WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 |

Распространение и разнообразие спорообразующих бактерий рода bacillus в водных экосистемах

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СУСЛОВА Мария Юрьевна

РАСПрОСТРАНЕНИЕ И РАЗНООБРАЗИЕ СпорообразующиХ бактериЙ рода Bacillus

в ВОДНЫХ экосистемах

03.00.16 – экология

03.00.07 – микробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Улан-Удэ, 2007

Работа выполнена в лаборатории водной микробиологии Лимнологического института СО РАН, г. Иркутск

Научный руководитель: кандидат биологических наук ст.н.с. Парфенова Валентина Владимировна
Официальные оппоненты: Доктор биологических наук Профессор Намсараев Баир Бадмабазарович
Кандидат биологических наук Калашникова Ольга Михайловна

Ведущая организация: Дальневосточный государственный университет, кафедра общей экологии, Владивосток

Защита состоится «16» мая 2007 г. в 16.00 часов на заседании Диссертационного совета при Бурятском государственном университете по адресу: 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а, биолого-географический факультет, конференц-зал

Факс: (3012)210588.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бурятского государственного университета.

Автореферат разослан «13» апреля 2007 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета,

кандидат биологических наук Н.А. Шорноева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Бактерии рода Bacillus вызывает большой интерес микробиологов по причине повсеместного распространения представителей этого рода, цикла развития, необычной устойчивости их спор к химическим и физическим агентам и патогенности.

В настоящее время проводится широкий спектр исследований представителей данных бактерий, в т.ч. ввиду того, что гетерогенность по физиологическим, экологическим и генетическим характеристикам затрудняет классификацию бактерий рода Bacillus.

Несомненно, огромный интерес представляет изучение механизмов устойчивости спор к различным физическим и химическим факторам. Споры с момента обнаружения были признаны самой выносливой среди известных форм жизни на Земле. В состоянии покоя споры метаболизма нет и показывают высокую степень устойчивости к инактивации различными физическими факторами, включая влажный пар, высушивание, ультрафиолетовое и гамма-излучение, вакуум и окисляющие агенты (Nicholson et al, 2000). Несмотря на инактивацию метаболизма, споры остаются способными к непрерывному контролю пищевого состояния их среды и быстро реагируют на поступление подходящих питательных веществ, прорастая и возобновляя вегетативный рост. Покоящиеся споры показывают невероятную долговечность и могут быть обнаружены фактически в любом типе среды обитания на Земле. Например, споры строго термофильного Bacillus spp. были изолированы из осадков холодных озёр (Nicholson et al, 2000). Имеются спорные сообщения о том, что жизнеспособные споры Bacillus sphaericus были восстановлены из кишки пчелы в Доминиканском янтаре, возраст которого от 25 до 40 миллионов лет (Fischman, 1995; Cano, Borucki, 1995).

Группа спорообразующих бактерий в озере Байкал и других экосистемах изучена недостаточно. Было показано, что эта группа составляет до 20% в составе микробного сообщества этого озера. Бактерии рода Bacillus в основном выделяли из придонных слоев воды и донных осадков (Максимова, Максимов, 1989). По результатам молекулярно-генетического анализа из глубоководной пробы воды, отобранной на центральной станции Южного Байкала, были получены всего 3 последовательности, отнесенные к роду Bacillus с невысоким процентом гомологии с ближайшими родственниками (Белькова и др., 1996). Термальные источники – это особая экологическая ниша, сообщество микроорганизмов которых является уникальным. И потенциальная ферментативная активность этих термофильных бактерий представляет несомненный интерес. Так, например, из гидротермальных источников Змеиный и Горячинский были выделены специфичные эндонуклеазы рестрикции из Bacillus stearothermophilus (Репин и др., 2001). В донных осадках озера Хубсугул бактерии рода Bacillus ранее не изучались. Была проведена работа по определению ферментативной активности донного микробного сообщества (Maximov, 2006).

Исходя из показанной особой устойчивости спор, исследование спорообразующих бактерий в экстремальных условиях высоких и низких температур представляет особый интерес.

Цель и задачи исследования. Цель данной работы – установить распространение, видовой состав и физиолого-биохимическую активность бактерий рода Bacillus в экосистемах озера Байкал, озера Хубсугул и термальных источниках Прибайкалья.

Для выполнения данной цели были поставлены следующие задачи:

– изучить распространение исследуемой группы бактерий в воде и осадках оз. Байкал;



– установить закономерности распределения бактерий в районах нефтепроявлений и влияния реки Селенги, содержащей промышленные и бытовые стоки;

– исследовать численность, распределение и разнообразие бактерий рода Bacillus в донных осадках оз. Хубсугул;

– отработать метод культивирования и изоляции спорообразующих бактерий из термальных источников Прибайкалья;

– сформировать коллекцию чистых культур бактерий р. Bacillus из исследуемых водных объектов и определить их видовой состав и ферментативную активность;

– изучить активность штаммов в процессах деградации различных органических соединений и в процессах биоминерализации в условиях лабораторного эксперимента.

Научная новизна. Впервые группа бактерий рода Bacillus показана в различных природных экосистемах озера Байкал, озера Хубсугул и термальных источниках Прибайкалья. Проведено систематическое определение видового состава. Впервые бактерии данной группы выявлены в термальных источниках, отработаны методы их изолирования при высоких температурах, определена ферментативная активность. Впервые установлена роль представителей этой группы в процессах деструкции «байкальской нефти», полициклических ароматических углеводородов, фталатов и биоминерализации соединений кремния.

Практическая значимость. Сформирована коллекция культур бактерий рода Bacillus, изолированных из озера Байкал, Хубсугул и термальных источников. Их способность деградировать различные органические соединения – нефть, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), фталаты – и высокая ферментативная активность могут быть использованы в практических целях. Кроме того, бактерии рода Bacillus могут быть использованы в экологическом мониторинге как показатели поступления органического вещества.

Защищаемые положения:

1. Бактерии рода Bacillus обнаружены во всех исследуемых природных объектах, составляя значительную долю в культивируемом гетеротрофном сообществе оз. Байкал, оз. Хубсугул и термальных источниках Прибайкалья. Видовой состав бактерий рода Bacillus в оз. Байкал представлен тремя известными в науке филогенетическими группами данного рода (B. subtilis группа, B. alvei группа, B. brevis группа ), а в оз. Хубсугул – одной (B. subtilis группа ).

2. Бактерии рода Bacillus обладают большим биологическим потенциалом и принимают активное участие в процессах деструкции сложных органических соединений и биоминерализации соединений кремния.

Апробация работы и публикации. Результаты работы были представлены на I микробиологическом конгрессе Европейского микробиологического общества, проходившем в Любляне, Словения (июнь–июль, 2003), на международном Байкальском микробиологическом симпозиуме «Микроорганизмы в экосистемах озер, рек и водохранилищ», проходившем в Иркутске (сентябрь, 2003), на научно-практическом совещании «Перспективы нефтегазоносности Байкала и Западного Забайкалья», г. Улан-Удэ (октябрь, 2003), на межрегиональной научно-практической конференции «Биология микроорганизмов и их научно-практическое использование», г. Иркутск (октябрь, 2004), посвященной 90-летию со дня рождения проф. А. Г. Гриневич, на Четвёртой Верещагинской Байкальской конференции, г. Иркутск (сентябрь-октябрь, 2005), на международной конференции «Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды», г. Саратов (сентябрь, 2005) и на IX Съезде гидробиологического общества РАН, проходившем в г. Тольятти (сентября, 2006). По материалам диссертации опубликовано 11 работ (из них 3 статьи в рецензируемых журналах).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзорного анализа литературы, 3 глав собственных исследований, заключения, выводов, списка использованной литературы (127 источников, из них 42 – зарубежных) и 8 приложений. Объем работы составляет 163 страниц машинописного текста, включающего 5 таблиц, 34 рисунков и 8 приложений.

Автор выражает сердечную благодарность научному руководителю, зав. лабораторией водной микробиологии к.б.н. Парфеновой В. В., к.б.н. Земской Т. И. за помощь в проводимых исследованиях, д.б.н. Лихошвай Е. В., к.х.н. Горшкову А. Г., ст.н.с. Верещагину А. Л., к.б.н. Павловой О. Н., Хлыстову О. М., к.г.н. Федотову А. П. и всем сотрудникам лаборатории водной микробиологии Лимнологического института СО РАН за оказанную поддержку и сотрудничество при выполнении работ.

CОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Обзорный анализ литературы

Приведены литературные данные по таксономии и физиолого-биохимической характеристике бактерий рода Bacillus. Проанализированы вопросы о степени изученности бактерий рода Bacillus в рассмотренных экосистемах, а также о феномене устойчивости спор к различным факторам окружающей среды.

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования

Объектами данного исследования являются озеро Байкал, гидротермальные источники Котельниковский, Хакусы, Змеиный (рис. 1) и озеро Хубсугул в Монголии.

Пробы воды и донных осадков отбирали и обрабатывали в 2000 – 2006 гг. по общепринятым методикам (Романенко, Кузнецов, 1974; Кузнецов, Дубинина, 1989). Водные образцы отбирали в стерильные флаконы батометром, донные отложения – дночерпателем, бентосными и гравитационными трубками. За весь период исследования было отобрано и проанализировано около 1000 проб байкальской воды, 300 проб донных осадков и 20 проб воды и бактериальных матов термальных источников. Распределение, численность гетеротрофов и бактерий рода Bacillus, видовой состав данного рода были изучены в пробах воды, отобранных на стандартных гидрологических разрезах по всей





вертикали от поверхностного до придонных слоев Южного, Среднего и Северного Байкала (рис. 1). Особое внимание уделено придельтовому району реки Селенга и району нефтепроявления, где проанализированы пробы воды и донных осадков. Также подробно исследовали керн донных отложений глубинного бурения, отобранных в районе Посольской банки и в озере Хубсугул.

Для выделения бактерий рода Bacillus из природных образцов использовали рыбо-пептонный агар, разбавленный в 10 раз (Горбенко, 1961). На данной среде изучали две группы микроорганизмов: гетеротрофов и представителей рода Bacillus. На использованной в работе питательной среде проводили отбор колоний, типичных для Bacillus. Признаки, констатирующие принадлежность исследуемых штаммов к роду Bacillus: палочковидная форма клеток, спорообразование, положительная окраска по Граму, наличие каталазы, аэробность роста. Дополнительные признаки изучали для видовой идентификации бактерий рода Bacillus: посев на среду Хью-Лейфсона для определения способности окислять либо ферментировать углеводы. Дополнительные признаки для идентификации бацилл включают: наличие амилазы, нитратредуктазы, протеазы, выявление пигментообразования, способность роста при +65, +50, +5°С, способность роста на РПА с 7% NaCl, а также в анаэробных условиях. Обязательным признаком в идентификации является V-P реакция (Родина, 1965). Также учитывали наличие параспоральных тел в спорангии, которые определяют принадлежность к энтомопатогенным видам рода Bacillus (Определитель бактерий Берги, 1997).

При выделении термофильных бацилл использовали метод накопительной культуры, применяя селективные среды с последующим высевом на твердую среду содержащую 1 % Gelrit (DUCHEFA BIOCHEMIE) и 0.5 % агара. Температура инкубации составила +53°С. Пропорциональный состав gelrit и агара подбирали опытным путем, который позволял среде легко плавиться для посева и не разжижаться в термостате при высоких температурах.

Описаны методы выделения углеводородокисляющих микроорганизмов, проведения экспериментов по деградации 3-х полициклических ароматических углеводородов (пирена, фенантрена и флуорантена) и бис-(2-этилгексил) фталата. Отработан метод выделения бактерий, способных растворять силикаты кальция и проведения эксперимента по деградации бактериями оболочек диатомовых водорослей.

Статистическую обработку данных проводили по стандартным методикам (Рождественский, Чеботарев, 1974) с использованием программного пакета Microsoft Excel 7.0 для Windows 98. Эксперименты проводили в трех повторах. Для полученных данных рассчитывали среднее значение, среднее квадратичное отклонение. При оценке погрешности определения ПАУ, обрабатывали и анализировали эксперименты с 5 штаммами микроорганизмов по три параллельных опыта для каждой культуры. Расчет дисперсии сходимости определения ПАУ проводили по относительным отклонениям результата анализа от среднего значения для каждого штамма. Выводы сделаны с учетом уровня значимости = 0.05.

ГЛАВА 3. Распространение, биоразнообразие и физиолого-биохимическая характеристика представителей рода Bacillus в воде, донных осадках озера Байкал и термальных источниках Прибайкалья

Изучение динамики развития и пространственного распределения бактерий рода Bacillus в воде озера Байкал связано с необходимостью определения их доли в культивируемом микробном сообществе, а также роли в экосистеме озера. Исследования проводили в августе 2003 г. и июле 2004 г. (рис. 2).

 Пространственное распределение бактерий рода Bacillus в-1

 Пространственное распределение бактерий рода Bacillus в-2

 Пространственное распределение бактерий рода Bacillus в-3

Рис. 2. Пространственное распределение бактерий рода Bacillus в поверхностном слое оз. Байкал (а – 2003 г., б – 2004 г.).

Пространственное распределение бактерий рода Bacillus зависило от экологических факторов: места отбора проб, глубины водной толщи, сезонных закономерностей. Нами установлено, что бактерии исследуемого рода распределены в Байкале неравномерно. Максимальное количество данных бактерий обнаружено в северной, а минимальное - в южной котловине озера. В Среднем Байкале бактерии рода занимали незначительное положение. В Северном Байкале представители рода Bacillus преобладали в гетеротрофном сообществе, составляя в среднем 31% в 2003 г и 47% в 2004 г. На станции Академический хребет вертикальное распределение исследуемой группы коррелировало с распределением гетеротрофных бактерий и в среднем по численности составило 35 %. В южной котловине численность бацилл не превышает 152 кл/мл и составляет 13.5 % от числа гетеротрофных бактерий. Вертикальный срез показал, что в августе 2003 г. бактерии рода Bacillus были сконцентрированы в придонных слоях, а в июне 2004 г. в поверхностных слоях (рис. 2).



Pages:   || 2 | 3 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.