Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Характеристика культивируемых штаммов цианобактерий озера Степпед (Антарктика)

Работа №75813
Тип работыДипломные работы, ВКР
Предметбиология
Объем работы57
Год сдачи2016
Стоимость4280 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено 13
Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Введение 3
2. Обзор литературы 4
2.1. Общая характеристика цианобактерий 4
2.2. Цианобактерии Антарктики 5
2.2.1. Антарктика как экосистема 5
2.2.2. Стрессовые факторы, влияющие на цианобактерий Антарктики и способы
адаптации к ним 6
2.2.3. Биоразнообразие цианобактерий в пресных водоемах Антарктики 10
3. Материал и методы исследования 16
3.1. Выделение и культивирование штаммов цианобактерий из озера Степпед
(Антарктика) 16
3.2. Методы изучения морфологии и пигментного состава клеток цианобактерий 18
3.3. Методы молекулярно-генетического анализа 18
4. Результаты и обсуждение 22
4.1. Морфологические и культуральные признаки выделенных штаммов 22
4.2. Пигментный состав культивируемых штаммов 29
4.3. Результаты молекулярно-филогенетического анализа штаммов коллекции 35
Выводы 43
Список литературы 44
Приложение

В последнее время активно ведется изучение биологического разнообразия экстремальных экологических ниш. Еще в XX веке началось исследование полярных областей - Арктики и Антарктики - как местообитаний, характеризующихся пониженными температурами. Особое внимание уделяется изучению первичных продуцентов-фототрофов, в частности, цианобактерий, являющихся в настоящий момент объектами исследования как микробиологов, так и ботаников-альгологов. Разнообразие цианобактерий полярных областей достаточно велико. С расширением базы знаний о различных нишах, стало возможным создание гипотез об ожидаемом разнообразии в конкретном экотопе.
Как известно, современная систематика цианобактерий основывается на полифазном генотипическом и фенотипическом анализе разнообразия популяций и штаммов. Однако, базой для последующих таксономических, экофизиологических и биохимических исследований должен быть полный морфологический анализ. Использование комбинированных методов может изменить наш взгляд на цианобактериальную флору Антарктики в будущем (Elster, Komarek, 2008).
Таким образом, целью данной работы стало описание культивируемых штаммов цианобактерий, выделенных из фрагментов биопленок, собранных в разных участках озера Степпед, и оценка их биоразнообразия.
Были поставлены следующие задачи:
1. Выделение чистых культур цианобактерий и формирование рабочей коллекции штаммов;
2. Исследование морфологии и пигментного состава выделенных штаммов;
3. Филогенетический анализ штаммов коллекции на основе последовательности гена 16S рРНК;
4. Идентификация штаммов коллекции на основе полученных фенотипических и генотипических характеристик;
5. Изучение зависимости роста отдельных штаммов коллекции от температуры.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании студенческих
и аспирантских работ!


1. Культивируемые цианобактерии озера Степпед представлены одноклеточными и трихомными формами и на основании анализа морфологических признаков и пигментного состава идентифицированы как Leptolyngbya spp. (CALU 1770, 1771, 1774, 1776, 1779, 1780, 1781,1782, 1789, 1790), Pseudanabaena spp. (CALU 1773, 1785, 1787, 1791) и Cyanobium spp. (('ALU 1777, 1778, 1783, 1784, 1786).
2. Данные молекулярно-генетического анализа последовательностей фрагментов гена 16S рРНК исследуемых штаммов не противоречат результатам идентификации по фенотипическим признакам.
3. Штаммы коллекции Pseudanabaena sp. CALU 1785 и Pseudanabaena sp. CALU 1787 являются психрофильными цианобактериями.



1. Нигаматзянова Г.Р., Федорова И.В. Оценка экологического состояния озер оазисов Холмов Ларсеманн и Ширмахера (Восточная Антарктида) //Успехи современного естествознания. - 2015. - № 12. - С.140-144
2. Пиневич А.В. Микробиология. Биология прокариотов //СПб: Издательство Санкт- Петербургского университета, 2006. - Т.1. - C. 106-110.
3. Belzile C., Vincent W.F., Gibson J.A.E. et al. Bio-optical characteristics of the snow, ice and water column of a perennially ice-covered lake in the high Arctic //Can. J. Fish. Aquat. Sci. - 2001. - V.58. - P.2405-2418.
4. Bonilla S., Villeneuve V., Vincent W.F. Benthic and planktonic algal communities in a high arctic lake: pigment structure and contrasting responses to nutrient enrichment //J. Phycol. - 2005. - V.41. - P.1120-1130.
5. Bowman J.P., Rea S.M., McCammon S.A. et al. Diversity and community structure within anoxic sediment from marine salinity meromictic lakes and a coastal meromictic marine basin, Vestfold Hills, Eastern Antarctica //Environ. Microbiol. - 2000. - V.2. - P.227-237.
6. Brambilla E., Hippe H., Hagelstein A. et al. 16S rDNA diversity of cultured and uncultured prokaryotes of a mat sample from Lake Fryxell, McMurdo Dry Valleys, Antarctica. //Extremophiles - 2001. - V.5 - P.23-33.
7. Broady P.A., Kibblewhite A. Morphological characterization of Oscillatoria (Cyanobacteria) from Ross Island and southern Victoria Land, Antarctica //Antarct. Sci. - 1991. - V.3. - P.35-45.
8. Casamatta D. A., Johansen J. R., Vis M. L. et al. Molecular and ultrastructural characterization of ten polar and near-polar strains within the Oscillatoriales (Cyanobacteria) //J. Phycol. - 2005. - V.41. - P.421-438.
9. Castenholz, R.W., Garcia-Pichel F. 2000. Cyanobacterial responses to UV-radiation //The Ecology of Cyanobacteria: Their Diversity in Time and Space. - Dordrecht, 2000. - P.591-611.
10. Castenholz R.W. Phylum BX.Cyanobacteria //Bergey's Manual of Determinative Bacteriology. - 2001. - V.2. - P.473-599.
11. Christner B.C., Kvitko B.H. II, Reeve J.N. Molecular identification of Bacteria and Eukarya inhabiting an Antarctic cryoconite hole //Extremophiles. - 2003. - V.7. - P.177-183.
12. De la Torre J.R., Goebel B.M., Friedmann E.I. et al. Microbial diversity of cryptoendolithic communities from the McMurdo Dry Valleys, Antarctica //Appl. Environ. Microbiol. - 2003. - V.69. - P.3858-3867.
13. De los Rios A., Ascaso C., Wierzchos J. et al. Microstructural characterization of cyanobacterial mats from the McMurdo Ice Shelf, Antarctica //Appl. Environ. Microbiol. - 2004. - V.70. - P.569-580.
14. Di Rienzi S.C., Sharon I., Wrighton K.C. et al. The human gut and groundwater harbor non-photosynthetic bacteria belonging to a new candidate phylum sibling to Cyanobacteria //eLife. - 2013.
15. Ellis-Evans J.C. Numbers of activity of bacterio- and phytoplankton in contrasting maritime Antarctic lakes //Verh. Intemat. Verein. Theor. Angew. Limnol. - 1991. - V.24. - 1149-1154.
16. Ellis-Evans J.C. Microbial diversity and function in Antarctic freshwater ecosystems //Biodiversity and Conversation. - 1996. - V.5. - P.1395-1431.
17. Elster J. Ecological classification of terrestrial algae communities of polar environment //GeoEcology of Antarctic Ice-Free Coastal Landscapes, Ecological Studies. - Berlin, 2002. - V.154. - P.303-326.
18. Elster J., Komarek O. Diversity of the cyanobacterial microflora of the northern part of James Ross Island, NW Weddell Sea, Antarctica //Polar Biology. - 2008. - V.31. - P.853-865.
19. Fritsen C.H., Priscu J.C. Cyanobacterial assemblages in permanent ice covers of Antarctic lakes: distribution, growth rate, and temperature response of photosynthesis //J. Phycol. - 1998. - V.34. - P.587-597.
20. Garcia-Pichel F., Belnap J. Microenvironments and microscale productivity of cyanobacterial desert crusts // J. Phycol. - 1996. - V.32. - P.774-782.
21. Gerdel R.W., Drouet F. The cyanobacteria of the Thule area, Greenland //Trans. Am. Microsc. Soc. - 1960. - V.79. - P.256-272.
22. Gillieson D., Burgess J., Spate A. et al. An Atlas of the Lakes of the Larsemann Hills, Princess Elizabeth Land, Antarctica //The Publications Office, Australian Antarctic Division, Kingston. - 1990.
23. Goldman C.R., Mason D.T., Hobbie J.E. Two Antarctic desert lakes //Limnol. Oceanogr. - 1967. - V.12. - P.295-310.
24. Golubic S., Seong-Joo L., Browne K. M. Cyanobacteria: architects of sedimentary structures //Microbial sediments. - Springer-Verlag, Berlin, 2000. - P.57-67.
25. Gordon D.A., Priscu J.C., Giovannoni S. Distribution and phylogeny of bacterial communities associated with mineral particles in Antarctic lake ice //Microb. Ecol. - 2000. - V.9. - P197-202.
26. Gurian-Sherman D., Lindow S.E. Bacterial ice nucleation: significance and molecular basis //FASEB J. - 1993. - V.7 - P.1338-1343.
27. Hawes I. Eutrophycation and vegetation development in maritime Antarctic lakes //Antarctic Ecosystems. - Springer-Verlag, Berlin, 1990. - P.83-90.
28. Hawes I., Howard-Williams C., Vincent W.F. Desiccation and recovery of Antarctic cyanobacterial mats //Polar Biol. - 1992. - V.12. - P.587-594.
29. Hawes I., Schwarz A.M. Photosynthesis in an extreme shade environment: benthic microbial mats from Lake Hoare, a permanently ice-covered Antarctic lake //J. Phycol. - 1999. - V. 35. - P.448-459.
30. Hirschberg J., Chamovitz D. Carotenoids in cyanobacteria //The Molecular Biology of Cyanobacteria. - Dordrecht, 1994. - P.559-579.
31. Howard-Williams C., Pridmore R.D., Downes M.T. et al. Microbial biomass, photosynthesis and chlorophyll a related pigments in the ponds of the McMurdo Ice Shelf, Antarctica //Ant. Sci. - 1989. - V.1. - P125-131.
32. Joshua S., Bailey S., Mann N.H. et al. Involvement of phycobilisome diffusion in energy quenching in cyanobacteria //Plant Physiol. - 2005. - V.138. - P.1577-1585.
33. Jungblut A.D., Hawes I., Mountfort D. et al. Diversity within cyanobacterial mat communities in variable salinity meltwater ponds of McMurdo Ice Shelf, Antarctica //Environ. Microbiol. - 2005. - V.7. - P.519-529.
34. Kalff J., Kling J., Holmgren S.H. et al. Phytoplankton, phytoplankton growth and biomass cycles in an unpolluted and in a polluted lake //Verh. Int. Ver. Limnol. - 1975. - V.19. - P.487-495.
35. Kawahara H. The structures and functions of ice crystal controlling proteins from bacteria //J. Biosci. Bioeng. - 2002. - V.94 - P.492-496.
36. Komarek J., Kastovsky J., Ventura S. et al. The cyanobacterial genus Phormidesmis //Algol. Stud. - 2009. - V.29. - P.41- 59.
37. Leslie A. The Arctic Voyages of Adolf Erik Nordenskiold //MacMillan and Co. - London, UK., 1879. - P.447.
38. Los D.A., Murata N. Responses to Cold Shock in Cyanobacteria // J. Mol. Microbiol. Biotechnol. - 1999. - V.1(2). - P.221-230.
39. Mehnert G., Leunert F., Cirfis S. et al. Competitiveness of invasive and native cyanobacteria from temperate freshwaters under various light and temperature conditions //J. Plankton. Res. - 2010. - V.32. - P1009-1021.
40. Mullineaux C.W., Emlyn-Jones D. State transitions: an example of acclimation to lowlight stress //J. Exp. Bot. - 2005. - V.56. - P.389-393.
41. Nadeau T.-L., Howard-Williams C., Castenholz R.W. Effects of solar UV and visible irradiance on photosynthesis and vertical migration of Oscillatoria sp (cyanobacteria) in an Antarctic microbial mat //Aquat. Microb. Ecol. - 1999. - V.20. - P.231-243.
42. Nadeau T.-L., Castenholz R.W. Characterization of psychrophilic oscillatorians (cyanobacteria) from antarctic meltwater ponds //J. Phycol. - 2000. - V.36. - P.914-923.
43. Nadeau T.-L., Milbrandt E.C., Castenholz R.W. Evolutionary relationships of cultivated antarctic Oscillatorians (Cyanobacteria) //J. Phycol. - 2001. - V.37. - P.650-654.
44. Nakai R., Abe T., Baba T. et al. Microflorae of aquatic moss pillars in a freshwater lake, East Antarctica, based on fatty acid and 16S rRNA gene analyses //Polar Biol. - 2012. - V.35. - P.425-433.
45. Nubel U., Garcia-Pichel F., Muyzer G. PCR primers to amplify 16S rRNA genes from cyanobacteria //Appl. Environ. Microbiol. - 1997. - V.63. - P.3327- 3332.
46. Paerl H.W., Pinckney J.L., Steppe T.F. Cyanobacterial-bacterial mat consortia: examining the functional unit of microbial survival and growth in extreme environments //Environ. Microbiol. - 2000. - V.2. - P11-26.
47. Papageorgiou G.C., Murata N. The unusually strong stabilizing effects of glycine betaine on the structure and function of the oxygen-evolving photosystem II complex //Photosynth. Res. - 1995. - V.44. - P.243-252.
48. Perkerson III R.B., Johansen J.R., Kovcik L. et al. A unique pseudanabaenalen (Cyanobacteria) Genus Nodosilinea gen. nov. based on morphological and molecular data //J. Phycol. - 2011. - V.47(6). - P.1397-1412.
49. Pinevich A.V Proposal to consistently apply the International Code of Nomenclature of Prokaryotes (ICNP) to names of the oxygenic photosynthetic bacteria (cyanobacteria), including those validly published under the International Code of Botanical Nomenclature (ICBN) / International Code of Nomenclature for algae, fungi and plants (ICN), and proposal to change Principle 2 of the ICNP //IJSEM. - 2015. - V.65. - P.1070-1074.
50. Priscu J.C., Fritsen C.H., Adams E.E. et al. Perennial Antarctic lake ice: an oasis for life in a polar desert //Science. - 1998. - V.280. - P.2095-2098.
51. Proteau P.J., Gerwick W.H., Garcia-Pichel F et al. The structure of scytonemin, an ultraviolet sunscreen pigment from the sheaths of cyanobacteria //Experientia. - 1993. - V.9.
- P. 25-829.
52. Quayle W.C., Peck L.S., Peat H. et al. Extreme responses to climate change in Antarctic lakes //Science. - 2002. - P.295:645.
53. Quesada A., Vincent W.F., Lean D.R.S. Community and pigment structure of Arctic cyanobacterial assemblages: the occurrence and distribution of UV-absorbing compounds //FEMS Microbiol. Ecol. - 1999. - V.28. - P.315-323.
54. Quesada A., Vincent W.F. Cyanobacteria in the cryosphere: snow, ice and extreme cold //Ecology of Cyanobacteria II. - Springer, Dordrecht, 2012. - P.387-399.
55. Raymond J.A., Fritsen C.H. Ice-active substances associated with Antarctic freshwater and terrestrial photosynthetic organisms //Antarct. Sci. - 2000. - V.12. - P.418-424.
56. Raymond J.A., Fritsen, C.H. Semi-purification and ice recrystallization inhibition activity of ice active substances associated with Antarctic photosynthetic organisms //Cryobiology. - 2001. - V.43. - P.63-70.
57. Raymond J.A., Fritsen C.H., Shen K. A nice-binding protein from an Antarctic sea ice bacterium //FEMS Microbiol. Ecol. - 2007. - V.61. - P.214-221.
58. Raymond J.A., Christner B.C., Schuster S.C. A bacterial ice-binding protein from the Vostok icecore //Extremophiles. - 2008. - V.12. - P.713-717.
59. Raymond J.A. Algal ice-binding proteins change the structure of sea ice // PNAS. - 2011. - V. 108. - P.24.
60. Rippka R., Deruelles J., Waterbury J.B. et al. Generic assignments, strain histories and properties of pure cultures of cyanobacteria //J. Gen. Microbiol. - 1979. - V.111. - P.1-61.
61. Roos J.C., Vincent W.F. Temperature dependence of UV radiation effects on Antarctic cyanobacteria //J. Phycol. - 1998. - V.34. - P.118-125.
62. Sabacka M., Elster J. Response of cyanobacteria and algae from Antarctic wetland habitats to freezing and desiccation stress //Polar Biology. - 2006. - V.30(1) - P.31-37.
63. Schiaffno M.R., Unrein F., Gasol J. et al. Comparative analysis of bacterioplankton assemblages from maritime Antarctic freshwater lakes with contrasting trophic status //Polar Biol. - 2009. - V.32. - P.923-936.
64. Schindler D.W. Eutrophication in the high Arctic - Meretta Lake, Cornwallis Island (75°N Lat.) //J. Fish. Res. Board. Can. - 1974. - V.31. - P.647-662.
65. Schmidt S., Moskall W., de Mora S.J.D. et al. Limnological properties of Antarctic ponds during winter freezing //Antarct. Sci. - 1991. - V3. - P.379-388.
66. Singh S.M., Elster J. Cyanobacteria in Antarctic Lake Environments//Algae and Cyanobacteria in Extreme Environments. - 2007. - P.303-320.
67. Smith M.C., Bowman J.P., Scott F.J. et al. 2000. Sublithic bacteria associated with Antarctic quartz stones //Antarct. Sci. - 2000. - V.12. - P.177-184.
68. Stal L.J. Cyanobacterial mats and stromatolites //The Ecology of Cyanobacteria, Kluwer Acad. Publ. - Dordrecht, 2000. - P.61-120.
69. Staley J.T., Gosink J.J. Poles apart: biodiversity and biogeography of sea ice bacteria //Annu. Rev. Microbiol. - 1999. - V.53. - P.189-215.
70. Tamaru, Y., Takani Y., Yoshida T. et al. Crucial role of extracellular polysaccharides in desiccation and freezing tolerance in the terrestrial cyanobacterium Nostoc commune //Appl. Environ. Microbiol. - 2005. - V.71. - P.7327-7333.
71. Tanabe Y., Ohtan S., Kasamatsu N. et al. Photophysiological responses of phytobenthic communities to the strong light and UV in Antarctic shallow lakes //Polar Biol. - 2010. - V.33. - P.85-100.
72. Tang E.P.Y, Tremblay R., Vincent W.F. Cyanobacteria dominance of polar freshwater ecosystems: are high latitude mat-formers adapted to low temperature? //J. Phycol. - 1997. - V.33. - P.171-181.
73. Tang E.P.Y., Vincent W.F. Strategies of thermal adaptation by high latitude cyanobacteria //New Phytol. - 1999. - V.142. - P.315-323
74. Taton A., Grubisic S., Brambilla E. et al. Cyanobacterial diversity in natural and artificial microbial mats of Lake Fryxell (McMurdo Dry Valleys, Antarctica): a morphological and molecular approach //Appl. Environ. Microbiol. - 2003. - V.69. - P.5157-5169.
75. Taton A., Grubisic S., Balthasart P et al. Biogeographical distribution and ecological ranges of benthic cyanobacteria in East Antarctic lakes //FEMS Microbiol. Ecol. - 2006. - V.57. - P.272-289.
76. Taton A., Grubisic S., Ertz D. et al. Polyphasic study of Antarctic cyanobacterial strains //J. Phycol. - 2006. - V.42. - P1257-1270.
77. Turicchia S., Ventura S., Komarkova, J. et al. Taxonomic evaluation of cyanobacterial microflora from alkaline marshes of northern Belize. 2. Molecular and phenotype diversity of oscillatorialean genera //Nova Hedwigia. - 2009. - V.89. - P.165-200.
78. Vaz M.G.G.V., Genurio D.B., Andreote A.P.D.A. et al. Pantanalinema gen. nov. and Alkalinema gen. nov.: novel pseudanabaenacean genera (Cyanobacteria) isolated from saline-alkaline lakes //IJSEM. - 2015. - V.65. - P.298-308.
79. Veillette J., Martineau M.-J., Antoniades D. et al. Effects of loss of perennial lake ice on mixing and phytoplankton dynamics: insights from High Arctic Canada //Ann. Glaciol. - 2011. - V.51. - P.56-70.
80. Vincent W.F. Microbial Ecosystems of Antarctica //Cambridge University Press. - Cambridge, 1988. - P.304.
81. Vincent W.F., Howard-Williams C., Broady P.A. Microbial communities and processes in Antarctic flowing waters //Antarctic Microbiology. - Wiley-Liss, New York, 1993. - P.543-569.
82. Vincent W.F., Quesada A. Cyanobacterial responses to UV radiation: implications for antarctic microbial ecosystems //Antarct. Res. Ser. - 1993. - V.62. - P.111-124.
83. Vincent W.F., James M.R. Biodiversity in extreme aquatic environments: lakes, ponds and streams of the Ross streams of the Ross sea sector, Antarctica //Biodiv. Conserv. - 1996. - V.5. - P.1451-1472.
84. Vincent W.F., Rae R., Laurion I. et al. Transparency of Antarctic ice-covered lakes to solar UV radiation //Limnol. Oceanogr. - 1997. - V.43. - P.618-624.
85. Vincent W.F. Cyanobacterial dominance in the Polar Regions //The Ecology of Cyanobacteria. - Dordrecht, 2000. - P.321-340.
86. Vincent W.F., Gibson J.A.E., Pienitz R. et al. Ice shelf microbial ecosystems in the high Arctic and implications for life on snowball Earth //Naturwissenschaften. - 2000. - V.87. - P.137-141.
87. Vincent W.F. Cold tolerance in cyanobacteria and life in the cryosphere //Algae and cyanobacteria in extreme environments. - Springer, Heidelberg, 2007. - P.289-304.
88. Vincent W.F. Cyanobacteria //Encyclopedia of inland waters. - Elsevier, Oxford, 2009. - V.3. - P.226-232.
89. Vincent W.F, Quesada A. Cyanobacteria in high latitude lakes, rivers and seas //Ecology of Cyanobacteria II. - Springer, Dordrecht, 2012. - P.371-385.
90. Vinocur A., Pizzaro H. Periphyton Xora of some lotic and lentic environments of Hope Bay (Antarctic Peninsula) //Polar Biol. - 1995. - V.15. - P.401-414.
91. Walker V.K., Palmer G.R., Voordouw G. Freeze-thaw tolerance and clues to the winter survival of a soil community //Appl. Environ. Microbiol. - 2006. - V.72. - P.1784-1792.
92. Welsh D.T. Ecological significance of compatible solute accumulation by micro-organisms: from single cells to global climate //FEMS Microbiol Rev. - 2000. - V.24. - P.263-290.
93. Wynn-Williams D.D. Cyanobacteria in deserts- life at the limit? //The ecology of cyanobacteria. Their diversity in time and space. - Dordrecht, 2000. - P.341-366.
94. Zammit G., Billi D., Albertano P The subaerophytic cyanobacterium Oculatella subterranea (Oscillatoriales, Cyanophyceae) gen. et sp. nov.: a cytomorphological and molecular description //Eur. J. Phycol. - 2012. - V.47. - P.341-354.
95. http://www.paleopolar.ru/index.php/uroven/39-antarktika/kholmy-larsemann/32-ozero- stepped
96. https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?
PROGRAM=blastn&PAGE_TYPE=BlastSearch&LINK_LOC=blasthome


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




© 2008-2022 Cервис помощи студентам в выполнении работ