Диссертация (1145858), страница 8
Текст из файла (страница 8)
В это же время, продукты азотфиксации, такие как водород и аммоний, могутиспользоваться метаногенными бактериями.321.1.3.1. Метанотрофные и метаногенные ассоцианты сфагновых мховВопросовозможностинаселениявнутреннихтканейрастенийсфагновыхмховметанотрофными микроорганизмами впервые детально затронут в недавних работах(Raghoebarsing et al., 2005, 2006; Kip et al., 2011а). Данные исследования касались изучениясимбиотической взаимосвязи сфагновых мхов и метанотрофных бактерий, обеспечивающихпоставки углерода для построения самих растений. Основываясь на исследованиях группыДедыш (Dedysh, 1998, 2000, 2002), было высказано предположение, метанотрофные бактериине просто находятся в болотной воде или оседают в торфяных отложениях, но и чтосфагновые мхи и их внутренние части являются местообитаниями для таких бактерий.Исследования кортекса стеблей Sphagnum cuspidatum с помощью методов флюоресцентной insitu гибридизации и эпилюминесцентной микроскопии показало, что внутренняя частьгиалиновых клеток заселена метанотрофными бактериями.
В данном случае, авторыиспользовали для гибридизации групп-специфичную олигонуклеотидную пробу Alf968,предназначеннуюдлявыявлениявсегокластераальфапротеобактерий.Характернойособенностью расположения микробных клеток является то, что бактерии не просто плавают вжидкой среде, заполняющей гиалоциты, а закреплены на их внутренней поверхности, образуямикроколонии.Секвенирование фрагментов гена 16S рРНК из поверхностно отмытых частей растений S.cuspidatum показало, что доминирующими представителями метанотрофов, населяющихвнутренние ткани растений сфагнума являются Methylocella palustris и Methylocapsa acidiphila.Авторами высказывается предположение об участии данных бактерий в симбиозе срастениями сфагнов, обеспечивающем ассимиляцию углерода из метана и его аккумуляцию вболотных экосистемах в виде растительной ткани. По разным оценкам, до 10–15(Raghoebarsing et al., 2005) либо до 10–30% (Larmola et al., 2010) углерода, входящего в составбиомассы сфагновых мхов получено из метана за счет деятельности метаноокисляющихбактерий.Кип с соавт.
(Kip et. al., 2011b), применяя методы анализа генов pmoA и пиросеквенирования,изучили метанотрофные бактерии, населяющие внутренние части сфагнов. Были исследованыобразцы сфагнов из различных географических точек болотных экосистем Нидерландов иБельгии, в частности такие виды как Sphagnum cuspidatum и Sphagnum denticulatum. Показано,что доминантными компонентами эндофитных микробных сообществ являются метаногенныеальфапротеобактерии из родов Methylocystis и Methylosinus.
Кроме того, с использованиемметода меченых атомов, было установлено (Kip et. al., 2010), что углерод из молекул метанавовлекается в метаболизм растения и накапливается в его липидных включениях, что такимобразом доказывает симбиотические отношения между сфагнами и метанотрофами.33В данных работах для обозначения метанотрофов, ассоциантов сфагнов, применяется именнотермин «эндофиты», несмотря на специфическое строение этих растений. Кроме того,приводятся сведения о выделении представителей Burkholderiales и Pseudomonaceae spp., необладающих метаноокисляющей активностью и, поэтому, не находящихся в фокусеисследований, а домен Gammaproteobacteria представлен был в основном родамиMethylomonas и Methylobacter.Далее, в условиях полевых экспериментов в тундре (Восточная Сибирь) (Parmentier et. al.,2011) было продемонстрировано, что эмиссия метана в атмосферу зависит от типапреобладающей болотной растительности, в частности, в болотах, где доминантнымкомпонентом растительности были сфагновые мхи, эмиссия была в два раза ниже, чем вболотах с преобладанием осоковой и кустарниковой растительности.
Авторы связывают этоявление с ассимиляцией метана эндофитными бактериями, ассоциированными со сфагновымимхами.Недавно было предложено понятие «сфагнум-ассоциированная метанотрофия» (Larmola et al.,2010; Putkinen et al., 2012), включающее в себя целенаправленный симбиоз между сфагновымимхами и метанотрофными бактериями, которые колонизируют внутренние части растений иассимилируют метан.Данные исследования были направлены на изучение явления реактивации метаноокисляющейспособности симбиоза после засухи.
Авторы задались вопросом, за счет чего возобновляетсяассимиляция метана при подъеме уровня воды в болотной экосистеме: за счет выжившихпосле засухи внутри растения метанотрофов или за счет метанотрофов, находившихся вгрунтовой воде, и активно колонизирующих растение сфагнов при подъеме ее уровня.Объектом для экспериментов послужили образцы S. rubellum, отобранные в бореальномболотном массиве на юге Финляндии.
В ходе данных исследований было установлено, чтоискусственнаятрансплантациярастенийсфагнов,необладающихкомплексомметаноокисляющих микроорганизмов, к другой части растений, обладающих такимкомплексом,черезтридняприводитколонизации«неактивных»растенийметаноокисляющими бактериями. Microarray-анализ показал, что состав метанотрофов вобеих группах растений одинаков, и основным и доминирующим компонентом являютсяпредставители Methylocystis- подобных групп микроорганизмов.Во второй части исследования образцы S.
rubellum, не обладающие комплексомметанотрофов, погружали в болотную воду, не фильтрованную, в которой присутствовалиметанотрофы, и воду, стерилизованную фильтрацией. Показано, что метанотрофы,присутствующие в воде, активно заселяли растения сфагнумов, увеличивая количество копийpmoA-гена более чем в 60 раз.34Исследования физиолого-биохимических свойств выделяемых штаммов метанотрофныхбактерий показало (Kip, 2010), что почти все штаммы бактерий обладали способностью кросту на безазотных средах, часть штаммов проявляла способность продуцировать этилен насредах в условиях содержания кислорода 5-10%.1.1.3.2. Азотфиксирующие ассоцианты сфагновых мховАссоциации между бриофитами и азотфиксирующими микроорганизмами были известны иописаны довольно давно (Alexander et al., 1974; Granhall, 1976; Basilier et al., 1978) и особуюроль в таких ассоциациях играют цианобактерии (Gentili et al., 2005).морфологическихструктурдляприсутствующих у лишайников,такихассоциативныхСпециальныхвзаимодействий,наподобиеу мохообразных нет; колонизация цианобактериямирастений мхов идет путем эпифитного заселения, либо внутриклеточного проникновения вмертвые гиалиновые клетки (Solheim and Zielke, 2003).Согласноранеепроведеннымисследованиям,нашизнанияоцианобактериях,ассоциированных с мохообразными, касаются в основном полярных и субполярных областей.В таких областях земного шара, цианобактерии в ассоциациях с мохообразными являютсяглавным действующим лицом в процессах фиксации молекулярного азота и обеспечениипродуктивности таких экосистем (Solheim and Zielke, 2003).Таксономия цианобактерий, ассоциированных с мохообразными антарктических областейбыла изучена довольно детально (Broady, 1987; Ohtani и Kanda, 1987; Fumanti et al., 1997;Alfinito et al., 1998), но лишь небольшое число цианобактериальных такс было обнаружено втаких ассоциациях, доминантными же видами являлись Phormidium frigidum Fritsch и Nostoccommune Vaucher, часто также встречались Microcystis parasitica Kutzing (Alfinito et al., 1998).Джордан с соавт.
(Jordan et al., 1978) выявили представителей Nostoc, как эпифитногообитателя листьев арктических мхов, наряду с Oscillatoria и Anabena. Основным механизмомпередачи цианобактериальных ассоциантов, по-видимому, является пассивный переносмикробных клеток от растения к растению с током воды (Solheim and Zielke, 2003), однакохемотаксис и активная колонизация цианобактериями растений-хозяев также обсуждалосьранее (Rai et al., 2000).На сегодняшний день сведений об эпи- и эндофитной колонизации цианобактериями растениймохообразных накоплено достаточно много: это данные и о неравномерности заселения мховэпифитными бактериями (Broady, 1979), об азотфиксирующей активности ассоциацийцианобактерий и бриофитов (Smith, 1984), предложена также модель внутриклеточнойактивной колонизации сфагновых мхов цианобактериями (Granhal, 1976).
Во многих случаяхотмечается преобладание численности цианобактерий в средней, зеленой части растений мхов35над численностью в их верхней апикальной части. Броди с соавт. (Broady, 1979), исследоваливертикальное микрораспределение фототрофов (включая трех представителей цианобактерий)в растениях мхов на протяжении более трех лет. Была предложена модель роста и жизненныхциклов Nostoc muscorum в побеге растений мха. В начале лета, талломы с гетероцистамиобнаруживались в первичных апикальных структурах растения, затем, когда растениеначинало расти, трихомы цианобактерий фрагментировались и подвижные гормогониивысвобождались и поднимались вверх вместе с растущим побегом мха.
Таким образом,гормогонии достигали сайта стареющей терминальной почки, где и образовывалигетероцисты. Молодые побеги растений не имели при этом внутри себя цианобактериальныхассоциантов, а в стареющих частях растений, и растительная ткань и цианобактириальныеассоцианты отмирали, привнося органические вещества в окружающую среду. Таким образом,авторы предполагают, что Nostoc muscorum образует такие специфические подвижныеструктуры для поддержания популяции в регионах с высоким уровнем солнечной активности.Сфагновые мхи являются местообитанием для цианобактерий, к примеру, для Nostoc sp.,которые колонизируют растения эпифитно и эндофитно (Granhall и Selander, 1973; Granhall иHofsten, 1976).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
