Видовой состав и экофизиология цианобактерий солоноватых и соленых озер южного Забайкалья (стр. 1 )

На правах рукописи

Цыренова Дулма Доржиевна

ВИДОВОЙ СОСТАВ И ЭКОФИЗИОЛОГИЯ

ЦИАНОБАКТЕРИЙ СОЛОНОВАТЫХ И СОЛЕНЫХ ОЗЕР

ЮЖНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

03.00.16 - экология

03.00.07 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Улан-Удэ – 2009

Работа выполнена

в Институте общей и экспериментальной биологии СО РАН

Научный руководитель:	кандидат биологических наук
Научный консультант:	кандидат биологических наук
Официальные оппоненты:	доктор биологических наук, профессор
кандидат биологических наук
Ведущая организация:	Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН

Защита диссертации состоится «14» мая 2009 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.022.03 в Бурятском государственном университете г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24 а, конференц. зал.

Факс: [phone]

E-mail: *****@***ru

*****@***ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бурятского научного центра СО РАН и Бурятского государственного университета

Автореферат разослан «13» апреля 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Солоноватые и соленые озера, сочетающие экстремально высокие значения рН с повышенными концентрациями солей вплоть до насыщения, стали в последнее время объектом интенсивного изучения. Это связано, прежде всего, с тем, что такие озера считаются центрами возникновения микробного разнообразия и местами сохранения уникальных реликтовых микробных сообществ, основными доминантами в которых являются цианобактерии (Заварзин, 1993; Герасименко и др., 1996; Заварзин, Жилина, 2000). Цианобактерии играют ключевую роль в геохимии галинных систем и вносят значительный вклад в циклы основных биогенных элементов, поскольку являются главным источником органического вещества (Дубинин и др., 1995; Заварзин, 2007; Герасименко, 2007).

Южное Забайкалье богато многочисленными солоноватыми и солеными озерами. Формированию этих озер благоприятствует мелкосопочный рельеф с большим количеством депрессий и полуаридный климат, способствующий испарительному концентрированию поверхностных вод (Содовые озера…, 1991; Власов, Филиппова, 1993; Кулырова, 1999; Дзюба и др., 2005). Многие из этих озер изучены в геохимическом, гидрологическом и микробиологическом отношении (Содовые озера…, 1991; Брянцева, 2000; Намсараев, Намсараев, 2007; Сорокин, 2007; Болдарева, 2008). В некоторых из этих озер исследовано разнообразие цианобактерий, изучены скорости продукционных и деструкционных процессов в цианобактериальных матах (Герасименко и др., 2002; Брянская, 2002; Компанцева и др., 2005). Однако выделение чистых культур цианобактерий и изучение их систематического положения молекулярно-биологическими методами ранее для озер Южного Забайкалья не проводилось.

Целью настоящей работы являлось изучение видового состава и экофизиологии цианобактерий солоноватых и соленых озер Южного Забайкалья.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1.  Изучить физико-химические характеристики среды обитания цианобактерий.

2.  Определить видовой состав и продуктивность цианобактериальных сообществ.

3.  Выделить монокультуры цианобактерий, определить их таксономическое и филогенетическое положение.

4.  Изучить влияние физико-химических факторов на рост и развитие цианобактерий.

Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование видового разнообразия и экофизиологии цианобактерий солоноватых и соленых озер Южного Забайкалья. Выявлено 28 видов цианобактерий, 10 из которых ранее не были отмечены. Показано, что в зависимости от физико-химических условий, существующих в исследованных озерах, формируются разнотипные микробные сообщества, отличия между которыми выявляются на родовом уровне. Для более точного определения систематического положения цианобактерий озер Южного Забайкалья впервые в совокупности были использованы микроскопические, культуральные и молекулярно-биологические методы.

Теоретическая значимость. Полученные результаты расширяют представление о разнообразии цианобактерий в озерах Южного Забайкалья и их функциональной роли в этих экосистемах. Выявленные закономерности распространения и физиологической активности цианобактерий предоставляют возможность прогнозировать изменения в составе и структуре микробных сообществ исследованных озер.

Практическая ценность. Результаты исследований физико-химических характеристик озерных вод могут быть использованы для проведения экологического мониторинга солоноватых и соленых озер Южного Забайкалья, а также для бальнеологической оценки озерных систем. Выделенные и описанные культуры цианобактерий дополнят коллекцию микроорганизмов-экстремофилов экосистем Забайкалья и могут быть использованы в биотехнологии в качестве продуцентов биологически активных веществ.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены автором на V межрегиональной научной конференции молодых ученых «Научный и инновационный потенциал Байкальского региона», Улан-Удэ, 2005; Всероссийской конференции с международным участием «Биоразнообразие экосистем Внутренней Азии», Улан-Удэ, 2006; Всероссийской конференции молодых ученых «Экология в современном мире: взгляд научной молодежи», Улан-Удэ, 2007; Втором Байкальском микробиологическом симпозиуме с международным участием «Микроорганизмы в экосистемах озер, рек и водохранилищ», Иркутск, 2007; Молодежной школе-конференции «Актуальные аспекты современной микробиологии», Москва, 2008.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 работ, 2 в печати.

Работа выполнена при поддержке грантов: Программа Минобразования и науки РФ № РНП 2.1.1/2165, НОЦ «Байкал», Президиума СО РАН № 38 и 95.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов, объектов и предмета исследования, результатов и обсуждения, заключения, выводов, списка цитируемой литературы и приложений. Работа содержит 124 страниц машинописного текста, иллюстрирована 24 таблицами, 22 рисунками и 15 фотографиями. Список литературы включает 122 отечественных и зарубежных источников.

Основное содержание работы

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В литературном обзоре приведена история исследования, оценка состояния изученности, биологическая и физико-химическая характеристика солоноватых и соленых озер аридных зон нашей планеты, в том числе и Южного Забайкалья. Рассмотрены структура и функционирование микробных сообществ экстремальных экосистем. Приведены данные об основных свойствах цианобактерий, их морфологии, физиологии и биохимии. Обобщены и проанализированы методы изучения цианобактерий.

Глава 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Физико-химические методы исследования водоемов. Непосредственно на месте отбора проб измеряли температуру, рН, общую минерализацию воды. Температуру измеряли сенсорным электротермометром Prima (Португалия), рН среды - потенциометрическим портативным рН-метром (рНер2, Португалия), общую минерализацию - портативным рефрактометром MASTER-PM (Atago, Япония). Концентрацию основных ионов определяли общепринятыми титриметрическими методами (Алекин и др., 1973).

Пробы воды, микробных матов, донных осадков и илов отбирали в стерильные емкости по общепринятой методике (Водоросли…, 1989). Введение радиоизотопов и фиксацию проб проводили непосредственно на берегу озера. Для определения хлорофилла а в пробы добавляли глицерин или 96% спирт (Thompson et al., 1999). Для определения видового состава цианобактерий и общей численности микроорганизмов пробы фиксировали 4% формалином. Микроскопирование проб на месте отбора проб проводили с помощью микроскопа МБИ-15 (Россия). Пробы воды и микробных матов для радиоизотопного анализа набирали в пенициллиновые флаконы.

Скорости общего и аноксигенного фотосинтеза, темновой фиксации CO2 определяли радиоизотопным методом (Кузнецов, Дубинина, 1989; Полевой практикум …, 2006). Определение изотопного состава углерода в микробных матах и донных осадках проводилось при помощи масс-спектрометра МИ-1201 (Есиков, 1980).

Определение видового состава цианобактерий. Микроскопирование цианобактерий проводили с помощью микроскопов МБИ-15 (Россия), PZO (Польша) и Axiostar plus (Carl Zeiss, Германия). Определение таксономической принадлежности цианобактерий на основании морфологических признаков проводили по Еленкину, Голлербаху (Еленкин, 1949; Голлербах и др., 1953) и уточняли по Комареку и Анагностидису (Komárek&Anagnostidis 1999, 2007). Для оценки сходства или различия таксономического спектра цианобактерий был применен коэффициент флористической общности Жаккара, модифицированный Малышевым (Малышев, 1972).

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 H3BrO3 – 2.86, MnCl2·4H2O – 1.81, ZnSO4·7H2O – 0.222, Na2Mo4·2H2O – 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 увеличением 7х-90х. Культивирование проводили в условиях лабораторного люминостата в непрерывном режиме при температуре 20-25оС и освещенности 2000 лк. Чистоту культур контролировали микроскопически.