Введение к работе
Актуальность проблемы Электромагнитное излучение (ЭМИ) является физическим фактором среды, который оказывает существенное влияние на различные живые организмы. Естественных источников электромагнитного излучения в СВЧ- и КВЧ-диапазонах на Земле не существует, однако, техногенные источники, количество и мощности которых постоянно растут, уже сейчас позволяют говорить о ЭМИ в этих диапазонах, как о важном техногенном факторе окружающей среды, влияющим на стабильность экосистем.
Миллиметровое излучение активно используется в медицине, биологии и химии. К настоящему времени известно много исследований влияния ЭМИ миллиметрового диапазона низкой (нетепловой) интенсивности (КВЧ-излучение) на микроорганизмы [Исаева, 1991; Реброва, 1992; Ли и др., 2003]. Описано влияние на различные физиологические процессы и свойства у микроорганизмов: клеточное деление, морфологические признаки, скорость роста, выход биомассы, ферментативную активность и др.
Исследования, проведенные в нашей лаборатории в течение ряда лет по влиянию КВЧ-излучения на метаболизм фотосинтезирующих организмов, выявили его стимулирующее действие на ряд физиологических процессов [Тамбиев и др., 1998; Tambiev et al, 2000; Тамбиев и др., 2003]. Необходимо отметить, что КВЧ-излучение можно отнести к сверхслабым воздействиям, так как количество поглощаемой объектом энергии ничтожно мало, но его влияние на живые объекты бывает впечатляющим, например, стимуляция выхода биомассы у цианобактерии Spirulina platensis может быть выше в два и более раза. Влияние КВЧ-излучения на биологические объекты имеет, как правило, резонансный характер, то есть частотную, временную и мощностную зависимость [Тамбиев и др., 2003].
ЭМИ сантиметрового диапазона (СВЧ-излучение) находит применение в медицине и микробиологии [Wu, 1994]. Многие исследователи использовали СВЧ-излучение для подавления роста микроорганизмов при стерилизации всевозможных объектов [Shin et al, 1997; Rosaspina et al, 1994]. Есть сведения о стимулирующем действии этого излучения на некоторые микроорганизмы в случаях, когда нагревание объектов не происходило или сводилось к минимуму [Булина и др., 1997; Rai et al, 1999].
Цианобактерии и эукариотные зеленые микроводоросли являются широко распространенными объектами научных исследований, по физиологии которых существует обширная литература [Кондратьева и др., 1989; Гусев, Минеева, 2003]. Ряд их представителей являются перспективными объектами фотобиотехнологии благодаря значительному содержанию в клетках белка, полиненасыщенных жирных кислот, fS - каротина, витаминов и др. соединений, а также минеральному составу [Vonshak et al, 1987; Henrikson, 1994; Borowitzka et al, 1999]. Пластичность метаболизма цианобактерии позволяет получать биомассу, обогащенную отдельными микроэлементами, путем направленного изменения условий культивирования, что используется, например, при создании биологически активных добавок [Минюк, 1999; Блинкова, 2001; Пронина и др., 2002; Тамбиев и др., 2006].
Актиномицеты относятся к грамположительным бактериям и являются составной частью наземных экосистем. Среди микроорганизмов они отличаются непревзойденной способностью к образованию биологически активных соединений разнообразного химического строения и биологического действия [Зенова, 1992]
В последнее десятилетие наряду с изучением чистых культур микроорганизмов возник большой интерес к исследованию микробных сообществ и ассоциаций [Заварзин, 1990; Заварзин, Колотилова, 2001]. Как известно, в большинстве естественных экосистем микроорганизмы сосуществуют в микробных сообществах и нередко образуют ассоциативные комплексы. Актиномицеты, как и немицелиальные бактерии, способны формировать ассоциации с другими микроорганизмами в природных условиях. Достаточно интересными бывают ассоциации актиномицетов и микроводорослей или цианобактерии, которые встречаются на выходах карбонатных пород и в почвах [Калакуцкая, Зенова, 1993; Звягинцев, Зенова, 2001; Зенова, 2002]. Некоторые виды цианобактерии входят в состав циано-бактериальных сообществ -матов [Звягинцева и др., 1995, Заварзин, 2004], многие участвуют в формировании симбиозов с эукариотами в природе [Schenk, 1992], и модельных ассоциаций с растительными партнерами в экспериментальных условиях [Gusev et al, 2002], а также являются частью почвенных микробных сообществ [Бабьева, Зенова, 1989; Добровольская, 2002].
В связи с этим являются актуальными проблемы получения микробных ассоциаций в лабораторных условиях, поиск критериев при подборе ассоциативных
нар, а также изучение внешних факторов (ЭМИ), способных регулировать метаболизм клеток у партнеров смешанных культур при раздельном и совместном культивировании.
Цель работы. Целью исследования явилось изучение действия СВЧ- и КВЧ-излучений на гетеротрофных и фототрофных микроорганизмов, способных показывать устойчивый рост в смешанных культурах.
Задачи исследования:
Изучение возможности обработки воздушно-сухих образцов почвы СВЧ-излучением для выделения культур актиномицетов, в том числе их редких родов.
Изучение действия СВЧ- и КВЧ-излучения на некоторые физиологические характеристики актиномицетов.
Подбор условий совместного культивирования актиномицета, как гетеротрофного, и цианобактерии либо зеленой микроводоросли как фототрофного партнеров.
Определение возможного критерия при подборе пар микроорганизмов для создания устойчивых смешанных культур.
Выявление активных режимов облучения в КВЧ-диапазоне для стимуляции роста фототрофных партнеров смешанных культур.
Изучение действия КВЧ-излучения на полученные смешанные культуры.
Научная повита. Выделение культур актиномицетов из почв показало применимость обработки воздушно-сухих почвенных образцов СВЧ-излучением для увеличения количества выделяемых актиномицетов и их редких родов. Предлагаемая методика позволяет более полно оценивать почвенный актиномицетный комплекс.
Установлен резонансный стимулирующий эффект действия на исследуемые культуры при изучении действия СВЧ- и КВЧ-излучения на физиологические характеристики актиномицетов. Выявлены активные длины волн и экспозиции облучения для актиномицетов видов Streptomyces xanthochromogenes шт.№8 и Streptomyces cinereorectus mm №10 Впервые отмечена различная реакция на действие СВЧ-излучения у покоящихся спор и растущего мицелия актиномицетов.
Подобраны условия для совместного культивирования актиномицета Str xanthochromogenes шт№8 и цианобактерии АпаЪаепа variabilis шт. АТСС 29413. Впервые зафиксировано в смешанной культуре формирование устойчивых
новообразований - «конгломератов», состоящих из переплетенных гифов актиномицета и трихом цианобактерии.
Впервые установлена возможность использования значений реакционной способности (PC) экскретируемых в среду нативных экзометаболитов у микроорганизмов, как «экспресс» критерия при подборе смешанных культур или ассоциативных пар. Отмечена наибольшая совместимость партнеров при значениях PC среды в противоположных областях активности - окислительной (ОА) и антиокислительной (АОА) у изученных культур микроорганизмов.
Установлены оптимальные режимы КВЧ-облучения цианобактерии A. variabilis и зеленой микроводоросли Scenedesmus quadricauda (Тигр) ВгёЬ. для стимуляции роста и выхода биомассы. Впервые отмечена различная реакция на КВЧ-облучение у смешанной культуры и раздельно культивируемых партнеров.
Практическое значение. Модифицированный метод предварительной обработки почвенных образцов СВЧ-излучением для выделения актиномицетов позволяет более полно оценивать почвенный актиномицетный комплекс, а также выделять больше редких родов актиномицетов. Установленные активные режимы СВЧ-облучения для актиномицетных культур позволяют регулировать их физиологическую активность, что может использоваться для стимулирования синтеза антибиотиков и протеолитических ферментов в биотехнологии.
Предлагаемый критерий при подборе партнеров смешанных культур микроорганизмов позволяет быстро оценить возможности их совместного роста.
Полученные данные возможно использовать при оценке действия ЭМИ, как техногенного фактора, на естественные микробные популяции и лабораторные культуры, а также при изучении механизмов его действия на клетки микроорганизмов.
Апробация работы. Основные положения работы доложены на VII, XI, XIII, XIV Международных конференциях «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» (Украина, Ялта-Гурзуф, 1999, 2003, 2005, 2006); на конференции «Проблемы экологии и физиологии микроорганизмов» (Москва, 2000); на Международной конференции «Автотрофные микроорганизмы» (Москва, 2000); на Международной конференции «Биологические ресурсы и устойчивое развитие» (Пушино, 2001), на I, II, III Международных конгрессах
«Биотехнология - состояние и перспективы развития» (Москва, 2002, 2003, 2005); на Международном симпозиуме «Биотехнология микробов» (Москва, 2004), на III Международной конференция «Электромагнитные излучения в биологии» (Калуга, 2005), на I Международной конференции «Физиология микроорганизмов в природных и экспериментальных экосистемах» (Москва, 2006).
Публикаиии. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, объектов и методов исследования, результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Материалы диссертации изложены на АтІРстраницах и включают 3./.. рисунков и .У... таблицы. Список литературы содержит ссылки на /9.2. источника из которых . йЗ- зарубежных. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Похожие диссертации на Влияние СВЧ- и КВЧ-излучения на гетеротрофных и фототрофных партнеров смешанных культур микроорганизмов
