АЛЬГОЛОГИЯ:К флоре цианобактерий и водорослей вулканических почв и грунтов вулкана Шивелуч

По Материалам V Всероссийской научной конференции
с международным участием
«Водоросли: проблемы таксономии, экологии
и использование в мониторинге»,
посвященной памяти Веры Ивановны Есыревой (Нижний Новгород)

К флоре цианобактерий и водорослей вулканических почв и грунтов вулкана Шивелуч

Materials to cyanobacterial and algal flora from volcanic soils
of Shiveluch volcano

Аллагуватова Р.З., Багмет В.Б., Никулин А.Ю., Абдуллин Ш.Р., Гончаров А.А.

Rezeda Z. Allaguvatova, Veronika B. Bagmet, Arthur Yu. Nikulin,
Shamil R. Abdullin, Andrey A. Gontcharov

ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН (Владивосток, Россия)

УДК 582.21

В результате исследования видового состава наземных цианобактерий и водорослей грунтов и почв вулкана Шивелуч (полуостров Камчатка) было обнаружено 18 таксонов, относящихся к 5 отделам: Cyanobacteria – 4 вида, Bacillariophyta – 4 вида, Ochrophyta – 2 вида (Eustigmatophyceae – 1, Xanthophyceae – 1), Charophyta – 1 вид, Chlorophyta – 7 видов (Chlorophyceae – 2, Trebouxiophyceae – 5). Наиболее часто встречались виды Nitzschia communis Rabenhorst, Nitzschia palea (Kützing) W.Smith, Eolimna minima (Grunow) Lange-Bertalot, Eremochloris sp., Tetradesmus obliquus (Turpin) M.J.Wynne, Nostoc edaphicum Kondratyeva.

Ключевые слова: вулканические пеплы; биоразнообразие; цианобактерии; Камчатка

Вулканическая деятельность является мощным экологическим фактором. В результате сильных извержений происходят резкие, часто катастрофические изменения в экосистемах. Вопросы взаимодействия между вулканическими процессами и живыми организмами, характера реакции живых существ и их сообществ на извержения вулканов, экологических последствий извержений, смены биологических сообществ на территориях, подвергшихся воздействию вулканогенных факторов, имеют важное научное и практическое значение (Лобков, 1988). Пеплы вулканов содержат мало питательных веществ. Среди микроорганизмов, попадающих в пепел из воздуха, с атмосферными осадками и во время снеготаяния, могут выжить только те, которые имеют экономичный метаболизм и адаптированы к среде с низким содержанием питательных веществ, например, олиготрофные и факультативно олиготрофные микроорганизмы (Кузякина, 1985). Вулканические пеплы характеризуются мелкозернистой структурой, которую способны стабилизировать микроскопические зеленые водоросли и цианобактерии за счет сцепления элементов грунта вырабатываемой слизью, которая предотвращает потерю воды из клеток, защищая их от иссушения. Слизь цианобактерий при повышении влажности почвы набухает, и трихомы мигрируют из своих влагалищ, оставляя сложную сеть пустого материала оболочки, способствующей агрегированию частиц почвы и стабилизации поверхности почвы даже после гибели клеточных компонентов (Elster, Benson, 2004; Hu et al., 2012; Tashyreva, Elster, 2015).

Вулкан Шивелуч является самым северным из активных вулканов Камчатки, представляет одно из крупнейших вулканических сооружений на полуострове. Он расположен в северной части Центральной Камчатской депрессии, на пересечении Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг (Хренов и др., 2015). Через год после извержения, в августе 2018 г. были отобраны 17 проб почв и грунта с тепловых пятен, вулканической пустыни, участка погибшего леса каменной березы и вдоль русла реки Байдарная. Видовой состав почвенных водорослей и цианобактерий выявляли с помощью морфологического и молекулярного подходов. Жидкие накопительные культуры использовали для выделения клональных культур микропипеточным способом (Andersen, 2005). В дальнейшем, штаммы, определение видовой принадлежности которых было возможно с использованием морфологических признаков, определялись и документировались с помощью световой (Olympus BX 53) и сканирующей электронной микроскопии (Merlin: Carl Zeiss). Для большинства штаммов нами были получены последовательности маркерных участков ДНК (18S и ITS региона для зеленых водорослей и пластидного гена rbcL для диатомовых) и проведено их сравнение с референсными последовательностями из международной базы данных GenBank (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/), а также филогенетические анализы.

В результате предварительного исследования собранного материала в различных местообитаниях вулкана Шивелуч было обнаружено 18 таксонов, относящихся к 5 отделам: Cyanobacteria – 4 вида, Bacillariophyta – 4 вида, Ochrophyta – 2 вида (Eustigmatophyceae – 1, Xanthophyceae – 1), Charophyta – 1 вид, Chlorophyta – 7 видов (Chlorophyceae – 2, Trebouxiophyceae – 5). К наиболее часто встречающимся видам относятся Nitzschia communis Rabenhorst (F=64,7%), Nitzschia palea (Kützing) W.Smith (F=41,2%), Eolimna minima (Grunow) Lange-Bertalot (F=52,9%), Eremochloris sp. (F=23,5%), Tetradesmus obliquus (Turpin) M.J.Wynne, (F=23,5%), Nostoc edaphicum Kondratyeva (F=23,5%). Chlorella vulgaris Beijerinck, Klebsormidium cf. nitens (Kützing) Lokhorst, Vischeria magna (J.B. Petersen) Kryvenda, Rybalka, Wolf & Friedl, а также Nitzschia palea были обнаружены ранее при исследовании биоразнообразия цианобактерий и водорослей Курило-Камчатского вулканического пояса (Штина и др., 1992; Гайсина, 2013; Ильчибаева и др., 2018). Большинство выявленных видов являются типичными почвенными обитателями либо широко распространенными, встречающимися в широком диапазоне местообитаний.

Видовую принадлежность двух штаммов Chlorella sp. определить не удалось. 18S последовательность одного из них (№1086) была практически идентична двум последовательностям из GenBank – EF024302 (некультивируемый образец из почв США) и KF879595 (образец из эфемерного водоема на скале в Тоскании, Италия). Примечательно, что полученная нами и указанные выше последовательности достоверно отличались от таковых, известных для видов Chlorella, и, вероятнее всего, принадлежат неописанному представителю рода.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 20-04-00814.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

Список литературы

Гайсина Л.А. Анализ экологических закономерностей наземных цианобактериально-водорослевых флор с использованием традиционных и молекулярно-генетических методов: Автореф. дис. докт. биол. наук. – Уфа, 2013. – 381 с.
Ильчибаева К.В., Кунсбаева Д.Ф., Аллагуватова Р.З., Фазлутдинова А.И., Полохин О.В., Сибирина Л.А., Гончаров А.А., Синх П., Гайсина Л.А. Предварительные сведения о водорослях и цианобактериях вулканических почв Курильских островов // Теорeтическая и прикладная экология. 2018. № 4. P. 119–126. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2018-4-119-126
Кузякина Т.И. Преобразование вулканического пепла под действием микроорганизмов // Вулканизм и связанные с ним процессы. – Петропавловск-Камчатский: Дальнаука, 1985. № 3. – P. 232–234.
Лобков Е.Г. Вулканы и живые организмы (Экологические проблемы в биовулканологии). – М.: Знание, 1988. – 64 с.
Национальный центр биотехнологической информации. Национальная медицинская библиотека США, Бетесда. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ (дата обращения: 1.01.2019).
Хренов А.П., Артемьев О.Г., Белоусов А.Б., Васильев В.В., Гирина О.А., Гордеев Е.И., Двигало В.Н., Дрознин В.А., Демянчук Ю.В., Дубровская И.К., Лексин А.Б., Мельников Д.В., Муравьев Я.Д., Овсянников А.А., Чирков С.А. Вулканы Камчатки и Курильских островов // Специальный выпуск журнала «Вестник РФФИ». 2015. №2. 104 с.
Штина Э.А., Андреева В.М., Кузякина Т.И. Заселение водорослями вулканических субстратов // Бот. журн. 1992. Т. 77, № 8. С. 33–42.
Andersen R.A. Algal Culturing Techniques. – New York: Elsevier Academic Press, 2005. – 578 p.
Elster J., Benson E. Life in the polar terrestrial environment with a focus on algae and cyanobacteria // Fuller J.B., Lane N., Benson E.E. (eds.). Life in a frozen state Libro. – Boca Raton: CRC Press., 2004 – P. 111–150.
Hu C., Gao K., Whitton B.A. Semi-arid regions and deserts // Whitton BA (ed.). Ecology of cyanobacteria II: their diversity in space and time. – Springer, Berlin, 2012. – P. 345–369. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-007-3855-3_12
Tashyreva D., Elster J. Effect of nitrogen starvation on tolerance of Arctic Microcoleus strains (Cyanobacteria) to complete and incomplete desiccation // Front Microbiol. 2015. V. 6, № 278. P. 1–11. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00278.

Статья поступила в редакцию 20.06.2021
После доработки 18.11.2021
Статья принята к публикации 19.11.2021

Об авторах

Аллагуватова Резеда Зинуровна – Rezeda Z. Allaguvatova

аспирант
ведущий инженер, ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН, Владивосток, Россия (Federal Scientific Center of East Asia Terrestrial Biodiversity, Far Eastern Branch RAS, Vladivostok, Russia), лаборатория ботаники

allaguvatova@yandex.ru

Багмет Вероника Борисовна – Veronika B. Bagmet

кандидат биологических наук
младший научный сотрудник, ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН, Владивосток, Россия (Federal Scientific Center of East Asia Terrestrial Biodiversity, Far Eastern Branch RAS, Vladivostok, Russia), лаборатория ботаники

chara1989@yandex.ru

Никулин Артур Юрьевич – Arthur Yu. Nikulin

кандидат биологических наук
научный сотрудник, ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН, Владивосток, Россия (Federal Scientific Center of East Asia Terrestrial Biodiversity, Far Eastern Branch RAS, Vladivostok, Russia), лаборатория ботаники

artyrozz@mail.ru

Абдуллин Шамиль Раисович – Shamil R. Abdullin

доктор биологических наук
ведущий научный сотрудник, ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН, Владивосток, Россия (Federal Scientific Center of East Asia Terrestrial Biodiversity, Far Eastern Branch RAS, Vladivostok, Russia), лаборатория ботаники

crplant@mail.ru

Гончаров Андрей Анатольевич – Andrey A. Gontcharov

доктор биологических наук
член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник, директор ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН, Владивосток, Россия (Federal Scientific Center of East Asia Terrestrial Biodiversity, Far Eastern Branch RAS, Vladivostok, Russia)

gontcharov@biosoil.ru

Корреспондентский адрес: Россия, 690022, г. Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, д. 159/1, ФНЦБ ДВО РАН; тел. (423)2‑310‑410.

ССЫЛКА:

Аллагуватова Р.З., Багмет В.Б., Никулин А.Ю., Абдуллин Ш.Р., Гончаров А.А. К флоре цианобактерий и водорослей вулканических почв и грунтов вулкана Шивелуч // Вопросы современной альгологии. 2021. № 2 (26). P. 135–138. URL: http://algology.ru/1736

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2021-2(26)-135-138

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
Адрес - info@algology.ru

Materials to cyanobacterial and algal flora from volcanic soils
of Shiveluch volcano

Rezeda Z. Allaguvatova, Veronika B. Bagmet, Arthur Yu. Nikulin,
Shamil R. Abdullin, Andrey A. Gontcharov

FSC of East Asia Terrestrial Biodiversity, Far Eastern Branch RAS (Vladivostok, Russia)

During the species composition study of terrestrial cyanobacteria and algae from volcanic soils of Shiveluch Volcano (Kamchatka peninsula, Russia) eighteen taxa from five phyla were revealed: Cyanobacteria – 4, Bacillariophyta – 4, Ochrophyta – 2 (Eustigmatophyceae – 1, Xanthophyceae – 1), Charophyta – 1, Chlorophyta – 7 (Chlorophyceae – 2, Trebouxiophyceae – 5). Nitzschia communis Rabenhorst, Nitzschia palea (Kützing) W.Smith, Eolimna minima (Grunow) Lange-Bertalot, Eremochloris sp., Tetradesmus obliquus (Turpin) M.J.Wynne, Nostoc edaphicum Kondratyeva were most frequency.

Keywords: volcanic ash; biodiversity; cyanobacteria; Kamchatka

References

Andersen R.A. Algal Culturing Techniques. Elsevier Academic Press, New York, 2005. 578p.
Elster J., Benson E. Life in the polar terrestrial environment with a focus on algae and cyanobacteria. In: Fuller J.B., Lane N., Benson E.E. (eds.). Life in a frozen state Libro. CRC Press., Boca Raton, 2004. P. 111–150.
Gaysina L.A. Analiz ekologicheskikh zakonomernostey nazemnykh tsianobakterial'no-vodoroslevykh flor s ispol'zovaniyem traditsionnykh i molekulyarno-geneticheskikh metodov [Analysis of ecological patterns of terrestrial cyanobacterial-algal flora using traditional and molecular genetic methods]: DPhil Dissertation abstract. Ufa, 2013. 381p. (In Russ.)
Hu C., Gao K., Whitton B.A. Semi-arid regions and deserts. In: Whitton BA (ed.). Ecology of cyanobacteria II: their diversity in space and time. Berlin, Springer, 2012. P. 345–369. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-007-3855-3_12
Ilchibaeva K.V., Kunsbaeva D.F., Allaguvatova R.Z., Fazlutdinova A.I., Polokhin O.V., Sibirina L.A., Gontcharov A.A., Singh P., Gaysina L.A. Predvaritel'nye svedeniya o vodoroslyah i cianobakteriyah vulkanicheskih pochv Kuril'skih ostrovov [Preliminary data about algae and cyanobacteria of volcanic soils on Kuril Islands]. Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya [Theoretical and Applied Ecology]. 2018. № 4. P. 119–126. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2018-4-119-126
Khrenov A., Artemyev O., Belousov A., Vasiliev V., Girina O., Gordeev E., Dvigalo V., Droznin V., Demyanchuk Yu., Dubrovskayа I., Leksin A., Melnikov D., Muraviev Ya., Ovsyannikov A., Chirkov S. Volcanoes of Kamchatka and the Kuril Islands. Special issue of “RFBR Journal”. 2015. № 2. 105 p.
Kuzyakina T.I. Preobrazovaniye vulkanicheskogo pepla pod deystviyem mikroorganizmov. Vulkanizm i svyazannye s nim protsessy (Volcanism and Associated Processes). Dal’nauka, Petropavlovsk-Kamchatskii, 1985. № 3. P. 232–234. (In Russ.)
Lobkov E.G. Vulkany i zhivye organizmy (Ekologicheskiye problemy v biovulkanologii) [Volcanoes and living organisms (Ecological problems in biovolcanology)]. Znanie, Мoscow, 1988. 64 p. (In Russ.)
National Center for Biotechnological Information, NCBI. United States National Library of Medicine, Bethesda. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ (date: 1.01.2019).
Shtina E.A., Andreyeva V.M., Kuzyakina T.I. Zaseleniye vodoroslyami vulkanicheskikh substratov [Algae settlement of volcanic substrates]. Botanicheskiy zhurnal. 1992. №8. P. 33–42. (In Russ.)
Tashyreva D., Elster J. Effect of nitrogen starvation on tolerance of Arctic Microcoleus strains (Cyanobacteria) to complete and incomplete desiccation. Front Microbiol. 2015. V.6, №278. P.1–11. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00278.

Authors

Allaguvatova Rezeda Z.

ORCID – http://orcid.org/0000-0002-6850-6767