Экобиотехнологический аспект исследования дрожжей в природных условиях Дагестана

Дрожжи, продуценты многих важных для человека соединений – витаминов, липидов, нуклеиновых кислот, ферментов, органических кислот, спиртов – являются ценным естественным биоресурсом. С экологических позиций дрожжи представляют интерес как особые жизненные формы, приспособленные для развития в водной, воздушной или почвенной среде обитания. Физические и химические условия их местообитания определяют набор видов в совокупности микроорганизмов, объединённых трофическими взаимоотношениями или устойчивостью к факторам внешней среды. В связи с неограниченными возможностями расселения, высочайшей экологической пластичностью, минимальными размерами и сложностью таксономической идентификации, выявление закономерностей их распределения в природе затруднено. Определённой связи между изученными признаками, видом растения и местностью его произрастания не выявлено.

Большинство дрожжей, обладая сахаролитической стратегией приспособления к окружающей среде, являются постоянными обитателями поверхности живых растений и основной группой эпифитной микрофлоры [1]. Известно, что разнообразным качественным составом, включающем и виды, представляющие интерес для биотехнологии, характеризуется дрожжевое сообщество виноградного и плодово-ягодных растений. Способность их произрастать в многообразном диапазоне почвенноклиматических условий позволяет изучать приуроченные к ним дрожжи по экологическим критериям. Полученные результаты расширяют сведения, касающиеся организации микроструктур в природе.

Большие возможности для проведения исследований в этом направлении имеются в Дагестане, где традиционные для республики виноградная и плодовые культуры адаптированы в широком спектре природных условий. На его климат, кроме внешнего фактора – географической широты, влияют такие местные, как высота над уровнем моря и характер форм рельефа, обусловливающие высотную климатическую поясность. По характеру рельефа Дагестан разделен на 4 физикогеографических района – равнинный, предгорный, внутригорный и высокогорный, которые согласуются с 9 геоморфологическими районами, выделенными на их территории [2 ].

Целью наших исследований было изучение таксономического состава дрожжей, выделенных с винограда и плодов, произрастающих в разных условиях, отличающихся наиболее важными для растительно-дрожжевых сообществ средообразующими факторами и поиск практически-ценных форм.

Изучение проводили в биотопах, расположенных на Терско-Сулакской и Приморской низменностях равнинного Дагестана. В условиях предгорного Дагестана, протягивающегося дугообразной полосой с северо-запада на юго-восток длиной около 210 км и шириной от 20 до 50 км, были выбраны участки на высотных отметках 200-475 м над уровнем моря, также из геоморфологически разных районов. Для изоляции дрожжей с природных субстратов, ягоды и плоды собирали и раздавливали непосредственно на местах сбора с соблюдением необходимых мер стерильности, предусмотренных по микробиологии [3-5]. Для выявления всего спектра размножившихся дрожжей, посевы на агаризо-ванную виноградную среду в чашках Петри, инкубируемых при температуре 18-200С, проводили в динамике. Выросшие изолированно колонии после предварительного микроскопирования выделяли в культуры и подвергали диагностическому тестированию по культурально-морфологическим призна- кам, согласно которым проводили идентификацию её родовой принадлежности, руководствуясь определителями и пособиями [3-5]. Дрожжи, отнесённые к роду Saccharomyces, тестировали для определения вида. Пленчатые дрожжи Pichia и Hansenula, идентичные по основным диагностическим признакам, учитывались как представители одного рода, упоминающегося далее как Pichia/Hansenula. Факт обнаружения клеток отдельных родов в конкретной местности, несмотря на нерегулярную встречаемость, был принят как свидетельство их биотопиче-ской приуроченности.

Таблица. Таксономический состав дрожжей в зависимости от геоморфологических районов Дагестана

Результаты исследования показали, что комплекс дрожжей, обитающих на винограде и плодах, культивируемых в различных типах экосистем, в целом включал представителей спорообразующих, составляющих класс сумчатых грибов (Fungi) – ас-комицетов и неспорообразующих, относящихся к несовершенным грибам – (Fungi imperfecti). Объединение их по признаку вегетативного размножения, являющегося основным при идентификации семейств, позволило определить три – Saccharomy-cetaceae, Saccharomycodaceae и Cryptocococeae. Согласно данным, приведённым в таблице, в условиях равнинных биотопов было выявлено 4 спорогенных рода – Saccharomyces, Pichia/Hansenula, Debaryomy-ces из семейства Saccharomycetaceae и Hanseniаspora из Saccharomycodaceae. Семейство Cryptocococeae включало представителей 2 аспорогенных родов – Torulopsis и Rhodotorula. Кроме того, на плодах отмечено наличие так называемых черных дрожжей, относящихся к грибам семейства Dematiaceae, которые классифицируются среди разных родов грибов, и лишь на ранних стадиях развития сходны с дрожжами [4]. Дрожжевые организмы, обнаруженные в составе естественных эпифитов винограда и плодов на равнине, в основном, характерны для этих растительных субстратов. Выявлено повсеместное распространение дрожжей

Saccharomyces, Pichia/Hansenula, Hanseniаspora и ограниченный ареал Debaryomyces, Torulopsis, Rhodotorula.

При анализе структуры таксоценов дрожжей предгорий отмечали, что культуры Saccharomyces, Pichia/Hansenula, Hanseniаspora приурочены к условиям всех 3 районов, где проводились исследования. В условиях отдельных высотных биотопов наблюдали выпадение из эпифитного комплекса винограда и плодов популяций Debaryomyces и Toru-lopsis, соответственно. Согласно полученным результатам, наличие группы дрожжей Saccharo-myces, Pichia/Hansenula, Hanseniаspora было общим для всех исследованных дрожжевых комплексов, что свидетельствует об их способности к обитанию в разнообразном спектре естественных условий. Регулярность выделяемости этих таксонов позволила отнести их к постоянно присутсвующим. Пигментированные (красные) дрожжи Rhodotorula, были изолированы только из микроценоза винограда, культивируемого в условиях самого оригинального по теплообеспеченности района Дагестана, почвенно-климатические условия которого сформированы под влиянием песчаного массива Сарыкум, сложенного из кварцевого песка (биотоп 1). Нерегулярность встречаемости и единичные колонии при рассевах свидетельствовали о незначительном распространении этих популяций, что наряду с отсутствием в других местообитаниях позволило нам отнести отнести их к категории «случайных».

Таким образом, на примере изучения таксономического состава дрожжевых сообществ винограда и плодов, адаптированных к различным геоморфологическим районам Дагестана, показаны особенности их организации в природе. Отмечена экологическая дифференциация, в том числе по высотному градиенту, где наблюдается тенденция к снижению родового разнообразия дрожжей с возрастанием высотной отметки. Учет представленности группировок в различных природных ландшафтах показал широкое распространение популяций Saccharomyces, Pichia/Hansenula, Hanseniаspora и ограниченный ареал Debaryomyces, Torulopsis и Rhodotorula, что может быть обусловлено их биологическим потенциалом, адаптивными возможностями, и в первую очередь устойчивостью к средообразующим факторам, взаимоотношениями между растительным субстратом и популяцией, а также внутри микроскопического сообщества.

Известно, что условиями среды обитания может определяться не только состав дрожжевого сообщества, но и степень проявления морфологических и физиолого-биохимических свойств отдельных видов, входящих в него. Наличие дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae (винные) в составе дрожжей-сахаромицетов винограда и плодов во всех биотопах, позволило их выбрать в качестве объекта исследования в этом аспекте. Исследования микро - и макроморфологических признаков чистых культур таксономических аналогов, выделенных из градиентных местообитаний показало, что они однородны по своим свойствам, имеют схожие параметры, несколько варьирующие не только от штамма к штамму, но и внутри одной культуры. Определённой связи между изученными признаками, видом растения и местностью его произрастания не выявлено.

Тестирование культур, на метаболизме которых основано получение спиртосодержащих напитков, проведённое по ключевым свойствам, имеющим значение при технологической оценке дрожжей – скорость сбраживания сахаров, уровень образования спирта, диоксида серы, летучих кислот, эфиров, высших спиртов показало, что они проявляли индивидуальные свойства, которые также как морфологические признаки не имели связи с био-топической приуроченностью.

Сравнительное изучение дрожжей, выделенных из природных местообитаний и штаммов из коллекций, отличающихся производственноценными свойствами, показало встречаемость в популяциях Saccharomyces cerevisiae форм перспективных для биотехнологии [6].