Літичні взаємодії сапротрофних бактерій і
дріжджів в природних екосистемах
Т. Ф. Черняківська, Т. Г. Добровольська
Одним
з основних факторів, що регулюють склад і стабільність мікробних спільнот в
природних екосистемах, є взаємодія між складовими їх
популяціями мікроорганізмів. Взаємодії можуть бути як позитивними, так
і негативними. Варіантом прояви антагоністичних взаємин є
виділення літичних ферментів мікроорганізмами однієї групи, що впливають на
клітини мікроорганізмів іншої групи. Відомо, що деякі бактерії і
актиноміцети здатні ціалізуватися клітини бактерій, дріжджів і грибний міцелій,
оскільки володіють відповідним набором ферментів, у тому числі глюкозидази,
Хітиназа, ліпази (Webley, Jones, 1971, Prokaryotes, 1981; Кулаєв, 1997).
Розрізняють ендогенні (внутрішньоклітинні) Літичні ферменти, які знаходяться в
клітинах продуцентів в безпосередній близькості від об'єктів своєї дії, і
екзогенні, тобто секретуються в середовище проживання утворюють їх організмів
(Кулаєв, 1997).
Логічно
припустити, що літіче-ська активність найбільшою мірою може виявлятися
в тих природних середовищ існування, де різні групи мікроорганізмів
взаємодіють в умовах постійного надходження рослинного матеріалу і на
різних стадіях його переробки в загальному кругообігу речовин. До таких
місцепроживання відносяться лісові та степові підстилки, гумусові горизонти грунтів,
торфовища, зоомікробние комплекси. Однак, існують лише одиничні дослідження,
в яких цілеспрямовано вивчалися б в одних і тих самих природних біотопах ті
групи мікроорганізмів, між якими складаються антагоністичні взаємини.
Так, було показано (Сорокін, Бабьева, 1982), що деякі види бацил і стрептоміцетов
ціалізуватися клітинні стінки дріжджів, що потрапляють в грунт з підстилки.
Для
вивчення взаємодій бактерій і дріжджів нами обрані як об'єкти дослідження
типові й лугові степи Російської рівнини, а також зоомікробние комплекси
діплопод, що харчуються рослинною опади. Були вивчені чисельність і
таксономічна структура блоку сапротрофних бактерій і дріжджів в різних ярусах
степових біогеоценозів (БГЦ) і в харчових ланцюгах діплопод (Черняківська та ін,
1990; Вино-варів, 1989; Byzov, et al., 1996). Було встановлено, що
Максимальна кількість і таксономічні різноманітність бактерій
гідролітичного комплексу, приурочених до деструкції рослинних залишків,
зосереджено в степовому повсті (дрантя і підстилці), у той час як дріжджі
асоційовані з живими і відмирання рослинами, в підстилках їх кількість
різко знижується. У зоо-мікробних комплексах діплопод як бактерії, так і дріжджі
зосереджені у вмісті заднього відділу кишечнику і екскрементах.
В
ході дослідження була складена колекція бактерій (що налічує більше 600
штамів, що відносяться до 19 родовим таксонів) за принципом відбору домінуючих
груп з кожного компонента біогеоценозу або зоомікробного комплексу. Для
перевірки літичних властивостей бактерій були відібрані також штами дріжджів різних
філогенетичних ліній з колекції кафедри біології грунтів МДУ і культури
дріжджів, що застосовуються в промисловості, - Candida maltosa і Saccharomyces
cerevisiae.
Методи дослідження
Дрожжелітіческую
активність бактерій визначали на твердій агарізо-ванної середовищі з дріжджовими
клітинами в якості єдиного джерела вугле-роду. Культури дріжджів
вирощували на середовищі наступного складу (%): глюкоза -3; (NH4) 2SO4 - 5; KH2PO4 --
0, 085; K2HPO4 - 0,015; Mg 2SO4-7HO - 0,05; NaCl - 0,01; CaCl2 - 0,01;
дріжджовий ав-толізат - 0,5. Інокулят дріжджів вносили до 200 мл середовища, розлитої
по колба, і поміщали на гойдалку. Температура інкубації для різних
представників мезофілов складала 26-28 °, для псих-рофілов - 10 ° С.
Терміни інкубації 2-3 доби або 10-14 діб відповідно. До цього
часу культури дріжджів досягали стаціонарної фази. Отриману рідку
культуру дріжджів центріфугіровалі, промивали дистильованою водою 2 рази (для
видалення позаклітинних полісахаридів) в стерильних умовах. Промиту біомасу
змішували з розплавленим і охолоджені до 40-60 ° С сольовим агаром. Склад
сольовий основи (%): (NH4) 2SO4 - 0,1; KH2PO4 - 0,1; Mg 2SO4-7HO - 0,05; агар --
2, рН 7,0. На 500 мл середовища брали суспензію клітин з 12 колб, що становило
приблизно 0,7 - 1%-ну концентрацію біомаси дріжджів у середовищі. Середу з убитими
клітинами дріжджів готували аналогічно, але промиту суспензію клітин
попередньо нагрівали на водяній бані 10 хв при 80 ° С. 3-х добові культури
бактерій у вигляді суспензії наносили на поверхню середовища множинним
репликатор. Чашки з посівом інкубувати при 24 ° С 14 діб. Реєстрували
зони просвітління, тобто лізису суспендованих в товщі агару дріжджових клітин.
Про ступінь активності культур судили за розмірами зон лізису навколо
колоній-продуцентів літичних ферментів.
Результати досліджень
Здатність
ціалізуватися клітинні стінки дріжджів була перевірена у 628 штамів бактерій,
ізольованих з різних субстратів. Серед бактерій, виділених з зелених частин
рослин, а також зі стінок травного тракту діплопод (пристінкові
співтовариство), частка активних дрожжелітіческіх штамів незначна - 5%.
Трохи вище їх вміст у грунті - 18%. Активні штами були виділені в
основному з підстилки і зоогенних субстратів (вмісту кишечників і
екскрементів діплопод). Половина всіх виявлених у цих біотопах бактерій
проявила дрожжелітіческую активність (табл. 1).
Таксономічний
склад штамів, що складають колекцію і кількість активних серед них,
представлені в (табл. 2).
Таблиця
1
Дрожжелітіческая
активність бактерій, виділених з різних субстратів досліджуваних біогеоценозів
і зоомікробних комплексів
Субстрат
Виділено і перевірено на
активність
З них активні
число
%
Філлоплана, пристінковий
співтовариство діплопод
152
8
5
Рослинні залишки підстилка
233
119
51
Вміст кишечників і
екскременти діплопод
201
111
55
Грунт
50
9
18
Таблиця
2 Дрожжелітіческая активність бактерій різних родових таксонів
Родові таксони бактерій
Кількість штамів
% активних штамів
Streptomyces
40
85
Promicromonospora
64
81
Agromyces
12
75
Oerskovia
111
68
Bacillus
56
54
Mycobacterium
83
42
Micrococcus
30
27
Cytophaga
20
25
Myxococcus
30
17
Cellulomonas
30
0
Arthrobacter
30
0
Rhodococcus
36
0
Curtobacterium
4
0
Brevibacterium
2
0
Pseudomonas
20
0
Erwinia
15
0
Serratia
5
0
Plesiomonas
20
0
Vibrio
20
0
Умовні
позначення: 0 - літична активність не виявлена у всіх штамів бактерій
Максимальне
кількість штамів, що володіють дрожжелітіческімі властивостями, було виявлено
серед бактерій родів Streptomyces, Promicromonospora, Oerskovia, Agromyces.
Вперше дріжджів-літична активність виявлена у акти-нобактерій пологів
Mycobacterium і Micrococcus.
Таким
чином, здатність Лізі-ровать клітини дріжджів характерна для бактерій
гідролітичного комплексу, які беруть активну участь в деструкції
рослинного опади - Streptomyces, Promicromonospora-Oers-kovia,
Bacillus, Mycobacterium, Cytophaga, Myxococcus. Серед володіють
дрож-желітіческой активністю бактерій більше представників з
грамположі-них типом будови клітинної стінки, ніж c грамнегативних.
Чутливість
дріжджів до лити-зації дії бактерій проявилася як на рівні класів, так
та пологів. Бактерії ціалізуватися 37% дріжджових культур, що відносяться до
базидіоміцетів, і 28% штамів дріжджів - аскоміцети.
літичної
дію бактерій р. Promicromonospora особливо сильно проявлялося у відношенні
Ph. rhodozyma (типове місцепроживання - сокотеченія дерев) - 100%
взаємодій від теоретично можливих; Cr.albidus і Rh. glutinis (типове
місцепроживання - фил-лосфера рослин та підстилки) - 90 і 69% відповідно.
Бактерії р. Oerskovia були найбільш активні по відношенню до клітин Rh. glutinis
- 65%. Представники р.р. Promicromonospora-Oerskovia виявляли високу
дрожжелі-тичні активність і по відношенню до грунтових дріжджів L. кononenkoae
- 58 і 61% (табл. 3).
Таблиця
3 Чутливість дріжджів різних видів до Літичні ферменти бактерій
Oerskovia
Promicromonospora
Agromyces
Bacillus
Debaryomyces vanriji
Lipomyces kononenkoae
Lipomyces tetrasporus
Phaffia rhodozyma
Примітка:
Відсоток штамів дріжджів, чутливих до літичної дії бактерій.
Таким
чином, в результаті перевірки колекції бактерій (більше 600 штамів,
представлених 19 пологами), виділених з різних природних біотопів, було
встановлено, що здатність до лізису дріжджів широко поширена серед
різних таксономічних груп бактерій.
Чисельність
і таксономічні різноманітність дрожжелітіческіх бактерій, серед яких
домінували грам-позитивні форми, максимальні в підстилках і дерново
горизонті грунтів досліджених біогеоценозів.
Вперше
була виявлена здатність до лізису дріжджів у представників родів Micrococcus і
Mycobacterium, зосереджених на зелених і відмерлих частинах рослин.
В
зоомікробних комплексах діп-лопод (вміст кишечнику і екскременти),
харчуються рослинною опадами, виявлені дрожжелітіческіе бактерії пологів
Promicromonospora, Oerscovia, Streptomyces, Bacillus, Myxococcus. Мабуть,
епіфітні дріжджі, що надходять разом з рослинними залишками в
травний тракт діплопод, піддаються там утилізації бактеріями,
мають літіче-ські ферменти.
Дрожжелітіческая
активність бактерій-гідролітіков сапротрофного комплексу підстилки та грунтів --
один з можливих факторів, що регулюють в природних екосистемах склад,
чисельність і співвідношення популяцій у сук-цессіонних процесах розкладання
рослинних залишків. Цей фактор проявляється як при безпосередніх
взаємодіях бактеріальних та дріжджових популяцій, так і при проходженні
рослинного матеріалу через травний тракт безхребетних тварин, що населяють
підстилку і грунт.
Список літератури
1.
Бабьева І.П. Дріжджі в біогеоценозах різних природних зон// Грунтові організми
як компоненти біогеоценозу. М.: Наука.1984.С.131-141.
2.
Віноварова М. Е. Дріжджові гриби в структурі степових спільнот (заповідні
степу Російської рівнини): Автореф ... дисс. канд. біол. наук. М., 1989. 22 с.
3.
Сорокін Д.Ю., Бабьева І.П. Лізис природних популяцій дріжджів грунтовими
мікроорганізмами// Микробиология. 1982. Т.51. Вип.2. С. 328-331.
4.
Черняківська Т.Ф., Добровольська Т.Г., Лисак Л.В., Ваніна С.А. Закономірності
розподілу ЕПІФІТ-них і сапротрофних бактерій по компонентах вертикальної
структури степових біогеоценозів// Грунтознавство. 1990. № 6. С.68-77.
5. Bysov B.A., Dobrovolskaja T.G.,
Chernjakovskaja T.F., Zenova G.M. Bacterial communities assosiated with soil
diplopods// Pedobiologia. 40. 1996.I
6. The Prokaryotes. A Handbook on
Habitats, Isolation and Identification of bacteria: In 2V/Ed. by Starr M.P.,
Stolp H., Truper H.G., Balows A., Schlegel H.G. - Springer-Verlag etc., 1981. P.
2284.
7.
Кулаєв І. С. Бактеріолітіческіе ферменти мікробного походження в біології і
медицині// Соро-Совських освітній журнал. 1997. № 3. С. 23 - 28.
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.yspu.yar.ru
