Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема глобального изменения климата на Земле в большой степени связана с так называемым парниковим эффектом. Он обуславливается изменением газового состава атмосферы, а именно, увеличением концентрации таких газов как углекислота, метан, закись азота.
Россией подписана конвенция по климату, обязывающая составить списки источников и стоков парниковых газов расположенных на ее территории.
Метан является вторым по значимости парниковым газом после углекислоты. Основным его источником служат наземные экосистемы, так как в океане цикл метана практически замкнут (cicerone, oremiand 1988; Гальченко 1989; Иванов и др. 1992). Наиболее высокие концентрации метана наблюдаются в Северном полушарии над
умеренными Широтами (Blake, Rowland, 1989). Именно ЗДЄСЬ
располагаются увлаженные леса и болотистые тундры с резко выраженной сезонностью. Среди глобальных источников они занимают
ОДНО ИЗ ЕЭЖНЫХ МЄСТ (Matthews, Fung 1987; Aselmann, Crut2en 1989; Harriss et.al. 1992). БОЛОГЭ, раСПОЛОЯеННЫЗ H3 Территории РОССИИ
по разным оценкам могут давать до 13% глобальной продукции метана
ВСЄХ ВЛаЖНЫХ Земель (Andronova, Karol 1993).
Большая часть земель России расположена в холодной зоне. В% ее территории занимают тундры. Средняя температура тундровых болотистых почв на протяжении вегетационного периода составляет 9С (Паринкина 1989). В настоящее время признается, что в тундре эмиссия метана и его потребление происходят неравномерно, то есть
СВЯЗаНЫ С рельефом МеСТНОСТИ (Whalen, Reeburgh 1988; 1990;
Слободкин и др. 1992; Паников и др. 1992).
Для понимания механизмов, регулирующих эмиссию метана при низких температурах, важно выявление микробных агентов ответственных за этот процесс. Такая задача была поставлена в разделе "Биогенное образование и потребление метана" ГНТП России "Глобальные изменения природной среды и климата".
В соответствии с данной задачей, в чистую культуру недавно, выделен перый меганогенный организм - метаносарцина, которая способна образовывать метан при 6С (Жилина, Заварзин 1991). По наблюдению за изменением концентраций субстратов и продуктов в анаэробных условиях установлено, что при низких температурах в болотистой почве развивается полноценное метаногенное сообщество. Конечными продуктами его жизнедеятельности являются метан и
. і
летучие жирные кислоты (Коцюрбенко и др. 1992; Заварзин и др. 1993).
Однако, поступление метана в атмосферу определяется не только наличием организмов продуцирующих метан. Это результат двух противоположно направленных процессов - скорости метанообразования и скорости метанопотреОления. Синтезируясь в анаэробной зоне, метан диффундирует к поверхности, встречая на своем пути метанотрофные организмы, для которых он является субстратом. Несмотря на то, что потребление метана при низких температурах неоднократно регистрировали in situ как в океане, так и в пресноводных наземных экосистемах (Иванов и др. 1992;
Whalen ; Vecherskaya ), ПСИХрОфИЛЬНЫе
метанотрофы до сих пор не были выделены и описаны в чистых культурах. Практически ничего не известно и о других психроактивных организмах (метилотрофах и диссипотрофах), которые как и метанотрофы участвуют на конечных стадиях в разложении органического вещества (Намсараев 1973), используя в качестве субстратов продукты окисления метана, другие Cj-соединения и ЛЖК, образуемые метаногенным сообществом, но слабо, либо совсем не потреблящиеся в анаэробной зоне (в частности ацетат, пропионат и бутираг).
Все эти организмы аэробной зоны могут быть названы организмами "бактериального фильтра" для веществ, образующихся в анаэробной зоне.
Изучение аэробных психроактивных метанотрофов, метилотрофэв и диссипотрофов необходимо для понимания глобального цикла метана при низких температурах, оценке его вклада в концентрацию метана в атмосферу, а так же для понимания роли микроорганизмов в разложении органического вещества на конечных стадиях в условиях Севера.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы , было установление основных видов аэробных бактерий активных при низкой температуре, .образующих "бактериальный фильтр" для веществ, поступающих из анаэробной эоны (главным образом метана и ЛЖК), в болотистой почве тундры.
Конкретные задачи исследования состояли в следующем: I. Выделение в элективную культуру психрофильного метанотрофного сообщества из проб болотистой почвы тундры и изучение его экофизиологических свойств.
2. Выделение из сообщества чистой культуры психрофільного
метанотрофа.
3. Описание психрофільного метанотрофа.
4. Выделение психроактивных метклотрофэв и диссшютрофов из
метаногрофного сообщества и проб болотистой почвы тундры,
изучение их морфологических и физиологических свойств.
Научная новизна и практическая значимость. В настоящей работе в
элективную культуру выделено метанотрофное сообщество активно
окисляющее метан при низких температурах. Установлено, что при
повышении температуры выше 15С происходит смена основного
организма, ответственного за окисление метана в данном
сообществе. Впервые выделен в чистую культуру и описан
психрофилышй облигатный метанотроф. Существование таких
микроорганизмов имеет принципиальное значение для ограничения
эмиссии метана в атмосферу в северных болотистых почвах России.
Выделены 15 штаммов психроактивных метилотрофов и диссипотрофов,
изучена их морфология и способность к росту в зависимости от
температуры. Таким образом, получен ряд новых результатов,
расширяющих представление о многообразии микробного мира.
Выделенные организмы (в частности психрофильный метанотроф). могут
представлять интерес для биотехнологии. Их можно использовать при
разработках сезонных очистных фильтров, а так ке в очистных
сооружениях в условиях Севера для улавливания метана и жирных
кислот.
Апробация, работы. Материалы диссертации докладывались на семинарах в лаборатории микробных сообществ (1991, 1992), на конкурсе научных работ ШШ РАН (1993) и на открытом заседашш Ученого Совета ИМИ РАН (1994).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, 2 работы сданы в печать.
Объем и структура работы, диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов и списка литературы. Материалы изложены на /33 страницах машинописного, текста, включая // таблиц и ЧІ рисунков. Список литературы содержит 62 отечественных и ISO иностранных наименований. Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность к.б.н. Н.Д.Савельевой за обучение навыкам работы с газотрофными микроорганизмами, постоянное внимание и помощь в работе, к.х.н. Г.А.Осшюву за проведение анализа жирных кислот, д.б.н.