WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

УДК 621.371 ЛУКЬЯНОВ Александр Андреевич ВЛИЯНИЕ СВЧ- И КВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ГЕТЕРОТРОФНЫХ И ФОТОТРОФНЫХ ПАРТНЕРОВ СМЕШАННЫХ КУЛЬТУР МИКРООРГАНИЗМОВ 03.00.25 гистология, цитология, клеточная биология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва – 2007

Работа выполнена на кафедре физиологии микроорганизмов биологического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Тамбиев Александр Хапачевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Степанов Алексей Львович доктор биологических наук Никитин Денис Иванович

Ведущая организация: Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А. Тимирязева

Защита диссертации состоится « 20 » марта 2007 г. в 15 ч. 30 мин. на заседании Диссертационного совета Д 501.001.052 при Московском государственном университете им.

М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, д. 1, корп. 12, МГУ им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, ауд. М-1, тел./факс (095) 939-18-27.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке биологического факультета Московского государственного университета.

Автореферат разослан «» _2007 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета. Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направить по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, д. 1, корп. 12, МГУ им. М.В. Ломоносова, биологический факультет.

Ученый секретарь Диссертационного совета Д.501.001.052 при МГУ им. М.В.Ломоносова кандидат биологических наук Е.Н.Калистратова 3 ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Электромагнитное излучение (ЭМИ) является физическим фактором среды, который оказывает существенное влияние на различные живые организмы. Естественных источников электромагнитного излучения в СВЧ- и КВЧ-диапазонах на Земле не существует, однако, техногенные источники, количество и мощности которых постоянно растут, уже сейчас позволяют говорить о ЭМИ в этих диапазонах, как о важном техногенном факторе окружающей среды, влияющим на стабильность экосистем.

Миллиметровое излучение активно используется в медицине, биологии и химии.

К настоящему времени известно много исследований влияния ЭМИ миллиметрового диапазона низкой (нетепловой) интенсивности (КВЧ-излучение) на микроорганизмы [Исаева, 1991; Реброва, 1992; Ли и др., 2003]. Описано влияние на различные физиологические процессы и свойства у микроорганизмов: клеточное деление, морфологические признаки, скорость роста, выход биомассы, ферментативную активность и др.

Исследования, проведенные в нашей лаборатории в течение ряда лет по влиянию КВЧ-излучения на метаболизм фотосинтезирующих организмов, выявили его стимулирующее действие на ряд физиологических процессов [Тамбиев и др., 1998; Tambiev et al., 2000; Тамбиев и др., 2003]. Необходимо отметить, что КВЧизлучение можно отнести к сверхслабым воздействиям, так как количество поглощаемой объектом энергии ничтожно мало, но его влияние на живые объекты бывает впечатляющим, например, стимуляция выхода биомассы у цианобактерии Spirulina platensis может быть выше в два и более раза. Влияние КВЧ-излучения на биологические объекты имеет, как правило, резонансный характер, то есть частотную, временную и мощностную зависимость [Тамбиев и др., 2003].

ЭМИ сантиметрового диапазона (СВЧ-излучение) находит применение в медицине и микробиологии [Wu, 1994]. Многие исследователи использовали СВЧизлучение для подавления роста микроорганизмов при стерилизации всевозможных объектов [Shin et al, 1997; Rosaspina et al, 1994]. Есть сведения о стимулирующем действии этого излучения на некоторые микроорганизмы в случаях, когда нагревание объектов не происходило или сводилось к минимуму [Булина и др., 1997; Rai et al, 1999].

Цианобактерии и эукариотные зеленые микроводоросли являются широко распространенными объектами научных исследований, по физиологии которых существует обширная литература [Кондратьева и др., 1989; Гусев, Минеева, 2003].

Ряд их представителей являются перспективными объектами фотобиотехнологии благодаря значительному содержанию в клетках белка, полиненасыщенных жирных кислот, – каротина, витаминов и др. соединений, а также минеральному составу [Vonshak et al., 1987; Henrikson, 1994; Borowitzka et al., 1999]. Пластичность метаболизма цианобактерий позволяет получать биомассу, обогащенную отдельными микроэлементами, путем направленного изменения условий культивирования, что используется, например, при создании биологически активных добавок [Минюк, 1999; Блинкова, 2001; Пронина и др., 2002; Тамбиев и др., 2006].

Актиномицеты относятся к грамположительным бактериям и являются составной частью наземных экосистем. Среди микроорганизмов они отличаются непревзойденной способностью к образованию биологически активных соединений разнообразного химического строения и биологического действия [Зенова, 1992].

В последнее десятилетие наряду с изучением чистых культур микроорганизмов возник большой интерес к исследованию микробных сообществ и ассоциаций [Заварзин, 1990; Заварзин, Колотилова, 2001]. Как известно, в большинстве естественных экосистем микроорганизмы сосуществуют в микробных сообществах и нередко образуют ассоциативные комплексы. Актиномицеты, как и немицелиальные бактерии, способны формировать ассоциации с другими микроорганизмами в природных условиях. Достаточно интересными бывают ассоциации актиномицетов и микроводорослей или цианобактерий, которые встречаются на выходах карбонатных пород и в почвах [Калакуцкая, Зенова, 1993; Звягинцев, Зенова, 2001; Зенова, 2002].

Некоторые виды цианобактерий входят в состав циано-бактериальных сообществ – матов [Звягинцева и др., 1995; Заварзин, 2004], многие участвуют в формировании симбиозов с эукариотами в природе [Schenk, 1992], и модельных ассоциаций с растительными партнерами в экспериментальных условиях [Gusev et al, 2002], а также являются частью почвенных микробных сообществ [Бабьева, Зенова, 1989;

Добровольская, 2002].

В связи с этим являются актуальными проблемы получения микробных ассоциаций в лабораторных условиях, поиск критериев при подборе ассоциативных пар, а также изучение внешних факторов (ЭМИ), способных регулировать метаболизм клеток у партнеров смешанных культур при раздельном и совместном культивировании.

Цель работы. Целью исследования явилось изучение действия СВЧ- и КВЧизлучений на гетеротрофных и фототрофных микроорганизмов, способных показывать устойчивый рост в смешанных культурах.

Задачи исследования:

1. Изучение возможности обработки воздушно-сухих образцов почвы СВЧизлучением для выделения культур актиномицетов, в том числе их редких родов.

2. Изучение действия СВЧ- и КВЧ-излучения на некоторые физиологические характеристики актиномицетов.

3. Подбор условий совместного культивирования актиномицета, как гетеротрофного, и цианобактерии либо зеленой микроводоросли как фототрофного партнеров.

4. Определение возможного критерия при подборе пар микроорганизмов для создания устойчивых смешанных культур.

5. Выявление активных режимов облучения в КВЧ-диапазоне для стимуляции роста фототрофных партнеров смешанных культур.

6. Изучение действия КВЧ-излучения на полученные смешанные культуры.

Научная новизна. Выделение культур актиномицетов из почв показало применимость обработки воздушно-сухих почвенных образцов СВЧ-излучением для увеличения количества выделяемых актиномицетов и их редких родов. Предлагаемая методика позволяет более полно оценивать почвенный актиномицетный комплекс.

Установлен резонансный стимулирующий эффект действия на исследуемые культуры при изучении действия СВЧ- и КВЧ-излучения на физиологические характеристики актиномицетов. Выявлены активные длины волн и экспозиции облучения для актиномицетов видов Streptomyces xanthochromogenes шт.№8 и Streptomyces cinereorectus шт.№10. Впервые отмечена различная реакция на действие СВЧ-излучения у покоящихся спор и растущего мицелия актиномицетов.

Подобраны условия для совместного культивирования актиномицета Str.

xanthochromogenes шт.№8 и цианобактерии Anabaena variabilis шт. ATCC 29413.

Впервые зафиксировано в смешанной культуре формирование устойчивых новообразований – «конгломератов», состоящих из переплетенных гифов актиномицета и трихом цианобактерии.

Впервые установлена возможность использования значений реакционной способности (РС) экскретируемых в среду нативных экзометаболитов у микроорганизмов, как «экспресс» критерия при подборе смешанных культур или ассоциативных пар. Отмечена наибольшая совместимость партнеров при значениях РС среды в противоположных областях активности – окислительной (ОА) и антиокислительной (АОА) у изученных культур микроорганизмов.

Установлены оптимальные режимы КВЧ-облучения цианобактерии A. variabilis и зеленой микроводоросли Scenedesmus quadricauda (Turp.) Brb. для стимуляции роста и выхода биомассы. Впервые отмечена различная реакция на КВЧ-облучение у смешанной культуры и раздельно культивируемых партнеров.

Практическое значение. Модифицированный метод предварительной обработки почвенных образцов СВЧ-излучением для выделения актиномицетов позволяет более полно оценивать почвенный актиномицетный комплекс, а также выделять больше редких родов актиномицетов. Установленные активные режимы СВЧ-облучения для актиномицетных культур позволяют регулировать их физиологическую активность, что может использоваться для стимулирования синтеза антибиотиков и протеолитических ферментов в биотехнологии.

Предлагаемый критерий при подборе партнеров смешанных культур микроорганизмов позволяет быстро оценить возможности их совместного роста.

Полученные данные возможно использовать при оценке действия ЭМИ, как техногенного фактора, на естественные микробные популяции и лабораторные культуры, а также при изучении механизмов его действия на клетки микроорганизмов.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на VII, XI, XIII, XIV Международных конференциях «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» (Украина, Ялта-Гурзуф, 1999, 2003, 2005, 2006); на конференции «Проблемы экологии и физиологии микроорганизмов» (Москва, 2000); на Международной конференции «Автотрофные микроорганизмы» (Москва, 2000); на Международной конференции «Биологические ресурсы и устойчивое развитие» (Пущино, 2001), на I, II, III Международных конгрессах «Биотехнология – состояние и перспективы развития» (Москва, 2002, 2003, 2005); на Международном симпозиуме «Биотехнология микробов» (Москва, 2004), на III Международной конференция «Электромагнитные излучения в биологии» (Калуга, 2005), на I Международной конференции «Физиология микроорганизмов в природных и экспериментальных экосистемах» (Москва, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, объектов и методов исследования, результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Материалы диссертации изложены на …… страницах и включают ……. рисунков и …… таблицы. Список литературы содержит ссылки на ……. источника из которых …… - зарубежных.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объекты исследования. Объектами исследования служили выделенные нами из почвы актиномицеты видов Streptomyces xanthochromogenes шт.№8 и Streptomyces cinereorectus шт.№10; полученные из коллекции кафедры генетики биологического ф-та МГУ им. М.В.Ломоносова цианобактерия Anabaena variabilis Ktz. ATCC (штамм д-ра С.П. Волка, США) и из коллекции кафедры гидробиологии биологического ф-та МГУ им. М.В.Ломоносова зеленая микроводоросль Scenedesmus quadricauda (Turp.) Brb., а также полученные из коллекции кафедры биологии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова бактерии – Pseudomonas sp., Bacillus sp., Micrococcus sp.

Условия культивирования. Актиномицеты культивировали на средах – минеральный агар Гаузе №1 и жидкой минеральной среде Гаузе №1, цианобактерии и зеленые микроводоросли – на минеральной среде Громова №6. Смешанную культуру выращивали на модифицированной среде Громова №6 (добавление крахмала 8 г/л).

Культуры фототрофных микроорганизмов выращивали при постоянном освещении (16,4 mol m-2 s-1), температуре 28° С в накопительной культуре в течение 21 суток.

Актиномицеты инкубировали на поверхности агаризованной среды в чашках Петри в течение 14 суток при 28° С и в погруженной культуре при постоянном качании об/мин в течении 4 суток.

При высеве микроорганизмов из суспензий для определения количества колониеобразующих единиц (КОЕ) использовали следующие твердые среды:

минеральный агар 1 Гаузе; органический агар 2 Гаузе; среда Чапека бактериальная;

среда „Rich” [Гаузе и др., 1983; Методы…, 1983]. Для определения физиологических характеристик отбирали пробы на 6, 18, 38, 60 и 80 часах роста культур актиномицетов [Прокофьева-Бельговская, 1963].

Получение споровой и мицелиальной суспензий актиномицетов. При облучении ЭМИ актиномицетов Str. xanthochromogenes и Str. cinereorectus использовали их споровую и мицелиальную суспензии. Количество спор в суспензии подсчитывали в камере Горяева. Для получения мицелиальной суспензии актиномицеты инкубировались в жидкой среде Гаузе № 2 в течение 3-х суток, затем отфильтрованную биомассу суспензировали в воде [Зенова, 1992]. Перед облучением суспензии обрабатывали ультразвуком при частоте 22 кГц, силе тока 0,4 А в течение 2-х минут [Звягинцев и др., 1984].

КВЧ-облучение. КВЧ-облучение проводили оригинальным прибором «Аквастим» при = 4,9; 5,6; 7,1 мм, времени облучения – 15; 30; 45; 60 мин., Р (плотность падающей мощности) = 1,5 мВт/см2. [Тамбиев и др., 2003] При изучении влияния КВЧ-излучения на физиологические характеристики культур микроорганизмов облучение проводили в случае фототрофных микроорганизмов сразу после посева, на 7-е сутки роста культуры и комбинируя эти два режима облучения, а в случае гетеротрофных микроорганизмов облучение проводили сразу после посева культуры. При изучении возможной «памяти среды» КВЧ-облучению подвергалась чистая среда непосредственно перед посевом культуры.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.