И А Харчу, К А В Алисиевич - Адаптация spirulina platensis к изменениям культуральной среды - страница 1

Страницы:
1  2 

УДК 582.232: 579.22

И. А. ХАРЧУ К, А. В. АЛИСИЕВИЧ

АДАПТАЦИЯ SPIRULINA PLATENSIS К ИЗМЕНЕНИЯМ КУЛЬТУРАЛЬНОЙ СРЕДЫ

Измерены морфометрические характеристики Spirulina platensis в зависимости от концентрации питательной среды. Показано, что изменение концентрации питательной среды вызывает распад трихомов на гормогонии. Длина молодых гормогониев равна 0-300 мк, доминируют фрагменты до 100 мк (80-90 %). Размеры основного количества гормогониев составляют 20^Ю мк. Установлено, что дробление трихом случайно, закономерности в расположении некроидальных клеток («жерт­венных») не выявлено.

Ключевые слова: трихом, гормогоний, некроидные клетки, адаптация, Spirulina platensis.

Spirulina platensis (Nordst.) Geitler (syn. Arthrospira platensis (Nordst.) Gomont) - фила-ментная сине-зелёная прокариотическая микроводоросль (цианобактерия), интенсивно развивающаяся в богатых карбонатами и гидрокарбонатами тропических и субтропиче­ских водах [1]. S. platensis, как все прокариоты, имеют низкий уровень клеточной диф­ференциации. Размножается при помощи гормогоний - короткоцепочных, способных к движению участков нитей, образующихся путём фрагментации материнских трихомов по некридиям. В отличие от представителей порядков Nostocales и Zignematales, S. platensis не свойственно образование таких специализированных клеток, как акинеты и гетероцисты [5].

Известно, что любой организм способен жить в среде, условия которой изме­няются лишь в определённых пределах. Факторы среды, особенно абиотические, имеют минимальные и максимальные значения, за пределами которых организм ожидает ги­бель [2]. Культуральная среда, а именно её оптимальное насыщение биогенами является основным фактором для роста и развития S. platensis. Обеднение среды происходит в результате расхода биогенов на поддержание жизнедеятельности микроорганизмов, ко­торые в последствии вынуждены адаптироваться к изменившимся условиям. Исследо­ваний посвященных изучению адаптационных свойств S. platensis много, однако незна­чительное количество работ посвящено динамике размерного состава цианопрокариотов [8], поэтому цель данной работы: изучить динамику морфометрических характеристик Spirulina platensis, как адапционную реакцию на изменение концентрации питательной среды.

Материал и методы. Объект нашего исследования - культура Spirulina platen­sis (штамм IBBS - 31), выращиваемая в отделе биотехнологии и фиторесурсов ИнБЮМ НАН Украины.

Цианопрокариоты культивировали в накопительном режиме, при постоянном круглосуточном освещении. Интенсивность света на поверхности раствора составляла 8 кЛк. Температура среды колебалась в диапазоне 20 - 25 °С. В качестве питательной среды использовали среду Заррук [9]. Объём среды в конических колбах составлял 200 мл. После выхода цианопрокариотов на стационарную стадию роста на 7 - 10 день отбирали аликвоту культуры и прибавляли к ней свежий питательный раствор среды Заррук в соотношении 1:1. Морфометрические измерения проводили до внесения в культуру свежего раствора питательной среды и через 2 ч после проведения манипуля­ции. Повторные морфометрические измерения трихом проводили через 20 дней после первого измерения. Порядок манипуляций был одинаков.

© И. А. Харчук, А. В. Алисиевич, 2010 Экология моря. 2010. Спец. вып. 80

^ 450 2^400

й 350 О

2 300 X 250 І200

150 100 50

ТО

.   т .

 

л\\\\\\\*Д*\\\\\\\\'

л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\ л\\\\\\\\\\\\\\\\\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б исходные размеры конечные размеры

Рисунок 1. Средняя длина трихом S. platensis до внесения свежего питательно­го раствора и через 2 ч после его добавления (10 день стационарной фазы) Figure 1. Average length of S. platensis trichoms before application of a fresh nutri­tious solution and in 2 h after its addition (10th day of a stationary phase)

Результаты и обсуждение. Морфометрия трихомов S. platensis показала, что после внесения питательного раствора в культуру, которая находится на стационарной

стадии роста в течение недели, средний размер трихомов уменьшился на 84,5 % (рис. 1).

Размерные характеристики трихомов, пре­бывающих длительное время на стацио­нарной стадии, представлены на рис. 3. Длина трихомов колебалась от 50 до 800 мк, при этом выявлено преобладание трихомов длиной 401 - 500 мк (35,6%). Количество клеток в трихомах данного диапазона - 111 - 135 шт. (рис. 3 А, Б). Доля трихомов длиной 300 - 400 мк (81 -110 клеток в трихоме) составляла 23 %, доля трихом размером 501 - 600 мк - 16 % (количество клеток в этих трихомах 136 — 160 шт.). Выявлены две группы трихомов размером 201 - 300 и 601 - 700 мк (56 - 80 и 161 - 190 клеток соответственно), на долю которых приходилось по 8 %. В культуре присутствовали трихомы, доли которых составляли 3 и 5 %; их размеры соответствовали 51 - 100 мк (1 - 55 шт.) и 701 -800 мк (191 -205 шт.).

После добавления в культуру S. platensis свежего раствора питательной среды трихомы разделились на более мел­кие фрагменты. Размеры трихом соответ­ствовали трём диапазонам: 1 - 100, 101 — 200 и 201 - 300 мк, их доля составляла 80, 14 и 4 % соответственно (см. рис.3 В, Г). Основная масса молодых трихомов распо­лагались в диапазоне 1-100 мк, среди которых преобладали трихомы, состоящие из 8 - 10 клеток (19 %), трихомы насчиты­вающие 6-7 клеток, составляли 10 %, 2 -3 клетки - 11 % (рис. З Д, Е), фрагменты трихом, насчитывающие 11-27 клеток, составляли 44 %. После разбавления пита­тельной среды свежим раствором обнару­жены трихомы длиной 101 - 200 мк, со­стоящие от 31 - 55 кл. Данная группа в старой культуре не представлена. На долю трихом длиной 200 - 300 мк, насчиты­вающих от 55 - 70 клеток, приходилось 4%.

Морфометрические измерения культуры S. platensis, вышедшей на ста­дию стационарного роста 30 дней назад, показали, что средняя длина трихом со­кратилась на 94 % (рис. 2). В исследуемой

га

СЕ

1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

исходные размеры 1 конечные размеры

Рисунок 2. Средняя длина трихом S. platensis до внесения свежего питательного раствора и через 2 ч после его добавления (30 дней после выхода на стационар) Figure 2. Average length of S. platensis tri­choms before application of a fresh nutritious solution and in 2 h after its addition (30 days after an attainment of a stationary growth phase)

40 зо

* 20 о

ЕЛЮ

 

га

А

 

і

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і

 

 

 

 

 

8

50- 200- 301- 401- 501- 601- 701­100   300   400   500   600   700 800

Длина трихом, мк

В исходные размеры

40

-° ЗО

* 20 о

 

і

Б

 

і

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

В

 

 

 

 

 

1 т

0-55 56-80  81-   111- 136- 161- 191­110   135   160   190 215

Количество клеток в трихоме, шт Ш исходные размеры

 

90

 

80 •

 

70 -

о4

60 •

 

50 -

 

40 -

о

 

d

30 -

 

20 -

 

10 -

 

0 -

В

S3

0-100        101-200 201-300

Длина трихом, мк конечные размеры (через 2 ч)

і

90 80 70 60 50 40 30 20 10 О =77777?

'SSSSSS 'SSSSSS 'SSSSSS 'SSSSSS 'SSSSSS 'SSSSSS 'SSSSSS 'SSSSSS 'SSSSSS 'SSSSSS 'SSSSSS 'SSSSSS 'SSSSSS

0-27 28-57 58-80

Количество клеток в трихоме, шт конечные размеры (через 2 ч)

Е

И

ОІ   со о

Длина трихомов, мк В конечные размеры (через 2 ч)

2 6 8 11 14-17-20-22-25-28-31-34-37-58­3   7 10 13 16 19 21 24 27 30 33 36 57 70

Количество клеток в трихоме, шт конечные размеры (через 2 ч)

Рисунок 3. Длина трихом и количество клеток в трихомах S. platensis до внесения свежего питательного раствора (А, Б) и через 2 ч после его добавления (В, Г, Д, Е) Figure 3. Trichoms lengths and quantities of sells in S. platensis trichoms before entering of a fresh nutritious solution (А, Б,) and in 2 h after its addition (В, Г, Д, E)культуре были выявлены трихомы, размеры которых находились в диапазоне от 10 до 4000 мк (рис. 4 А). Так же как и в культуре, пребывающей на стационарной фазе роста 10 дней, доминировали трихомы длиной 401 - 500 мк (16,6 %). Вторая преобладающая группа - трихомы длиной 601 - 700 мк (12,7 %). Доля трихом в диапазоне от 0 - 800 мк составляла 64 %, что в 1,5 раза меньше, чем в культуре, измеренной на 10-й день. Ос­тальные 36 % приходилось на долю трихом длиной 801 - 4000 мк. Доля трихомов раз­мером 1201 - 4000 мк составляла приблизительно 2 %.

После внесения свежего питательного раствора в соотношении 1 : 1 к аликвоте культуры отмечено, что нити S. platensis распались на мелкие фрагменты и их длины, как и в предыдущих измерениях, соответствуют размерным диапазонам 0 - 100 мк (88 %), 101 - 200 мк (10 %) и 201 - 300 мк (1 %) (рис. 4 Б). Полученные данные совпада­ют с результатами предыдущей морфометрии S. platensis. При доскональном изучении фрагментов трихомов в диапазоне 0 - 300 мк (рис. 4 В) обнаружено превалирование об­ломков размером 10-80 мк, которые содержат от 2 до 20 клеток (табл. 1); наибольшее количество обломков насчитывали по 6 - 7 клеток (26 %).

Таблица 1. Переход от мк к клеткам (средняя длина клетки 3,72 ± 0.83 [7]) Table 1. Transition from mk to cells (average length of a cells 3,72 ± 0.83 [7])

Длина трихомов, мк

Количество клеток, шт

Длина три­хомов, мк

Количество клеток, шт

Длина трихо­мов, мк

Количество клеток, шт

0-10

0-2

161-170

43-46

501-600

135-161

11-20

3-5

171-180

47-48

601-700

162-188

21-30

6-7

181-190

49-51

701-800

189-215

31-40

8-10

191-200

52-54

801-900

216-242

41-50

11-13

201-210

55-56

901-1000

243-269

51-60

14-16

211-220

57-59

1001-1100

270-296

61-70

17-19

221-230

60-62

1101-1200

297-323

71-80

20-21

231-240

63-64

1201-1300

324-349

81-90

22-24

241-250

65-67

1301-1400

350-376

91-100

25-27

251-260

68-70

1401-1500

377-403

101-110

28-30

261-270

71-73

1501-1600

404-430

111-120

31-33

271-280

74-75

1601-1700

431-457

121-130

34-36

281-290

76-78

1701-1800

458-484

131-140

37-38

291-300

79-80

1801-1900

485-511

141-150

39-40

301-400

81-107

1901-2000

512-538

151-160

41-43

401-500

108-134

2001-3000

539-806

По прошествии 2 ч после добавления свежей питательной среды были измере­ны трихомы в препарате, приготовленном на предметном стекле. Морфометрические исследования выявили, что две трихомы длиной по 1450 мк распались на мелкие фраг­менты, максимальная длина которых составляла 110 мк (рис. 4 Г). При этом количество образовавшихся фрагментов из двух нитей различно. В первом случае преобладали об­ломки длиной 51-60и21-30 мк, 30 и 22 % соответственно. Во втором случае преоб­ладали участки трихома длиной 21 - 30 мк (22 %), 31 - 40 мк (18,5 %) и 41 - 50 мк (15 %). Следующие две трихомы, примерно, одинаковые по длине - 505 мк и 550 мк, разрушились на гормогоний, размеры которых абсолютно несхожи друг с другом (рис. 4Д).

Изменение условий среды, в данном случае питательного раствора, привело к дроблению трихомов S. platensis (рис.5 А, Б), что, вероятно, связано с осмотическим шо­ком, которому были подвергнуты клетки. Нарушения в клетках возникли при переносе их в гипертонический раствор среды. Свежая среда по содержанию биогенов на порядок

88?R8§88S888^

Длина, мк И исходные размеры

30 25

ж.

0-100

т~^-

101-200 201-300

В

Длина, мк 0 конечные размеры (через 2 ч)

35 30 25

№ 1

Длина, мк 0 конечные размеры (через 2 ч)

№2

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25 20 -

о

10 20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 101-

Длина, мк □ трихома длиной 1450 мк №1

 

і

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

И А Харчу, К А В Алисиевич - Адаптация spirulina platensis к изменениям культуральной среды