЕР ЮЖНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ»

МИКРОБИОЛОГИЯ, 2011, том 80, № 2, с. 230-240

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 576.8(571.54+571.55)

ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИАНОБАКТЕРИЙ НЕКОТОРЫХ СОЛОНОВАТЫХ И СОЛЕНЫХ ОЗЕР

ЮЖНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

© 2011 г. Д. Д. Цыренова*, 1, А. В. Брянская2, З. Б. Намсараев3, В. Н. Акимов4

1 Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, Улан-Удэ 2Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск 3 Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, Москва 4Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, Пущино

Поступила в редакцию 16.02.2010 г.

Было проведено изучение видового состава цианобактерий в 12 озерах Южного Забайкалья. В исследуемых озерах было обнаружено 28 видов цианобактерий, среди которых 10 видов впервые показаны для озер Южного Забайкалья. Проведено изучение морфологии, экофизиологии и филогенетического положения чистых культур цианобактерий. На основе анализа последовательностей генов 168 рРНК культуры Суа 1, Суа 2 и Суа 10 были отнесены к роду Ркогт1&ыш, а культуры Суа 5 и Суа 6 — к роду Nodыlaria. Суа 4 согласно морфологическим характеристикам отнесена к Pseыdanabaena frigida. Изученные организмы являлись умеренными алкалофилами и имели широкий диапазон развития от 0 до 100 г/л №С1 в среде.

Ключевые слова: соленые озера, Южное Забайкалье, цианобактерии, экофизиология, таксономия.

Солоноватые и соленые озера широко распространены в аридных зонах нашей планеты. Они представляют собой уникальные экосистемы, в которых экстремально высокие значения рН сочетаются с высокими концентрациями солей вплоть до насыщающих [1]. Такие озера являются местом активной деятельности алкалофильных микроорганизмов, в том числе цианобактерий [2]. Эта обширная группа фотосинтезирующих прокариот, зачастую выступает основным продуцентом органического вещества в содовых, солоноватых и соленых озерах [3]. Высокая функциональная активность цианобактерий в экстремальных экосистемах обусловлена присущей им физиологической пластичностью и быстрой реакцией на изменение физико-химических параметров среды.

До недавнего времени работа с цианобактериями проводилась только с использованием классических методов, однако к настоящему моменту уже сделано немало работ по изучению цианобактерий с использованием молекулярно-генетических методов. Основная проблема, затрудняющая более подробное исследование цианобактерий, это выделение аксе-ничных культур. Первым этапом, без которого невозможно выделение чистых культур цианобакте-рий, является изучение их экологии и видового разнообразия в природных условиях.

Автор для корреспонденции: (e-mail: baldanovaD@ram-bler.ru).

В ряде озер Байкальского региона ранее было изучено видовое разнообразие и экофизиология цианобактерий [4, 5], и настоящая работа является продолжением этих исследований. Цель работы — изучить видовой состав цианобактерий солоноватых и соленых озер Южного Забайкалья, выделить чистые культуры, определить их экофизиологиче-ские характеристики и таксономическое положение.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследуемыми водоемами являлись солоноватые и соленые озера Южного Забайкалья, географически делящиеся на две группы: озера Селенгинской Дау-рии (Республика Бурятия) и озера Онон-Борзинско-го бассейна (Забайкальский край). В Селенгинской Даурии расположены озера Сульфатное, Белое (Оронгойское), Верхнее Белое, Соленое (Киран). Озера Онон-Борзинского бассейна делятся на три подгруппы: Ононские, Борзинские и Агинские. К Агинской подгруппе относятся Горбунка, Хилганта, Зун Холво, Ехэ Тором; к Ононской — Зун Торей; к Борзинской — Борзинское, Бабье, Цаган Нуур. Исследования озер были проведены с 2001 по 2007 гг

Методы исследования водоемов. Определение физико-химических параметров и отбор проб для микробиологических исследований проводили по общепринятой методике [6].

Определение видового состава цианобактерий по стандартным морфологическим признакам. Микро-скопирование цианобактерий проводили с помощью микроскопа Axiostar plus ("Carl Zeiss", Германия). Определение таксономической принадлежности цианобактерий проводили по Еленкину, Голлербаху [7, 8] и уточняли по Комареку и Анагно-стидису [9, 10].

Статистический анализ распределения таксонов цианобактерий в озерах. Для оценки сходства или различия таксономического спектра цианобактерий в озерах был применен коэффициент флористической общности Жаккара, модифицированный Малышевым [11]. Полученные коэффициенты были обработаны в программе Statistica 6.0. Дендрограм-мы были построены по методу невзвешенного попарного арифметического среднего.

Методы выделения культур. Для получения активных накопительных культур цианобактерий была выбрана модифицированная среда "M" следующего состава (г/л): Na2CO3 - 5.0, NaHCO3 - 5.0, NaCl - 5.0, K2HPO4 - 0.5, MgSO4 • 7H2O - 0.5, NaNO3 - 1.5, KCl - 0.5, Na2SO4 - 2.0, FeCl3 - 0.5, раствор микроэлементов "А5" - 1 мл, витамина В12- 20 мкг Раствор микроэлементов "А5" содержал (г/л): H3BO3 - 2.86, MnCl2 • 4H2O - 1.81, ZnSO4 • • 7H2O - 0.222, Na2MoO4 • 2H2O - 0.39, CuSO4 • 5H2O -0.079, Co(NO3)2 • 6H2O - 0.0494.

Выделение монокультур цианобактерий проводили на агаризованных средах с помощью стереоскопического микроскопа МС-2 (Россия) с 790-кратным увеличением. Культивирование проводили в условиях лабораторного люминостата в непрерывном режиме при температуре 20-25°С и освещенности 2000 лк. Чистоту культур контролировали микроскопически.

Изучение особенностей роста цианобактерий в градиенте рН—минерализация. Эксперимент был проведен в лабораторных условиях на цианобактериаль-ном мате озера Хилганта, отобранном в период пересыхания озера (2006 г.) и на выделенных из озерных проб монокультурах цианобактерий. Градиент рН - минерализация задавали в диапазоне рН от 7.5 до 9.5 и концентрации NaCl (г/л): 0, 1, 5, 10, 20, 50, 100, 150, 200, 250, 300. Значения рН устанавливали, используя рассчитанные соотношения 10% растворов карбоната и бикарбоната натрия. рН контролировали при помощи рН-метра Hanna Instrument pH 211 (Россия). Выращивание цианобактерий проводили в условиях лабораторного люминостата с освещением на поверхности среды 2000 лк. Накопление биомассы культурами определяли по оптической плотности при 750 нм (l = 1 см) на спектрофотометре CECIL 1021 (США). Продолжительность эксперимента составила от 4 до 8 недель. Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Microsoft Excel.

Определение филогенетического положения цианобактерий по 16S рРНК. Для разрушения клеточной стенки цианобактерий биомассу культур обрабатывали 10% саркозилом и жидким азотом. Затем добавляли додецилсульфат натрия (SDS) и протеи-назу К. Выделение ДНК проводили смесью фенол—хлороформ и хлороформом. Осаждение ДНК проводили 96% этанолом. Были проанализированы нуклеотидные последовательности фрагментов генов 16S рРНК длиной около 1400 нуклеотидов. Ген 16S рРНК амплифицировали с универсальными эубактериальными праймерами 27f (5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3') и 1492r (5'-TACGGYTACCTTGTTACGACTT-3'). Полиме-разную цепную реакцию (ПЦР) проводили на приборе GeneAmp PCR System 2700 ('Applied Biosystems", США). Продукты ПЦР разделялись в 1% агарозном геле. Рестрикционный анализ проводили с использованием рестриктазы Hin61. Определение нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК проводили на автоматическом секвенаторе CEQ 2000 XL ("Beckman Coulter", США) в соответствии с инструкцией. Для нахождения близкородственных организмов использовали базы данных RDBII - http://rdp.cme.msu.edu и NCBI - ht-tp://www.ncbi.nlm.nih.gov. Последовательности генов 16S рРНК выравнивали с помощью программы CLUSTALX. Построение филогенетических деревьев производили с помощью пакета программ TREECON.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Физико-химическая характеристика исследованных водоемов. Большинство исследованных озер являлись мелководными водоемами с относительно небольшой площадью водной поверхности (табл. 1). По значению минерализации [6] озера Белое, Сульфатное, Соленое, Верхнее Белое, Ехэ Тором, Зун Холво и Зун Торей являлись солоноватыми (содержание солей 1-25 г/л). Вода озера Хилганта в водный период (1998 г.) относилась к водам с морской соленостью (25-50 г/л). Озера Цаган Нуур, Борзин-ское, Бабье и иловые воды озер Горбунка и Хилганта являлись рассолами (свыше 50 г/л). Значения рН воды озер были щелочными. Все озера в большинстве случаев характеризовались нестабильным водным режимом, обусловленным резко континентальным климатом Южного Забайкалья, что отличает данные озера от более стабильных содовых озер Восточно-Африканской рифтовой зоны [12].

Более детально влияние климатических условий было изучено на примере оз. Хилганта. Анализ физико-химических параметров озера, полученных в разные годы, показал, что в водный период (1998 г.) минерализация воды озера Хилганта была равна 40 г/л, рН 9.5, глубина составляла 37 см. В засушливый период (2001 е) минерализация повышалась до 82 г/л, рН 9.0, глубина была 10 см. В 2006 г. озеро пе-

Таблица 1. Физико-химические параметры исследованных водоемов

Месторасположение Озеро Дата h, м S, км2 Т, °С М, г/л рН

Республика Бурятия Белое 05.2006 2.0 0.6 12 1.7 9.0

Сульфатное 07.2001 8.0 9.0 24 5.8 9.0

07.2005 7.0 12.0 17 7.5 9.1

Соленое 06.2004 3.0 1.0 22 5.6 9.9

Верхнее Белое 05.2001 2.0 4.5 17 7.1 9.8

Забайкальский край Ехэ Тором 07.2005 5.0 2.5 18 9.7 8.4

Зун Холво 08.2006 1.5 150.0 20 10.0 9.2

Зун Торей 08.2006 4.0 300.0 28 5.0 9.7

Горбунка* 08.2006 * * 27 90.0 7.5

Цаган Нуур » 2.0 150.0 26 268.0 9.9

Борзинское » 3.0 110.0 27 155.0 9.9

Бабье 08.2006 2.0 85.0 25 276.0 8.7

Хилганта** 08.1998 0.4 0.5 25 40.0 9.5

Хилганта** 08.2001 0.1 0.15 26 82.0 9.0

Хилганта* Ст. 1 08.2006 * * 34 128.0 8.6

Ст. 2 20 152.0 8.4

Примечание. к — максимальная глубина озера; S — площадь водного зеркала; М — общая минерализация; "Ст." — станция; "*" — в период исследований озеро было пересохшим, для анализа брали иловую воду; "**" — данные Б.Б. Намсараева [13].

ресыхало, наполняясь водой лишь эпизодически во время дождей. Иловая вода, обнаруженная в раскопках дна

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