<<
>>

Актиномцетные комплексы щелочных почв и антропогенных субстратов

  Известно, что актиномицеты часто выделяются из засоленных почв и содовых озер. Мицелиальные бактерии рода Geodermatophilus, имеющие необычный жизненный цикл, составляют значительную часть микробных комплексов пустынной почвы, пустынных растений и солевой корки Кызылкума, солончаков южного берега Аральского и Мертвого морей (Добровольская, 2002).
Однако эти актиномицеты не были исследованы с точки зрения их устойчивости к высоким значениям pH и концентрациям солей.

Первые исследования по алкалофильным актиномицетам (Taber, 1960) основаны на выделении и исследовании 269 штаммов актиномицетов, изолированных из 10 щелочных почв Канады. Кислоточувствительные актиномицеты были обнаружены в 9 из 10 щелочных почв. Из них 107 не могли расти на глюкозо-аспарагиновом агаре с pH 6,2, но хорошо развивались при pH 8,5. Самым чувствительным к кислотности оказался Streptomyces caeruleus.

К настоящему времени накопилось уже значительное количество сообщений о выделении из почв и других субстратов алкалофильных актиномицетов.

Японскими учеными (Mikami et al., 1982) в рамках, международного проекта Streptomyces (ISP), был исследован состав клеточной стенки алкалофильных актиномицетов. Из 420 штаммов, изучавшихся в этом проекте, лишь шесть было способно к росту при значении pH среды 11,5, и три из них (S. caeruleus ISP 5103, S. alborubidus ISP 5465, S. autotropicus ISP 5011) содержали в составе клеточной стенки мезо-диаминопимелиновую кислоту (ДАПк). Среди штаммов, выделенных Табером (Taber, 1960), S. alkalophilus (Yoshida et al., 1979) содержал LL - ДАПк, a S. caeruleus мезо - ДАПк. Эти исследования явились первыми упоминаниями об отличительных особенностях алкалофильных актиномицетов - у некоторых культур в клеточной стенке обнаруживалась не LL-, а мезо-форма диаминопимелиновой кислоты, и встал вопрос о таксономическом положении таких культур.

Дальнейшие исследования показали, что алкапофильные представители могут быть обнаружены среди родов Streptomyces, Nocardioides, Streptoverticillium, Elytrosporangium, Microellobosporia, Chairna и Sporickthia (Prauser, 1976 a, b). Имеются изолятвд с клеточной стенкой хемотипа III (мезо - ДАПк и отсутствие глицина), имеющие некоторое сходство с родом Nocardiopsis (Meyer, 1976).

Из пустынной почвы Египта и засоленной почвы Китая выделены новые виды рода Nocardiopsis - N. Alkaliphila и N. Xinjiangensis (Wael et al., 2004; Li et al., 2003 с). Из засоленных щелочных почв провинции Юньнан в Китае было выделено 37 штаммов алкалофильных и алкалотолерантных актиномицетов (Jiang, Xu, 1985). Эти штаммы различались морфологическими характеристиками и составом фосфолипидов клеточной стенки, и были идентифицированы как принадлежащие к родам: Nocardiopsis,              Saccharothrix,              Micromonospora, Streptomyces. По

морфологическим и физиологическим признакам культуры были отнесены к следующим видам: Nocardiopsis albus subsp Alkaliphilus, N Albus subsp. Prasina, Saccharothrix flava, Saccharothrix wayandensis, Micromonospora chalcea, Streptomyces violaceolatus, S tendae, S grizeomcamatus, S. xanthocidicus, S. albidus, S albus, S. albolongus Алкалофильные штаммы были способны расти на среде с содержанием NaCl от 4 до 15% (Wang, Ruan, 1994).

Коллекция алкалофильных актиномицетов (251 штамм) (табл 1) выделена из ила Шанхайского озера Йонгшенг и щелочных почв (Jiang, Xu, . Лес вокруг озера сведен около 300 лет назад, привнос органического вещества почти отсутствовал, и озеро стало “мертвым” (pH воды 9). Среди

выделенных актиномицетов доминировали представители рода Micromonospora (88,3% от всех выделенных). Доля представителей рода Streptomyces составила 7,3%, остальные роды актиномицетов составили почти 4% от общего числа культур. Численность актиномицетов оказалась в иле Шанхайского озера более низкой, чем в пресных озерах (Jiang, Xu, 1985); с глубиной уменьшалось актиномицетное разнообразие.

71,7 % изолятов оказались способными развиваться при концентрации соли 5%, почти все росли при pH 9; около 70% развивались при pH 10,5. Среди обнаруженных изолятов отмечены так называемые «стрептомицеты с аномальным хемотипом клеточной стенки» - девят выделенных культур имели в клеточной стенке LL - и мезо - изомеры диаминопимелиновой кислоты (ДАПк), причем две из девяти культур составили почти 20% всего актиномицетного комплекса (Jiang, Xu, 1993).

В местообитаниях с высоким pH выделены алкалотолерантные актиномицеты, предположительно отнесенные к роду Streptomyces (Antony- Babu et al., 2003). Культуры выделены на раффинозо-гистидиновом и крахмало-казеиновом агаре с pH 10,5 йз песчанных образцов, отобранных на территории гавани Друридж в Великобритании. Гидролизаты целых клеток этих актиномицетов содержали LL - ДАПк, и по анализу последовательностей нуклеотидов в молекуле 16 S рРНК изоляты относились к роду Streptomyces.

Галотолерантный, микроаэрофильный организм, имеющий оптимум роста при pH между 9 и 10 и описанный как новый алкалофильный актиномицет (новый род и вид) - Bogoriella caseilytica gen. nov., sp. nov.- удалось выделить (Groth et al., 1997) из засоленной почвы в районе содового озера в Африке.

При исследовании актиномицетов (284 штамма), выделенных из щелочных почв (pH 10 - 12) в провинции Юньнань, богатых минеральными водами с повышенным содержанием Na2C03, оказалось, что штаммы

преимущественно относятся к роду Streptomyces Оптимум их роста отмечен при pH 10-11, нижняя граница роста - при pH 6. Несколько штаммов из этой коллекции, способных расти при pH 12, идентифицированы как представители рода Nocardiopsis (Jiang, Xu, 1985).

Таблица 1

Актиномицеты ила Шанхайского озера (по Jiang, Хц, 1985)

Организм

Численность (xl О3 КОЕ/г)

Процент

представителей

Micromonospora

aurantiaca

220.6

56.9

Micromonospora

nigrofusca

- 144.3

37.3

Micromonospora

violacea

19.7

5.0

Micromonospora viridis

2.8

0.7

Итого: Micromonospora

387.4

88.3

Streptomyces

32

7,3

Actinosporangium

1.0

0,2

Actmomadura

2,6

0,6

Thermopolyspora

0,3

0,1

Microtetraspora

2,6

0,6

Saccharopolyspora

0,5

6,1

Promicromonospora

0,7

0,2

Nocardia

4,0

0,9

Rhodococcus

5,9

0,9

He идентифицированы

1,5

0,3

Общая сумма

439,5

100

Авторы предприняли попытку разделить выделенные изоляты по рН- потребностям на три группы: экстремальные алкалофилы с оптимумом роста при pH 10-11 и неспособностью роста при pH 7,0; умеренные алкалофилы с оптимумом роста при pH 9-10 и слабым ростом при pH 7,0; алкалорезистентные актиномицеты, имеющие диапазон пригодных для роста значений pH от 6,0 до 11,0.

Подобное разделение алкалофильных актиномицетов по рН- потребностям сделано и японскими исследователями (Mikami et al., 1982), которые разделили алкалофильные штаммы на две группы: собственно алкалофильные с оптимумом роста при pH 9,0-9,5 и границами роста от 8,0 до 11,5 и алкалорезистентные с оптимумом роста при pH 7,0 и границами роста от 6,0 до 11,5. Диапазон значений pH, оптимальных для роста культур, исследователи определяли по интенсивности включения аденина в клеточную стенку. Для алкалофильных актиномицетов она была максимальной при pH 9,0-9,5.

Таким образом, несмотря на то, что в литературе уже накоплено достаточное количество сведений о выделении необычных по pH - потребностям актиномицетов, эти сообщения достаточно разрознены. Отсутствуют сведения относительно закономерностей распространения и большинства экологических особенностей алкалофильных актиномицетов. Нет сложившихся взглядов и на таксономическую принадлежность мицелиальных прокариот с необычными pH - потребностями. В литературе чаще освещаются вопросы, связанные с особенностями вторичного метаболизма алкалофильных актиномицетов, с выделением и производством антибиотиков (Sato et al., 1983), с образованием щелочных ферментов (Tsuchiya et al., 1997), либо обсуждается таксономическое положение, описываются новые таксоны среди ацидофильных и алкалофильных актиномицетов ( Wang et al.,2006; Kim et al.,2004; Wang, Ruan, 1994; Wael et al., 2004; Li et al., 2005).

Нами было предпринято исследование алкалофильных актиномицетов в ряду щелочных почв и антропогенных субстратов, определена таксономическая структура, экологические особенности алкалофильных актиномицетов и определено место этих мицелиальных прокариот в микробных комплексах этих почв. Объектами исследования явились почвы с высоким значением актуальной кислотности (табл. 2): аллювиальная луговая засоленная, каштановая засоленная, бурая полупустынная, корковый и луговой солончак. В почвах с высоким значением, актуальной кислотности (pH более 8) было обнаружено превышение численности актиномицетов, выделяемых на среде с высоким значением pH (pH 9), по сравнению с количеством этих мицелиальных прокариот, вырастающих на нейтральной и особенно подкисленной среде (Селянин и др, 2005 а).

Характеристика объектов исследования

Таблица 2

Название почвы

Горизонт или слой, № образца, глубина взятия образца, см

pH Н20

Район взятия образцов

Каштановая

засоленная

образцы Ж№ 63,64, 1-6

9,0

Бурятия, дно пересохшего озера Оронгойское

Солончак корковый (соровый)

образцы №№ 1,2,3,4, 0-3

8,0

Прикаспийская низменность, п-ов Бузачи

/>Солончак луговый

образцы № 66,1-6

9,5

Бурятия, дно пересохшего озера Сульфатное

Солончак луговый

слой 1, 0-8 слой 2,8-14

7,2

¦ Прикаспийская низменность, Астраханская обл, Волгоградский p-он, бугор Большой Барфон

Бурая полупустынная

Ad; 0-7 В1, 7-22

7.3

7.3

Аллювиальная луговая засоленная

Ad

А

ABsa

Bccasa

7.4

7.4 7,9

Волгоградская обл., Иловлинский р-н, близ станции Качалино

Это превышение особенно значительно для солончака лугового (pH 9,5), образцы которого отобраны на дне пересохшего соленого озера в Бурятии. Здесь численность актиномицетов, выделяемых на щелочной среде, превышает на порядок численность этих организмов на подкисленной среде (580 тыс. колониеобразующих единиц (КОЕ)/г почвы на щелочной среде, 80 тыс. КОЕ/г почвы - на подкисленной) (рис. 1, образец № 66). Во всех исследованных почвах (pH gt; 7) отмечено увеличение количества актиномицетов, выделяемых на щелочной среде по сравнению с нейтральной (рис. 2). Для актиномицетных комплексов почв с высоким значением актуальной кислотности рассчитывался коэффициент алкалофильности.

Коэффициент алкалофильности (Kaic) рассчитывался как соотношение численности актиномицетов, выделяемых из почвы на среде с повышенным значением pH, и численности актиномицетов, выделяемых при посеве из той же почвы на нейтральной среде. Коэффициент отражает тенденцию к увеличению (Kaic gt; 1) или снижению (Kaic lt; 1) численности почвенных актиномицетов на щелочной среде по сравнению с нейтральной. В случае, когда эти значения близки, К^ близок к единице. Во всех исследованных почвах с повышенным значением актуальной кислотности коэффициент алкалофильности был, как правило, близок или больше единицы. Очевидно, актиномицетный комплекс в щелочных почвах представлен в основном алкалофильными формами. В составе алкалофильного почвенного актиномицетного комплекса в почвах разных типов преобладают представители рода Streptomyces.

Исследование щелочных антропогенных субстратов, в частности, хемотехнозема грунтово-оглееного (pH 8,3), образцы которого отобраны на территории Московской станции подземного хранения газа, показало увеличение численности стрептомицетов на нейтральной среде, по сравнению с количеством этих организмов на подкисленной среде. Количество стрептомицетов, выделяемых на щелочной среде (pH 9) из разных горизонтов хемотехнозема, варьировало, но обычно оказывалось

большим, чем на кислой среде, и близким или большим по сравнению с нейтральной средой (рис. 3). актиномицетного комплекса хемотехнозема грунтово-оглеенного, как правило, близок к единице или больше единицы. В этом щелочном субстрате актиномицетный комплекс представлен преимущественно нейрофильными и алкалофильными формами.

Рис. 1. Численность актиномицетов, выделенных из каштановой засоленной почвы (образцы №№ 63, 64) и солончака лугового (образец № 66) на средах с различными значениями pH

Рис. 2. Численность стрептомицетов (lg КОЕ/г почвы), выделяемых на нейтральной и щелочной среде из почв: аллювиальной луговой засоленной (I) (Ad, А, АВ, ВС - горизонты почвы); бурой полупустынной (П) (Ad, В1 - горизонты почвы); коркового солончака (III; 1, 2, 3, 4 - номера образцов, глубина взятия 0-6 см); лугового солончака (IV; слой 1 - 0 - 8 см, слой 2-8-14 см). Столбики без штриховки - pH 7,0; со штриховкой - pH 9,0

Видовой состав стрептомицетного комплекса, выявляемый на средах с различными значениями pH, неодинаков. Видовое разнообразие алкалофильных стрептомицетов, выделяемых на щелочной среде (pH 9,0), как правило, меньше во всех исследованных почвах и щелочном субстрате хемотехноземе по сравнению с разнообразием нейтрофильных актиномицетов, выделяемых на среде с pH 7,0. Среди алкалофильных стрептомицетов во всех исследованных почвах доминируют виды относящиеся к серой серии (Категория IV, Серая Серия (Bergey’s manual, (виды секции Cinereus, согласно Определителю актиномицетов (Гаузе и др., 1983). При этом среди нейтрофильных стрептомицетов в разных почвах и щелочных антропогенных субстратах могут доминировать виды, относящиеся к различным секциям (Селянин и др., 2005 а).

Актиномицетный комплекс, выделяемый из хемозема грунтово- оглеенного на нейтральной среде, представлен видами стрептомицетов, принадлежащими к 3-м секциям и 4-м сериям. На щелочной среде доминируют стрептомицеты одной секции Cinereus и обнаружены представители рода Micromonospora, доля которых в комплексе составляет до 30% (Селянин и др., 2005 б).

Стрептомицетные комплексы пирогенных образований, сформированных на торфяных почвах после пожара в долине р. Яхромы, имеют специфические характеристики, отличающие их от комплексов торфяной почвы по численности и видовому составу. В * актиномицетном комплексе торфяной почвы, вовлеченной в сельскохозяйственное использование, выявлена группировка ацидофильных форм, адаптированных к жизни при низких значениях pH. Сразу после пожара численность стрептомицетов, выделяемых из пирогенного образования (золы) на кислой среде, уменьшается приблизительно в 4 раза по сравнению с количеством ацидофильных стрептомицетов в верхнем слое торфяной почвы; количество нейтрофильных стрептомицетов уменьшается в 3 раза, численность стрептомицетов - алкалофилов сохраняется в золе практически такой же, как в верхнем слое торфяной почвы. В течение 2 лет после пожара в разновозрастных пирогенно-торфяных почвах численность и разнообразие стрептомицетов сохраняется на низком уровне. На пятый год существования пирогенно-торфяной почвы наблюдается заметное увеличение количества актиномицетов за счет алкалофильных форм. Среди алкалофильных стрептомицетов преобладают виды секций Cinereus и Roseus (Зенова и др., 2006).

Изменение таксономического состава актиномицетного комплекса отмечено и при сгорании торфяной почвы в Окско-Мещерском Полесьи в долине р. Пры. Изменение таксономического состава актиномицетного комплекса сопровождается трансформированием численности актиномицетов с различными pH-потребностями. Если численность нейтрофильных и ацидофильных представителей родов Streptomyces и Micromonospora среди актиномицетного комплекса торфяной почвы превосходит количество алкалофильных форм, то в актиномицетных комплексах пирогенных образований и разновозрастных пирогенноторфяных почв всегда отмечается доминирование алкалофильных стрептомицетов и микромоноспор (рис.4).

Таким образом, сравнительное изучение актиномицетных комплексов низинной торфяной почвы и пирогенных образований, сформировавшихся после пожара на этой почве, позволило использовать комплекс алкалофильных актиномицетов в качестве показателя изменения микробного сообщества почвы, подвергшейся пожару. Специфические особенности стрептомицетных комплексов пирогенных образований и птарогенно- торфяных почв на сгоревших торфяниках могут быть использованы в качестве показателей восстановления торфяных почвы после пожара.

Поскольку стрептомицеты реализуют так называемую «стратегию поиска» - сочетание олиготрофии с быстрым освоением пространства - их рост подчиняется линейному закону, скорость их роста практически постоянна (Кожевин, 1989). Эта особенность роста стрептомицетов позволяет установить оптимальные и ограничительные для их роста значения pH по величине радиальной скорости роста колоний на питательной среде.

Рис.3. Численность ахтиномицетов, выделяемых на подкисленной (pH 5,3), нейтральной (pH 7,0) и щелочной (pH 8,4) средах из хемотехнозема грунтово-оглеенного

б

Рис. 4. Численность стрептомицетов (а) и микромоноспор (б), выделенных из пирогенных образований, сформированных после пожара на торфяной почве в долине р. Пры, на средах с различными значениями pH. № 1 - образец 1 (зола вскоре после пожара); № 2 - образец 2 (зола спустя год после пожара)

Метод сравнительного изучения радиальной скорости роста колоний на плотных средах со спектром значений pH позволяет получить классическую колоколообразную зависимость параметров популяции от фактора среды - кривую толерантности. На основании этого можно статистически значимо судить о ширине диапазона толерантности, оптимальных и лимитирующих значениях изучаемого фактора, и тем самым вполне корректно классифицировать актиномицеты по их pH- зависимости.

Основой для работ по изучению актиномицетов с необычными для мицелиальных прокариот pH-зависимостями были и остаются труды Вильямса (Williams et al., 1971; 1972; 1996; Khan, Williams, 1975; Flover, Williams, 1978; Hagedom, 1976), предложившего рассматривать факт выделения актиномицета на среду с пониженным значением pH в качестве свидетельства кислотолюбивости культуры.

В дальнейшем Вильямс отказался от положения о том, что все актиномицеты, выделенные на подкисленных средах, не растут на нейтральных средах. Возникла необходимость в разделении облигатно и факультативно ацидофильных (или ацидотолерантных) штаммов. Актиномицеты, выделяемые из субстратов на нейтральных средах, согласно Вильямсу назывались нейтрофильными.

Общепринятое условие для раз1раничения ацидофильных и ацидотолерантных, а также алкалофильных и алкал отолерантных актиномицетов, основанное на неспособности ацидофильных и алкалофильных мицелиальных прокариот расти при нейтральных pH, не представляется достаточно обоснованным. Способность к выживанию в нейтральных условиях может демонстрировать приспособленность актиномицета к местообитанию - почве, характеризующейся микрозональностью. Поэтому термины «ацидофильные * почвенные стрептомицеты» для культур, имеющих оптимальные показатели радиальной скорости роста колоний в кислой среде, и «алкалофильные почвенные стрептомицеты» - для культур с оптимальными показателями скорости роста колоний в щелочной среде представляются нам наиболее подходящими дл* представителей почвенного микробного комплекса. При этом слабый рост ацидофильных и алкалофильных культур при нейтральном pH допустим.

В ходе исследований была собрана коллекция культур актиномицетов. выделенных из разных исследованных почв, на подкисленной, нейтральной и щелочной средах.

Проведена оценка радиальной скорости роста колоний ацидофильных, нейтрофильных и алкалофильных актиномицетов при различных значениях pH среды. На основе данных о радиальной скорости роста построены кривые толерантности исследуемых культур актиномицетов в отношении кислотности среды (рис. 5). Определены кардинальные значения pH для роста алкалофильных, ацидофильных и нейтрофильных почвенных актиномицетов. Отмечена корреляция между значениями pH, оптимальными для роста выделенных культур актиномицетов и значениями pH питательной среды и субстрата, из которого были выделены культуры. Показано, что способность максимально быстро расти на кислой или щелочной среде не утрачивается при многократных пересевах культур ацидофильных и алкалофильных актиномицетов на нейтральную среду.

Культуры, выделенные из кислых почв на среде с pH 5,3, характеризуются общим свойством: оптимум роста наблюдается при pH 5,0. Диапазон пригодных для роста культур значений pH лежит в пределах pH 3,0-7,0. Эта группа штаммов определяется нами как почвенные ацидофильные актиномицеты, так как оптимум их роста лежит при pH 5,0 (Закалюкина и др., 2002). Широкий диапазон значений pH, пригодных для роста этой группы штаммов, связан, очевидно, с гетерогенностью почвенной среды. Штаммы, выделенные из щелочных почв и антропогенных субстратов при pH 7,0, имеют оптимум роста при pH 7,0 и границы роста - в диапазоне значений pH от 5,0 до 8,0. Это - нейтрофильные стрептомицеты. У штаммов, выделенных из щелочных почв и антропогенных субстратов на среде с pH 8,4, отмечали оптимум роста при значении pH 8,0, границы роста - в диапазоне значений pH 5,5-9,5. Эта группа штаммов определяется нами как почвенные алкалофильные актиномицеты (рис. 5).

Кг

Рис. 5. Зависимость величины радиальной скорости роста колоний (Кг) различных видов нейтрофильных, ацидофильных и алкалофильных актиномицетов от кислотности среды

В литературе не существует единого мнения относительно ацидо- и алкалофильности и ацидо- и алкалотолерантности микроорганизмов. По нашему мнению, культуры, имеющие оптимум роста при pH равном или меньше 5,0 и диапазон пригодных для роста культур значений pH в пределах pH 3,0-7,0 следует называть почвенными ацидофильными, а не почвенными ацидотолерантными актиномицетами, так как оптимальные для роста занчения pH лежат в кислой области. Широкий диапазон значений pH, пригодных для роста этой группы штаммов, связан, очевидно, с гетерогенностью почвенной среды, в которой присутствуют микрозоны с различной актуальной кислотностью. Штаммы, выделенные при pH 7,0, имеющие оптимум роста при pH 7,0 и границы роста в диапазоне значений pH от 5,0 до 8*0 мы относим к почвенным нейтрофильным, что частично согласуется и с классификацией Вильямса, предлагавшего называть нейтрофильными стрептомицеты с диапазоном пригодных для роста значений pH от 5,5 до 8,5 и оптимумом роста при pH 7,0. Штаммы, выделенные на щелочной среде, имеющие оптимум роста при pH равном и более 8,0 и границы роста от pH 5,5 до pH 9,5 относим к почвенным алкалофильным актиномицетам. Согласно классификации китайских исследователей (Jiang, Xu, 1993) следует разделять актиномицеты, растущие в щелочных условиях, на три группы: экстремальные алкалофилы с оптимумом роста при pH 10-11 и неспособностью роста при pH 7,0; умеренные алкалофилы с оптимумом роста при pH 9-10 и слабым ростом при pH 7,0; алкалорезистентиые актиномицеты, имеющие диапазон пригодных для роста значений pH от 6,0 до 11,0.

В нашей работе не было выявлено почвенных актиномицетов, способных расти при значениях кислотности выше 9,5, однако рН-граница роста актиномицетов, выделенных из других непочвенных субстратов, может быть значительно выше. Группа алкалофильных актиномицетов, выделяемая в нашей работе, приблизительно соответствует группе умеренных алкалофильных актиномицетов в классификации китайских исследователей. Отметим, что мнение японских ученых (Mikami et al., 1982; Nioh et al., 1995), предлагавших выделять две группы актиномицетов: собственно алкалофильные с оптимумом роста при pH 9,0-9,5 и границами роста от 8,0 до 11,5 и алкалорезистентиые с оптимумом роста при pH 7,0 и границами роста от 6,0 до 11,5, не совсем обосновано, так как последнюю группу можно расценивать, как группу почвенных нейтрофильных актиномицетов, поскольку их оптимум роста лежит при pH 7,0.

Таким образом, наша трактовка алкалофильности актиномицетов частично согласуется с классификацией Вильямса и не согласуется с классификациями японских (Nioh et al., 1995) и китайских (Jiang and Xu, 1993) исследователей, предлагавших выделять группу алкалотолерантных актиномицетов, а также с классификацией японских ученых (Mikami et al., 1982), называющих актиномицеты, имеющие оптимум роста при pH 7.0 алкалорезистентными.

Известно, что многие алкалофильные микроорганизмы в связи с особенностями их местообитаний являются галофилами. Из литературных источников известно, что алкалофильность или алкалотолерантность микроорганизмов, выделенных из засоленных местообитаний с высоким pH, часто сопутствует их галофильности или галотолерантноста. Так, из засоленной почвы содового озера выделен и описан (Groth et al., 1997) новый галотолерантный алкалофильный актиномицет, Bogoriella caseilytic. Наши исследования подтвердили положенно о том, что галофильность или галотолерантность актиномицетов, выделенных из местообитаний с высокой концентрацией соли, может проявляться наряду с алкалофильностью. При проверке способности многих алкалофильных актиномицетов, выделенных из солончаков, расти на среде с повышенной концентрацией соли (6% NaCl) оказалось, что алкалофильный штамм S. varsoviensis является и умеренно галофильным - его оптимум роста наблюдался при 6% NaCl в питательной среде (Селянин и др.} 2005а).

Известно, что у бактерий ацидофилия часто сочетается, если не с термофилией, то с термотолерантностью (Жизнь микробов в экстремальных условиях, 1981). Относительно недавно появилось сообщение о выделении из кислых почв представителей рода Thermoactinomyces, рост которых оптимален при pH 5,0 и наблюдается в диапазоне pH от 4,5 до 6,0 (Yallop et al., 1997), оптимальная активность ферментов (протеазы, амилазы и поллюланазы) наблюдалась у этих организмов при pH 5,0-5,5 и температуре 75-80°С. Оптимальное для роста ацидофильного актиномицета Streptomyces diastatochromogenes шт. 5.30 значение pH смещалось в кислую область при повышении температуры инкубирования. Такой закономерности не выявлено у нейтрофильного актиномицета S. chromofuscus шт. 5,ЗС (рис. 6).



Рис. б. Зависимость величины радиальной скорости роста колоний (Кг) от температуры и кислотности среды. А - нейтрофильный стрептомицет Streptomyces chromofuscus пгг. 5,ЗС; Б - ацидофильный стрептомицет S. diastatochromogenes шт. 5,30

Наблюдения за динамикой формирования колоний и дифференцировки мицелия проведено на примере нейтрофильного стрептомицета Streptomyces canescens штамм 7402 и алкалофильного стрептомицета S. resistomycificus штамм 8402.

У нейтрофильного стрептомицета на нейтральной среде (pH 7,0) отмечен максимальный размер колоний по сравнению с колониями на подкисленной (pH 6,0) и щелочной (pH 8,0) средах. На подкисленной и щелочной средах этот стрептомицет рос медленнее, чем на нейтральной, где уже к 5-м суткам роста наблюдались колонии с развитым субстратным и

воздушным мицелием, с короткими прямыми спороносцами, споры формируются к 10-м суткам роста и на 15-е сутки отмечено их освобождение из цепочек. На подкисленной среде к 5-м суткам формируется колония с плохо развитым воздушным мицелием. На среде со значением pH 8,0 к 5-м суткам роста наблюдается образование спороносцев в виде крючков, спорообразование заканчивается к 10-м суткам роста, к 15-м суткам отмечается освобождение спор.

Алкалофильный штамм при росте на подкисленной среде формирует голые колонии, лишенные воздушного мицелия. Только к 10-м суткам роста отмечено образование воздушного мицелия, спор в коротких спиральных цепочках (спираль 1-3 оборота). Освобождение спор из цепочек отмечено к 15-м суткам роста. На нейтральной среде к 5-м суткам роста полностью формируется колония с субстратным и воздушным мицелием, короткими спороносцами на воздушном мицелии (1-3 оборота). К 10-м суткам заканчивается процесс спорообразования и начинают освобождаться споры. Колонии, образующиеся на среде с pH 8,0, имеют максимальные размеры по сравнению с колониями на нейтральной и подкисленной среде. Уже к 5-м суткам роста на воздушном мицелии формируются длинные цепочки спор, спороносцы спиральные (6-8 оборотов), освобождение спор отмечено к 10-м суткам роста.

Таким образом, как алкалофильные, так и нейтрофильные стрептомицеты оказались либо не способны расти на среде с низкими значениями pH, либо их рост был значительно более слабым по сравнению с ростом на нейтральной питательной среде. Эта особенность оказалась наиболее ярко выражена у алкалофильных стрептомицетов. Образование воздушного мицелия у нейтрофильных актиномицетов при росте на подкисленной среде наблюдалось уже к 5-м суткам роста, тогда как у алкалофильных - только к 10-м суткам роста.

У нейтрофильных стрептомицетов на нейтральной среде отмечен максимальный размер колоний во все сроки наблюдения. На подкисленной и щелочной среде эти стрептомицеты росли медленнее, на среде с pH 8 отмечено образование спороносцев в виде крючков, в то время как на нейтральной и подкисленно среде образовывались прямые спороносцы.

Алкалофильные актиномицеты имели размер колоний на среде с pH 8 больше, чем на подкисленной и нейтральной среде, во все сроки наблюдения. На щелочной среде отмечены более интенсивная окраска субстратного мицелия и среды.

Таким образом, особенностью морфологической дифференцировки мицелия алкалофильного стрептомицета на подкисленной среде является удлиннение стадий жизненного цикла, задержка в образовании воздушного мицелия и спор по сравнению с развитием на нейтральной и щелочной среде и по сравнению с ростом нейтрофильного стрептомицета на щелочной среде. Алкалофильные стрептомицеты характеризуются высокой радиальной скоростью роста колоний (скоростью колонизации субстрата) и высокой генеративной активностью при росте на щелочной среде по сравнению с нейтральной и подкисленной средой. У нейтрофильного стрептомицета на щелочной среде наблюдается меньшая скорость роста колоний и замедление скорости спорообразования по сравнению с ростом и развитием этого стрептомицета на нейтральной среде. У нейтрофильного стрептомицета отмечена на среде с pH 8,0 и несколько иная форма спороносцев.

Можно предположить с достаточной степенью вероятности наличие у алкалофильных стрептомицетов особого механизма адаптации к условиям повышенного pH, проявляющегося в их способности интенсивнее колонизировать щелочную среду, чем нейтральную. Обладание этим механизмом позволяет алкалофильным формам снижать конкуренцию нейтрофильных стрептомицетов и развиваться в условиях щелочных почв.

Таким образом, у алкалофильных актиномицетов наблюдаются особенности при росте на средах с различными значениями pH: осуществление быстрого роста (быстрого освоения субстрата и формирования крупных колоний) па щелочной среде по сравнению с нейтральной и подкисленной средами; слабый рост, задержка спорообразования на подкисленной среде по сравнению со спорообразованием на нейтральной и щелочной средах.

Относительно высокая скорость роста на средах с повышенной (для ацидофильных) и пониженной (для алкалофильных) кислотностью свидетельствует об истинной адаптации к кислым и щелочным условиям, а не только об их «выживании» за счет сохранения в почвах покоящихся спор. Наличие адаптационных свойств обеспечивает ацидофильным и алкалофильным актиномицетам возможность расти в кислых и щелочных условиях среды соответственно, где отсутствует конкуренция со стороны нейтрофильных актиномицетов. 

<< | >>
Источник: Д.Г.Звягинцев, Г.М.Зенова. АКТИНОМИЦЕТЫ ЗАСОЛЕННЫХИ ЩЕЛОЧНЫХ ПОЧВ. 2007

Еще по теме Актиномцетные комплексы щелочных почв и антропогенных субстратов:

  1. Актиномцетные комплексы щелочных почв и антропогенных субстратов