Рост цианобактерии Nodularia sp. на различных источниках азота

Объектом наших исследований являлось содово-соленое озеро Хилганта, расположенное на территории Агинского района (Забайкальский край). Из сухой корки озера была выделена азотфиксирующая гетероцистная культура Nodularia sp. (S134) [1]. Выделение культуры проводили на агаризованной среде Заррука [2] с помощью стереоскопического микроскопа МС 2 (Россия) с 7–90-кратным увеличением. Культивирование проводили в условиях лабораторного люминостата в непрерывном режиме при температуре 20–25 °С и освещенности 2000 лк. Чистоту культур контролировали микроскопически.

Для выявления наиболее оптимального источника азота были использованы различные источники азота (NH4Cl, NaNO3 и атмосферный азот) и концентрации карбонатов и хлоридов в среде. Концентрации карбонатов и хлоридов в среде задавали в диапазоне (г/л): 1, 10, 25, 50, 75, 100, 125, 150. Эксперимент был проведен в трех повторностях. Культивирование проводили в условиях лабораторного люминостата в непрерывном режиме. Рост культур отмечали визуально. Биомасса (прирост) измерялась в относительных единицах на спектрофотометре УФ-видимого диапазона UV mini – 1240 (Япония) при длине волны 664 нм. Продолжительность эксперимента составила 10 дней. Статистическую обработку данных проводили с помощью программ Microsoft Excel.

Результаты и обсуждения

В качестве источников азота были выбраны следующие соединения азота в эквимолярных количествах: NH4CI, NaNO3 и атмосферный азот.

Эксперимент I. В качестве источника азота в среду культивирования добавляли 5% раствор NH 4 CI.

При различных концентрациях карбонатов . На 2-е сутки начинается небольшой рост культуры, кроме концентрации 75 г/л. При концентрациях 1-50 и 100 г/л в последующие сутки рост прекращается. При 75 г/л карбонатов после 4-х суток рост также останавливается. Рост культуры отмечается при более высоких концентрациях. Так, при 125 г/л карбонатов развитие культуры начинается со 2-х суток, затем прекращается, а на 8-е сутки возобновляется, однако растет очень плохо. На 10-е сутки рост не отмечен. При максимальной концентрации карбонатов в среде (150 г/л) экспоненциальная фаза начинается со 2-х суток. На 4-е сутки наступает стационарная фаза роста культуры, которая заканчивается на 10-е сутки. Интересно то, что рост отмечен при 150 г/л. Это одно из самых высоких значений минерализации, при котором показано развитие в культуре гетероци-стных цианобактерий. Известные в литературе культуры Nodularia способны развиваться при солености не выше морской [3], хотя и отмечалось их присутствие в природных образцах при более высокой солености [4].

При различных концентрациях NaCl рост культуры не наблюдался. Хотя небольшая активность на 2-е сутки отмечен при всех концентрациях.

Эксперимент II. Источником азота в данном эксперименте служил 5% раствор NaNO 3 .

При различных концентрациях карбонатов. При 1 г/л карбонатов экспоненциальная фаза роста культуры начинается с 4-х суток. Максимум стационарной фазы отмечен на 6-е сутки.

Далее, на 8-е сутки, начинается фаза отмирания. При концентрации 10 г/л развитие культуры подобно росту при 1 г/л, однако проявляется немного интенсивнее. Данная концентрация является оптимумом роста культуры. При 25 г/л рост культуры замедленный, стационарная фаза выражена нечетко. Фаза отмирания начинается также с 8-х суток. При 50 г/л на 4-е сутки наблюдается замедленный рост культуры. На 6-е сутки отмеченный максимум роста замедляется. 75 г/л – максимальная концентрация карбонатов, при котором наблюдается развитие культуры. Рост невыраженный, слабый. При более высоких концентрациях карбонатов культура не растет.

При различных концентрациях NaCl. При 1 г/л рост культуры интенсивный. Экспоненциальная фаза начинается на 4-е сутки, на 6-е сутки наблюдается максимум стационарной фазы. Далее культура отмирает. При 10 г/л наблюдается оптимум роста. Развитие культуры подобно росту при 1 г/л, однако проявляется немного интенсивнее. 25 г/л – рост замедленный. Экспоненциальная фаза начинается с 6-х суток. На 8-е сутки приходится максимальный рост культуры, далее происходит отмирание. 50 г/л – рост немного интенсивнее, чем при 25 г/л. Экспоненциальная фаза наблюдается на 4-е сутки, стационарная фаза на 6-е сутки. При 75 г/л – рост культуры менее выраженный по сравнению с остальными значениями концентраций. Наблюдается стремительный рост культуры, с пиком на 6-е сутки, и такой же спад.

Выход биомассы. Диапазон роста культуры при различных концентрациях карбонатов находится от 1 до 75 г/л, с оптимумом при 1 г/л (рис. 1 А). При различных концентрациях хлорида натрия в среде культура росла до 75 г/л, оптимум находился при 1 и 50 г/л (рис. 1 Б).

А

Рис. 1. Выход биомассы культуры S 134 при различных концентрациях карбонатов и хлорида.

Источник азота NaNO 3

Б

Эксперимент III. В данном эксперименте соединения азота не были добавлены, процесс азотфиксации происходил в присутствии атмосферного азота.

При различных концентрациях карбонатов . Рост культуры в безазотистой среде при различных концентрациях карбонатов показал следующее. При 1-50 г/л рост культуры одинаковый, однако при 1 и 25 г/л более интенсивный. Начиная с 4-х суток идет адаптация культуры к условиям культивирования. На 6-е сутки культура переходит в стационарную фазу. На 8-е сутки начинается фаза отмирания. При концентрации 75 г/л рост подавляется уже на 4-е сутки. При дальнейшем увеличении концентрации развитие культуры не отмечено.

При различных концентрациях NaCl. От 1-50 г/л характер роста культуры одинаковый. На 6-е сутки начинается стационарная фаза, после 8-х суток рост подавляется. При 75 г/л на 4-е сутки наблюдается фаза отмирания. При дальнейшем увеличении концентрации развитие культуры не отмечено.

Выход биомассы. В эксперименте без добавления азота (используется атмосферный азот) культура росла активно. Диапазон роста при различных концентрациях карбонатов широкий (1-125 г/л), оптимум при 1 г/л (рис. 2 А). Диапазон роста при различных концентрациях NaCl немного меньше, чем с карбонатами (75 г/л) (рис. 2 Б). Оптимум отмечен при 10 и 25 г/л.

А

Рис. 2. Выход биомассы культуры S 134 при различных концентрациях карбонатов и хлорида. Безазотистая среда

Б

Таким образом, в ходе выполнения эксперимента было выявлено, что наиболее характерным и доступным источником азота для гетеро-цистной культуры S 134 являлись как нитрат натрия, так и молекулярный азот, фиксируемый культурой из атмосферы.