1. Введение 4
2. Обзор литературы 5
2.1. Особенности антарктических местообитаний цианобактерий 5
2.1.1. Общая характеристика антарктических местообитаний 5
2.1.2. Антарктические оазисы как местообитание цианобактерий 8
2.2. Рост цианобактерий при низких температурах 10
2.2.1. Определение понятия психрофилии 10
2.2.2. Механизмы адаптации цианобактерий к низким температурам 12
2.2.3. Общая характеристика цианобактерий р. Pseudanabaena 16
3. Материалы и методы исследования 19
3.1. Объект исследования 19
3.2. Культивирование цианобактерий и оценка динамики роста при различных
температурах 21
3.3. Оценка морфологии и размеров клеток Pseudanabaena sp. при разных
температурах культивирования 22
3.4. Исследование образцов ДНК 22
3.4.1. Выделение тотальной ДНК из биомассы 23
3.4.2. Амплификация последовательности гена 16S рРНК 24
3.4.3. Электрофорез в агарозном геле 24
3.4.4. Экстракция исследуемого фрагмента из агарозного геля 25
3.5. Секвенирование и анализ 16S рДНК 26
4. Результаты и их обсуждение 27
4.1. Оценка динамики роста культуры в зависимости от температуры 27
4.2. Измерение накопленной биомассы по сухому весу 31
4.3. Морфометрия и анализ морфологии штаммов при различных температурах роста32
4.4. Молекулярно-филогенетический анализ 39
5. Выводы 43
Список литературы 44
Приложение 1 54
Приложение 2 58
Приложение 3 63
Приложение 4 65
Цианобактерии в сообществах холодных экосистем играют важную роль, так как являются основными продуцентами, способны к фиксации азота, образуют микробные маты, создают среду для симбиотических микроорганизмов (Straka, Stokes, 1960, Pandey et al., 2004, Zakhia et al., 2008). Фототрофные микроорганизмы Антарктики не подвергаются интенсивному выеданию гетеротрофами, конкуренция с другими продуцентами низкая. Водоросли и цианобактерии полярных регионов являются ценной и информативной моделью для изучения холодовых адаптаций (Elster, 2004).
На кафедре микробиологии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) уже несколько лет ведутся исследования цианобактерий холодных мест обитания. В частности, сформирована рабочая коллекция штаммов, выделенных из водоемов Антарктиды. Несколько штаммов этой коллекции стали объектами исследования нашей работы.
Цель данной работы - характеристика антарктических цианобактерий р. Pseudanabaena в отношении особенностей их роста при низких температурах, а также анализ их филогенетического родства с другими представителями рода. В связи с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:
1. Провести культивирование при разных температурах антарктических штаммов (CALU 1773, 1785, 1787, 1791) и штаммов, выделенных из проб из Финского залива (CALU 1811, 1812).
2. Определить оптимальную температуру роста для каждого штамма по данным измерения оптической плотности и биомассы по сухому весу.
3. Охарактеризовать влияние неоптимальных температур на антарктические штаммы по результатам морфометрии и оценки морфологии клеток.
4. Провести филогенетический анализ исследуемых штаммов с использованием последовательностей фрагментов гена 16S рРНК.
Выводы
1. Антарктические штаммы CALU 1773, CALU 1785, CALU 1787 и CALU 1791 цианобактерий р. Pseudanabaena характеризуются как психротолерантные формы, т.к. они оптимально растут при 8-13°С и могут расти при температуре > 20°С.
2. При культивировании антарктических штаммов р. Pseudanabaena в субоптимальных условиях (4-6°С и 22-24°С) нарушаются рост и размножение цианобактерий, что выражается в изменении размера и морфологии клеток.
3. Антарктические штаммы р. Pseudanabaena характеризуются значительным полиморфизмом гена 16S рРНК и кластеризуются совместно с мезофильными штаммами.
