ДЖОКЕБАЕВА С.А. ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ ПОПУЛЯЦИЙ

ДЖОКЕБАЕВА С.А.
ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ ПОПУЛЯЦИЙ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ ПРИ МОНО- И
СМЕШАННОМ КУЛЬТИВИРОВАНИИ
(КазНУ им.аль-Фараби, биологический факультет)
Изучалось влияние совместного культивирования микроводорослей на уровень жизнеспособности их популяций. В пяти смешанных культурах микроводорослей происходило подавление роста одного из партнеров. В одной из дикультур наблюдалась взаимная
стимуляция роста.
Рост микроводорослей в монокультурах подчиняется определенной закономерности,
которая нарушается при выращивании видов в смешанных культурах. Известно много фактов
различного влияния видов микроводорослей друг на друга в дикультурах: от взаимного
угнетения до взаимной стимуляции роста [1]. Причина этого кроется в своеобразных
взаимовлияниях партнеров, каждый из которых обладает выраженной физиологической
индивидуальностью, так что конечный результат совместного культивирования предсказать
трудно [2]. Между тем при смешанном культивировании водорослей в искусственных условиях
возможен интенсивный биосинтез органических соединений, не образовывавшихся ранее [3,
4]. Экспериментальный подбор видов и изучение закономерностей их роста в совместной
культуре может способствовать разработке подходов к биотехнологическому производству
важных соединений.
Целью данной работы явилось определение уровня жизнеспособности популяций
микроводорослей, выращиваемых в совместных двухвидовых культурах.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе использованы культуры синезеленых водорослей (цианобактерий): Anabaena flosaquae (в работе принято сокращение - An), Calothrix pariethina (Cal), Microcystis aeruginosa
(Micr), Nostoc linckiа (Nost), Phormidium uncinatum (Phorm), а также диатомовой водоросли
Nitzshia sp (Nitz). Микроводоросли выращивали на среде Фитцджеральда [5] в виде
двухвидовых смешанных (дикультур) и монокультур при круглосуточном освещении. Исходное
соотношение видов - 1:1 по сырой массе. Через каждые 10, 20 и 30 суток проводили
определение жизнеспособности популяций микроводорослей с использованием
трифенилтетразолия хлорида (ТТХ) [5]. Принцип метода заключается в том, что ТТХ, обладая
потенциалом 220 mV, перехватывает водород восстановленных пиридиннуклеотидов и
переходит в водонерастворимое соединение - формазан рубинового цвета. Для проведения
реакции к определенному объему исследуемой суспензии водорослей приливали такое
количество 0,2% раствора ТТХ, чтобы конечная концентрация составляла 0,075%. Водоросли
помещали на рассеянный свет на 16-20 часов. Количество клеток с формазаном и без него
подсчитывали под микроскопом. Данные статистически обработаны.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Первоначально нами было проведено тестирование штаммов микроводорослей на
совместимость в дикуль-турах, при котором виды выращивались в различных сочетаниях друг
с другом. В данной работе рассматривают-ся только такие сочетания видов, в которых
наблюдалось торможение или взаимная стимуляция роста партнеров.
Рисунок 1 представляет данные по определению уровня жизнеспособности популяций
микроводорослей при культивировании в одновидовых и двухвидовых культурах. На рисунке
1,А показано, что при совместном выращивании Nostoc linckia и Anabaena flosaquae с
увеличением продолжительности культивирования наблюдается постепенное повышение
уровня жизнеспособности у обоих видов по сравнению с монокультурами. Это можно
объяснить активно протекающими процессами деления и увеличением доли живых клеток. К
30-м суткам культивирования процент живых клеток анабены превышает в 3 раза, а у ностока в 1,5 раза значения, определенные в монокультурах. Увеличение степени жизнеспособности
популяций обоих видов позволяет предположить, что при совместном их культивировании
происходит взаимная стимуляция роста обоих партнеров. Другой пример мутуалистического
взаимовлияния установлен между Anabaenopsis sp. и Anabaena flosaquae (статья в номере
Вестник КазНУ, серия экологическая, № 2(11).
Определение уровня жизнеспособности клеток в смешанной культуре Anabaena flos-aquae и
Calothrix pariethina показало, что в данной дикультуре происходит торможение роста и
постепенное уменьшение количества живых клеток калотрикса (рис. 1,Б), в то время как в
монокультуре этого вида уровень жизнеспособности клеток значительно выше. A. flos-aquae в
смешанной культуре более жизнеспособна, чем в монокультуре. Возможно, она потребляет
экзогенные метаболиты калотрикса, что способствует активизации ее роста. Сама же при этом
продуцирует такие соединения, которые подавляют рост калотрикса.
На рисунке 1,В представлены данные по определению процентного соотношения живых и
мертвых клеток в моно- и дикультурах Nostoc linckia и Nitzshia sp. В монокультурах оба вида
достигают максимума жизнеспособности к 10-м суткам культивирования. В дальнейшем у
ницшии начинается постепенное снижение уровня жизнеспособности культуры. У ностока это
снижение носит более замедленный характер, чем у ницшии. Однако даже в 30-дневных
культурах уровень его жизнеспособности все еще составляет 70%. В смешанной культуре
рассматриваемых видов наблюдается гибель клеток ницшии. К 20-му дню культивирования в
дикультуре остается только 20% живых клеток ницшии, в то время как носток продолжает свое
развитие почти так же, как в монокультуре.
При совместном культивировании Phormidium uncinatum и Calothrix pariethina (рис. 1,Г) также
наблюдается подавление роста одного из видов. К 10-м суткам культивирования при
микроскопировании в препаратах не обнаружено ни одной клетки калотрикса, что может
свидетельствовать об их полном лизисе. А формидиум в смешанной культуре даже визуально
представляет более активно растущую популяцию по сравнению с монокультурой: его
трихомы имеют более интенсивную сине-зеленую окраску, размеры колоний и трихомов
больше и т.п. Интенсивность пролиферации его клеток в смеси выше, чем в монокультуре.
Возможно, формидиум выделяет быстро действующий токсин, вызывающий гибель клеток
калотрикса. Можно предположить, что в смешанной культуре Phormidium х Calothrix
складывается антагонистический тип взаимовлияний.
Следующее сочетание, в котором имели место процессы торможения роста одного из видов,
Microcystis aeruginosa x Nitzshia sp. (рис. 1,Д). Оба вида представляют собой одноклеточные
культуры, но микроцистис - синезеленая водоросль (цианобактерия), а ницшия - диатомовая.
Изучение уровня жизнеспособности монокультур показывает, что у микроцистиса процент
живых клеток по отношению к их общему количеству всегда немного больше, чем у ницшии.
Снижения уровня жизнеспособности с увеличением возраста этой культуры практически не
происходит. В смешанной культуре микроцистиса и ницшии наблюдается подавление роста
последней микроцистисом. Уровень ее жизнеспособности в 10 дневной культуре снижается в
два раза от исходного и достигает 38%. К 20-му дню культивирования в дикультуре не
обнаруживается ни одной живой клетки ницшии, и видны только не содержащие формазана
(мертвые) клетки.
Жизнеспособность цианобактерий и микроводорослей в моно- и дикультурах.
Рисунок 1Е показывает изменение жизнеспособности клеток Nostoc linсkia и Calothrix
pariethina в монокультурах и в совместной культуре. У ностока максимум активности клеток
наблюдается в 10-дневных культурах. В дальнейшем происходит снижение уровня
жизнеспособности его клеток. Уровень жизнеспособности культуры калотрикса после 20-го дня
культивирования снижается очень незначительно. В смешанной культуре происходит
уменьшение доли живых клеток калотрикса. Их количество к 20-му дню культивирования
составляет лишь 5% от общего, в то время как исходное значение достигало 68%. К 30-му дню
культивирования не обнаруживается ни одной живой клетки калотрикса.
Таким образом, нами расcмотрены 6 межвидовых сочетаний микроводорослей в
дикультурах. В пяти из них наблюдалось подавление роста одного из партнеров. И только в
одной, Anabaena х Nostoc, происходила взаимная стимуляция роста. Для более полной
характеристики типов межвидовых отношений популяций микроводорослей в совместных
культурах необходимы дополнительные исследования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Панин. М.С. Химическая экология. Семипалатинск, -2002. С.479-492.
2. Dakshini I., Dakshini K.M.M. Algal allelopathy. - The botanical review, 1994, vol.60, N2,
Р.182-192.
3. Bolsunovsky A.Ya. Intensive cultivation of microalgae communities. - Proc.4th Eur. Congr.
Biotechnol., Amsterdam, June 14-19, 1987. Vol 1. -Amsterdam, 1987. -P.349.
4. Jokebaeva S.A., Kolumbaeva S.J., Assanova D.K. Allelopathic interactions of algae. -V
Межд. симп. "Жизнь растений Центральной и Юго-Западной Азии". Тез. докл. -Ташкент,
1998. -С.35.
***
Микробалдырларды? екі т?рлерін бірлестіре ?сіруде оларды? популяцияларыны? тіршілікке
бейімділігі зерттелінген. Аралас бес культурада серіктесті? біреуі тежеліп отырады. ?ос
культуралар арасында?ыны? біреуінде балдырларды? ?суі ?зара жылдамдап т?сіп отырады.
***
The influence of joint cultivation of microalgae's populations on a level of viability was studied. In
five mixed cultures growth suppression of one of the partners was occured. In one of dicultures
mutual growth stimulation was observed.