Введение к работе
Актуальность темы. Аноксигенные фототрофные бактерии (АФБ) представляют собой обширную группу микроорганизмов, осуществляющих анокси-генный фотосинтез при участии бактериохлорофиллов (бхл). По морфологии, цитологии, пигментному составу и физиологии АФБ весьма разнообразны и подразделяются на 6 групп: пурпурные серные бактерии (ПСБ), пурпурные несерные бактерии (ПНБ), зеленые серобактерии (ЗСБ), зеленые нитчатые бактерии (ЗНБ), гелиобактерии и группа аэробных содержащих бхл а бактерий (эритробактерии). Они широко распространены в природе и встречаются в самых различных экосистемах. Основным условием развития АФБ является наличие света. Отдельные представители АФБ приспособлены к широкому спектру физико-химических условий среды, в том числе к экстремальным. Среди них известно 5 термофильных видов, много галотолерантов и галофилов от слабых до экстремальных. Большинство АФБ способно расти в диапазоне рН от 6 до 9 и являются нейтрофилами с оптимумом рН около 7. Некоторые представители ПНБ предпочитают слабокислую реакцию среды. Экстремальных ацидофилов :реди АФБ не обнаружено. Информация об алкалофильных АФБ ограничена. Б.Л. Исаченко наблюдал видимое развитие ПСБ в содовых озерах Кулундин-:кой степи, но в культуре эти организмы не изучались. Позднее из содовых озер эыл выделен ряд АФБ, но большинство из них оказались алкалотолерантами с эптимумом развития при рН не выше 8,5. В настоящее время среди известных \ФБ к облигатным алкалофилам можно отнести только некоторых представителей сем. Ectothiorhodospiraceae с оптимумом развития при рН 9-Ю Ectothiorhodospira haloalkaliphila, Halorhodospira halochloris, Hlr. abdelmalekii), >ыделенных из высокоминерализованных содовых озер.
В этой связи поиск и изучение новых форм алкалофильных АФБ предста-шял большой интерес. В отличие от сильноминерализованных слабо- и средне-шнерализованные содовые озера исследовались мало, хотя они чрезвычайно иироко распространены в аридных степных районах, например в Забайкалье.
В 1993 году Г.А. Заварзиным была выдвинута гипотеза о том, что мик-юбные сообщества эпиконтинентальных содовых водоемов могут рассматри-аться как реликтовые и, возможно, могли являться центрами наземного мнк-обного биоразнообразия.
Учитывая сказанное выше, изучение низко- и среднеминерализованных со-овых озер представляет интерес как с экологической точки зрения, так и с точ-и зрения выявления новых форм алкалофильных микроорганизмов и их эво-юции.
Целью работы было: изучение сообществ АФБ, развивающихся в слабо- и
среднеминерализованных содовых озерах Юго-Восточного Забайкалья. В задачи исследования входило:
-
Исследовать физико-химические условия и распространение АФБ в содовь; озерах Бурятии и Читинской области.
-
Выделить АФБ из этих природных мест обитания и изучить их отношение физико-химическим параметрам среды.
-
Подробно изучить морфологические, физиологические и некоторые генетич< ские свойства новых форм АФБ и определить их таксономическое положение.
-
Охарактеризовать сообщества АФБ исследованных экосистем в целом, сраї нить их с сообществами других щелочных местообитаний, определить их сш цифику.
-
Выделить гелиобактерии из других щелочных систем, а именно из термалі ных серных источников и сравнить их с гелиобактериями из содовых озер.
Научная новизна. Изучен состав и распространение АФБ в 15 слабо-среднеминерализованных степных содовых озерах юго-востока Забайкалья. Пс казано, что эти озера представляют особый тип экосистем с характерным до него сообществом АФБ, представленных алкалофильными, гало-, содо- и алка лотолерантными формами, специфически приспособленными к повышенно] минерализации и щелочности воды, высоким значениям рН и нестабильності этих параметров в течение года. Специфичность исследованных водоемов под тверждается обилием новых форм АФБ, выделенных из них.
Описаны 3 рода и 6 видов новых АФБ, выделенных из щелочных место обитаний.
Среди представителей сем. Ectothiorhodospiraceae впервые обнаружень бактерии, откладывающие элементную серу внутри клеток, а также обладаю щие необычным строением мембранного аппарата фотосинтеза, не известны\ ранее для АФБ. Эти микроорганизмы выделены в самостоятельный род и вщ Thiorhodospira sibirica gen. nov., sp. nov.
Описаны первые облигатно алкалофильные представители сем Chromatiaceae - Thioalkalicoccus limneticus gen. nov., sp. nov., содержащие бхл I и тубулярную внутрицитоплазматическую мембранную систему.
Описаны первые облигатно алкалофильные представители гелиобактерии, признанные как новый род Heliorestis gen. nov. с 2 новыми видами -Heliorestis daurensis sp. nov. и Heliorestis baculata sp. nov. Также для них характерна повышенная толерантность к сульфиду и способность использовать его е качестве Н-донора при фотосинтезе. Бактерии Heliorestis daurensis обладают морфологией, не известной ранее у АФБ, представляя собой туго закрученную
з спираль.
Из термальных серных источников, имеющих щелочную реакцию среды (рН 8,8-9,3), но очень низкую щелочность (0,01%) выделены 2 новых вида ге-лиобактерий - Heliobacterium sulfidophilum sp. nov. и Heliobacterium undosum sp. nov., которые окисляют сульфид до элементной серы.
Практическая ценность. Полученные в работе результаты могут быть использованы при составлении определителей бактерий, для чтения курсов лекций по микробиологии в высших учебных заведениях. Выделенные бактерии могут быть использованы в биотехнологических исследованиях для очистки среды от токсичных соединений серы и в исследованиях, связанных с применением солеустойчивых и устойчивых к высоким значениям рН ферментов.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на конференции "Автотрофные микроорганизмы" (Москва, 1996) и дважды на международном симпозиуме "Зеленые и Гелиобактерии" (Урбино, 1997; Гирона, 1999).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ и 4 статьи находятся в печати.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения,
обзора литературы, объектов и методов исследования, результатов и обсужде
ния, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Материалы изло
жены на страницах машинописного текста, содержат рисунков, таблиц.