CC BY
96
Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13, № 5(2) УДК 582.232/.275-11
УСТОЙЧИВОСТЬ ПОЧВЕННОЙ ВОДОРОСЛИ EUSTIGMATOS MAGNUS (B.PETERSEN) HIBBERD (EUSTIGMATOPHYTA) К ДЕЙСТВИЮ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР
О 2011 Л.М. Сафиуллина
ГОУ ВПО «Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы», г. Уфа
Поступила 03.07.2011
Описано влияние высоких температур на почвенную водоросль Eustigmatos magmis (B.Petersen) Hibberd (Eustigmatophyta). Установлены границы сохранения морфологического статуса водоросли, описаны нарушения морфометрических признаков клеток. Отмечено влияние 50°С на процесс размножения водоросли.
Ключевые слова: Eustigmatophyta, температура, устойчивость, морфология, зооспорообразование.
Температура - важный экологический фактор, который влияет на жизнедеятельность почвенных водорослей и который, в отличие от других элементов среды, невозможно исключить из окружения организмов. Известно, что физико-химические процессы биологических систем в разной степени зависят от температуры. Поэтому даже незначительные изменения температурного фактора приводят к изменению скорости метаболических реакций и общей интенсивности обмена. Среди водорослей имеются эвритермные виды, способные переносить большие колебания температуры, например диатомея ЪШгъсЫа ¡т1пс1а. температурный режим которой равен 42 (от -11 до +30). Другие водоросли стенотермны и развиваются в узком диапазоне температур. Например, бурая водоросль роисЬе?/ диапазон которой равен 10,б" (от -1° до +11,6°). Однако водоросли приспособились к широкому температурному диапазону, в пределах которого возможен их рост и размножение [1]. В литературе имеются многочисленные данные, подтверждающие их термоустойчивость [2-6].
Верхние пределы для эукариотических водорослей ниже, чем для эукариотических микроорганизмов, но выше чем для многоклеточных животных и высших растений и примерно равны 55-60°С [7]. Однако точные значения верхних температурных пределов для почвенных водорослей определить нельзя в связи с недостатком данных.
Известно, что клетки водорослей способны адекватно настраивать свою теплоустойчивость в ответ на изменение температуры среды (температурная «настройка») [1]. Следовательно, водоросли не обладают постоянным уровнем температурной устойчивости и для обнаружения видовых различий в температурной устойчивости необходимо предварительно культивировать их в течение некоторого времени в одинаковых температурных условиях.
Сафиуллина Лилия Мунировна, канд. биол. наук, e-mail: saililya(a!mail.ru
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Одноклеточная водоросль Eustigmatos magnus (J.В Petersen) Hibberd 1981 (syn. Pleurochloris magna J.В Petersen 1932) имеет следующий таксономический статус: отдел Eustigmatophyta, класс Eustigmatophyceae, порядок Eustigmatales, семейство Eustigmataceae, род Eustigmatos. Клеточная стенка тонкая и эластичная, иногда ослизненная; у быстро увеличивающихся клеток происходит разрыв этих слизистых оболочек, клеточные стенки оголяются. Хлоропласт сильно расчлененный. Клетки 14 (-34) мкм в диаметре. Зооспоры до 12 мкм в диаметре [8].
Известно широкое распространение E.magmis, который был обнаружен в большинстве исследованных почв - от тундры до сероземов и песчаных и глинистых пустынных областей [9-11]. В наземных экосистемах вид обитает на поверхности и в поверхностных слоях почвы, иногда образовывая массовые разрастания [12].
В почвах на территории бывшего СССР особи данного вида выявлены в 135 местообитаниях, в том числе в лесных почвах - в 75 местообитаниях [13]. Широко представлен в почвах Украины в разных природно-климатических зонах:
Украинском полесье, на территории Украинских Карпат и Крыма [14].
E.magmis часто встречается в торфяно-болотных и торфяных почвах при кислых значениях рН. Так, Г.С. Антипина [15] обнаружила его в торфяных почвах осушенного мезотрофного болота с рН 3,8. Является обычным представителем почв степных и лесостепных зон [16, 14]. В альгосинузиях высокогорных пустынных сообществ Памирской подпровинции на высоте 3900-4200 м над уровнем моря входил в состав доминирующих и субдоминирующих комплексов [17]. Обнаружен на о. Шпицберген (на моховом покрове и вкраплении лугов в каменистой тундре), на нефтяных месторождениях п-ва Ямал [18].
Водоросль постоянно встречается в пахотных почвах и в почвах антропогенно-нарушенных территорий, в том числе урбанизированных, где в отдельных случаях является доминирующим видом [19-22 и др.]. В частности, по данным Г.Г. Кузяхметова и Р.Г. Минибаева [20], в
среднемощном тяжелосуглинистом выщелоченном черноземе доминировала на участках бессменного пара, занятого пара, в посевах кукурузы, яровой пшеницы, озимой ржи, на залежи.
Такой обширный ареал и частая встречаемость свидетельствуют о высокой пластичности вида к неблагоприятным условиям среды. Цель настоящего работы - выяснение степени устойчивости E.magnus к воздействию высоких температур.
В экспериментах использовалась
альгологически чистая культура изолята E.magnus, который был выделен из почв Фролихинского государственного охотничьего заказника Республики Бурятия. Культуру выращивали на жидкой питательной среде Громова № 6 (состав солей (г/л воды): KN03 - 1,0; К2НР04 - 0,2 MgS04x7H20 - 0,2; СаС12 - 0,15; NaHC03 - 0,2 раствор микроэлементов (г/л воды): СаС12 - 1,2 ZnS04x7H20 - 0,22; MnS04 - 1,81; CuS04x5H20 -0,079; NaB03x4H20 - 2,63; (NH4)6Mo7024x4H20 -1,0; FeS04x7H20 - 9,3; Co(N03)2xH20 - 0,02; ЭДТА (трилон В) - 10,0). Для выявления размерных или морфологических изменений, происходящих в клетках E.magnus под воздействием высоких температур, оценивали диаметр клеток, описывали морфологические нарушения, а также состояние протопласта. Во всех экспериментах использовали неклональную культуру 2-недельного
календарного возраста со стартовой концентрацией 1хЮ5 кл/мл, находящуюся в стационарной фазе роста.
Исследовали влияние температур от 24 до 66°С с интервалом 2°С, суспензию культуры в пробирках подвергали 20-минутной экспозиции в термостате U-2 (GDR). Просмотр проводили на 6 и 14 сут, в каждой градации фактора измеряли диаметр 50 вегетативных клеток. Изучено 2200 особей.
Достоверность результатов оценивали с использованием критерия Стьюдента.
Статистическую обработку результатов проводили в программном продукте базового пакета Statistica 6.0 for Windows. При статистической обработке результатов исследований вычисляли значения средней арифметической и ее ошибки, медиану, стандартное отклонение и значение коэффициента вариации [23]. Для оценки уровня изменчивости на основании коэффициента вариации использовали шкалу A.C. Мамаева [24], согласно которой выделяли 3 уровня изменчивости, отражающие разнообразие растительных организмов: пониженный - коэффициент вариации (cv) <15 %; средний (cv =15-25 %); повышенный (cv >25 %).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На 6 сут просмотра при 54-66°С происходило нарушение внутреннего содержимого клеток: протопласт у 50-70% отошел от клеточной стенки, отмечена грануляция (рис. 1).
Температура 52°С (рис. 2) вызывала образование очень крупных клеток (до 23,8 мкм). При 50°С наблюдался массовый выход зооспор (рис. 3). В интервале от 42 до 48°С встречались атипичные клетки (рис. 4). Температура 36-40°С приводила к расчленению хлоропласта, как у видов рода Во1гуйюр515 (рис. 5). При нагревании в интервале от 24 до 34°С морфология клеток не изменялась (рис. 6).
Рис. 1. Плазмолиз и грануляция в клетках Е. та gnus при 54-66Т.
Рис. 2. Укрупнение клеток Е. magniis в диаметре при 52°С.
Рис. 3. Зооспоры Е. та gnus при 50°С.
Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13, № 5(2)
где по осям откладывали размерные показатели водоросли (диаметр, мкм) и диапазон температур с интервалом в 2°С (рис. 7).
Рис. 4. Атипичные клетки E.magnus при 42-48°С.
Рис. 5. Положение хлоропласта, схожее с видами рода Botrydiopsis при 36-40°С.
Рис. 6. Типичные клетки Е.та^ш при 24-34°С
На 14 сут наблюдали гибель клеток при 56-66°С: обесцвечивание хлоропласта наблюдалось у 90% клеток. При нагревании от 24 до 34°С морфология клеток была неизменной.
На основании значений средней арифметической диаметра клеток Е.таопиъ и ее ошибки построена гистограмма влияния температуры на морфометрические показатели водоросли по двум срокам просмотра (6 и 14 сут),
Рис. 7. Влияние температуры на диаметр клеток Е.
magnus.
На гистограмме можно наблюдать зависимость размеров диаметра клеток от определенной температуры. Так, по данным просмотра на 6 сут видно, что в целом диаметр клеток увеличивался с повышением температуры. На 14 сут при 50-52°С наблюдалось небольшое увеличение клеток.
Результаты эксперимента позволили определить границы устойчивости почвенной водоросли E.magnus к воздействию температуры, а также пронаблюдать происходящие при этом изменения морфологических и размерных признаков. E.magnus сохранял морфологический статус до 54°С включительно. Установлено влияние 50°С на процесс размножения водоросли. Температура 52°С вызывала появление очень крупных клеток водорослей.
В литературе имеются результаты [5] о влиянии температуры на Xanthonema exile (Xanthophyta), где отмечено, что водоросль могла выдерживать температуры до 48°С включительно. Проведенные эксперименты также продемонстрировали влияние температур на процесс зооспорообразования у X. exile: при температурах от 32 до 44°С наблюдалось интенсивное образование зооспор, после которого наблюдалось развитие водорослей. Влияние температуры на линейные размеры клеток установлено и для других групп водорослей. Например, А.И. Фазлутдинова [4] в эксперименте с диатомовыми водорослями отмечала, что при нагревании наблюдалось уменьшение средних значений их линейных размеров. По результатам исследований популяций почвенных Bacillariophyta автор определил предельные границы термоустойчивости: для Hantzschia amphioxys 50°С, для Nitzschia palea 40°С. В подобном эксперименте J1.X. Зариповой [6] по воздействию на Cylindrospermum michailovskoense
(Cyanoprokaryota) было отмечено увеличение длины вегетативных клеток, гетероцист, образование спор при 40°С. Автором отмечено, что температура 50°С и выше вызывала полное разрушение и гибель клеток.
16 -sl4
о Ю Ё
и °
S 4 « 2 0
Оо Оо Оо Оо Оо Оо Оо Оо 0о 0о 0о 0о 0о 0о „о „о „о „о „о „о „о „о ^ ^ £ £> <?
Температура, °С
3 6 сутки i/w^i 14 сутки
-Линейный (6 сутки) — — Линейный (14 сутки)
Проанализировав данные литературы по схожим экспериментам, был выстроен ряд устойчивости, показывающий максимальную температуру, выше которой особи исследованных видов погибали: Eustigmatos magnus (Eustigmatophyta) (54°С) > Hantzschia amphioxys (Bacillariophyta) (50°C) [4] > Xanthonema exile (Xanthophyta) (48°C) [5] > Cylindrospermum michailovskoense (Cyanoprokaryota) (40°C) [6], Nitzschi a palea (Bacillariophyta) (40°C) [4], по которому видно, что Eustigmatos magmis обладает наиболее высокой устойчивостью к данному экологическому фактору.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гапочка Л.Д. Об адаптации водорослей. М.: Изд. МГУ, 1981. 80 с.
2. Watanable М.М. et al. Purifiction of freshwater picoplanktonic cyanobacteria by pour-plating in "ultra-low-gelling-temperature agarose" // Phycol. Res. 1998. № 46. P. 71-75.
3. Голлербах M.M., Illmima ЭЛ. Почвенные водоросли. JI.: Наука, 1969. 228 с.
4. Фазлутдинова A.II. Эколого-флористическая характеристика почвенных диатомовых водорослей Южного Урала: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Уфа, 1999.18 с.
5. Гайсина Л.А. Биология и экология Xanthonema exile (Klebs) Silva (Xanthophyceae, Chrysophyta): Автореф. дис.... канд. биол. наук. Уфа, 2000. 17 с.
6. Зарппова ЛХ. Биология и экология почвенной цианобактерии Cylindrospermum michailovskoense (Cyanoprokaryota): Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Уфа, 2009. 17 с.
7. Жизнь микробов в экстремальных условиях / под. ред. Д. Кашнера. М.: Мир, 1981. 520 с.
8. Ettl П., Gärtner G. Sullabus der Boden-, Luft- and Flechtenalgen. Gustav Fischer Verlag. Stutgart, 1995. 721 p.
9. Новпчкова-Пванова Л.Н. Почвенные водоросли фитоценозов Сахаро-Гобийской пустынной области. JL: Наука, 1980. 256 с.
10. Штина ЭЛ., Антипина Г.С., Козловская Л.С. Альгофлора болот Карелии и ее динамика под воздействием естественных и антропогенных факторов. Л.: Наука, 1981.269с.
11. Гецен М.В., Стенина A.C., Патова E.H. Альгофлора Большеземельской тундры в условиях антропогенного воздействия. Екатеринбург: УИФ Наука, 1994. 146 с.
12. Куликова P.M. «Цветение» торфяно-болотных почв // Почвоведение. 1965. №2. С. 63-67.
13. Апексахина Т.П., Штина ЭЛ. Почвенные водоросли лесных биогеоценозов. М.: Наука, 1984. 148 с.
14. Косппков 1.Ю., Романенко П.О., Демченко Е.М. и др. Водоросп грунпв Украши (¿стор1я та методи доапжения, система, конспект флори). Ки1в, 2001. 300 с.
15. Антипина Г.С. Альгофлора болот Карелии и ее изменение под влиянием мелиорации: Автреф. дис. ... канд. биол. наук. Л., 1979. 22 с.
16. ПивовароваЖ.Ф. Особенности водорослевых сообществ некоторых засоленных почв лесостепной зоны Барабы / Межвуз. сб. науч. трудов. Новосибирск, 1971. С. 18-24.
17. Базова ГЛ. Почвенные водоросли высокогорий Памира. Душанбе: Проспект, 1978. 140 с.
18. Кабиров Р.Р., Сафиу.тина Л.М. Особенности экологии и распространения одноклеточной почвенной водоросли Eustigmatos magnus (Eustigmatophyta) в Южном Урале (Россия)//Альгология. 2008. Т. 18.'№2. С. 134-144.
19. Кабиров Р.Р., Шилова III! Сообщества почвенных водорослей на территории промышленных предприятий //Экология. 1994. №6. С. 16-20.
20. Кузяхметов Г.Г., Минибаев Р.Г. Альгокомпоненты некоторых агрофитоценозов: вопросы arpo фитоценологии / Сб. науч. трудов Башкирского гос. ун-та. В. 78. № 10. Уфа: Изд' БГУ,' 1994. С. 94-105.
21. Дубовик НЕ. Водоросли эродированных почв и альгологическая оценка почвозащитных мероприятий. Уфа: Изд. БГУ, 1995. 156 с.
22. Зимонина HAI. Почвенные водоросли нефтезагрязненных земель. Киров, 1998. 170 с.
23. ЛакинГ.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.
24. Мамаев СЛ. О закономерностях колебания амплитуды внутривидовой изменчивости количественных признаков в популяциях высших растений // Журн. общей биологии. 1968. Т. 29. № 4. С. 44-45.
RESISTANCE OF SOIL ALGAE EUSTIGMATOS MAGNUS (B.PETERSEN) HIBBERD (EUSTIGMATOPHYTA) TO HIGH TEMPERATURES
©2011L.M. Safiullina
Bashkir State Pedagogical University named by M. Akmulla Ufa
The effects of influence from high temperatures on the soil alga Eustigmatos magnus (B. Petersen) Hibberd (Eustigmatophyta) described in the article. The boundaries of preservation of the morphological status of algae was determined, distortions of morphometric features of cells was described. Temperature 50° C affect to the reproduction of algae.
Key words: Eustigmatophyta, temperature, resistance, morphology, zoospore production.
Safiullina Liliya Munirovna, Candidate of Biology, e-mail: saflilya(a!mail.ru.
