Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
Филлосфера как среда обитания дрожжевых грибов 12
Таксономический состав дрожжей в филлосфере 14
Адаптации эпифитных дрожжей 15
Пространственная дифференциация эпифитных дрожжевых сообществ 16
Органы растений 16
Виды растений 17
Жизненные формы 17
Биогеоценотические различия 19
Географические закономерности 20
Динамика эпифитных дрожжевых сообществ 21
Возрастные изменения 23
Сезонные изменения 23
Взаимодействия эпифитных дрожжей и растений 25
Адгезия на поверхности листьев 25
Эндофиты 25
Взаимодействия между эпифитами 26
Экология дрожжей и проблемы их систематики 27
Основные этапы развития систематики дрожжей 28
Последовательность рДНК как критерий видовой дифференциации 31
Фенотипическая и генотипическая дифференциация видов у дрожжей 33
О перспективах систематики дрожжей 40
Физиологическая изменчивость дрожжей и ее оценка при видовой
идентификации 41
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 45
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 48
Общая численность эпифитных дрожжей 48
Листья 50
Динамика численности дрожжей на разных видах растений 50
Численность эпифитных дрожжей в различных типах фитоценозов 60
Численность дрожжей на растениях разных экологических групп 61
Жизненные формы растений 63
Влияние конкретного местообитания 63
Цветки 66
Плоды 69
Соотношение аскомицетовых и базидиомицетовых дрожжей в филлосфере 71
Соотношение эпифитных аскомицетовых и базидиомицетовых дрожжей в
разных биотопах 73
Доля аскомицетовых видов дрожжевых грибов на ветроопыляемых и
энтомофильных растениях 75
Особенности динамики аскомицетовых и базидиомицетовых
видов дрожжей 76
Видовое разнообразие эпифитных дрожжевых сообществ 78
Динамика общего разнообразия эпифитных дрожжей 80
Связь между численностью и разнообразием дрожжевых грибов 80
Особенности пространственного и временного распределения доминирующих видов
эпифитных дрожжей 82
Arxiozyma telluris 86
Cryptococcus albidus 87
Cryptococcus albidus sensu stricto 89
Debaryomyces hansenii 90
Cryptococcus laurentii 91
Candida oleophila 92
Metschnikowia reukaufii и Metschnikowia pulcherrima 93
Cystofilobasidium capitatum 94
Rhodotorulafujisanensis 95
Rhodotorula minuta 96
Rhodotorula mucilaginosa 97
Saccharomyces paradoxus 99
Torulaspora delbrueckii 100
Hanseniaspora guilliermondii 101
Rhodotorula glutinis 101
Sporobolomyces roseus 103
Соотношение эврибионтных и стенобионтных видов в филлосфере 104
Эврибионты с широким ассимиляционным спектром, постоянно
присутствующие в филлосфере 104
Виды, непостоянно присутствующие в филлосфере, с тенденцией к
стенобионтности 104
Строгие стенобионты 105
Эндемики 105
Изменение относительного обилия эпифитных видов дрожжей на разных видах
растений 1
Летнезимнезеленые травы 106
Carexpilosa 106
Oxalis acetosella 107
Ajugareptans 107
Asarum europaeum 108
Листопадные и вечнозеленые деревья 109
Tiliacordata 109
Betula verrucosa 110
Quercusrobur Ill
Picea abies 111
Однолетние травы 112
Ficariaverna 113
Impatiens noli-tangere 113
Taraxacum officinale 114
Alchemilla vulgaris 115
Equisetum sylvaticum 115
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120
ВЫВОДЫ 124
ЛИТЕРАТУРА 125
Введение к работе
Большое практическое значение некоторых видов дрожжевых грибов существенным образом повлияла на характер их изучения. В частности, наиболее широко известный вид аскомицетовых дрожжей Saccharomyces cerevisiae, широко используемый в пищевой промышленности и медицине, изучен несопоставимо подробно по сравнению с другими видами дрожжей с точки зрения цитологии, биохимии, физиологии и генетики. Фактически этот вид является модельным в зимологии. При этом очень низкое обилие диких штаммов Saccharomyces cerevisiae в природных сообществах автоматически сказалось на том, что экологическое направление зимологии развивалось менее интенсивно по сравнению с другими направлениями науки. И если другие виды дрожжей аскомицетового аффинитета по отношению к Saccharomyces cerevisiae изучены намного слабее, то дрожжевые грибы бази-диомицетового аффинитета исследованы еще меньше. Это связано, во-первых, с их более поздним включением в группу дрожжевых грибов, а, во-вторых, с пока еще недостаточно активным практическим использованием. Таким образом, наши знания о различных видах дрожжевых грибов, их взаимодействии друг с другом, индивидуальных особенностях, их изменчивости и пределах устойчивости к разным факторам среды (особенно это касается дрожжевых сообществ из природных субстратов) очень неравнозначны.
Тем не менее, в настоящее время хорошо известно, что основным местообитанием дрожжевых грибов в природе являются растения и растительные остатки. Особенно многочисленные и разнообразные дрожжевые сообщества формируются на поверхности живых частей растений (Бабьева, Чернов, 2004). Основой питания таких эпифитных дрожжей являются экссудаты - прижизненные выделения растений, в состав которых входят простые сахара, органические кислоты и другие, легко утилизируемые дрожжами соединения (Рощина, Рощина, 1989). В свою очередь, эпифитные дрожжи, потребляя экссудаты, стимулируют ассимиляционные процессы растений. Некоторые виды дрожжей могут выступать в качестве агентов биоконтроля развития фитопатогенных микроорганизмов, выделяя вещества, подавляющие их рост. Эпифитные дрожжи и растения вместе образуют единую симбио-тическую коэволюционирующую систему, которая может служить хорошей моделью для изучения многих фундаментальных вопросов экологии и эволюции. Сообщества эпифитных дрожжей филлосферы и сопряженных с ней растительных субстратов (цветов, плодов, почек) являются постоянной и неотъемлемой частью любого растения, перестраивающейся в процессе его онтогенеза. По мере развития и постепенного отмирания растительных субстратов эпифитные виды дрожжевых грибов закономерно оказываются в подстилке и верхних почвенных горизонтах, где формируются специфические дрожжевые сообщества, в состав которых, кроме типичных эпифитов, входят также и автохтонные виды почвенных дрожжей (Бабьева, Горин, 1974). Если на поверхности растений дрожжевые грибы существуют в основном как копиотрофы, за счет потребления легкодоступных соединений из поверхностных экссудатов, то в подстилке и почвенных горизонтах в большей степени прояв-
ляется их гидролитическая активность, а также способность некоторых видов существовать в условиях олиготрофии.
С момента появления первых работ, посвященных изучению именно эпифитных дрожжевых грибов, прошло чуть менее полувека (di Menna, 1959). За этот период наши знания об экологии дрожжей, населяющих филлосферу и сопряженные субстраты (цветки, плоды, подстилку) развивалась как в направлении оценки общей численности и разнообразия эпифитных дрожжевых грибов в различных природно-географических зонах, так и в направлении изучения специфических особенностей структуры эпифитного дрожжевого населения конкретных видов растений. Отдельные исследования численности и видового состава эпифитных дрожжей достаточно многочисленны (Бабьева и др., 1985; Бабьева и др., 1999; Бабьева, Картипцев, 1974; Бабьева, Садыков, 1980; Возпяковская, 1969; Гузев и др., 1980; Гукасян, Аюнц, 1971; Делова, Кузнецова, 1976; Зайцев, 1981; Картипцев, 1974; Квасников и др., 1971; Максимова, 2001; Садыков, 1980; Сарматова, 1984; Чернов, Бабьева, 1989; Bab'eva, Chernov, 1995; di Menna, 1959; McBride, Hayes, 1977; Rose, Harrison, 1987; Bai et al., 2002; Banno, Mikata, 1981; Golubev et al., 2003, 2004; de Azeredo et al., 1998; de Jager et al., 2001; Fleet, 2001; Foda et al., 1987; Fokkema, Scchippers, 1986; Hamamoto, Nakase, 1995, 1996; Hogg, Hudson, 1966; Kecskes, Dobolyi, 1987; Last, Price, 1969; McBride, Hayes, 1977; Mukerji, Gupta, 1981; PhafFetal., 1972; Richardson, Dowding, 1989; Sugita, Canete-Gibas, 1999; Sugita et al., 2000; Takashima, Nakase, 2000; Takashima et al., 2001,2003; Warren, 1976).
Однако большинство этих исследований носит отрывочный характер или посвящено изучению специфических вопросов, например развитию зоо-дрожжевых комплексов в некротических тканях кактусов, которые изучены очень детально (Lachance, Phaff, 1988; Starmer et al., 1990). Поэтому к настоящему времени сложились лишь наиболее общие представления об особенностях эпифитного дрожжевого комплекса. Известно, что эпифитное дрожжевое население растений включает виды дрожжей как аскомицетового, так и базидио-мицетового аффинитета. Преобладающими в большинстве случаев на листьях оказываются базидиомицетовые виды из родов Cryptococcus, Rhodotorula, Sporobolomyces, которые по своим морфо-физиологическим характеристикам в целом более адаптированы к достаточно жестким условиям обитания на поверхности растений. Такие адаптации включают наличие каротиноидных пигментов, образование хламидоспор и активно отстреливающихся бал-листоспор, формирование полисахаридных капсул, широкие ассимиляционные возможности. Аскомицетовые дрожжи из родов Metschnikowia, Debaryomyces, Pichia, не обладающие перечисленными морфологическими особенностями, и, как правило, способные ассимилировать или анаэробно сбраживать сравнительно узкий набор соединений, обычно преобладают в растительных субстратах с повышенным содержанием простых Сахаров, например в цветочном нектаре. В разлагающихся растительных остатках также доминируют базидиомицетовые дрожжи, но среди них уже большую долю составляют виды с относительно высокой для дрожжевых грибов гидролитической активностью. В основном это представители родов Cystofilobasidhim, Trichosporon, Cryptococcus, Leucosporidium. Особая заслуга
в изучении дрожжевых группировок в лесных подстилках принадлежит школе советских и впоследствии российских почвенных зимологов, сформировавшейся под руководством И.П.Бабьевой (Бабьева и др., 1977; Бабьева и др., 1980; Бабьева, Решетова, 1984; Бабьева, Россихина, 1983; Гукасян и др., 1980; Зайцев и др., 1979). Кроме того, наследием советско-российской школы является впервые предложенная классификация жизненных форм дрожжевых грибов из природных субстратов (Бабьева, Чернов, 1992; 2004). И хотя она вызывает достаточное количество вопросов, тем не менее, это первая попытка выделения экологических группировок в микробиологии, которые были бы сравнимы с аналогичными типами группировок среди растений и животных и сделали бы дрожжевые грибы не менее удачной, чем растения и животные, моделью для синэкологических исследований.
Один из невыясненных до настоящего времени вопросов - насколько специфично дрожжевое население разных видов растений? Такую специфичность логично предположить в связи с физиологическими и анатомическими особенностями различных растений; качественным составом и количеством выделяемых поверхностных экссудатов, наличием специфических фитонцидов. Специфичность дрожжевого населения разных видов растений была давно постулирована (Возняковская, 1969), однако достоверных данных, подтверждающих такое предположение, до сих пор не получено, несмотря на многочисленные работы. По нашему мнению, это связано это, главным образом, с характером исследований эпифитных дрожжей: обычно они основаны на разовых сборах образцов, как правило, в летне-осенний период. Редко эпифитные дрожжевые сообщества анализируются с периодичностью в несколько месяцев. Круглогодичных исследований, с частым и регулярным сбором и анализом образцов никогда не проводилось. Но только такой характер исследования может дать возможность накопить достаточное количество материала для достоверной оценки распределения видов дрожжей в эпифитных сообществах разных видов растений и выявитьть их зависимость от конкретного растения или иных факторов.
На формирование специфических эпифитных дрожжевых комплексов энтомофиль-ных растений могут также оказывать большое влияние насекомые-опылители. Для некоторых видов дрожжевых грибов тропического и субтропического климата показана прочная коэволюционная связь с конкретными видами растений и их опылителями (Starmer, 1982; Starmer et al., 1987,1988,2003; Phaff, Starmer, 1987; Lachance et al., 1995, 2001,2003).
Практически нет данных о том, как изменяется эпифитный дрожжевой комплекс в течение онтогенеза растения. То, что доля разных видов дрожжевых грибов должна существенно меняться в ходе онтогенеза, также можно прогнозировать, исходя из значительных изменений факторов окружающей среды, под влиянием которых происходит развитие фил-лосферы. Кроме того, растения претерпевают существенную перестройку в ходе онтогенеза, что также сказывается на изменении состава и количества выделяемых ими экссудатов.
Настоящая работа посвящена изучению перечисленных малоизученных аспектов экологии эпифитных дрожжей. В ней впервые предпринято исследование динамики эпифитных дрожжевых сообществ в течение всего времени онтогенеза различных видов растений.
На основе этих данных мы пытаемся выяснить, насколько зависит численность и видовой состав эпифитных дрожжей от таксономической принадлежности и экологических характеристик растения, и от факторов окружающей среды. Таким образом, задачи настоящего исследования:
изучить особенности динамики численности дрожжей в филлосфере растений с принципиально различными типами онтогенеза;
выяснить существуют ли различия в структуре эпифитных дрожжевых сообществ разных видов растений;
-выявить основные экологические характеристики доминирующих видов эпифитных дрожжей.
В своей работе мы впервые в умеренной зоне предприняли попытку исследования эпифитных дрожжевых сообществ в динамике в течение всего времени онтогенеза фил-лосферы и сопряженных субстратов разных видов растений.