МИКРОМИЦЕТЫ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ЗОН ТЕРРИТОРИИ ПРИАРАЛЬЯ, УЗБЕКИСТАН

АННОТАЦИЯ

Изучено микробное разнообразие образцов почвы и растений, отобранных в осенне-зимний период с территории Приаралья. Всего в чистую культуру выделено 43 микроскопических гриба, в том числе 22 почвенных изолята и 21 эндофит из двух галофитов. Изоляты способны расти при концентрации соли в среде от 5 до 15%. Идентификация грибов показала преобладание представителей родов Penicillium и Aspergillus. Наибольшее количество изолятов выделено из тканей растения-галофита Krascheninnikovia ewersmanniana.

ABSTRACT

The microbial diversity of soil and plant samples selected from the Aral Sea region was studied in the autumn-winter period. It total 43 mycelial fungi including 22 soil isolates and 21 endophytes from two halophytes were obtained into a pure culture. The isolates were able to grow in the presence of 5 up to 15% salt concentrations. The identification of fungi showed the predominance of the representatives of Penicillium and Aspergillus. The largest number of isolates was isolated from the tissues of a halophyte plant Krascheninnikovia ewersmanniana.

Ключевые слова: Приаралье, галотолерантные грибы, разнообразие, осенне-зимний сезон.

Keywords: Aral Sea region, halotolerant fungi, diversity, autumn-winter season.

Введение

В последние десятилетия интенсивно изучается жизнь в экстремальных условиях, при этом особый интерес вызывает разнообразие микроорганизмов и их регуляторные механизмы приспособления к таким условиям [1].

Одной из экстремальных зон в Узбекистане является всемирно известная территория Аральского моря, включая акваторию, осушенное дно и прилегающий регион Приаралья, где до сих пор продолжается активная аридизация и ускоренное развитие процессов засоления [2]. Несомненно, создавшаяся ситуация приводит к изменению микробных сообществ, среди которых увеличивается количество представителей экстремофилов, имеющих ряд структурных и химических приспособлений, позволяющих им выживать и стабильно развиваться в экстремальных условиях.

В последние годы все больше узбекских исследователей изучают разнообразие микробных сообществ Аральского моря и прилегающих территорий, включая культивируемые и некультивируемые виды [2, 4, 5]. При этом более детально изучаются бактериальные культуры с признаками экстремофильности, либо микробиоценозы, характеризующие плодородие почв [4, 5, 6]. Некоторые виды микроорганизмов охарактеризованы с точки зрения прикладного применения их метаболитов [7, 8]. Однако, микроскопические грибы, обладающие способностью выживать в условиях засоления, изучены мало, хотя они, несомненно, являются ценным объектом исследования [9, 10].

В этой связи целью данной работы явилось выделение и первичная характеристика галотолерантных микромицетов из образцов засоленной почвы и растений, отобранных с территории Приаралья и Аральского моря для изучения их разнообразия и распространения в средах с повышенным содержанием соли. Работа выполнена в рамках фундаментального проекта А-ФА-2021-428.

Экспериментальная часть

Образцы почвы и галофитных растений Приаралья были отобраны в ноябре-декабре 2021 г. и представлены в таблице 1. Температура воздуха во время отбора составляла 0°С…+4°С днем и 0°С…-3°С ночью.

Таблица 1.

Образцы осенне-зимнего сезона, территория Приаралья, Узбекистан

Идентификацию растений проводили в Институте ботаники АН РУз по Определителю растений Средней Азии [11].

Для выделения грибов из природных образцов использовали среду Чапека-Докса с добавлением 200 мкг/мл цефтриаксона (для подавления бактериальной микробиоты) и NaCl в концентрации 5%-15%. Выделение микроскопических грибов из образцов почвы проводили двумя способами: методом прямого посева (обрастание комочков) на твердую агаризованную среду с концентрацией соли от 5 до 15% и методом прямого посева в жидкую среду, содержащую 5% NaCl.

Поверхностную стерилизацию галофитов и выделение из них эндофитных грибов проводили согласно методу, описанному Gao at al. [12].

Культивирование микромицетов проводили при 28°С±2°С в течение 10 дней. Расчистку изолятов проводили методом истощающего штриха на среде Чапека-Докса, содержащей 5%-15% NaCl. Для отбора стабильно растущих грибов проводили не менее 5-8 пересевов на соответствующие питательные среды.

Изоляты идентифицировали до рода, изучая морфологические признаки семисуточных культур (форма колонии, характер роста, пигментация колоний, форма конидиеносцев и конидий при увеличении 10х40), выращенных на среде Чапека-Докса без добавления соли [13]. Препарат клеток готовили с использованием уксусной кислоты.

Почвенные грибы

В результате эксперимента из почвенных образцов в чистую культуру выделено 22 изолята, способных расти при 5-15% натрия хлорида в среде. Наибольшее число микромицетов обнаружено в образце почвы с плато Устюрт, несмотря на отсутствие растительности в месте отбора. Наименьшее количество галотолерантных грибов выделено из почвенных образцов близ солончака Барсакельмес и на берегу Аральского моря. При этом из 6 почвенных образцов не удалось выделить ни одного представителя микромицетов.

Идентификация выделенных культур показала, что разнообразие их ограничено представителями лишь трех родов: Alternaria, Aspergillus и Penicillium, с преобладанием последних двух. При этом на среде с добавлением 15% натрия хлорида в большинстве случаев росли представители пенициллов, тогда как остальные грибы лучше чувствовали себя на средах с концентрацией 5% соли.

Полученные данные логичны и соответствуют представлениям ученых о встречаемости микроорганизмов в засоленных средах. Так, Георгиева сообщает об очень скудном видовом разнообразии и встречаемости грибов в щелочных засоленных почвах, солонцовых почвах и солонцах. Большинство исследователей, изучающих грибные сообщества засоленных почв, в основном отмечают в них присутствие представителей родов Penicillium, Aspergillus, Fusarium и в меньшей степени других, что также полностью согласуется с нашими результатами [14].

Эндофитные грибы

Как показано в таблице 1, для изучения галотолерантных эндофитов нами были отобраны местные галофиты K. ewersmanniana, H. belaneriana, Suaeda sp. Растение № 4 в момент отбора было сухим, поэтому исследовали только его ризосферу. Следует отметить, что указанные растения хорошо изучены с точки зрения их биологии, филогении, фенологии, распространения и полезных свойств [11, 15]. Они являются ценными кормовыми культурами аридных зон с высоким засолением. Также известно, что галофитные растения обладают достаточно высокой численностью и разнообразием эндофитных грибов [16, 17].

Из растений-галофитов нами выделен 21 грибной эндофит, все микромицеты обладали галотолерантностью. Наибольшее число эндофитных грибов (18 изолятов) было выделено из растения K. ewersmanniana, тогда как в тканях Suaeda sp. обнаружено лишь 3 изолята, а из H. belaneriana не выделено ни одного галотолерантного эндофита. Такое сравнительно невысокое число выделенных микромицетов может быть связано со снижением активных процессов жизнедеятельности растений в осенне-зимний период.

Идентификация изолятов показала также, как и в случае с почвенными образцами, слабое родовое разнообразие: Penicillium, Aspergillus, с незначительным преобладанием пенициллов. При этом 6 изолятов на питательных средах Чапека-Докса, картофельно-декстрозный агар и агар Сабуро не образовывали конидий и предварительно определены как Mycelia sterilia.

Распределение галотолерантных грибов в образцах показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Выделяемость галотолерантных микромицетов из образцов почвы и тканей растений (Приаралье, осень-зима 2021 г)

Заключение

Таким образом, в результате проведенной работы показано, что разнообразие микроскопических галотолерантных грибов в образцах почвы и растений, отобранных с территории Приаралья в осенне-зимний период, очень скудно, и представлено тремя родами, а также культурами со стерильным мицелием. Количественная характеристика галотолерантных грибных сообществ, населяющих образцы, также невелика и составляет 22 изолята из почв и 21 эндофит из растений. Выделенные культуры представляют интерес не только с точки зрения возможности роста в неблагоприятных условиях среды, но и как объекты для дальнейшего исследования их биологического потенциала с целью применения в ремедиационных и агрономических программах.

Список литературы:

1. Satyanarayana T., Raghukumar C., Shivaji Sisinthy. Extremophilic microbes: Diversity and perspectives. // Current science. — 2005. — №89. — С. 78-90.
2. Aripov T.F., Kukanova S.I., Zaynitdinova L.I., Tashpulatov J.J. Microorganisms of the Extreme Zones of the Southern Aral Sea Region. BioTechnology // An Indian Journal. — 2016. — Vol 12. — Iss 5. — 7 р.
3. Мавлоний М.И., Рузиева Н.Л. Микрофлора почвы бассейна высохшего Аральского моря в экстремальных условиях изменения экосистемы // Евразийский союз ученных (ЕСУ). 2020. — №9. — Вып. 78. — С. 18-23.
4. Shurigin V., Hakobyan A., Panosyan H., Egamberdieva D., Davranov K., Birkeland N.-K. A glimpse of the prokaryotic diversity of Large Areal Sea reveals novel extremophilic bacterial and archaeal group // Microbiology Open, Wiley. — 2019. — 8:е850. https://doi.org/10.1002/mbo3.850
5. Жураева Р.Н., Шакирзянова М.Р., Золотилина Г.Д., Ташпулатов Ж.Ж. Галофильные микроорганизмы ризосферы пустынным растений. // Узбекский биологический журнал. — 2006. — №6. — С. 7-10.
6. Набиева Г.М., Махкамова Д.Ю., Ботирова Н.Т. Микробиологическая активность засоленных аллювиально-луговых почв Каракалпакской Республики (на примере Тахтакупырского тумана) // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. — 2021. — №5(83). — URL:https://7universum.com/ru/nature/archive/item/11423
7. Lobanova, K.V., Tashpulatov, Zh.Zh., Pshenichnov, E.A., Gulyamova, T.G. Synthesis of bacteriorhodopsin by Halobacterium sodomense K91r. // Chemistry of Natural Compounds. — 2011— №47(5). — С. 862–863.
8. Кулонов А.И., Мирзарахметова Д.Т. Липиды умеренно галофильных бактерий соленого озера региона Аральского моря. // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. — 2021. — №12(90). — URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12667
9. Бондаренко С., Георгиева М., Биланенко Е. Экстремофильные грибы на побережье гиперсоленого озера Баскунчак. // Природа — 2020. — №5. —С. 12-18.
10. Квеситадзе Э. Галофильность мицелиальных грибов, выделенных из солончаков Южного Кавказа. // Biotechnologia Acta. — 2015. — №3. — V.8. — С. 56-66.
11. Определитель растений Средней Азии. – Ташкент: Фан, 1972 (в 11 томах).
12. Gao, L., Ma J., Liu Y., Huang Y., Mohamad O.A.A., Jiang H., Egamberdieva D., Li W., Li L. Diversity and Biocontrol Potential of Cultivable Endophytic Bacteria Associated with Halophytes from the West Aral Sea Basin. // Microorganisms. — 2021 — №9. — V1448. https://doi.org/10.3390/microorganisms9071448
13. Литвинов M.A. Определитель микроскопических почвенных грибов. — Наука, Ленинград, 1967. — 311 с.
14. Георгиева М.Л. Микромицеты в щелочных засоленных почвах. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Москва, 2006. — 24с.
15. Plants of the World Online. [Electronic resource]. — Режим доступа: —http://powo.science.kew.org/
16. Hansson D., Wubshet S., Olson A., Karlsson M., Staerk D., Broberg A. Secondary metabolite comparison of the species within the Heterobasidion annosum s.l. complex. // Phyto- chemistry. — 2014. —№108. — Р. 243–251.
17. Zhao J., Davis L.C., Verpoorte R. Elicitor signal transduction leading to production of plant secondary metabolites. // Biotechnology Advances — 2005. — №23 —Р. 283–333.