Содержание к диссертации
Введение
1. Ллитературный обзор 14
1.1. Растения - центры формирования специализированных сообществ микроорганизмов 14
1.1.1. Топография микроорганизмов на поверхности и в тканях растений 17
1.1.2. Роль поверхности корней в процессах взаимодействия с микроорганизмами 17
1.2. Ассоциативные микроорганизмы 18
1.2.1.Типы ассоциативных отношений микроорганизмов с растениями 20
1.2.2. Ассоциативные pgpr - бактерии 24
1.2.2.1. Механизмы воздействия ассоциативных pgpr - бактерий на растения 24
1.2. Ризосферные сообщества диазотрофных микроорганизмов 25
1.2.2.3. pgpr-бактерий продуценты ростовых веществ растений 30
1.2.2.4. Биологический контроль pgpr-бактерий за развитием фитопатогенных микроорганизмов на корнях растений 32
1.2.3. Особенности развития pgpr-бактерий в ризосфере растений 36
1.3. Ассоциативные микросимбионты - спутники растительных симбиозов 36
1.3.1. Ассоциативные микросимбионты бобово-ризобиального симбиоза 37
1.3.1.1. Участие ассоциативных бактерий в бобово-ризобиальном симбиозе 38
1.3.1.2. Ассоциации грибов ва микоризы с бобово-ризобиальным симбиозом 40
1.3.2. Ассоциативные микроорганизмы актиноризных симбиозов 42
1.3.3. Ассоциативные микроорганизмы в экто- и эндотрофных микоризах растений 44
1.3.4. Ассоциативные микроорганизмы растительных синцианозов47
2. Объекты и методы исследования 50
2.1. Объекты исследования 50
2.2. Основные методы исследований 53
3. Топография микросимбионтов в апогеотропных корнях саговников 59
3.1. Общая характеристика саговниковых растений 59
3.2. Топография микросимбионтов в ак саговниковых растений 63
3.2.1. Структуры в а микоризы в пк и кораллоидных корнях саговников 71
3.2.2. Особенности внутритканевой локализации симбиотических цианобактерий в ак саговников 74
3.2.3. Формы с редуцированной клеточной стенкой симбиотических цианобактерий в составе микропопуляций кораллоидных корней саговников 79
4. Структура ассоциативных комплексов микроорганизмов ак и прикорневой зоны саговниковых растений 87
4.1. Комплексы ассоциативных бактерий апогеотропных корней саговниковых растений 87
4. 2. Особенности таксономического состава и численности бактериального комплекса микросимбионтов ризосферы и ризопланы надземных и подземных ак саговниковых растений 92
4. 4. Особенности структуры микробных комплексов кораллоидных корней саговников рода cycas 95
4.5. Микобиота ак саговниковых растений 100
4.5.1. Особенности структуры комплекса микромицетов саговниковых растений рода cycas 101
4.6. Особенности ассоциативных циано-бактериальных комплексов микросимбионтов растительных синцианозов 105
4.6.1. Морфология и ультраструктура культивируемых цианобионтов кораллоидных корней саговников 108
4.6.2. Физиологические особенности симбиотических цианобактерий 111
4.7. Ассоциативные бактерии акм синцианозов папоротников рода azolla 112
5. Комплексы ассоциативных микросимбионтов воздушных корней эпифитных орхидей 114
5.2. Ассоциативные микросимбионты аэроризосферы воздушных корней эпифитных орхидей 116
5.3. Ассоциативные микросимбионты веламена воздушных корней 119
5.4. Таксономическая структура цианобактериальных комплексов корней тропических орхидей 120
5.5. Особенности колонизации грибом-микоризообразователем воздушных корней эпифитных орхидей 124
5.6. Потенциальная азотфиксирующая активность чехла - оболочки воздушных корней p. amabilis 125
6. Способность ассоциативных бактерий ризосферы и ризопланы ак саговников к синтезу пектолитических ферментов 127
7. Комплексы растворимых фенольных соединений ак саговников 130
7.1. Особенности накопления фенольных соединений в ак саговников. 131
7.2. Общая характеристика комплекса фенольных соединений ак саговниковых растений 133
7.3. Возможности спектрофотометрического анализа фенольных соединений в апогеотропных корнях саговников 142
7.4. Цитохимическое определение локализации фенольных соединений в ак саговниковых растений 145
7.5. Особенности ультраструктурной организации пластидома клеток кортикальной паренхимы ак саговников 152
8. Влияние растворимых фенольных соединений экстрактов апогеотропных корней на рост микросимбионтов апогеотропных корней саговников 160
8.1. Особенности роста культур ассоциативных бактерий в присутствии фенольных соединений кораллоидных корней саговников 160
8.2. Влияние растворимых фенольных соединений экстрактов ак на рост ассоциативных микромицетов 164
8.3. Эффекты действия экстрактов фенольных соединений апогеотропных корней саговников на рост цианобактерий 167
9. Является ли бор регуляторным фактором стабильности растительных синцианозов? (литературный обзор) 171
9.1. Влияние дефицита бора на структуру и физиологию клеток растений 171
9.1.1. Роль бора в структуре клеточной стенки растений 172
9.1.2. Влияние недостатка бора на физиологию растительной клетки 172
9.1.3. Метаболические пути, ведущие к накоплению фенолов в растительных тканях 174
9.2. Роль бора в формировании симбиозов растений с азотфиксирующими бактериями 176
9.2.1. Участие бора в формировании и функционировании бобово- ризобиального симбиоза 176
9.2.2. Участие бора в функционировании актиноризного симбиоза л 78
9.3. Особенности топографии цианобактерий в растительных синцианозах 179
9.3.1. Способы получения цианобионтом питательных и минеральных веществ в синцианозах 181
9.3.2. Морфологические и физиологические особенности цианобионтов в составе растительных синцианозов 182
9.3.2.1. Морфологические и физиологические изменения гетероцист всинцианозах 183
9.3.2.2. Особенности азотфиксирующеи активности цианобионтов в растительных синцианозах 185
9.4. Регуляция бором структуры оболочки гетероцист у цианобактерий л. variabilis атсс 29413 (экспериментальная часть) .188
9.5. Особенности роста и ультраструктуры свободноживущей и симбиотической цианобактерий в присутствии фенольных соединений ак саговников в условиях дефицита бора 196
10. Новые подходы в создании ассоциаций растений с диазотрофными бактериями 204
10.1. Конструирование искусственных ассоциаций между азотфиксирующими цианобактериями и несимбиотрофными видами растений 205
10.1.1. Искусственные ассоциации свободноживущих азотфиксирующих цианобактерий со злаковыми растениями 206
10.1.2. Введение в ризосферу несимбиотрофных растений штаммов симбиотических цианобактерий 208
10.2. Индукция образование на корнях небобовых растений псевдоклубеньков и колонизация этих структур диазотрофными микроорганизмами 208
10.5. Особенности инфицирования растений ассоциативными циано- бактериальными комплексами микросимбионтов, изолированными из природных синцианозов (экспериментальная часть) 210
10.6. Способы получения комплексов ассоциативных бактерий (бан) из акм папоротников azollasp. и a. pinnata 216
10.7. Образование псевдоклубеньков на корнях рапса под действием аанибан 221
10.7.1. Формирование псевдоклубеньков на корнях проростков рапса при действии аан 221
10.7.2. Образование р-клубеньков на корнях рапса под действием бан 222
10.7.3. Образование псевдоклубеньков на корнях рапса при совместном действии агентов нодуляции и азотфиксирующих микроорганизмов 223
10.7.4. Особенности распределение микроорганизмов в псевдоклубеньках корней рапса 224
10.7.5. Азотфиксирующая активность микроорганизмов на корнях растений рапса в модельных опытах 225
10.7.6. Получение и структурные особенности псевдоклубеньков корней рапса в вегетационных опытах 227
10.7.7. Распределение микроорганизмов в псевдоклубеньках корней рапса в вегетационном опыте 229
Заключение 232
Выводы 243
- Ассоциативные микроорганизмы
- Топография микросимбионтов в ак саговниковых растений
- Особенности таксономического состава и численности бактериального комплекса микросимбионтов ризосферы и ризопланы надземных и подземных ак саговниковых растений
- Общая характеристика комплекса фенольных соединений ак саговниковых растений
Введение к работе
Эволюция создала существующий мир макроорганизмов не как индивидуальные организмы, а как симбиозы с окружающим микромиром (Шаблин, 2001, Квиспел, 2002). Открытие новых групп растительных симбиозов и расширение числа видов среди таксонов растений, участвующих в образовании ранее известных, позволяет предположить, что явление симбиоза - не исключение, а скорее правило, закономерность в природе и симбиотические ассоциации представляют собой одну из основных форм существования жизни (Маргелис, 1983; Проворов, 2001; Douglas, 1994).
Изучение межорганизменных отношений в настоящее время приобрело всеобъемлющий характер и оказывает все более заметное воздействие на развитие практически всех областей биологии. Доказано, что индуцируя крупные изменения, симбиоз определяет становление новых форм жизни, которые не могли бы возникнуть при эволюции свободноживущих организмов (Маргелис, 1983; Ahmadjian, Paracer, 1986; Douglas, 1994).
В современной литературе, понятие «симбиоз» употребляется чаще всего как синоним термина «мутуализм», что подразумевает длительный пространственный контакт между симбионтами и формирование специализированных симбиотических морфологических структур - резервуаров - клубеньков, полостей, в которых происходит размножение, накопление микросимбионтов и где они выполняют свою основную метаболическую функцию (Парийская, Клевенкская, 1979; Проворов, 1991; Douglas, 1994).
В последнее десятилетие происходит смена парадигмы симбиоза. На смену представлениям о них как о двухкомпонентных системах в результате уточнения наших знаний об этом феномене приходит понимание симбиозов как многокомпонентных систем, в которых помимо доминантного микросимбионта, существует несколько ассоциативных микросимбионтов. Высказаны предположения, что такие сопутствующие доминантному микросимбионту микроорганизмы играют значительную роль в формировании, стабильном существовании и эффективном функционировании симбиозов в целом. В силу того, что в последнее десятилетие для многих растительных симбиозов открыты новые многочисленные сопутствующие микроорганизмы, назрела необходимость в выявлении и понимании роли таких ассоциативных микроорганизмов симбионтов в функционировании симбиоза в целом. На основании уточнений наших знаний о симбиозах уже сейчас бобово-ризобиальный симбиоз и синцианоз папоротника Azolla с цианобактерией Anabaena azollae предложено относить к трех компонентным системам: в первом случае бобовое растение - клубеньковые бактерии - грибы ВА микоризы, во-втором -папоротник рода Azolla - гетероцистообразующая цианобактерия A. azollae - бактерии рода Arthrobacter (Forni et al. 1990; Lechno-Yossef, Nierzvvicki-Bauer, 2002). Изменяются взгляды на ставшие уже классическими симбиозы растений с микоризными грибами (Gazzanelli et al., 1999; Bonfante et a., 2000), актиномицетами рода Frankia (Иваїгушкина и др., 1994; Добровольская, 2002).
В последнее десятилетие интерес в общей микробиологии переместился от изучения чистых культур микроорганизмов к новому объекту - микробному сообществу (Заварзин, 1990; Заварзин, Колотилова, 2001). При этом дарвиновская теория эволюции путем конкуренции видов сменилась новой «анти-рыночной» парадигмой - эволюцией видов в составе сообществ (Заварзин, 1995).
Симбиозы высших растений с цианобактериями (синцианозы) в последнюю четверть века привлекают повышенный интерес исследователей, о чем свидетельствует выход в свет с интервалом всего в 12 лет двух международных коллективных монографий, посвященных симбиозам цианобактерий (Rai, 1990; Rai et al., 2000). Это связано с осознанием, с одной стороны, существенно более значительной биосферной роли синцианозов в фиксации молекулярного азота, чем считалось ранее (Carpenter, 2002; Carpenter, Forster; 2002; Osborne, Bergman, 2002). С другой стороны, с нарастающей актуальностью решения проблемы "биологического азота" путем расширения круга сельскохозяйственных растений, которые могли бы удовлетворить свою потребность в азоте за счет симбиотической азот фиксации, в том числе и цианобактерий (Hartem, 2001; Rai et al., 2000b; Rai, Bergman, 2002).
Эта группа симбиозов названа на основании известного участия в их составе в качестве доминантного азотфиксирующего симбионта цианобактерий, однако, о многочисленных сопутствующих этому симбиозу ассоциативных микроорганизмах практически ничего не известно. Среди растительных симбиозов роль ассоциативных симбионтов в синцианозах наименее изучена. Несмотря на всплеск новой волны исследований синцианозов, многие вопросы регуляции их стабильности in situ до сих пор остаются невыясненными, а их решение было бы чрезвычайно полезно и в создании искусственных азотфиксирующих симбиозов с растениями несимбиотрофных видов (Gusev et al., 2002; Rai, Bergman, 2002).
В качестве веществ, регулирующих взаимоотношения между растением и цианобактериями в синцианозах могут выступать фенольные соединения (Bergman et al., 1996; Cohen, Yamasaki, 2000; Meeks, Elhai, 2002) - наиболее распространенные в растениях «вторичные соединения», функции которых многообразны (Запрометов, 1993). Фенольные соединения часто играют роль сигнальных молекул при индукции формирования большинства растительных симбиозов с микроорганизмами (Shirley, 1996). В качестве сигнальных веществ могут выступать различные представители фенольного метаболизма - производные оксибензойных и оксикоричных кислот, однако, чаще всего они представлены различными флавоноидами: флавонами, флавононами, флавонолами (Phillips, 1992; Запрометов, 1996). Однако до настоящего времени представления о роли этих веществ в формировании растительных симбиозов с различными группами микроорганизмов фрагментарны.
Целью настоящей работы явилось выяснение закономерностей организации и функционирования ассоциативных комплексов микросимбионтов в природных растительных симбиозах и модельных ассоциациях с культивируемыми тканями in vitro.
В работе были поставлены следующие задачи:
1. Изучение таксономического состава и структуры ассоциативных комплексов микросимбионтов (АКМ) ризосферы и ризопланы апогеотропных корней саговниковых растений, папоротников рода Azolla, корней эпифитных орхидей.
2. Исследование свойств ассоциативных микроорганизмов и цианобионтов АКМ саговниковых растений и папоротников рода Azolla при взаимодействии с растениями в симбиозе in vivo и модельных ассоциациях с культивируемыми тканями in vitro.
3. Выяснение особенностей накопления и локализации фенольных соединений в апогеотропных корнях саговниковых растений и определение их роли в формировании и стабильном существовании симбиоза с саговниковых растений иАКМ.
4. Изучение роли бора в стабилизации структур оболочек гетероцист у азотфиксирующих цианобактерии в модельных ассоциациях in vitro и растительных синцианозов in vivo.
5. Изучение возможности получения искусственных ассоциаций интактных растений несимбиотрофных видов и АКМ. Разработка условий получения псевдоклубеньков (р-клубеньков) на корнях растений табака, рапса, риса, паслена под действием АКМ, полученных из природных синцианозов.
Научная новизна. В рамках симбиологии предложено новое направление исследований ассоциативная симбиология, определяющая комплексный многокомпонентный состав участвующих в формировании симбиоза микроорганизмов с различными функциями: традиционного известного доминантного партнера, от которого зависит успех симбиоза на метаболическом уровне, и сопутствующих минорных компонентов, существующих в составе комплекса с доминантным симбионтом, ассоциированных с ним и выполняющих функции, обеспечивающие успех доминантного симбионта и симбиоза в целом.
Впервые проведено изучение структуры многокомпонентных АКМ в ризосфере и ризоплане апогеотроппых корней 7 видов саговниковых растений. Доказано, что только азотфиксирующие цианобактерии являются доминантным внутритканевым микросимбионтом, а бактерии и грибы, заселяющие поверхность и ризоплану апогеотроппых корней, являются ассоциативными микросимбионтами. Обосновано представление о том, что в процессе эволюции адаптационная амплитуда реакций саговников, определяющая сохранение реликтовых растений, связана с функционированием в специализированных органах растений, апогеотроппых корнях, эффективной симбиотической системы, включающей доминантный микросимбионт — азотфиксирующие цианобактерии, и широкий спектр ассоциативных бактерий и грибов.
Впервые охарактеризован комплекс растворимых фенольных соединений в боковых, прекораллоидных и кораллоидных корнях саговников. Изучены накопление и локализация растворимых фенольных соединений в апогеотроппых корнях представителей 7 родов. Фенольный комплекс представлен практически одинаковым набором из 7-11 соединений, включающим фенилпропаноиды, флаваны, флавонолы и проантоцианидины. Показано, что максимальное количество фенольных соединений накапливается в базалыюй части корней, где отсутствуют жизнеспособные формы цианобионтов. Установлено, что, выделенные из ризосферы и ризопланы апогеотропных корней, ассоциативные бактерии и грибы обладают разной устойчивостью к синтезируемым кораллоидными корнями фенольным соединениям. Впервые установлены закономерности в распределении микросимбионтов в апогеотропных корнях саговниковых растений, согласующиеся с накоплением и локализацией в них фенольных соединений. Доказано, что качественный состав фенольных соединений экстрактов апогеотропных корней саговников влияет на процессы клеточной дифференциации цианобактерий: в модельных системах стимулирует или ингибирует диффереицировку подвижных гормогониев, акинет, появление в популяции клеток с редуцированной клеточной стенкой - сферопластов и протопластов.
Впервые для получения на корнях несимбиотрофных видов растений: рапса, табака, риса, паслена, использованы АКМ, выделенные из природных синцианозов саговниковых растений и папоротников рода Azolla. Получены данные, свидетельствующие о том, что псевдоклубеньки являются благоприятной эконишей для развития и активного функционирования диазотрофных микроорганизмов.
Для растительных синцианозов предложена гипотеза о регуляторном действии бора и фенольных соединений в структурно-морфологическом и физиолого-биохимическом взаимодействии партнеров в растительных синцианозах.
Научно-практическая ценность. Полученные результаты имеют, прежде всего, теоретическое значение, расширяющее наши представления о процессах формирования, стабильном существовании растительных природных и экспериментально полученных азотфикснрующих симбиозах, регуляции метаболизма симбиотических и ассоциативных бактерий, грибов под влиянием метаболитов растений. Разработан новый подход получения стабильных ассоциаций экономически ценных несимбиотрофных видов растений с азотфиксирующими микроорганизмами. Полученные экспериментальные данные могут быть основанием для внедрения данного способа улучшения питания экологически чистым «биологическим азотом» ценных видов растений в практику сельского хозяйства.
Результаты исследований по изучению ассоциативных комплексов микросимбионтов в природных и экспериментальных растительных симбиозах (синцианозах) включены в руководства "Handbook of symbiotic cyanobacteria" (CRC Press, 1990) и "Symbiotic cyanobacteria" (Kluwer Academic Press, 2002), внедрены в задачи малого и большого практикума по физиологии микроорганизмов, летней практики по природным симбиозам биологического факультета для студентов кафедры физиологии микроорганизмов Биологического факультета МГУ и студентов Берлинского университета им. Гумбольдтов, в лекционные курсы по симбиологии, клеточной физиологии (кафедра физиологии микроорганизмов, Биологический факультет МГУ), цитологии микроорганизмов (кафедр физиологии микроорганизмов и микробиологии Биологического факультета МГУ), микробиологии (кафедра биологии почв факультета Почвоведения МГУ), используются в научной работе секции Биологии Берлинского университета им. Гумбольдтов.
Ассоциативные микроорганизмы
В последнее десятилетие интерес в общей микробиологии переместился от изучения чистых культур микроорганизмов к новому объекту - микробному сообществу (Заварзин, 1995), а на первое место выдвинулись разделы природоведческой микробиологии, достижения которой должны способствовать решению проблем возобновления природных ресурсов (Заварзин, Колотилова, 2001). При этом, дарвиновская теория эволюции путем конкуренции видов сменилась новой «анти-рыночной» парадигмой - эволюцией видов в составе сообществ (Заварзин, 1995), так же как появление жизни на Земле не единичных видов, а сообществ прокариот (Заварзин, 1990). В литературе при описании форм природных и искусственных сообществ микроорганизмов используются различные термины: смешанные культуры, сообщество, ассоциации, консорциумы. Наиболее правомерными, на наш взгляд, являются термины ассоциации и сообщество. Латинское слово "consorcium" означает участие, то есть консорциум - взаимодействующая совокупность видов (Рыбальских, Лях, 1990). По определению Заварзина (2001) микробное сообщество - это совокупность взаимодействующих между собой организмов. То есть, термины «сообщество» и «консорциум» по сути, являются синонимами. Взаимодействие между организмами, не предполагающее высоко специализированных, облигатных связей между партнерами, принадлежащих, в том числе, и к разным царствам (растения, животные, грибы, бактерии), и оказывающее положительное действие друг на друга в литературе определяется как ассоциативная система, ассоциация (Лукин и др., 1987) или ассоциативный симбиоз (Емцев, 1994; Проворов, 2001; Douglas, 1994). В последующем изложении материала для описания положительных не специализированных взаимодействий между микроорганизмами и растениями мы будем пользоваться терминамом ассоциация. Для многокомпонентных растительных симбиозов симбионт, ранее считавшийся единственным и выполняющий главную метаболическую функцию, например, азотфиксацию, и определяющий успех симбиоза в целом, в дальнейшем изложении материала будет называться доминантным микросимбионтом. Все остальные микроорганизмы с другими функциями, часто проявляющимися только на определенном этапе развития растения-хозяина, и на которые ранее не обращали внимания — ассоциативными микроорганизмами или ассоциативными микросимбионтами. Микроорганизмы, ассоциированные с растениями, стали объектом активных исследований только с середины 70-х годов и изучены значительно меньше, чем симбиотические или фитопатогенные (Умаров, 1986; Каменева, Муронец, 1999; Klucas, 1991; Elmerich et al., 1992; Vessey, 2003). Скрытый характер взаимодействия таких микроорганизмов в значительной мере затрудняет изучение физиологических, биохимических и генетических механизмов, определяющих их ассоциативную природу. В ризосфере и филлосфере растений обычно развиваются сложные по составу популяций микроорганизмов сообщества. Установлено, что на поверхности надземных вегетативных органов растений в основном доминируют грамотрицательные бактерии родов Pseudomonas, Envinia, Xanthomonas, Flavobacterium, а в ризосфере и ризоплане растений - Pseudomonas, Flavobacterium, Agrobacterium, Azospirillum (Звягинцев и др., 1993).
Приспособленность к существованию в этих нишах существенно повышают шансы микроорганизмов на выживание (Добровольская, 2002; Садовски, Грэм, 2002; Квиспел, 2002). Наибольший интерес для исследований ассоциативных отношений растений с микроорганизмами представляет ризосфера - узкая область почвы вдоль поверхности корней. Поступление и концентрация в ризосфере продуктов метаболизма растений определяет ее высокую энергетическую обеспеченность и формирует специфические экохимические условия для почвенных микроорганизмов (Умаров, 1986; Кравченко, 1989; Кравченко, 2001). То есть ризосфера является специфической, динамической микробиологической экологической нишей. 1.2. 1. Типы ассоциативных отношений микроорганизмов с растениями Ассоциативные бактерии распространены повсеместно во всех природных зонах, встречаются среди представителей самых разных физиологических групп прокариот (хемотрофов, фототрофов, аэробов, анаэробов) (Умаров, 1986; Бабьева, Зенова, 1989; Boonjawat et al., 1990; Vessey, 2003). До настоящего времени не существует четкого определения характера ассоциативных взаимоотношений растений с микроорганизмами. К ассоциативным предложено относить виды микроорганизмов, оказывающие положительное влияние на растения, но заселяющие только поверхности органов, свободные пространства тканей и/или предсуществующие полости растения-хозяина (Лугова, 2000; Проворов, 2001; Vessey, 2003). В некоторых случаях ассоциативные микроорганизмы способны заселять клубеньковоподобные структуры на корнях дикорастущих травянистых растений (Парийская, Клевенская, 1979; Шапошников и др., 1995; Ferain et al., 1980). Бактериальные клубеньки или структуры, напоминающие их, формируются не только на корнях растений. Известно более 400 различных видов голосеменных и покрытосеменных растений, образующих клубеньковоподобные структуры на нижней стороне листьев, как правило, вдоль основной жилки (Шилышкова, 1974; Ahmadjian, Paracer, 1986; Smith, Douglas, 1987; Douglas, 1994). Установлено, что колонизация корней растений ассоциативными микроорганизмами сопровождается образованием специфических соединений и структур, способствующих их прикреплению к поверхности органов растений (Каменева, Муронец, 1999; Коннова, 2003; Elmerich et al., 1992; Bashan et al., 1995a). Растение-хозяин, в свою очередь, синтезирует специфические сигнальные молекулы, например, агглютинин зародышей пшеницы, которые способны изменять метаболизм ассоциативных бактерий в направлении благоприятном для роста и развития растения-хозяина (Лнтошок, 2002).
По связям с растением почвенные микроорганизмы можно разделить на ассоциативные, эндофитные и симбиотические (рис. 1). К первой группе относятся микроорганизмы, обитающие в зоне прямого влияния растения - в прилегающей к корням почве и/ или заселяющие поверхности корней, слои мертвых клеток эпидермиса, перидермы (Проворов, 2001; Boonjawat et al., 1990; Elmerich et al., 1992). Ассоциативные ризосферные микроорганизмы формируют на корнях растений сложные по таксономическому составу и структурно-функциональной организации сообщества, которые оказывают на растения полифункционалыюе воздействие. К этой группе относят бактерии родов Azotobacter, Beijerinckia, Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus, Azospirillum, Klebsiella (Мальцев, Волкогоп, 1985; Волкогон и др., 1991; Белимов и др., 1999а; Добровольская, 2002; Boonjawat et al., 1990; Elmerich et al., 1992; Belimov et al., 1995; Vessey, 2003). При ассоциативных взаимодействиях (в отличие от симбиотических) между микроорганизмами и растениями обычно не происходит образование специализированных метаморфизированных структур, например, клубеньков (Парийская, Клевенская, 1979; Лукин и др., 1987; Лугова, 2000; Проворов, 2001). Хемотаксис по направлению к органам растений и прикрепление к их поверхности, как правило, завершают взаимодействие ассоциативных микроорганизмов с растением. Так, клубеньковые бактерии сем. Rhizobiaceae при формировании ассоциаций с небобовыми растениями - рисом, пшеницей способны заселять преимущественно поверхность корней и, в редких случаях, клетки кортикальной паренхимы без образования клубеньков (Квиспел, 2002; Schloter et al., 1997; Webster et al., 1997). Ризосфера мало защищает микроорганизмы от действия неблагоприятных факторов среды (вымывания, высушивания, хищников), и большее преимущество для них, представляет компартментация в межклеточных пространствах апопласта клеток кортикальной паренхимы корней, листьев и сосудов ксилемы (ризопланы и филлопланы соответственно), в которых растение
Топография микросимбионтов в ак саговниковых растений
АК изученных видов саговниковых растений небольшие светло-коричневые коралловидные кустики обильно расположенные на поверхности почвы или в почве. Они формируются как выросты диаметром до 5 мм боковых и/или придаточных корней. ЛК представляют собой модифицированный боковой корень, лишенный корневого чехлика с центральным проводящим пучком. На первых этапах развития такие клубеньковоподобные структуры неинфицированные доминантным микросимбионтом - азотфиксирующими цианобактериями, называются прекораллоидными корнями (ПК) (рис. 4А, 4Б) (Ahern, Staff, 1994). ПК снаружи покрыты характерной папнлозной оболочкой и всегда имеют апогеотропный рост, поэтому они располагаются над поверхностью почвы. Инфицированные азотфиксирующими цианобактериями ПК превращаются в кораллондные корни. При этом клубеньки утрачивают папилозную оболочку и приобретают вид кораллоидных кустиков, состоящих из дихотомически ветвящихся веточек длиной до 1,5 см и 0,5 см шириной (рис. 4В). У представителей рода Cycas кораллондные корни образованы не только дихотомически разветвленными структурами, но и палочковидными образованиями до 2 см длиной и 0,3 см. толщиной. Кораллоиднымн корнями принято считать АК, инфицированные цианобактериями, то есть представляющие собой симбиотические структуры. Главный, боковые и придаточные корни цикадовых часто обладают сократительной способностью, вследствие чего кораллондные корни могут находиться не только на поверхности почвы, но и погружаться в верхние ее слои (Costa, Lindblad, 2002). На радиальных и тангентальных срезах кораллондные корни цикадовых различных видов имеют сходное строение: снаружи они покрыты перидермой, состоящей из нескольких слоев сильно уплощенных мертвых клеток. Под ней располагаются: первичная кора (кортикальная паренхима), в которой часто присутствуют крупные пустоты, вероятно, слизевые ходы или дыхательные каналы, эндодерма, многорядный пернцикл и центральный цилиндр (рис. 5, 6). Также как и актинорнзные клубеньки, кораллондные корни саговников лишены корневого чехлика. В слое клеток кортикальной паренхимы кораллоидных корней локализуются симбиотические цианобактерии. На нативных радиальных срезах кораллоидов место их локализации выявляется в виде темно-зеленого блестящего кольца (рнс. 5). Темно-зеленое кольцо симбиотических цианобактерий делит кортикальную паренхиму на две части - внешнюю и внутреннюю. Клетки внешней части кортикальной паренхимы АК часто забиты гранулами крахмала. По совокупности особенностей морфологического строения кораллоидный корнень саговников можно условно разделить на три зоны (рис. 7). 1 - апикальная зона - 1-3 мм от кончика корня. В ней визуально и микроскопически отсутствуют цианобактерии. 2 - зона функционально активных цианобактерий - 4-12 мм от кончика корня.
Место локализации цианобактерий четко выявляется в виде кольца шириной 1-3 мм. При микроскопировании срезов этой части кораллоидных корней видны многочисленные укороченные нити цианобактерий, состоящие из вегетативных клеток и гетероцист, а также кластеров клеток, группы вегетативных клеток, окруженные общим чехлом. З - базальная часть - 3-5 мм, прилегающая к основанию АК. В межклетниках перидермы и внешнего слоя кортикальной паренхимы апикальной зоны АК обнаружены многочисленные клетки бактерий, в основном длинные и короткие палочки (рис.9). Сканирование срезов кораллоидных корней обнаружило клетки бактерий в межклетниках перидермы и наружного слоя клеток кортикальной паренхимы (рис. 6). На ультратонких срезах АК апикальной зоны, в складках клеточных стенок мертвых клеток перидермы видны скопления бактериальных клеток, часто расположенных в гомогенном электронно-плотном веществе (рис. 10А, 10Б). Кроме того, некоторые бактериальные клетки находились в контакте с поверхностью клеточных стенок растений и даже были частично погружены в нее (рис. 10В). 3.2. 1. Структуры В А микоризы в ПК и кораллоидных корнях саговников Везикулярно-арбускулярная (ВА) эндотрофная микориза чрезвычайно широко распространена в растительном мире и характеризуется большим разнообразием форм и структур (Селиванов, 1981). Она встречается у 80% видов наземных растений. Грибы, формирующие ВА микоризу относятся к порядку Glomales (Zygomycotina), в котором выделяют 3 семейства и 5 родов: p. Glomus (сем. Glomaceae), pp. Entrophospora и Acaulospora (сем. Acaulosporaceae), pp. Scutellospora и Gigaspora (сем. Gigasporaceae). Общее количество видов не превышает 130. До настоящего времени исследователям не удалось получить чистой культуры грибов ВА микоризы. В 1956 -1957 гг. Н.П. Горбунова впервые описала в боковых корнях саговника Е. hildenbrandtii - оранжерейного экземпляра, привезенного из Германии, эндотрофную микоризу везикулярного типа (Горбунова, 1956; 1957). Однако в корневых «апогеотропных клубеньках» эндофитного мицелия и специализированных структур ВА микоризы не обнаружила. В более поздних статьях, посвященных симбиозу саговников, также отмечалось отсутствие ВА микоризы в АК (Grilli-Caiola, 1980; Obukowiz et al., 1981; Rai et al., 2000). Изучение в световом микроскопе окрашенных по методу Стоутона (Барыкина и др., 2000) срезов нативных или фиксированных (по методу Карнуа) зрелых кораллоидных корней саговников Е. horridus, С. micholitzii, С. revoluta, С. mexicana не выявило мицелия эндофитного гриба в тканях кортикальной паренхимы АК.При изучении окрашенных срезов ПК S. eriopus и D. edule в тканях кортикальной паренхимы был обнаружен эндофитный несептированный мицелий и многочисленные структуры, похожие на везикулы. Межклеточный эндофитный мицелий был представлен как линейными и петлеобразными мицелиальными структурами, так и скоплениями гиф (рис. 11). В ПК других видов саговников - L. peroffskyana, С. rumphii, Z. media обнаружить эндофитный мицелий гриба нам не удалось. Однако на сканирующих фотографиях зоны кортикальной паренхимы кораллоидных корней Е. villosus, Е. horridus и С. circinalis были обнаружены клетки, содержащие дихотомически ветвящиеся арбускулы (рис. 12).
Межклеточный эндофитный мицелий и везикулы, а также внутриклеточные простые арбускулы были обнаружены только в зоне кортикальной паренхимы боковых корней в непосредственной близости от мест формирования «корневых клубеньков» ПК. «В исследованном материале во всех случаях на ранних стадиях формирования клубеньков в боковых корешках обнаруживался гриб, заполняющий межклетники почти всех клеток коры и не заходящий лишь в меристемы и осевой цилиндр. И неизменно, при наличии в корне бокового корешка эндофитного гриба, на некотором расстоянии от зараженного участка корня происходило формирование клубенька» - писала Н.П.Горбунова в 1957 году. При этом практически все клетки кортикальной паренхимы содержали простые арбускулы, которые очень быстро ПК всех видов изученных видов саговников снаружи имели хорошо выраженные папилозные структуры, а в тканях кортикальной паренхимы отсутствовала зона локализации симбиотических цианобактерий. Только проведенные цитохимические исследования позволили установить, что ПК S. eriopus и D. edule существенно отличаются от других АК, так как находятся в процессе инфицирования ассоциативными микросимбионтами. Интересным является и тот факт, что грибные гифы в тканях прекораллоидов сопровождаются нитями (гормогониями) цианобактерий (рис. 11). Заманчиво предположить, что инфицирование ПК цнанобактернями происходит по межклеточным каналам вслед за мицелием гриба ВА микоризы. В последствии, также как это наблюдается в других растительных симбиозах, микросимбионты пространственно разделяются и заселяют различные зоны корня. В настоящее время идентифицировано 3 общие стадии развития азотфиксирующих клубеньков и В А микоризы у бобовых растений (Rhys et al., 2000; Якоби и др., 2002). Однако показано, что микросимбионты в данном симбиозе пространственно разделены и инфицируют разные зоны корня (Селиванов, 1981; Smith, Douglas, 1987; Лутова, 2000). При микроскопировании фрагментов корней, в области, где располагаются симбиотические цианобактерни, не было обнаружено клеток бактерий и мицелия грибов. 3. 2. 2. Особенности внутритканевой локализации симбиотических цианобактерий в АК саговников Слизистое кольцо в кортикальной паренхиме — место локализации симбиотических цианобактерий во всех кораллоидных корнях организовано сходно.
Особенности таксономического состава и численности бактериального комплекса микросимбионтов ризосферы и ризопланы надземных и подземных ак саговниковых растений
Зрелые кораллоидные корни саговников в природе часто меняют геотропизм и втягиваются за счет сократительной деятельности придаточных корней в верхние слои почвы. При тепличном содержании саговников, как правило, кораллоидные корни располагаются над поверхностью почвы, однако, в некоторых случаях нам удалось получить образцы подземных корней и провести сравнение таксономической структуры бактериальных сообществ ризосферы и ризопланы подземных и надземных АК 15 - летних (мужского и женского экземпляра) растений С. micholitzii (табл. 11) и 50 - летнего растения Е. villosus (табл. 12). Численность всех групп микроорганизмов в прикорневой зоне подземных кораллоидных корней С. micholitzii и Е. villosus так же как описано ранее для надземных АК убывает в ряду почва-ризосфера-ризоплана. Как видно из таблицы 11, 12 в ризосфере и ризоплане надземных кораллоидных корней доминируют таксоны грамположнтельпых бактерий родов Arthrobacter, Bacillus и Micrococcus, а в соответствующих зонах подземных корней грамотрицательные бактерии пор. Myxococcales и p. Aquaspirillum. Сравнение таксономического состава бактерий ризосферы и ризопланы надземных и подземных кораллоидных показывает, что в ризоплане появляются новые таксоны бактерий средней группы обилия. В надземных корнях С. micholitzii это бактерии p. Micrococcus (25.4%), ay villosus - p. Cytophaga (21.6%). В подземных кораллоиднах С. michoiltzii бактерии p. Aquaspirillum (13%), а у Е. villosus - p. Aquaspirillum и пор. Streptomyces. В ризоплане надземных корней С. micholitzii по сравнению с ризосферой наблюдается возрастание доли таксонов грамотрицательных бактерий родов Aquaspirillum, Flavobacterium и пор. Myxococcales с 3,6% до 25,4,1%. Аналогичная тенденция возрастания доли таксонов грамотрицательных бактерий с 74,3% до 80% прослеживается и в ризоплане подземных кораллоидных корней. Нами исследована численность и таксономический состав бактерий почвы, ризосферы и ризопланы подземных кораллоидных корней саговника С. revoluta, растущего в открытом грунте прибрежной зоны о. Кипр (пригород г. Лимассол). Численность всех групп микроорганизмов в прикорневой зоне растения открытого грунта выше, чем в ризосфере и ризоплане подземных кораллоидных корней (табл. 13). Таким образом, и в природных условиях в зоне ризосферы кораллоидных корней С. revoluta отсутствует выраженный ризосферпый эффект. В прикорневой почве растения доминируют таксоны грамположительных Таким образом, на основании приведенных данных можно сказать, что в прикорневой почве как тепличных, так и растений открытого грунта преобладают грамположнтельные бактерии pp. Bacillus и Arthrobacter. Таксономический состав ассонд1Г11вных_д11ШРРСимбионтов ризосферы_и_ризопланы кораллоидных корней саговниковых растений включает представителей 5-8 родов бактерий, из которых доминантными являются, как правило, представители только 1-2. В ризосфере и ризоплане надземных кораллоидных корней доминируют грамположнтельные бактерии, хотя в ряду ризосфера — ризоплана во всех случаях прослеживается тенденция к возрастанию доли таксонов грамотрицательных бактерий. В ризосфере и ризоплане подземных кораллоидных корней растений как тепличных, так и открытого грунта преобладают грамотрицательные бактерии p. Aquaspirillum и пор. Myxococcales.
Сравнение спектров потенциальных доминантных групп бактерий почв саговниковых растений, ризосферы и ризопланы апогеотропных корней показало, что максимальное разнообразие таксонов, относящихся к группам1 субдоминант и среднего обилия бактерий, выявляется в ризоплане кораллоидов. 4. 4. Особенности структуры микробных комплексов кораллоидных корней саговников рода Cycas В качестве объектов исследования использовали фрагменты АК трех видов саговников рода Cycas, отобранных в разные годы из разных местообитаний - С. circinalis, С. revoluta, С micholitzii. Надземные кораллоидиые корни были взяты от растений С. circinalis (июнь 2001 г., ноябрь 2002 г), С. revoluta (ноябрь 2002 г.), С. micholitzii (октябрь 2003 г.), выращиваемых в условиях субтропического климата в оранжерее Главного ботанического сада РАН им. Н.В. Цицина (Москва); С. circinalis, С. revoluta (октябрь 2002 г.), выращиваемых в оранжерее Ботанического института РАН (СПб). Возраст растений составлял: С. circinalis, С. revoluta - 30-50 лет, С. micholitzii - 15 лет. Исследования проводили только со свежеотобранными образцами корней. Изучение бактериальных комплексов АК трех видов саговников - С. circinalis, С revoluta, С. micholitzii показало, что численность бактерий независимо от вида, местообитания и возраста растений, сохраняется примерно на одном уровне, либо слегка убывает в ряду почва - ризосфера - ризоплана (табл. 14). Аналогичная закономерность была выявлена нами ранее при изучении бактериальных комплексов кораллоидных корней у других видов цикадовых - С. mexicana, Е. villosus. Бактериальные сообщества в прикорневой зоне саговников рода Cycas и почве под ними были в целом представлены 13 таксонами. В их число входили как грамположительные бактерии родов Bacillus, Arthrobacter, Rhodococcus, Micrococcus, Cellulomonas, Promicromonospora, Clavibacter, Streptomyces, так и грамотрицательные бактерии родов Aquaspirillum, Azotobacter, Cytophaga, Flavobacterium и порядка Myxococcales. По частоте встречаемости в исследуемых субстратах эти бактерии составили ряд (в порядке убывания) от бацилл и артробактера до азотобактера, и доминировали бациллы (48-64%), Arthrobacter (28%), в качестве субдоминантов выделялись представители родов Rhodococcus, (20%) и порядка Streptomyces (18%). В структуре бактериального прикорневого сообщества надземных АК, как и в почве, доминировали представители родов Bacillus и Arthrobacter. В качестве субдоминантов (относительное обилие 20-30%) у двух видов растений были выявлены бактерии родов Rhodococcus и Micrococcus. Бактерии остальных таксонов были представлены либо минорными компонентами ( 10%), либо составляли группу среднего обилия (10-18%) (табл. 15). Таким образом, таксономический состав бактериальных комплексов надземных АК оранжерейных экземпляров растений рода Cycas практически не отличался друг от друга, независимо от места их расположения (Москва, СПб) и вида растения.
Это свидетельствует в пользу того, что на протяжении всего периода жизни растений на корнях сохраняются определенные бактериальные формы. Специфической особенностью бактериального комплекса надземных кораллоидных корней саговников рода Cycas являлось доминирование бацилл и актинобактерий, т.е. форм бактерий, резистентных к высушиванию. Причем, последние были представлены разнообразными пигментными культурами коринеподобных бактерий, среди которых значительную долю составляли представители родов Micrococcus и Rhodococcus. Аналогичную картину наблюдали при изучении состава бактериальных сообществ на поверхности пустынных растений (Добровольская, 2002). Такое сходство объясняется расположением корней саговников в надземном слое, где бактериальные сообщества, формирующиеся в аэроризосфере, подвергаются периодическому иссушению. Судя по тому, что бактериальные сообщества прикорневой зоны саговников и почвы под этими растениями, мало отличаются по составу, можно предположить, что на воздушные корни они попадают из почвы и сохраняются там, в виде покоящихся форм. С другой стороны, таксономических состав доминант и субдоминант ризосферы и ризопланы АК совпадает с родами бактерий, обнаруженными в полостях водного папоротника азолла (Serrano et al., 1999). Установлено, что в составе этого симбиоза ассоциативные бактерии участвуют в продукции внутриполостной слизи (Forni et al., 1998), азотфиксации, продукции гормонов роста растений (Forni et al., 1992; Lechno-Yossef, Nierzwicki-Bauer, 2002). Можно предположить, что выявленные нами в ризосфере и ризоплане АК саговников бактерии, устойчивые к высушиванию, при создании благоприятных условий, определяемых фенологическими факторами, могут размножаться и осуществлять разнообразные функции, свойственные PGPR - бактериям. Судя по таксономическому составу, в бактериальном сообществе кораллоидных корней саговников преобладают гидролитики, способные к разрушению, как целлюлозы, так и пектина - бациллы, стрептомицеты, миксобактерии, цитофаги, целлюломонады. Сложилось мнение, что в ризосферном бактериальном сообществе доминируют разноообразные протеобактерии - как аэробные, так и факультативно-анаэробные (Добровольская, 2002).
Общая характеристика комплекса фенольных соединений ак саговниковых растений
Как описано ранее, АК саговниковых растений являются выростами боковых или придаточных корней. В оранжерейном комплексе ГБС РАН (г. Москвы) коллекция саговников представлена растениями разного возраста, на корнях которых имеются как ПК, так и зрелые кораллоидные корни. В связи с этим в нашей работе мы попытались охарактеризовать и сравнить комплексы фенольных соединений боковых корней, формирующихся на них ПК и зрелых кораллоидов 12 видов саговников, относящихся к 7 родам. Определение суммарного содержания растворимых фенольных соединений в зрелых кораллоидпых корнях 7 видов саговников показало, что они отличались друг от друга по этому/ показателю. Наибольшее накопление фенольных соединений, было характерно для АК С. mexicana, и оно превышало таковое других видов в 3,5-8 раз. Представители родов Cycas и Encephalartos обладали более низкой и почти одинаковой способностью к образованию фенольных соединений (рис. 33). , Сравнительный анализ содержания растворимых фенольных соединений в надземных и подземных кораллоидных корнях саговников С. mischolitzii (2 разных 15 летних растений) и Е. yillosus (одного растения) показали, что подземные кораллоидные корни накапливают их в 1,3 - 1,5 раза больше чем надземные (табл. 21). Кроме того, в. комплексе растворимых фенольных соединений подземных кораллоидных корней наблюдается возрастание доли флаванов по сравнению с надземными. Как мы описывали ранее, ПК являются структурами, формирующимися как выросты боковых или придаточных корней. Именно ПК обладают отрицательным геотропизмом и имеют специфическую папилозную оболочку, предположительно играющую роль в инфицировании корней цианобактериями (Achern, Staff, 1994; Gantar et al., 2001). Известно, что фенольные соединения относительно простого строения играют роль сенсорно-сигнальных молекул во взаимоотношениях растений с микроорганизмами и участвуют в этапах дистантного взаимодействия между партнерами (Xie et al., 1995; Stafford, 1997) . Именно в ответ на синтез растением-хозяином сигнальных молекул, микроорганизмы отвечают экспрессией генов, необходимых для последующих стадий взаимодействия с растением (Каменева, Муронец, 1999; Lindstrom et al., 2002). В связи с этим был проведен сравнительный анализ накопления растворимых фенольных соединений боковыми корнями и формирующимися на них ПК (табл. 22). Из таблицы видно, что во всех исследованных случаях определяемое количество фенольных соединений в основных корнях и ПК было различным. У С. mexicana, С. rumphii и L. peroffskyana ПК содержали лишь 15-50% фенольных соединений, определяемых в основных корнях, а у D. edule и S. eriopus - в 2-3 раза больше. Следует учитывать, что до настоящего времени нет четкой градации в стадиях развития апогеотропных корней у саговников. Наличие папилозной оболочки на поверхности этих структур и отсутствие в зоне кортикальной паренхимы четко оформленного кольца цианобактерий предлагает, что эти корни можно относить к ПК.
Однако именно в таких структурах АК у D. edule и S. eriopus были обнаружены внутритканевые гифы грибов, структуры типа везикул и единичные нити цианобактерий. То есть фрагменты ПК этих растений в момент изучения находились в процессе инфицирования микросимбионтами. Известно, что именно на проникновения микроорганизмов в ткани растения последние могут отвечать активацией синтеза фенольных соединений (Запрометов, 1996; Дьяков и др., 2001; Wiess et al., 1997). Можно предположить, что выявленный эффект резкого возрастания количества фенольных соединений в инфицированных струїсгурах ПК саговников D. edule и S. eriopus связан именно с проникновением микросимбионтов вглубь тканей корней. Известно, что на ранних стадиях микоризации лиственницы Larix deciduas в инфицированных корнях наблюдается быстрое возрастание концентрации связанных с клеточной стенкой ванилиновой и феруловой кислот, и не связанных с ней флаванов - катехина, эпикатехина, 8 олигомерных проантоцианидинов, флавонолов (свободного и гликозидированного квертицина). Аналогичные данные были получены при изучении микоризации корней моркови и березы грибами В А микоризы (Douds et al., 1996). Наибольшее накопление катехина, эпикатехина и связанной с клеточной стенкой феруловой кислоты происходило в клетках внешней части кортикальной паренхимы корней, в местах формирования грибом сети Гартинга (Weiss et al., 1997). Таким образом, унифицированные ассоциативными микросимбионтами ПК саговников содержат наименьшее количество растворимых фенольных соединений из всех проанализированных типов корней. Процесс внутритканевого инфицирования тканей ПК грибами ВА микоризы и цианобактериями сопряжен с 2- и 3-кратным увеличение накопления в их тканях фенольных соединений. При этом в ряду боковые корни - унифицированные ПК - инфицированные ПК -кораллоидные корни в экстрактах растворимых фенольных соединений наблюдается возрастание доли флаванов. В экстрактах корней всех изученных видов саговников, кроме представителей рода Cycas, прослеживается тенденция возрастания доли флаванов в ряду боковые корни - ПК - кораллоидные корни, а в экстрактах подземных кораллоидов Е. villosus практически все экстрагируемые этанолом фенольпые соединения были представлены флаванами. Аналогичные результаты получены при сравнении комплексов фенольных соединений экстрактов боковых корней и расположенных на них клубеньков ольхи, инфицированных актиномицетом рода Frankia. Авторы отмечают значительное возрастание количества синтезируемых клетками растений в клубеньках фенольных соединений и увеличение в них доли флаванов по сравнению с боковыми корнями (Laplaze et al., 1999).
Как описано ранее, содержание фенольных соединений в кораллоидных корнях саговников не зависело от возраста изученных растений, однако, существенно менялось в зависимости от времени года. Так, количество растворимых ФС в экстрактах кораллоидных корней, собранных весной, было в 2 -7 раз выше, чем в экстрактах кораллоидных корней у тех же растений, собранных осенью (табл. 23). Ранее с использованием методов электронной микроскопии были отмечены существенные различия в ультраструктурной организации (состояние тилакоидов, накопление резервных полимерных веществ - цианофицина и гликогена) цианобактерий в составе симбиоза с саговниковыми растениями (Grilli-Caiola, 1975а; 1975b; 1980; Obukowicz et al.,1981). Полученные нами данные о сезонных флуктуациях накопления растворимых фенольных соединений АК саговников позволяют предположить, что эти изменения, определяются воздействием на симбиотические цианобактерии фенольного комплекса метаболитов растений. С другой стороны, так как веточки одной грозди кораллоидного корня могут содержать разные виды цианобактерии (Lindblad, Costa, 2002; Rasmussen, Johansson, 2002), можно предположить, что в каждом конкретном случае из популяций почвенных цианобактерий определенный фрагмент кораллоидных корней инфицируют только те цианобактерий, которые могут адаптироваться к специфическим условиям существования вігутри данного фрагмента кораллоидного корня. Исследование фенольного комплекса основных корней, ПК и кораллоидных корней методом одномерной тонкослойной хроматографии показало наличие в нем от 7 до 11 соединений. Во всех случаях были обнаружены катехины: (-)-эпикатехин и (+)-катехин, проантоцианидины, а также соединения фенилпропаноидной природы - кофейная, феруловая, л-оксибензойная, ванилиновая кислоты и несколько соединений сходной природы, которые пока не идентифицированы (рис. 34, табл. 25). Кроме того, в экстрактах АК представителей рода Cycas - С. micholitzii и С. rumphii - обнаружены соединения, принадлежащие к группе флавонолов. Порядок Cycadales в настоящее время разделен на три семейства. Два из них монотипные - Cycadaceae и Stangeriaceae. Остальные роды относятся к семейству Zamiaceae (Тарбаева, 1995). Можно сказать, что в определенной степени различия в составе фенольного комплекса АК у изученных видов саговников обусловлены видовыми характеристиками растений, а не их способностью к синтезу фенольных соединений.
