Выпуск 9 (25)

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9 (25)
Ботаника
УДК 582.4/.9:574.45
О СЕМЕННОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ И ВСХОЖЕСТИ
СЕМЯН У FILIPENDULA VULGARIS MOENCH И
F. ULMARIA (L.) MAXIM. В СВЯЗИ С ПОЛОВЫМ
ПОЛИМОРФИЗМОМ
Е. И. Демьянова, Е. В. Клименко
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Процент семенификации, как показатель успешности завязывания, у обоеполых цветков андромоноэцичных особей F. vulgaris оказался выше в сравнении с таковым у гермафродитных
растений. Для F. ulmaria получены обратные результаты. Несовпадение данных по этому показателю связано с разной степенью половой дифференциации у обоих видов. Тем не менее,
учитывая более низкий процент плодоцветения у андромоноэцичных особей, можно констатировать большую семенную продуктивность обоеполых растений в популяциях F. vulgaris и
F. ulmaria.
обоеполых и андромоноэцичных особей F. vulgaris и
F. ulmaria и прорастания их семян. Литературных
сведений по этой проблеме мы не обнаружили, за
исключением краткого упоминания о быстром прорастании свежесобранных семян этих видов (Пашина, 1977).
В последние годы заметно возрос интерес к видам рода Filiperdula как лекарственным, эфирномасличным, дубильным, пищевым, нектаро- и пыльценосным растениям (Растительные ресурсы…, 1987;
Дикорастущие…, 2001). Более детально изучается
такой вид таволги, как F. ulmaria (Горбачева и др.,
2002, 2003; Буданцев, 2003, 2005; Кравцова, 2005 и
мн. др.).
Нами исследовался половой полиморфизм видов
Filipendula Mill. Согласно «Определителям» и «Флорам» виды этого рода имеют только обоеполые цветки. Однако еще в сводке П. Кнута (Knuth, 1898) у F.
ulmaria и F. hexapetala (= F. vulgaris) отмечена андромоноэция (сочетание обоеполых и мужских цветков в пределах одного растения). Эта форма половой
дифференциации рассматривается в литературе как
приспособление к перекрестному опылению.
Нами подтверждено наличие андромоноэции у
указанных видов и это же явление обнаружено у
F. stepposa Juz. Наблюдения проведены в Троицком
лесостепном заказнике (Челябинская обл.) в 1992–
1993 гг. (Демьянова, Уфимцева, 2004) и Кунгурском
лесном заказнике в 2004–2006 гг. (Демьянова, Клименко, 2007). Популяции указанных видов состоят из
обоеполых и андромоноэцичных особей. У перечисленных растений изучена половая структура популяций (пропорция обоеполых и андромоноэцичных
особей), половая структура соцветий (соотношение
обоеполых и мужских цветков), экология цветков
обоеполой и мужской сексуализации, фертильность
их пыльцы, процент плодоцветения у обоеполых и
андромоноэцичных особей. В настоящей статье мы
касаемся только вопроса о семенной продуктивности
Организация исследований
Наблюдения проведены в природных популяциях комплексного заказника «Предуралье»
(Пермский край) в 2004–2006 гг. Изучение потенциальной и фактической семенной продуктивности (ПСП и ФСП) и определение процента семенификации (ПС) у обоеполых и андромоноэцичных растений мы проводили по методике И.В.
Вайнагия (1973, 1974). Семенную продуктивность
исследовали у растений, обе половые формы которых произрастали в одинаковых экологических
условиях (в одних и тех же ценопопуляциях), используя от 100 до 150 учетных единиц (цветки,
плоды). Цель исследования – определить, как
влияет наличие тычиночных цветков у андромоноэцичных особей на их семенную продуктивность в
сравнении с обоеполыми формами. У изучаемых
видов плоды апокарпные, из чего следует, что 1
орешек (у F. vulgaris) или 1 листовка (у F. ulmaria)
соответствуют 1 семени и 1 семяпочке. Их количество соразмерно числу завязавшихся семян.
Массу семян определяли по общепринятой методике путем взвешивания на аналитических весах
по 1000 семян обеих половых форм в 3-кратной
повторности (Фирсова, 1950). Всхожесть семян
© Е. И. Демьянова, Е. В. Клименко, 2008
4
5
О семенной продуктивности и всхожести семян …
сравнении с F. ulmaria (соответственно 64.6–
74.03% и 88.1–95.4%).
ПСП в расчете на гермафродитный цветок у
андромоноэцичных форм F. vulgaris несколько
ниже по сравнению с обоеполыми цветками гермафродитных особей в оба года исследований
(табл. 1), хотя этот показатель и подвержен некоторым колебаниям.
Результаты и их обсуждение
Можно предположить, что дегенерация семяБесспорно, что наличие у особей бесплодных почек в мужских цветках у андромоноэцичных
мужских цветков снижает процент плодоцветения особей косвенно (вероятно, гормональным путем)
и общую семенную продуктивность. Как было по- повлияла на заложение семяпочек в их обоеполых
казано ранее (Демьянова, Клименко, 2007), при цветках.
сравнении половой дифференциации обоих видов
Что касается ФСП в расчете на 1 обоеполый
авторы пришли к заключению о более глубоком ее цветок у обеих сексуальных форм того и другого
проявлении у F. vulgaris как на организменном, вида, то эта разница оказалась небольшой. Однако
так и на популяционном уровнях. У этого вида обоеполые цветки у обеих сексуальных форм F.
процент тычиночных цветков в соцветии и доля vulgaris и F. ulmaria различались по количеству неандромоноэцичных особей в популяции значи- доразвитых орешков: их численность была больтельно выше, чем у F. ulmaria. Напротив, процент шей у андромоноэцичных особей (табл. 2). К соплодоцветения в расчете на 1 генеративный побег жалению, подобные наблюдения у F. ulmaria проу андромоноэцичных особей F. vulgaris ниже в ведены только в 2005 г.
Таблица 1
Потенциальная семенная продуктивность обоеполых цветков у гермафродитных и
андромоноэцичных особей Filipendula vulgaris и F. ulmaria
устанавливали лабораторным методом путем проращивания их на фильтровальной бумаге в чашках
Петри при температуре 24–25С (Николаева и др.,
1999). Энергию прорастания определяли на 3–5-й
день. Окончательный результат всхожести семян
получали через месяц после посева.
Вид
Половая форма
Год наблюдений
Mm
CvScv, %
td
p
2005
11.500.21
9.891.84
2006
3.461
12.610.18
7.871.02
2005
0.001
10.640.14
7.011.30
андромоноэцичная
2006
11.580.36
13.752.17
2005
6.340.12
8.191.88
обоеполая
2006
0.541
7.310.07
5.390.68
Filipendula
2005
0.59
ulmaria
6.460.19
13.063.00
андромоноэцичная
2006
7.230.11
4.870.99
Примечание: 1 – разница между обоеполыми цветками гермафродитных и андромоноэцичных особей в 2005 г.
Filipendula
vulgaris
обоеполая
Таблица 2
Фактическая семенная продуктивность обоеполых цветков у гермафродитных и
андромоноэцичных особей Filipendula vulgaris и F. ulmaria
Вид
Filipendula
vulgaris
Filipendula
ulmaria
Половая форма
обоеполая
андромоноэцичная
обоеполая
андромоноэцичная
Год наблюдений
Нормально оформленные
орешки
Mm
CvScv, %
2005
2006
2005
2006
2005
2006
2005
2006
Процент семенификации у обоеполых растений
F. ulmaria в расчете на 1 цветок составил 99.8%, а
для андромоноэцичных растений – 89.63%. Таким
образом, ПС у обоеполых растений значительно
выше (на 10.17%), чем у андромоноэцичных форм,
хотя в целом завязываемость семян у обеих поло-
8.310.19
11.410.27
8.600.22
11.340.23
6.330.15
7.060.12
5.790.14
6.341.10
12.382.30
12.081.64
13.782.56
10.341.41
10.472.40
7.581.20
11.062.54
5.821.14
% недоразвитых орешков
Mm
CvScv, %
9.111.12
1.910.55
11.871.39
2.890.65
2.510.64
5.841.10
-
67.5412.54
149.6420.36
64.1111.91
116.1015.80
114.4526.26
83.9119.25
-
вых форм достаточно высокая.
У F. vulgaris процент семенификации на цветок
составил 90.48% у обоеполых особей и 97.23% – у
андромоноэцичных. В оба года исследований завязываемость семян в расчете на обоеполый цветок
была большей у андромоноэцичных форм в сред-
6
нем на 7.5%. Перераспределение ресурсов, связанное с довольно большим количеством бесплодных
мужских цветков у андромоноэцичных особей этого вида, произошло в пользу повышения завязываемости семян у обоеполых цветков.
Тем не менее, учитывая более низкий процент
плодоцветения у андромоноэцичных особей (особенно у F. vulgaris), содержащих бесплодные мужские цветки, можно утверждать, что большую семенную продуктивность имеют обоеполые растения в популяциях обоих исследованных видов.
Для сравнения массы семян, полученных от
обоеполых и андромоноэцичных растений F. vulgaris и F. ulmaria, мы взвешивали сухие семена
репродукции 2006 г. (табл. 3).
Таблица 3
Масса сухих семян у обоеполых и андромоноэцичных особей Filipendula vulgaris и F. ulmaria
АндромоПоказа- Обоеполые ноэцичные
Вид
тели
растения
растения
Mm
0.3830.001
0.4020.008
Filipendula
vulgaris CvScv, % 0.2610.107
3.3751.378
Filipendula
Mm
0.4000.005
0.3780.006
ulmaria CvScv, % 2.2530.920
2.6461.080
Результаты оказались неодинаковыми для исследуемых видов. У F. vulgaris масса семян у андромоноэцичных форм оказалась несколько выше,
чем у обоеполых особей (в среднем на 0.019 г).
Для F. ulmaria получены обратные результаты
(масса семян у обоеполых растений на 0.022 г
больше по сравнению с таковой у андромоноэцичных растений). Оба результата хорошо коррелируют с ПС для обоих видов (с лучшей завязываемостью и выполненностью семян).
Нами было определено качество семян, полученных от обоеполых и андромоноэцичных особей
исследованных видов (табл. 4).
Таблица 4
Всхожесть семян обоеполых и андромоноэцичных растений Filipendula vulgaris и F. ulmaria
(в %) в разные сроки посева
Показатели
Вид
ноябрь
март
май
2006 г.
2007 г.
2007 г.
Filipendula
381
52
41
vulgaris
49
37
44
8.0
2.33
7.33
Filipendula
ulmaria
8.33
3.33
9.0
Примечание: 1 – в числителе показания для обоеполой формы; в знаменателе – для андромоноэцичной. В
остальных случаях обозначения те же.
В ноябре энергия прорастания семян у F. vulgaris оказалась очень низкой: на 3–5-й день не обнаружено проросших семян. Они были зафиксированы только на 9-й день после посева как у обоеполой, так и у андромоноэцичной формы. Пик прорастания семян отмечен только на 14-й день после
посева: у обоеполой формы к этому времени про-
Е. И. Демьянова, Е. В. Клименко
росло 22% семян, а у андромоноэцичной – 34%. В
дальнейшем семена прорастали так же активно, но
через 24 дня после начала опыта количество проросших семян стало убывать. В целом у андромоноэцичной формы наблюдалось более активное
прорастание семян, чем у обоеполой формы.
У обоеполых растений к концу опыта насчитывалось 15% заплесневевших семян и 47% невзошедших. У андромоноэцичных растений доля заплесневевших семян составила 20%, невзошедших
– 31%. Таким образом, всхожесть семян у андромоноэцичных форм выше в среднем на 16% чем у
обоеполых.
Наоборот, в марте установлено более активное
прорастание семян у обоеполой формы. Тем не
менее энергия прорастания семян, как и в предыдущий срок проращивания семян, оказалась низкой: первые проросшие семена обнаружены у обеих форм только на 7-й день. Максимум прорастания семян приходился на 13-й день. К концу марта
у андромоноэцичных растений проросло семян на
15% меньше, чем у обоеполых форм (52%), что составило 37%. Доля невзошедших семян у андромоноэцичных растений составила 30%, а у обоеполых – 23%. Заплесневевших семян у обоеполых
и андромоноэцичных форм насчитывалось соответственно 25 и 33%. Таким образом, в марте, в
отличие от ноября, установлено более активное
прорастание семян обоеполой формы.
В мае, в отличие от предыдущих месяцев исследования, не было установлено существенных
различий в прорастании семян между обоеполыми
и андромоноэцичными формами. Энергия прорастания семян также очень низкая: на 3–5-й день не
обнаружено проросших семян, а первые проросшие семена отмечены только на 8-й день. Максимум прорастания семян приходится на 14-й день
посева, когда у андромоноэцичных форм проросло
36% семян, а у обоеполых форм – 32%. К концу
месяца у обеих половых форм проросло практически одинаковое количество семян: 44% – у андромоноэцичных растений и 41% – у обоеполых растений. Доля заплесневевших семян у этой и другой сексуальной формы составила соответственно
26 и 28%. По количеству невзошедших семян между обоеполыми и андромоноэцичными формами
существенной разницы также не наблюдалось: их
доля составила соответственно 33 и 28%.
Таким образом, у Filipendula vulgaris не было
выявлено заметных различий при прорастании семян между обоеполыми и андромоноэцичными
растениями. Энергия прорастания семян обеих половых форм очень низкая. В целом семена обеих
форм характеризуются невысокой всхожестью
(менее 50%).
У F. ulmaria отмечена также очень низкая энергия прорастания семян у обеих половых форм, наблюдавшаяся во все три срока прорастания семян.
Так, в ноябре первые семена у обеих форм проросли только на 9-й день, в марте – на 7-й день. В мае
7
О семенной продуктивности и всхожести семян …
первые проросшие семена у обоеполой формы отмечены на 8-й день, а у андромоноэцичной – на
14-й день после посева.
Между обоеполыми и андромоноэцичными
растениями не установлено принципиальных различий и в всхожести семян. У той и другой половой формы она оказалась очень низкой: в ноябре у
обоеполых растений проросло всего 8% семян, а у
андромоноэцичных – 8.33%. В марте эти показатели составили соответственно 2.33 и 3.33%. В мае
всхожесть семян оказалась также очень низкой,
однако она была выше, чем в марте и составила у
обоеполых растений 7.33% и у андромоноэцичных
растений 9%.
Доля заплесневевших семян во все три месяца
наблюдений оказалась также невысокой: в ноябре
у обоеполых растений она составила 5%, у андромоноэцичных – 3%. В марте эти показатели были
равны соответственно 8% и 5%, в мае – 1% и 9%.
Таким образом, у лабазника вязолистного не было
установлено значительных различий в прорастании семян у обоеполых и андромоноэцичных растений. Следует лишь отметить, что этот показатель оказался низким у обеих половых форм.
Доля заплесневевших семян во все три месяца
наблюдений оказалась также невысокой: в ноябре
у обоеполых растений она составила 5%, у андромоноэцичных – 3%. В марте эти показатели были
равны соответственно 8% и 5%, в мае – 1% и 9%.
Таким образом, у лабазника вязолистного не было
установлено значительных различий в прорастании семян у обоеполых и андромоноэцичных растений. Следует лишь отметить, что этот показатель оказался низким у обеих половых форм.
Библиографический список
Барнаулов, О.Д. Фармакологические свойства галеновых препаратов из цветков Filipendula ulmaria
(L.) Maxim. / О.Д. Барнаулов [и др.] // Раст. ресурсы. 1979. Т. 15, вып. 3. С. 399–407.
Буданцев, А.Л. Некоторые морфометрические показатели и сырьевая фитомасса побегов и клонов
Filipendula ulmaria (L.) Maxim.на севере Кольского перешейка (Ленинградская область) //
Раст. ресурсы. 2003. Т. 39, вып. 4. С. 48–54.
Буданцев, А.Л. Оценка сырьевой продуктивности Filipendula ulmaria (Rosaceae) в Ленинградской и
Псковской областях и возможность ее эмпириче-
ского прогноза / А.Л. Буданцев и К.С. Покровская
// Раст. ресурсы. 2005. Т. 41, вып. 2. С. 85–96.
Вайнагий, И.В. Методика статистической обработки
материала по семенной продуктивности на примере Potentilla aurea L. // Раст. ресурсы. 1973. Т.
9, вып. 2. С. 287–296.
Вайнагий, И.В. О методике изучения семенной продуктивности растений // Бот. журн. 1974. Т. 59,
вып. 6. С. 826–831.
Горбачева, А.В. Противоязвенные свойства настоя
надземной части Filipendula ulmaria (L.) Maxim.
/ А.В. Горбачева [и др.] // Раст. ресурсы. 2002.
Вып. 2. С. 114–121.
Горбачева, А.В. Регенераторные свойства водных и
спиртового извлечений из надземной и подземной части Filipendula ulmaria (L.) Maxim. / А.В.
Горбачева, С.Г. Аксиненко, В.Г. Пашинский //
Раст. ресурсы. 2003. Вып. 2. С. 76–81.
Демьянова, Е.И. К изучению полового полиморфизма у Filipendula vulgaris Moench и F. ulmaria
(L.) Maxim. в Приуралье / Е.И. Демьянова, Е.В.
Клименко // Флора Урала в пределах бывшей
Пермской губернии и ее охрана: материалы
межрегион. конф. Пермь, 2007. С. 55–58.
Демьянова, Е.И. К изучению полового полиморфизма в роде Filipendula Mill. в лесостепном Зауралье / Е.И. Демьянова, Л.Н. Уфимцева // Вестн.
Перм. ун-та. 2004. Вып. 2. Биология. С. 19–22.
Дикорастущие полезные растения России: справ.
изд. / Отв. ред. А.Л. Буданцев и Е.Е. Лесиовская.
СПб.: Изд-во СПХФА, 2001. 663 с.
Кравцова, С.С. Компонентный состав спиртового
извлечения из надземной части Filipendula ulmaria (Rosaceae) / С.С. Кравцова [и др.] // Раст. ресурсы. 2005. Вып. 3. С. 95–99.
Николаева, М.Г. Справочник по проращиванию покоящихся семян / М.Г. Николаева, М.В. Разумова, В.Н. Гладкова; отв. ред. М.Ф. Данилова. Л.:
Наука, 1985. 346 с.
Николаева, М.Г. Биология семян / М.Г. Николаева,
И.В. Лянгузова, Л.М. Поздова. СПб., 1999. 228 с.
Пашина, Г.В. Влияние гиббереллина на всхожесть
семян некоторых травянистых растений белорусской флоры // Вопросы теории и практики
семеноведения при интродукции: тез. докл. V
Всесоюз. совещ. Минск, 1977. С. 184.
Растительные ресурсы СССР: цветковые растения,
их химический состав, использование. Семейства Hydrangeaceae–Haloragaceae / Отв. ред. П.Д.
Соколов. Л.: Наука, 1987. 326 с.
Фирсова, М.К. Методы определения качества семян /
М.К. Фирсова. М.: Сельхозлитература, 1959. 350 с.
Knuth P. Handbuch der Blütenbiologie. Leipzig: Verlag
von Wilhelm Engelmann. 1898. Bd. 2, T. 1. 696 S.
Поступила в редакцию 24.03.2008
About seed production and seed germination of Filipendula vulgaris Moench and
F. ulmaria (L.) Maxim. in connection of sex polymorphism
E.I. Demyanova, E.W. Klymenko
At the conditions of Kungur forest reserve (Permskii kray) the seed production of andromonoecious Filipendula vulgaris and F. ulmaria was statied at 2003–2006 years. At both investigated species higher seed production is peculiar to hermaphroditic plants in comparison with andromonoecious ones.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 582.287.238
АГАРИКОИДНЫЕ ГРИБЫ ЛЕСОПАРКОВОЙ ЗОНЫ
г. ПЕРМИ
Л. Г. Переведенцева a , Т. А. Шилкова b
a
b
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Пермский государственный педагогический университет, 614990, Пермь, ГСП – 372, ул. Сибирская, 24
Изучено разнообразие агарикоидных базидиомицетов в лесопарковой зоне г. Перми (правый
берег реки Камы). Выявлено 135 видов грибов. Установлена их принадлежность к экологотрофическим группам. В целом климат города положительно влияет на развитие грибов сем.
Russulaceae. Рекреационную нагрузку следует считать умеренной, так как соотношение семейств и эколого-трофических групп грибов мало отличается от соотношения в ненарушенных
лесных ценозах.
чины гибели растительности (Малеев, 1999): воздействие аэральных выбросов и изменение гидрологического режима. Основная тяжесть рекреационных нагрузок, в частности вытаптывание, приходится на нижние ярусы лесных сообществ и верхний, корнеобитаемый слой почвы, что приводит к
нарушению аэрации в нем и обнажению поверхностной корневой системы деревьев. В связи с этим
изменяется и пространственная структура симбиотрофов, масса плодовых тел и их фенологические
сроки (Бурова, 1986).
Изучение агарикоидных грибов велось маршрутным методом. Сбор грибов периодически
проводился по определенному маршруту в районе
студенческого городка ПГТУ и на территории
Верхней Курьи. Учитывался видовой состав грибов, соотношение экологических групп, количество ядовитых и съедобных видов. Гербарные образцы были собраны по общепринятой методике
(Лебедева, 1949; Васильева, 1959 и др.).
Виды агарикоидных базидиомицетов расположены в списке по системе, принятой М. Moser
(1983), с дополнениями и изменениями зарубежных и отечественных ученых (Коваленко, 1989;
Низшие…, 1990; Определитель…, 1996 и др.).
Введение
Агарикоидные грибы – часть гетеротрофного
блока лесных экосистем, они играют важную роль
в деструкции растительных остатков, а также в
водно-минеральном питании древесных растений,
являясь микоризообразователями. Разнообразие
грибов, их эколого-трофическая структура в лесопарковых зонах городов изучены в меньшей степени, чем в естественных ценозах. В связи с этим
целью наших исследований являлось изучение видового состава агарикоидных базидиомицетов в
лесопарковой зоне г. Перми (Верхняя Курья и студенческий городок ПГТУ).
В ходе исследований решались следующие задачи: 1) определение видового состава агариковых
грибов; 2) проведение таксономического и эколого-трофического анализов; 3) выявление редких,
съедобных и ядовитых видов грибов.
Объекты и методы исследований
Исследования проведены в июне–сентябре
2002–2007 гг. Изучаемая территория расположена
на правом берегу реки Камы, в пределах Прикамского террасного лесорастительного района (подзона южной тайги). На территории выявлены следующие типы леса: сосняк лишайниковый, сосняк
бруснично-зеленомошный, сосняк зеленомошный,
ельник снытевый. Наиболее распространенным
типом леса является сосняк зеленомошный, встречающийся более чем на половине площадей.
Лесопарковая зона испытывает рекреационные
нагрузки, которые вызывают изменения исходного
состояния лесных сообществ, включая все компоненты. Существенное негативное влияние оказывают промышленные предприятия. На территории
исследуемого района выделяют две основные при-
Результаты исследований
Таксономическая структура агарикоидных
базидиомицетов
К настоящему времени на территории исследуемого района выявлено 135 видов и внутривидовых таксонов агарикоидных базидиомицетов,
относящихся к 52 родам и 15 семействам (таблица).
Как следует из данных таблицы, наиболее распространенными являются представители семейств Tricholomataceae, Russulaceae, Cortinaria-
© Л. Г. Переведенцева, Т. А. Шилкова, 2008
8
9
Агарикоидные грибы лесопарковой зоны г. Перми
ceae, что характерно для лесной зоны и отражает
бореальный характер. Довольно большое количество видов обнаружено в сем. Agaricaceae, Strophariaceae. В сем. Tricholomataceae, самом многочисленном, насчитывается 43 вида, что составляет
32% всей микобиоты; в сем. Russulaceae – 23 вида
(17%).
Таксономическая структура биоты
агарикоидных базидиомицетов
Семейство
Роды (с указанием количества
(кол-во родов /
видов и внутривидовых таксовидов)
нов)
Polyporaceae 1/2
Boletaceae 6/8
Coprinaceae 2/3
Strophariaceae
5/13
Crepidotaceae 1/1
Cortinariaceae
5/14
Russulaceae 2/23
Pleurotus (2)
Suillus (3), Xerocomus (1), Chalciporus
(1), Boletus (1), Tylopilus (1), Leccinum (1),
Paxillus (1), Hygrophoropsis (1)
Gomphidius (1), Ghroogomphus (1)
Hygrophorus (1)
Rickenella (1), Laccaria (3), Clitocybe
(9), Lepista (2), Tricholomopsis (1),
Tricholoma (7), Armillaria (1), Lyophyllum (2), Cantharellula (1), Collybia (3), Panellus (1), Marasmius (4),
Mycena (4), Myxomphalia (1), Xeromphalina (2), Flammulina (1)
Сlitopilus (1), Entoloma (2)
Pluteus (2)
Amanita (5)
Agaricus (3), Lepiota (4), Macrolepiota
(1), Cystoderma (4), Phaeolepiota (1)
Coprinus (2), Psathyrella (1)
Stropharia (3), Hypholoma (3), Pholiota (5), Kuehneromyces (1), Tubaria (1)
Crepidotus (1)
Inocybe (3), Gymnopilus (1), Cortinarius (8), Rozites (1), Galerina (1)
Russula (12), Lactarius (11)
Всего:
135
Paxillaceae 2/2
Gomphidiaceae 2/2
Hygrophoraceae 1/1
Tricholomatаceae
16/43
Entolomataceae 2/3
Pluteaceae 1/2
Amanitaceae 1/5
Agaricaceae 5/13
Сем. Cortinariaceae представлено 14 видами
(10%). Видимо, микроклимат города, отличающийся повышенными температурами воздуха и
почвы, способствует тому, что увеличивается количество видов сыроежковых грибов (сем. Russulaceae) – их почти в 2 раза больше, чем паутинниковых (сем. Cortinariaceae). В лесных ценозах
подзоны южной тайги соотношение видов указанных семейств обычно обратное (Переведенцева,
2000, 2003). К сем. Cortinariaceae по количеству
видов близки сем. Agaricaceae и Strophariaceae (по
13 видов – 10%), что свидетельствует о наличии
рекреационной нагрузки на изученные городские
леса.
Число видов в родах также различно. Наиболее
многочисленными оказались семь родов, включающих 42% видов: Russula (12 видов), Lactarius
(11), Clitocybe (9), Cortinarius (8), Tricholoma (7),
Amanita, Pholiota (по 5 видов). Менее 5 видов имеет 41 род.
Редкие виды грибов. Около 30 видов грибов
(22%) являются редко встречающимися не только
на изучаемой территории, но и во многих районах
Пермского края. Выявлены такие редкие виды, как
Lyophyllum сonnatum (лиофилл сросшийся), L. fumosum (лиофилл дымчато-серый), Pluteus umbrosus (плютей окаймленнопластинковый), Phaeolepiota aurea (феолепиота золотистая) и другие. Некоторые грибы, напротив, широко распространены.
К группе часто встречающихся грибов относятся
105 видов (78%).
Съедобные и ядовитые виды грибов. На исследуемой территории нами обнаружено 84 вида
съедобных грибов, что составляет 62% всей микобиоты. Чаще всего это представители сем. Boletaceae, Russulaceae, Tricholomataceae. Ядовитые виды немногочисленны (9 видов, или 14%). В основном это представители сем. Amanitaceae. Остальные 32 вида (24%) относятся к несъедобным грибам по ряду различных причин.
Трофическая структура микобиоты и
экологические группы агарикоидных грибов
Агарикоидные базидиомицеты по типу питания
делятся на две группы: биотрофы и сапротрофы. К
биотрофам относятся микоризные грибы, а сапротрофы произрастают на определенном субстрате и
входят в состав следующих эколого-трофических
групп: ксилотрофы, подстилочные и гумусовые
сапротрофы, бриотрофы, микотрофы, копротрофы,
карботрофы. Наиболее распространены микоризные грибы, вступающие в симбиоз с различными
древесными растениями. На их долю приходится
47%, или 64 вида от числа установленных базидиомицетов в исследуемом районе (рисунок).
%
70
Микоризные
грибы 64
60
50
Подстилочные
сапротрофы
38
40
30
20
Сапротрофы
на древесине
17
Гумусовые
сапротрофы 7
10
0
Соотношение эколого-трофических групп агарикоидных
базидиомицетов
Микоризные грибы входят в состав разных семейств, а такие семейства, как Boletaceae, Russulaceae целиком состоят из микоризообразователей.
Такое количество видов микоризных грибов благоприятно для развития лесных массивов. Вероятно, умеренное вытаптывание ведет к уменьшению
развития травяного покрова, что положительно
сказывается на появлении плодовых тел микоризообразователей.
Подстилочные сапротрофы (38 видов, или 28%)
произрастают у оснований стволов крупных деревьев, они также встречаются в зарослях подлес-
10
Л. Г. Переведенцева, Т. А. Шилкова
ка и подроста. Они активно участвуют в минерализации лесного опада, используя клетчатку и
лигнин подстилки как источник энергии. К ним
относятся грибы рода Clitocybe (говорушка), Mycena (мицена) и другие.
Ксилотрофы (17 видов, или 13%) обитают на различных частях отмерших древесных растений и на
растущих деревьях. В исследуемом районе чаще
встречаются грибы, разлагающие древесину лиственных деревьев – Armillaria mellea (опенок осенний), Pleurotus ostreatus (вешенка устричная), Hypholoma capnoides (ложноопенок серопластинковый).
Гумусовые сапротрофы (7 видов, или 5%) растут в основном на полянах, лесных опушках, вдоль
дорог. К ним относятся виды сем. Agaricaceae, Coprinaceae. Довольно часто встречается Coprinus
comatus (навозник лохматый), обычный обитатель
газонов. Видов этой группы немного, но они порой развиваются в массовых количествах, что не
характерно для ненарушенных лесных сообществ.
Остальные экологические группы грибов малочисленны. Всех вместе их насчитывается 5 видов
(6%). Копротрофы обнаружены нами вдоль дорог,
тропинок и на лесных опушках, например Stropharia
semiglobata. На кострищах, пожарищах обычны такие карботрофы, как Myxomphalia maura и Pholiota
carbonaria. Нахождение карботрофов доказывает
влияние человека на лесные экосистемы. Бриотрофы
представлены 1 видом – Rickenella fibula.
Выводы
1. Микобиота лесопарковой зоны г. Перми (правый берег р. Камы) насчитывает 135 видов и внутривидовых таксонов агарикоидных базидиомицетов, относящихся к 35 родам и 13 семействам. Наиболее распространенными являются представители
семейств Тricholomataceae, Russulaceae, Cortinariaceae, что характерно для лесной зоны. Из 135 видов
грибов 30 видов являются редкими (22%).
2. Агарикоидные базидиомицеты района входят в состав 9 эколого-трофических групп. Наиболее распространены микоризные грибы, на долю
которых приходится 47% (64 вида) от числа обнаруженных, а также подстилочные сапротрофы
(28%) и ксилотрофы (13%).
3. Из исследованных 135 видов агарикоидных
базидиомицетов 84 вида грибов являются съедобными (62%), 19 видов (14%) ядовиты, 32 вида
(24%) относятся к несъедобным.
4. Влияние микроклимата города проявляется в
преобладании представителей сем. Russulaceae над
сем. Cortinariaceae.
5. Леса исследуемого района испытывают рекреационную нагрузку, что подтверждает обильное
развитие плодовых тел грибов из сем. Agaricaceae,
Strophariaceae, а также наличие копротрофов и карботрофов. Однако антропогенное влияние следует
считать умеренным, так как соотношение семейств
и экологических групп грибов мало отличается от
соотношения их в ненарушенных лесных ценозах.
Библиографический список
Бурова, Л.Г. Экология грибов макромицетов / Л.Г.
Бурова. М.: Наука, 1986. 221 с.
Васильева, Л.Н. Изучение макроскопических грибов макромицетов как компонентов растительных сообществ. // Полевая геоботаника. Т.1.
М.; Л, 1959. С. 387–398.
Коваленко, А.Е. Определитель грибов СССР. Порядок Hygrophorales / А.Е. Коваленко. Л.: Наука, 1989. 175 с.
Лебедева, Л.А. Определитель шляпочных грибов /
Л.А. Лебедева. М.; Л.: Сельхозгиз, 1949. 547 с.
Малеев, К.И. Эколого-краеведческая характеристика Пермской области / К.И. Малеев, С.А.
Двинских; Перм. ун-т. Пермь, 1999. 80 с.
Низшие растения, грибы и мохообразные советского Дальнего Востока. Грибы. Т.1: Базидиомицеты: сыроежковые, агариковые, паутинниковые, паксилловые, мокруховые, шишкогрибовые / Е.М. Булах, С.П. Вассер, М.М. Назарова, Э.Л. Нездойминого. Л.: Наука, 1990. 407 с.
Определитель грибов России. Порядок Агариковые. Вып. 1 / под ред. Э.Л. Нездойминого.
СПб.: Наука, 1996. 408 с.
Переведенцева, Л. Г. Некоторые аспекты мониторинга в лесных ценозах Центрального Прикамья // Грибные сообщества лесных экосистем.
М. – Петрозаводск, 2000. С. 156–180.
Переведенцева, Л.Г. Материалы к инвентаризации
агарикоидных базидиомицетов Пермской области / Переведенцева Л.Г., Мухутдинов О.И..//
Ботанические исследования в азиатской части
России: материалы XI съезда Рус. ботан. о-ва.
Т.1. Барнаул, 2003. С. 50–51.
Moser, M. Die Rohrlinge und Blatterpilze (Polyporales, Boletales, Agaricales, Russulales) // Kleine
Kryptogamenflora. Bd. 2b. 2. Stuttgart, New York,
1983. 533 S.
Поступила в редакцию 25.05.2008.
Agarics of the Green Belt of Perm
L.G. Perevedentseva, T.A. Shilkova
Diversity of Agarics in the green belt of Perm is studied (the right bank of the Kama river). 135 species of
mushrooms are discovered. The ecological groups are defined. In general, the city climate contributes to the evolution of the fam. Russulaceae. Recreational stress is moderate as the correlation between the families and ecological groups of the mushrooms differs little from the undisturbed wood cenosis.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 581.1:632.1
ВЛИЯНИЕ ЗАСОЛЕНИЯ НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ ЭТИОЛИРОВАННЫХ ПРОРОСТКОВ
ФАСОЛИ ПРИ ПЕРЕНОСЕ ИХ НА СВЕТ
Л. А. Филатова, М. Г. Кусакина, И. Н. Якушева
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Изучались особенности фотосинтетических процессов у этиолированных проростков фасоли
при смене условий освещения и влияние засоления на эти процессы.
Ключевой функцией зеленого растения является фотосинтез, обеспечивающий энергетическое
состояние клеток и снабжающий их интермедиатами и пластическими веществами. Жизнеспособность растений, их устойчивость определяются в
первую очередь тем, насколько слаженно протекают биохимические и физиологические процессы
фотосинтеза, каков запас их прочности, какова
лабильность этих процессов и способность исправлять возникающие неполадки. А избыточное
засоление – это один из распространенных природных и антропогенных факторов, воздействие
которого вынуждены испытывать зеленые растения.
Как сказывается это воздействие на разных
сторонах фотосинтетической деятельности, как
изменяется скорость синтеза участвующих в этом
процессе пигментов, особенно если растения находятся в темноте, а затем переносятся на свет –
получить ответ на эти и другие вопросы – цель
наших опытов с молодыми растениями фасоли.
Для проведения эксперимента семена фасоли
после замачивания помещали для набухания и
проращивания в темноту на отстоянной водопроводной воде, а через 4 суток после проклевывания
этиолированные проростки переносили на свет и
распределяли по вариантам:
1) контроль – отстоянная водопроводная вода;
2) 0,20 % раствор хлористого натрия;
3) 0,38 % раствор сернокислого натрия.
Осмотическое давление растворов 0,14 МПа.
Анализы проводились в 4 срока: на 4-й (1-й
срок), 6-й (2-й срок), 8-й (3-й срок) и 10-й (4-й
срок) дни после начала освещения.
Количественное определение зеленых пигментов проводилось спектрофотометрическим методом, интенсивность фотосинтеза определялась по
методу Ф.З. Бородулиной. Для определения активности хлорофиллазы гомогенат растительной ткани, содержащий 40–60% органического раствори-
теля, инкубировали с последующим учетом количества хлорофиллида, образовавшегося за время
инкубации. Прочность связи хлорофилла с белком
определяли по степени извлечения хлорофилла
при низких и высоких концентрациях ацетона в
петролейном эфире (Гавриленко, 2003).
Основными фотосинтетически деятельными
компонентами листьев растений являются зеленые
пигменты – хлорофиллы а и b. Оптические свойства
и фотохимическая активность хлорофиллов определяются химической структурой их молекул, позволяющей поглощать солнечную энергию и использовать ее для биосинтеза органических веществ.
Условия среды, в первую очередь свет, оказывают сильное влияние на функциональную активность растений, что отражается на их пигментном
аппарате. Содержание и соотношение пигментов
определяются многими внешними и внутренними
факторами, действие которых интегрируется в активности двух процессов – биосинтезе и деградации
пигментов (Дымова, Головко, 2007).
В наших опытах (рис. 1) перенос растений из
темноты на свет сопровождался повышением концентрации зеленых пигментов по мере роста растений. Причем количество хлорофилла а возрастало в большей степени, чем хлорофилла b у растений всех вариантов. При этом наблюдалось значительное снижение биосинтеза молекул пигментов
в присутствии солей, особенно хлорида натрия, по
сравнению с контролем.
Одни авторы (Лапина, Попов, 1970) отмечают
снижение содержания хлорофилла в листьях культурных растений под действием хлоридного засоления, другие (Удовенко, 1977) – повышение содержания хлорофилла а и некоторую стабильность
содержания хлорофилла b. Они связывают изменение количества хлорофилла со степенью солеустойчивости растений, а также с качеством и количеством засоления субстрата.
© Л. А. Филатова, М. Г. Кусакина, И. Н. Якушева, 2008
11
Л. А. Филатова, М. Г. Кусакина, И. Н. Якушева
в контроле отмечена самая низкая активность этого фермента, в то время как при засолении хлоридом натрия она самая высокая.
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
хлaа
хл
3 срок
NaCl
Na2SO4
Контроль
Na2SO4
NaCl
Контроль
Na2SO4
Na2SO4
NaCl
2 срок
4 срок
хлb
хл
b
Рис. 1. Содержание зеленых пигментов в листьях фасоли
В наших опытах в присутствии сульфата натрия
накопление хлорофилла b в большей степени отстает от накопления его в контроле, чем хлорофилла а,
что может свидетельствовать о большей уязвимости
фотосистемы II. При хлоридном засолении в равной
степени страдают системы, ответственные за синтез
обоих зеленых пигментов.
Образование новых молекул хлорофилла происходит в особых локусах пластиды и осуществляется полиферментными комплексами, которые
называются хлорофилл-синтетазой. Одним из
компонентов хлорофилл-синтетазной системы является хлорофиллаза – фермент, завершающий в
реакции этерификации формирование молекулы
хлорофилла а из хлорофиллида и фитола (Fang et
al., 1998).
Реакция обратима. В условиях in vitro проявляется гидролитическая функция фермента: хлорофиллаза расщепляет хлорофиллы с образованием
соответствующих хлорофиллидов и свободного
фитола (Чупахина, 2000).
Изменение активности хлорофиллазы можно
рассматривать как ответную реакцию растения на
воздействие внешних условий (засоление, условия
освещения), так как при этом изменяется направленность действия ферментов, определяющих соотношение процессов синтеза и гидролиза (Сивцев
и др., 1973).
В условиях засоления происходит снижение
содержания хлорофилла, что в первую очередь
обусловлено увеличением гидролитической активности хлорофиллазы (Пономарева и др., 1971).
В наших опытах (рис. 2) в начале эксперимента
активность хлорофиллазы у растений засоленных
вариантов, особенного сульфатного, была ниже,
чем в контроле. Ко 2-му сроку происходит снижение скорости присоединения фитола к предшественнику хлорофилла как в опытных, так и в контрольном вариантах. В процессе дальнейшего роста растений в вариантах засоленного фона отмечается повышение активности хлорофиллазы, в то
время как в контроле – снижение. К концу исследований эта тенденция сохраняется, и к 4-му сроку
Разложенный хлорофилл,%
1 срок
Контроль
NaCl
30
Контроль
мг/г сырой массы
12
25
20
15
10
5
0
1 срок
2 срок
Контроль
3 срок
NaCl
4 срок
Na2SO4
Рис. 2. Активность хлорофиллазы в листьях фасоли
Аналогичные изменения активности хлорофиллазы наблюдал М.В. Сивцев с сотрудниками
(1973) в опытах с растениями томата. Авторы отмечают, что одной из причин, вызывающих повышение активности хлорофиллазы при засолении,
могут быть диамины, накапливающиеся в этих
условиях.
С.Я. Мининберг и Л. Зу (1973) снижение скорости присоединения фитола к хлорофиллиду при
повышенных концентрациях солей связывают с
более благоприятными условиями рН в тканях для
гидролитического действия фермента. Именно
этим обстоятельством мы объясняем некоторую
обратную зависимость в наших опытах между активностью хлорофиллазы и накоплением хлорофилла.
Хлорофилл в хлоропластах находится в связанном с белком состоянии. При спектральных
исследованиях обнаружены менее прочная мономерная и более прочная агрегированная формы
(Чупахина, 2000).
Наши опыты (рис. 3) показали, что с увеличением времени воздействия засоления происходит
возрастание разницы в содержании слабо- и прочносвязанных форм хлорофилла в контроле и
опытных вариантах, что, вероятно, говорит о разрушающем действии солей на белок, причем в
большей степени такое влияние оказал хлорид натрия.
С.А. Пономарева и др. (1971) также отмечают,
что в условиях хлоридного засоления снижается
прочность связи хлорофилла с белково-липидным
комплексом.
С.Я. Мининберг и Л. Зу (1973) в экспериментах
с листьями фасоли получили данные, которые показывают, что слабое сульфатное и хлоридное за-
13
Влияние засоления на фотосинтетические показатели …
соление способствует упрочнению связи пигментбелкового комплекса. Авторы предполагают, что
белки предохраняют хлорофилл от разрушения и
стабилизируют комплекс под действием засоления. При повышении концентрации солей прочность связи уменьшается.
в клетках мезофилла гороха отмечается нарушение
внешней мембраны, изгибание ламелл, разрушение
гран и другие неблагоприятные явления.
2
мг/дм в час
2
1,6
100
1,4
80
1,2
1 срок
2 срок
3 срок
Na2 SO 4
NaC l
Na2 SO 4
Ко нтроль
NaC l
Ко нтроль
0,4
NaC l
0,6
0
Na2 SO 4
20
Ко нтроль
0,8
NaC l
1
40
Na2 SO 4
60
Ко нтроль
И звлеченн ы й х лор оф илл, %
1,8
120
4 срок
Прочносвязанная форма
Слабосвязанная форма
Рис. 3. Прочность связи хлорофилл-белковых комплексов в листьях фасоли
Следствием всех зафиксированных нами изменений при переносе этиолированных проростков
на свет и при воздействии на них засоления явились сдвиги в ходе процесса фотосинтеза.
Фотосинтетическая деятельность растений зависит от многих внешних факторов, и главные из них
– условия освещения, наличие углекислого газа,
температура окружающей среды, водоснабжение и
минеральное питание. Факторы внешней среды,
воздействуя на отдельные реакции фотосинтеза,
вызывают изменение активности фотосинтетического аппарата в целом, что в конечном итоге определяет общую продуктивность растений.
В условиях почвенного засоления фотосинтез
претерпевает существенные изменения в результате токсического и осмотического влияния солей.
При этом при прямом воздействии избыточного
засоления на фотосинтетические процессы происходят и другие изменения обмена веществ, в частности, водного режима.
В наших опытах (рис. 4) при смене режима освещения у контрольных растений наблюдалось
устойчивое нарастание интенсивности фотосинтеза. Иная закономерность выявлена у растений в
солевых вариантах: в 1-й срок наблюдений у них
была обнаружена тенденция к снижению интенсивности фотосинтеза по сравнению с растениями
в контроле. При этом действие сульфата натрия
более выражено, чем хлорида.
Повреждающее действие избытка солей на процесс фотосинтеза обусловлено нарушениями ультраструктуры компонентов хлоропласта, вызывающих глубокие и разносторонние изменения метаболизма. По данным Л.П. Лапиной и Б.А. Попова
(1970), при осмотическом давлении раствора хлорида натрия, равного 2.9 атм., у части хлоропластов
0,2
0
1 срок
2 срок
Контроль
3 срок
NaCl
4 срок
Na2SO4
Рис. 4. Интенсивность фотосинтеза у молодых растений
фасоли
Ингибирующее действие сульфата на фотофосфорилирующую активность хлоропластов Л.П.
Лапина и Б.А. Попов (1970) связывают с разобщающим влиянием сульфат-ионов.
По мнению Г.В. Удовенко (1977), после некоторого первоначального снижения интенсивность
фотосинтеза растений засоленного фона в дальнейшем выравнивается с интенсивностью в контроле, что свидетельствует о приспособительных
перестройках физиологических функций организма к новым, экстремальным условиям.
Данная закономерность отмечается во 2-й срок и
в наших опытах: в варианте с сульфатом натрия
фотосинтетическая деятельность близка к контрольной и даже немного превосходит её, хотя в
варианте с хлоридом натрия сохраняется некоторое
незначительное отставание. К 3-му и 4-му срокам
резко снизилась интенсивность фотосинтеза в засоленных вариантах, по сравнению с контрольным.
Известно, что в процессе адаптации растение
проходит два этапа: быстрый первичный ответ
(стресс-реакция) и значительно более длительный
этап, в процессе которого образуются новые, более
надежные и более эффективные защитные механизмы, ответственные за протекание онтогенеза в
условиях длительного действия стрессора. Если
стрессовое воздействие превышает защитные возможности организма, то развивается повреждение
и может наступить гибель (Пахомова, 1995).
Таким образом, полученные результаты показывают, что при переносе растений из темноты на
свет в условиях засоления интенсивность фотосинтеза существенно снижается, что обусловлено
уменьшением количества зеленых пигментов, повышением гидролитической активности хлорофиллазы и ослаблением прочности связи хлорофилл-белковых комплексов.
14
Л. А. Филатова, М. Г. Кусакина, И. Н. Якушева
Библиографический список
Гавриленко, В.Ф. Большой практикум по фотосинтезу / В.Ф. Гавриленко, Т.В. Жигалова; ред.
И.П. Ермаков. М.: Академия, 2003. 254 с.
Дымова, О.В. Состояние пигментного аппарата
растений живучки ползучей в связи с адаптацией к световым условиям произрастания /
О.В. Дымова, Т.К. Головко // Физиол. растений. 2007. Т. 54, № 1. С. 47–53.
Лапина, Л.П. Влияние NaCl на фотосинтетический
аппарат томатов / Л.П. Лапина, Б.А. Попов //
Физиол. растений. 1970. Т. 17, вып. 3. С.
580–583.
Мининберг, С.Я. Влияние засоления и подкормки
микроэлементами на состояние пигментов и
активность хлорофиллазы в листьях фасоли /
С.Я. Мининберг, Ле Зу // Физиол. и биохим.
культ. растений. 1973. Т. 5, вып. 2. С. 187–190.
Пахомова, В.М. Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений // Цитология.
1995. Т. 37, № 1/2. С. 66–75.
Пономарева, С.А. Влияние хлористого натрия на
пластидные пигменты листьев томатов / С.А.
Пономарева, Д.Ф. Проценко, М.В. Сивцев //
Физиол. растений. 1971. Т. 18, вып. 2. С. 404–
408.
Сивцев, М.В. Активность хлорофиллазы в листьях
томатов под влиянием засоления и гербицида
/ М.В. Сивцев, С.А. Пономарева, Е.А. Кузнецова // Физиол. растений. 1973. Т. 20, вып. 1.
С. 62–65.
Удовенко, Г.В. Солеустойчивость культурных растений / Г.В. Удовенко. М. : Колос, 1977. 213 с.
Чупахина, Г.Н. Физиологические и биохимические
методы анализа растений: практикум / Г.Н.
Чупахина; Калинингр. ун-т. Калининград,
2000. 59 с.
Fang, Z. Clorophyllase Activities and Chlorophyll
Degradation During Leaf Senescence in NonYellowing Mutant and Wild Type of Phaseolus
vulgaris L. / Z. Fang, J.C. Bouwkamp, T. Solomos // J. Exp. Bot. 1998. Vol. 49, № 320. Р. 503–
510.
Поступила в редакцию 15.06.2008
Influence of salinity on photosynthetic indexes of etiolated germs of bean when
carrying them on light
L.A. Filatova, M.G. Kusakina, I.N. Yakusheva
Features photosynthetic processes of etiolated germs of bean were studied when change the conditions of the
illuminations and influence of salinity on these processes.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
Зоология
УДК 595.371
АМФИБИОТИЧЕСКИЕ НАСЕКОМЫЕ СЕВЕРОВОСТОКА ПЕРМСКОГО КРАЯ И СОПРЕДЕЛЬНЫХ
ТЕРРИТОРИЙ (ПОДЕНКИ, ВЕСНЯНКИ, РУЧЕЙНИКИ)
А. Б. Крашенинников a , Н. Н.Паньков a , Н. В. Панькова b , О. С. Старова c
a
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Институт экологии и генетики микроорганизмов, 614081, Пермь, ул. Голева, 13
c
Брянский государственный университет, 241036, Брянск, ул. Бежицкая, 14
b
В составе фауны амфибиотических насекомых северо-востока Пермского края и сопредельных
территорий зарегистрированы: 21 вид поденок, 17 видов веснянок и 20 видов ручейников.
Один вид указывается впервые для Урала. Восемь видов приводятся впервые для Пермского
края.
ленностью от основных транспортных путей и, как
следствие, труднодоступностью. Единственным
первоисточником, содержащим информацию о
гидрофауне северо-востока Пермского края, является защищенная в 1984 г. курсовая работа А.А.
Корионова, основные положения которой опубликованы совсем недавно (Алексевнина, Корионов,
2006).
Слабая изученность фауны амфибиотических
насекомых северо-востока Пермского края свидетельствует лишь о трудностях ее исследования, но
отнюдь не означает отсутствия внимания к ней со
стороны специалистов. Уникальное географическое
положение этой территории – близ границы Европы
и Азии, на стыке бассейнов Камы, Печоры и Оби,
ее девственная природа и неизмененные человеческой деятельностью ландшафты делают ее интереснейшим полигоном для научных изысканий.
Введение
Вплоть до недавнего времени амфибиотические насекомые Пермского края изучались преимущественно с гидробиологических позиций. В
силу этого опубликованные и рукописные данные
по составу их региональной фауны рассредоточены по многочисленным работам, фрагментарны и
касаются, главным образом, наиболее обычных и
массовых видов (см., например: Бенинг, 1928;
Таусон, 1947; Громов, 1953; Биология Воткинского…, 1988). Основным, а часто единственным источником этих сведений являются результаты таксономической обработки личинок и нимф из бентосных проб. Поскольку подавляющее большинство насекомых могут быть надежно идентифицированы только по признакам имаго, многие видовые,
а подчас и родовые определения нуждаются в подтверждении.
Фауна амфибиотических насекомых Пермского
края становится предметом специальных исследований лишь на рубеже XX–XXI вв. В этот период
появляются работы, посвященные наиболее важным их отрядам – поденкам, веснянкам и ручейникам (Pan’kov et al, 1996; Паньков, 1997, 2000,
2004, 2007; Pan’kov, 2003; Pan’kov, Novokshonov,
2003). В цитированных источниках приводятся
сведения, касающиеся амфибиотических насекомых главным образом равнинной части Пермского
края. В пределах его горной части в отношении
амфибиотических насекомых неплохо изучены
южные и северо-западные районы. Северовосточный сектор исследованиями практически не
затронут, что связано прежде всего с его слабой
хозяйственной освоенностью, значительной уда-
Природные условия
Под северо-востоком Пермского края и сопредельными территориями в настоящей работе мы
будем понимать Вишерский заповедник и земли,
лежащие к северу и востоку от него.
Северо-восток Пермского края, по сравнению с
другими его районами, отличается суровостью
природных условий. Весь этот сектор представляет собой горный ландшафт с амплитудами высот
свыше 1000 м. Отдельные вершины достигают абсолютных отметок 1331 м (Ишерим), 1351 м (Муравьиный камень) и 1469 м (Тулымский камень).
Донья и склоны долин покрыты лесами, представленными типичной горной елово-пихтовой тайгой
с примесью сосны сибирской и лиственницы.
© А. Б. Крашенинников, Н. Н. Паньков, Н. В. Панькова, О. С. Старова, 2008
15
16
А. Б. Крашенинников, Н. Н. Паньков, Н. В. Панькова, О. С. Старова
Многие горные массивы поднимаются выше границы лесопроизрастания, их крутые склоны покрыты обширными осыпями, а на вершинах развиты альпийские луга и горные тундры.
По сравнению с другими районами Пермского
края, климат его северо-восточного сектора значительно более холодный и влажный. Здесь самая
длинная, суровая и многоснежная зима, короткое,
холодное и дождливое лето с частыми туманами.
Годовые суммы осадков в долинах составляют
850–950 мм, на хребтах и вершинах гор достигая
1300–1600 мм. Средняя годовая температура воздуха даже в межгорных и речных долинах не превышает –2,0…– 4,0°С, понижаясь на 0,5…0,7°С с
увеличением высоты местности на каждые 100 м
(см.: Паньков, 2000).
Северо-восток Пермского края является областью интенсивного питания водотоков. Здесь, наряду с повышенными осадками и малым испарением, имеются особо благоприятные условия для
стока воды – значительные уклоны земной поверхности и водоупорность слагающих ее пород. В
силу этого северо-восток Пермского края отличается рекордно высокими модулями стока (до
23 л/сек с 1 км2) и располагает развитой речной сетью, густота которой превышает 0,6 м/км2. Для водотоков характерны большие уклоны, множество
водопадов, порогов и перекатов. Течение рек бурное, до 3,0–6,0 м/с. Грунты представлены скальными выходами, крупными валунами и галечником. Среди особенностей гидрологического режима водотоков следует отметить затяжное половодье, связанное с постепенным стаиванием снегов в
горах, и частые летне-осенние дождевые паводки.
Специфика геологического строения территории, большое количество атмосферных осадков и
малая испаряемость находят отражение в гидрохимическом режиме поверхностных вод. Они
имеют крайне низкую минерализацию (0,03–0,06
г/л) и гидрокарбонатно-кремнеземный состав, характерный
для
ультрапресных
фаций
(см.: Паньков, 2000).
Материал и методы исследования
В основу настоящей работы положены материалы, собранные в ходе двух комплексных научных экспедиций, работавших в северо-восточных
районах Пермского края летом 2007 г. Первая экспедиция (12 июля – 12 августа) была организована
администрацией заповедника «Вишерский» (начальник экспедиции – заместитель директора по
научной работе к.г.н. В.В. Семенов, участник от
авторского коллектива – А.Б. Крашенинников),
вторая (17–26 августа) – администрацией геологического факультета Пермского университета (начальник экспедиции – декан геологического факультета, к.г-м.н. С.М. Блинов, участники от авторского коллектива – Н.Н. Паньков, Н.В. Панькова и О.С. Старова). Географические координаты
точек отбора проб и их высота над уровнем моря
определены при помощи GPS-приемников. Пункты сбора материала отражены на рисунке, их список и краткая характеристика приведены в табл. 1.
Крылатые насекомые собирались при помощи
энтомологических сачков путем облова роев и кошения по прибрежной растительности. Личинки
собирались вручную и пинцетом с извлеченных из
воды камней, коряг, веток и т.д. Материал помещался в пенициллиновые пузырьки, этикетировался и фиксировался 70% этанолом. Помимо оригинальных коллекций обработаны сборы, сделанные
по нашей просьбе на территории Вишерского заповедника Н.С. Мазурой, В.В. Семеновым и Е.Ю.
Крайневым в 1995–2002 гг.
Идентификация насекомых выполнялась по
определителям О.А. Черновой (1964), Л.А. Жильцовой (1964, 2003), О.Л. Качаловой (1987), Н.Ю. Клюге
(1997) и В.Д. Иванова с соавторами (2001). Сомнительные определения взрослых ручейников проверены В.Д. Ивановым (СПбГУ).
Всего выполнено и обработано 49 сборов имаго
амфибиотических насекомых, идентифицированы
их преимагинальные стадии из 60 гидробиологических проб. Просмотрено и определено до вида
498 взрослых особей и 817 личинок. Коллекции
хранятся на кафедре зоологии беспозвоночных и
водной экологии Пермского университета.
Выражаем искреннюю признательность В.Д.
Иванову за проверку сомнительных определений
взрослых ручейников, а также В.В. Семенову и
С.М. Блинову за организацию и руководство научными экспедициями.
Результаты исследований
По оригинальным данным в составе фауны амфибиотических насекомых северо-востока Пермского края и сопредельных территорий зарегистрировано 58 видов (табл. 2), из которых 21 вид относится к поденкам (Ephemeroptera), 20 – к ручейникам (Trichoptera) и 17 – к веснянкам (Plecoptera).
Как по имаго, так и по личинкам идентифицировано 18 видов; 34 вида установлено только по имаго,
6 – только по личинкам.
Один вид, Halesus digitatus Schrank, 1781, указывается впервые для Урала. Для Пермского края
впервые указываются 8 видов: поденки Ameletus
inopinatus Eaton, 1885 и Baetis lapponica
(Bengtsson, 1912), веснянки Nemoura arctica EsbenPetersen, 1910 и Protonemura intricata (Ris, 1902),
ручейники Agrypnia obsoleta (Hagen, 1859), Anabolia brevipennis Curtis, 1834, Anabolia furcata Brauer,
1857 и Asynarchus lapponicus Zetterstedt, 1840 (см.
табл. 2).
Как уже отмечалось, надежная идентификация
преимагинальных стадий амфибиотических насекомых возможна далеко не всегда, поэтому включение в список видов, известных только по личинкам, нуждается в обсуждении.
Амфибиотические насекомые северо-востока Пермского края …
17
Вполне достоверными могут считаться определения поденок Ephemerella mucronata (Bengtsson,
1909) и ручейников Hydropsyche nevae (Kolenati,
1858), личинки которых хорошо отличаются от
близких видов, известных или могущих обитать на
территории Урала. Присутствие E. mucronata и H.
nevae на северо-востоке Пермского края является
тем более очевидным, что эти насекомые принадлежат к числу массовых представителей энтомофауны Северного Урала на всем его протяжении
(Паньков, 2000).
Идентификация личинок ручейников Arctopsyche ladogensis (Kolenati, 1859) также не вызывает
сомнений, поскольку из четырех обитающих на
территории России представителей семейства Arctopsychidae только этот вид водится на Урале и севере Восточно-Европейской равнины, в то время
как другие три вида распространены в Восточной
Сибири и не заходят на запад дальше Прибайкалья.
Поденки Ecdyonurus aurantiacus (Burmeister,
1839) принадлежат к группе видов Ecdyonurus
s.str., различающихся по признакам имаго самцов.
№
Пункт сбора
материала
1
Озеро
Лунтхусаптур
2
3
Истоки р. Лозьвы
Истоки р.
Большая Хозья
4
Истоки р. Малая Хозья
5
Истоки р.
Пурма
6
Истоки р. Вишеры
7
Безымянный
ручей
8
Гора Хознел
9
Окрестности
кордона
«Хальсория»
Окрестности
кордона
«Хальсория»
Устье р. Хальсория
Окрестности
кордона
«Хальсория»
10
11
12
13
Р. Лопья
Из них на территории Пермского края по многочисленным находкам достоверно известен только
E. aurantiacus (Паньков, 2007). Следует иметь в
виду, что в республике Коми и Башкирии отмечен
другой представитель группы Ecdyonurus s.str. –
Ecdyonurus venosus (Fabricius, 1775), однако все
определения этого вида для Урала и сопредельных
территорий сделаны по преимагинальным стадиям
и не являются надежными (см.: Паньков, 2000).
В горных водотоках северо-восточного сектора
Пермского края весьма обычны личинки рода
Agapetus, идентификация которых до вида невозможна. Тем не менее для исследуемого региона с
достаточной уверенностью можно констатировать
Agapetus ochripes Curtis, 1834, поскольку все достоверные находки представителей рода из европейской части России, включая Пермский край,
относятся только к этому виду (см.: Pan’kov et al.,
1996; Паньков, 2000). Помимо A. ochripes на территории нашей страны встречаются еще несколько
видов рода Agapetus, один из которых известен на
Кавказе, другие – в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке.
Таблица 1
Пункты сбора материала и их характеристика
Географическое положение Географические
Высота над
Характеристика
и бассейновая принадлежуровнем моря
наземного мекоординаты
ность
(м)
стообитания
Южный склон горы ОтырN 61˚ 50,933΄
тэн; бассейн Лозьвы – при856
Гольцовый пояс
Е 59˚ 20,973΄
тока Оби
N 61˚ 50,208΄
Южный склон горы Отыр731
Гольцовый пояс
тэн; бассейн Оби
Е 59˚ 21,115΄
Западный склон горы ХоN 61˚ 45,427΄
Березовое
740
латчахль, бассейн Печоры
криволесье
Е 59˚ 23,120΄
Северо-западный склон гоN 61˚ 42,915΄
ры Саклаимсори-Чахль,
890
Гольцовый пояс
Е 59˚ 21,226΄
бассейн Печоры
Восточный склон горы
N 61˚ 39,815΄
Саклаимсори-Чахль; бас875
Гольцовый пояс
Е 59˚ 22,010΄
сейн Лозьвы
Южный склон горы СаклаN 61˚ 39,500΄
имсори-Чахль; бассейн Ка994
Гольцовый пояс
Е 59˚ 20,357΄
мы
Юго-восточный слон горы
N 61˚ 37,333΄
Нятарухтум-Чахль; бассейн
826
Гольцовый пояс
Е 59˚ 15,629΄
Вишеры
Березовое
N 61˚ 34,90΄
Хребет Вишерский камень;
около 800
бассейн Вишеры
Е 59˚ 17,01΄
криволесье
Долина реки Вишеры
N 61˚ 30,090΄
Е 59˚ 12,708΄
около 400
Темнохвойная
тайга
Долина реки Вишеры
N 61˚ 30,041΄
Е 59˚ 12,507΄
около 400
Темнохвойная
тайга
Долины рек Вишеры и
Хальсория
N 61˚ 30,036΄
Е 59˚ 14,220΄
398
Темнохвойная
тайга
Долина реки Вишеры
N 61˚ 27,618΄
Е 59˚ 06,927΄
около 400
Темнохвойная
тайга
Долина среднего течения
р. Лопьи
N 61˚ 25,70΄
Е 58˚ 55,56
около 380
Темнохвойная
тайга
18
№
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
А. Б. Крашенинников, Н. Н. Паньков, Н. В. Панькова, О. С. Старова
Пункт сбора
материала
Р. Ниолс
Урочище Лебяжий плес
Устье р. Муравей
Устье р. Мойвы
Географическое положение
и бассейновая принадлежность
Долина Ниолса напротив
хребта Муравьиный камень
и горы Мунитумп (Сампалчахль); бассейн Вишеры
Долина р. Вишеры
Долины Вишеры и р. Муравей
Долины рек Вишеры и
Мойвы
Истоки р. Боль- Восточный склон хребта
Молебный камень; бассейн
шая Тошемка
р.Лозьвы – притока Оби.
Долина между хребтами
Истоки р. МаМуравьиный камень и Молая Мойва
лебный камень; бассейн
Вишеры
Восточный склон хребта
Истоки р. ВиМолебный камень; бассейн
жай
р.Лозьвы
Восточный склон хр. МоБезымянное
лебный камень; долина р.
озеро – 1
Вижай; бассейн р. Лозьвы
Ручей СеребОкрестности кордона «Мойряный
ва»; бассейн р. Малой Мойвы
между хр. ТулымУстье р. Малая Долина
ский
камень
и Муравьиный
Мойва
камень; бассейн Вишеры
Безымянное
Восточный склон хребта
озеро – 2
Тулымский камень
Долина порожистого участМойвинские
ка р. Большая Мойва – припороги – 1
тока Вишеры
Безымянный
Западный склон хр. Тулымручей – 2
ский камень; бассейн Вишеры
27
Устье р. Лыпьи
Бассейн Вишеры
28
Водопады на
ручье Светлый
(Безымянный и
Кубик)
Северо-восточный склон
г. Ишерим; бассейн Малой
Мойвы
29
Истоки р. Велс
30
31
32
33
34
35
Мойвинские
пороги – 2
Среднее течение р. Ольховки
Исток р. Большая Мойва
Устье ручья
Большой Лиственничный
Среднее течение ручья
Большой Лиственничный
Исток ручья
Большой Лиственничный
Восточный склон хр. Ольховочный; бассейн Вишеры
Долина порожистого участка реки Большая Мойва
Долина между г. Ишерим и
хр. Ольховочный, бассейн
Вишеры
Юго-восточный склон хр.
Ольховочный; бассейн Вишеры
Долина между хр. Лиственничный и Ольховочный,
бассейн р. Большая Мойва
Северный склон хр. Чувальский камень; бассейн р.
Большой Мойвы
Северный склон хр. Чувальский камень; бассейн р.
Большой Мойвы
Географические
координаты
N 61˚ 24,417΄
Е 59˚ 11,964΄
Продолжение табл. 1
Высота над
Характеристика
уровнем моря
наземного ме(м)
стообитания
415
Заболоченный
елово-пихтовый
лес
около 300
Темнохвойная
тайга
Темнохвойная
тайга
Темнохвойная
тайга
N 61˚ 18,374΄
Е 59˚ 16,918΄
731
Гольцовый пояс
N 61˚ 18,091΄
Е 59˚ 13,693΄
766
Пойменный луг
N 61˚ 16,836΄
Е 59˚ 17,584΄
806
Пойменный луг
с ивняком
N 61˚ 16,772΄
Е 59˚ 17,269΄
821
Пойменный луг
с ивняком
N 61˚ 12,984΄
Е 59˚ 08,530΄
463
Темнохвойная
тайга
N 61˚ 12,91΄
Е 58˚ 58,66΄
380
Темнохвойная
тайга
N 61˚ 12,272΄
Е 58˚ 57,611΄
809
Березовое криволесье
N 61˚ 12,462΄
Е 59˚ 01,305΄
399
Темнохвойная
тайга
804
Гольцовый пояс
269
Пойменный луг
659-687
Темнохвойная
тайга
840
Гольцовый пояс
около 420
Темнохвойная
тайга
N 61˚ 05,726΄
Е 59˚ 06,124΄
557
Темнохвойная
тайга
N 61˚ 04,697΄
Е 59˚ 08,775΄
847
Гольцовый пояс
N 61˚ 03,082΄
Е 59˚ 01,557΄
511
Сильно заболоченный пойменный луг и смешанный лес
N 61˚ 01,607΄
Е 58˚ 58,475΄
573
Заболоченный
пойменный луг
N 60˚ 59,863΄
Е 58˚ 57,133΄
746
Альпийский луг
N 61˚ 21,271΄
Е 58˚ 55,669΄
N 61˚ 20,827΄
Е 58˚ 55,463΄
N 61˚ 19,07΄
Е 58˚ 52,22΄
N 61˚ 11,180΄
Е 58˚ 56,278΄
N 61˚ 09,932΄
Е 58˚ 45,580΄
N 61˚ 09,631΄
Е 59˚ 11,061΄;
N 61˚ 09,484΄
Е 59˚ 10,907΄
N 61˚ 09,069΄
Е 59˚ 13,739΄
N 61˚ 08,51΄
Е 59˚ 59,58΄
302
301
Амфибиотические насекомые северо-востока Пермского края …
№
36
37
38
39
40
Пункт сбора
материала
Останец Восьмерка
Исток ручья
Малый Лиственничный
Р. Курыксарка
Исток
р. Танкосии
(Болотной)
Урочище 71
квартал
Географическое положение
и бассейновая принадлежность
Хр. Чувал; водораздел рек
Вишеры и Велса
Северный склон хр. Чувальский камень; бассейн р.
Большой Мойвы
Западный склон хр. Чувальский камень; бассейн
Вишеры
Восточный склон хр. Чувальский камень; бассейн
Вишеры
Напротив хр. Чувальский
камень, долина Вишеры
Только личинками в наших сборах представлены и ручейники рода Polycentropus. Их идентификация как P. flavomaculatus вызывает определенные сомнения, так как по соседству водятся и другие представители рода, Polycentropus aquilonius
Martynov, 1926 и Polycentropus irroratus Curtis,
1835. Если первый из них до сих пор известен
только по типовой серии имаго, собранных А.В.
Мартыновым в начале XX в. на территории Карелии, то второй достаточно широко представлен в
европейской части России. Кроме того, три вида
рода Polycentropus известны на Кавказе. Мы сочли
себя вправе включить P. flavomaculatus в список
ручейников северо-востока Пермского края, так
как на Урале широко распространен именно этот
вид (см.: Паньков, 2000). Тем не менее подтверждение данного указания по имаго представляется
весьма желательным.
Ручейники рода Glossosoma на территории
Пермского края вплоть до недавнего времени указывались только по личинкам. Мы и прежде относили их к виду Glossosoma intermedia (Klapalek,
1892), поскольку из группы близких видов
Glossosoma (Eomystra) все достоверные находки на
территории Урала были именно этого вида (см.:
Pan’kov et al., 1996; Паньков, 2000). Кроме того, из
представителей указанной группы только G. intermedia имеет транспалеарктическое распространение, в то время как другие виды на территории России западнее Алтая не встречаются. Единственная
находка имаго самца G. intermedia на северо-западе
Пермского края подтвердила наличие этого вида в
составе региональной трихоптерофауны.
Следует заметить, однако, что на Северном
Урале и в Башкирии по преимагинальным фазам
был указан другой представитель этой группы ручейников – Glossosoma altaica Martynov, 1914 (см.:
Паньков, 2000). Данные находки не без оснований
были поставлены нами под сомнение (см.: Pan’kov
et al., 1996; Паньков, 2000), что вызвало встречные
возражения со стороны одного из их авторов данной публикации – В.Н. Шубиной (2004, 2006), суть
19
Географические
координаты
Высота над
уровнем моря
(м)
Окончание табл. 1
Характеристика
наземного местообитания
N 60˚ 59,460΄
Е 58˚ 56,633΄
840
Горная тундра
N 60˚ 58,832΄
Е 58˚ 58,496΄
786
Альпийский луг
N 60˚ 58,812΄
Е 58˚ 54,881΄
266
Темнохвойная
тайга
N 60˚ 57,330΄
Е 59˚ 01,098΄
751
Пойменный луг
с ивняком
N 60˚ 54,869΄
Е 58˚ 53,129΄
233
Темнохвойная
тайга
которых состояла в ссылке на компетентное мнение
О.А. Качаловой, определявшей ее материалы. Однако в своих последующих публикациях В.Н. Шубина (2007) фактически отказалась от идентификации личинок Glossosoma как G. altaica, ограничиваясь их определением до рода. По-видимому, дискуссию по поводу принадлежности личинок
Glossosoma из уральских водотоков к G. altaica следует считать завершенной.
Из 58 видов, обнаруженных нами на северовостоке Пермского края и сопредельных территориях, 10 видов указывались и ранее (Алексевнина,
Корионов, 2006): веснянки Leuctra fusca (Linnaeus,
1758), Isoperla obscura (Zetterstedt, 1840), Nemoura
cinerea (Retzius, 1783) и Diura nanseni (Kempny,
1900), поденки Baetis muticus (Linnaeus, 1758),
Heptagenia sulphurea (Mueller, 1776) и Cloeon luteolum (Mueller, 1776), ручейники Polycentropus
flavomaculatus Pictet, 1834, Rhyacophila nubila Zetterstedt, 1840 и Arctopsyche ladogensis (Kolenati,
1859). Из них только 5 видов, поденки B. muticus,
H. sulphurea, C. luteolum и ручейники P. flavomaculatus и A. ladogensis, могли считаться достоверно
идентифицированными. Определение других 5 видов требовало подтверждения по имаго.
Двенадцать таксонов северо-востока Пермского края, указанных в литературе (Алексевнина,
Корионов, 2006), нами не обнаружены: это веснянки Nemoura avicularis Morton, 1894, Xanthoperla apicalis (Newman, 1836), Capnia atra Morton,
1896 и Capnia bifrons Newman, 1839, поденки Siphlonurus lacustris Eaton, 1870, Heptagenia fuscogrisea
(Retzius, 1783) и Ephemerella ignita (Poda, 1761),
ручейники Chaetopterygopsis maclachlani Stein,
1874, Drusus sp., Brachycentrus subnubilus Curtis,
1834, Hydropsyche pellucidula (Curtis, 1834) и Lepidostoma hirtum (Fabricius, 1775).
Из них не вызывает сомнений нахождение
только одного вида – ручейников L. hirtum, идентификация которых по личинкам достаточно надежна. Что касается других видов, то их присутствие в составе энтомофауны северо-востока Перм-
20
А. Б. Крашенинников, Н. Н. Паньков, Н. В. Панькова, О. С. Старова
ского края нуждается в подтверждении по взрослым формам. Пока этого не будет сделано, они
должны быть исключены из фаунистических списков данного региона.
Карта-схема района исследований. Цифровые обозначения соответствуют номерам пунктов сбора в табл. 1
Так, в семействах Capniidae и Chloroperlidae по
личинкам подчас нельзя различить даже некоторые широко распространенные роды (например,
Capnia и Mesocapnia, Xanthoperla и Siphonoperla),
не говоря уже о составляющих их видах. То же
самое можно сказать и о роде Nemoura: на Урале
известно 7 видов этого рода, надежно различающихся лишь по признакам имаго самцов. Эти сомнения тем более обоснованны, что в таблицы
Определителя… (1977), которым пользовались
М.С. Алексевнина и А.А. Корионов (2006), включены описания только 4 из них.
Поденки S. lacustris принадлежат к группе видов Siphlonurus s.str., в личиночной стадии не отличимых друг от друга. В Пермском крае наряду с
S. lacustris встречается еще один представитель
этой группы – Siphlonurus aestivalis Eaton, 1903
(Паньков, 2007). Более того, вызывает серьезные
сомнения правильность идентификации этих личинок даже до семейства. Дело в том, что нимфы
21
Амфибиотические насекомые северо-востока Пермского края …
Siphlonuridae обитают в стоячих и слабопроточных
водоемах; в руслах водотоков они встречаются
крайне редко и только в прибрежье, среди зарослей высшей водной растительности. Отмеченный
М.С. Алексевниной и А.А. Корионовым (2006)
факт обитания сифлонурид на перекатах горных
рек, да еще и в массовом количестве, находится в
явном противоречии с их экологическими пред-
почтениями. Возможно, как S. lacustris были определены весьма обычные в Вишере и ее притоках
личинки Baetis s.str., по окраске и форме тела отдаленно похожие на сифлонурид; в этой связи отсутствие Baetis s.str. в опубликованном М.С. Алексевниной и А.А. Корионовым (2006) списке представляется симптоматичным.
Таблица 2
Амфибиотические насекомые северо-востока Пермского края и сопредельных территорий
Материал
Таксон
Пункты сбора*
Самцы
Самки
Личинки
ОТРЯД EPHEMEROPTERA
Семейство Siphlonuridae
15, 33
2
3
0
Parameletus minor Bengtsson, 1909
Семейство Ameletidae
23, 27, 31, 33, 34
7
12
0
**Ameletus inopinatus Eaton, 1885
Семейство Baetidae
10, 17, 27, 30, 33, 40
2
10
4
Baetis fuscatus (Linnaeus, 1761)
27
0
1
0
**Baetis lapponica (Bengtsson, 1912)
8, 31, 33, 34
2
11
0
Baetis inexpectatus (Tshernova, 1928)
8, 16, 17, 23, 27, 30, 31,
Baetis muticus (Linnaeus, 1758)
5
8
2
33, 34, 38, 40
Baetis rhodani (Pictet, 1845).
Baetis scambus Eaton, 1870.
Baetis vernus Curtis, 1830
Cloeon bifidum Bengtsson, 1912
Cloeon luteolum (Mueller, 1776)
Семейство Heptageniidae
Cinygma lyriformis (McDunnough, 1924)
Ecdyonurus aurantiacus (Burmeister, 1839)
Ecdyonurus joernensis Bengtsson, 1909
Heptagenia coerulans Rostock, 1878
Heptagenia sulphurea (Mueller, 1776)
Семейство Ephemeridae
Ephemera lineata Eaton, 1870
Семейство Caenidae
Caenis rivulorum Eaton, 1884
Семейство Leptophlebiidae
Habrophlebia lauta McLachlan, 1884
Семейство Ephemerellidae
Ephemerella aurivillii Bengtsson, 1908
Ephemerella mucronata (Bengtsson, 1909)
ОТРЯД PLECOPTERA
Семейство Perlodidae
Arcynopteryx compacta (McLachlan, 1872)
Diura bicaudata (Linnaeus, 1758)
Diura nanseni (Kempny, 1900)
Diura sp.
Isoperla grammatica (Poda, 1761)
Isoperla obscura (Zetterstedt, 1840)
Isoperla sp.
1, 13, 35, 38
1, 15, 17, 23, 27, 30, 31,
33, 34
1, 11, 13, 16, 17, 23, 27,
30, 38, 40
16, 40
27
10
23
6
4
9
3
11
11
39
0
1
2
0
0
0
8, 20, 23, 34
13
17, 30, 33, 34
15, 16, 17, 23, 27, 30,
33, 38
11, 13, 14, 16, 17, 23,
30, 33, 34, 38
2
0
6
1
0
0
8
3
10
8
11
17
2
2
69
11, 13
1
2
2
40
9
0
0
12, 13, 27
3
3
2
11, 23, 31
17, 23, 30
2
0
5
0
9
41
11
8
38
6
3
6
0
–
–
–
–
22
0
2
–
17
35
–
–
–
19
2, 13, 14, 16, 23, 27, 28,
33, 34, 37, 38
27, 40
13, 27, 40
11, 12, 16, 17, 27, 30,
33, 34, 38, 40
14, 33
12, 16, 17, 23 27, 30,
31, 33, 37
11, 12, 16, 17, 27, 30,
33, 34, 38, 40
22
А. Б. Крашенинников, Н. Н. Паньков, Н. В. Панькова, О. С. Старова
Таксон
Семейство Chloroperlidae
Isoptena serricornis (Pictet, 1841)
Siphonoperla burmeisteri (Pictet, 1839)
Семейство Nemouridae
Amphinemura borealis (Morton, 1894)
Amphinemura standfussi (Ris, 1894)
Amphinemura sp.
** Nemoura arctica Esben-Petersen, 1910
Nemoura cinerea (Retzius, 1783)
Nemoura flexuosa Aubert, 1949
Nemoura sp.
Nemurella pictetii Klapalek, 1898
**Protonemura intricata (Ris, 1902)
Семейство Leuctridae
Leuctra digitata Kempny, 1899
Leuctra fusca (Linnaeus, 1758)
Leuctra hippopus Kempny, 1899
Leuctra sp.
Пункты сбора*
37
23, 31
Самцы
Продолжение табл. 2
Материал
Самки
Личинки
0
0
1
2
0
0
4
20
–
0
–
1
–
–
6
6
26
–
6
2
–
2
1
22
1
–
0
1
–
–
8
0
0
2
4
–
7
13
–
0
–
4
–
–
2
5
7
58
0
0
164
1
0
24
20, 33, 34
12, 13
1
0
0
0
4
4
11, 13, 14, 23, 30
0
0
71
11, 15, 40
0
0
26
17, 20
27
4
1
1
0
0
0
27
1
0
0
15
1
0
0
1, 4, 11, 17, 20, 30, 32,
33
36
5
22
11, 13, 14, 23, 27, 33, 34
7
7
117
17
15, 27
16, 27
27
27
12
16
1
1
–
2
1
1
1
0
4
–
0
–
–
–
0
–
3
0
–
–
–
14, 16, 17, 27, 30, 33,
34, 38
33
15, 27
1, 3, 4, 5, 16, 18, 19, 20,
28, 29, 33, 34, 37, 38
4, 13, 14, 27, 33, 35, 38
40
15, 23, 27
27, 38
33, 38
9
9, 12, 16, 17, 20, 27, 30,
33, 38, 40
27
ОТРЯД TRICHOPTERA
Семейство Rhyacophilidae
Rhyacophila nubila Zetterstedt, 1840
Семейство Glossosomatidae
Agapetus ochripes Curtis, 1834
Glossosoma intermedia (Klapalek, 1892)
Семейство Polycentropodidae
Plectrocnemia conspersa (Curtis, 1834)
Polycentropus flavomaculatus Pictet, 1834
Семейство Arctopsychidae
Arctopsyche ladogensis (Kolenati, 1859)
Семейство Hydropsychidae
Hydropsyche nevae (Kolenati, 1858)
Семейство Phryganeidae
**Agrypnia obsoleta (Hagen, 1859)
Semblis phalaenoides (Linnaeus, 1758)
Семейство Sericostomatidae
Sericostoma personatum (Kirby et Spence, 1826)
Семейство Leptoceridae
Athripsodes albifrons (Linnaeus, 1758)
Семейство Brachycentridae
Micrasema gelidum McLachlan, 1876
Семейство Apataniidae
Apatania stigmatella (Zetterstedt, 1840)
Семейство Limnephilidae
** Anabolia brevipennis Curtis, 1834
**Anabolia furcata Brauer, 1857
Anabolia sp.
** Asynarchus lapponicus Zetterstedt, 1840
***Halesus digitatus Schrank, 1781
Halesus radiatus (Curtis, 1834)
Halesus tesselatus Rambur, 1842
12, 13, 14, 16, 23, 27,
30, 33, 34, 38
11, 13, 14, 17, 23, 30,
33, 34
17, 30, 33
23
Амфибиотические насекомые северо-востока Пермского края …
Таксон
Halesus sp.
Limnephilus rhombicus (Linnaeus, 1758)
Limnephilus sp.
Всего
Пункты сбора*
16, 17, 27
17
17, 27
Самцы
–
1
–
209
Окончание табл. 2
Материал
Самки
Личинки
5
0
–
289
11
–
2
817
Примечания: * – номера пунктов сбора материала см. в табл. 1; ** – вид впервые отмечен в Пермском крае; *** –
вид впервые отмечен на Урале.
Личинки поденок H. fuscogrisea при надлежащем уровне квалификации специалиста могут
быть идентифицированы достаточно надежно, однако некоторые обстоятельства все же заставляют
усомниться в правильности их определения. Эти
насекомые характеризуются как фитофильные
формы, избегающие быстрого течения, поэтому
присутствие их в составе доминантного комплекса
зообентоценозов плесов и перекатов горной реки
Ниолс (см.: Алексевнина, Корионов, 2006) представляется маловероятным. Возможно, как H. fuscogrisea были идентифицированы широкожаберные личинки E. joernensis, достаточно обычные в
реках Уральской горной страны (Паньков, 2007).
Такая ошибка представляется вполне возможной,
поскольку описание сибирского вида E. joernensis
в Определителе… (1977), ориентированном на европейскую фауну, отсутствует.
При идентификации личинок поденок рода
Ephemerella специалисту, пользующемуся Определителем… (1977) и недостаточно знакомому с
зоогеографическими особенностями Урала, легко
допустить ошибку и определить как E. ignita других представителей рода, имеющих основную
часть ареала в Сибири – молодых личинок E. mucronata и E. aurivillii, не описанных в данном источнике. В этом убеждает и тот факт, что М.С.
Алексевнина и А.А. Корионов (2006) указывают E.
ignita как вид, массовый во всех обследованных
водотоках, в то время как действительно массовые
на Северном Урале E. aurivillii и E. mucronata в
списке отсутствуют.
Указание C. maclachlani и Drusus sp. на северовостоке Пермского края существенно изменяет
наши представления о географическом распространении этих таксонов и потому требует от специалистов повышенной осторожности. Так, ближайшие достоверные находки сибирского C. maclachlani относятся к Полярному Уралу, а Drusus sp.
на территории России до сих пор не был известен
за пределами Кавказа, что заставляет отнестись к
информации о их присутствии в составе трихоптерофауны нашего региона весьма скептически. К
тому же эти ручейники принадлежат к семейству
Limnephilidae – таксону, признанному систематиками одной из наиболее проблематичных групп
Trichoptera. В силу того, что преимагинальные
стадии ассоциированы менее чем для половины
описанных видов лимнефилид, а используемые
определительные таблицы часто построены на неадекватных признаках, весьма неполны и содержат
много ошибок, среди ручейников Limnephilidae по
личинкам невозможно различить даже некоторые
обычные роды (Иванов, Григоренко, 1997). Таким
образом, ошибочное указание C. maclachlani и
Drusus sp. в нашем регионе весьма вероятно.
Наши сомнения в правильности определения
ручейников B. subnubilus вызваны следующими
обстоятельствами. Дело в том, что на территории
Урала обитает три вида семейства Brachycentridae
(см.: Паньков, 2000), в то время как в таблицы Определителя… (1977) включено описание только
одного из них, а именно B. subnubilus, населяющего равнинные водотоки Палеарктики. Наши исследования показали, что на северо-востоке Пермского края водится другой представитель семейства –
холодолюбивый Micrasema gelidum McLachlan,
1876, имеющий основную часть ареала в Сибири.
Ручейники H. pellucidula принадлежат к числу
массовых элементов трихоптерофауны Пермского
края (Паньков, 2000), однако в его северовосточной части этот вид нами не зарегистрирован. Здесь в изобилии водится другой представитель рода – Hydropsyche nevae (Kolenati, 1858),
имеющий основную часть ареала в Сибири. Описание H. nevae в Определителе… (1977) отсутствует, а принятая в нем система признаков не позволяет отличить его от других темноокрашенных
гидропсихид, поэтому ошибочная идентификация
этого вида как H. pellucidula весьма вероятна.
По сравнению со списками соседних регионов,
список амфибиотических насекомых северовостока Пермского края довольно краток. Так, в
бассейне р. Сылвы установлено 37 видов поденок,
18 – веснянок, 61 – ручейников. В бассейне р. Чусовой отмечается 39 видов поденок, 21 – веснянок,
29 – ручейников. В равнинной части бассейна
Средней Камы констатировано 36 видов поденок,
16 – веснянок, 68 – ручейников (Паньков, 2000,
2004, 2007; Pan’kov, Novokshonov, 2003). В бассейне р. Щугор обнаружено 43 вида поденок, 20 –
веснянок, 29 – ручейников (Шубина, 1986). В наших сборах совершенно отсутствуют насекомые,
составляющие весенний аспект амфибиотической
энтомофауны – веснянки семейств Taeniopterygidae и Capniidae. Вовсе не отмечены или исключительно бедно представлены ручейники семейств
Hydroptilidae, Limnephilidae и Leptoceridae, до-
24
А. Б. Крашенинников, Н. Н. Паньков, Н. В. Панькова, О. С. Старова
вольно разнообразные в бассейне Средней Камы
(12, 14 и 24 вида соответственно).
По-видимому, настоящая работа в силу краткости периода наблюдений не может претендовать
на сколь бы то ни было полное выявление таксономического состава изучаемой фауны (особенно
ручейников), и пробелы в публикуемых здесь видовых списках могут объясняться не столько объективно присущими ей (фауне) негативными чертами, сколько далеко не исчерпывающим характером наших исследований.
Имеющийся в нашем распоряжении материал в
силу недостаточности своего объема пока не позволяет провести детальное сопоставление фаун
амфибиотических
насекомых
северо-востока
Пермского края и других регионов Урала. Тем не
менее их некоторые особенности могут быть выявлены уже сейчас.
Анализ материала позволил установить, что
амфибиотические
насекомые
северо-востока
Пермского края и сопредельных территорий подразделяются на несколько групп, различающихся
по своей представленности в разных областях
Урала и прилежащих землях. Наиболее многочисленную группу, насчитывающую 30 видов, составляют насекомые, распространенные на значительном протяжении Уральской горной страны –
от бассейна р. Щугор (Северный Урал) до бассейна р. Белой (Южный Урал). Некоторые из них (21
вид) идут еще дальше на север, достигая территории Приполярного Урала.
Часть видов в той или иной мере приурочена к
северным областям Урала. Некоторые из них широко представлены в бассейне Печоры, но на территории Пермского края не известны за пределами
его северо-восточного сектора: это поденки A. inopinatus и B. lapponica, веснянки N. arctica, ручейники A. brevipennis и A. lapponicus. По-видимому,
северо-восток Пермского края служит южным
форпостом их сплошного распространения на севере Европы. Южные границы ареалов шести видов, поденок E. mucronata и C. lyriformis, ручейников M. gelidum и веснянок D. nanseni, I. serricornis
и P. intricata, достигают бассейнов рек Яйвы и
Косьвы. Пять видов, поденки E. aurivillii, E. joernensis и P. minor, веснянки D. bicaudata и ручейники H. nevae, распространены на Урале до бассейна Чусовой включительно.
Обращает на себя внимание зоогеографический
состав группы «северных» видов. Три из них, веснянки N. arctica, D. nanseni, D. bicaudata, имеют
ареалы циркумполярного типа. Восемь видов, поденки A. inopinatus, E. mucronata, E. aurivillii, E.
joernensis, C. lyriformis и ручейники A. lapponicus
M. gelidum и H. nevae, принадлежат к группе восточных палеарктов, имеющих основную часть
ареала в Сибири. Для одного из них, C. lyriformis,
Урал является западной границей распространения. Другие виды, перевалив через Уральские горы, узкой полосой проникают в северные области
Европы, достигая при этом на западе разных рубежей. Так, поденки E. mucronata и E. aurivillii доходят до Скандинавии, ручейники A. lapponicus,
M. gelidum и H. nevae – до Кольского полуострова
и Карелии; A. inopinatus, кроме того, встречается в
горах Западной и Центральной Европы. Наиболее
обширную европейскую часть ареала имеют поденки E. joernensis; на западе она охватывает
Скандинавию, на юге – среднюю полосу Восточной Европы. Три вида, поденки P. minor и B. lapponica и веснянки I. serricornis, распространены на
севере Европы; Уральские горы служат восточной
границей их ареалов. Ручейники A. brevipennis относятся к европейско-сибирской ареалогической
группе; этот вид широко распространен в Европе и
южной полосе Сибири вплоть до Забайкалья.
Только один вид веснянок, P. intricata, имеет европейский тип ареала.
Часть видов приурочена преимущественно к
южным областям Урала; к ним относятся поденки
H. coerulans, ручейники A. albifrons и A. ochripes.
Северо-восток Пермского края выступает северной границей их распространения в регионе. В отличие от группы «северных» видов, «южные» явно
тяготеют к западно-палеарктическому зоогеографическому комплексу. Так, ручейники A. albifrons
и A. ochripes имеют европейский тип ареалов, а
поденки H. coerulans, кроме Европы, распространены на Алтае.
Шесть видов, веснянки A. compacta, ручейники
A. obsoleta, S. phalaenoides, A. stigmatella, A. furcata
и S. personatum, отмечены как в северных, так и в
южных областях региона, но не известны на территории Среднего Урала. Отчасти это может быть
объяснено недостаточной изученностью региональной энтомофауны. Так, на территории Среднего Урала следует ожидать нахождения широко
распространенных видов ручейников – палеарктических A. obsoleta и S. phalaenoides и европейскосибирского A. furcata. Возможно, здесь водится и
европейский S. personatum, отмеченный на Тиманском кряже, северо-востоке Пермского края и в
бассейне р. Белой. Что касается голарктических
веснянок A. compacta и ручейников A. stigmatella,
характеризующихся бореально-альпийским распространением в европейской части своих ареалов, то их отсутствие на территории низкогорного
Среднего Урала представляется закономерным.
Из 58 видов амфибиотических насекомых, зарегистрированных на северо-востоке Пермского
края, 33 вида распространены и в равнинной части
бассейна Камы. Другие 25 видов в регионе не известны за пределами Уральской горной страны;
наиболее типичными представителями энтомофауны горных ландшафтов являются поденки A.
inopinatus, E. mucronata, E. aurivillii, E. joernensis и
C. lyriformis, веснянки N. arctica, A. compacta, D.
nanseni и D. bicaudata, ручейники A. ladogensis, A.
ochripes, A. stigmatella, G. intermedia, M. gelidum и
H. nevae. Примечательно, что большинство из них
Амфибиотические насекомые северо-востока Пермского края …
имеет сибирское происхождение и относится к
экологической группе холодолюбивых психрофильных реобионтов. Таким образом, Уральские
горы служат своеобразным фаунистическим коридором, по которому генетически сибирские виды
могут проникать значительно южнее области их
сплошного распространения в Европе.
С другой стороны, некоторые виды, весьма
обычные в равнинной части бассейна Камы, не
обнаружены на северо-востоке Пермского края:
это поденки Ephoron virgo (Olivier, 1791), Potamanthus luteus (Linnaeus, 1767), Caenis macrura
Stephens, 1835 и Ephemerella ignita (Poda, 1761),
веснянки Isogenus nubecula Newman, 1833, Isoperla
difformis (Klapalek, 1909) и Perlodes dispar Rambur,
1842, ручейники Psychomyia pusilla (Fabricius,
1781), Cheumatopsyche lepida (Pictet, 1834), Hydropsyche contubernalis McLachlan, 1865, H. pellucidula и B. subnubilus. В основном эти виды относятся к европейской генетической группе и характеризуются как умеренно-тепловодные потамобионты – обитатели крупных равнинных водотоков.
Некоторые из них проникают в предгорья и в южные районы Уральской горной страны, достигая
при этом на севере и востоке различных рубежей.
Так, ручейники H. contubernalis отмечены в бассейне Чусовой, поденки C. macrura, P. luteus, ручейники Ch. lepida, H. pellucidula и B. subnubilus –
в р. Яйве, поденки E. ignita, веснянки I. nubecula и
ручейники P. pusilla – в Средней Вишере.
В целом фауна амфибиотических насекомых
северо-востока Пермского края по своему составу
существенно ближе к таковой республики Коми –
из 58 зарегистрированных здесь видов 53 являются
общими с энтомофауной бассейна Печоры; из них
47 – общие с ее североуральской частью, 43 – с
тиманской, 37 – с Приполярным Уралом. С бассейном Чусовой северо-восток Пермского края
объединяет лишь 38 общих видов, с бассейном р.
Белой – 36, с равнинной частью бассейна Средней
Камы – только 32 вида.
Работа выполнена при финансовой поддержке
РФФИ (грант № 07-04-96001).
Библиографический список
Алексевнина, М.С. Донная фауна Верхней Вишеры
и ее притоков в районе Вишерского заповедника / М.С. Алексевнина, А.А. Корионов // Заповедник Вишерский: итоги и перспективы исследований. Пермь, 2006. С. 76–79.
Бенинг, А.Л. Материалы по гидрофауне р. Камы //
Работы Волжской биол. станции. 1928. Т. 9, №
4–5. С. 237–286.
Биология Воткинского водохранилища / под ред.
М.С. Алексевниной. Иркутск: Изд-во Иркутск.
ун-та, 1988.
25
Жильцова, Л.А. Отряд Plecoptera – Веснянки // Определитель насекомых Европейской части
СССР. Т. I. М.; Л.: Наука, 1964. С. 177–200.
Жильцова, Л.А. Веснянки (Plecoptera). Группа Euholognatha. СПб.: Наука, 2003. 538 с.
Громов, В.В. Донная фауна р.Камы, ее годовая динамика и изменения под влиянием загрязнения.
дис. … канд. биол. наук / Громов В.В. Молотов, 1953. 287 с.
Иванов, В.Д. Исследования личинок ручейников
фауны России / В.Д. Иванов, В.Н. Григоренко //
Проблемы происхождения, систематики и экологии ручейников России и сопредельных территорий: материалы V Всерос. трихоптеролог.
симп. Воронеж, 1997. С. 7–12.
Иванов, В.Д. Trichoptera ручейники / В.Д. Иванов,
В.Н. Григоренко, Т.И. Арефина // Определитель пресноводных беспозвоночных России и
сопредельных территорий. Т. 5. Высшие насекомые. СПб., 2001. С. 7–72.
Качалова, О.Л. Отряд Trichoptera – Ручейники //
Определитель насекомых Европейской части
СССР. Т. IV. Большекрылые, верблюдки, сетчатокрылые, скорпионовые мухи и ручейники.
Л.: Наука, 1987. С. 107–193.
Клюге, Н.Ю. Поденки (Ephemeroptera) // Определитель пресноводных беспозвоночных России и
сопредельных территорий. Т. 3. Паукообразные.
Низшие насекомые. СПб., 1997. С. 175–220.
Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР (планктон и бентос) /
под ред. Л.А. Кутиковой и Я.И. Старобогатова.
Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 510 с.
Паньков, Н.Н. К познанию биологического разнообразия водоемов Западного Урала. Фауна поденок (Insecta: Ephemeroptera) р. Сылвы и их
роль в донных биоценозах // Проблемы биологического разнообразия водных организмов
Поволжья. Тольятти, 1997. С. 134–139.
Паньков, Н.Н. Зообентос текучих вод Прикамья /
Н.Н. Паньков. Пермь: Гармония, 2000. 192 с.
Паньков, Н.Н. Фауна веснянок (Plecoptera) Прикамья // Фауна, вопросы экологии, морфологии и
эволюции амфибиотических и водных насекомых России: материалы II Всерос. симп. по амфибиотич. и водным насекомым. Воронеж,
2004. С. 121–126.
Паньков, Н.Н. Поденки (Ephemeroptera) Пермского
Прикамья // Проблемы водной энтомологии
России и сопредельных стран: материалы III
Всерос. симп. по амфибиотич. и водным насекомым. Воронеж, 2007. С. 222–228.
Чернова, О.А. Отряд Ephemeroptera – Поденки //
Определитель насекомых Европейской части
СССР. Т. I. М.; Л.: Наука, 1964. С. 110–136.
Шубина, В.Н. Ручейники (Trichoptera) в бентосе
водоемов северо-востока Европы // Фауна, вопросы экологии, морфологии и эволюции амфибиотических и водных насекомых России: мате-
26
А. Б. Крашенинников, Н. Н. Паньков, Н. В. Панькова, О. С. Старова
риалы II Всерос. симп. по амфибиотич. и водным
насекомым. Воронеж, 2004. С. 273–278.
Шубина, В.Н. Бентос лососевых рек Урала и Тимана / В.Н. Шубина. СПб.: Наука, 2006. 401 с.
Шубина, В.Н. Ручейники (Trichoptera) в бентосе
водотоков бассейна верхнего течения Печоры //
Проблемы водной энтомологии России и сопредельных стран: материалы III Всерос. симп.
по амфибиотич. и водным насекомым. Воронеж, 2007. С. 380–385.
Таусон, А.О. Водные ресурсы Молотовской области / А.О. Таусон. Молотов, 1947. 321 с.
Pan'kov, N.N. Zoogeographic features of the amphibiotic insects fauna of the Urals (mayflies, stoneflies,
caddisflies) // Invertebrate animals diversity in the
North: Abst. Second Inter. Conf. Syktyvkar, 2003.
P. 137.
Pan'kov, N.N. Caddisflies (Insecta: Trichoptera) of the
Sylva River Basin, the Middle Urals / N.N.
Pan'kov, V.D. Ivanov, V.G. Novokshonov // Russian Entomol. J., 1996. № 5 (1–4). P. 97–106.
Pan'kov, N.N. New data on Trichoptera of the Kama
Basin (West Urals) / N.N. Pan'kov, V.G. Novokshonov // Far Eastern Entomologist, 2003. № 128.
P. 12–14.
Поступила в редакцию 24.03.2008.
The amphibiotic insects of the north-east of Perm region and neighboring territories
(mayflies, stoneflies, and caddisflies)
A.B. Krasheninnikov, N.N. Pan'kov, N.V. Pan'kova, O.S. Starova
Faunistic investigations of amphibiotic insects in the north-east of Perm region and neighboring territories
revealed the presence of 58 species. Twenty-one species are belonged to mayflies, 20 – caddisflies, and 17 –
stoneflies. Six of these species are known only by larvae, 34 – only by imagoes. One species of caddisflies is
new for the Urals Mountains. Eight species of insects are recorded in the Perm region for the first time. Data on
the Ural fauna of amphibiotic insects are reviewed. Some peculiar faunistic features of the mayflies, stoneflies
and caddisflies inhabiting the Ural Mountains are discussed.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 576.895.771
КРОВОСОСУЩИЕ КОМАРЫ НА ЮГО-ЗАПАДЕ
ПОДТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ПЕРМСКОГО ПРИКАМЬЯ
Т. М. Кутузова, Н. С. Самарина
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Анализируются видовой состав, распространение, динамика численности и медицинское значение кровососущих комаров, обитающих на юго-западе подтаежной зоны Пермского Прикамья.
Подтаежная зона находится на юге Пермского
края. Она включает 13 административных районов,
из которых на самом юго-западе края расположен
Чайковский район, где проводились наши исследования. Площадь Чайковского района составляет 2155
км2. Для него характерно чередование возвышенных
и пониженных участков рельефа. Климат континентальный. Леса занимают значительную часть территории, причем к югу облесенность увеличивается.
Наблюдается смешение хвойных и лиственных пород. На территории района преобладают текучие водоемы, из которых самым крупным является р. Кама.
Болота занимают незначительные площади (Назаров,
Шарыгин, 1999).
Материал и методика исследований
Сбор материала проводился в 2003–2004 гг. по
стандартным методикам (Детинова и др., 1978).
Для изучения динамики численности количественные учеты имаго на открытом воздухе велись в
часы наибольшей суточной активности комаров, а
для изучения суточного ритма активности нападения – ежечасно в течение суток (12 суточных учетов). Рекогносцировочные учеты проводились методом отлова «на себе» пробиркой с обнаженного
предплечья в течение 15 мин. В стационарных
местах учета комаров отлавливали темным колоколом Березанцева с 5-минутной экспозицией. С
целью выявления малярийных комаров – потенциальных переносчиков малярии в Пермском крае
(Кутузова и др., 1996) – обследовались хлева для
содержания крупного рогатого скота. В разных населенных пунктах велись регулярные учеты на 12
дневках (187 обследований за 2 полевых сезона). В
г. Чайковском, помимо учета комаров на открытом
воздухе и в хлевах, они выявлялись в подвалах,
подъездах и квартирах многоэтажных жилых домов (305 осмотров). Объем собранного материала
составил 11509 экземпляров.
Для обнаружения мест выплода комаров было
© Т. М. Кутузова, Н. С. Самарина, 2008
27
обследовано 68 водоемов – 16 постоянных (пруды,
заводи рек) и 42 временных (лужи, колеи дорог,
ямы и др.).
Учеты комаров проводились в нижеперечисленных населенных пунктах и их окрестностях:
г. Чайковский, пос. Засечный, села Уральское,
Ольховка, Альняш, Фоки.
Город Чайковский – административный центр
Чайковского района – расположен на западе исследуемого района. Он раскинулся на границе с Удмуртией, на левом берегу Воткинского водохранилища. Площадь города – 31 км2, население в 2004 г.
составило 94.5 тыс. жителей. Большую часть города
занимают лесопарки и огороды. По периферии города расположены заводы и частный сектор, где население разводит крупный рогатый скот. По территории района протекают малые реки Мутнушка,
Светлушка и др. Заболоченностей нет. Учеты
взрослых комаров и их личинок велись на окраине
города в частном секторе, в лесопарковой зоне среди зарослей хвойных деревьев и в центре города.
Село Ольховка расположено на 12 км южнее г.
Чайковского, на левом берегу р. Камы. Село находится на открытом пространстве, окружено полями и
небольшими населенными пунктами. В нем проживает около 1 тыс. человек. 30% семей содержат
крупный рогатый скот, выпасаемый вдоль реки. Постоянных стоячих водоемов в селе нет. Учеты взрослых комаров велись на окраине села. Хлева обследовались на наличие в них малярийных комаров.
Село Фоки лежит в центре Чайковского района,
окружено сельскохозяйственными угодьями. В нескольких километрах от села находятся кирпичный
завод, птицефабрика и 2 фермы для содержания
крупного рогатого скота. Леса здесь частично вырублены, расчленены на мелкие участки, лишь в некоторых местах они представляют собой сплошные
массивы. Село удалено от г. Чайковского на 21 км.
Здесь проживает около 5 тыс. жителей, насчитывается более 460 дворов. Около 50% семей содержат
крупный рогатый скот. Учеты взрослых комаров ве-
28
Т. М. Кутузова, Н. С. Самарина
лись в окрестностях села на разнотравном лугу, примыкающем к хвойно-широколиственному лесу. Хлева осматривались с целью выявления дневок комаров.
Село Альняш лежит на востоке Чайковского
района, граничащего здесь с Еловским и Куединским районами. Село расположено на равнине, со
всех сторон окружено сельскохозяйственными полями и смешанными лесами. В селе 90 дворов,
проживает около 1 тыс. человек. На территории
села 2 водоема – р. Альняш и искусственный пруд,
используемый жителями для хозяйственных нужд.
По берегам пруда выпасается скот. В селе проводился осмотр предполагаемых дневок комаров, на
окраине села в смешанном лесу – учет взрослых
комаров.
Поселок Засечный располагается на севере
Чайковского района. В поселке 170 дворов, проживает около 1200 человек. Поселок окружен густым лесом, раскинулся вдоль р. Сайгатки, которая
перегорожена для создания хозяйственного пруда.
В поселке проводились регулярные осмотры хлевов с целью выявления дневок комаров. Количественные учеты имаго на открытом воздухе велись
на поляне в центре поселка и на разнотравном лугу на окраине поселка, примыкающему к лесу.
Село Уральское расположено на юге района
исследований и Пермского края, на границе с
Башкирией и Удмуртией. Сельское население в
2004 г. составляло здесь 1166 человек, насчитывалось 130 дворов. Село находится на равнине, раскинувшись вдоль р. Поши, которая перегорожена,
в результате чего создан пруд. И пруд, и река используются жителями для водопоя животных и
для других хозяйственных нужд. Учеты комаров
проводились в центре села и на окраине, на берегу
пруда. Регулярно осматривались хлева для выявления дневок комаров.
Результаты исследований и их
обсуждение
Фауна комаров в юго-западной части подтаежной зоны Пермского Прикамья насчитывает 19 видов. К роду Aedes относится 16 видов, к родам Anopheles, Culex, Mansonia – по одному виду.
Таблица 1
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Видовой состав и встречаемость кровососущих комаров на юго-западе
подтаежной зоны Пермского Прикамья, 2003–2004 гг.
% вида в
Число
Вид
Кол-во экз.
сборах
учетов
На открытом воздухе
Aedes cantans Mg.
674
6.1
105
Ae. caspius Pall.
10
0.1
42
Ae. cinereus Mg.
693
6.3
197
Ae. communis Deg.
4517
41.2
482
Ae. cyprius Ludl.
16
0.1
11
Ae. euedes H. D. K.
53
0.5
29
Ae. excrucians Walk.
140
1.3
57
Ae. flavescens Mull.
341
3.1
149
Ae. intrudens Dyar.
3030
27.6
411
Ae. leucomelas Mg.
11
0.1
6
Ae. pionips Dyar.
176
1.6
109
Ae. pullatus Coq.
17
0.2
3
Ae. punctor Kirby.
166
1.5
83
Ae. riparius D. K.
261
2.4
47
Ae. sticticus Mg.
17
0.2
14
Ae. vexans Mg.
280
2.5
138
Mansonia richiardii Fic.
570
5.2
189
Всего
10972
100
511
В помещении (обнаружены только в
г. Чайковском)
Culex pipiens molestus Forsk. (в жилых домах,
489
100
184
всего 305 обследований)
Anopheles messeae Fall. (в хлевах, всего 104
48
100
17
обследования)
Доминирующими видами из рода Aedes, нападающими на открытом воздухе, являются Ae. communis и Ae. intrudens. В сумме они составили в сборах 78.5% в 2003 г. и 64.4% – в 2004 г. Индексы
встречаемости этих видов оказались самыми высокими (табл. 1).
Известно, что из 30 видов комаров, зарегистри-
Встречаемость, %
20.5
8.2
38.5
94.3
2.1
5.6
10.0
29.1
80.4
1.2
21.3
0.6
16.2
9.2
2.7
27.1
36.9
-
60.3
16.3
рованных в Пермском крае, в подзоне южной тайги
обитает 23 вида, доминирующим из которых является Ae. communis, субдоминирующим – Ae. intrudens. Сравнение этих результатов показало, что в
подтаежной зоне, расположенной южнее, лидирует
в численном отношении не только Ae. communis, но
и Ae. intrudens, численность которого становится
29
Кровососущие комары на юго-западе … Пермского Прикамья
выше. К числу субдоминирующих видов в подтаежной зоне можно отнести Ae. cantans, Ae. cinereus
и M. richiardii. Последний вид в таежной зоне повсеместно относится к числу редких (Кутузова,
1997), в то время как в подтаежной зоне, где климатические условия более благоприятны для этого теплолюбивого вида, он становится более многочис-
ленным. Степень обилия остальных видов, нападающих на человека на открытом воздухе, невелика.
Видовой состав и соотношение видов комаров
на открытом воздухе обследованных нами населенных пунктов в направлении с севера на юг приведены в табл. 2.
Таблица 2
Видовой состав и соотношение видов комаров, нападающих на людей в населенных
пунктах юго-запада подтаежной зоны Пермского Прикамья, 2003–2004 гг.
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Вид
Aedes cantans Mg.
Ae. caspius Pall.
Ae. cinereus Mg.
Ae. communis Deg.
Ae. cyprius Ludl.
Ae. euedes H. D. K.
Ae. excrucians Walk.
Ae. flavescens Mull.
Ae. intrudens Dyar.
Ae. leucomelas Mg.
Ae. pionips Dyar.
Ae. pullatus Coq.
Ae. punctor Kirby.
Ae. riparius D. K.
Ae. sticticus Mg.
Ae. vexans Mg.
Mansonia richiardii Fic.
Всего
пос. Засечный
19.1
0.9
–
40.3
–
0.5
1.1
0.2
19.7
–
–
–
2.3
–
–
3.5
12.4
100.0
г. Чайковский
4.3
–
3.8
45.7
–
–
0.1
–
41.1
–
–
–
–
–
–
5.0
–
100.0
В пос. Засечный выявлено 10 видов комаров, из
которых массовыми оказались Ae. communis, Ae. intrudens, Ae. cantans и M. richiardii, составившие в
сумме около 90% от всех отловленных комаров.
Установлено явное доминирование Ae. communis
(40.3% в сборах). Встречаемость этих видов оказалась также наибольшей, особенно Ae. communis –
97.6%.
В г. Чайковском было обнаружено на открытом
воздухе 6 видов комаров, из которых суммарную
долю в 86.8% составили 2 вида – Ae. communis и
Ae. intrudens. Индексы встречаемости этих видов
были наиболее высокими – 100 и 32.5% соответственно.
В с. Ольховка выявлено 5 видов, причем доминировали те же виды – Ae. communis и Ae.
intrudens, составившие в сумме 94.5% и имеющие
высокие показатели встречаемости – 100 и 80%
соответственно.
В с. Фоки обнаружено 9 видов кровососущих
комаров. Доминирующим видом оказался Ae.
communis, субдоминирующими – Ae. excrucians,
Ae. cantans, Ae. riparius и M. richiardii. Наиболее
встречаемыми видами были Ae. communis (100%),
Ae. excrucians (90.6%) и Ae. cantans (65.6%).
Встречаемость Ae. riparius и M. richiardii оказалась
заметно ниже, составив для обоих видов по 29.6%.
с. Ольховка
3.9
–
0.8
70.6
–
–
–
–
24.1
–
–
–
–
–
–
0.6
–
100.0
с. Фоки
с. Альняш
с. Уральское
11.2
–
–
36.2
–
–
19.4
4.4
3.5
–
7.5
–
–
8.8
0.2
–
8.8
100.0
6.5
2.2
–
39.1
–
–
–
–
25.4
–
–
–
–
7.2
–
3.9
15.7
100.0
6.3
1.0
2.0
48.2
0.7
0.8
1.1
1.3
22.4
0.5
3.3
0.7
1.1
0.9
0.6
4.0
5.1
100.0
В с. Альняш выявлено 7 видов комаров. Доминирующие виды – Ae. communis и Ae. intrudens –
составили в сборах 64.3%. Встречаемость этих видов максимальная – 100 и 66.6% соответственно.
В с. Уральское было отмечено наибольшее видовое разнообразие – 17 видов, что, на наш взгляд,
объясняется разнообразием биотопов. Доминирующие виды – Ae. communis и Ae. intrudens, субдоминирующий – M. richiardii. Встречаемость
первых двух видов – 96.0 и 76% соответственно,
последнего – 38.0%.
Таким образом, из полученных данных видно,
что на севере района исследования обитает 10, в
центральной части 5–9 и на юге – 17 видов комаров.
Во всех обследованных населенных пунктах и их
окрестностях явно доминирует Ae. communis, доля
которого в сборах от 36.2 до 70.6%. Встречаемость
этого вида везде свыше 90%. На втором месте по
степени доминирования в этих пунктах Ae.
intrudens, составивший в сборах от 19.7 до 41.1% (за
исключением с. Фоки – 3.5%). Встречаемость вида
достаточно высокая (32–76%).
Коэффициент фаунистического сходства по
Жаккару, позволяющий сравнивать видовое разнообразие исследованных нами населенных пунктов, оказался равным 0.3 при сопоставлении самого северного (пос. Засечный) с самым южным
пунктом (с. Уральское) и 0.5 при сопоставлении
30
период самая высокая численность отмечалась в
окрестностях пос. Засечный (64) и с. Уральского
(68 экз. за учет). В селах Фоки, Альняш, Ольховка
численность составила 47, 41 и 37 экз. за учет соответственно. Максимальные показатели численности комаров в центре населенного пункта были
примерно в 2 раза ниже, чем на окраине.
70
60
50
40
30
20
10
II
ав
гу
ст
I
III
ль
гу
ст
ав
II
ию
I
ию
ль
ль
нь
ию
ию
нь
ию
III
0
II
Численность, экз/учет
колоколом Березанцева
самого западного (с. Ольховка) с восточным (с.
Альняш) пунктом исследования.
Как отмечалось выше, наряду с учетами комаров на открытом воздухе нами велся поиск возможных дневок малярийного комара An. messeae и
мест его выплода. Из обследованных населенных
пунктов вид был обнаружен только на окраине г.
Чайковского (табл. 1), причем численность популяции из-за небольших площадей выплода оказалась низкой. Дневками Ae. messeae служили хлева
для содержания крупного рогатого скота на окраине города, а выплод происходил недалеко от
дневок в небольших, заросших растительностью
естественных прудах. Максимальная численность
имаго на дневках составила 1.2 экз/м2, а средняя
численность личинок – 0.6 экз/м2. В остальных населенных пунктах комары не были обнаружены.
Несмотря на наличие большого количества потенциальных прокормителей во всех исследованных
населенных пунктах, выплод комаров там был невозможен из-за отсутствия условий для обитания
личинок в стоячих водоемах – искусственных прудах, в значительной степени загрязненных хозяйственными и бытовыми отходами. В этих водоемах происходило развитие лишь личинок Cx. pipiens pipiens L.
Городской комар Cx. p. molestus на территории
района исследований обитает только в многоэтажных жилых домах г. Чайковского (табл. 1). Развитие
личинок в основном происходит в подвалах этих
домов. Плотность их достигает максимум 60 экз/м2.
Наибольшая численность имаго отмечена в подвалах (2 экз/м2). В подъездах она составила 0.2 экз/м2,
а в квартирах – 0.03 экз/м2. Наиболее заселенными
оказались дома, расположенные ближе к окраине
города, а не в его центральной части. На открытом
воздухе комары Cx. p. molestus не были зарегистрированы.
Суточный ритм активности нападения комаров
в исследованных населенных пунктах носит сходный характер. В июне – июле вечерний подъем активности отмечался с 18 до 23 час. (пик в 23 часа),
утренний – с 5 до 10 (пик в 6 час.). В августе в связи с сокращением фотопериода вечерний подъем
активности происходил с 17 до 21 часа с максимумом в 20 час., а утренний – с 7 до 10 час. с максимумом в 8 час. Оптимальными для нападения комаров были температура воздуха +17 … +20°C и
относительная влажность воздуха 65–80%.
В сезонном ходе численности комаров в разные
годы и разных местах исследования отмечено
большое сходство результатов. Ход численности
имеет вид одновершинной кривой (рисунок).
К началу июня выплод комаров во временных
водоемах заканчивается. К этому времени пересыхает большинство водоемов. В сохранившихся отмечались в основном единичные куколки. В июне
происходит быстрое нарастание численности (с 5–
10 до 8–30 экз. за учет). С III декады июня по I декаду июля наблюдается пик численности. В этот
Т. М. Кутузова, Н. С. Самарина
Период (декада)
A e. communis
Ae. intrudens
Сумма в идов
Сезонный ход численности кровососущих комаров в
окрестностях с. Уральское, 2003 г. Учет колоколом
Березанцева
Со II–III декады июля численность комаров начинает неуклонно снижаться и к концу августа достигает единичных экземпляров за учет. Общий характер кривой определяют два доминирующих моноцикличных вида – Ae. communis и Ae. intrudens.
Учитывая довольно высокую численность комаров
на территории населенных пунктов в середине лета,
следует отметить их отрицательное влияние на условия проживания людей в этот период.
Выводы
1. На юго-западе подтаежной зоны Пермского
края обитает 19 видов кровососущих комаров, из
которых доминируют 2 вида – Ae. communis и Ae.
intrudens. Суммарная доля этих видов в сборах составляет от 64 до 78%. К субдоминирующим видам относятся Ae. cantans, Ae. cinereus, M. richiardii. Остальные виды малочисленны. Видовое разнообразие увеличивается к югу зоны.
2. Лёт комаров продолжается с июня по август.
Наиболее интенсивному нападению комаров люди
подвергаются с III декады июня по II декаду июля
в утренние (5–10) и вечерние (18–23) часы, когда
на территории населенных пунктов на человека
нападает от 37 до 68 экземпляров за 5 мин.
3. Потенциальный переносчик малярии An. messeae обнаружен только в г. Чайковском, где его значение невелико из-за низкой численности популяции. В целом в районе исследований нет благоприятных условий для выплода этого вида, в связи с
чем появление здесь местных случаев малярии маловероятно.
Кровососущие комары на юго-западе … Пермского Прикамья
4. В многоэтажных жилых домах г. Чайковского
происходит нападение городского комара Cx. p. molestus, численность которого сравнительно невелика
и составляет от 0.03 экз/м2 в квартирах до 2.6 экз/м2
в подвалах, где идет выплод вида. Нападение комаров на открытом воздухе не отмечалось.
Библиографический список
Детинова, Т.С. Унификация методов учета численности кровососущих двукрылых насекомых
/ Т.С. Детинова, С.П. Расницын, Н.Я. Маркович, Е.С. Куприянова, А.С. Аксенова, В.Н.
Ануфриева, А.И. Бандин, О.Н. Виноградская,
А.А. Жаров // Мед. паразитол. 1978. Т. 47, №5.
С. 84–92.
31
Кутузова, Т.М. Потенциальные факторы риска передачи малярии на территории Пермской области / Т.М. Кутузова, И.С. Морозова, М.В.
Девятова // Приоритетные проблемы инфекционной и неинфекционной патологии. материалы межрегион. науч.-практ. конф. Пермь, 1996.
С. 81–84.
Кутузова, Т.М. Эколого-фаунистический обзор
кровососущих комаров (Diptera, Culicinae)
Пермской области // Вестн. Перм. ун-та. 1997.
Вып. 3. Биология. С. 139–147.
Назаров, Н.Н. География Пермской области / Н.Н.
Назаров, М.Д. Шарыгин. Пермь: Кн. мир, 1999.
С. 27–89.
Поступила в редакцию 28.03.2008
The mosquitoes of the south-western subnemoral zone of the Perm Prikamye
T.M. Kutuzova, N.S. Samarina
The fauna, the species distribution, seasonal dynamics and the medical part of mosquitoes found in the southwestern subnemoral zone of the Perm Prikamye are analysed.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 595.794/799-19
ПЧЕЛЫ (HYMENOPTERA, APOIDEA) ОСТРОВНОЙ
КУНГУРСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ
В. А. Лыков
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
На обследованной территории Кунгурской лесостепи выявлено 295 видов пчелиных. Впервые приводится полный список пчел надсемейства Apoidea, обнаруженных в лесостепном регионе Пермского края. Дополняются списки большинства семейств, опубликованные для
камского Предуралья в целом (Лыков, 1997, 2000, 2001, 2004, 2007). На территории Пермского края к настоящему времени выявлено 409 видов пчел (Hymenoptera, Apoidea).
Andrena cordialis F.Mor., A. curvingula Thomson, A.
incisa Eversm., A. nitidiscula Schenck, A. simillima
Smith, A. taraxaci Gir., Halictus leucopymatus D.-T.,
H. semilucens Alfken, Megachile pilicrus F.Mor.,
Osmia confusa F.Mor., Nomada cinnobarina F.Mor., N.
guttulata Schenck, N. sibarita Schmied, N. zonata Pz.
Фауна пчелиных Пермского края и сопредельных территорий исследована достаточно полно
(Никифорук, 1958; Леви, Сысолетина, Шернин,
1974; Ситдиков, 1986; Юферев, 2003; Адаховский,
2007; Колосова, 2007; Лыков, 2007 и др.), но до
последнего времени не изучались пчелиные островной Кунгурской лесостепи – уникального природного комплекса, расположенного на юговостоке Пермского края. В 2000–2007 гг. на этой
территории обследованы окрестности населенных
пунктов Суда, Березовая гора, Ергач и Плеханово,
включая ботанический памятник Спасская гора. В
сборе и обработке материала активное участие
приняли студенты, специализирующиеся на кафедре зоологии беспозвоночных и водной экологии ПГУ, А.В. Малышева, С.П. Бондаренко,
О.М. Корелина и Е.В. Чернышева, за что автор
выражает им глубокую признательность. Всего
собрано и определено на территории лесостепи
5479 экземпляров пчел. Установление видового
состава проводилось по «Определителю насекомых европейской части СССР» (Осычнюк и
др.,1978).
На обследованной территории островной Кунгурской лесостепи выявлены 42 рода и 295 видов
пчелиных (табл.1) – больше, чем в любом другом
регионе Пермского края (Лыков, 2007). Это можно
объяснить тем, что лесостепной анклав, находящийся в пределах полосы широколиственно-хвойных лесов, представляет собой своеобразный экотон, где приграничный эффект способствует увеличению видового разнообразия (Одум, 1975).
В Кунгурской лесостепи обнаружены 32 вида
пчел, не встречавшиеся на остальной территории
Пермского края (отмечены звёздочкой в таблице).
Часть из этих видов упоминалась ранее в публикациях (Корелина, 2005; Лыков, 2007; Чернышева,
2007). В сборах 2006–2007 гг. выявлены 14 новых
для лесостепи и Пермского края в целом видов:
Видовой состав и относительная численность
пчелиных островной Кунгурской лесостепи
(2000-2007 гг.)
Семейство и вид
% в сборах
Colletidae
5.18
Prosopis angustata Schenck
0.04
P.annularis Kirby
0.13
P. annulata L.
1.00
P. bisinuata Förster
0.33
P. brevicornis Nyl.
0.13
P. communis Nyl.
0.35
P. confusa Nyl.
0.31
P. cornuta Smith
0.07
P. difformis Eversm.
0.09
P. euryscapa Förster
0.04
P. gibba Saund.
0.07
P. gracilicornis F.Mor.
0.22
P. hyalinata Smith*
0.04
P. minuta F.*
0.09
P. nigrita F.
0.06
P. pectoralis Förster
0.06
P. pictipes Nyl.*
0.04
P. rinki Gorski
0.20
P. styriaca Förster
0.17
P. variegata F.
0.11
Colletes collaris Dours
0.15
C. cunicularis L.
0.09
C. daviesanus Smith
0.29
C. floralis Eversm.
0.17
C. fodiens Geoffr.
0.06
© В. А. Лыков, 2008
32
Пчелы (Hymenoptera, Apoidea) островной Кунгурской лесостепи
Семейство и вид
C. hylaeformis Eversm.*
C. inexpectatus Nosk.
C. popovi Nosk.
C. senilis Eversm.
C. sidemii Rad.
C. spectabilis F.Mor.
C. succinctus L.
C. tardus Nosk.
C. tuberculatus F.Mor.
C. uralensis Nosk.
Andrenidae
Andrena alfkenella Perkins
A. argentata Smith
A. asperula Osytshnjuk
A. barbilabris Kirby
A. bicolor F.
A. chrysopyga Schenck
A. chrysosceles Kirby
A. coitana Kirby
A. combinata Christ
A. congruens Schmied
A. cordialis F.Mor.*
A. curvingula Thomson*
A. decipiens Schenck
A. dorsata Kirby
A. ehnbergi F.Mor.
A. erythrocnemis F.Mor.
A. falsifica Perkins
A. florea F.
A. floricola Eversm.
A. fucata Smith
A. fulvida Schenck
A. gallica Schmied
A. gelriae v.d.Vecht
A. haemorrhoa F.
A. hattorfiana F.
A. helvola L.
A. humilis Imhoff
A. incisa Eversm.*
A. intermedia Thomson
A. labialis Kirby
A. labiata F.
A. latyri Alfken*
A. lepida Schenck
A. minutula Kirby
A. minutuloides Perkins
A. nana Kirby
A. nanaeformis Nosk.
A. nanula Nyl.
A. nigroaenea Kirby
A. nitida Muller
A. nitidiscula Schenck*
A. niveata Friese
A. ovatula Kirby
A. pectoralis Schmied
A. polita Smith
A. propinqua Schenck
A. proxima Kirby
A. rosea Pz.
A. ruficrus Nyl.
A. rufizona Imhoff
A. saundersella Perkins
A. scita Eversm.
A. simillima Smith*
A. subopaca Nyl.
% в сборах
0.07
0.18
0.06
0.07
0.02
0.07
0.26
0.02
0.04
0.11
12.32
0.15
0.02
0.04
0.07
0.17
0.04
0.07
0.11
0.11
0.17
0.04
0.02
0.06
0.57
0.02
0.07
0.07
0.13
0.07
0.09
0.06
0.02
0.09
0.17
0.26
0.11
0.07
0.04
0.11
0.06
0.04
0.04
0.15
0.27
1.66
0.26
0.04
0.17
0.02
0.04
0.02
0.09
0.04
0.07
0.06
0.11
2.94
0.02
0.11
0.02
0.71
0.02
0.04
1.48
Семейство и вид
A. taraxaci Gir.*
A. tarsata Nyl.
A. tibialis Kirby
A. vaga Pz.
A. varians Kirby
A. wilkella Kirby
Panurgus calcaratus Scop.
Panurginus labiatus Eversm.
P. lactipennis Friese
P. romani Auriviellus
Halictidae
Halictus aciculatus Blüth.
H.aeneidorsum Alfken
H. albipes F.
H. bicallosus F.Mor.
H. calceatus Scop.
H. costulatus Kriechb.
H. duckei Alfken
H. euboensis Strand
H. eurygnathus Blüth.
H. fallax F.Mor.
H. fasciatus Nyl.
H. fratellus Perez
H. fulvicornis Kirby
H. interruptus Pz.
H. laevigatus Kirby
H. laevis Kirby
H. laticeps Schenck
H. lativentris Schenck
H. leucopus Kirby
H. leucopymatus D.-T.*
H. leucozonius Schrank
H. lucidulus Schenck
H. maculatus Smith
H. major Nyl.
H. marginatus Brülle
H. minutulus Schenck
H. minutus Kirby
H. morbillosus Kriechb.
H. morio F.
H. nitidisculus Kirby
H. perkinsi Blüth.
H. pauxillus Schenck
H. politus Schenck
H. pollinosus Sichel
H. puncticollis F.Mor.
H. quadricinctus F.
H. quadrinotatulus Schenck
H. quadrinotatus Kirby
H. rubicundus Christ
H. rufitarsis Zett.
H. semilucens Alfken*
H. sexnotatulus Nyl.
H. sexstrigatus Schenck
H. simplex Blüth.
H. tarsatus Schenck
H. гр. tetrazonius
H. tricinctus Schenck
H. tumulorum L.
H. villosulus Kirby
H. viridianeus Blüth.*
H. zonulus Smith
Sphecodes crassis Thomson
S. divisus Kirby
S. ferruginatus Hagens
33
% в сборах
0.02
0.04
0.04
0.06
0.06
0.04
0.42
0.17
0.02
0.04
30.52
0.02
0.90
0.88
0.02
2.90
0.04
0.17
0.06
0.13
0.02
0.07
0.57
1.55
1.46
0.17
0.02
0.95
0.38
0.02
0.09
0.02
0.06
3.73
0.37
0.02
0.04
0.04
0.04
1.42
0.04
0.77
0.75
0.47
0.04
0.02
0.18
0.09
0.04
0.15
0.04
0.04
0.04
0.06
0.09
0.04
0.58
0.18
1.75
0.04
0.11
0.09
0.02
0.06
0.06
В.А. Лыков
34
Семейство и вид
S. gibbus L.
S. hyalinatus Hagens
S. marginatus Hagens
S. monilicornis Kirby
S. pellucidus Smith
S. puncticeps Thomson
S. reticulatus Thomson*
S. rubicundus Hagens
S. rufiventris Pz.
Dufourea vulgaris Schenck
Halictoides dentiventris Nyl.
Rophites quinquespinosus Spin.
Rophitoides canus Eversm.
Systropha curvingula Scop.*
Melittidae
Melitta dimidiata F.Mor.
M. haemorrhoidalis F.
M. leporina Pz.
M. tricincta Kirby
Dasypoda plumipes Pz.
Macropis fulvipes F.
M. labiata F.
Megachilidae
Lithurgus fuscipennis Lep.
Trachusa byssina Pz.
Paranthidiellum lituratum Pz.
Anthidium florentinum F.
A. manicatum L.
A. punctatum Latr.
A. septemspinosum Lep.
Anthidiellum strigatum Latr.
Stelis minuta Lep.
S. scutellaris inamoena Popov*
S. signata Latr.*
S. punctulatissuma Kirby
Dioxoides tridentatus Nyl.*
Chelostoma distinctum Stockhert
Ch. florisomne L.
Ch. fuliginosum Pz.
Ch. proximum Schlett.
Heriades truncorum L.
Formicapis robusta Nyl.
Hoplitis acuticornis Duf.et Perris
H. anthophoroides Schenck*
H. leucomelaena Kirby
H. parvula Duf.et Perris
H. princeps F.Mor.
H. spinulosa Kirby
H. tridentata Duf.et Perris
H. tuberculata Nyl.
Anthocopa papaveris Latr.
A. transcaspica F.Mor.*
Osmia confusa F.Mor.*
O. fulviventris Pz.
O. pilicornis Smith
Megachile alpicola Alfken
M. analis Nyl.
M. bombicina Pallas
M. centuncularis L.
M. circumcincta Kirby
M. ericetorum Lep.
M. fulvimana Eversm.
M. genalis F.Mor.
M. lagopoda L.
M. lapponica Thomson
% в сборах
0.06
0.02
0.02
0.09
0.04
0.02
0.04
0.04
0.04
0.50
0.02
0.91
6.70
0.04
2.94
0.06
0.02
0.63
1.81
0.27
0.06
0.09
7.70
0.17
0.66
0.06
0.02
0.04
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.04
0.02
0.04
0.02
0.09
0.62
0.04
0.02
0.11
0.73
0.02
0.18
0.07
0.04
0.02
0.04
0.25
0.02
0.02
0.02
0.04
0.04
0.09
0.22
0.25
0.04
0.06
0.02
0.04
0.20
0.15
0.55
Семейство и вид
M. ligniseca Kirby
M. maaki Rad.
M. melanogaster Eversm.
M. melanopyga Costa
M. pilicrus F.Mor.*
M. rotundata F.
M. versicolor Smith
M. willoughbiella Pz.
Coelioxys alata Förster
C. aurolimbata Förster*
C. elegans Lep.
C. inermis Kirby
C. mandibularis Nyl.
C. rufescens Lep.
Anthophoridae
Nomada bifida Thomson
N. cinnabarina F.Mor.*
N. conjngens H.-Sch.*
N. emarginata F.Mor.
N. fabriciana L.
N. ferruginata L.
N. flavoguttata Kirby
N. flavopicta Kirby
N. glaucopis Perez
N. guttulata Schenck*
N. obscura Zett.
N. obtustifrons Nyl.
N. roberjeotiana Pz.
N. rufipes F.
N. sexfasciata Pz.
N. sybarita Schmied.*
N. tormentyllae Alfken
N. zonata Pz.*
Biastes emarginatus Schenck
Epeolus cruciger Pz.
Tetralonia dentata Klug
Eucera interrupta Baer
E. longicornis L.
Clisodon furcatus Pz.
Anthophora acervorum L.
Paramegilla fulvipes Eversm.*
Heliophila bimaculata albifrons
Eversm.
Apidae
Bombus agrorum F.
B. armeniacus scytes Skorikov*
B. confusus Schenck
B. consobrinus Dhlb.
B. derhamellus rossicus Skorikov
B. distinguendus F.Mor.
B. equestris F.
B. fragrans Pallas
B. hortorum L.
B. hypnorum L.
B. lapidarius L.
B. lucorum L.
B. maculidorsis Skorikov
B. modestus Eversm.
B. muscorum F.
B. patagiatus Nyl.
B. pomorum flavotestaceus Skorikov*
B. pratorum L.
B. ruderatus F.
B. schrencki F.Mor.
% в сборах
0.60
0.37
0.02
0.11
0.02
0.13
0.26
0.75
0.04
0.04
0.02
0.04
0.07
0.13
4.07
0.04
0.02
0.02
0.11
0.02
0.02
0.02
0.13
0.02
0.06
0.02
0.13
0.07
0.02
0.06
0.02
0.02
0.02
0.06
0.02
0.46
0.04
1.60
0.99
0.02
0.02
0,04
37.27
5.29
0.02
0.17
0.04
0.07
2.61
1.00
0.38
2.75
2.93
0.52
3.70
0.11
0.04
0.07
0.17
0.09
0.69
0.06
0.46
Пчелы (Hymenoptera, Apoidea) островной Кунгурской лесостепи
Семейство и вид
B. semenoviellus Skorikov
B. serrisquama F.Mor.
B. sichelii Rad.
B. silvarum L.
B. solstitialis Pz.
B. soroensis laetus Schmied.
B. sporadicus Nyl.
B. subbaicalensis Vogt
B. subterraneus latreillellus Kirby
B. terrestris L.
Psithyrus barbutellus Kirby
P. bohemicus Seidl
P. campestris Pz.
P. maxillosus Klug
P. norvegicus Sp.-Sch.
P. rupestris F.
P. silvestris Lep.
P. vestalis Fourcroy
Apis mellifera L.
% в сборах
0.07
0.40
0.15
2.51
5.14
1.62
0.09
2.77
2.32
0.25
0.17
0.73
0.37
0.04
0.07
0.09
0.04
0.25
+
Примечание: * - вид встречался только на территории
Кунгурской лесостепи
Семейство Colletidae было представлено в Кунгурской лесостепи полнее, чем в других регионах:
при относительной численности 5.2% выявлено 35
из 39 видов, встречавшихся на территории Пермского края (Лыков, 2007). Среди них 20 видов рода
Prosopis, которые составили в сборах более 2/3
всех Коллетид (таблица). Большинство видов этого семейства были единичны (менее 0.1% в сборах) или малочисленны (0.1–0.4%), только Prosopis annulata входит в число обычных видов (относительная численность в пределах 0.41–2.0%). В
сборах отмечен Prosopis cornuta, обнаруженный
вдалеке от известных границ его ареала на Украине (Осычнюк и др., 1978). Этот вид встречался в 3
пунктах Пермского края: город Пермь, окрестности Чернушки и Спасская гора.
Семейство Andrenidae составило в сборах
12.3% и представлено 64 видами – это соответствует показателям, характерным для большинства
регионов края (Лыков, 2007). В составе семейства
60 видов рода Andrena (7 из них встречались только в лесостепи). В сборах отсутствует Melitturga
clavicornis Latr., но обнаружение этого вида в Кунгурской лесостепи не исключено – во всяком случае, в других южных регионах края он встречается
(Лыков, 2004). Большинство видов Андренид были
единичны или малочисленны, только Andrena dorsata, A. minutuloides, A. saundersella, A. subopaca и
Panurgus calcaratus – в числе обычных, а A. proxima – многочисленных видов (таблица).
В сборах из лесостепи отмечена высокая относительная численность семейства Halictidae –
30.5% – это больше, чем в любом другом регионе
Пермского края (Лыков, 2007). В составе данного
семейства выявлено и наибольшее число видов –
67, в том числе 50 видов рода Halictus, 12 – Sphecodes, по 1 виду в 5 других родах (таблица). Среди
Галиктид 14 обычных и 2 многочисленных вида, а
Rophitoides canus – массовый вид (6,79%). Однако
35
и в этом семействе преобладали единичные и малочисленные виды.
Все 7 видов семейства Melittidae, выявленные
ранее на территории Пермского края (Лыков,
2000), встречались и в Кунгурской лесостепи (таблица).Они составили в сборах 2,94%, при этом относительная численность рода Melitta превосходила средний показатель по краю в 2.5 раза, относительная численность родов Dasypoda и Macropis,
напротив, была в 2–3 раза меньше.
В составе семейства Megachilidae (7.7% в сборах) выявлены 15 родов и 56 видов – показатели,
близкие к этим показателям других южных и центральных регионов края. В Кунгурской лесостепи
встречались все известные в Прикамье виды родов
Hoplitis, Anthidium и Chelostoma, а также 18 из 20
видов Megachile (Лыков, 2000, 2007). Восемь
представителей семейства встречались только в
лесостепном регионе (таблица). В сборах присутствовали 6 обычных, 13 малочисленных и 37 единичных видов Megachilidae.
Семейство Anthophoridae было представлено на
обследованной территории слабее других семейств:
27 из 56 обнаруженных в Прикамье видов и 9 из 15
родов. Относительная численность в лесостепи
(4.1%) соответствовала среднекраевому показателю
(Лыков, 2007). В связи с преобладанием в сборах
клептопаразитических видов (20 из 27) в составе
семейства встречается особенно много единичных
видов (таблица). Из 3 видов, входящих в категорию
обычных и составляющих 3/4 всех Антофорид, собранных в лесостепи, Eucera longicornis и Clisodon
furcatus – широко распространенные и многочисленные в Прикамье виды, а Tetralonia dentata, напротив, представлена в других регионах единичными экземплярами (Лыков, 2000).
Семейство Apidae составило в сборах из лесостепи 37.3% – меньше, чем в других регионах
Прикамья: от 44.8% в городе Перми до 96.5% на
северо-востоке Пермского края (Лыков, 2007). В
составе семейства выявлено 39 видов, в том числе
30 видов шмелей, 8 – шмелей-кукушек и Apis mellifera (медоносная пчела, встречавшаяся во всех
биотопах, не отлавливалась). Bombus agrorum и B.
solstitialis были массовыми видами (более 5.0% в
сборах), 6 видов – многочисленными, 7 – обычными, остальные – малочисленными и единичными
(таблица). Среди последних – новый в фауне
Пермского края вид Bombus armeniacus scytes Skorikov, не вошедший в общий список семейства
Apidae (Лыков, 1997) и B. pomorum flavotestaceus
Skorikov, включенный в Красную книгу Среднего
Урала (1996). Первый из названных видов обнаружен только в окрестностях села Суда, второй –
на Спасской горе.
Таким образом, на обследованной территории
островной Кунгурской лесостепи обнаружено 42
рода и 295 видов пчел из 7 широко распространенных в России семейств (Радченко, Песенко,
1994); 32 вида пчел встречались только в лесостепном регионе, 14 из них – новые в апидофауне
В.А. Лыков
36
Пермского края. Большинство выявленных видов
малочисленны или единичны и многие из них
подлежат охране как исчезающие. Многочисленные же виды пчел – ценнейшие опылители, обеспечивающие видовое разнообразие естественных
фитоценозов и урожайность энтомофильных культивируемых растений. Поэтому в защите нуждается весь комплекс пчелиных, чему способствует
создание особо охраняемых территорий (ботанических памятников) на территории Пермского
края, и Кунгурской лесостепи в частности (Белковская, 1988; Овеснов, 2001).
Подводя итоги, следует сказать: с учетом вновь
выявленных в Кунгурской лесостепи 14 видов, а
также 3 новых для Прикамья: Andrena albopicta
Rad., A. sillata Warnke и Nomada fuscicornis Nyl., обнаруженных в подзоне южнотаежных лесов после
опубликования общих списков видов (Лыков, 1997,
2000, 2001, 2004,2007), фауна пчел Пермского края
к настоящему времени насчитывает 409 видов –
представителей 50 родов и 7 семейств Apoidea. В
составе семейства Colletidae 39 видов, в том числе
21 – из рода Prosopis. Семейство Andrenidae включает наибольшее в Прикамье число видов – 93, из
них 88 относятся к роду Andrena. В семействе Halictidae выявлено 89 видов, в том числе 68 из рода Halictus. Семейство Melittidae представлено 7 видами;
семейство Megachilidae – 77, из них 20 видов относятся к роду Megachile. Из 56 представителей семейства Anthophoridae выявлено 40 клептопаразитических видов (в том числе 31 из рода Nomada).
Семейство Apidae включает 48 видов, в их числе 37
видов шмелей рода Bombus.
Библиографический список
Адаховский, Д.А. Изучение фауны, экологии и разнообразия Шмелиных Удмуртии / Д.А. Адаховский. Ижевск, 2007. 112 с.
Белковская, Т.П. Ботанические памятники природы Пермской области // Растительный мир
Прикамья. Пермь, 1988. С. 161–166.
Колосова, Ю.С. Фауна и экология шмелей (Hymenoptera, Apidae. Bombus) лесных экосистем северной тайги Русской равнины: дис. … канд.
биол. наук. Сыктывкар, 2007. 149 с.
Корелина, О.М. К изучению пчелиных Кунгурского
района Пермской области // Фундамент. и прикл.
исследования в биологии и экологии: материалы
студ. науч. конф. Пермь, 2005. С. 59–60.
Красная книга Среднего Урала. Свердловская и
Пермская области. Екатеринбург: Изд-во Урал.
ун-та, 1996. 260 с.
Леви, Э.К. Отряд Перепончатокрылые / Э.К. Леви,
Л.Г. Сысолетина, А.И. Шернин // Животный
мир Кировской области. Вып. 2. Киров, 1974.
С. 236–289.
Лыков, В.А. Фауна шмелей Прикамья // Вестн.
Перм. ун-та. 1997. Вып.3. Биология. С. 117–121.
Лыков, В.А. Обзор фауны пчелиных семейств Melittidae, Megachilidae и Anthophoridae (Hymenoptera, Apoidea) Пермской области // Вестн. Перм.
ун-та. 2000. Вып. 2. Биология. С. 116–126.
Лыков, В.А. Материалы к фауне пчелиных семейства Halictidaе (Hymenoptera, Apoidea) Пермской области // Вестн. Перм. ун-та. 2001. Вып.
4. Биология. С. 123–127.
Лыков, В.А. Материалы к изучению фауны пчелиных семейста Andrenidae (Hymenoptera, Apoidea) Пермской области // Вестн. Перм. ун-та.
2004. Вып. 2. Биология. С. 72–75.
Лыков, В.А. Обзор фауны пчелиных (Hymenoptera,
Apoidea) Пермского края // Вестн. Перм. ун-та.
2007. Вып. 5. Биология. С. 61–68.
Никифорук, К.С. Дикие пчелы Башкирии и их роль
в опылении растений / К.С. Никифорук. Уфа,
1958. 54 с.
Овеснов, С.А. Ботанические особо охраняемые территории Пермской области // Растения Прикамья: учеб. пособие. Пермь, 2001. С.155–166.
Одум, Ю. Основы экологии / Ю. Одум. М.: Мир,
1975. 740 с.
Осычнюк, А.З. Надсем. Apoidea – Пчелиные / А.З.
Осычнюк, Д.В. Панфилов, А.А. Пономарева //
Определитель насекомых европейской части
СССР. Т.3. Перепончатокрылые. Первая часть.
Л.: Наука, 1978. С. 279–519.
Радченко, В.Г. Биология пчел (Hymenoptera, Apoidea) / В.Г. Радченко, Ю.А. Песенко. СПб.: Наука, 1994. 352 с.
Ситдиков, А.А. Фауна пчел (Hymenoptera, Apoidea)
Удмуртии с описанием Melitta udmurtica sp. n. //
Тр. зоол. ин-та АН СССР. 1986. Т. 159. С. 103–112.
Чернышёва, Е.В. Пчелиные геоботанического памятника Спасская гора // Фундамент. и прикл. исследования в биологии и экологии: материалы регион. науч. конф. Пермь, 2007. С. 178–190.
Юферев, Г.И. Одиночные пчелы Кировской области / Г.И. Юферев. Киров, 2003. 24 с.
Поступила в редакцию 14.06.2008
The bees (Hymenoptera, Apoidea) of the insular Kungur forest-steppe
V.A. Lykov
At the territory of Kungur insular forest-steppe there were revealed 295 species of the bees. For the first time
for forest-steppe there are adduced the complete list of the bees of subfamily Apoidea. Taking into account the
new species at present there were revealed 409 species of the bees (Hymenoptera, Apoidea) at the territories of
Perm krai.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9 (25)
УДК 595.371
ЗООФИТОС СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ СЫЛВЫ
Н. Н. Паньков
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Приводятся сведения о таксономическом составе, численности и биомассе сообществ фитофильных беспозвоночных среднего течения р. Сылвы. Обсуждаются проблемы сезонной и
межгодовой динамики зоофитоса.
занимают 10–20% (местами до 60–80%) площади
речного русла, а фитомасса достигает 13.8 кг/м2
сырого веса (Паньков, 2007). Наиболее типичными
фитоценозами являются сообщества рдестов Potamogeton perfoliatus L. и Potamogeton pectinatus L.,
локально встречаются заросли роголистника Ceratophyllum demersum L., элодеи Elodea canadensis
Michx., урути Myriophyllum spicatum L., кубышки
желтой Nuphar lutea (L.) Smith. Среди сообществ
гидрофитов широкое распространение получают
фитоценозы нардосмии Nardosmia laevigata
(Willd.) DC.1, хвощей Equisetum и камышей Scirpus. В верхнем и нижнем течении развитие высшей водной растительности незначительно; заросли приурочены главным образом к водоемам поймы.
Введение
Сообщества фитофильных беспозвоночных
(зоофитос, зооэпифитон) принадлежат к числу основных компонентов пресноводных экосистем.
Они играют важную роль в сложении структуры
гидробиоценозов и принимают широкое участие в
трофодинамических процессах. Однако до сих пор
зоофитос находится где-то на периферии внимания
специалистов, занимая в научных исследованиях
место, явно не соответствующее его значению в
континентальных водоемах.
Для гидробиологов Пермского края особый интерес представляет зоофитос р. Сылвы – эталонного водотока Среднего Урала. Начиная с 1992 г.
экосистема р.Сылвы является предметом интенсивных исследований. За минувшие годы опубликованы десятки работ, посвященных структуре и
функционированию ее отдельных компонентов
(см.: Паньков, 2000, 2004), однако сведения о фитофильных беспозвоночных этого водотока в научной литературе представлены скудно (Паньков,
2007). Настоящая статья имеет целью восполнить
указанный пробел.
Материал и методы исследования
Природные условия
Сылва – река предгорного типа, берет начало в
районе крайней западной гряды Среднего Урала и
впадает в Сылвенско-Чусовской залив Камского
водохранилища. Ее длина составляет около 500
км, из них приблизительно 380 км – среднее течение. На этом участке Сылва протекает в пределах
Приуральской возвышенно-всхолмленной равнины. Здесь она характеризуется развитой рипалью,
обилием стариц и островов, которым сопутствуют
обширные галечные отмели, и по совокупности
признаков может быть отнесена к гипоритрали с
элементами эпипотамали (Паньков, 2004). Важной
особенностью среднего течения р.Сылвы является
обилие высшей водной растительности; её заросли
© Н. Н. Паньков 2008
37
В основу настоящей публикации положены результаты анализа 276 количественных и 36 качественных проб зоофитоса, собранных в ходе маршрутных работ 1993–1996 гг. на всем протяжении
среднего течения р. Сылвы, а также при стационарных исследованиях в течение вегетационных
сезонов 1993–1997, 2003 и 2004 гг. в районе заказника «Предуралье».
Количественные пробы отбирались с помощью
металлической рамки площадью 9,0 дм2 дважды в
каждой растительной ассоциации. Растения, попавшие в периметр рамки, вырезались острым ножом и тщательно промывались в ведре. Организмы зоофитоса отделялись от избытка воды процеживанием смыва через сито из мельничного газа
№ 29 и фиксировались 4% формалином. Дальнейшая обработка пробы выполнялась в лаборатории
по общепринятой методике.
В полевых работах и камеральной обработке
1
В настоящее время этот вид относят к роду Белокопытник (Petasites radiatus (J.F. Gmel.) Toman) – прим. ред.
38
Н. Н. Паньков
материала приняли участие студенты кафедры
зоологии беспозвоночных и водной экологии ПГУ
П. Ленчак, А. Оралова, Н. Борисова и Н. Лаевская,
я выражаю им искреннюю признательность.
Результаты исследований
В составе зоофитоса среднего течения р.Сылвы
к настоящему времени зарегистрировано 175 видов и форм беспозвоночных животных, что составляет 56,1% от числа видов зообентоса, указанных для этого же участка водотока (см.: Паньков,
2004). Несколько меньшее, по сравнению с зообентоценозами, таксономическое разнообразие сообществ фитофильных беспозвоночных является характерной чертой зоофитоса континентальных водоемов, что неоднократно отмечалось в научной
литературе (Зимбалевская, 1981).
В составе зоофитоса р.Сылвы наиболее разнообразно представлены личинки комаров-звонцов
(61 вид), сравнительно богаты видами ручейники
(24), брюхоногие моллюски (23), поденки (18), малощетинковые черви (14) и личинки стрекоз (13).
Такие группы, как двустворчатые моллюски, личинки бекасниц, вислокрылок, бабочек, клопы, жесткокрылые, ракообразные и пиявки, насчитывают
1-6 видов каждая. Водные клещи и личинки мошек
и мокрецов не определялись.
Основу численности и биомассы сообществ фитофильных беспозвоночных в русле реки составляют брюхоногие моллюски Bithynia tentaculata
(L., 1758) и Lymnaea auricularia (L., 1758), личинки комаров-звонцов (роды Cricotopus и Eukiefferiella), ручейники Hydropsyche contubernalis
McLachlan, 1865, Hydropsyche pellucidula (Curtis,
1834), Polycentropus flavomaculatus Pictet, 1834,
поденки Baetis gr. fuscatus (L., 1761), Baetis vernus
Curtis, 1830 и Ephemerella ignita (Poda, 1761). Наряду с ними часто встречаются брюхоногие моллюски Cincinna piscinalis (Mueller, 1774) и Acroloxus oblongus (Lightfoot, 1786), личинки поденок Caenis macrura Stephens, 1835, Potamanthus luteus (L., 1767), Heptagenia sulphurea (Mueller,
1776), ручейников Psychomyia pusilla (Fabricius,
1781), Brachycentrus subnubilus Curtis, 1834, Ithytrichia lamellaris Eaton, 1873 и Hydroptila simulans
Mosely, 1920, стрекоз Platycnemis pennipes (Pallas,
1771) и Calopteryx virgo (L., 1758), пиявки Piscicola geometra (L., 1761), Erpobdella octoculata (L.,
1758), клопы Aphelocheirus aestivalis (Fabricius,
1794), личинки мошек Simuliidae и малощетинковые черви Naididae.
В зооперифитоне стариц доминируют личинки
комаров-звонцов Chironomidae, брюхоногие моллюски Lymnaea stagnalis (L., 1758) и Planorbarius
purpura (Mueller, 1774), ручейники Phryganeidae,
Leptoceridae и Limnephilidae, поденки Siphlonurus,
Cloeon, Heptagenia fuscogrisea (Retzius, 1783),
стрекозы Lestes dryas Kirby, 1890, Aeshna juncea
(L., 1758), Sympetrum flaveolum (1775) и Sympetrum
vulgatum (L., 1758).
Таксономический состав зоофитоса речного
русла довольно малоспецифичен. Эти сообщества
складываются в основном за счет видов, обычных
и в бентосе, однако структура населения их существенно отличается от структуры населения зообентоценозов. С одной стороны, это может быть
связано с различиями в миграционной активности
животных, их склонностью взбираться на растения
и подниматься в толщу воды. С другой – неодинаковыми экологическими предпочтениями, включая
отношение к такому специфическому субстрату,
как высшая водная растительность.
В этой связи обращает на себя внимание то обстоятельство, что основу руслового зоофитоса составляют беспозвоночные, предпочитающие умеренное течение и жесткие слабо заиленные грунты;
по-видимому, на растениях они находят подходящий для себя комплекс условий. В то же время на
макрофитах практически не встречаются представители реофильного литобионтного комплекса, получающего массовое развитие на перекатах и медиали плесов, и роющие пело- и псаммобионтные
формы, обычные в рипали. К первым относятся
моллюски Ancylus fluviatilis Mueller, 1774 и личинки ручейников Cheumatopsyche lepida (Pictet,
1834). Ко вторым – личинки поденок Ephemera
lineata Eaton, 1870 и Ephoron virgo (Olivier, 1791),
стрекоз Gomphus vulgatissimus (Linne, 1758), двустворчатые моллюски Pisidium amnicum (Mueller,
1774),
Nucleocyclas
radiatum (Clessin
in
Westerlund, 1877) и Cyrenastrum scaldianum (Normand, 1844), малощетинковые черви Tubificidae
(см.: Паньков, 2004).
Среди более или менее специализированных
фитофильных беспозвоночных следует отметить
моллюсков A. oblongus, личинок стрекоз Platycnemis pennipes (Pallas, 1771) и Calopteryx virgo
(Linne, 1758), гусениц бабочек Paraponyx stratiotata (Linne, 1758), ручейников Orthotrichia costalis
Curtis, 1834, Oxyethira flavicornis Pictet, 1834,
Tricholeiochiton fagesii Guinard, 1879. Эти насекомые, достаточно обычные в зоофитосе, крайне
редко встречаются в бентали.
По-видимому, малое своеобразие руслового
зоофитоса связано с эфемерностью речных фитоценозов, прекращающих свое существование в
конце вегетационного сезона. Очевидно, временный характер растительных ассоциаций не позволяет сложиться здесь специфической фауне, и животное население фитали формируется исключительно или почти исключительно за счет бентосных форм.
В отличие от руслового, зоофитос стариц слагается главным образом настоящими фитофилами.
39
Зообентос среднего течения реки Сылвы
Вероятно, устойчивое существование их популяций
обязано круглогодичной вегетации зарослей элодеи, а также изобилию древесных остатков на дне
этих водоемов.
Сообщества беспозвоночных, населяющих различные фитоценозы, неодинаковы по видовому
разнообразию и уровню развития. Наибольшее количество видов зарегистрировано среди зарослей
рдестов в русле реки и в водоемах поймы (табл. 1).
Отчасти это объясняется лучшей изученностью
зооперифитона этих фитоценозов, отчасти отражает действительную ситуацию, поскольку животное
население данных сообществ формируется за счет
донной фауны водотока и обитателей водоемов
поймы. Наименьшее видовое разнообразие установлено для зооперифитона нардосмии. С учитом
чрезвычайной простоты архитектуры данного сообщества, а также его приуроченности к периоди-
чески осушаемой прибрежной полосе, такое положение представляется вполне закономерным.
Наивысшие показатели численности беспозвоночных отмечены для фитоценозов элодеи и роголистника. По-видимому, это связано с особенностями морфологии указанных растений и архитектуры их зарослей, предоставляющих своим обитателям некоторое подобие скважинного субстрата –
и элодея, и роголистник образуют рыхлые скопления, насыщенные детритом и изобилующие убежищами. Основу зооперифитона обоих фитоценозов составляют мелкие личинки хирономид и олигохеты, находящие здесь и укрытие, и пищу. Архитектура зарослей рдестов менее сложна, и численность зооперифитона здесь не столь велика.
Минимальная плотность поселений характерна для
зооперифитона нардосмии.
Таблица 1
Характеристики сообществ фитофильных беспозвоночных Средней Сылвы
Параметр
Количество видов
Численность, экз/м2
Биомасса, г/м2
Potamogeton
(русло)
155
2770
4.93
Potamogeton
(старицы)
120
2430
10.34
Фитоценоз
N. laevigata
(русло)
46
810
0.84
E. canadensis
(старицы)
51
5480
11.27
C. demersum
(русло)
57
4350
4.75
Наивысшие показатели биомассы зооперифитона зарегистрированы для фитоценозов пойменных водоемов (см. табл. 1), что объясняется присутствием в их составе крупных беспозвоночных –
брюхоногих моллюсков L. stagnalis и P. purpura, а
также ручейников Phryganeidae и Limnephilidae.
В целом количественные показатели развития
зоофитоса сопоставимы с таковыми зообентоса
(см.: Паньков, 2004).
Сезонные изменения численности и биомассы
фитофильных беспозвоночных характеризуются
плавным возрастанием этих показателей с начала
вегетации высших водных растений в первой декаде июня до начала их дружного отмирания во
второй декаде августа (табл. 2). К концу вегетационного сезона численность и биомасса зооперифитона так же постепенно снижаются.
Обращает на себя внимание тесная связь количественных показателей развития зоофитоса с показателями фитомассы рдестов (табл. 2), что позволяет сделать вывод о решающем значении жизненных циклов высших растений в сезонной динамике сообществ фитофильных беспозвоночных. В
силу этого она радикально отличается от сезонных
изменений численности и биомассы зообентоценозов р. Сылвы, определяемых характером жизненных циклов доминирующих видов беспозвоночных
(см.: Паньков, 2004).
Таблица 2
Сезонная динамика фитоценозов Potamogeton и зооперифитона Средней Сылвы (1995 г.)
Месяц, декада
Июнь
Июль
Август
Параметр
I
II
III
I
II
III
I
II
II
Фитомасса рдестов, кг/м2
1.1
2.6
4.5
7.3
7.8
11.7
12.5
7.5
5.0
Численность зооперифи- 1880
2260
2700
3640
4350
4330
4960
4390
2630
тона, экз/м2
Биомасса зооперифитона,
1.92
2.56
3.95
4.38
5.98
7.58
8.01
7.36
7.04
г/м2
Анализ материала позволил установить, что
средняя за вегетационный сезон биомасса фитофильных беспозвоночных подвержена значительной изменчивости. При этом ее межгодовая динамика демонстрирует обратную зависимость от усредненных за тот же период уровней воды в реке и
прямую – от температуры (табл. 3), что свидетельствует о неблагоприятном влиянии летних дождевых паводков на развитие зооперифитона. Отчасти
это объясняется подавлением роста высшей водной
растительности в период прохождения паводков,
однако более существенными факторами пред-
40
Н. Н. Паньков
ставляются смыв детрита с листьев макрофитов,
подавление развития водорослевых обрастаний,
высокие скорость течения и мутность воды.
Связь численности и биомассы фитофильных
беспозвоночных с температурой и уровнем воды в
реке имеет нелинейный характер. Так, численность
зооперифитона достигает максимальных значений
в сезоны с паводками умеренной интенсивности и
закономерно уменьшается как в сезоны с очень
высокой водностью, так и в сезоны с низкой устойчивой меженью. Биомасса зооперифитона
очень быстро снижается уже при небольших паводках, однако с дальнейшим увеличением водности ее уменьшение становится более плавным.
Таблица 3
Межгодовая динамика некоторых гидрологических показателей, фитоценозов Potamogeton и
зооперифитона Средней Сылвы (средние за вегетационный сезон)
Параметр
Температура воды, 0С
Уровни воды, м*
Фитомасса рдестов, кг/м2
Численность зооперифитона, экз/м2
Биомасса зооперифитона, г/м2
1993
18.7
0.4
5.1
3350
3.85
1994
17.6
1.0
4.5
790
1.22
Год исследований
1995
1996
20.3
18.5
0.1
0.5
6.7
5.6
3460
910
5.42
3.90
2003
19.4
0.3
6.2
5710
4.53
2004
20.9
0.0
7.4
2370
10.68
* Относительно условной нулевой отметки (межень 2004 г.).
Точки перегиба на графиках, описывающих
межгодовую динамику численности и биомассы
фитофильных беспозвоночных, совпадают с рубежом радикальной перестройки таксономической
структуры сообществ зооперифитона. Так, в сезоны с устойчивой меженью в фитофильных сообществах доминируют брюхоногие моллюски, на их
долю в этот период приходится до 89.8% общей
биомассы зооперифитона. По-видимому, эти сравнительно малочисленные, но крупные беспозвоночные, привлеченные на растения обилием детрита и водорослевых обрастаний, вытесняют из
перифитона личинок насекомых, что имеет следствием снижение общей численности зооперифитона
на фоне исключительно высоких показателей биомассы.
С увеличением водности количество моллюсков на высшей водной растительности резко сокращается и облик зооперифитона начинают определять личинки хирономид, ручейников и поденок.
Занимая практически свободное от моллюсков
жизненное пространство, они достигают высокой
численности на фоне умеренных показателей биомассы. С дальнейшим увеличением водности и
численность, и биомасса фитофильных беспозвоночных более или менее плавно уменьшаются.
Характер межгодовой динамики зоофитоса несколько отличается от таковой зообентоценозов,
особенностью которых является постепенное
уменьшение численности и биомассы с увеличением водности, протекающее на фоне столь же постепенных перестроек таксономического состава
(Паньков, 2004).
Исследование поддержано грантом РФФИ №
07-04-96001.
Библиографический список
Зимбалевская, Л.Н. Фитофильные беспозвоночные
равнинных рек и водохранилищ (экологический
очерк) / Л.Н. Зимбалевская. Киев: Наукова
думка, 1981. 216 с.
Паньков, Н.Н. Зообентос текучих вод Прикамья /
Н.Н. Паньков. Пермь: Гармония, 2000. 192 с.
Паньков, Н.Н. Структурные и функциональные характеристики зообентоценозов р.Сылвы (бассейн Камы) / Н.Н. Паньков. Пермь: Изд-во
Перм. ун-та, 2004. 162 с.
Паньков, Н.Н. Сообщества фитофильных беспозвоночных среднего течения реки Сылвы
(Пермское Прикамье) // Актуальные вопросы
изучения микро-, мейозообентоса и фауны зарослей пресноводных водоемов: темат. лекции
и материалы I Междунар. школы-конф. Н.
Новгород, 2007. С. 217–221
Поступила в редакцию 24.03.2008.
Zoophytos of the Middle Sylva river
N.N. Pan'kov
The data on species composition, abundance, and biomass of zoophytic communities are presence. The
problems of the seasonal and years dynamics are discussed.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 591.524.11
ТРАНСФОРМАЦИЯ ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКОГО
РЕЖИМА ЧЁРМОЗСКОГО ЗАЛИВА В СВЯЗИ
С ОТДЕЛЕНИЕМ ЕГО ПЛОТИНОЙ
ОТ КАМСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
И. В. Поздеев а , Е. Б. Селеткова b , К. А. Чеснокова c
a
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Пермское отделение ФГНУ «ГосНИОРХ», 614002, Пермь, ул. Чернышевского, 3
c
Пермская государственная сельскохозяйственная академия, 614000, Пермь, ул. Коммунистическая, 23
b
Преобразование Чёрмозского пруда в залив Камского водохранилища привело к снижению
видового богатства зоопланктона и зообентоса, расширению разнообразия ихтиофауны и изменению трофического статуса водоёма с мезотрофного на олиготрофный. Строительству
плотины, отделяющей залив от водохранилища, сопутствует дальнейшее снижение видового
богатства донных и планктонных животных, упрощение структуры зообентоса и повышение
трофического статуса водоёма до мезотрофного.
цессов дополнительного кормления рыбы и удобрения пруда. Кроме того, особый интерес представляет собственно схема трансформации «водохранилищных» сообществ в составе экосистемы
Чёрмозского залива Камского водохранилища в
«прудовые» сообщества в составе экосистемы
Чёрмозского пруда. Решению последнего вопроса
и посвящена настоящая работа
Введение
В Пермском крае огромное количество самых
разных рек, и, как следствие, эта территория обладает всеми условиями для создания и ведения прудовых рыбных хозяйств. Так, на 1951 г., по данным областного управления сельского хозяйства, в
Пермской области общая площадь прудов составила 7369 га (Чирвинская, 1961). Большое рыбохозяйственное значение для региона на тот момент
имел Чёрмозский пруд, о биологии которого по
результатам нескольких экспедиций мы знаем из
работ А.О. Таусон (1947, 1949). После зарегулирования р. Камы и создания Камского водохранилища пруд преобразовался в залив. О структуре и
представленности зообентоса в Чёрмозском заливе
известно только по материалам одной экспедиции
2001 г. (Поздеев, 2002). В 2002 г. начались работы
по возрождению Чёрмозского пруда: с этой целью
ведётся постройка плотины, отделяющей залив от
Камского водохранилища. К этому периоду относятся работы автора (Поздеев, 2003, 2005) и Е.А.
Зиновьева с соавторами (2004), отражающие изменения экосистемы залива в условиях снижения
степени водообмена с Камским водохранилищем.
При формировании экосистемы водоёма нового
типа на месте Чёрмозского залива предстояло определить структуру ихтиофауны и пути её преобразования для повышения рыбохозяйственной
ценности будущего Чёрмозского пруда; получить
данные о структуре, количественных показателях
и их сезонной динамике планкто- и бентоценозов
как кормовой базы рыб с целью оптимизации про-
Материал и методика
Сбор гидробиологического материала осуществлён в соответствии со стандартными руководствами (Жадин, 1960; Методика..., 1975). Пробы зообентоса отобраны тросовым дночерпателем Петерсена с площадью захвата 0.025 м2. Для промывания
зообентических проб использовали газ № 49 и 53.
Ежегодная сетка станций для сбора зообентоса
включала 5 разрезов: 1 – в верховьях, по 2 – в центральной и приплотинной частях залива. На каждом
разрезе закладывалось по 3 станции: у правого берега, в центре и у левого берега. В 2005 г. кроме
бентофауны открытой части залива была изучена
структура донных сообществ в зарослях высшей
водной растительности (ВВР) центральной и приплотинной частей залива. Также в 2005 г. была исследована структура зоопланктонных сообществ
открытой части залива. Сбор проб зоопланктона
осуществлялся процеживанием 100 л воды через
мельничное сито № 53. Общий объём материала составил 56 проб зообентоса и 10 проб зоопланктона.
При расчёте средневзвешенных величин численности и биомассы бентоценозов площадь, занимае-
© И. В. Поздеев, Е. Б. Селеткова, К. А. Чеснокова, 2008
41
42
И. В. Поздеев, Е. Б. Селеткова, К. А. Чеснокова
мую ВВР, принимали за 10% площади дна залива.
Верхний участок составлял 20%, ценртральная и
приплотинная части – 35% каждая. Потенциальную рыбопродуктивность рассчитывали для НПУ
107.5 м на основе средневзвешенных по площади
величин биомассы зоопланктона и зообентоса и
P/B-коэффициентах, взятых из литературы (Алимов, 1989).
Неоценимая помощь в проведении экспедиций
оказана А.В. и О.П. Чесноковыми, за что авторы
выражают им искреннюю благодарность.
Результаты исследований
В 2005 г. зоопланктон залива составляли 33 вида ракообразных: 20 – кладоцер, 13 – копепод и 6
видов коловраток (табл. 1). Наиболее богато видами зоопланктонное сообщество верховий залива:
16 видов ветвистоусых, 11 – веслоногих ракообразных и 1 – коловраток. Большое число видов относится к типичным бентонтам – M. dispar, Rh.
rostrata, P. aduncus, A. affinis, P. fimbriatus и др.
Доминировали D. cucculata, виды рода Ceriodaphnia, B. coregoni и M. dispar. В срединной и приплотинной частях залива формировались однотипные
планктонные сообщества: в них зарегистрировано
соответственно 16 и 20 видов ракообразных и по 4
вида коловраток. Доминантный комплекс слагали
2 эврибионтных вида: D. cucculata и B. coregoni.
Наибольшая биомасса планктонных сообществ
отмечена в срединной части залива, в приплотинной части биомасса зоопланктёров несколько ниже.
Величины биомассы и численности зоопланктона
верховий залива оказались наименьшими (табл. 1).
Во всех сообществах около 90 % общей биомассы
ракообразных приходится на ветвистоусых. Более
половины видов зоопланктёров являются широко
распространенными и эврибионтными, велико значение зарослевых и бентических форм.
В составе бентофауны залива за период исследования идентифицировано 75 видов и форм животных (табл. 2), относящихся главным образом к
классам насекомых (49 видов и форм) и олигохет
(16), пиявки, двустворчатые и брюхоногие моллюски и ракообразные представлены 1–4 видами.
Среди насекомых наибольшее видовое богатство
обеспечивают хирономиды (44 вида и формы),
также отмечены личинки подёнок, ручейников,
мокрецов и хаоборид (по 1–2 вида).
Фауна малощетинковых червей сформирована
наиболее типичными формами. Высокой представленностью отличаются молодь тубифицид
(р.р. Limnodrilus, Tubifex) и наидиды U. uncinata, S.
lacustris. Основу хирономидофауны составляют
эврибионты – P. ferrugineus, виды р. Chironomus, и
фитофильные формы – виды р.р. Endochironomus,
Glyptotendipes, Cricotopus (табл. 2). Доминантные
комплексы донных сообществ в заливе в период
исследований формировали хирономиды р. Chironomus и олигохеты р.р. Tubifex и Limnodrilus. Помимо олигохет и хирономид, другие донные жи-
вотные встречаются эпизодически и представлены
наиболее эврибионтными видами (P. amnicum, A.
aquaticus, P. flavomaculatus).
В 2005 г. донные сообщества всего залива,
кроме сообществ участков с ВВР, являлись «хирономидными»: личинки комаров-звонцов обеспечивали своим развитием 50.0–98.4% общей биомассы
зообентоса разных участков залива. Роль доминантов играли Ch. plumosus и D. nervosus. Высокими количественными показателями донных сообществ отличалась приплотинная часть залива, в
верховьях и центральной части биомасса и численность зообентонтов, напротив, оказались крайне низкими (табл. 3).
В зарослях ВВР, где эдифицирующими видами
являлись Potamogeton lucens L., P. crispus L., P. natans L., структура зообентоса существенно отличалась от таковой открытой части залива. Биомасса
донных сообществ здесь достигала 23.56 г/м2 при
численности 6.0 тыс.экз./м2 (табл. 3), наибольшее
развитие получали двустворчатые моллюски D.
polymorpha и хирономиды E. albipennis. Все попавшие в зообентические пробы особи дрейссены
обладали малыми размерами; они могут быть отнесены к кормовой части зообентоса, поскольку
потребляются некоторыми видами бентосоядных
рыб (Родионова и др., 1980).
Средневзвешенные по площади величины биомассы и численности донных сообществ в Чёрмозском заливе в 2005 г. с учётом фитофильных бентоценозов равнялись 8.55 г/м2 и около 1.3 тыс.экз./м2
соответственно, весь зообентос являлся кормовым.
Обсуждение результатов
Как следует из наших и литературных данных
(Таусон, 1949; Зиновьев и др., 2004), основу биомассы зоопланктонных сообществ пруда и залива
формировали кладоцеры, большое видовое богатство обеспечивали коловратки. В настоящее время
роль коловраток остаётся в значительной степени
недооценённой: использованный нами мельничный газ не позволяет полно учитывать таких мелких животных. В результате работ Е.А. Зиновьева
и соавторов (2004) зарегистрировано всего 4 вида
коловраток, что очевидно объясняется использованием недостаточно мелкого сита. Средние для
залива количественные показатели зоопланктона –
771.96 мг/м3 и 37.2 тыс.экз./м3 – типичны для Камского и Воткинского водохранилищ (Кортунова,
1983; Кортунова, Галанова, 1988).
Видовое богатство бентофауны Чёрмозского залива (75 видов и форм) достаточно велико и находится на среднем уровне среди бентофауны других
заливов и плёсов Камского водохранилища, о чём
свидетельствуют данные М.С. Алексевниной и
А.М. Истоминой (Каган, 2004; Алексевнина и др.,
2005; Истомина, 2005). Структура донных сообществ в районе исследования не отличается от таковой остальных заливов: доминирующими формами являются хирономиды р. Chironomus, олигохеты
Трансформация гидробиологического режима Чермозского залива …
сем. Tubificidae и моллюски D. polymorpha. По
уровню развития зообентоса Чёрмозский залив уступает только Сылвенскому, в других заливах, центральном и Чусовском плёсах Камского водохра-
43
нилища зарегистрированы более низкие количественные показатели донных сообществ или их кормовой части (Алексевнина и др., 2005).
Таблица 1
Видовой состав и биомасса (мг/м3) зоопланктона Чёрмозского залива*
№ п/п
Таксон, вид
В
Ц
П
Кл. Rotatoria
1
Asplanchna sp.
―
+
+
2
Polyarthra dolichoptera Idelson
―
+
―
3
Keratella cochlearis (Gosse)
―
―
+
4
K. quadrata (Mueller)
―
+
+
5
Kellicottia longispina (Kellicott)
―
+
+
6
Trichocerca capucina (Wierzejski et Zacharias)
+
―
―
Кл. Crustacea
Отр. Cladocera
287.80
940.09
751.28
7
Alona affinis Leydig
15.01
0
0
8
Bosmina longirostris (Mueller)
0.56
0
0
9
B. longispina Leydig
0
3.16
0.57
10
B. coregoni Baird
36.54
203.78
289.84
11
Ceriodaphnia quadrangula (Mueller)
49.15
21.40
2.34
12
C. affinis Lilljeborg
42.85
0
0
13
Chydorus sphaericus (Mueller)
0
1.48
0.10
14
Diaphanosoma brachyurum (Lievin)
2.52
0.78
0.60
15
Daphnia longispina Mueller
8.59
194.55
41.30
16
D. cucculata Sars
101.91
486.76
350.66
17
D. cristata Sars
2.78
28.19
39.02
18
Ilyocryptus sordidus (Lievin)
0.27
0
0
19
I. agilis Kurz
0.12
0
0
20
Leptodora kindtii (Focke)
0
0
26.07
21
Leydigia leydigii (Leydig)
2.62
0
0.35
22
Monospilus dispar Sars
21.34
0
0
23
Pleuroxus aduncus (Jurine)
1.38
0
0
24
Pleuroxus uncinatus Baird
1.42
0
0
25
Rhynchotalona rostrata (Koch)
0.74
0
0
26
Sida crystallina (Mueller)
0
0
0.44
Отр. Copepoda
42.29
92.84
23.67
Calanoida copepodit
0.34
1.44
0.56
Cyclopoida copepodit
5.37
7.09
0.44
27
Acanthocyclops vernalis (Fisher)
8.79
43.76
3.72
28
Cyclops vicinus Uljanin
6.62
3.88
0.65
29
Eurytemora velox (Lilljeborg)
6.38
2.14
0.79
30
E. lacustris (Poppe)
0.69
3.47
3.35
31
Eudiaptomus gracilis (Sars)
2.98
0
1.02
32
E. graciloides (Lilljeborg)
0
4.53
0
33
Harpacticoida sp.
0.45
0
0
34
Macrocyclops albidus (Jurine)
1.23
0
0
35
Megacyclops viridis (Jurine)
0
0
0.26
36
Mesocyclops leuckartii (Claus)
8.27
22.74
11.52
37
Paracyclops fimbriatus (Fisher)
0.29
1.16
0
38
Thermocyclops crassus (Fisher)
0.68
2.64
1.07
39
Th. oithonoides (Sars)
0.19
0
0.29
ВСЕГО
330.09
1032.93
774.95
*В – верхняя, Ц – центральная, П – приплотинная часть залива; «+» – наличие, «―» – отсутствие вида.
Сравнение состава бентофауны пруда и залива
показало снижение его таксономического разнообразия. В зообентосе залива преобладали две
группы беспозвоночных – олигохеты и личинки
хирономид. Моллюски, представленность которых
в пруду была велика, в заливе практически отсутствовали.
Дальнейшие изменения в структуре зообентоса залива, произошедшие за время исследований,
по нашему мнению, связаны с зарегулированием
его и преобразованием в новый водоём – пруд.
Видовое богатство бентофауны уменьшилось, в
составе макрозообентоса большее значение приобрели хирономиды, доля олигохет по биомассе
при этом снизилась. Подёнки, ручейники, моллю-
44
И. В. Поздеев, Е. Б. Селеткова, К. А. Чеснокова
ски и нехирономидные двукрылые отмечены только на малых глубинах в прибрежье залива. В за-
рослях ВВР сформировались сообщества с преобладанием дрейссены и фитофильных хирономид.
Таблица 2
Наличие видов и форм в составе бентофауны Чёрмозского залива Камского водохранилища*
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
34
32
33
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
Таксон
Кл. Oligochaeta
Tubificidae (juv.) с волосными щетинками
Tubificidae (juv.) без волосных щетинок
Lumbriculidae (juv.)
Chaetogaster diaphanus (Gruith)
Limnodrilus hoffmeisteri Claparede
L. udekemianus Claparede
Nais elinguis Mueller
N. pseudobtusa Piguet
N. simplex Piguet
Ophidonais serpentina (Mueller)
Potamothrix hammoniensis (Michaelsen)
Slavina appendiculata (d'Udekem)
Spirosperma ferox (Eisen)
Stylaria lacustris (L.)
Tubifex newaensis (Michaelsen)
T. tubifex (Mueller)
Uncinais uncinata (Oersted)
Vejdovskyella intermedia (Bretscher)
Кл. Hirudinea
Glossiphonia complanata (L.)
Helobdella stagnalis (L.)
Кл. Bivalvia
Euglesidae indet.
Amesoda solida (Normand)
Dreissena polymorpha (Pallas)
Pisidium amnicum (Mueller)
Кл. Gastropoda
Cincinna depressa (C. Pfeiffer)
C. piscinalis (Mueller)
Viviparus viviparus (L.)
Кл. Crustacea
Asellus aquaticus L.
Кл. Insecta
Отр. Ephemeroptera
Caenis horaria (L.)
C. macrura Stephens
Отр. Trichoptera
Polycentropus flavomaculatus Pictet
Отр. Diptera
Ceratopogonidae indet.
Chaoboridae indet.
сем. Chironomidae
Chironomus gr. plumosus №1 (f.l. semireductus)
Ch. gr. plumosus №2 (f.l. plumosus-reductus)
Ch. gr. plumosus №3 (f.l. plumosus-reductus)
Ch. gr. plumosus №4 (f.l. plumosus-reductus)
Ch. plumosus (L.)
Cladopelma gr. laccophila
Cladotanytarsus gr. mancus
C. gr. vanderwulpi
Cricоtopus gr. sylvestris
Cryptochironomus gr. defectus
C. ussouriensis Goetghebuer
Cryptotendipes nigronitens (Edwards)
Dicrotendipes modestus (Say)
D. nervosus (Staeger)
2001
2002
2004
2005
+
―
―
+
+
+
―
―
―
+
―
―
―
+
+
+
+
―
+
―
―
―
+
―
―
―
+
―
―
―
―
+
―
+
+
+
+
+
+
+
―
―
+
+
―
+
+
+
―
―
―
―
―
+
+
+
―
―
―
+
―
―
―
+
―
―
+
―
+
―
+
―
+
―
―
―
―
+
―
―
―
―
―
+
―
+
―
+
+
+
―
+
+
―
+
―
―
―
―
―
+
+
+
―
+
―
―
―
―
―
+
―
+
+
+
―
―
―
―
―
+
―
―
―
+
―
+
―
+
―
―
+
+
―
―
―
―
+
+
+
+
+
+
+
+
―
―
―
―
―
―
―
+
―
―
+
+
―
―
+
+
+
+
―
―
―
+
―
―
+
―
―
+
―
―
―
―
+
+
―
+
―
―
+
―
―
―
+
45
Трансформация гидробиологического режима Чермозского залива …
№ п/п
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
Таксон
Dicrotendipes tritomus (Kieffer)
Einfeldia carbonaria (Meigen)
E. pagana (Meigen)
Endochironomus albipennis (Meigen)
E. stakelbergi Goetghebuer
Eukiefferiella gr. gracei
Fleuria lacustris Kieffer
Glyptotendipes glaucus (Meigen)
G. gripekoveni (Kieffer)
G. paripes (Edwards)
G. viridis (Macquart)
Harnischia curtilamellata (Malloch)
Microchironomus tener (Kieffer)
Parachironomus gr. vitiosus
Paralauterborniella nigrohalteralis (Malloch)
Paratrichocladius triquetra (Tshernovskij)
Polypedilum bicrenatum Kieffer
P. gr. convictum
P. nubeculosum (Miegen)
Potthastia longimana Kieffer
Procladius ferrugineus Kieffer
Psectrocladius fabricus Zelentzov
P. obvius (Walker)
Pseudochironomus prasinatus (Staeger)
Stempellina bausei (Kieffer)
Stictochironomus crassiforceps (Kieffer)
Tanypus kraatzi Kieffer
Tanytarsus gr. lestagei
T. medius Riess et Fittkau
T. verralli Goetghebuer
ВСЕГО
2001
+
+
―
―
―
+
―
―
―
+
―
+
+
+
+
+
+
+
+
―
+
+
―
+
+
+
+
―
+
+
43
Окончание табл. 2
2004
2005
―
―
+
―
+
―
―
+
+
―
―
―
+
+
―
+
+
―
+
―
+
―
―
+
―
―
―
―
―
―
―
―
+
―
―
―
+
―
―
―
+
+
+
+
―
+
―
+
―
―
―
―
―
―
+
+
―
―
―
―
34
22
2002
―
+
―
+
―
―
―
―
―
+
―
+
+
―
―
―
+
―
+
+
+
+
―
+
―
+
―
+
―
―
29
* «+» – наличие, «―» – отсутствие таксона.
Пространственное распределение биомассы
зообентоса в 2001 г. соответствовало таковому в
пруду: наибольшее разнообразие и плотность поселений донных животных отмечено для верховий залива, в центральном и приплотинном участках
формировались однотипные, бедные в качественном и количественном отношении, зообентоценозы.
Начиная с 2002 г. и по настоящее время в заливе наблюдается обратное распределение биомассы
зообентоса – в приплотинной части её величина
значительно больше, чем в центре и верховьях
(табл. 3, рисунок, А). Параллельно этим процессам
идет последовательное увеличение биомассы донных сообществ в глубоководной зоне залива (более 3 м), а с 2004 г. – и скачкообразное повышение
биомасс зообентоса на глубинах от 1 до 3 м (рисунок, Б).
Сравнение структуры ихтиофауны пруда по
данным А.О. Таусон и прилежащей к заливу акватории водохранилища (современные данные) выявило изменение соотношения основных видов
рыб в промысловых уловах. В пруду главным
компонентом уловов являлся окунь, составляя в
среднем 51.2% по весу, и ёрш – 25.1% (Таусон,
1947). В близлежащих к Чёрмозскому заливу районах Камского водохранилища (по данным
г/м²
20
2001
2002
2004
2005
15
10
5
0
П
Ц
В
Св
А
г/м²
20
15
10
5
0
0-0,99
1,00-2,99
>3,00
Б
Распределение биомассы (г/м2) зообентоса:
А – по районам, Б – по глубинам (м) Чёрмозского залива в
2001-2005 г.г. (П – приплотинный, Ц – центральный, В –
верхний район, Св – средневзвешенные величины)
46
И. В. Поздеев, Е. Б. Селеткова, К. А. Чеснокова
2002 г.) наибольшее значение в уловах имели лещ,
язь и плотва, соответственно 21.6%, 19.0%, 18.9%
массы уловов. Темп роста рыбы в пруду был невелик, А.О. Таусон связывала это с колебаниями
уровня и частыми заморами, отмеченными как зимой, так и летом. В заливе, по данным обловов
молоди, скорость роста рыб на 1–3-м годах жизни
значительно выше, чем в других частях Камского
водохранилища. Видовое богатство ихтиофауны
залива (20 видов) превосходит таковое в пруду
(13) (Зиновьев и др., 2004).
Таблица 3
Распределение численности (экз./м2) и биомассы (г/м2) зообентоса на разных участках залива в
2005 г. *
Участок
Группа
Oligochaeta
Bivalvia
Insecta
Diptera
Chaoboridae
Chironomidae
ВСЕГО
В
экз./м2
267
0
627
627
0
627
894
Ц
г/м2
0.60
0
0.59
0.59
0
0.59
1.19
экз./м2
67
100
313
313
20
293
480
П
г/м2
0.04
0.10
0.57
0.57
0.08
0.49
0.71
экз./м2
173
67
840
840
0
840
1080
М
г/м2
0.14
0.13
16.04
16.04
0
16.04
16.31
экз./м2
800
2400
2800
2800
0
2800
6000
г/м2
0.16
17.20
6.20
6.20
0
6.20
23.56
* В – верхний, Ц – центральный, П – приплотинный; М – зообентос зарослей ВВР
Потенциальная рыбопродуктивность всего
Чёрмозского залива с учётом развития зоопланктона и зообентоса по данным 2005 г. может быть
оценена величиной 53.73 т (26.84 кг/га) – для бентофагов и 47.34 т (23.65 кг/га) – для планктофагов.
Охарактеризовать полученные оценки рыбопродуктивности позволяют сведения о представленности различных видов рыб на прилегающей к заливу акватории (Зиновьев и др., 2004) и данные о
трофической структуре ихтиоценозов Камского
водохранилища (Костицын, 2005). Относительно
низкая рыбопродуктивность планктофагов подтверждается отсутствием или малым количеством
в указанном районе основных потребителей зоопланктона – синца, тюльки, чехони, уклеи. Вместе
с этим большую представленность имеют лещ, в
питании которого значительную роль играет «мягкий» зообентос, язь и плотва, потребляющие главным образом моллюсков и ВВР.
Заключение
Таким образом, образование залива водохранилища на месте пруда повлекло за собой изменения
экосистемы водоёма. Произошло снижение видового разнообразия бентосных и планктонных сообществ при повышении этого показателя для ихтиоценозов. Отмечены изменения в структуре сообществ донных беспозвоночных и рыб: бентоценозы
с преобладанием олигохет, хирономид и моллюсков
сменились на «олигохетно-хирономидные» сообщества, «окунёво-ершовые» ихтиоценозы трансформировались в «лещёво-язёво-плотвичные». В
целом водоём мезотрофного типа со временем стал
олиготрофным. По мере постройки плотины, затрудняющей циркуляцию водных масс между Чёрмозским заливом и центральным плёсом Камского
водохранилища, наблюдаются сукцессии, выраженные в дальнейшем упрощении структуры зоо-
планктона и зообентоса («хирономидные» сообщества) и повышении трофического статуса водоёма
от олиготрофного до мезотрофного. При этом средневзвешенные величины биомассы и численности
зообентоса к 2005 г. достигли уровня этих показателей, характерных для пруда до создания водохранилища, что и определяет относительно высокую
потенциальную рыбопродуктивность залива.
Библиографический список
Алексевнина, М.С. Современное состояние макрозообентоса Камского водохранилища / М.С.
Алексевнина, А.М. Истомина // Биол. внутр.
вод. 2005. № 3. С. 79–86.
Алимов, А.Ф. Введение в продукционную гидробиологию / А.Ф. Алимов. Л.: Гидрометеоиздат,
1989. 152 с.
Жадин, В.И. Методы гидробиологического исследования / В.И. Жадин. М.: Высш. шк., 1960. 191 с.
Зиновьев, Е.А. О проблемах возрождения Чёрмозского пруда / Е.А. Зиновьев, Е.А. С.А. Мандрица, М.А. Бакланов, Н.И. Литвиненко, Е.В. Преснова // Вестн. Перм. ун-та. 2004. Вып. 2. Биология. С. 154–158.
Истомина, А.М. Распределение бентофауны Камского плёса водохранилища в 2001-2003 гг. //
Современные проблемы исследования водохранилищ. Пермь: Перм. ун-т, 2005. С. 179–
182.
Каган, А.М. Бентофауна мелководий Чусовского и
Сылвенского заливов Камского водохранилища в 2002 г. // Экологические проблемы литорали равнинных водохранилищ. Казань: Отечество, 2004. С. 42–44.
Кортунова, Т.А. Зоопланктон Камского водохранилища и его продукция // Комплексное исследование рек и водохранилищ Урала. Пермь,
1983. С. 68–74.
Трансформация гидробиологического режима Чермозского залива …
Кортунова, Т.А. Зоопланктон // Биология Воткинского водохранилища / Т.А. Кортунова, А.А.
Галанова; под ред. М.С. Алексевниной. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1988. С. 50–65.
Костицын, В.Г. Исследования трофической структуры ихтиоценоза Камского водохранилища //
Вестн. Перм. ун-та. 2005. Вып. 6. Биология. С.
137–144.
Методика изучения биогеоценозов внутренних водоёмов. М.: Наука, 1975. 240 с.
Поздеев, И.В. Состояние макробентоса Чёрмозского залива Камского водохранилища в 2001 году
// Экология: проблемы и пути решения: материалы X Всерос. науч.-практ. конф. Ч. 2.
Пермь, 2002. С. 152–158.
Поздеев, И.В. Бентофауна Чёрмозского залива
Камского водохранилища (по данным 2001-02
гг.) // Экология: проблемы и пути решения: материалы XI Всерос. науч.-практ. конф. Пермь,
2003. С. 161–165.
47
Поздеев, И.В. Бентофауна Чёрмозского залива
Камского водохранилища // Современные проблемы исследований водохранилищ: материалы Всерос. науч.-практ. конф. Пермь, 2005. С.
183–187.
Родионова, Л.А. Питание бентосоядных рыб Камского водохранилища / Л.А. Родионова, Т.Е.
Ноздрачева // Биологические ресурсы водоёмов
Западного Урала. Пермь, 1980. С. 72–77.
Таусон, А.О. Водные ресурсы Молотовской области / А.О. Таусон. Молотов: ОГИЗ, 1947. 325 с.
Таусон, А.О. Чёрмозский пруд и его хозяйственное
значение // Учён. зап. Молотов ун-та. 1949. Т.
5, Вып. 1. С. 99–118.
Чирвинская, Б.М. Гидробиологическая характеристика некоторых прудов Еловского и Частинского районов // Изв. ЕНИ при Пермском университете, 1961. Т. XVIII, вып. 3. С 93–105.
Поступила в редакцию 30.03.2008
The hydrobiological condition transformation at Tchormozskij gulf in connection with
separating by dam from Kamskoe reservoir
I.V. Pozdeev, E.B. Seletkova, K.A. Chesnokova
The transformation of Tchormozskij pond to the gulf of Kamskoe reservoir has defined the reduction of
zooplankton and zoobenthos diversity, has increased the ichthyofauna diversity, has changed from mesotrophic
statute to oligotrophic one. The daming up of the gulf with formation of a new reservoir (pond) connects with
further the reduction of biodiversity, the simplification of benthic community structure and the increase of reservoir statute to mesotrophic one.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
Микробиология
УДК 579.222:579.873.6
УТИЛИЗАЦИЯ НИТРИЛОВ И АМИДОВ ШТАММОМ
RHODOCOCCUS ERYTHROPOLIS Е84
В. А. Демаков a , b , А. Ю. Максимов a , b , М. В. Кузнецова b , Г. В. Овечкина b
a
b
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Институт экологии и генетики микроорганизмов, 614081, Пермь, ул. Голева, 13
Исследовано влияние ряда нитрилов и амидов карбоновых кислот на рост и каталитическую
активность штамма Rhodococcus erythropolis E84 – продуцента фермента нитрилгидратазы.
Показано, что насыщенные незамещенные алифатические нитрилы и амиды являются богатым источником углерода и азота, но их присутствие в среде культивирования не является
строгим условием проявления нитрилгидратазной активности. Нитрилгидратаза штамма Е84
способна гидратировать алифатические и, в меньшей степени, ароматические нитрилы.
Введение
Известны штаммы бактерий, обладающие способностью использовать нитрилы и амиды в качестве
единственного источника углерода или азота, их относят к различным таксономическим группам, в частности к роду Rhodococcus (Bunch, 1998). Большой
интерес к таким микроорганизмам, продуцирующим
фермент нитрилгидратазу (КФ 4.2.1.84), обусловлен
их практической значимостью для процессов биокаталитического синтеза акриламида и других амидов
карбоновых кислот (Kobayashi et al., 1992; Mylerova,
Martinkova, 2003). Штаммы–продуценты нитрилгидратазы различаются между собой условиями индукции этого фермента, а также спектром утилизируемых субстратов. Известно, что для индукции нитрилгидратазы многих штаммов необходимо присутствие нитрилов и амидов (Астаурова и др., 1991, Kobayashi et al., 1992). В то же время описаны бактерии,
активность нитрилгидратазы у которых не требует
присутствия индуктора (Cowan et al. 1998; Максимов
и др., 2004). Изучение влияния компонентов среды
на экспрессию нитрилгидратазы у новых продуцентов может быть использовано для улучшения существующих технологий синтеза амидов карбоновых
кислот и для получения новых химических продуктов.
Целью настоящей работы было изучение влияния нитрилов и амидов на рост и нитрилгидратазную активность клеток R. erythropolis E84.
Материалы и методы исследования
Штамм R. erythropolis E84 выделен из загрязненной акрилонитрилом почвы методом накопительной культуры и последующей селекции, на-
правленной на повышение нитрилгидратазной активности (Демаков и др., 2003).
В работе использованы нитрилы и амиды производства Sigma-Aldrich-Fluka: алифатические –
ацетонитрил, акрилонитрил, бутиронитрил, лактонитрил (2-гидроксипропионитрил), 3-гидроксипропионитрил, изобутиронитрил, ацетамид, пропионамид, акриламид, бутирамид, изобутирамид,
лактамид (2-гидроксипропионамид); метилацетамид; динитрилы и диамиды: адипонитрил, малононитрил, адипамид и малонамид; ароматические
– бензонитрил и бензамид; гетероциклические –
2-цианопиридин и 3-цианопиридин.
Клетки R. erythropolis E84 выращивали на синтетической среде N следующего состава (г/л):
KH2PO4 – 1.0;
K2HPO43H2O – 1.6;
NaCl – 0.5;
MgSO47H2O – 0.5;
CaCl22H2O – 0.005;
FeSO47H2O – 0.01; CoCl26H2O – 0.01; рН 7.2-7.4. В
качестве источника углерода использовали глюкозу в концентрации 0.1%, а в качестве источника
азота – хлористый аммоний в концентрации 5 мМ
либо другие субстраты, соответствующие условиям эксперимента.
Нитрилгидратазную
активность
клеток
R. erythropolis E84 оценивали по изменению концентрации нитрила и амида в реакционной среде в
течение 10 мин. трансформации. Удельную активность фермента определяли как количество амида
в мкмоль, образуемое за 1 мин. биомассой, соответствующей 1 мг сухого веса клеток. Единица
нитрилгидратазной активности (1 ЕД) соответствует 1 мкмоль амида  мг сухих клеток-1  мин-1.
Трансформацию нитрилов с использованием
биомассы штамма R. erythropolis E84 проводили в
10 мМ калий-фосфатном буфере, pH 7.5 при начальной концентрации нитрила, равную 5%. Реак-
© В. А. Демаков, А. Ю. Максимов, М. В. Кузнецова, Г. В. Овечкина, 2008
48
Утилизация нитрилов и амидов штаммом Rhodococcus erythropolis E84
цию останавливали добавлением HCl до концентрации 2%. Пробы анализировали на газовом хроматографе Chrom 5 с пламенно-ионизационным
детектором и стальной колонкой длиной 2 м, заполненной «Полисорб-1», фракция 0.25–0.5. В качестве стандартов использовали растворы чистых
нитрилов, амидов и карбоновых кислот. Концентрации алифатических амидов измеряли также по
разности оптической плотности (ОП) реакционной
среды при 240 нм (Максимов и др., 2003).
Плотность культуры бактерий оценивали по
оптической плотности клеточной суспензии при
540 нм с учетом разведения. Одна единица ОП540
соответствует 0.42 мг сухого веса клеток.
Минимальную ингибирующую концентрацию
нитрилов и амидов определяли в суспензионном
тесте на 96-луночных планшетах. Для этого в ряды
лунок планшета последовательно вносили серийные двукратные разведения нитрилов и амидов в
свежей питательной среде в диапазоне концентраций от 1 до 100 г/л. В каждую лунку добавляли
свежевыращенную культуру R. erythropolis E84 до
концентрации 105 кл/мл. В отдельных лунках проводили контроль роста культуры и контроль стерильности среды.
Для оценки степени индукции нитрилгидратазы клетки R. erythropolis E84 выращивали в колбах
Эрленмейера на синтетической среде с 5 мМ
сульфатом аммония и 0.1% глюкозой в течение
48 час. После этого добавляли нитрилы или амиды
в концентрации 10 мМ. Активность ферментов
была измерена после 4 час. инкубации.
Концентрацию белка оценивали по методу Лоури, а также по соотношению оптической плотности при 280 и 235 нм (Whitaker, Granum, 1980).
Результаты исследования и их
обсуждение
Зависимость нитрилгидратазной активности
штамма R. erythropolis E84 от фазы роста
Для определения зависимости нитрилгидратазной активности от фазы роста клетки
R. erythropolis E84 выращивали в течение 60 час.
на среде N, содержащей глюкозу в концентрации
0.1% и ацетонитрил в концентрации 15 мМ. В
данных условиях максимальная нитрилгидратазная активность культуры R. erythropolis E84 проявлялась в первой трети экспоненциальной фазы
роста и достигала 70 ЕД. К середине логарифмической фазы нитрилгидратазная активность снижалась в два раза, а при выходе культуры на стационарную фазу, падала до нуля (рис. 1).
Таким образом, экспрессия нитрилгидратазы
R. erythropolis E84 происходила только в определенный период экспоненциальной фазы роста. Это
позволяет предположить, что данный фермент является индуцибельным, как и нитрилгидратазы ряда других штаммов, но его выражение подвержено
49
более жесткой метаболической регуляции, чем активность нитрилгидратазы штамма R. ruber gt1
(Максимов и др., 2003).
ЕД
80
70
60
50
40
30
20
10
0
7
6
5
4
3
2
1
0
0
12
24
36
48
ОП540
1
2
60
ч
Рис. 1. Зависимость нитрилгидратазной активности клеток R. erythropolis 84 от фазы роста. 1 – нитрилгидратазная активность; 2 – плотность культуры
Нитрилы и амиды как ростовые субстраты
для штамма R. erythropolis E84
Исследована способность бактерий к утилизации ряда нитрилов и амидов: а) как единственного
источника углерода на среде, содержащей 5 мМ
аммония; б) как единственного источника азота на
среде, содержащей 0.1% глюкозы; в) в качестве
единственного источника углерода и азота.
В условиях эксперимента линейные алифатические нитрилы и амиды оказались хорошими источниками углерода и/или азота для штамма
R. erythropolis E84 (табл. 1). Изобутиронитрил
также использовался в качестве источника углерода или азота, но скорость роста на нем была меньше, чем на линейных алифатических нитрилах.
Акрилонитрил, акриламид и адиподинитрил являлись хорошими источниками азота, но не усваивались как источник углерода. В отличие от адиподинитрила короткоцепочечный динитрил – малононитрил использовался клетками во всех вариантах эксперимента.
Лактонитрил и бензонитрил в концентрации
5 мМ не поддерживали рост штамма R. erythropolis E84. При этом лактамид был хорошим ростовым субстратом во всех вариантах эксперимента, а
бензамид обеспечивал быстрый рост как источник
азота. N-метилацетамид использовался в качестве
источника углерода, но слабо поддерживал рост
бактерий на безазотной среде.
Для проверки возможного ингибирующего
действия нитрилы и амиды были добавлены в концентрации 20 мМ в среду N, содержащую 0.1%
глюкозу и 5 мМ сульфат аммония. В этих условиях подавляли рост только лактонитрил и 2-цианопиридин.
В. А. Демаков, А. Ю. Максимов, М. В. Кузнецова, Г. В. Овечкина
50
Таблица 1
Рост штамма R. erythropolis E84 на нитрилах и
амидах
Влияние концентрации ацетонитрила на
рост и нитрилгидратазную активность
R. erythropolis E84
Источник
азота и
углерода1
Клетки R. erythropolis E84 выращивали на среде, содержащей в качестве единственного источника углерода и азота ацетонитрил в ряде концентраций от 0.1 мМ до 1 М.
Нитрил / амид
мМ
Источник
азота2
Источник
углерода3
Ацетонитрил
10
++
++
++
Пропионитрил
10
++
++
++
Бутиронитрил
10
++
++
++
Изобутиронитрил
10
+
++
+
3-ОН-пропионитрил 10
+
++
+
2-цианопиридин
10
–

–
Акрилонитрил
5
–
++
–
Адипонитрил
5
–
++
–
Малононитрил
5
+
++
++
Бензонитрил
5
–
–
–
Лактонитрил
5
–
–
–
Ацетамид
10
++
++
++
Акриламид
10
–
++
–
Пропионамид
10
++
++
++
Бутирамид
10
++
++
++
Изобутирамид
10
++
++
++
Метилацетамид
10


++
Лактамид
10
++
++
++
Бензамид
10
–
++

*1
среда N, 2 среда N, 0.1% глюкоза, 3 среда N, 5 мМ NH4Cl;
++ ОП540  0.5 через 48 часов; + ОП540  0.5 на 5 сутки;
 ОП540  0.5 на 8 сутки; – отсутствие роста на 10 cутки.
Минимальные ингибирующие
концентрации нитрилов и амидов
Определены минимальные ингибирующие
концентрации ряда нитрилов и амидов, влияющие
на рост клеток R. erythropolis E84 (табл. 2).
Таблица 2
Минимальная ингибирующая концентрация
(МИК) нитрила и амида для клеток
R. erythropolis E84
Нитрил
Ацетонитрил
Акрилонитрил
Пропионитрил
Бутиронитрил
Изобутиронитрил
Лактонитрил
Малононитрил
Бензонитрил
Адипонитрил
3-Цианопиридин
3-ОН-пропионитрил
МИК,
г/л
50.0
2.5
20.0
5.0
10.0
1.5
2.5
2.5
5.0
2.0
20.0
МИК,
г/л
Ацетамид
60.0
Акриламид
2.5
Пропионамид
30.0
Бутирамид
30.0
Изобутирамид
30.0
Лактамид
60.0
Малонамид
2.5
Бензамид
15.0
Метилацетамид 30.0
Тиоацетамид
2.5
Амид
Выявлено, что нитрилы в целом более токсичны для штамма R. erythropolis E84, чем соответствующие амиды. Ингибирующее рост бактерий
действие уменьшалось в ряду нитрилов: лактонитрил = акрилонитрил = малононитрил = бензонитрил = 2-цианопиридин > адипонитрил = бутиронитрил > изобутиронитрил > 3-гидроксипропионитрил = пропионитрил > ацетонитрил. Из амидов
существенно подавляли рост только малонамид,
акриламид и тиоацетамид.
ЕД
150
ОП540
6
5
100
4
3
50
2
1
0
0
1,0E-011,0E+001,0E+011,0E+021,0E+03
Концентрация ацетонитрила,…
Рис. 2. Влияние концентрации ацетонитрила на рост и
нитрилгидратазную активность R. erythropolis 84: 1 – нитрилгидратазная активность; 2 – плотность культуры
В этих условиях при интервале концентрации
ацетонитрила от 5 до 20 мМ наблюдалось повышение нитрилгидратазной активности и плотности
культуры (рис. 2). Максимальная активность, достигающая 140 ЕД, наблюдалась в варианте опыта,
содержащем 20 мМ ацетонитрила. Максимальная
плотность культуры (ОП540) при этом составляла
2.3. При повышении концентрации ацетонитрила
до 50 мМ активность нитрилгидратазы уменьшалась в 3 раза, а оптическая плотность возрастала
до 3.8. Максимальный выход культуры наблюдался в варианте, содержащем 200 мМ ацетонитрила.
При дальнейшем повышении концентрации ацетонитрила нитрилгидратазная активность, скорость
роста культуры и ее выход с единицы объема среды пропорционально снижались. При концентрации ацетонитрила 800 мМ рост отсутствовал. Таким образом, оптимальной для экспрессии нитрилгидратазы является концентрация ацетонитрила
около 20 мМ.
Влияние нитрилов и амидов на
нитрилгидратазную активность
Исследовано действие ряда нитрилов и амидов
в качестве индукторов нитрилгидратазы. Как видно из табл. 3, уровень активности нитрилгидратазы штамма R. erythropolis E84 значительно возрастает после внесения в среду алифатических нитрилов или амидов.
При этом способность усиливать нитрилгидратазную активность культуры в рядах ацетонитрил
– пропионитрил – бутиронитрил – валеронитрил и
ацетамид – пропионамид – бутирамид снижалась с
увеличением углеводородной цепи.
Максимальная индукция нитрилгидратазы наблюдалась в присутствии адипонитрила, метил-
Утилизация нитрилов и амидов штаммом Rhodococcus erythropolis E84
ацетамида и ацетамида. Лактонитрил, акриламид,
бензонитрил и бензамид вызывали снижение активности фермента. Следует отметить, что высокий уровень нитрилгидратазной активности клеток
R. erythropolis E84 наблюдался и в отсутствие нитрилов или амидов. Следовательно, присутствие
нитрила или амида не является обязательным условием экспрессии нитрилгидратазы у R. erythropolis E84, как это описано для штамма R. rhodochrous J1 (Nagasawa et al., 1998), а уровень активности фермента в большей степени зависит от
обеспеченности клетки источником углерода и
азота.
Таблица 3
Влияние нитрилов и амидов на индукцию
нитрилгидратазной активности клеток
R. erythropolis E84
Удельная активность,
Нитрил / амид
ЕД
Контроль (среда без индуктора)
92
Ацетонитрил
185
Пропионитрил
144
Бутиронитрил
125
Валеронитрил
117
Акрилонитрил
142
Изобутиронитрил
97
3-гидроксипропионитрил
110
Лактонитрил
29
Адипонитрил
273
Бензонитрил
47
Ацетамид
214
Пропионамид
153
Бутирамид
132
Изобутирамид
100
Метилацетамид
244
Акриламид
22
Лактамид
85
Бензамид
39
Была определена субстратная специфичность
нитрилгидратазы штамма R. erythropolis E84. Результаты представлены в табл. 4.
В качестве субстратов нитрилгидратазы исследуемого штамма были проверены предельные и
непредельные алифатические нитрилы, в том числе гидрокси- и динитрилы, гетероциклические,
ароматические нитрилы.
Наилучшим субстратом для нитрилгидратазы
был ацетонитрил, имеющий самую короткую углеродную цепь. Хорошо гидратировались предельные алифатические нитрилы – пропионитрил
и бутиронитрил. Длинноцепочечный динитрил –
адипонитрил конвертировался клетками R. erythropolis Е84 в 6 раз быстрее короткоцепочечного малонодинитрила. Присутствие гидроксильной или
метильной группы в молекулах нитрилов в значительной степени снижало скорость гидратации.
Например, гидратация лактонитрила составила
только 6% от скорости конверсии ацетонитрила. В
качестве субстратов для нитрилгидратазы штамма
R. erythropolis Е84 были мало эффективны бензонитрил и 3-цианопиридин.
51
Таблица 4
Субстратная специфичность нитрилгидратазы
штамма R. erythropolis E84
Субстрат, 100 мМ
Ацетонитрил
Пропионитрил
Бутиронитрил
Изобутиронитрил
Акрилонитрил
Лактонитрил
Адипонитрил
Малонодинитрил
Бензонитрил
3-цианопиридин
Активность, %
100.0
34.1
50.4
17.5
26.3
6.3
48.5
8.3
0.8
1.6
*За 100 % принимали удельную активность нитрилгидратазы по отношению к ацетонитрилу.
Работа выполнена при поддержке грантов
РФФИ №07-04-96071 и №07-04-97617, программы
Президиума РАН «Биоразнообразие и генетика генофондов», программы Отделения биологических
наук РАН «Фундаментальные основы управления
биологическими ресурсами».
Библиографический список
Астаурова, О.Б. Регуляция биосинтеза ферментов
биодеградации нитрилов у Rhodococcus rhodochrous М0 / О.Б. Астаурова, Т.Е. Погорелова, О.Р. Фомина, и др. // Биотехнология. 1991.
№ 5. С. 10–14.
Максимов, А.Ю. Влияние нитрилов и амидов на
рост и нитрилгидратазную активность штамма
Rhodococcus sp. gt1 / А.Ю. Максимов, М.В. Кузнецова, Г.В. Овечкина и др. // Прикладная
биохимия и микробиология. 2003. Т. 39, № 1.
С. 63–68.
Штамм бактерий Rhodococcus erythropolis – продуцент нитрилгидратазы : пат. 2196822 Рос.
Федерация / В.А .Демаков, А.Ю. Максимов,
М.В. Кузнецова, Г.В. Овечкина, С.В. Козлов,
Н.Б.
Ремезовская,
Ю.Г.
Максимова.
№ 2001120750; заявл. 25.07.2001; опубл..
20.01.2003.
Bunch, A.W. Biotransformation of nitriles by rhodococci // Antonie van Leeuwenhoek. 1998. Vol. 74.
P. 89–97.
Cowan, D. Biochemistry and biotechnology of mesophilic and thermophilic nitrile metabolizing enzymes / Cowan D., R. Cramp, R. Pereira et al. //
Extremophiles. 1998. Vol. 2. P. 207–216.
Kobayashi, M. Enzymatic synthesis of acrylamide: a
success story not yet over… / M. Kobayashi,
T. Nagasawa, H. Yamada // Trends in Biotechnol.
1992. Vol. 10. Р. 402–408.
Mylerova, V. Synthetic application of nitrileconverting enzymes / V. Mylerova, L. Martinkova
// Curr. Org. Chem. 2003. Vol. 7. P. 1–17.
Nagasawa, T. Occurrence of a cobalt-induced and cobalt containing nitrile hydratase in Rhodococcus
rhodochrous J1 / T. Nagasawa, K. Takeuchi,
52
В. А. Демаков, А. Ю. Максимов, М. В. Кузнецова, Г. В. Овечкина
H. Yamada // Biochim. Biophys. Res. Commun.
1988. Vol. 155. P. 1008–1016.
Whitaker, J.R. An absolute method for protein determination based on difference in absorbance at 235
and 280 nm / J.R. Whitaker, P.E. Granum // Anal
Biochem. 1980. Vol. 109(1). P. 156–159.
Поступила в редакцию 09.03.2008
Utilization of nitriles and amides by Rhodococcus erythropolis strain
V.A. Demakov, A.Ju. Maksimov, M.V. Kuznetsova, G.V. Ovechkina
The influence of a number of nitriles and amides on the growth and the catalytic activity of Rhodococcus
erythropolis strain E84 – producer of nitrile hydratase has been examined. It was shown that saturated nonsubstituted aliphatic nitriles and amides were efficient sources of carbon and nitrogen, but their presence in cultivation medium did not appear to be strict condition for the manifestation of nitrile hydratase activity. Nitrile
hydratase of strain E84 was able to hydrolyze aliphatic, and to a lesser extent, aromatic nitriles.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 579.25
СКРИНИНГ И ИЗУЧЕНИЕ КЛЮЧЕВЫХ ГЕНОВ
КАТАБОЛИЗМА БИФЕНИЛА И ПОЛИХЛОРИРОВАННЫХ БИФЕНИЛОВ У АЭРОБНЫХ БАКТЕРИЙ
Е. С. Шумковa а , Л. Н. Ананьина а , Е. Г. Плотникова а , b
a a
b
Институт экологии и генетики микроорганизмов, 614081, Пермь, ул. Голева, 13
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Методом полимеразной цепной реакции проведен скрининг бактерий-деструкторов бифенила на наличие гена bphA1, кодирующего α-субъединицу бифенил диоксигеназы, ключевого
фермента разложения бифенила и полихлорированных бифенилов (ПХБ). Анализ нуклеотидных последовательностей показал высокий уровень сходства (98%) участка гена bphA1
длиной около 500 п.н. исследуемых штаммов рода Rhodococcus и известных бактерийдеструкторов того же рода. Показан высокий уровень сходства гена bphA1 грамотрицательных штаммов родов Pseudomonas и Comamonas и активных деструкторов ПХБ рода Pseudomonas (99–100%). Выявлены бактерии, у которых нуклеотидные последовательности, кодирующие α-субъединицу бифенил диоксигеназы, существенно отличаются от описанных в литературе.
Полихлорированные бифенилы (ПХБ) – синтетические соединения, широко использующиеся в электрохимической и электротехнической промышленности. Благодаря исключительной устойчивости к
химическим, физическим воздействиям и к биодеструкции они входят в число наиболее распространенных и опасных загрязнителей окружающей среды.
Известно, что, несмотря на низкую биодоступность
ПХБ, основная роль их трансформации в природной
среде принадлежит микроорганизмам (Dua et al.,
2002; Hickey et al., 1993; Abraham et al, 2002). Многочисленные грамположительные и грамотрицательные бактерии-деструкторы ПХБ, принадлежащие к
различным систематическим группам, были выделены из почв и донных осадков (Furukava et al., 1986;
Bedard et al., 1986; Seto et al., 1995; Sakai et al., 2002).
Изучение организации биохимических путей
деструкции этих соединений и генетических систем, кодирующих ферменты деградации ПХБ,
приобретает все большую актуальность. Работы в
этом направлении важны как в теоретическом
плане, так и для решения практических задач, таких как разработка методов биоремедиации загрязненных почв и водных объектов (Suenaga et
al., 2002).
Происхождение генов, позволяющих бактериям использовать ПХБ в качестве субстрата, до сих
пор остается неясным и является источником дискуссий (Abraham et al., 2002). Знания о путях их
эволюции, в свою очередь, позволят более эффективно решать прикладные проблемы, такие, как
искусственное конструирование путей деструкции
тех или иных ксенобиотиков и создание ферментов с заданными свойствами.
На первом этапе разложения бифенил и ПХБ
окисляются до (хлор)бифенил-дигидродиола бифенил 2,3-диоксигеназой (БДО). Бифенил 2,3диоксигеназа относится к семейству негеминовых
бифенил/толуольных оксигеназ, содержащих железо-серный кластер Риске (Gibson, Parales, 2000).
Это мультикомпонентный фермент, состоящий из
большой (α) и малой (β) субъединиц терминальной
диоксигеназы (кодируются генами bphA1 и bphA2
соответственно), ферредоксина (bphA3) и ферредоксин-редуктазы (bphA4). BphA1 и BphA2 ассоциированы в гетерогексамер α3β3 и катализируют
внедрение двух атомов кислорода в ароматическое
кольцо (хлор)бифенила. В значительной степени
спектр окисляемых бактерией ПХБ определяется
субстратной специфичностью ее БДО. αСубъединица отвечает за распознавание субстрата
и связывание с ним (Pieper, 2005).
Ранее из почв, загрязненных отходами производства галогенированных соединений (г. Пермь,
г. Березники, Пермский край), были выделены
аэробные бактерии, способные осуществлять разложение бифенила и его хлорированных производных (Плотникова и др., 2006; Плотникова и др.,
2007; Рыбкина, 2003).
Целью настоящей работы является поиск и
изучение генов, кодирующих большую субъединицу БДО, у бактерий-деструкторов бифенила и
ПХБ, выделенных из техногенных почв.
© Е. С. Шумкова, Л. Н. Ананьина, Е. Г. Плотникова, 2008
53
54
Е. С. Шумкова, Л. Н. Ананьина, Е. Г. Плотникова
Материалы и методы исследования
Бактериальные штаммы. В работе использованы бактериальные штаммы, выделенные из образцов почв, отобранных на территории предприятия ОАО «Галоген» (г. Пермь) и из почв района
солеразработок г. Березники (Пермский край): Cellulomonas (P27, P28), Rhodococcus (P1, P2, Р2(51),
P12, P13, P20, P25, P9, G10), Microbacterium (P26),
Pseudomonas (B7, B106а, G12, G13, P22, P23а,
P24а, S9, S13), Comamonas (S210, S211, S212), Alcaligenes (P39), Flavimonas (S214) (Плотникова и
др., 2006; Плотникова и др., 2007; Рыбкина, 2003).
Среды и условия культивирования. Культивирование бактерий проводили в колбах объемом
250 мл в 100 мл минеральной среды K1 (Zaitsev et
al., 1991) при 28°С с аэрацией на шейкере (100
об/мин). В качестве ростового субстрата использовали бифенил в концентрации 1 г/л.
Молекулярно-генетические методы. Выделение тотальной ДНК исследуемых штаммов проводили по стандартной методике (Ausbel et al.,
1995).
ПЦР осуществляли на приборе MyCycler (BioRad, США) с вырожденными праймерами, подобранными к консервативным участкам гена bphA1
при условиях, предложенных R. Witzig (2006).
Анализ полиморфизма длин рестрикционных
фрагментов (ПДРФ) амплифицированных участков генов bphА1 осуществляли с использованием
эндонуклеаз рестрикции HhaI, HaeIII (Sigma, Германия). Реакцию проводили при 37°С в течение 2
часов в объеме реакционной смеси 20 мкл. Построение карт сайтов рестрикции для участков исследуемых генов bphA1 осуществляли с помощью
программы Vector NTI 9.1.0 на основе гомологичных нуклеотидных последовательностей известных деструкторов ПХБ Burkholderia xenovorans
LB400 (GenBank 86348) и Rhodococcus globerulus
P6 (GenBank Х80041).
Секвенирование продуктов амплификации
проводили с помощью набора реактивов DYEnamic ET Dye Terminator Cycle sequencing Kit на автоматическом секвенаторе MegaBASE 1000 (JSC GE
Healthcare, США) согласно рекомендациям производителя. Полученные нуклеотидные последовательности анализировали с использованием программ CLUSTAL W (Thompson et al., 1994),
TREECON (van de Peer, DeWachter, 1994), BLAST
(http:// www.ncbi.nlm.nih.gov).
Результаты исследования и их
обсуждение
Скрининг штаммов на наличие гена bphA1
Методом полимеразной цепной реакции (ПЦР)
был проведен скрининг 26 штаммов на наличие в
геноме нуклеотидных последовательностей, гомо-
логичных участку гена bphA1. С матриц ДНК четырнадцати штаммов (P1, P9, P12, P13, P20, P24а,
P27, P28, S9, S13, S210, S211, S212, G10) прошла
специфичная амплификация. Размер ПЦР-продукта составлял около 500 п.н. Протяженность гена
bphA1 у Rhodococcus globerulus P6 и Burkholderia
xenovorans LB400 составляет 1375 и 1378 п.н. соответственно. Амплифицируемая область гена
bphA1, располагающаяся в районе 668 – 1152 п.н.,
охватывает область около 500 п.н. Таким образом,
длина амплифицированных фрагментов bphA1гена с матриц ДНК исследуемых штаммов совпадала с ожидаемой.
Полученные данные позволили нам предположить наличие bphA1-гена, кодирующего большую
субъединицу БДО, у скринируемых бактерий в тех
случаях, когда прошла специфичная амплификация.
ПДРФ-анализ амплифицированных участков гена bphA1
Для выявления сходства и различий между амплифицированными участками гена bphA1 был
проведен анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ-анализ) полученных
ампликонов.
По результатам гидролиза ДНК эндонуклеазами рестрикции HhaI и HaeIII исследуемые штаммы можно подразделить на три группы. К первой
группе относятся штаммы рода Rhodococcus (P1,
P12, P13, P20), набор рестрикционных фрагментов
амплифицированного участка гена bphA1 которых
был сходен с таковым известных бактерийдеструкторов ПХБ рода Rhodococcus. При гидролизе ДНК грамотрицательных штаммов родов
Comamonas (S210, S211, S212) и Pseudomonas (S9,
S13) эндонуклеазой рестрикции HaeIII были получены фрагменты других размеров. Расположение
сайтов рестрикции на участке гена bphA1 было
сходно с таковым известных бактерий рода Pseudomonas и Burkholderia. Эти штаммы составляют
вторую группу. В третью группу по результатам
гидролиза амплифицированной ДНК эндонуклеазами HhaI и HaeIII можно включить штаммы
Pseudomonas sp. Р24а, Rhodococcus sp. P9 и Cellulomonas spp. Р27, P28.
Анализ нуклеотидных последовательностей
гена bphА1
Для определения нуклеотидных последовательностей амплифицированных фрагментов bphA1
представителей каждой из трех групп, выявленных
в результате ПДРФ-анализа, были выбраны штаммы P12, P13, G10, S13, S212, S9, S210, P27, P24а, P9.
С помощью программ BLAST и CLUSTALW
нуклеотидные последовательности фрагментов гена
bphA1 сравнивали с аналогичными последовательностями, имеющимися в международных базах данных
GenBank/EMBL/DDBJ. Идентичность нуклеотидных
последовательностей bphA1 штаммов Rhodococcus
Скрининг и изучение ключевых генов катаболизма бифенила …
spp. P12 и P13 с Rhodococcus opacus BIE-20 (GenBank
AJ544524) составляет 98%. Уровень гомологии гена
bphA1 грамотрицательных штаммов Pseudomonas
spp. S9 и S13, Comamonas spp. S210, S212 с
Pseudomonas sp. B2A (GenBank AJ544518) составляет 99–100%, с Pseudomonas sp. B4 (GenBank
PSU95054) – 99%; с Ralstonia eutropha H850
(GenBank AJ544525) и c Burkholderia xenovorans
LB400 (GenBank M86348) – 97%. Участок гена bphA1
штамма Rhodococcus sp. G10 на 98% сходен с гомологичной нуклеотидной последовательностю штамма Arthrobacter sp. 3YC3 (GenBank DQ336942).
Построена дендрограмма сходства нуклеотидных
последовательностей, кодирующих α-субъединицы
бифенил диоксигеназ, известных штаммов-деструкторов ПХБ и исследуемых бактерий (рисунок). Кластерный анализ показал, что грамотрицательные и
55
грамположительные штаммы образуют две разные
группы. Штаммы Rhodococcus spp. P12 и P13 группируются с представителями рода Rhodococcus, а
штаммы Pseudomonas spp. S9, S13 и Comamonas spp.
S210, S212 попадают в один кластер с грамотрицательными деструкторами ПХБ, принадлежащими к
родам Pseudomonas, Burkholderia и Ralstonia (рисунок).
Нуклеотидные последовательности фрагментов
гена bphA1 штаммов Rhodococcus sp. P9, Pseudomonas sp. P24 и Cellulomonas sp. P27 значительно
отличаются от имеющихся в базах данных. Перекрывание их с гомологичными последовательностями известных деструкторов ПХБ составляет
всего 20–30% от длины полученных ампликонов.
Штаммы P9, P24 и P27 образуют самостоятельную
группу на дендрограмме.
Древо сходства нуклеотидных последовательностей, гомологичных исследуемым участкам генов bphА1, построенное методом UPGMA. Масштаб соответствует 10 нуклеотидным заменам на каждые 100 нуклеотидов. Цифрами показана статистическая достоверность порядка ветвления, определенная с помощью «bootstrap»-анализа 100 альтернативных деревьев. В скобках указаны номера последовательностей в GenBank.
Заключение
Двадцать
шесть
штаммов
бактерийдеструкторов бифенила были исследованы на наличие гена большой субъединицы БДО, фермента,
осуществляющего первый этап разложения бифенила и ПХБ – внедрение двух атомов кислорода в
ароматическое кольцо. Скрининг исследуемых бактериальных культур методом полимеразной цепной
реакции позволил предположить функционирование у ряда исследованных штаммов бифенил диоксигеназ, сходных с описанными в научной литературе (Erickson., Mondello, 1992; Kah., Hofer, 2003;
Masai et al., 1995; Master., Mohn, 2001; Taira et al.,
1992). В то же время отрицательный результат
ПЦР-скрининга у других двенадцати штаммовдеструкторов бифенила может свидетельствовать о
существенных отличиях нуклеотидных последовательностей их гена bphA1 от аналогичных последовательностей известных бактерий-деструкторов.
На основании ПДРФ-анализа амплифицированных фрагментов гена bphA1 можно говорить
о значительном сходстве амплифицированных
участков bphA1 у исследуемых штаммов рода
Rhodococcus и их отличии от грамотрицательных
бактерий.
Анализ нуклеотидных последовательностей
участка гена bphA1 показал высокий уровень сходства (98%) исследуемых штаммов рода Rhodococcus
56
Е. С. Шумкова, Л. Н. Ананьина, Е. Г. Плотникова
с известными деструкторами ПХБ того же рода.
Выявлен высокий уровень сходства грамотрицательных штаммов родов Pseudomonas и Comamonas
с представителями рода Pseudomonas (99–100%). В
то же время в результате ПДРФ-анализа и анализа
нуклеотидных последовательностей у нескольких
исследуемых штаммов (Р9, Р24а, Р27) были установлены существенные различия в структуре ключевого гена катаболизма бифенила и ПХБ (bphA1),
что позволяет предположить наличие у данных
штаммов бифенил диоксигеназ, отличающихся от
описанных в литературе.
Работа поддержана грантом РФФИ-Урал_офи
07-04-97625.
Библиографический список
Плотникова, Е.Г. Характеристика микроорганизмов, выделенных из техногенных почв Прикамья / Е.Г. Плотникова, Д.О. Рыбкина, Л.Н.
Ананьина, О.В. Ястребова, В.А. Демаков //
Экология. 2006. №. 4. С. 261–268.
Плотникова, Е.Г. Бактерии-деструкторы полихлорированных бифенилов, перспективные для
биоремедиации загрязненных почв / Е.Г. Плотникова, Д.О. Рыбкина // Биотехнология: состояние и перспективы развития: материалы
конгресса. Ч. 2. М.. 2005. С. 135.
Рыбкина, Д.О. Исследование аэробных бактерий,
разлагающих полихлорированные бифенилы и
хлорбензойные кислоты: дис. … канд. биол.
наук / Д.О. Рыбкина. Пермь, 2003. 181 с.
Abraham, W.R. Polychlorinated biphenyl-degrading
microbial communities in soils and sediments /
W.R .Abraham, B. Nogales, P.N. Golyshin, D.H.
Pieper, K.N. Timmis // Curr. Opin. Microbiol.
2002. Vol. 5. P. 246–253.
Bedard, D.L. Rapid assay for screening and characterizing microoranisms for the ability to degrade polychlorinated biphenyls / D.L. Bedard, R. Unterman, N. Ropp, M.I. Brennan, M.L. Haber, C.
Jonson // Appl. Environ. Microbiol. 1986. Vol. 51.
P. 761–768.
Dua,M. Biotechnology and bioremediation: successes
and limitations / M. Dua, A. Singh, N. Ssethunathan, A.K. Johri // Appl. Microbiol. Biothechnol.
2002. Vol.59. P. 143–152.
Erickson, B.D. Nucleotide sequencing and transcriptional mapping of the genes encoding biphenyl
dioxygenase, a multicomponent polychlorinatedbiphenyl-degrading enzyme in Pseudomonas strain
LB400 / B.D. Erickson, F.J. Mondello // J. Bacteriol. 1992. Vol. 174 (9). P. 2903–2912.
Furukava, K. Oxidation of polychlorinated biphenyls
by Pseudomonas sp. Strain LB400 and Pseudomonas pseudoalcaligenes KF707 / K. Furukava, N.
Tomizuka, A. Kamibayashi // J. Bacteriol. 1979.
Vol. 175. Р. 4561–4564.
Gibson, D.T. Aromatic hydrocarbon dioxygenases in
environmenyal biotechnology / D.T. Gibson, R.E.
Parales // Curr. Opin. Biotechnol. 2000. Vol. 11. P.
236–243.
Hickey, W.J. Enhanced mineralization of polychlorinated biphenyls in soil inoculated with chlorobenzoate-degradin bacteria / W.J. Hickey, D.B.
Searles, D.D. Focht // Appl. Environ. Microbiol.
1993. Vol. 59. P. 1194–1200.
Kah, S. A genetic system for the rapid isolation of
aromatic-ring-hydroxylating dioxygenase activities
/ S. Kah, B. Hofer // Microbiology. 2003. Vol. 149
(PT 6). P. 1475–1481.
Masai, E. Characterization of biphenyl catabolic genes
of gram-positive polychlorinated biphenyl degrader Rhodococcus sp. strain RHA1 / E. Masai, A.
Yamada, J.M. Healy, T. Hatta, K. Kimbara, M.
Fukuda, K. Yano // Appl. Environ. Microbiol.
1995. Vol. 61 (6). P. 2079–2085.
Master, E.R. Induction of bphA, encoding biphenyl
dioxygenase, in two polychlorinated biphenyldegrading bacteria, psychrotolerant Pseudomonas
strain Cam-1 and mesophilic Burkholderia strain
LB400 / E.R. Master, W.W. Mohn // Appl. Environ. Microbiol. 2001. Vol. 67 (6). P. 2669–2676.
Pieper D.H. Aerobic degradation of polychlorinated
biphenyls // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2005.
Vol. 67. P. 170–191.
Sakai, M. Diversity of 2,3-dihydroxybiophenyl dioxygenase genes in a strong PCB degrader, Rhodococcus sp. strain RHA1 / M. Sakai, E. Masai, H. Asami, K. Sugiyama, K. Kimbara, M. Fukuda // Journal
of Bioscience and Bioengineering. 2002. Vol. 93. P.
421–427.
Seto, M. A novel transformation of polychlorinated biphenyls by Rhodococcus sp. strain RHA1 / M. Seto,
K. Kimbara, M. Shimura, T. Hatta, M. Fukuda //
Appl. Environ. Microbiol. 1995. Vol. 61. P.3353–
3358.
Ausubel. Short protocols in molecular biology / Ausubel et al.. Third edition. 1995. 450 p.
Suenaga, H. Alteration of regiospecificity in biphenyl
dioxygenase by active-site engeneering / H. Suenaga, T. Watanabe, M. Sato, Ngadiman, K. Furukawa
// J. Bacteriol. 2002. Vol. 184. P. 3682–3688.
Taira, K. Analysis of bph operon from the polychlorinated biphenyl-degrading strain of Pseudomonas pseudoalcaligenes KF707 / K. Taira, J. Hirose, S. Hayashida, K. Furukawa // J. Biol. Chem. 1992. Vol. 267
(7). P. 4844–4853.
Thompson, J.D. CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment
through sequence weighting, position specific gap
penalties and weight matrix choice / J.D. Thompson, D.G. Higgins, T.J. Gibson // Nucleic. Acids.
Res. 1994. Vol. 22. P. 4673–4680.
van de Peer Y. TREECON for Windows a software
package for the construction and drawing of evolutionary trees for the Microsoft Windows environ-
Скрининг и изучение ключевых генов катаболизма бифенила …
ment / Y. van de Peer, R. DeWachter // Comput.
Appl. Biosci. 1994. Vol. 10. P. 569–570.
Witzig, R. Bensene-Polluted Soils : Lnks between
Benzene Biodegradation and enes Similar to Those
Encoding Isopropilbenzene Dioxygenases / R.
Witzig, J. Howard, H-J. Heht, D.H. Pieper //
Appl.Environ.Microbiol. 2006. Vol. 72. No. 5. P.
3504–3514.
57
Zaitsev, G.M. Genetic control of degradation of chlorinated benzoic acids in Arthrobacter globiformis, Corynebacterium sepedonicum and Pseudomonas cepacia strains / G.M. Zaitsev, T.V. Tsoi, V.G. Grischenkov, E.G. Plotnikova, A.M. Boronin // FEMS Microbiol. Lett. 1991. Vol. 81. P. 171–176.
Поступила в редакцию 14.06.2008
Scrining and study of key genes accomplishing biphenyl and polychlorinated biphenyl
degradation in aerobic bacteria
E.S. Shumkova, L.N. Ananyina, E.G. Plotnikova
Screening of biphenyl-utilising bacteria for bphA1 gene encoding large subunit of biphenyl dioxygenase
(BDO), controlling the initial step of biphenyl and PCB destruction (dioxygenation) has been made by polymerase chain reaction (PCR). The analysis of DNA fragments (their length was about 500 b.p.) has shown that
Rhodococcus bphA1genes were closely related (98% identity) to those of well known strains belonging to the
same genus. High identity of DNA segments of Gram-negative strains (Pseudomonas and Comamonas) to well
known Pseudomonas bphA1genes (99–100% identity) was revealed. It was shown that some bacteria possessed
DNA sequences encoding α-subunit of BDO that significantly differed from similar nucleic sequences of well
known bacteria.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 579.222:579.851.11
БАКТЕРИИ РОДА BACILLUS, ВЫДЕЛЕННЫЕ ИЗ
ПОЧВ РАЙОНА СОЛЕРАЗРАБОТОК
О. В. Ястребова a , Л. Н. Ананьина a , Е. Г. Плотникова a , b
a
b
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, 614081, Пермь, ул. Голева, 13
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Из почв района солеразработок (г. Березники, Пермский край) методом накопительных культур
выделено семь штаммов бактерий рода Bacillus. По результатам анализа REP- и BOX-ПЦР
большинство выделенных штаммов входят в одну геномогруппу (I), штаммы SN501, И10b и
И12b различаются между собой по REP- и BOX-ДНК профилям и выделены в три геномогруппы (II, III и IV, соответственно). Принадлежность штаммов SN501, И10b и И12b к разным геномогруппам подтверждена результатами рестрикционного анализа амплифицированных рибосомальных ДНК (ARDRA). Филогенетический анализ нуклеотидных последовательностей
гена 16S рРНК показал, что штаммы И12b, И23 и И27 являются представителями рода Bacillus,
штамм И10b принадлежит к роду Paenibacillus. Большинство штаммов растет при 9-11% NaCl
в среде культивирования и в щелочных условиях (pH 7.0-9.0). Штамм Bacillus sp. SN501 растет
на нафталине как единственном источнике углерода и энергии при концентрации NaCl 5%.
Введение
Методы исследования
Бактерии рода Bacillus представлены грамположительными, аэробными, каталазоположительными, палочковидными клетками, образующими
овальные эндоспоры, высокоустойчивые ко многим неблагоприятным воздействиям. Бактерии
данного рода широко распространены в почвенных, водных экосистемах и варьируют по физиологическим свойствам. Ряд галофильных и алкалофильных штаммов рода Bacillus выделен из соленых и содовых озер (Nielsen et al., 1995; Vargas
et al., 2005; Lim et al., 2006); термофильные штаммы Bacillus thermophleovorans (Annweiler et al.,
2000) и Bacillus sp. JF8 (Shimura et al., 1999) изолированы при 60°C с использованием нафталина в
качестве субстрата. Из нефтезагрязненных почв и
донных отложений выделен ряд штаммов Bacillus
spp., использующих фенантрен (Doddamani, Ninnekar, 2000) и дизельное топливо в качестве единственного источника углерода (Stapleton et al.,
2000). Данная группа бактерий представляет интерес в связи с высоким биотехнологическим потенциалом для получения осмопротектерных соединений, термостабильных и гидролитических ферментов; создания препаратов для очистки почв и
стоков со сложным, полихимическим характером
загрязнения (Margesin, Schinner, 2001; Zhuang et
al., 2002).
Цель работы – характеристика бактерий рода
Bacillus, выделенных из засоленных почв.
Бактериальные культуры. В работе использованы бактериальные штаммы, выделенные из
почв и донных отложений, загрязненных отходами
соледобывающего предприятия БКРУ-1 г. Березники (Пермский край), обозначенные SN501,
И10b, И12b, И23, И26, И27, И28.
Среды и условия культивирования. Бактерии выращивались в минеральной среде Раймонда
(Розанова, Назина, 1982) с разным содержанием
хлорида натрия (от 3 до 20%). В качестве полноценной среды использовали среду Раймонда при
добавлении триптона (5 г/л) и дрожжевого экстракта (2.5 г/л). При культивировании в жидкой
минеральной среде нафталин, фенантрен, гентизат
и орто-фталат использовали как субстраты в концентрации 1 г/л, салицилат – в концентрации 0.5
г/л. При выращивании бактерий на агаризованной
среде нафталин, фенол, жидкие алифатические
углеводороды (октан, декан, пентадекан) и дизельное топливо добавляли на крышку перевернутой чашки Петри. Культивирование проводили
при температуре 28˚С.
Изучение физиологических свойств бактерий. Устойчивость к NaCl (3, 5, 7, 9, 10, 11, 13, 17,
20%) определяли на полноценной агаризованной
минеральной среде Раймонда. Рост учитывали на
7-й день.
Рост при разных значениях рН определяли при
концентрации Na+ 0.8–0.85 М в буферных системах (для рН 5 – ацетатный буфер, для рН 7–8 –
© О. В. Ястребова, Л. Н. Ананьина, Е. Г. Плотникова, 2008
58
Бактерии рода Bacillus, выделенные из почв района солеразработок
фосфатный буфер, для рН 9–10 – трис-HCl буфер)
(Методы общей бактериологии, 1983), приготовленных на основе минеральной среды Раймонда,
содержащей глюкозу в качестве источника углерода и энергии. Штаммы культивировались на
агаризованной среде при рН 5, 7, 8, 9, 10. Рост
учитывали на 7-й день.
Идентификация бактерий. Культуральные,
морфологические и биохимические свойства изучали согласно руководств «Определитель бактерий Берджи» (1997) и «Методы общей бактериологии» (1983). Морфологию и жизненный цикл
бактерий изучали у выращенных на агаризованной
среде 12–72-часовых культур с использованием
световой микроскопии (фазововый контраст).
Амплификация гена 16S рРНК. Для амплификации использовали бактериальные праймеры
27F и 1492R. Амплификацию проводили так, как
описано у Е.Ю. Гавриш с соавт. (2004).
Определение нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК. Секвенирование гена 16S
рРНК, амплифицированного с использованием
универсальных бактериальных праймеров (Гавриш
и др., 2004), проводили с применением набора реактивов CEQ Dye Terminator Cycle Sequencing Kit
на автоматическом секвенаторе MegaBASE 1000
(JSC GE Healthcare, США).
Филогенетический анализ. При предварительном анализе нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК использовали программы
BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov). Далее нуклеотидную последовательность 16S рДНК изучаемого изолята сравнивали с нуклеотидными последовательностями типовых штаммов близкородственных
видов
с
помощью
программы
CLUSTAL W (Thompson et al., 1994) и корректировали вручную. Эволюционное расстояние, выраженное как число замен на 100 нуклеотидов,
рассчитывали согласно Jukes, Cantor (1969). Построение филогенетического древа производили с
помощью пакета программ TREECON (van de
Peer, DeWachter, 1994) c использованием метода
«neighbor-joining» (NEIGHBOR). Статистическую
достоверность ветвления («bootstrap-анализ») оценивали с использованием соответствующей функции программы TREECON на основе 1000 альтернативных деревьев.
REP-ПЦР (полимеразная цепная реакция повторяющихся экстрагенетических палиндромных
последовательностей ДНК) и BOX-ПЦР (полимеразная цепная реакция повторяющихся Boxэлементов) проводили по методу J. Versalovic et al.
(1994). Продукты реакции разделяли электрофорезом в 1.5% агарозном геле, приготовленном на 1 х
ТВЕ буфере (Маниатис и др., 1984).
Расщепление ДНК эндонуклеазами рестрикции. 5 мкл ПЦР продукта 16S рДНК были обрабо-
59
таны 1 ед. рестрикционных ферментов HhaI, MseI,
HaeIII (Fermentas, Литва) с использованием для
каждой эндонуклеазы рекомендованного буфера и
при соответствующем температурном режиме
(Scortichini et al., 2002). Фрагменты рестрикции
разделяли электрофорезом в 1.2% агарозном геле.
Результаты и их обсуждение
При использовании метода накопительных
культур из почв, загрязненных отходами химических и соледобывающего производств (г. Березники, Пермский край), выделен ряд штаммов
грамположительных бактерий, способных к деструкции различных алифатических и ароматических углеводородов (Плотникова и др., 2001;
Плотникова и др., 2007).
Семь штаммов были идентифицированы как
представители рода Bacillus. Данные штаммы
имели круглые, гладкие, непрозрачные колонии
бледно-желтого цвета. Клетки штаммов – грамположительные, аэробные палочки, каталазоположительные, оксидазоотрицательные. Образуют округлые, расположенные на концах клеток споры.
Проведена сравнительная характеристика исследуемых штаммов с использованием методов
REP-ПЦР и BOX-ПЦР (рис. 1, 2). Анализ полученных профилей фрагментов ДНК выявил, что
штаммы И23, И26 и И27 входят в одну геномогруппу (I группа). Штаммы SN501, И10b и И12b
не входят в данную геномогруппу, различаются
между собой по REP- и BOX-ДНК профилям, они
выделены в три геномогруппы (II, III и IV группы
соответственно) (рис. 1, 2).
1 2 3 4 5
I
1
2
3 4 5
II
Рис. 1. Электрофореграмма продуктов REP-ПЦР
штаммов Bacillus spp.:
I: 1- маркер λ/HindIII; 2 – SN501; 3 – И10b;
4 – И12b; 5 – отрицательный контроль;
II: 1 - маркер λ/HindIII; 2 – И23; 3 – И26;
4 – И27; 5 – отрицательный контроль
Результаты рестрикционного анализа амплифицированных рибосомальных ДНК (ARDRA) с
использованием рестриктаз MboI, HhaI и MseI
подтвердили принадлежность штаммов SN501,
И10b и И12b к разным геномогруппам (рис. 3).
О. В. Ястребова, Л. Н. Ананьина, Е. Г. Плотникова
60
1 2
3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Рис. 2. Электрофореграмма продуктов BOX-ПЦР
штаммов Bacillus spp.:
1 – маркер λ/HindIII; 2, 3 – SN501; 4, 5 – И10b; 6, 7 –
И12b; 8 – отрицательный контроль
У штаммов И10b, И12b, И23 и И27 определены
нуклеотидные последовательности 16S рДНК. Филогенетический анализ нуклеотидных последовательностей гена 16S рРНК показал, что штаммы
И12b, И23 и И27 являются представителями рода
Bacillus. На филогенетическом древе изоляты по-
Рис. 3. Электрофореграмма гидролиза ПЦР-продуктов
амплификации 16S рДНК, обработанных эндонуклеазами
рестрикции MboI (2 – 4), HhaI (5 – 7), MseI (8 - 10):
1 - маркер длин фрагментов pUC19 DNA/MspI; 2, 5, 8 –
штамм SN501; 3, 6, 9 – штамм И10b; 4, 7, 10 – штамм
И12b; 11 - маркер длин фрагментов 1kb DNA Ladder
(Life Technologies, США)
падают в разные 16S рДНК-группы бацилл (Ash et
al., 1991): штаммы И23 и И27 группируются с
представителями 1-й группы, а штамм И12b образует кластер с видами 6-й группы (рис. 4).
0.02
88
100
Bacillus mojavensis IFO15718T (AB021191)
Bacillus subtilis DSM10T (AJ276351)
Bacillus tequilensis 10bT (AY197613)
Bacillus subtilis subsp. spizizenii NRRL B-23049T (AF074970)
Bacillus vallismortis DSM11031T (AB021198)
58
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23350T (X60605)
100
Bacillus atrophaeus JCM9070T (AB021181)
Bacillus sonorensis NRRL B-23154T (EU138473)
100
T
53 Bacillus aerius 24K (AJ831843)
Bacillus licheniformis DSM 13T (X68416)
T
Bacillus aerophilus 28K (AJ831844)
99 Bacillus stratosphericus 41KF2aT (AJ831841)
T
100 Bacillus altitudinis 41KF2bT (AJ831842)
Bacillus safensis FO-036b (AF234854)
97 Bacillus pumilus DSMZ27T (AY456263)
84
99 И23
И27
100
100
93
77
100
100
100
75
100
100
59
100
Bacillus idriensis SMC 4352-2T (AY904033)
Bacillus indicus Sd/3T (AJ583158)
Bacillus cibi JG-30T (AY550276)
Bacillus decolorationis LMG 19507T (AJ315075)
Bacillus taeanensis BH030017T (AY603978)
Bacillus algicola KMM 3737T (AY228462)
100
99 И12b
Bacillus hwajinpoensis SW-72T (AF541966)
Paenibacillus macquariensis DSM 2T (AB073193)
Paenibacillus antarcticus LMG 22078T (AJ605292)
Paenibacillus xylanilyticus XIL14T (AY427832)
Paenibacillus illinoisensis JCM 9907T (AB073192)
Paenibacillus barcinonensis BP-23T (AJ716019)
Paenibacillus pabuli JCM 9074T (AB073191)
И10b
Paenibacillus amylolyticus NBRC 15957T (AB363743)
Alicyclobacillus acidocaldarius NBRC 15652T (AB271754)
Рис. 4. Филогенетическое древо, построенное с использованием метода «neighbor-joining», основанное на сравнении
нуклеотидных последовательностей 16S рДНК видов родов Bacillus и Paenibacillus, близкородственных исследуемым штаммам. Масштаб соответствует 2 нуклеотидным заменам на каждые 100 нуклеотидов. Цифрами показана статистическая
достоверность порядка ветвления, определенная с помощью «bootstrap»-анализа 1000 альтернативных деревьев (приведены значения выше 50%)
Максимальный уровень 16S рДНК сходства,
составляющий 99.5%, штаммы И23 и И27 имеют с
видами Bacillus pumilus и Bacillus safensis, а изолят
И12b – с видом Bacillus hwajinpoensis. На данном
Бактерии рода Bacillus, выделенные из почв района солеразработок
этапе работы штаммы идентифицированы как Bacillus spp.
Филогенетический анализ нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК штамма И10b
выявил принадлежность его к роду Paenibacillus,
который был предложен для объединения видов,
относящихся к 3-й 16S рДНК-группе рода Bacillus
(Ash et al., 1994). Наибольший уровень сходства
(98%) изолят имеет с Paenibacillus amylolyticus.
Штамм идентифицирован как Paenibacillus sp.
Исследована способность выделенных штаммов к росту на различных ароматических и алифатических углеводородах. Установлено, что штаммы И10b и И12b используют дизельное топливо,
нафталин и декан в качестве субстрата. Штаммы
И23, И26, И27 и И28 растут на дизельном топливе
и пентадекане. Штамм SN501 способен к росту на
нафталине, фенантрене, салицилате, орто-фталате,
а также на феноле и октане.
Установлено, что оптимальными для роста выделенных штаммов являются температуры в диапазоне 24–28°С. Большинство штаммов хорошо
растет при щелочных значениях рН (до 9.0) среды
культивирования, а штамм И23 – при pH 7.0–10.0.
Изоляты способны к росту в полноценной среде в
условиях повышенных концентраций хлорида натрия: до 9% – штаммы SN501, И10b, И12b, И23,
И27 и до 11% – штаммы И26, И28. Штамм SN501
растет на нафталине при концентрации NaCl в
среде культивирования – до 5%.
Работа поддержана грантами РФФИ-Урал
№07-04-96078_а
и
РФФИ-Урал
№07-0497625_офи.
Библиографический список
Гавриш, Е.Ю. Три новых вида бревибактерий – Brevibacterium antiguum sp. nov., Brevibacterium aurantiacum sp. nov. и Brevibacterium permense sp.
nov. / Е.Ю. Гавриш, В.И. Краузова, Н.В. Потехина, С.Г. Карасев, Е.Г. Плотникова, О.В. Алтынцева, Л.А. Коростелева, Л.И. Евтушенко //
Микробиология. 2004. Т. 73, № 2. С. 218–225.
Маниатис, Т. Методы генетической инженерии /
Т. Маниатис, Э. Фрич, Дж.Сэмбрук // Молекулярное клонирование. М.: Мир, 1984. 390с.
Методы общей бактериологии / пер. с англ.; под
ред. Ф. Герхардт и др. Т. 1–3. М.: Мир, 1983.
Определитель бактерий Берджи / пер. с англ.; под
ред. Дж. Хоулта и др. Т. 1, 2. М.: Мир, 1997.
Плотникова, Е.Г. Бактерии-деструкторы полициклических ароматических углеводородов, выделенные из почв и донных отложений района
солеразработок / Е.Г. Плотникова, О.В. Алтынцева, И.А. Кошелева, И.Ф. Пунтус, А.Е. Филонов, Е.Ю. Гавриш, В.А. Демаков, А.М. Боронин
// Микробиология. 2001. Т. 70, № 1. С. 61–69.
Плотникова, Е.Г. Разнообразие и функционирование микроорганизмов из техногенных почв рай-
61
она солеразработок Верхнекамья / Е.Г. Плотникова, Л.Н. Ананьина, О.В. Ястребова, Д.О. Рыбкина // Биотехнология: состояние и перспективы
развития: материалы конгресса. Ч. 2. М., 2007.
С. 135.
Розанова, Е.П. Углеводородокисляющие бактерии
и их активность в нефтяных пластах / Е.П. Розанова, Т.Н. Назина // Микробиология. 1982. Т.
51. С. 324–348.
Annweiler, E. Naphthalene degradation and incorporation of naphthalene-derived carbon into biomass by
the thermophile Bacillus thermoleovorans / E.
Annweiler, H.H. Richnow, G. Antranikian, S. Hebenbrok, C. Garms, S. Franke, W. Francke, W. Michaelis // Appl. Environ. Microbiol. 2000. Vol. 66.
P. 518–523.
Ash, C. Phylogenetic heterogeneity of the genus Bacillus revealed by comparative analysis of small subunit - ribosomal RNA sequences / C. Ash, J.A.E.
Farrow, S. Wallbanks, M.D. Collins // Lett. Appl.
Microbiol. Vol. 13. P. 202–206.
Ash, C. Molecular identification of rRNA group 3 bacilli (Ash, Farrow, Wallbanks and Collins) using a
PCR probe test / C. Ash, F.G. Priest, M.D. Collins
// Antonie van Leeuwenhoek. 1993. Vol. 64. P.
253–260.
Doddamani, H.P. Biodegradation of phenanthrene by
a Bacillus species / H.P. Doddamani, H.Z. Ninnekar // Curr. Microbiol. 2000. Vol. 41. P. 11–14.
Jukes, T.H. Evolution of protein molecules / T.H. Jukes,
C.R. Cantor // Mamallian protein metabolism / Ed.
H.N. Munro New York: Academic press. 1969. P.
21–132.
Lim, J.-M. Bacillus salarius sp. nov., a halophilic,
spore-forming bacterium, isolated from a salt lake in
China / J.-M. Lim, C.O. Jeon, S.-M. Lee, J.-C. Lee,
L.-H. Xu, C.-L. Jiang, C.-J. Kim // Int. J. Syst. Evol.
Microbiol. 2006. Vol. 56. P. 373–377.
Margesin, R. Potential of halotolerant and halophilic
microorganisms for biotechnology / R. Margesin, F.
Schinner // Extremophiles. 2001. Vol. 5. P. 73–83.
Nielsen, P. Phenetic diversity of alkaliphilic Bacillus
strains; proposal for nine new species / P. Nielsen,
D. Fritze, F.G. Priest // Microbiology. 1995. Vol.
141. P. 1745–1761.
Scortichini, М. Bacteria associated with hazelnut (Corylus avellana L.) decline are of two groups: Pseudomonas avellanae and strains resembling P. syringae
pv. syringae / М. Scortichini, U. Marchesi, M.-P.
Rossi, P.D. Prospero // Appl. Environ. Microbiol.
2002. Vol. 68. P. 476–484.
Shimura, M. Isolation and characterization of a thermophilic Bacillus sp. JF8 capable of degrading polychlorinated biphenyls and naphthalene / M. Shimura,
G. Mukerjee-Dhar, K. Kimbara, H. Nagato, H. Kiohara, T. Hatta // FEMS Microbiol. Lett. 1999. Vol.
178. P. 87–93.
Stapleton, R.D. Catabolic and genetic diversity of degradative bacteria from fuel-hydrocarbon contami-
62
О. В. Ястребова, Л. Н. Ананьина, Е. Г. Плотникова
nated aquifers / R.D. Stapleton, N.G. Bright, G.S.
Sayler // Microb. Ecol. 2000. Vol. 39. P. 211–221.
Thompson, J.D. CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment
through sequence weighting, position specific gap
penalties and weight matrix choice / J.D. Thompson, D.G. Higgins, T.J. Gibson // Nucleic Acids
Res. 1994. Vol. 22. P. 4673–4680.
van de Peer, Y. TREECON for Windows a software
package for the construction and drawing of evolutionary trees for the Microsoft Windows environment / Y. van de Peer, R. DeWachter // Comput.
Appl. Biosci. 1994. Vol. 10. P. 569–570.
Vargas, A.V. Bacillus bogoriensis sp. nov., a novel alkalophilic, halotolerant bacterium isolated from Ke-
nyan soda lake / A.V. Vargas, O.D. Delgado, R.
Hatti-Kaul, B. Mattiasson // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2005. Vol. 55. P. 899–902.
Versalovic, J. Genomic fingerprinting of bacteria using repetitive sequence-based polymerase chain
reaction / J. Versalovic, M. Schneider, F.J. de
Bruijn, J.R. Lupski // Meth. Mol. Cell. Biol. 1994.
Vol. 5. P. 25–40.
Zhuang, W.Q. Bacillus naphthalinovorans sp. nov.
from oil-contaminated tropical marine sediments
and its role in naphthalene biodegradation / W.Q.
Zhuang, J.-H. Tay, A.M. Maszenan, S.T.L. Tay //
Appl. Microbiol. Biotechnol 2002. Vol.58. P. 547–
553.
Поступила в редакцию 10.04.2008
Bacteria of the genus Bacillus isolated from soils in the area of salt mining
O.V. Yastrebova, L.N. Ananyina, E.G. Plotnikova
Using method of enrichment culture seven bacterial strains of genus Bacillus have been isolated from soils in
the area of salt mining. The analysis of REP- and BOX-PCR showed that the majority of the isolated strains
formed one genomic group (I), strains SN501, I10b and I12b differed between each other in the REP- and BOXDNA profiles and formed three genomic groups (II, III and IV respectively). Strains SN501, I10b and I12b distinguished among each other in the ARDRA profiles and represented different genomic groups. Phylogenetic
analysis based on 16S rDNA sequences indicated that strains I12b, I23 and I27 belonged to the genus Bacillus,
strain I10b belonged to the genus Paenibacillus. The majority of the strains grew at 9–11% NaCl in cultural medium and under the alkaline conditions (pH 7.0-9.0). The strain Bacillus sp. SN501 grew on naphthalene as the
sole source of carbon and energy at 5% of NaCl.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
УДК 631.4
Вып. 9(25)
Почвоведение
ВЫДЕЛЕНИЕ РЕДКИХ И ИСЧЕЗАЮЩИХ ПОЧВ В
СВЯЗИ С СОЗДАНИЕМ КРАСНОЙ КНИГИ ПОЧВ
ПЕРМСКОГО КРАЯ
О. З. Еремченко, И. Е. Шестаков, Ф. В. Чирков, Т. Г.Филькин
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Произведены учет генетического разнообразия почв Пермского края и оценка необходимости охраны редких, уникальных и исчезающих почв; приведена характеристика некоторых почв – претендентов на включение в Красную книгу почв Пермского края.
Введение
Методы исследований
Развитие концепции экологической роли почв и их
функций в экосистемах и биосфере расширило задачи
особой охраны почв и послужило толчком для создания
Красной книги почв регионов России. Основная задача
особой охраны почв – это сохранение наибольшего разнообразия естественных почвенных разностей, структур
почвенного покрова и их биоценозов. В Красную книгу
почв предлагается включить те почвенные разности,
для которых существует угроза значительного изменения, деградации или исчезновения под влиянием антропогенных факторов. Режим высших форм охраны должен распространяться не только на уникальные, редкие
и исчезающие почвы, но и на наиболее представительные эталоны естественных разностей с целью устранения опасности их бесконтрольного освоения, организации своевременного всестороннего изучения и мониторинга (Ташнинова, 2000, Климентьев и др., 2001, Чернова, Матвеев, 2001, Добровольский, Никитин, 2000,
Добровольский и др., 2006, Соловиченко и др., 2007).
Постановлением Правительства Пермского края
от 7 декабря 2007 г. № 312-п принято Положение о
порядке ведения Красной книги почв Пермского
края, которое основано на Законе Российской Федерации «Об охране окружающей среды», ст. 62 «Охрана редких и находящихся под угрозой исчезновения почв».
Подготовка и правовое утверждение Красной
книги почв различных уровней (федерального,
регионального и др.) создаст юридическую основу
для практических работ по сбережению почвенного
разнообразия и приведет в целостную систему сам
процесс борьбы за сохранение почвенного царства
природы. Сохранение почв — это обязательное
условие сохранения ниши для исчезающих живых
организмов (насекомых, растений, биоты почв).
На основании научных публикаций, картографических материалов и собственных материалов исследований, ГИС-картографирования были выделены
эталонные, уникальные, редкие и исчезающие почвы
Пермского края. В полевых и лабораторных условиях изучены особенности и ареалы распространения
почв лесостепной провинции, отнесенных к категории редких и исчезающих почв РФ, а также имеющих ограниченное распространение в регионе и исчезающих в результате агрогенной нагрузки.
Результаты исследования и их
обсуждение
Особой охране подлежат редкие почвы, формирующиеся на редких для региона почвообразующих
породах и в необычных экологических условиях. В
составе претендентов на включение в Красную книгу
почв РФ (Добровольский, Никитин, 2000) называют
редкие и ограниченного распространения почвы,
сформировавшиеся на пермских карбонатных породах.
Дерново-карбонатные почвы согласно Почвенной
карте Пермской области (1989) занимают 347,6 тыс.
га, 2,2% площади края. Коричнево-бурые почвы
(дерново-бурые,
коричнево-бурые,
темнокоричневые), занимают, по Н.Я. Коротаеву (1962),
около 0,74% территории области. Подзолистые и
дерново-подзолистые остаточно-карбонатные почвы
формируются при близком залегании карбонатных
материнских пород, однако их ареалы в пределах
Пермского края не выделены и площади не установлены. Из категории редких почв, формирующихся в
особых экологических условиях, предложены для
особой охраны горные лесные бурые почвы
© О. З. Еремченко, И. Е. Шестаков, Ф. В. Чирков, Т. Г.Филькин, 2008
63
64
О. З. Еремченко, И. Е. Шестаков, Ф. В. Чирков, Т. Г.Филькин
(буроземы) Предуралья (Добровольский, Никитин,
2000); в Пермском крае они занимают 1040,5 тыс га,
6,5 % площади (Почвенная карта…, 1989).
В категорию редких почв Пермского края
предлагаем также включить почвы, занимающие
менее 1% площади; по этому критерию к ней
рекомендуется отнести: темно-серые лесные почвы
(0,4%); горно-луговые (0,6%), горные тундровые
иллювиально-гумусовые почвы (0,5%) (Почвенная
карта …, 1989). Кроме того, к редким почвам можно
отнести дерново-подзолы на двучленных породах –
водно-ледниковых песках и супесях, подстилаемых в
пределах верхних 100 см плитчатыми известняками
соликамского
горизонта
уфимского
яруса
(Соликамский, Усольский районы); дерновоглееватые многогумусовые почвы, встречающиеся
повсеместно на территории края, но образующие
небольшие по площади ареалы (Еремченко,
Скрябина, 2006).
В связи с высокой степенью распашки
лесостепной и степной зон РФ к редким и
исчезающим почвам (находящимся на грани
исчезновения) отнесены некоторые роды темносерых лесных почв, черноземы оподзоленные и
выщелоченные (Добровольский, Никитин, 2000). В
Пермском крае степень распашки лесостепных
районов составляет 50–70%; на фоне развития
водной эрозии (удельный вес эродированных
сельскохозяйственных земель составляет от 15 до
70%) земледельческое использование приводит к
практически необратимой потере серых лесных почв
и черноземов.
Объектами исследований являлись редкие и
исчезающие почвы Прикамской лесостепной
провинции и ареалы их распространения. Дерновокарбонатные почвы в Пермском крае формируются
на различных почвообразующих породах - элювии и
делювии
известняков,
доломитов,
гипсов,
окарбоначенных
песчаниках,
мергелистых
красноцветных глинах. В обследованной территории
лесостепной провинции (5000 км2) дерновокарбонатные почвы занимают 0,45%.
В качестве ценных почвенных объектов для особой охраны выделены дерново-карбонатные почвы
историко-природного комплекса «Подкаменная гора», в соответствии с новой классификацией (2004)
получившие название карбо-литозем темногумусовый (рендзина) и карбо-петрозем гумусовый.
Приводим морфологическое описание карболитозема темногумусового (рендзина) на элюводелювии карбонатных пород, сформировавшегося в
верхней части коренного южного склона правого
берега р. Сылвы, крутизна 20–22о. Растительность –
разнотравно-злаковая: вейник, клубника лесная,
ракитник русский, душица, репешок, вероника,
спаржа, изредка папоротники.
AU – темногумусовый, 0–18/18 см, тёмно-серой
окраски в слегка увлажнённом состоянии,
комковато-зернистый, рыхлый, слаболипкий, в
нижней части липкость и влажность усиливаются;
среднесуглинистый, обилие корней, содержит гальку,
щебень, с глубины около 10 см есть включения
обломков
карбонатной породы;
переход к
последующему
горизонту
–
заметный
мелковолнистый.
АС – гумусовый переходный; 18–30/12 см,
палево-бурый, пылевато-мелкокомковатый, рыхлый,
нелипкий, легкосуглинистый, слегка увлажнённый,
содержит много щебня (но менее 50% от объёма
почвы) и корней; переход к последующему горизонту
ровный постепенный.
С(са)1 – почвообразующая порода; 30–70/40 см;
светло-бурой, в целом неоднородной окраски:
включения карбонатной щебёнки создают эффект
«белоглазки»; есть сероватые оттенки; мелкокомковатая структура; уплотнённый, слаболипкий,
среднесуглинистый; корней много; содержит включения карбонатной щебенки, а также линз и прослоек из темно-серой «невскипающей» породы,
переход к последующему горизонту очень постепенный ровный.
С(са)2 – 70–130/60 см; порода среднеглинистая,
очень неоднородной окраски: сочетаются светлобурые, светло-серые и светло-жёлтые фрагменты;
для нижней части (107–130) характерна отчётливая
слоистость: сизо-серые прослои и фрагменты
чередуются с желтовато-бурыми; структура меняется
от мелкокомковатой в верхней части профиля до
мелкоореховатой – в нижней; уплотнённый; более
плотный, чем вышележащий; слаболипкий, но
тёмно-серые прослои и включения отличаются
липкостью. С глубины 130–148 см залегают тяжелые
глины, доминирует сизо-серая окраска со светлопалевыми пятнами, мелкоореховатая структура.
Карбо-литозем характеризуется слабощелочной
реакцией почвенного раствора; содержание гумуса в
темногумусовом горизонте составляет 5,7%, но уже
на глубине 20–30 см падает в 2 раза. Неоднородность гранулометрического состава профиля
почвы в большей степени связана со слоистостью
почвообразующей породы.
Морфологическое описание карбо-петрозема
гумусового: сформировался на элювии плотных
карбонатных пород, в верхней части коренного
склона правого берега р. Сылвы, над береговым
останцем; крутизна склона – 21–22о. Растительность:
тимьян, ковыль, мордовник, чина, мышиный
горошек, вейник, зелёные мхи.
W – гумусовый, 0–9/9 см, серый; пылеватопорошистый, рыхлый, среднесуглинистый, слегка
увлажнённый, почти сухой; во всём горизонте –
щебёнка разных размеров, большей частью твёрдая;
переход в нижележащий горизонт заметный
волнистый.
Выделение редких и исчезающих почв в связи с созданием Красной книги почв …
Рис. 1. Серогумусовая (дерновая) глинистая почва
Рис. 3. Темно-серая почва
65
Рис. 2. Чернозем глинисто-иллювиальный
Рис. 4. Серая почва
66
О. З. Еремченко, И. Е. Шестаков, Ф. В. Чирков, Т. Г.Филькин
С(са) – почвообразующая неоднородная порода с
глубины 9 см (прикопка до 42 см); легкосуглинистый
мелкозем палево-светло-бурый с буровато-серыми
фрагментами, пылевато-порошистой структуры,
рыхлый; обилие твердой щебенки, с глубины 23 см
невозможно копать лопатой, постепенно переходит в
плотную породу – М(са).
Карбо-петрозем имеет слабощелочную реакцию,
обусловленную карбонатностью, в гумусовом горизонте содержит 4,6% гумуса.
В охраняемом ландшафте «Капкан-гора» под
хвойно-широколиственными лесами исследован
комплекс дерново-карбонатных почв (по классификации 2004 г. – серогумусовых, дерновых), сформировавшихся на элювии и делювии пермских конгломератов, переслаивающихся известняками и окарбоначенными песчаниками.
Серогумусовая (дерновая) глинистая почва
(рис. 1) сформировалась в средней части юговосточного склона увала крутизной 4–6о. На этой
почве – осиновый лес с примесью липы; в подросте
встречаются дуб, клён, рябина, берёза; в травянистом покрове – земляника, копытень, ежа сборная.
AY1 – серогумусовый (дерновый); 0–14/14, на
поверхности маломощная (менее 1 cм) лесная подстилка, серовато-коричневой окраски, крупноореховатый, уплотнённый, слабопластичный, легкоглинистый, увлажнённый, содержит много корней, червоточин и капролитов, включения гальки, переход к
последующему горизонту постепенный.
AY2 – серогумусовый переходный, 14–31/17, окраска серовато-коричневая, структура ореховатая и
крупноореховатая, уплотнённый, слегка вязкий,
среднеглинистый, увлажнённый, содержит много
корней, червоточин, капролитов; переход к последующему горизонту постепенный.
С1 – почвообразующая порода, 31–90/60, окраска
красновато-коричневая постепенно светлеющая и
приобретающая желтоватый оттенок; ореховатопризматический, вязкий, липкий, среднеглинистый,
увлажнённый, содержит мало корней, переход к последующему горизонту заметный.
С2 – с глубины 90 см желтовато-бурые средние
суглинки комковатой структуры, слабовязкие,
увлажненные.
Серогумусовая почва имеет нейтральную реакцию в дерновом горизонте и слабокислую во всех
остальных горизонтах профиля. Гидролитическая
кислотность сравнительно небольшая (3–4 мгэкв/100 г) в верхнем горизонте и в почвообразующей
породе, но заметно возрастает (до 7–12 мг-экв/100 г)
в средней части профиля (30–50 см) в связи с утяжелением гранулометрического состава. Неоднородность гранулометрического состава, а именно, снижение содержания ила и увеличение количества
мелкого песка в серогумусовом горизонте и в нижней части профиля – это следствие неоднородности
почвообразующего делювия. Гумусовый профиль
лесного типа, содержание гумуса составляет более
7% в серогумусовом горизонте, но уменьшается до
2% уже в переходном горизонте.
На вершине увала ландшафта «Капкан-гора» под
широколиственным лесом сформировались серогумусовые песчаные почвы с обилием гальки. В нижней части увала под смешанным лесом обнаружены
серогумусовые суглинистые почвы, в профиле которых появляются признаки оподзоливания в виде гумусово-элювиального горизонта. Уникальность всего
комплекса серогумусовых почв охраняемого ландшафта связана с литогенным фактором; породы,
обогащенные кальцием, препятствуют развитию
зонального подзолистого процесса. Опад лиственного леса также не благоприятствует кислотному гидролизу минералов и дифференциации почвенного
профиля.
Чернозем оподзоленный относится к категории
исчезающих почв России. На обследованной территории лесостепной провинции он занимает 760 км2,
около 16% территории. Исследован массив черноземов в Ординском районе Пермского края. Ненарушенные черноземы встречались лишь под небольшими изреженными лесками с травянистым покровом. Почвы отличались небольшой мощностью гумусового горизонта (около 40 см) с некоторым осветлением (оподзоливание) в нижней его части (рис.
2).
Чернозем глинисто-иллювиальный на легкоглинистом элюво-делювии карбонатных пород отмечен на холмистом участке возвышенной равнины, в
верхней части слабопологого (3–4о) склона югозападной экспозиции. На нём расположен берёзовый
разреженный лесок, подлесок составляют рябина и
кустарники (можжевельник, шиповник), травяной
покров – сныть, земляника, костяника, нивяник,
встречаются злаки.
AU – темногумусовый, 2–41/39 см; на поверхности лесная подстилка мощностью около 2 см, окраска тёмно-серая в слегка увлажнённом состоянии, с
буроватым оттенком в нижней части горизонта,
здесь же встречаются и осветленные участки; мелкокомковато-порошистый,
рыхлый;
слаболипкий,
среднесуглинистый; в верхней части – обилие корней, в нижней – много корней; переход к последующему горизонту заметный, волнистый.
BI1 – глинисто-иллювиальный, 41–60/19 см; неоднородной окраски: сочетание тёмно-серых языков
и светло-бурых заклинок, в нижней части горизонта
доминируют бурые цвета с незначительными темными затёками гумуса; мелкокомковато-ореховатый,
рыхлый; слаболипкий; легкоглинистый, слегка увлажнённый, переход к последующему горизонту заметный, волнистый.
BI2 – глинисто-иллювиальный, 60–112/52 см,
светло-бурый; структура многопорядковая орехова-
Выделение редких и исчезающих почв в связи с созданием Красной книги почв …
то-призматическая, в нижней части укрупняется –
крупноореховато-тумбовидная; уплотнённый, слаболипкий, легкоглинистый, тонкотрещиноватый и тонкопористый; пор много, внутри они покрыты темными гумусово-глинистыми пленками; увлажнённый; переход к последующему горизонту очень постепенный.
ВС – горизонт переходный к материнской породе; 112–156/44 см; светло-бурый, структура не выражена – монолитное сложение, не трещиноватый,
обилие тонких пор, с тёмные гумусово-глинистыми
плёнками по стенкам пор и корневин; легкоглинистый, увлажнённый, встречаются единичные корни,
переход к последующему горизонту ровный, постепенный.
С(са) – почвообразующие легкие глины, 156−200
см, неоднородные из-за многочисленных включений
(обломки карбонатных пород) разной величины и
разной степени выветрелости и большого числа карбонатных новообразований (пористые желвачки);
окраска мелкозема – светло-бурая, на его фоне –
светло-сероватые пятна и палевые пятна карбонатных новообразований и хрупких включений; бесструктурный, сложение монолитное, трещиноватость
не выражена, уплотненный, липкий, обильно тонкопористый, по стенкам пор – тёмные гумусовоглинистые плёнки; встречаются тёмные овальные
конкреции (довольно крупные: от 3–4 мм и более);
корни – единичны; мелкозём слабо вскипает с глубины 158–159 см, бурное вскипание – с глубины
163–165 см.
Чернозем имеет слабокислую реакцию до глубины 50 см, ниже залегают нейтральные горизонты, а
карбонатная материнская порода имеет щелочную
реакцию. Темногумусовый горизонт отличается довольно высокой гидролитической кислотностью –
6,7–12,3 мг-экв/100 г – с максимальной величиной в
верхней части горизонта. Количество ила в темногумусовом горизонте в 2 раза ниже, чем в глинистоиллювиальном горизонте. Содержание гумуса – 10–
13%.
Серые лесные почвы занимают на исследованной
территории около 1800 км2, 36% территории. Темносерые лесные почвы предложено отнести к региональной категории редких и исчезающих почв
(Еремченко, Скрябина, 2006). Октябрьский охотничий заказник с серыми лесными почвами рассматривается в качестве ценного почвенного объекта. В
природном состоянии серые лесные почвы сохранились под березово-хвойными лесочками с травянистым покровом.
Темно-серая почва на элювиально-делювиальных легких глинах (рис. 3) сформировалась на слабонаклонном (2−3о) юго-западном склоне увала возвышенной эрозионной равнины. Произрастает смешанный лес с преобладанием в 1-м ярусе ели и берё-
67
зы, во 2-м ярусе – черёмухи и рябины, в травянистом
подлеске доминируют крапива, сныть, хвощ.
AU – темногумусовый, 0–34/34; на поверхности
маломощная (десятые доли см) подстилка, образованная в основном полуразложившимися опавшими
листьями деревьев; темно-серой окраски; порошисто-мелкозернистый, рыхлый, слаболипкий, легкосуглинистый, увлажнённый; слой 0–10 см переплетен корнями трав, ниже много корней деревьев; переход к последующему горизонту ровный и постепенный.
AUe – темногумусовый, 34–49/15; в увлажненном
состоянии имеет тёмно-серую окраску (светлее, чем
в верхнем горизонте), постепенно переходящую в
серую; структура в верхней части
порошистомелкозернистая, в нижней – зернистая с намечающейся плитчато-пластинчатостью; рыхлый, слаболипкий; тяжелосуглинистый состав; встречаются
червоточины, капролиты; корней меньше, чем в
верхнем горизонте; переход к последующему горизонту ясный, волнистый.
BEL – субэлювиальный; 49–70/31 см; состоит из
комбинации палевых и светло-бурых фрагментов;
ореховатый, по граням ореховатых отдельностей
скелетаны и темные гумусово-глинистые кутаны;
уплотнённый, слаболипкий, увлажнённый, легкоглинистый; корней мало; переход к последующему горизонту ровный, заметный.
BT – текстурный, 70–118/48 см; светло-бурой окраски; крупноореховатый, в нижней части ореховато-призматический многопорядковый; уплотнённый;
вязкий; слаболипкий, легкоглинистый, увлажнённый; педы имеют гумусово-глинистые кутаны с
глянцевым блеском, тонкопористый, стенки пор покрыты темными пленками; единичные корни; переход к последующему горизонту ровный, постепенный.
C – легкоглинистая почвообразующая порода,
118–155 см, светло-бурой окраски; многопорядковая
крупноореховато – крупнопризматическая структура,
тонкопористая, поры покрыты темными пленками;
уплотнённая; липкая; увлажнённая.
В верхнем горизонте содержится 13,7−11,8% гумуса. Весь профиль почвы слабокислый, лишь на
глубине 150 см появляется нейтральная реакция
почвенного раствора. Гидролитическая кислотность
максимальна (16,4 мг-экв/100 г) в верхней части
темногумусового горизонта, в остальных горизонтах,
за исключением материнской породы, находится в
пределах 5−7 мг-экв/100 г почвы. Содержание ила в
темногумусовом горизонте в 2,5−3 раза ниже, чем в
текстурном.
Серая почва на элювиально-делювиальных
средних глинках (рис. 4) сформировалась на слабонаклонном участке возвышенной эрозионной равнины. Лес – смешанный, березово-пихтовый, в подлеске – дуб, рябина, осина, жимолость; травянистый
68
О. З. Еремченко, И. Е. Шестаков, Ф. В. Чирков, Т. Г.Филькин
покров образован папоротником, встречаются дельфиниум, крапива, колокольчик, манжетка, земляника, василёк.
AY – серогумусовый (дерновый), 0–12/12 см, в
верхнем слое имеет дернину мощностью около 2 см;
буровато-светло-серая окраска в слегка увлажнённом
состоянии, имеет непрочную комковато-пылеватую
структуру, уплотнённый, нелипкий, среднесуглинистый, встречается немного червоточин и корневин,
много корней, переход к последующему горизонту
волнистый, постепенный.
AEL – гумусово-элювиальный, 12-20/8 см; окраска неоднородная: светло-серые пятна на светлобуром фоне; структура непрочно пластинчатопылеватая, уплотнённый, нелипкий, среднесуглинистый, слегка увлажнённый, переход к последующему
горизонту волнистый, постепенный.
BEL – субэлювиальный, 20-42/22 см, состоит из
комбинации светло-серых и светло-бурых, иногда
темных, фрагментов (гумусовые языки, корневины,
кротовины); ореховатый, уплотнённый, слаболипкий, среднеглинистый, увлажнённый, содержит много червоточин и корневин, живых корней мало, переход к последующему горизонту постепенный, ровный.
BT – текстурный, 42–68/26 см, окраска неоднородная: красно-бурая; местами есть жёлтоватый оттенок; структура многопорядковая крупноореховатокрупнопризматическая; структурные отдельности
покрыты блестящими пленками; уплотнённый липкий, среднеглинистый, сильно увлажнённый; содержит гумусовые языки, железо-марганцевые конкреции, редкие корни; переход к последующему горизонту постепенный, ровный.
ВС – переходный к материнской породе; 68–
104/36 см, красновато-бурый с жёлтым оттенком,
крупноореховато-крупнопризматический, уплотнённый, липкий, среднеглинистый, влажный, единичны
темные фрагменты – корневины и кротовины; содержит железо-марганцевые конкреции (меньше,
чем в горизонте ВТ), единичные корни; переход к
последующему горизонту очень постепенный.
С – среднеглинистая почвообразующая порода,
104−145 см; по окраске, структуре, гранулометрическому составу сходна с горизонтом ВС, но выше ее
липкость и ниже плотность.
Содержание гумуса в серой почве составляет
6−7%. Почвенные горизонты характеризуются кислой реакцией, а материнская порода – нейтральной.
Гидролитическая кислотность имеет наибольшие
показатели в субэлювиальном горизонте – 8,6 мгэкв/100 г. В элювиальной части профиля содержание
илистой фракции в 4 раза ниже, а физической глины
в 2 раза ниже, чем в текстурном горизонте.
На территории Октябрьского заказника под ельником на пологом склоне обнаружена светло-серая
суглинистая глубинно-глееватая почва, сформировавшаяся в особых литолого-геоморфологических
условиях. Ее генетические особенности заключаются
в том, что в верхней части текстурного горизонта (на
глубине 50 см) грани ореховатых отдельностей покрыты голубовато-серыми плёнками, к середине горизонта они превращаются в обширные осветлённые
голубовато-серые (или голубовато-сизые) зоны –
зоны выноса железа; в нижней части горизонта (с 1
м) есть уже целые осветлённые прослои. На глубине
1 м текстурный горизонт сменяется гравийногалечниковой смесью, связанной легкосуглинистым
мелкозёмом, имеющим пёструю окраску (краснобурые, рыжие, голубовато-серые зоны).
В перспективе будут продолжены исследования
по выявлению ценных почвенных объектов с редкими и исчезающими почвами на территории всех
почвенных провинций Пермского края. Продолжено
создание базы данных на основе ГИС-технологий
для последующего почвенно-экологического мониторинга
Исследования проведены при финансовой поддержке РФФИ, грант № 07-04-96046.
Библиографический список
Добровольский, Г.В. Сохранение почв как незаменимого компонента биосферы / Г.В. Добровольский,
Е.Д. Никитин. М.: Наука, 2000. 261 с.
Добровольский, Г.В. Принципы выбора эталонных
объектов при создании Красной книги почв России / Г.В. Добровольский, О.В. Чернова, О.В.
Семенюк, Л.Г. Богатырев // Почвоведение. 2006.
№ 4. С. 387−395.
Еремченко, О.З. Почвы – претенденты на включение
в Красную книгу почв Пермского края / О.З.
Еремченко, О.А. Скрябина // Проблемы Красных
книг регионов России. Пермь, 2006. С. 90–93.
Климентьев, А.И. Красная книга почв Оренбургской
области / А.И. Климентьев, А.А. Чибилев, Е.В.
Блохин, И.В. Грошев; УрО РАН. Екатеринбург,
2001.
Соловиченко, В.Д. Красная книга почв Белгородской
области / В.Д. Соловиченко, С.В. Лукин, Ф.Н.
Лисецкий, П.В. Голеусов. Белгород: Изд-во БелГУ, 2007.
Скрябина, О.А. Эталонные почвы Пермского края /
О.А. Скрябина, О.З. Еремченко, Ф.В. Чирков //
Проблемы Красных книг регионов России.
Пермь, 2006. С. 102–105.
Выделение редких и исчезающих почв в связи с созданием Красной книги почв …
Ташнинова, Л.Н. Красная книга почв и экосистем
Калмыкии / Л.Н. Ташнинова. Элиста, 2000.
Чернов, В.П. Дерново-карбонатные почвы Пермской
области, сформированные на элювии гипса // Тр.
Перм. с-х. ин-та. 1973. Т. 101. С. 41–49.
Чернова, О.В. Методические основы создания региональных Красных книг почв / О.В. Чернова,
Ю.М. Матвеев // Заповедное дело: науч.-метод.
69
записки комиссии по заповедному делу. М., 2001.
Вып. 8. С. 60–73.
Поступила в редакцию 12.06.2008
The distinction of rare and threatened soils in connection with the creation of the Perm region Red Data List of soils
O.Z. Eremchenko, I.E. Shestakov, F.V. Chirkov, T.G. Fil’kin
The registration of genetic diversity of soils in Perm region was carried out. The necessity of protection of rare,
unique and threatened soils was evaluated. The description of some soils – candidates for the inclusion in the Perm
region Red Data List of soils – is given.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 632.122
ВЛИЯНИЕ АГРОГЕНЕЗА НА ЭКОЛОГОБИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-БУРЫХ
ПОЧВ
В. И. Каменщикова, Л. В. Кувшинская, В. И. Усталова, Ю. С. Черных
Естественнонаучный институт Пермского государственного университета, 614990, Пермь, ул. Генкеля, 4
Проведены комплексные исследования изменения физико-химических свойств, состава микробных сообществ, их биохимической активности в дерново-бурых оподзоленных ненарушенных и агрогенно измененных почвах. В агроценозе происходит усиление минерализационных процессов, снижается запас органического вещества, формируются специфичные
микробные сообщества с повышенным содержанием спорообразующих и олигонитрофильных микроорганизмов.
Введение
Объект и методы исследований
Основным фактором деградации почвенного покрова на территории Пермского края является агрогенный. Пахотные почвы приобретают новый комплекс свойств и режимов, и согласно новой классификации их относят к типу агроземов (Классификация…, 2004).
Среди дерново-подзолистых почв, которые
преобладают в Пермском крае, встречаются дерново-бурые и коричнево-бурые почвы, занимающие около 0,74 % территории. Они относятся к категории редких почв Пермского края и по существующим современным положениям являются
претендентами для включения в Красную книгу
почв Пермского края (Бузмаков и др., 2006).
Сформировались эти почвы небольшими по
площади островками на пермских красноцветных
мергелистых глинах по пологим склонам.
При длительном сельскохозяйственном использовании почвы претерпевают существенные
изменения физико-химического состояния (Добровольский, Никитин, 1990). Известно, что степень изменчивости почв при антропогенной нагрузке во многом зависит от их буферной способности, содержания и состава органического вещества, гранулометрического состава, а также от
уровня антропогенного воздействия. При этом
наиболее сильные изменения претерпевают биотические компоненты, которые деструктируют
поллютанты, способствуя перераспределению их
по почвенной толще (Андреюк, 1988; Артамонова,
2002; Клевенская, 1957, 1992; Федоров, 2004).
Объектами исследования послужили ненарушенные и вовлеченные в агроценоз дерново-бурые оподзоленные почвы на территории учебно-опытного хозяйства Пермской сельскохозяйственной академии в
районе поселка Соболи Пермского района.
Разрез дерново-бурой ненарушенной почвы (далее разрез № 1) заложен в нижней части пологого
склона в смешанном елово-березовом лесу со средней высотой древостоя 20–22 м. В разреженном травяном ярусе преобладают кислица обыкновенная,
звездчатка, вейник наземный, сныть обыкновенная.
Разрез № 2 заложен на поле кормового травопольного севооборота, где в 2007 г высевался овес.
Из верхних генетических горизонтов с соблюдением стерильности отбирали почвенные пробы
для определения численности, состава и биохимической активности микроорганизмов. Параллельно
из этих же горизонтов и по всему профилю были
отобраны почвенные образцы с трех стенок разрезов в пятикратной повторности для определения
физико-химических свойств.
Физико-химические показатели определяли в
воздушно-сухих образцах по общепринятым методикам (Агрохимические…, 1975). Численность
эколого-трофических групп микроорганизмов определяли методом предельных разведений с последующим высевом на элективные среды, о биохимической активности микроорганизмов судили
по активности каталазы и продуцированию углекислого газа по методу Шаркова в исходной и
инициированной глюкозой среде (Методы…, 1980;
Метроды…, 2004). В поверхностном (0–10см) горизонте и почвообразующей породе определяли
содержание тяжелых металлов атомно-адсорбци-
© В. И. Каменщикова, Л. В. Кувшинская, В. И. Усталова, Ю. С. Черных, 2008
70
71
Влияние агрогенеза на эколого-биологические свойства дерново-бурых почв
онным спектрофотометром.
Результаты и их обсуждение
Формирование описываемых почв на пермских
известковистых глинах накладывает отпечаток на
их морфологическое строение. Окраска внешних
горизонтов имеет темно-бурые и коричневые тона,
что отличает их от окружающих дерново-подзолистых почв.
Разрез № 1 – ненарушенная дерново-бурая
оподзоленная почва.
Гор. Ао не превышает 1 см, состоит из хвойнорастительного перепревшего опада.
Гор. А1 (1–14 см) – темно-серый с бурым оттенком, мелко-комковато-порошистой структуры,
пронизанный крупными и мелкими корнями, слабо
уплотненный, тяжелый влажный суглинок. Переход в нижележащий горизонт постепенный по окраске, ясно выражен по плотности сложения.
Гор. А1А2 (14–28 см) – грязно-бурый, мелкоореховатой структуры, уплотненный, влажный,
встречаются единичные крупные корни. Переход
постепенный по цвету и плотности.
Гор. А2В1 (28–38 см) – бурый с серой присыпкой, крупной ореховато-призматической структуры,
переход постепенный по плотности сложения и
цвету.
Гор. В1 (38–70 см) – красновато-бурый, ореховато-призматической структуры, увлажнен, уплотненный, переход ясный.
Гор. В2 (70–90 см) – красновато-темно-бурый,
плотной ореховатой структуры, влажный, глинистый, переход ясный.
Гор. В2С (90–104 см) – красно-бурый, крупноореховатой распадающейся структуры.
Разрез № 2 заложен на пашне в 100 м от разреза № 1, на той же экспозиции пологого склона.
Для сравнения почвенные образцы из разреза
№ 2 в пахотном слое почвы 0–38 см отбирали с
глубин, соответствующих целинным аналогам.
Гор. Апах (0–24 см) – однородного грязнобурого цвета, крупно-комковатой структуры, свежий, на глубине 24 см – пожнивные остатки, переход в нижеследующий горизонт ясный.
Гор. АпахА2 (28–38 см) – светло-бурый, комковато-ореховатой структуры, сильно уплотнен, увлажнен, переход постепенный по цвету, ясно выражен по структуре.
Гор. А2В1 (38–61 см) – светло-коричневый,
ореховатой структуры, рыхлый, влажный, встречаются мелкие корни.
Гор. В2 (61–103 см) – коричнево-бурый, однородной крупно-ореховатой структуры, влажный,
глинистый, плотный.
Гор. В2С (112–127 см) – красновато-коричневая
опесчаненная пластинчатая влажная глина.
Физико-химические свойства почв
Дерново-бурые почвы имеют тяжелый механический состав, с содержанием ила до 38%, крупнопылеватых частиц до 17–28%, поэтому показатель потенциальной структурности, связности и
противоэрозионной устойчивости у них достаточно высок (табл. 1).
Таблица 1
Горизонт
Гранулометрический состав дерново-бурой оподзоленной почвы
Глуби- Гигровлага,
Содержание фракций (мм) в %
на, см
%
1-0,25
0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001
Разрез № 1 – целина, глина легкая иловатая
А1
А1А2
А2
А2В1
В2
В2С
0-14
14-24
28-38
40-70
70-90
94-104
Апах
Апах
АпахА2
А2В1
В2
В2С
0-10
14-24
28-38
38-61
61-103
112-127
4,38
2,62
3,96
6,52
6,07
5,96
1,0
0,5
0,6
1,2
1,2
1,7
26,0
24,5
20,1
22,3
22,7
27,5
20,7
29,0
26,9
16,6
20,3
20,9
9,3
7,1
6,7
3,5
4,6
5,6
< 0,001
< 0,01
14,4
17,6
14,1
18,3
16,8
14,8
28,6
21,3
31,6
38,1
34,4
29,5
52,3
46,0
52,4
59,9
55,8
49,9
16,5
14,5
15,4
11,5
11,0
10,3
28,7
27,4
26,8
35,8
35,2
32,8
53,1
50,8
53,1
54,1
51,8
50,2
Разрез № 2 – агрозем, глина легкая крупно-пылеватая
2,50
2,00
2,64
4,26
4,24
3,91
0,1
0,2
0,2
0,2
0,1
0,1
14,0
18,3
17,2
13,9
18,9
20,1
Механическое перемешивание генетических
горизонтов при обработке в системе агроценозов
существенно изменяет физические свойства дерново-бурых почв. Определение объемного веса,
проводимое в полевых и лабораторных условиях,
показало дифференциацию генетических горизонтов целинных почв как по объемному весу, так и
по водовместимости. Снижение порозности в слое
32,8
30,7
29,5
31,8
29,2
29,6
7,9
8,9
10,9
6,8
5,6
7,1
28–38 см обусловлено выносом мелкого песка и
ила в иллювиальный горизонт, что обусловило
меньшую влагоемкость и снижение скорости просачивания в элювиальном горизонте (табл. 2).
Агрогенноизмененные почвы характеризуются
более тяжелым объемным весом пахотного слоя.
Обладают меньшей влагоемкостью, что может отразиться на содержании влаги в почве, росте и
72
В. И. Каменщикова, Л. В. Кувшинская, В. И. Усталова, Ю. С. Черных
развитии растений. Содержание влаги в агроземе
было на 10–12% ниже, чем в целинной почве. Увеличение объемного веса в агроземе было выявлено
в слое 38–60 см, что указывает на смещение элю-
виального горизонта в глубь профиля. У этого горизонта была установлена минимальная влагоемкость, полевая влажность и скорость фильтрации
воды.
Таблица 2
Водно-физические свойства дерново-бурой почвы
Капиллярная Полная Пороз- Скорость капил- Скорость
Вес ске- Полевая
Горизонт Глубина,
влажвлагоемвлагоем- ность, % лярного подня- фильтрации,
3
см
лета, г/см ность, %
кость, %
кость, %
тия, мм/мин
мм/мин
Разрез № 1
А1
А1А2
А2
А2В1
В2
В2С
С
0-14
14-24
28-38
40-70
70-90
94-104
104-120
1,04
1,23
1,35
1,36
1,31
1,31
-
29,7
22,2
20,6
18,3
19,6
19,6
-
Апах
Апах
АпахА2
А2В1
В2
В2С
0-10
14-24
28-38
38-61
61-103
112-127
1,32
1,29
1,22
1,33
1,25
1,34
16,6
15,7
17,7
16,1
17,6
18,0
33,38
36,72
27,43
29,30
30,41
34,50
34,50
44,87
36,54
30,42
31,34
32,25
39,96
36,96
44,7
44,9
41,1
42,6
42,2
48,4
48,4
0,43
1,13
0,43
1,78
1,21
4,50
4,5
2,08
1,63
1,13
1,81
4,14
25,0
25,0
32,58
37,38
36,09
32,86
35,68
30,84
43,0
48,2
44,0
43,7
44,6
41,3
1,38
0,54
1,16
1,02
0,64
1,04
2,10
3,10
2,85
1,94
3,12
2,17
Разрез № 2
31,19
36,88
35,73
33,37
34,14
30,07
По данным гранулометрического состава и
водных свойств можно заключить, что длительное
агрогенное использование дерново-бурых почв
приводит к разрушению структурного состояния и
утяжелению веса почвы. Повышается плотность
сложения, снижается влагоемкость и водоудерживающая способность, что негативно влияет на содержание влаги в почве и может пагубно сказываться на росте и развитии растений и функционировании микробных сообществ почв, особенно таких чувствительных к недостатку влаги, как нитрифицирующие и азотфиксирующие бактерии.
Дерново-бурые почвы в естественном состоянии характеризуются значительными запасами гумуса, но с глубины 40 см количество его резко сокращается. Та же закономерность отмечена и у агроземов, где весь запас гумуса (до 3,6%) приходится на пахотный горизонт. Исследуемые почвы
богаты валовым фосфором, так как сформировались на богатых фосфором материнских породах,
поэтому подвижных фосфатов особенно много в
нижних горизонтах. Верхние же горизонты дерново-бурых почв в естественных условиях испытывают недостаток подвижных форм фосфора. Элементов азотного питания в почвах содержится
значительное количество (табл. 3).
Дерново-бурые почвы содержат значительное
количество обменных оснований, которые увеличиваются с глубиной, причем количество магния
достигает в ненарушенных почвах значительных
величин (до 6 мг-экв/100г). Гидролитическая и
обменная кислотности в почвах достигают высоких показателей. Обменная кислотность зависит в
основном от содержания алюминия и достигает
значительных величин. В агроценозах при извест-
ковании часть кислотности нейтрализуется вносимой известью.
Длительное использование дерново-бурых
почв в системе агроценозов привело к выравниванию в слое 0–38 см содержания биогенных элементов и гумуса, содержание которых снизилось
на 20% по сравнению с их содержанием в целинной почве.
Состав и биохимическая активность
микроорганизмов
Микробные сообщества целинных дерновобурых почв характеризуются многочисленной и разнообразной микрофлорой корнеобитаемого горизонта. Содержание микроорганизмов плавно снижается
в переходном к элювиальному слое (табл. 4). В микробоценозе преобладает бактериальная флора, составляющая до 70–60% от общей численности микроорганизмов, среди которых на спорообразующие
формы приходится 30–40%, что обусловлено некоторым иссушением поверхностных горизонтов в
летний период. Среди спорообразующих преобладают Вас. мegaterium, Bac. cereus, в меньшем количестве присутствует Bac. mycoides. В поверхностном
горизонте целинных почв выявлено высокое содержание микромицетов, в составе которых преобладают грибы рода Рenicillum, грибы родов Aspergilus и
Мucor были единичны. В целинной почве не было
выявлено азотобактера. Вглубь по профилю содержание микроорганизмов (особенно спорообразующих и грибов) резко снижалось, в микробоценозе
преобладали олигонитрофильные бактерии.
Влияние агрогенеза на эколого-биологические свойства дерново-бурых почв
73
74
В. И. Каменщикова, Л. В. Кувшинская, В. И. Усталова, Ю. С. Черных
Влияние агрогенеза на эколого-биологические свойства дерново-бурых почв
Изменение структуры землепользования (распашка почв) приводит к существенным изменениям в
функционировании микробных сообществ. Микробные комплексы в силу большого разнообразия
и высокой чувствительности к изменениям среды
реагировали неоднозначно на повышение аэрации.
Количество гетеротрофных бактерий увеличилось
в 2–3 раза по сравнению с их количеством в целинной почве, особенно в бывшем элювиальном
горизонте, в то время как абсолютное и относительное содержание автотрофных микроорганизмов, участвующих в минерализационных процессах, возросло на порядок. Существенно снизилось
содержание и разнообразие микроскопических
грибов, что обусловлено смещением рH в сторону
нейтрализации при известковании. Однородность
физико-химических свойств в слое 0–38 см в
большей мере проявилась в выравнивании по профилю численности спорообразующих. Коэффициент олиготрофности был ниже коэффициента минерализации, и он максимально высокий в поверхностном слое (0–10 см) и почвообразующей породе. Установлена максимальная минерализационная
активность микроорганизмов в нижней части пахотного горизонта на глубине 20–30 см, где содержится много растительных остатков.
Снижение доступных для питания органических веществ в агроземах обусловливает усиление
позиций в микробоценозе олигонитрофильных
бактерий, неприхотливых к условиям питания.
Изменение питательного режима в почве не только
повлияло на смену состава микробных сообществ,
но и отразилось на биохимической активности
микроорганизмов.
Эмиссия СО2 из почв является одним из основных процессов углеродного цикла в наземных экосистемах. Зависимость её от факторов среды недостаточно исследована. Определение потенциального продуцирования углекислого газа в свежевзятых почвенных образцах показало усиленное
выделение углекислого газа в поверхностном гумусовом горизонте целинных почв (рис.1).
С глубиной уровень базального дыхания снижался в соответствии с содержанием органического вещества, чего нельзя сказать об активности каталазы, которая в большей мере отражала интенсивность окислительных минерализационных процессов.
Активность эмиссии СО2 из поверхностного
пахотного горизонта была в 2,5 раза ниже, чем у
целинного аналога, что свидетельствует о низком
содержании доступного для микроорганизмов легко гидролизуемого органического вещества. Внесение в почву глюкозы показало высокий уровень
субстратиндуцированного дыхания – высокую
биохимическую активность микроорганизмов при
наличии органики. В силу высокого содержания
микроорганизмов в распаханной почве скорость
потребления вносимого органического вещества
была в 2 раза больше, чем на целине, что свиде-
75
тельствует о необходимости внесения органического вещества для поддержания потенциального
плодородия распаханных почв.
Рис. 1. Эмиссия углекислого газа в целинной (а)
и агрогенноизмененной (б) почве, сумма СО2 за 3
суток
Исследованиями установлено, что уровень базального дыхания в поверхностных органогенных
горизонтах коррелирует с содержанием органического вещества и может служить показателем плодородия почв. Активность каталазы и показатели
субстратиндуцированного дыхания в большей мере отражают интенсивность минерализационных
процессов, которые усиливаются в пахотных слоях
вследствие повышенной аэрации (рис. 2).
Рис. 2. Активность каталазы в дерново-бурой
оподзоленной почве
76
В. И. Каменщикова, Л. В. Кувшинская, В. И. Усталова, Ю. С. Черных
Заключение
Дерново-бурые тяжелосуглинистые почвы ненарушенных фитоценозов характеризуются дифференцированным профилем с плавным переходом генетических горизонтов, обусловленным
морфологическими, физико-химическими свойствами и микробной обсемененностью. Элювиальный горизонт обеднен илистыми фракциями и
элементами азотного питания, имеет низкий уровень pH. Отличительной особенностью целинных
почв является высокое содержание подвижного
фосфора в иллювиальном горизонте и подвижных
форм азота в гумусовом горизонте.
Гумусовый горизонт характеризуется высокой
насыщенностью и разнообразием микроорганизмов, где превалируют автотрофные бактерии и
грибы. С глубиной в составе микробоценоза преобладают олигонитрофильные бактерии, которые
имеют низкую биохимическую активность.
Длительное использование дерново-бурых почв
в системе агроценозов привело к удлинению почвенного профиля, заглублению элювиального горизонта, к выравниванию пахотного и подпахотного
горизонта по содержанию гумуса, биогенных элементов, насыщенности и биохимической активности микроорганизмов. Разрушение почвенной
структуры отрицательно сказалось на воднофизических свойствах, водоудерживающей способности пахотного горизонта, что может явиться одним из негативных моментов для продуктивности
растений. Усиление аэрации при ежегодной обработке способствовало формированию специфических микробных сообществ с высоким содержанием микроорганизмов-минерализаторов, обладающих высокой биохимической активностью, что
привело к снижению содержания органического
вещества, перераспределению его по профилю при
водно-промывном режиме.
Низкое содержание гетеротрофных бактерий,
принимающих активное участие в ресинтезе органического вещества, и отсутствие пополнения его
запасов в почве при повышенном содержании автотрофных и олигонитрофильных бактерий в микробоценозе агроземов обусловливают необходимость внесения навоза или другого органического
вещества для поддержания потенциального плодородия почв.
Таким образом, микробное и биохимическое
тестирование наряду с изучением физико-химичес-
ких свойств почв дает возможность ранней диагностики серьезных нарушений в экологическом равновесии микробных систем почв, возникающих при
использовании их в сельскохозяйственном производстве, и своевременно наметить пути для их ликвидации и снижения негативных последствий.
Библиографический список
Агрохимические методы исследования почв. М.:
Наука, 1975. 656 с.
Андреюк, Е.И. Почвенные микроорганизмы и интенсивное земледелие / Е.И. Андреюк, Г.А.
Иутинская, А.И. Дульгеров. Киев: Наук. думка, 1988. 186 с.
Артамонова, В.С. Микробиологические особенности антропогенного преобразования почв Западной Сибири / В.С. Артамонова. Новосибирск: Изд-во СОРАН, 2002. 210 с.
Артамонова, В.С. Особенности микробиологических
свойств урбанизированных территорий // Сибир.
эколог. журн. 2002. Т. 9, № 3. С. 349–354.
Бузмаков, С.А. К созданию Красной книги почв
Пермского края / С.А. Бузмаков, О.З. Еремченко, В.И. Каменщикова, Л.В. Кувшинская,
С.А. Кулакова //Антропогенная динамика
природной среды: материалы междунар. науч.практ. конф. Т. 1. Пермь, 2006. С. 229–233.
Добровольский, Г.В. Функции почвы в биосфере и
экосистемах / Г.В. Добровольский, В.Д. Никитин. М.: Наука, 1990. 261 с.
Классификация и диагностика почв России. М.:
Ойкумена, 2004. 341 с.
Клевенская, И.Л. Изменение численности почвенных микроорганизмов при различной обработке залежных земель Северной Кулунды // Вопросы освоения целинных и залежных земель
Западной Сибири. Новосибирск, 1957. С. 179–
189.
Клевенская, И.Л. Эволюция микробоценозов и их
функции // Экология и рекультивация техногенных ландшафтов. Новосибирск, 1992. С.
149–199.
Методы почвенной микробиологии и биохимии /
под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ,
1980. 220 с.
Методы почвенной микробиологии и биохимии / под
ред. А.И Нетрусова. М.: Академия, 2004. 272 с.
Федоров, А.С. Биологическая активность как фактор устойчивости почв к загрязнению ТМ //
Материалы 1У съезда Докучаевского о-ва
почвоведов: Почвы – национальное достояние
России. Кн. 1. Новосибирск, 2004. С. 692.
Поступила в редакцию 16.05.2008
Agrogenesis effect on ecologo-biological properties of sod-podzol soils
V.I. Kamenshchikova, L.V. Kuvshinskaya, V.I. Ustalova, Yu.S. Chernykh
The integrated investigations of microbial communities with relation to the changes in their physico-chemical
properties, composition and biological activity in the sod-brown podzolized intact and agrogenetically modified
soils have been carried out. It was found that such processes as intensification of mineralizing, reduction of the
organic substance stock, formation of specific microbial communities with elevated content of sporogenous and
oligonitrophenylic microorganisms (bacteria) took place in the course of agrogenesis.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
Микробиология
УДК 557.175.6
ВЛИЯНИЕ ХОРИОНИЧЕСКОГО ГОНАДОТРОПИНА
НА СЕКРЕЦИЮ МОНОЦИТАМИ ЭЛАСТАЗЫ И
КАТЕПСИНА G. РОЛЬ TOLL-ПОДОБНЫХ ПРОТЕИНОВ
С. А. Заморина a , С. В. Ширшев a b
a
b
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН,614081, г. Пермь, ул. Голева, 13
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Изучены эффекты воздействия хорионического гонадотропина на секрецию моноцитами эластазы и катепсина G – сериновых протеиназ, участвующих в ремоделировании тканей. Показано, что регуляция гормоном секреции эластазы и катепсина G осуществляется с вовлечением молекул Toll-подобных протеинов. Таким образом, установлен новый механизм взаимодействия гормона с моноцитами, опосредованный Toll-подобными протеинами, которые выступают в качестве «альтернативных» рецепторов гормона.
рующих молекул через амфипатические петли,
формируемые многократно повторяющимися
структурами (Hashimoto et al., 1998). В то же время
внеклеточный домен ЛГ/ХГ-рецептора также
включает в себя множество лейцинобогатых повторов, формирующих гомологичные сайты с TLR
(Rosemblit et al., 1988). Одной из экспрессируемых
изоформ TLR являются TLR4, широко представленные на моноцитах и участвующие в связывании липополисахаридов (ЛПС) бактерий. В последние годы установлено, что TLR могут распознавать ряд эндогенных продуктов, появление которых не связано с инфицированием. К эндогенным активаторам TLR такого рода относят белки
теплового шока и мочевую кислоту, а также продукты некроза и апоптоза (Tsan and Gao, 2004).
Мы предполагаем, что ХГ также может являться
эндогенным лигандом для TLR.
Основные иммуномодулирующие эффекты ХГ
реализуются в присутствии моноцитов и/или макрофагов, которые во время беременности активно
инфильтрируют децидуальную ткань и плаценту,
осуществляя множество функций, включая секреторную (Hunt, 1989). В частности, продуктами секреции моноцитов являются сериновые протеиназы
эластаза и катепсин G (Nathan, 1987), которые участвуют в ремоделировании тканей в период инвазивного роста плаценты, а также в процессах воспаления.
Целью работы являлось изучение роли TLR4 в
реализации модулирующих эффектов ХГ на секрецию моноцитами эластазы и катепсина G.
Введение
Хорионический гонадотропин (ХГ) называют
гормоном беременности, поскольку у мужчин и небеременных женщин он практически не определяется. По своей структуре это сиализированный гетеродимерный гликопротеин, состоящий из двух нековалентно связанных субъединиц и содержащий прмерно 30% углеводов. -субъединица является общей
для
лютеинизирующего
(ЛГ),
фолликулостимулирующего (ФСГ) и тиреотропного (ТТГ) гормонов; -субъединица значительно отличается от субъединиц ТТГ и ФСГ, однако на 80% (первые 115
аминокислот из 145) гомологична ЛГ (Acevedo,
2002). В силу структурного сходства ХГ и ЛГ реализуют свои эффекты через общий гормональный
ЛГ/ХГ рецептор.
Однако, являясь по своей структуре гликопротеином, ХГ способен взаимодействовать с клетками иммунной системы через мембранные молекулы, которые не являются его «классическими» рецепторами, в частности, через молекулярные
структуры, обозначаемые в современной литературе термином «паттерн-распознающие рецепторы», которые также являются неклональными филогенетически законсервированными рецепторами
для распознавания патоген-ассоциированных молекулярных структур (Симбирцев, 2005).
Основными претендентами на роль «альтернативных» связывающих молекул для ХГ являются
Toll-подобные рецепторы (TLR) (Ширшев, 2002).
TLR принадлежат к семейству лейцинобогатых
протеинов, они взаимодействуют как с гидрофобной, так и гидрофильной поверхностями рецепти-
© С. А. Заморина, С. В. Ширшев, 2008
77
78
С. А. Заморина, С. В. Ширшев
Материалы и методы исследования
В работе использовали фракционированные моноциты периферической крови здоровых небеременных женщин, находящихся в фолликулярной
фазе менструального цикла. Мононуклеарные клетки получали центрифугированием в градиенте
плотности фиколл-верографина (1,077 г/см3); полученную суспензию после двойной отмывки средой
199 помещали на чашки Петри с 5% ЭТС и инкубировали 45 мин при 37С, затем адгезировавшие моноциты снимали механическим способом, дважды
отмывали и стабилизировали инкубированием в течение 45 мин при 40С (Pertof, 1980). Чистота выделения
моноцитов,
оцениваемая
иммунофлуоресцентным методом с использованием моноклональных антител к CD14 (Primary Anti-Human
CD14; «ICN Ph.», США), составляла 85%. Полученные клетки (106 в мл) инкубировали в течение часа
при 37С с ХГ в дозе 100 МЕ/мл, отражающей уровень гормона в крови женщин в I триместре беременности (Wide, 1962). В ряде исследований применяли моноклональные антитела к TLR4 (МКАTLR4) («eBioscience», Канада; clone HTA125; 0,5
мг/мл) в количестве 5 мкл на пробу, которые инкубировали с клетками в течение часа при 4С перед
внесением гормона.
Учитывая, что взаимодействие ХГ с «классическим» ЛГ/ХГ рецептором, который представлен на
моноцитах (Alexander et al. 1998), приводит к повышению внутриклеточного уровня циклического
аденозинмонофосфата (цAMФ), активирующего
протеинкиназу А (ПКА) (Rao, 2004), в исследовании применяли блокатор ПКА Н-89 («ICN Ph»,
США)
в
концентрации
10
мкМ/мл
(Parvathenani,1998).
Уровень эластазы в клеточных супернатантах
определяли спектро-фотометрическим методом, основанным на гидролитической активности этого
фермента с использованием специфического синтетического субстрата N-альфа-бензол-L-аргининэтилового эфира гидрохлорид (N-alpha-Benzoyl-Larginine ethyl ester hydrochloride) (BAEE, «Sigma»,
США), растворенного в ацетонитриле. Оптическую
плотность регистрировали при длине волны 340 нм
в течение 15 мин с 5-минутными интервалами. Активность эластазы выражали в нМ гидролизованного субстрата за 1 мин на 1,0 мл супернатанта
(нМ/мл/мин) (O'Connor, 1993; Митенькина, 2004).
Уровень катепсина G также оценивали спектрофотометрическим методом с использованием
синтетического субстрата N-альфа-бензол-L-тирозин-этилового эфира гидрохлорид (N-alphaBenzoyl-L-tyrosine ethyl ester hydrochloride) (BТEE,
«Sigma», США), растворенного в метаноле. Оптическую плотность регистрировали при длине волны 340 нм в течение 10 мин с одноминутными интервалами. Активность катепсина G выражали в
мкмоль гидролизованного субстрата за 1 мин на
1,0 мл супернатанта (мкмоль/мл/мин) (Гребенкин
и Шипулин, 1999; Митенькина, 2004).
При помощи внутригуппового дисперсионного
анализа показана возможность применения tкритерия Стьюдента. Для определения достоверности различий использовали парный t-критерий
Стьюдента.
Результаты исследования и их
обсуждение
Ранее нами было показано, что часовая инкубация ХГ с фракционированными моноцитами
практически вдвое снижала уровень детекции молекул CD14, ассоциированных с TLR4 (Ширшев и
Заморина, 2004). Наиболее выраженным эффектом
обладала высокая доза гормона (100 МЕ/мл), соответствующая 7–10-й неделе беременности, когда
наблюдается пик экспрессии антигенов гистосовместимости клетками эмбриона. Поэтому в дальнейшем изучали эффекты высокой дозы гормона и
роль TLR4 в их реализации.
Установлено, что ХГ повышал уровень эластазы в супернатантах кратковременных культур моноцитов. Однако, стимулирующий эффект ХГ(100
МЕ/мл) на фоне блокады TLR4 был достоверно
выше самостоятельных эффектов анти-TLR4 и ХГ
100 МЕ/мл (рис. 1). Таким образом, блокада TLR4
способствовала реализации стимулирующего эффекта ХГ на продукцию эластазы, что связано, вероятно, с суммированием эффектов на уровне
трансдукции гормонального сигнала.
Рис.1. Значение TLR4 и ПКА в ХГ-зависимой
регуляции секреции эластазы моноцитами:
1 – контроль; 2 – ХГ 100 МЕ/мл; 3 – МКА-TLR4; 4 –
ХГ 100 МЕ/мл + МКА-TLR4; 5 – ХГ 100 МЕ/мл +
МКА-TLR4+H-89; 6 – H-89; 7 – ХГ 100 МЕ/мл+H-89
Примечание: здесь и в рис. 2: а – достоверные
(p<0,05) отличия по t-критерию Стьюдента с контролем; b – с гормоном; с – c abTLR4; d – с Н-89
Показано, что ХГ на фоне блокады ПКА оказывал стимулирующий эффект на секрецию эластазы моноцитами. Важно отметить, что этот эффект был достоверно выше, чем самостоятельные
стимулирующие эффекты блокадатора ПКА и ХГ.
Интересно, что в условиях двойной блокады
гормонального сигнала (МКА-TLR4 и ПКА) гормон реализует стимулирующий эффект на секрецию эластазы, но связано это, по-видимому, с са-
79
Влияние хорионического гонадотропина …
мостоятельным действием применяемых блокаторов. Таким образом, в случае «выключения» трандукции с ЛГ/ХГ-рецептора гормон реализует свой
стимулирующий эффект на секрецию эластазы,
вовлекая молекулы TLR4.
Установлено, что гормон угнетал продукцию
катепсина G. Однако эффект гормона полностью
отменяется на фоне блокады TLR4 (рис. 2), что
свидетельствует о вовлечении этих рецепторов в
моноцит-модулирующее действие ХГ по отношению к секреции катепсина G.
тем, служащих для распознавания патогенов и активации защитных реакций. ХГ, в свою очередь,
также является древним гликопротеином, хорошо
сохранившимся в ходе эволюции. Аналоги этого
гормона обнаружены у насекомых; кроме того, он
синтезируется рядом опухолевых клеток и некоторыми бактериями (Acevedo, 2002). Возможно, способность ХГ взаимодействовать с TLR4 сформировалась в процессе эволюции и может затрагивать другие примитивные распознающие системы.
Например, Kosaka K. et al. (2002) и другие авторы
предполагают участие С-лектинов в реализации
эффектов ХГ и воздействие их на продукцию моноцитами интерлейкина-8.
Таким образом, установлен новый механизм
реализации ХГ-регулирующего действия на моноциты, опосредованный TLR4, которые могут выступать в качестве «альтернативных» рецепторов
гормона.
Работа выполнена при поддержке Фонда содействия отечественной науке.
Рис. 2. Значение TLR4 и ПКА в ХГ-зависимой
регуляции секреции катепсина G моноцитами:
1 – контроль; 2 – ХГ 100 МЕ/мл; 3 – МКА-TLR4; 4 –
ХГ 100 МЕ/мл + МКА-TLR4; 5 – ХГ 100 МЕ/мл +
МКА-TLR4+H-89; 6 – H-89; 7 – ХГ 100 МЕ/мл+H-89
В то же время на фоне блокады ПКА гормон не
влиял на секрецию катепсина G. Парадоксально,
но в условиях двойной блокады (МКА-TLR4 и
ПКА) ХГ реализовал свой депрессивный эффект,
который, по-видимому был связан с самостоятельным эффектом Н-89. Таким образом, в случае
«выключения» трандукции с ЛГ/ХГ-рецептора самостоятельный депрессивный эффект гормона отменялся, что свидетельствует о частичном вовлечении этого рецептора в реализацию гормонального сигнала.
Анализируя полученные результаты, можно
утверждать, что регуляция гормоном секреции
эластазы и катепсина G осуществляется с вовлечением молекул TLR4.
Ранее нами было показано, что регуляция гормоном фагоцитарной активности моноцитов также
осуществляется с вовлечением молекул TLR4. Однако ХГ-зависимая модуляция уровня секреторной
и внутриклеточной миелопероксидазы не зависит
от TLR4 и реализуется, по-видимому, через «классический» ЛГ/ХГ-рецептор (Ширшев и Заморина,
2006).
Возможно, связывание ХГ c TLR4 является одним из фетопротективных механизмов при физиологически протекающей беременности, поскольку
теоретически способно ограничивать ЛПСиндуцированные патологические реакции, приводящие к самопроизвольным абортам. TLR и связанный с ними активационный сигнальный путь
являются одной из наиболее древних эволюционно
консервативных рецепторных и сигнальных сис-
Список литературы
Митенькина, Е.В. Сериновые протеиназы в комплексной оценке тяжести преэклампсии: автореф. дис. … канд. мед. наук: 14.00.01 / Митенькина Елена Викторовна. Пермь, 2003, 22 с.
Симбирцев, А.С. Толл-белки: специфические рецепторы неспецифического иммунитета // Иммунология. 2005. №6. С. 368–377.
Способ оценки тяжести ОПГ-гестоза: пат. 2133037
Рос. Федерация / Гребенкин Б.Е., Шипулин
А.Н. заявл. 10. 07.1999.
Ширшев, С.В. Механизмы иммуноэндокринного
контроля процессов репродукции: в 2 т. Т. 2. /
С.В. Ширшев. Екатеринбург: УрО РАН, 2002.
557 с.
Ширшев, С.В. Роль CD14-ассоциированных молекул в иммуно-модулирующей активности хорионического гонадотропина / С.В. Ширшев,
С.А. Заморина // Докл. АН. 2006. Т. 395, № 2.
C. 277–279.
Ширшев, С.В. Роль Toll-подобных протеинов в
реализации эффектов хорионического гонадотропина на функциональную активность моноцитов / С.В. Ширшев, С.А. Заморина // Докл.
АН. 2006. Т. 409, № 5. C. 699–701.
Acevedo, H.F. Human chorionic gonadotropin (hCG),
the hormone of life and death: a review // J. Exp.
Ther. Oncol. 2002. № 2(3). Р. 133–145.
Alexander, H. HCG Secretion by periperal mononuclear cells during pregnancy / H. Alexander, G.
Zimmerman, M. Lehmann [et al.] // Domest. An.
Endocrinol. 1998. Vol. 15, № 15. P. 377–387.
Hashimoto, C. The Toll gene of Drosophila, required
for dorsal-ventral embryonic polarity, appears to encode a transmembrane protein / C. Hashimoto, K.L.
80
С. А. Заморина, С. В. Ширшев
Hudson, K.V. Anderson // Cell. 1988. Vol. 52. P.
269–279.
Hunt, J.S. Macrophages in human uteroplacental tissues: a review // Am. J. Reprod. Immunol. 1989.
Vol. 21. P. 119–122.
Kosaka, K. Human chorionic gonadotropin (HCG) activates monocytes to produce interleukin-8 via a
different pathway from luteinizing hormone/HCG
receptor system / K. Kosaka, H. Fujiwara, K. Tatsumi [et al.] // J. Clin. Endocrinol Metab. 2002.
Vol. 87, № 11. Р. 199–208.
Nathan, C.F. Secretory products of macrophages // J.
Clin. Invest. 1987. Vol. 79, № 2. P. 319–326.
O'Connor, C.M. Alpha 1-Proteinase inhibitor, elastase
activity, and lung disease severity in cystic fibrosis
/ C.M. O'Connor, K. Gaffney, J. Keane, A. Southey [et al.] // Am. Rev. Respir. Dis. 1993. Vol.
148, № 6. P. 1665–1670.
Parvathenani, L.K. Type I cAMP-dependent Protein
Kinase Delays Apoptosis in Human Neutrophils at
a Site Upstream of Caspase-3 / L.K. Parvathenani,
E.S. Buescher, E. Chacon-Cruz, S.J. Beebe // J.
Biol. Chem. 1998. Vol. 273, t. 12. Р. 6736–6743.
Pertof, H. Separation of human monocytes on density
gradients of Percoll / H. Pertof, A. Johnsson, B.
Warmegard, R. Seljelid // J. Immunol. Meth..
1980. Vol. 33. P. 221–229.
Rao, Ch.VFunctional luteinizing hormone/chorionic
gonadotropin receptors in human adrenal cortical
H295R cells / Ch.V. Rao, X.L. Zhou, Z.M. Lei //
Biol. Reprod. 2004. № 71(2). Р. 79–87.
Rosemblit, N. Characterization of an antiserum to the
rat luteal luteinizing hormone/chorionic gonadotropin receptor / N. Rosemblit, M. Ascoli, D.L.
Segaloff // Endocrinology. 1988. Vol. 123. P.
2284–2290.
Tsan, M.F. Endogenous ligand of Toll-like receptor /
M.F. Tsan, B. Gao // Leykocyte Biology. 2004.
Vol. 76. P. 515–520.
Wide, L. An immunological method for the assay of
human chorionic gonadotrophin //Acta Endocrinol.
(Kbh). 1962. Vol. 41, suppl. 70. P. 1–100.
Поступила в редакцию 21.04.2008
Chorionic gonadotropin effect on monocyte secretion of elastase and cathepsin G.
Role of Toll-like proteins
S.A. Zamorina, S.V. Shirshev
Chorionic gonadotropin effects on monocyte secretion of elastase and cathepsin G  serine proteases participating in tissue remodeling have been studied. It was shown that hormone regulation of elastase and cathepsin G
secretion was accomplished with the Toll-like proteins involvement. Thus, a novel mechanism of hormonemonocyte interaction was determined that was mediated by Toll-like proteins that appeared to be the “alternative” hormone receptors.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 612.018:612.017.1:611.018.53
МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ЛЕПТИНОМ МИКРОБИЦИДНОГО ПОТЕНЦИАЛА МОНОЦИТОВ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ КРОВИ ЖЕНЩИН
Е. Г. Орлова a , С. В. Ширшев a b
a
b
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, 614081, г. Пермь, ул. Голева, 13
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Исследовано влияние лептина в дозах, сопоставимых с концентрацией гормона при беременности, на микробицидную активность моноцитов в крови у женщин. Показано, что гормон
разнонаправленно модулирует ферментативную активность эластазы, катепсина G и миелопероксидазы. Лептин не влияет на спонтанную люминол-зависимую хемилюминесценцию
(ЛЗХЛ) и дозозависимо активирует стимулированную ЛЗХЛ. Молекулярный механизм реализации эффектов лептина в процессе регуляции биоцидного потенциала моноцитов связан с
работой скавенджер-рецепторов.
Введение
Лептин является пептидным гормоном, который
синтезируется главным образом адипоцитами, регулирует энергетический баланс организма и ограничивает избыточное накопление жировой массы (Fantuzzi, 2005). Участие лептина в регуляции иммунных
реакций определяется его непосредственным влиянием на клетки иммунной системы, которые экспрессируют специфические мембранные рецепторы
(Ob-R) (Flier et al., 1998). Лептин является провоспалительным гормоном, который способствует преобладанию клеточно-опосредованного иммунного ответа (Flier et al., 1998; Shirshev, 2005). Уровень лептина значительно нарастает во время беременности,
особенно во втором триместре. Однако роль данного
гормона в регуляции иммунных реакций при беременности остается практически неизученной.
Известно, что среди лейкоцитов мононуклеарные фагоциты имеют наибольшую плотность экспрессии Ob-R (Dixit et al., 2003; Zarkesh-Esfahani et
al., 2001). Неактивированные моноциты/макрофаги
экспресссируют на поверхности лишь 5–25% молекул Ob-R, в то время как большая часть рецепторов составляет внутриклеточный пул (Fong et al.,
1998; Sarraf еt al., 1997). При активации моноцитов/макрофагов количество Ob-R на их мембране
значительно увеличивается (Zarkesh-Esfahani еt al.,
2001; Otero еt al., 2003). Моноциты/макрофаги играют важную роль на всех этапах гестации, накапливаясь в децидуальной оболочке благодаря специфическому стероидному фону, и активно принимают участие в имплантации и плацентации
(Hunt, 1996). Более того, в период гестации моно-
© Е. Г. Орлова, С. В. Ширшев, 2008
81
циты и их потомки – дендритные клетки (Banchereau et al., 1998) – определяют вид иммунного реагирования, усиливая при определенных условиях
активность Т-лимфоцитов хелперов (Th) 2-го типа
(Rissoan et al., 1999), от которых зависит трофическая функция иммунной системы матери в отношении зародыша (Wegmann, 1987). Кроме этого,
моноциты/макрофаги осуществляют клиренсную
функцию, фагоцитируя патогены, клеточный детрит и апоптотические тельца (Abrahams et al.,
2004). Поэтому изучение регуляции функциональной активности моноцитов лептином при беременности приобретает особую актуальность.
Цель настоящей работы - исследовать влияние
лептина в дозах, сопоставимых с концентрацией
гормона в I и во II-III триместрах беременности, на
микробицидную активность моноцитов женщин в
модели in vitro.
Материалы и методы исследования
В работе использовали фракционированные
моноциты периферической крови здоровых небеременных женщин репродуктивного возраста (от
23 до 32 лет). Периферическую кровь забирали из
кубитальной вены в фолликулярную фазу менструального цикла (5–11-й день).
Мононуклеарные клетки получали центрифугированием в градиенте плотности фиколлверографина (1,077 г/см3). Полученную суспензию
после двойной отмывки средой 199 помещали на
чашки Петри с 5% эмбриональной телячьей сывороткой и инкубировали 45 мин при 37С, затем
адгезированные моноциты снимали механическим
способом, дважды отмывали и стабилизировали
82
инкубированием в течение 45 мин при 4С. Чистота выделения моноцитов, оцениваемая с использованием моноклональных антител к CD14 (Primary
Anti-Human CD14; clone 2D-15C, ICN Ph., USA),
составляла 78–85%. Жизнеспособность фракционированных моноцитов определялась в тесте с
эозином и составляла 95–98%.
Полученную таким образом обогащенную популяцию моноцитов (1х106 мл) инкубировали в
течение часа при 37С с лептином («Sigma»,
США) в дозах 10 и 35 нг/мл, сопоставимых с концентрацией гормона в I и во II–III триместрах беременности соответственно (Hardie et al., 1997).
Влияние лептина на микробицидный потенциал оценивали по активности ферментов, секретируемых моноцитами: эластазы, катепсина G и
миелопероксидазы (МПО), которые определялись
в клеточных супернатантах. В качестве интегрального теста для определения микробицидной активности моноцитов исследовали люминолзависимую хемилю-минесценцию (ЛЗХЛ).
Определение активности эластазы. Активность эластазы определяли в клеточных супернатантах спектрофотометрическим методом с использованием синтетического субстрата N-альфабензол-L-аргинин-этилового эфира гидрохлорид
(ВАЕЕ), растворенного в ацетонитриле (O'Connor et
al., 1993). В лунку 96-луночного плоскодонного
планшета вносили 0,02 мл клеточного супернатанта, добавляли 0,15 мл прогретого до 25С трисбуфера (pH 8) и 0,03 мл 0,01 М субстратного раствора ВАЕЕ. Затем ex tempore регистрировали оптическую плотность на многоканальном спектрофотометре Anthos HMTL III (Labtec Instruments,
Австрия) при длине волны 340 нм в течение 15 мин
с 5 интервалами. Активность эластазы выражали в
количестве гидролизованного субстрата (нМ) на 106
клеток за минуту (нМ/106 кл в мин).
Определение активности катепсина G. Активность катепсина G определяли в клеточных супернатантах спектрофотометрическим методом с
использованием синтетического субстрата N-альфабензол-L-тирозин-этилового эфира гидрохлорид
(BТEE, «Sigma»), растворенного в метаноле (Митенькина, 2003). В лунку 96-луночного плоскодонного планшета вносили 0,02 мл клеточного супернатанта, добавляли 0,100 мл прогретого до 25С
трис-буфера (pH 8) и 0,045 (45 мкл) мл 0,010 М субстратного раствора BТEE. Затем ex tempore регистрировали оптическую плотность на многоканальном спектрофотометре Anthos HMTL III (Labtec
Instruments, Австрия) в течение 4 мин каждую минуту. Активность катепсина G выражали в количестве гидролизованного субстрата (мкмоль) за 1 минуту на 1 мл супернатанта культуры моноцитов
(мкмоль/мл в мин).
Определение уровня МПО. Активность МПО
в клеточных супернатантах тестировали спектрофотометрическим методом (Бакуев, 1991). Для
Е. Г. Орлова, С. В. Ширшев
этого 0,05 мл клеточного супернатанта помещали
в лунки плоскодонного 96-луночного планшета,
затем вносили 0,1 мл субстратной смеси, состоящей из 0,04% ортофенилендиамина и 0,014% Н2О2
на фосфат-цитратном буфере (рН 5,0). По истечении 10 мин инкубации при комнатной температуре
реакцию останавливали добавлением 0,1 мл 10%
Н2SO4. Интенсивность оптической плотности фиксировалась в многоканальном спектрофотометре
Anthos HMTL III (Labtec Instruments, Австрия) при
длине волны 492 нм. Результаты выражали в единицах оптической плотности (E).
Оценка ЛЗХЛ. Влияние лептина на микробицидный потенциал оценивали по интенсивности
ЛЗХЛ. Для стимуляции клеток использовали зимозан А («Sigma», США), опсонизированный пулом
сывороток. Для этого в пластиковую кювету прибора вносили 0,8 мл раствора, содержащего 110
мМ NaCl, 10 мМ трис-HCl, 2,5 мМ MgCl2, 5 мМ
глюкозы и 1·10-4 М люминола (рН 7,4). После инкубации в течение 3–5 мин при 37С и замера фонового свечения добавляли 0,1 мл клеточной суспензии (1·106/мл) и при непрерывном перемешивании измеряли интенсивность спонтанной ЛЗХЛ.
Затем в кювету вносили 0,1 мл опсонизированного
зимозана и фиксировали интенсивность стимулированной ЛЗХЛ в течение 20 мин через каждые 5
мин. Анализ проводили на биолюминометре БЛМ8703М («Наука», Россия). Результаты выражали в
имп/сек/клетку.
Для исследования механизмов модулирующих
эффектов лептина на биоцидный потенциал моноцитов за 5 мин до внесения гормона в суспензию
добавляли блокатор scavenger-рецепторов (Poly
I:C, в концентрации 100 мкг/мл, «Sigma», США).
Статистический анализ результатов проводили
с использованием парного (Pa) и непарного (Pb) tкритерия Стьюдента. Во всех проведенных исследованиях n=10.
Результаты и их обсуждение
Секреция лизосомальных сериновых протеиназ, МПО, а также продукция активных кислородных метаболитов являются важнейшими факторами бактерицидности моноцитов, не только обеспечивающими антимикробную резистентность организма, но и участвующими в процессах ремоделирования тканей при физиологически протекающей
беременности (Hunt, 1996; Banchereau et al., 1998;
Abrahams et al., 2004).
Установлено, что лептин в дозах сопоставимых
с концентрацией гормона в крови в I и II–III триместрах беременности разнонаправленно модулирует активность нейтральных протеиназ, продуцируемых моноцитами. Так, гормон вне зависимости
от дозы стимулирует активность эластазы в супернатантах клеточных культур моноцитов, одновременно угнетая активность катепсина G (табл. 1).
По-видимому, усиление активности эластазы мо-
Механизмы регуляции лептином микробицидного потенциала моноцитов …
83
ноцитов под действием лептина обусловлено, с
одной стороны, участием фермента в процессе
инвазивного роста синцитиотрофобласта при беременности, т.к. моноциты активно инфильтруют
децидуальную оболочку, а с другой стороны, про-
воспалительной направленностью эффектов гормона на моноциты, поскольку, как показано ранее,
лептин в исследуемых дозах стимулирует фагоцитарную активность моноцитов (Орлова и др.,
2007).
Таблица 1
Влияние лептина на активность сериновых протеиназ и миелопероксидазы в супернатантах
культур моноцитов
№
Экспериментальное
Эластаза
Катепсин G
МПO (Е)
п/п
воздействие
(нМ/106 кл в мин)
(мкмол/мл в мин)
1
Контроль гормона
0,429±0,065
1,667±0,070
0,187±0,022
2
Лептин, 10 нг/мл
3
Лептин, 35 нг/мл
0,839±0,102
Pab(2-1)<0,05
0,834±0,118
Pab(3-1)<0,05
1,461±0,032
Pab(2-1)<0,05
0,127±0,014
Pab(2-1)<0,05
1,503±0,029
0,146±0,035
На фоне блокады скавенджер-рецепторов внесением Poly I:C
4
Poly I:C
5
Лептин, 10 нг/мл
+ Poly I:C
Лептин, 35 нг/мл
+ Poly I:C
6
0,535±0,105
Pab(4-3)<0,05
0,543±0,073
0,493±0,079
1,474±0,026
Pab(4-1)<0,05
1,448±0,039
Pab(5-1)<0,05
0,119±0,017
Pab(4-1)<0,05
0,143±0,016
Pab(5-1)<0,05
1,587±0,051
0,161±0,024
Примечание: значение «р» приведено только для достоверных результатов (р<0,05). Все данные в таблицах представлены в виде М±m.
Следует отметить также, что катепсин G усиливает экспрессию провоспалительных цитокинов
моноцитами (Moriuchi, 2000) и таким образом обусловливает запуск клеточно-опосредованных иммунных реакций, активация которых в фетоплацентарной зоне может иметь фатальные последствия для плода, являющегося для организма матери
полуаллогенным
трансплантантом
(Ширшев,
2002). По-видимому, выявленный угнетающий
эффект гормона на секрецию катепсин G необходим для предупреждения развития антизиготных
реакций и сохранения плода.
Поскольку в ранее проведенных исследованиях
было показано участие скавенджер-рецепторов в
регуляции лептином поглотительной функции моноцитов (Орлова и др., 2007), учитывая взаимосвязь
поглотительной и микробицидной активности, считаем целесообразным проанализировать роль скавенджер-рецепторов в модуляции лептином биоцидной активности моноцитов. Показано, что на
фоне блокады скавенджер-рецепторов активность
эластазы в супернатантах клеточных культур усиливалась (табл. 1). Причем добавление лептина на
фоне блокады скавенджер-рецепторов отменяло
стимулирующее влияние на активность фермента.
В отличие от этого блокада скавенджер-рецепторов,
а также внесение лептина на фоне блокады скавенджер-рецепторов не влияли на активность катепсина G, продуцируемого моноцитами.
Таким образом, можно полагать, что молекулярный механизм воздействия лептина на секрецию нейтральных протеиназ связан с работой скавенджер-рецепторов. Самостоятельное воздействие блокатора скавенджер-рецепторов на активность эластазы моноцитов может быть обусловлено и тем, что Poly I:C является также агонистом
TLR3 (Toll-рецепторов) и запускает сигнальный
путь, аналогичный пути острой вирусной инфекции, с активацией NF-B, последующей продукцией интерферона гамма, усилением фагоцитоза и
активности нейтральных протеиназ (Huang et al.,
2006).
Учитывая, что биоцидное действие моноцитов,
направленное на внеклеточную деструкцию патогенов, осуществляется за счет выброса активных
форм кислорода с последующей их трансформацией МПО в перекись водорода и галогеноиды, экстрацеллюлярную окислительную активность моноцитов оценивали как по продукции активных форм
кислорода, так и по активности секретируемой
МПО.
Установлено, что лептин в дозах, сопоставимых
с концентрацией гормона в крови у беременных
женщин, стимулировал активность МПО, секретируемой моноцитами, в супернатантах клеточных
культур (табл. 1). Статистически достоверной разницы в эффектах изучаемых доз гормона выявлено
не было. Стимулирующий эффект гормона, повидимому, обусловлен необходимостью формирования высокого уровня бактерицидности моноцитов
в маточном компартменте при беременности.
Блокада скавенджер-рецепторов, как и внесение гормона на фоне блокады скавенджеррецепторов, стимулировала активность МПО в
супернатантах культур моноцитов (табл. 1). Статистически достоверной разницы между действием разных доз гормона на фоне блокады скавенджер-рецепторов обнаружено не было. Таким образом, выявлена однонаправленность эффектов лептина и блокады скавенджер-рецепторов в регуляции активности МПО.
84
Е. Г. Орлова, С. В. Ширшев
Анализ спонтанной продукции активных кислородных метаболитов не выявил модулирующей
активности лептина в дозах, характерных для беременности. Статистически достоверных отличий
в действии изучаемых доз гормона на спонтанную
ЛЗХЛ также не обнаружено (табл. 2). По-
видимому, разнонаправленность эффектов лептина
на активность МПО и спонтанной ЛЗХЛ обусловлена реципрокными механизмами регулирования
НАДФ-оксидазного комплекса и МПО (Hunt, 1996;
Banchereau et al., 1998).
Таблица 2
Влияние лептина на люминолзависимую хемилюминесценцию моноцитов
Интенсивность ЛЗХЛ,
№ группы
Экспериментальное воздействие
имп/сек/клетку
Спонтанный вариант
1
Контроль гормона
5,75±0,50
2
Лептин, 10 нг/мл
5,67±0,36
3
Лептин, 35 нг/мл
5,16±0,49
4
Poly I:C
6,34±0,41
5
Лептин, 10 нг/мл + Poly I:C
5,30±0,38
6
5,25±0,50
Лептин, 35 нг/мл + Poly I:C
Стимулированный вариант, 5 мин
7
Контроль гормона
41,91±0,73
48,82±2,18
8
Лептин, 10 нг/мл
Pab(8-7)<0,05
9
Лептин, 35 нг/мл
45,95±4,96
50,59±1,46
10
Poly I:C
Pab(10-7)<0,05
11
44,60±5,34
Лептин, 10 нг/мл + Poly I:C
12
44,15±3,39
Лептин, 35 нг/мл + Poly I:C
Стимулированный вариант, 10 мин
13
Контроль гормона
38,19±1,56
14
Лептин, 10 нг/мл
38,24±3,60
45,73±2,14
15
Лептин, 35 нг/мл
Pab
<0,05
(15-13)
16
17
18
19
20
21
22
23
Poly I:C
Лептин, 10 нг/мл + Poly I:C
Лептин, 35 нг/мл + Poly I:C
Стимулированный вариант, 15 мин
Контроль гормона
Лептин, 10 нг/мл
Лептин, 35 нг/мл
Poly I:C
Лептин, 10 нг/мл + Poly I:C
24
Лептин, 35 нг/мл + Poly I:C
25
26
27
28
Стимулированный вариант, 20 мин
Контроль гормона
Лептин, 10 нг/мл
Лептин, 35 нг/мл
Poly I:C
29
Лептин, 10 нг/мл + Poly I:C
30
Лептин, 35 нг/мл + Poly I:C
Не исключено, что при отсутствии выраженного влияния лептина на спонтанную окислительную активность моноцитов происходит защита
собственных тканей от повреждения активными
кислородными метаболитами и предупреждение
развития антизиготных реакций. Блокада скавенджер-рецепторов, а также внесение гормона на фоне блокады скавенджер-рецепторов не влияли на
спонтанную продукцию активных форм кислорода
моноцитами.
33,22±3,78
29,71±5,03
30,59±5,07
25,67±2,42
27,14±1,71
28,86±2,54
23,65±1,46
11,08±1,82
Pab(23-19)<0,05
13,20±1,07
Pab(24-19)<0,05
12,82±0,84
15,34±1,14
10,89±0,76
9,01±0,32
Pab (28-25)<0,05
6,99±0,59
Pab(29-25)<0,05
8,81±0,88
Pab(30-25)<0,05
В то же время в зимозан-индуцированном варианте ЛЗХЛ гормон дозозависимо стимулирует
окислительную активность моноцитов. Так, при
индукции опсонизированным зимозаном максимум активации ЛЗХЛ под действием лептина в
дозе, характерной для I триместра беременности,
отмечался на 5-й минуте (см. табл. 2). Под действием высокой дозы лептина (характерной для II–
III триместра беременности) максимум активации
ЛЗХЛ регистрировался на 10-й минуте (см. табл.
Механизмы регуляции лептином микробицидного потенциала моноцитов …
2). Таким образом, не влияя на фоновый окислительный потенциал моноцитов при антигенной
стимуляции, лептин в дозах, характерных для беременности, усиливает активность процессов свободнорадикального окисления в моноцитах.
Блокада скавенджер-рецепторов отменяла активирующий эффект исследуемых доз лептина на
стимулированную ЛЗХЛ (см. табл. 2). Таким образом, можно полагать, что молекулярный механизм
регуляции лептином функциональной активности
НАДФ-оксидазного комплекса моноцитов при
беременности взаимосвязан с работой скавенджеррецепторов.
Анализируя полученные данные, можно заключить, что лептин, который имеется в организме вне беременности, является провоспалительным
гормоном
и
активирует
клеточноопосредованные иммунные реакции, теоретически
должен способствовать аборту. Однако в дозах,
свойственных организму при беременности, гормон, моделируя функциональную активность моноцитов, протектирует реакции, направленные на
сохранение плода. Так, лептин стимулирует ферментативную активность эластазы моноцитов, что,
с одной стороны, способствует повышению неспецифической резистентности организма матери при
беременности, а с другой – необходим для инвазивного роста синцитиотрофобласта. Гормон угнетает активность катепсина G, что направлено на
защиту от повреждения собственных тканей и
предотвращение запуска провоспалительных реакций в фетоплацентарном комплексе.
Лептин в исследуемых дозах стимулирует
ферментативную активность МПО и не влияет на
спонтанную ЛЗХЛ моноцитов, тогда как на индуцированную зимозаном продукцию активных кислородных метаболитов моноцитами гормон оказывает дозозависимый активирующий эффект.
Таким образом, гормон стимулирует окислительный потенциал моноцитов, усиливая неспецифическую резистентность организма матери в ответ
на антигенную стимуляцию, не инициируя при
этом процессы спонтанного образования свободных радикалов, избыток которых может приводить
к повреждению собственных тканей и запуску
провоспалительных иммунных реакций, имеющих
фатальные последствия для развития беременности.
Суммируя все вышесказанное, можно полагать,
что лептин при беременности дифференцированно
модулирует микробицидный потенциал моноцитов
периферической крови, определяя стратегию подготовки иммунной системы матери к успешной
имплантации и плацентации оплодотворенной
яйцеклетки, а также поддержанию жизнеспособности плода. Молекулярный механизм реализации
эффектов лептина в процессе регуляции биоцидного потенциала моноцитов связан с работой скавенджер-рецепторов.
85
Библиографический список
Бакуев, М.М. Особенности секреции миелопероксидазы в хемилюминесцентном ответе
нейтрофилов человека при контакте со стимуляторами различной природы / М.М. Бакуев,
М.З. Саидов, А.А. Бутаков // Иммунология.
1991. № 1. С. 15–19.
Митенькина, Е.В. Сериновые протеиназы в комплексной оценке тяжести преэклампсии: автореф. дис. ... канд. мед. наук: 14.00.01 / Митенькина Елена Викторовна. Пермь, 2003. 22 с.
Орлова, Е.Г. Модуляция лептином функциональной активности нейтрофилов и моноцитов периферической крови женщин / Е.Г. Орлова,
С.В. Ширшев // Цитокины и воспаление. 2007.
Т. 6, № 3. С. 44–48.
Орлова, Е.Г. Регуляция лептином окислительной и
фагоцитарной активности моноцитов женщин в
разные фазы менструального цикла / Е.Г. Орлова, С.В. Ширшев // Пробл. эндокринол. 2007.
№ 3. С. 26–29.
Ширшев, С.В. Механизмы иммуноэндокринного
контроля процессов репродукции: в 2 т. Т. 2 / С.В.
Ширшев. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 557 с.
Ширшев, С.В. Молекулярные механизмы регуляции лептином функциональной активности мононуклеарных фагоцитов / С.В. Ширшев, Е.Г.
Орлова // Биохимия. 2005. № 8. C. 1021–1030.
Abrahams, V.M. Macrophages and apoptotic cell
clearance during pregnancy / V.M. Abrahams,
Y.M. Kim, S.L. Straszewski, R. Romero, G. Mor,
// Am. J. Reprod. Immunol. 2004. Vol. 51, №. 4.
P. 275–282.
Banchereau, J. Dendritic cells and the control of immunity / J. Banchereau, R.M. Steinman // Nature.
1998. Vol. 392. P. 245–252.
Dixit, V.D. Leptin induces growth hormone secretion
from peripheral blood mononuclear cells via a protein kinase C- and nitric oxide-dependent mechanism / V.D. Dixit, M. Mielenz, D.D. Taub, N. Parvizi, // Endocrinol. 2003. Vol. 144. P. 5595–5603.
Fantuzzi, G. Adipose tissue, adipokines, and inflammation // J. Allergy Clin. Immunol. 2005. Vol.
115, N. 5. P. 911–919.
Flier, J.S. Obesity and the hypothalamus: novel peptides for new pathways / J.S. Flier, E. MaratosFlier // Cell. 1998. Vol. 92. P. 437–440.
Fong, T.M. Localization of leptin binding domain in
the leptin receptor / T.M. Fong, R.R. Huang, M.R.
Tota, C. Mao, T. Smith, J. Varnerin, V.V.
Karpiyskiy, J.E. Krause, L.H. Van der Ploeg //
Mol. Pharmacol. 1998. Vol. 53. P. 234–240.
Hardie, L. Circulating leptin in women: a longitudinal
study in the menstrual cycle and during pregnancy /
L. Hardie, P. Trayhurn, D. Abramovich, P. Fowler //
Clin. Endocrinol. 1997. Vol. 47. P. 101–106.
Huang, C.C. A Pathway Analysis of Poly (I:C)Induced Global Gene Expression Change in Human Peripheral Blood Mononuclear Cells / C.C.
86
Е. Г. Орлова, С. В. Ширшев
Huang, K.E. Duffy, L.R. San Mateo, B.Y. Amegadzie, R.T. Sarisky, M.L. Mbow // Physiol. Genomics. 2006. Vol. 26, N. 2. P.125–133.
Hunt, J.S. Uterine macrophages and environmental
programming for pregnancy success / J.S. Hunt,
S.A. Robertson // J. Reprod. Immunol. 1996. Vol.
32, N. 1. P. 1–25.
Moriuchi, H. Cathepsin G, a neutrophil-derived serine
protease, increases susceptibility of macrophages
to acute humanimmunodeficiency virus type 1 infection / H. Moriuchi, M. Moriuchi, A.S. Fauci //
J. virol. 2000. Vol. 74, N. 15. P. 6849–6855.
O'Connor, C.M. Alpha 1-Proteinase inhibitor, elastase
activity, and lung disease severity in cystic fibrosis
/ C.M. O'Connor, K. Gaffney, J. Keane, A. Southey [et al.] // Am. Rev. Respir. Dis. 1993. Vol.
148, N. 6. P. 1665–1670.
Otero, M. Synergistic induction of nitric oxide synthase type II: in vitro effect of leptin and interferon-gamma in human chondrocytes and ATDC5
chondrogenic cells / M. Otero, C.M. O'Connor, J.J.
Gomez Reino, O. Gualillo // Arthritis Rheum.
2003. Vol. 48. P. 404–409.
Rissoan, M.C. Reciprocal control of T helper cell and
dendritic cell differentiation / M.C. Rissoan, V.
Soumelis, N. Kadowski, G. Grouard, F. Briere //
Science. 1999. Vol. 283. P. 1183–1186.
Sarraf, P. Multiple cytokines and acute inflammation
raise mouse leptin levels: potential role in inflammatory anorexia / P. Sarraf, R.C. Frederich, E.M.
Turner, G. Ma, Jaskowiak // J. Exp. Med. 1997.
Vol. 185. P. 171–175.
Wegmann, T.G. Placental immunotrophism: Maternal
T-cells enhance placental growth and function //
Am. J. Reprod. Immunol. Microbiol. 1987. Vol.
15, N. 2. P. 67–69.
Zarkesh-Esfahani, H. High-dose leptin activates human leukocytes via receptor expression on monocytes / H. Zarkesh-Esfahani, A.G. Pockley // J.
Immunol. 2001. Vol. 167. P. 4593–4599.
Поступила в редакцию 21.04.2008
Mechanisms of leptin regulation of microbicidal activity of monocytes in peripheral
blood of womens
E.G. Orlova, S.V. Shirshev
The influence of leptin in doses, characteristic for I and II-III trimesters of pregnancy, on microbicidal activity of monocytes of women is investigated. It is established, that hormone differently modulated activity of elastase, cathepsin G and mieloperoxidase. Leptin did not influence on spontaneous luminol-dependent chemiluminescence and expressed dose-dependent activating effect on zymosan-induced luminol-dependent chemiluminescence. Molecular mechanisms of leptin regulation of microbicidal activity of monocytes are connected with
scavenger-receptor.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 612.018:612.017.1:611.018.53
ВЛИЯНИЕ ПРОГЕСТЕРОНА НА ФАГОЦИТАРНУЮ
И ОКИСЛИТЕЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ МОНОЦИТОВ
И НЕЙТРОФИЛОВ
С. В. Ширшев a , b , Е. М. Куклина a , А. В. Баженова b
a
b
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, 614081, Пермь, ул. Голева, 13
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
В ходе исследования изучено влияние прогестерона (Pr) в дозах, сопоставимых с концентрацией гормона в I и III триместрах беременности, на окислительную и фагоцитарную активность моноцитов и нейтрофилов женщин in vitro. При оценке окислительной функции нейтрофилов наблюдалось снижение интенсивности люминолзависимой хемилюминесценции
(ЛЗХЛ). В спонтанной ЛЗХЛ моноцитов гормон в обеих концентрациях не проявлял активности. При активации клеток опсонизированным зимозаном Pr также не оказал влияния на
ЛЗХЛ как моноцитов, так и нейтрофилов. Гормон не влиял на фагоцитарную активность нейтрофилов, однако угнетал процесс фагоцитоза моноцитов периферической крови.
ганизма в период беременности (Revelli et al.,
1998).
Основной функцией нейтрофилов и моноцитов
является фагоцитоз чужеродных агентов. Однако
эти клетки выполняют и ряд специфических функций. Так, нейтрофилы являются основными клеточными эффекторами неспецифической защиты,
первыми появляются в очаге повреждения и определяют пусковые механизмы острого воспаления.
В отличие от них моноциты способствуют инициации адаптивных иммунных реакций благодаря
антигенной презентации и секреции провоспалительных цитокинов.
Цель нашего исследования – определение
влияние Pr на окислительную и фагоцитарную активность моноцитов и нейтрофилов.
Введение
Беременность является иммунологическим феноменом, уникальность которого заключается не
только в преодолении трансплантатом иммунных
механизмов, но и в становлении новых эндокринных взаимодействий, обеспечивающих на качественно новом уровне нормальное сосуществование
и развитие двух организмов (Ширшев, 2002). Геном развивающегося плода в организме матери
наполовину заимствован у отца, однако при физиологически нормально протекающей беременности отторжения генетически чужеродного
трансплантата не происходит.
Важную роль в регуляции иммунной системы в
период беременности играют женские половые
стероидные гормоны, благодаря которым существуют половые различия иммунной реактивности
человека и млекопитающих. Известно, что самки
различных видов имеют более высокий, чем самцы, уровень клеточно-опосредованных и гуморальных иммунных реакций (Biliss, Kogshavn,
1970; Cohn, 1979).
Велика роль в женском организме прогестерона (Рr), который синтезируется яичниками и плацентой (Kase, Reyniak, 1985; Wittliff, 1995).
Действие Pr на ткань-мишень, например на
матку или молочную железу, опосредуется через
специфический рецептор Рr – PR, экспрессия которого индуцируется эстрадиолом (Guire, Horvitz,
1975; Wiest, 1971). Установлено, что PR экспрессируются на моноцитах и нейтрофилах, что позволяет Pr оказывать существенное влияние на адаптивные и неспецифические защитные реакции ор-
Материалы и методы исследования
Объекты исследования
В работе использованы фракционированные
лейкоциты периферической крови (моноциты и
нейтрофилы) небеременных женщин репродуктивного возраста.
Гормоны и другие биологически активные
вещества
В эксперименте использовали Pr («Sigma»,
США) в физиологических концентрациях, соответствующих их уровню в периферической крови
в I и III триместрах беременности – 20 и 100 нг/мл
соответственно (Ширшев, 2002). Для стимуляции
клеток использовали зимозан (0,5 мг/мл), опсони-
© С. В. Ширшев, Е. М. Куклина, А. В. Баженова, 2008
87
88
С. В. Ширшев, Е. М. Куклина, А. В. Баженова
зированный пулом сывороток. Для проведения
люминолзависимой хемилюминесценции (ЛЗХЛ)
использовали люминол («Sigma», США) в концентрации 510-4М.
Измерение производилось на люминоскане «Ascent» (Финляндия) в относительных единицах свечения (RLU). Дополнительно рассчитывался индекс фагоцитарной активности клеток (ИФА), отражающий процент гашения биолюминесценции
Выделение клеток
Мононуклеарные клетки периферической крови (МНК) и нейтрофилы выделяли из гепаринизированной (25 МЕ/мл) венозной крови центрифугированием в двойном градиенте плотности фиколлверографина («Pharmacia», Швеция; «Спофа», Чехия) с плотностью верхнего и нижнего градиентов
1,077 и 1,112 г/мл соответственно. С верхней интерфазы собирали МНК, с нижней – нейтрофилы.
Затем из МНК путем адгезии выделяли моноциты
с двух пассажей на чашках Петри («Аnumbra», Куба). Чистота выделения для моноцитов составляла
78–85% (по оценке моноклональных антител к
CD14 (ICN Ph, США)), для нейтрофилов – 95%
(гистологическая оценка).
Культивирование клеток
При культивировании клеток использовалась
среда 199 (НПО «Биомед», Россия) с добавлением
5% эмбриональной телячьей сыворотки («Serva»,
Германия), 0,01М HEPES («Serva», Германия), 300
мкг/мл L-глутамина («Serva», Германия), 100
мкг/мл гентамицина («Pharmacia», Швеция). Затем
клетки (5106/мл) инкубировали с гормоном в течение 6 часов при 37°С и 5% СО2, после чего определяли их фагоцитарную и окислительную активность. Контрольные культуры клеток инкубировали
с растворителем гормона (NaCl 0,9%) при аналогичных условиях. Жизнеспособность клеток оценивалась с помощью 5% эозина, она составила 95–
97%.
Определение фагоцитоза
Оценка фагоцитарной активности проводилась
по степени гашения биолюминесценции лиофилизированной культуры люминесцентных бактерий
генно-инженерного штамма E.coli Lum+ со спонтанным свечением (Патент 2292553, 27.01.2007).
Одну ампулу препарата разводили в 1 мл холодной дистиллированной воды, выдерживали 1 час
при 4°С, 30 мин – при комнатной температуре, затем еще 30 мин – при 37°С и центрифугировали 10
мин (3000 об/мин), после чего доводили физиологическим раствором до 50 мл, получая рабочую
концентрацию бактерий 5 х 106 /мл.
Готовую суспензию бактерий (180 мкл) вносили в лунки 96-луночного планшета, инкубировали
при 37°С 3–5 мин и снимали фоновой уровень свечения бактерии, затем, после внесения клеточной
культуры в соотношении 1:10, измеряли степень
гашения биолюминесценции в течении 30 мин с
интервалом в 10 мин. Происходило полное поглощение E. coli Lum+ фагоцитирующими клетками.
Х1 – Х2
 100,
Х1
по сравнению с исходным уровнем, по формуле
где Х1 – интенсивность биолюминесценции контрольной пробы;
Х2 – интенсивность биолюминесценции опытной пробы.
ИФА =
Определение ЛЗХЛ
Окислительную активность моноцитов и нейтрофилов оценивали по интенсивности ЛЗХЛ клеточной культуры (Dahigren, Stendal, 1984). Для
этого в планшет вносили 180 мкл раствора Хенкса
без фенолового красного («Биолот», Россия), содержащего люминол (510-4М). После инкубации
в течение 3–5 мин при 37С и замера фонового
свечения добавляли 20 мкл клеточной суспензии
(5 х 106/мл) и при непрерывном перемешивании
измеряли интенсивность спонтанной хемилюминесценции для оценки исходного уровня окислительного метаболизма клеток. Затем в кювету вносили 20 мкл зимозана (0,5 мг/мл), опсонизированного пулом сывороток, и фиксировали интенсивность стимулированной хемилюминесценции в течение 50 мин с интервалом в 10 мин. Измерения
производились также на люминоскане «Ascent»
(Финляндия) в относительных единицах (RLU).
Все экспериментальные данные были обработаны по парному t-критерию Стьюдента и считались достоверными при р < 0,05.
Результаты исследований и их
обсуждение
На первом этапе исследований оценивалось
влияние Pr на фагоцитарную активность нейтрофилов или моноцитов по степени гашения биолюминесценции. Как видно из рис. 1, в динамике исследований Pr не влияет на уровень фагоцитарной
активности нейтрофилов.
В то же время гормон в дозах, характерных для
крови в I и III триместров беременности приводил
к достоверному угнетению процесса фагоцитоза
моноцитов, но только на 10 мин (рис. 2).
Таким образом, Pr не влияет на процесс фагоцитоза нейтрофилов, но ингибирует фагоцитарную
активность моноцитов вне зависимости от дозы
гормона.
При оценке регулирующего действия Pr на
окислительную активность нейтрофилов установлено, что гормон снижает интенсивность ЛЗХЛ в
дозе 100 нг/мл (рис. 3).
89
Влияние прогестерона на фагоцитарную и окислительную активность …
При оценке спонтанного варианта ЛЗХЛ моноцитов в обеих дозах гормон не проявлял активности (рис. 4).
При активации клеток опсонизированным зи-
цитах, однако Pr не оказал влияния на данный
процесс (рис. 5).
Оценивая полученные результаты, можно говорить о слабой регуляторной активности Pr на
клетки неспецифической резистентности. Это сви-
100
0,02
90
0,018
70
60
50
40
Контроль
30
Рr (20 нг/мл)
20
Рr (100 нг/мл)
10
Интенсивность ЛЗХЛ, (RLU)
Интенсивность фагоцитоза (ИФА)
80
0,016
0,014
0,012
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
0
0
10
20
0
30
к онтроль
Рr (20 нг/мл)
Рr (100 нг/мл)
+
Инкубация с E. coli Lum , мин.
Г ормональное воздействие
Рис. 4. Влияние Pr на спонтанную ЛЗХЛ
моноцитов
а
100
0,6
80
0,5
60
*
40
*
Контроль
Рr (20 нг/мл)
20
Рr (100 нг/мл)
0
0
10
20
30
Интенсивность ЛЗХЛ, (RLU)
Интенсивность фагоцитоза
(ИФА)
Рис. 1. Влияние Pr на фагоцитарную
активность нейтрофилов
0,4
0,3
0,2
конт роль
Рr (20нг/мл)
Рr (100 нг/мл)
0,1
0
Инкубация с Е.coli Lum +, мин.
0
10
Рис. 2. Влияние Pr на фагоцитарную
активность моноцитов
0,12
Интенсивность ЛЗХЛ, (RLU)
0,1
0,08
0,06
0,04
*
40
50
60
б
3
2,5
2
1,5
контроль
1
Рr (20 нг/мл)
0,5
Рr (100нг/мл)
0
0
0,02
30
3,5
Интенсивность Л ЗХЛ , (RLU)
Примечание: * - здесь и далее р < 0,05 в сравнении
с контролем
20
Продолжительность стимуляции, мин.
10
20
30
40
50
Продолжительность стимуля ции, мин.
0
контроль
Р r (20 нг/мл)
Р r (100 нг /мл)
Горм ональное воздействие
Рис. 3. Влияние Pr на спонтанную ЛЗХЛ
нейтрофилов
мозаном наблюдалось резкое повышение продукции метаболитов как в нейтрофилах, так и в моно-
Рис. 5. Влияние Pr на динамику зимозанстимулированной ЛЗХЛ:
а – нейтрофилы, б - моноциты
детельствует о низкой чувствительности нейтрофилов к гормону.
В то же время важно отметить, что Pr поразному влияет на моноциты и нейтрофилы, угне-
90
С. В. Ширшев, Е. М. Куклина, А. В. Баженова
тая фагоцитарную активность моноцитов, не влияя
на их окислительный потенциал, а при действии на
нейтрофилы, напротив, гормон, не влияя на фагоцитоз, угнетает спонтанную ЛЗХЛ.
Учитывая вышесказанное, можно предположить, что благодаря Pr осуществляется фагоцитарная активация моноцитов в крови как в I, так и
в III триместрах беременности, в конце же гестационного процесса под регуляторное влияние попадают нейтрофилы, снижая свой окислительный
потенциал.
Библиографический список
Пат. 2292553 Российская Федерация, МПК7
G01N33/53. Способ определения фагоцитарной
активности нейтрофилов периферической крови человека по степени гашения биолюминесценции / Ширшев С.В., Куклина Е.М., Заморина С.А., Никитина Н.М., Некрасова И.В. – заявитель и патентообладатель Ин-т экологии и
генетики микроорганизмов УрО РАН, Ширшев
С.В. (RU). № 2005118124/15; заявл. 10.06.05;
опубл. 27.01.07, Бюл. № 3.
Ширшев, С.В. Механизмы иммунноэндокринного
контроля процессов репродукции: в 2 т. / С.В.
Ширшев. Екатеринбург: УрО РАН, 2002.
Cohn, D. A. Sensitivity to antigen. A possible factor in
sex differences in the immune response // Clin.
And Exp. Immunol. 1979. Vol. 38. P 218–227.
Dahigren, C. Myeloperoxidase modulates the phagocytic activity of polymorphonuclear neutrophil
leukocytes. Studies with cells from a myeloperoxidase deficient patient / C. Dahigren, O. Stendahl //
J. Clin. Invest. 1984. Vol. 73. P. 366–373
Kase, N. Endocrinology of pregnancy / N. Kase, J.
Reyniak // Mount Sinai J Med. 1985. Vol. 52. P.
11–34.
Kogshavn, P.A. Sex differences in survivable of H-2
incompatible skin grafts in mice treated with antithymocyte serum / P. Kogshavn, J. Biliss. // Nature. 1970. Vol. 226. P. 451–452.
Horvitz, K.B. Specific progesterone receptors in human breast cancer / K.В. Horvitz., Mc. W. Guire //
Steroids. 1975. Vol. 25. P. 497–505.
Revelli, A. Monogenetic actions of steroid hormones
in reproductive tissues / A. Revelli, M. Mascobrio., J. Tesarik // Endocr. Rev. 1998. Vol. 19.
P.2–17.
Wiest, W.G. Progesterone binding proteins in rabbit
uterus and human endometrium // Schering Workshop on Steroid Hormone «Receptors» / еd. Raspe
G. Oxford: Pergamon Press, 1971. P. 251–264.
Wittliff, J.L. Mechanisms of signal transduction: sex
hormones, their receptors and utility // J. Clinical
Ligand Assay. 1995. Vol. 18. P. 211–235.
Поступила в редакцию 24.04.2008
The effect of the chorionic gonadotrophin on phagocytic and oxidative activity of neutrophils and monocytes
S.V. Shirshev, E.M. Kuklina, A.V. Bazhenova
In the course of experimental work we have investigated the effect of human chorionic gonadotrophin, coresponding to I and III pregnancy trimesters, on phagocytic and oxidative activity of neutrophils and monocytes. It
was shown that both dose of hormone renders the supressive action in monocyte phagocytic activity, but this effect in neutrophils renders only high hormonal dose. Also, the hormone supresses spontaneous oxidative activity
of neutrophils, however only high dose of the hormone was shown supressive action on oxidative activity of zimozan-induced monocytes. Thus, was installed that the result of the action of chorionic gonadotrophin depends
on hormonal dose and also on activation state of the cells.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 612.018:612.017.1:611.018.53
ВЛИЯНИЕ ХОРИОНИЧЕСКОГО ГОНАДОТРОПИНА
НА ФАГОЦИТАРНУЮ И ОКИСЛИТЕЛЬНУЮ
АКТИВНОСТЬ МОНОЦИТОВ И НЕЙТРОФИЛОВ
С. В. Ширшев a , b , Е. М. Куклина a , А. М. Гугович b
a
b
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, 614081, Пермь, ул. Голева, 13
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
В ходе исследования было выявлено влияние хорионического гонадотропина (ХГ) в дозах,
сопоставимых с концентрацией гормона в крови на I и III триместрах беременности, на окислительную и фагоцитарную активность моноцитов и нейтрофилов женщин in vitro. Установлено, что гормон оказывает супрессивное действие на фагоцитарную активность моноцитов
и нейтрофилов. Также гормон угнетает спонтанную окислительную активность нейтрофилов,
однако ингибирующее действие гормона на моноциты проявляется только при стимулировании окислительной активности и только высокой дозой гормона. Таким образом, конечный
результат воздействия ХГ зависит не только от дозы гормона, но и от активационного статуса исследуемых клеток.
Введение
Беременность является иммунологическим феноменом, уникальность которого заключается не
только в преодолении трансплантатом иммунных
механизмов, но и в становлении новых эндокринных
взаимодействий, обеспечивающих на качественно
новом уровне нормальное сосуществование и развитие двух организмов (Ширшев, 2002). Геном развивающегося плода в организме матери наполовину
заимствован у отца, однако при физиологически протекающей беременности отторжения генетически
чужеродного трансплантата не происходит.
Изучение факторов и механизмов, ответственных за изменения, происходящие с организмом
матери во время беременности, является актуальной проблемой репродуктивной иммунологии.
Важнейшим направлением в рамках данной проблемы является анализ роли репродуктивных гормонов в регуляции процессов иммунитета при беременности.
Основным пептидным гормоном плаценты, проектирующим развитие беременности, является хорионический гонадотропин (ХГ). В крови беременных женщин ХГ обнаруживается сразу после имплантации плодного яйца и далее его уровень интенсивно нарастает, достигая максимума к 7–10-й
неделям. Затем концентрация ХГ существенно
снижается и держится на таком уровне последующие II–III триместры (Benveniste, Scommegha,
1981).
Показано, что ХГ имеет специфические рецепторы на различных типах иммунокомпетентных
клеток и оказывает существенное влияние как на
адаптивные, так и на неспецифические защитные
реакции организма (Fuchs et al., 1981; Ricketts,
Jones, 1985). В период беременности супрессия
адаптивного иммунного ответа матери компенсируется активацией системы естественного иммунитета. Основными клетками, которые определяют
функционирование данной системы, являются моноциты/макрофаги и нейтрофилы.
Помимо этого, ХГ стимулирует секрецию прогестерона и эстрадиола и свои иммуномодулирующие эффекты реализует в комплексе с этими
гормонами. В то же время направленность иммунорегуляторного действия ХГ зависит не только от
уровня концентрации половых стероидов, но и от
активационного статуса клетки-мишени (Ширшев,
Кеворков, 1993).
В силу перечисленных особенностей ХГ является в настоящее время объектом пристального
внимания как фактор, тормозящий процессы отторжения плода, и основной претендент на роль
антифертильной вакцины.
Целью данного исследования являлось изучение влияния ХГ в дозах, сопоставимых с концентрацией гормона в I и III триместрах беременности, на фагоцитарную и окислительную активность моноцитов и нейтрофилов женщин в крови
in vitro.
© С. В. Ширшев, Е. М. Куклина, А. М. Гугович, 2008
91
92
С. В. Ширшев, Е. М. Куклина, А. М. Гугович
Материалы и методы исследования
Объекты исследования
В работе использовали фракционированные
лейкоциты периферической крови (моноциты и
нейтрофилы) небеременных женщин репродуктивного возраста.
Гормоны и другие биологически активные
вещества
В эксперименте использовали ХГ («Profasi»,
Италия) в физиологических концентрациях, соответствующих их уровню в периферической крови
в I и III триместрах беременности – 100 и 10
МЕ/мл соответственно (Benveniste, Scommegha,
1981). Для стимуляции клеток применяли зимозан
(0,5 мг/мл), опсонизированный пулом сывороток.
Для проведения люминолзависимой хемилюминесценции (ЛЗХЛ) использовали люминол
(«Sigma», США) в концентрации 5×10-4М.
Выделение клеток
Мононуклеарные клетки периферической крови (МНК) и нейтрофилы выделяли из гепаринизированной (25 МЕ/мл) венозной крови центрифугированием в двойном градиенте плотности фиколлверографина («Pharmacia», Швеция; «Спофа», Чехия) с плотностью верхнего и нижнего градиентов
1,077 и 1,112 г/мл соответственно. С верхней интерфазы собирали МНК, с нижней – нейтрофилы.
Затем из МНК путем адгезии выделяли моноциты
с двух пассажей на чашки Петри («anumbra», Куба). Чистота выделения для моноцитов составляла
78–85% (по оценке моноклональных антител к
CD14 (ICN Ph, США)), для нейтрофилов – 95%
(гистологическая оценка).
Культивирование клеток
При культивировании клеток использовалась
среда 199 (НПО «Биомед», Россия) с добавлением
5% эмбриональной телячьей сыворотки («Serva»,
Германия), 0,01М HEPES («Serva», Германия), 300
мкг/мл L-глутамина («Serva», Германия), 100 мкг/мл
гентамицина («Pharmacia», Швеция). Клетки
(5×106/мл) инкубировали с гормоном в течение 6 часов при 37°С и 5% СО2, после чего определяли их
фагоцитарную и окислительную активность. Затем
вносили стимулятор и также оценивали фагоцитарную (в течение 30 мин) и окислительную (в течение
50 мин) активность клеток. Контроль культуры клеток инкубировали с растворителем гормона (NaCl –
0,9%) при аналогичных условиях. Жизнеспособность
клеток оценивалась с помощью 5% эозина, она составила 95–97%.
Оценка фагоцитоза
Фагоцитарная активность оценивалась по степени гашения биолюминесценции лиофилизиро-
ванной культуры люминесцентных бактерий генно-инженерного штамма E.coli Lum+ со спонтанным свечением (Патент 2292553 от 27.01.2007).
Одну ампулу препарата разводили в 1 мл холодной дистиллированной воды, выдерживали 1 час
при 4°С, 30 мин при комнатной температуре, затем
еще 30 мин при 37°С и центрифугировали 10 мин
(3000 об/мин), после чего доводили физиологическим раствором до 50 мл, получая рабочую концентрацию бактерий 5×106 /мл.
Готовую суспензию бактерий (180 мкл) вносили в лунки 96-луночного планшета, инкубировали
в течение 3–5 мин при 37°С и снимали фоновый
уровень свечения бактерии, затем, после внесения
клеточной культуры в соотношении 1:10, измерялась степень гашения биолюминесценции в течении 30 мин с интервалом в 10 мин., при этом происходило полное поглощение E. coli Lum+ фагоцитирующими клетками. Измерение производилось
на люминоскане «Аscent» (Финляндия) в относительных единицах свечения (RLU). Далее рассчитывался индекс фагоцитарной активности клеток
(ИФА), отражающий процент гашения биолюминесценции по сравнению с исходным уровнем, по
Х1 – Х2
ИФА =
 100,
Х1
формуле
где Х1 – интенсивность биолюминесценции контрольной пробы;
Х2 – интенсивность биолюминесценции опытной пробы.
Оценка ЛЗХЛ
Окислительную активность оценивали по интенсивности ЛЗХЛ клеточной культуры (Dahigren, Stendahl, 1984). Для этого в планшет вносили 180 мкл
раствора Хенкса без фенолового красного («Биолот»,
Россия), содержащего люминол (5×10-4М). После
инкубации в течение 3–5 мин при 37С и замера фонового свечения добавляли 20 мкл клеточной суспензии (5×106 /мл) и при непрерывном перемешивании измеряли интенсивность спонтанной хемилюминесценции для оценки исходного уровня окислительного метаболизма клеток. Затем в кювету вносили 20 мкл зимозана (0,5 мг/мл), опсонизированного
пулом сывороток, и фиксировали интенсивность
стимулированной хемилюминесценции в течение 50
мин с интервалом в 10 мин. Измерения производились также на люминоскане «Аscent» (Финляндия) в
относительных единицах свечения (RLU).
При статистической обработке результатов вычислялись средняя арифметическая величина и ее
стандартная ошибка. Достоверность различий между средними величинами оценивалась с помощью парного t-критерия Стьюдента, достоверными считались данные при р < 0,05.
93
Влияние хорионического гонадотропина на … активность мноцитов и нейтрофилов
Результаты исследований и их
обсуждение
На первом этапе исследований оценивалась
способность ХГ влиять на фагоцитарную активность нейтрофилов и моноцитов по степени гашения биолюминесценции.
Установлено, что низкая доза гормона, соответствующая ей в крови в III триместре беременности, оказывает статистически значимое угнетающее действие на нейтрофилы на 10 мин инкубации. Высокая же доза ХГ, характерная для крови
в I триместре беременности, ингибирует фагоцитарную активность нейтрофилов как на 10, так и
на 20 мин инкубации, что говорит о более эффективном действии высокой дозы гормона на нейтрофилы (рис. 1).
Интенсивность фагоцитоза (ИФА)
100
*
90
80
* *
70
60
*
*
50
40
30
Контроль
20
ХГ (100 МЕ/мл)
10
ХГ (10 МЕ/мл)
0
0
10
20
30
Инкубация с E. coli Lum+, мин.
90
80
Рис. 2. Изменение индекса фагоцитарной активности моноцитов
*
70
60
Установлено, что ХГ как в низкой дозе, соответствующей ему в крови в III триместре беременности, так и в высокой дозе оказывает статистически значимое угнетающее действие на спонтанную
ЛЗХЛ нейтрофилов (рис. 3).
*
*
50
40
Контроль
30
ХГ (100 М Е/мл)
20
ХГ (10 М Е/мл)
10
0
0
10
20
Инкубация с E. coli Lum+ , мин.
30
Рис. 1. Изменение индекса фагоцитарной активности нейтрофилов
Примечание: здесь и далее * – р < 0,05 в сопоставлении
с контролем
При расчете ИФА для моноцитов были получены статистически значимые данные (рис. 2),
причем угнетение низкой дозой ХГ, характерной
для крови в III триместре беременности, наблюдалось как на 10, так и на 20 мин инкубации, а ингибирование ХГ-100 МЕ/мл на 10, 20 и 30 мин инкубации моноцитов с E. coli Lum+.
Таким образом установлено, что ХГ в дозах,
характерных для крови в I и III триместрах беременности, угнетает фагоцитарную активность нейтрофилов и моноцитов. Учитывая, что угнетение
фагоцитарной активности нейтрофилов происходит только высокой дозой ХГ, можно предположить, что нейтрофилы менее чувствительны к действию гормона.
На втором этапе исследования изучалось влияние ХГ на спонтанную и зимозанстимулированную ЛЗХЛ нейтрофилов и моноцитов. Для оценки
исходного уровня окислительного метаболизма
клеток исследовалась спонтанная ЛЗХЛ.
Интенсивность ЛЗХЛ, (RLU)
Интенсивность фагоцитоза (ИФА)
100
0,12
0,1
0,08
*
0,06
*
0,04
0,02
0
Контроль
ХГ (100
МЕ/мл)
ХГ (10 МЕ/мл)
Экспериментальное воздействие
Рис. 3. Влияние ХГ на спонтанную ЛЗХЛ нейтрофилов
В то же время при оценке зимозанстимулированной ЛЗХЛ нейтрофилов гормон статистически
достоверного влияния не оказывал (рис. 4).
Аналогично исследовались и моноциты, однако
был получен противоположный результат. При
оценке влияния ХГ на спонтанную ЛЗХЛ моноцитов статистически значимых данных получено не
было (рис. 5).
Но при внесении в суспензию, обогащенную
моноцитами опсонизированного зимозана, интенсивность ЛЗХЛ достоверно угнеталась высокой
дозой ХГ, соответствующей его содержанию в I
триместре беременности, на всем протяжении эксперимента (рис. 6).
94
С. В. Ширшев, Е. М. Куклина, А. М. Гугович
ной стороны, показано, что в этот период окислительный потенциал клеток повышен, причем данный эффект наблюдается только в III триместре
(Selvaraj et al., 1982). С другой стороны, имеются
работы, в которых отмечается его снижение
(Krause et al., 1987; Crouch et al., 1995), наиболее
выраженное также в III триместре (Crouch et al.,
1995). Вероятно, такие противоречия можно объяснить разными методическими подходами к
оценке окислительной активности клеток.
3
2,5
2
1,5
0,6
Контроль
1
ХГ (100 МЕ/мл)
0,5
0
ХГ (10 МЕ/мл)
* *
0
5
10
20
30
40
50
Продолжительность стимуляции, мин
Рис. 4. Влияние ХГ на динамику зимозанстимулированной ЛЗХЛ нейтрофилов
Таким образом, ХГ дифференцированно влияет
на ЛЗХЛ нейтрофилов и моноцитов, угнетая спонтанную окислительную активность нейтрофилов,
не влияя на стимулированную, а также оказывая
ингибирующее действие на стимулированную
ЛЗХЛ моноцитов.
Интенсивность ЛЗХЛ, (RLU)
0,02
Интенсивность ЛЗХЛ, (RLU)
Интенсивность ЛЗХЛ, (RLU)
3,5
0,5
0,4
*
0,3
*
*
*
*
0,2
Контроль
ХГ 100 МЕ/мл
0,1
ХГ 10 МЕ/мл
*
0
0
5
10
20
30
40
50
Продолжительность стимуляции, мин
Рис. 6. Влияние ХГ на динамику зимозанстимулированной ЛЗХЛ моноцитов
Таким образом, влияние ХГ на нейтрофилы и
моноциты зависит от срока гестации. Так, в I триместре гормон угнетает фагоцитарную активность
нейтрофилов и моноцитов и спонтанную окислительную активность нейтрофилов. В III триместре
ХГ также оказывает угнетающее действие на фагоцитарную и окислительную активность данных
клеток, что, по-видимому, способствует благополучному исходу беременности.
0,018
0,016
0,014
0,012
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
Библиографический список
0
Контроль
ХГ (100 МЕ/мл) ХГ (10 МЕ/мл)
Экспериментальное воздействие
Рис. 5. Влияние ХГ на спонтанную ЛЗХЛ моноцитов
Представленные данные говорят об эффективном регуляторном действии ХГ на функции нейтрофилов и моноцитов периферической крови. Как
правило, ХГ оказывает ингибирующее действие на
процессы фагоцитоза и окислительной активности,
что, по-видимому, способствует полноценному
развитию физиологической беременности. Кроме
того, установлено, что гормональная стимуляция
окислительного метаболизма как нейтрофилов, так
и моноцитов зависит от активационного статуса
клетки. Литературные данные по регуляции окислительной активности нейтрофилов в крови во
время беременности весьма противоречивы. С од-
Ширшев, С.В. Механизмы иммунноэндокринного
контроля процессов репродукции: в 2 т. / С.В.
Ширшев. Екатеринбург: УрО РАН, 2002.
Ширшев, С.В. Зависимость иммуномодулирующих
эффектов хорионического гонадотропина от
исходной функциональной активности спленоцитов, реализующих адаптивный иммунный
ответ / С.В. Ширшев и Н.Н. Кеворков // Пробл.
эндокринологии. 1993. Т. 39, № 1. С. 54–57.
Пат. 2292553 Российская Федерация, МПК 7
G01N33/53. Способ определения фагоцитарной
активности нейтрофилов периферической крови человека по степени гашения биолюминесценции. / Ширшев С.В., Куклина Е.М., Заморина С.А., Никитина Н.М., Некрасова И.В. – заявитель и патентообладатель Ин-т экологии и
генетики микроорганизмов УрО РАН (RU),
Ширшев С.В. (RU) – № 2005118124/15; заявл.
10.06.05; опубл. 27.01.07, Бюл. № 3.
Влияние хорионического гонадотропина на … активность мноцитов и нейтрофилов
Benveniste, R. Human chorionic gonadotropin alphasubunit in pregnancy / R. Benveniste, A. Scommegha // Amer. J. Obstet. Gynecol. 1981. Vol.
141. P. 952-961.
Crouch, S.P.M. The effect of pregnancy on polymorphonuclear leukocyte function / S.P.M. Crouch,
I.P. Crocker, J. Fletcher // J. Immunol. 1995. Vol.
155. P. 5436-5443.
Dahigren, C. Myeloperoxidase modulates the phagocytic activity of polymorphonuclear neutrophil
leukocytes. Studies with cells from a myeloperoxidase deficient patient / C. Dahigren, O. Stendahl //
J. Clin. Invest. 1984. Vol. 73. P. 366-373.
Fuchs, T. In vitro induction of human suppressor Tcells by chorionic gonadotropin preparation / T.
95
Fuchs, L. Hammarstrom, C.I. E. Smith, J. Brundin
// J. Reprod. Immunol. 1981. Vol. 3. P. 75-84.
Krause, P.J. Host defense during pregnancy: neutrophil chemotaxis and adherence / P.J. Krause, C.J.
Ingardia, L.T. Pontius [et al.] // Acad. J. Obstet.
Gynecol. 1987. Vol. 157. P. 274-281.
Ricketts, R.M. Differential effect of human chorionic
gonadotropin on lymphocyte proliferation induced
by mitogens / R.M. Ricketts, D.B. Jones // J. Reprod. Immunol. 1985. Vol. 7. P. 225-232.
Selvaraj, S.K. Mechanism of monocyte activation and
expression of proinflammatory cytochemokines by
placenta growth factor. / S.K. Selvaraj, R.K. Giri,
N.E. Perlman [et al.] // Endocrinol. 1982. Vol. 108.
P. 1515.
Поступила в редакцию 24.04.2008
The effect of the chorionic gonadotrophin on phagocytic and oxidative activity
of neutrophils and monocytes
S.V. Shirshev, E.M. Kuklina, A.M. Gugovich
In the course of experimental work we have investigated the effect of human chorionic gonadotrophin (hCG),
coresponding to I and III pregnancy trimesters, on phagocytic and oxidative activity of neutrophils and monocytes. It was shown that hormone renders the supressive action in monocyte and neutrophil phagocytic activity.
Also, the hormone supresses spontaneous oxidative activity of neutrophils, however only high dose of the hormone was shown supressive action on oxidative activity of zimozan-induced monocytes. Thus, was installed that
the result of the action of hCG depends on hormonal dose and also on activation state of the cells.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 612.018:612.017.1:611.018.53
ВЛИЯНИЕ ЭСТРАДИОЛА НА ФАГОЦИТАРНУЮ И
ОКИСЛИТЕЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ МОНОЦИТОВ И
НЕЙТРОФИЛОВ
С. В. Ширшев a , b , Е. М. Куклина a , У. С. Гудина b
a
b
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, 614081, Пермь, ул. Голева, 13
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Исследовано влияние эстрадиола (Е2 ) на фагоцитарную и окислительную активность моноцитов
и нейтрофилов в дозах, сопоставимых с концентрацией гормона в I и III триместрах беременности. Показано, что только низкая доза гормона (1нг/мл) угнетает фагоцитарную активность нейтрофилов, тогда как фагоцитарную активность моноцитов подавляют и низкая, и высокая дозы.
Е2 также угнетает спонтанную окислительную активность нейтрофилов вне зависимости от дозы
и не действует на зимозан-стимулированную. Гормон не влияет на спонтанную хемилюминесценцию и подавляет стимулированную окислительную активность моноцитов в концентрации,
соответствующей содержанию гормона в крови в I триместре беременности (1 нг/мл), в течение
всего времени стимуляции.
Введение
Во время беременности в организме женщины происходят важные изменения, направленные на сохранение и развитие плода. Большую роль в этих изменениях
играют репродуктивные гормоны, в том числе и эстрадиол (Е2), которые способствуют нормальному протеканию беременности.
Е2 считается «главным эстрогенным гормоном
животного организма». Этот женский половой гормон образуется в яичниках, а также в плаценте. Некоторое количество Е2 синтезируется интерстициальными клетками семенников (Розен, 1984).
Е2 стимулирует становление вторичных женских
половых признаков. Полагают, что эстрогены оказывают еще и сенсибилизирующее действие в отношении влияния других гормонов на органы размножения. Специфические рецепторы (ERα) для Е2 обнаружены в цитозоле селезенки, тимоцитах, в стромальных клетках тимуса. По своей структуре, физико-химическим свойствам и авидности эти рецепторы гомологичны гормонсвязывающим рецепторам
органов репродукции (Gillette, Gillette, 1994).
Рецепторы к Е2 также были найдены на нейтрофилах и моноцитах (Wensten et al.,1986). Поскольку
эти клетки являются основными эффекторами неспецифических иммунных реакций, а Е2 в комбинации с другими гормонами помогает настроить иммунную систему для успешного развития зародыша
(Ширшев, 2002), важно знать иммуномодулирующее
влияние Е2 на моноциты и нейтрофилы.
Целью данной работы было исследование модулирующего влияния Е2 в дозах, соответствующих их
уровню в крови в I и III триместрах беременности,
на фагоцитарную и окислительную активность моноцитов и нейтрофилов женщин in vitro.
Материалы и методы исследования
Объекты исследования
В работе использовали фракционированные лейкоциты периферической крови (моноциты и нейтрофилы) небеременных женщин репродуктивного возраста.
Гормоны и другие биологически активные
вещества
В эксперименте использовали Е2 («Sigma»,
США) в физиологических концентрациях, соответствующих их уровню в периферической крови I и III
триместрах беременности – 1.0 и 10 нг/мл соответственно (Ширшев, 2002). Для стимуляции клеток
прменяли зимозан (0.5 мг/мл), опсонизированный
пулом сывороток. Для проведения люминолзависимой хемилюминесценции использовали люминол
(«Sigma», США) в концентрации 510-4М.
© С. В. Ширшев, Е. М. Куклина, У. С. Гудина, 2008
96
97
Влияние эстрадиола на … активность моноцитов и нейтрофилов
Выделение и культивирование клеток
Мононуклеарные клетки периферической крови
(МНК) и нейтрофилы выделяли из гепаринизированной (25 МЕ/мл) венозной крови центрифугированием в двойном градиенте плотности фиколлверографина («Pharmacia», Швеция; «Спофа», Чехия) с плотностью верхнего и нижнего градиентов
1.077 и 1.112 г/мл соответственно. С верхней интерфазы собирали МНК, с нижней – нейтрофилы. Затем
из МНК путем адгезии выделяли моноциты двумя
пассажами с чашек Петри («anumbra», Куба). Чистота выделения для моноцитов составляла 78–85%
(по оценке моноклональных антител к CD14 (ICN
Ph, США)), для нейтрофилов – 95% (гистологическая оценка).
После выделения клетки (5106/мл) инкубировали с гормоном в полной питательной среде на основе среды 199 (НПО «Биомед», Россия) с добавлением 0.01 М Hepes («Serva», Германия), 300 мкг/мл Lглутамина («Serva», Германия), 100 мкг/мл гентамицина («Pharmacia», Швеция), 5% эмбриональной
телячьей сыворотки («Serva», Германия) в течение 6
часов при 37°С и 5% СО2. После этого определяли
их фагоцитарную и окислительную активности.
Контрольные культуры клеток инкубировали с растворителем гормона (NaCl 0,9%) при аналогичных
условиях. Жизнеспособность клеток оценивали с
помощью витального красителя (5% эозин), она составляла 95–97%.
Оценка фагоцитоза
Фагоцитарная активность оценивалась по степени гашения биолюминесценции культуры люминесцентных бактерий генно-инженерного штамма E.coli
Lum+ со спонтанным свечением (Патент 2292553 от
27.01.2007).
Готовую суспензию бактерий (180 мкл) в рабочей концентрации 5106 /мл вносили в лунки 96луночного планшета, инкубировали при 37°С в течение 3–5 мин и снимали фоновый уровень свечения; затем, после внесения клеточной культуры в соотношении 1:10, измерялась степень гашения биолюминесценции в течение 30 мин с интервалом в 10
мин. При этом происходило полное поглощение E.
coli Lum+ фагоцитирующими клетками. Измерение
производилось на люминоскане «Ascent» (Финляндия). Для анализа результатов рассчитывался индекс
фагоцитарной активности клеток (ИФА), отражающий процент гашения биолюминесценции по сравнению с его долей в исходном уровне, по формуле
Х1 – Х2
 100,
Х1
где Х1 – интенсивность биолюминесценции контрольной пробы в относительных единицах (RLU);
Х2 – интенсивность биолюминесценции опытной
пробы в относительных единицах (RLU).
ИФА =
Исследование люминолзависимой
хемилюминесценции (ЛЗХЛ)
Окислительную активность оценивали по интенсивности ЛЗХЛ клеточной культуры (Dahigren,
Stendahl, 1984). Для этого в планшет вносили 180
мкл раствора Хенкса без фенолового красного
(«Биолот», Россия), содержащего люминол (510-4М).
После инкубации в течение 3–5 мин при 37С и замера фонового свечения добавляли 20 мкл клеточной суспензии (5106 /мл) и при непрерывном перемешивании измеряли интенсивность спонтанной хемилюминесценции для оценки исходного уровня
окислительного метаболизма клеток. Затем в кювету
вносили 20 мкл зимозана (0.5 мг/мл), опсонизированного пулом сывороток, и фиксировали интенсивность стимулированной хемилюминесценции в течение 50 мин с интервалом в 10 мин. Измерения
производились также на люминоскане «Ascent»
(Финляндия) в относительных единицах (RLU).
При статистической обработке результатов вычислялись средняя арифметическая величина и ее
стандартная ошибка. Достоверность различий между
средними величинами оценивалась с помощью парного t – критерия Стьюдента, достоверными считались данные при р < 0.05.
Результаты исследований и их
обсуждение
На первом этапе исследований оценивалась фагоцитарная активность нейтрофилов и моноцитов по
степени гашения биолюминесценции.
Установлено, что доза Е2, соответствующая его
уровню в крови в I триместре беременности, на 10-й
мин инкубации достоверно угнетала фагоцитарную
активность нейтрофилов, тогда как концентрация в
10 нг/мл не оказывала влияния на протяжении всего
времени инкубации (рис. 1).
,а
зо
т
и
ц
ог
а
ф
ьт
со
н
в
и
с
н
е
т
н
И
100
90
80
70
)60
А
50
Ф
И
(40
30
20
10
*
Контр.
Е2 (1 нг/мл)
Е2 (10 нг/мл )
0
0
10с Е. Соli
20 Lum+30
Инкубация
, мин.
Рис. 1. Изменение индекса фагоцитарной активности
нейтрофилов
Примечание: здесь и далее * – р < 0.05 в сопоставлении с
контролем
98
С. В. Ширшев, Е. М. Куклина, У. С. Гудина
90
80
70
60
50
**
40
Контр.
30
Е2 (1
нг/мл)
Е2 (10
нг/мл)
20
10
0
0
10
20
30
+
Инкубация с Е.соli Lum , мин.
Рис. 2. Изменение индекса фагоцитарной активности
моноцитов
Таким образом, на фагоцитарную активность Е2
оказывал кратковременное угнетающее действие,
что, по-видимому, связано с негеномным механизмом реализации гормональных эффектов.
На втором этапе исследования изучалось влияние
Е2 на окислительную активность нейтрофилов и моноцитов с помощью реакции ЛЗХЛ.
Как видно из рис. 3, Е2 угнетает спонтанную
ЛЗХЛ нейтрофилов вне зависимости от исследуемой
дозы.
0,12
Интенсивность ЛЗХЛ, (RLU)
3,5
Интенсивность ЛЗХЛ, (RLU)
100
окислительную активность клеток выявлено не было
(рис. 4).
3
2,5
2
1,5
Конт р.
1
Е2 (1 нг/мл)
Е2 (10 нг/мл)
0,5
0
0
5
10 20 30 40 50
Продолжительность стимуляции, мин.
Рис. 4. Влияние Е2 на динамику зимозанстимулированной ЛЗХЛ нейтрофилов
Аналогичные исследования проводились и на
моноцитах. При этом выявлено, что Е2 не оказывал
статистически значимого влияния на спонтанную
ЛЗХЛ моноцитов (рис. 5).
Интенсивность ЛЗХЛ (RLU)
Интенсивность фагоцитоза, (ИФА)
При изучении влияния гормона на фагоцитарную
активность моноцитов было установлено, что как
угнетение низкой дозой Е2, соответствующей её
уровню в крови в I триместр беременности, так и
ингибирование в концентрации, соответствующей её
уровню в III триместр происходило также на 10-й
минуте инкубации (рис. 2).
0,02
0,015
0,01
0,005
0
Контр.
Е2 (1 нг/мл)
Е2 (10
нг/мл)
Гормональное воздействие
0,1
0,08
Рис. 5. Влияние Е2 на спонтанную ЛЗХЛ моноцитов
0,06
*
0,04
*
0,02
0
Контр .
Е2 (1 нг/мл)
Е2 (10 нг/мл)
Гор мональное воздействие
Рис. 3. Влияние Е2 на спонтанную ЛЗХЛ нейтрофилов
При оценке зимозанстимулированной ЛЗХЛ нейтрофилов статистически достоверного влияния Е2 на
Однако при активации моноцитов опсонизированным зимозаном интенсивность ЛЗХЛ достоверно
угнеталась низкой дозой Е2, соответствующей ему в
крови женщин в I триместр беременности, на всем
протяжении эксперимента (рис. 6).
Таким образом, Е2 в дозе 1.0 нг/мл, соответствующей его уровню в I триместре беременности, угнетает фагоцитарную активность как нейтрофилов,
так и моноцитов, а в дозе 10 нг/мл, соответствующей его уровню в III триместре, подавляет фагоцитарную активность только моноцитов.
Спонтанная ЛЗХЛ нейтрофилов угнеталась
обеими дозами Е2, которые не оказывали влияния на
моноциты, в то время как зимозан-стимулированная
ЛЗХЛ моноцитов подавлялась концентрацией Е2,
Влияние эстрадиола на … активность моноцитов и нейтрофилов
Интенсивность ЛЗХЛ, (RLU)
соответствующей его уровню в I триместре, а нейтрофилы были рефрактерны к ингибирующему действию гормона.
зван активацией моноцитов при внутриутробной
инфекции.
Библиографический список
0,6
0,5
0,4
*
0,3
0,2
*
*
*
Конт р.
*
Е2 (1 нг/мл)
0,1
0
99
**
0
Е2 (10 нг/мл)
10
20
30
40
50
Продолжительность стимуляции,
мин.
Рис. 6. Влияние на динамику зимозанстимулированной ЛЗХЛ моноцитов
Таким образом, Е2 эффективно модулирует активность моноцитов и нейтрофилов, оказывая, как
правило, угнетающее действие, что, по-видимому,
может приводить к снижению функциональной активности фагоцитов в крови женщин во время беременности. В то же время гормон избирательно угнетает спонтанные окислительные процессы нейтрофилов, что ограничивает их участие в ремоделировании тканей при росте плода. Активность моноцитов регулируется прямо противоположно. Е2 угнетает ее при стимуляции, тем самым осуществляется
защита плода от аборта, который может быть вы-
Пат. 2292553 Российская Федерация, МПК 7
G01N33/53. Способ определения фагоцитарной
активности нейтрофилов периферической крови
человека по степени гашения биолюминесценции. / Ширшев С.В., Куклина Е.М., Заморина
С.А., Никитина Н.М., Некрасова И.В. – заявитель и патентообладатель Ин-т экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (RU), Ширшев
С.В. (RU) – № 2005118124/15; заявл. 10.06.05;
опубл. 27.01.07, Бюл. № 3.
Розен, В.Б. Основы эндокринологии: учеб. пособие /
В.Б. Розен. М.: Высш. шк., 1984. 336 с.
Ширшев, С.В. Механизмы иммунноэндокринного
контроля процессов репродукции: в 2 т. / С.В.
Ширшев. Екатеринбург: УрО РАН, 2002.
Dahigren, C. Myeloperoxidase modulates the phagocytic activity of polymorphonuclear neutrophil leukocytes. Studies with cells from a myeloperoxidase deficient patient / C. Dahigren, O. Stendahl // J. Clin.
Invest. 1984. Vol. 73. P. 366-373.
Gillette, S. Changes in thymic oestrogen receptor expression following orchidectomy / S. Gillette, R.W.
Gillette // Cell Immunol. 1979. Vol. 42. P. 194–
196.
Wensten, J.J.A.M. Presence of oestrogen receptors in
human blood mononuclear cells and thymocytes /
J.J.A.M. Wensten, M.A. Blankenstein, F.H.G.
Gmeling-Meyling [et al.] // Acta Endocrinol. 1986.
Vol. 112. P. 409–414.
Поступила в редакцию 24.04.2008
The effect of the estradiol on phagocytic and oxidative activity of neutrophils and monocytes
S.V. Shirshev, E.M. Kuklina, U.S. Gudina
In the course of experimental work we have investigated the effect of human estradiol in dose comparable with
concentration of the hormone in I and III trimester of pregnancy on phagocytic and oxidative activity of neutrophils and monocytes. . It was shown that both dose of hormone renders the supressive action in monocyte phagocytic activity, but this effect in neutrophils renders only low hormonal dose. Also, the hormone supresses spontaneous oxidative activity of neutrophils, and does not influence on oxidative activity of zymozan-induced neutrophils.
However only low dose of the hormone was shown to suppress the oxidative activity of zymozan-induced monocytes.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 612.018:612.017.1:611.018.53
РЕГУЛЯЦИЯ ФЕНОТИПИЧЕСКОГО СОЗРЕВАНИЯ
NK И NKT КЛЕТОК ГОРМОНАМИ РЕПРОДУКЦИИ
С. В. Ширшев a , b , И. В. Некрасова a , Е. Г. Орлова b
a
b
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, 614081, Пермь, ул. Голева, 13
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Установлено, что главная роль в снижении числа CD3-CD16+ клеток в крови женщин в I триместре беременности принадлежит эстриолу и прогестерону (Pr). Повышение уровня NK
клеток в III триместре обусловлено Pr, стимулирующий эффект которого негативно контролируется лептином. Аналогичная тенденция выявлена в отношении регуляции процентного
содержания NKT клеток гормонами репродукции: снижение уровня данных клеток в I триместре под действием хорионического гонадотропина и повышение к концу беременности под
влиянием лептина и эстрадиола.
Введение
Процесс гестации является феноменом естественной трансплантации полуаллогенного плода,
так как генофонд зиготы наполовину заимствован
от отца. Однако при нормальном течении беременности отторжения эмбриона не происходит.
Как известно, гормоны репродукции, синтез
которых тесно связан с процессом гестации, могут
эффективно воздействовать на пролиферацию и
дифференцировку не только репродуктивных тканей, но и клеток иммунной системы, контролирующих антигенный гомеостаз материнского организма (Ширшев, 2002). Показано, что эти гормоны могут регулировать разнообразные функции
клеток иммунной системы, оказывая при этом оппозитные по отношению друг к другу эффекты
(Ширшев, Куклина, 2000).
В последнее время большое внимание уделяется исследованию функций клеток врожденного
иммунитета, среди которых важную роль играют
NK клетки (CD3-CD16+CD56dim), а также NKT
клетки (CD3+CD16+CD56+CD161+). Молекула
CD16 для данных клеток является одним из главных рецепторов, передающих сигнал к активации
при ее связывании. Она представляет собой низкоаффинный рецептор для Fc-фрагмента IgG1 и IgG3
(Fc RIII) и участвует в обеспечении реакции антителозависимой клеточной цитотоксичности, а
также индукции секреции цитокинов. Лигирование данного рецептора приводит к активации
ITAM (immunoreceptor tyrosine-based activation
motif) с последующей поляризацией литических
гранул и выбросом их содержимого (Bryceson et
al., 2005).
Установлено, что NK клетки CD16+CD56dim
проявляют большую цитотоксичность, по сравнению с CD16-CD56brigh (Cooper et al., 2001). NKT
клетки способны распознавать антигены в комплексе с CD1d или молекулой главного комплекса
гистосовместимости класса G (HLA-G), представленными на клетках плаценты, что может привести к аборту, а при повышении процента
CD3+CD16+ клеток в I триместре беременности
увеличивается риск развития гестоза (Борзова и
др., 2005).
Очевидно поэтому во время физиологически
протекающей беременности функции NK/NKT
клеток периферического пула супрессированы
(Mahmoud et al., 2004; Clark et al., 2008).
Поскольку для большинства гормонов репродукции показана экспрессия рецепторов на данных
субпопуляциях лимфоцитов (Ширшев, 2002), эти
гормоны могут быть основными регуляторами их
функциональной активности.
Целью данного исследования явилось изучение
влияния основных гормонов репродукции на процесс фенотипического созревания NK и NKT клеток в культуре.
Материалы и методы исследования
Объекты исследования
В работе использованы сепарированные мононуклеары периферической венозной крови здоровых небеременных женщин репродуктивного возраста, полученные в фолликулярную фазу менструального цикла. Клетки выделяли из гепаринизированной крови (25 МЕ/мл) центрифугированием в
градиенте плотности ( = 1,077 г/мл) фиколлверографина («Pharmacia», Швеция; «Спофа», Че-
© С. В. Ширшев, И. В. Некрасова, Е. Г. Орлова, 2008
100
Регуляция фенотипического созревания NK и NKT клеток гормонами репродукции
хия). Чистота выделения составила 90%; жизнеспособность, определяемая в тесте с эозином, –
95–98 %.
синтез прогестерониндуцируемого блокирующего
фактора (PIBF) способен угнетать цитолитический
потенциал NK клеток (Laskarin et al., 1999).
7
Гормоны и другие биологически активные
вещества
6
Процент клеток
Гормоны использовали в концентрациях, отражающих их уровни в крови в I и III триместрах беременности соответственно: хорионический гонадотропин (ХГ) («Profasi», Италия) – 100 и 10
МЕ/мл, эстриол (Е3) («Biomedicals Inc.», Германия)
– 2 и 20 нг/мл, эстрадиол (Е2) («Sigma», США) – 1
и 10 нг/мл, прогестерон (Pr) («Sigma», США) – 20
и 100 нг/мл, лептин («Sigma», США) – 10 и 35
нг/мл. В качестве контроля использовали официнальные растворители гормонов.
101
5
*
4
3
2
1
0
Контроль
E3 (2 нг/мл)
E3 (20 нг/мл)
Гормональное воздействие
Культивирование клеток
Мононуклеары культивировали с гормонами в
среде 199 (НПО «Биомед», Россия) с добавлением
5% эмбриональной телячьей сыворотки («Serva»,
Германия), 0,01М HEPES («Serva», Германия), 300
мкг/мл L-глутамина («Serva», Германия), 100
мкг/мл гентамицина («Pharmacia», Швеция). После
суточной инкубации в гейте лимфоцитов оценивали уровень CD3-CD16+ (NK) и CD3+CD16+ (NKT)
клеток (Primary Anti-Human CD3, Primary AntiHuman CD16, НПО «Сорбент», Россия) на проточном цитофлуориметре (Beckman Coulter, США).
Статистическая обработка
При статистической обработке результатов вычислялись средняя арифметическая величина и ее
стандартная ошибка. Достоверность различий между средними величинами оценивалась с помощью парного t - критерия Стьюдента. Отличия
считались достоверными при р < 0,05.
CD3-CD16+ клетки
Рис. 1. Влияние Е3 на уровень CD 3- 16+ и CD 3+ 16+
клеток
Примечание: здесь и далее * – р<0,05 по сравнению с соответствующим контролем
В отличие от NK клеток, данные гормоны (Е3 и
Pr) не оказывают статистически значимого влияния
на изменение уровня NKT клеток (см. рис.1, 2). Напротив, культивирование клеток с Е2 в дозе, соответствующей III триместру, повышает процент
CD3+CD16+ лимфоцитов, не влияя на уровень CD3CD16+ клеток (рис. 3). В литературе имеются сведения о том, что Е2 способствует генерации новой
субпопуляции регуляторных NKT клеток, характеризующихся высоким уровнем экспрессии молекулы CD16 (Matejuk, Afentoulis, 2006). Возможно,
именно с этим эффектом гормона связано повышение процента CD3+CD16+ в данном эксперименте.
8
*
7
Процент клеток
Основные результаты
Установлено, что суточная инкубация клеточных культур с Е3 в концентрации, соответствующей
I триместру беременности, снижает процент лимфоцитов, экспонирующих CD16. При этом в концентрации, характерной для III триместра беременности, гормон не оказывает достоверного влияния
на исследуемый показатель (рис. 1). Возможно,
данный эффект связан с тем, что низкие дозы Е3
способны усиливать продукцию интерлейкина-10
(Correale et al., 1998), который обладает противовоспалительной активностью и угнетает функциональную активность NK клеток (Conti et al., 2003).
Добавление в клеточные культуры Pr в концентрации, соответствующей I триместру беременности, достоверно снижает уровень CD3-CD16+ клеток. При этом доза Pr, соответствующая III триместру беременности, напротив, повышает количество
CD3-CD16+ клеток в культуре (рис. 2). Как показано, Pr самостоятельно, а также опосредованно через
CD3+CD16+ клетки
6
*
5
4
3
2
1
0
Контроль
Pr (20 нг/мл)
Pr (100 нг/мл)
Гормональное воздействие
CD3-CD16+ клетки
CD3+CD16+ клетки
-
Рис. 2. Влияние Pr на уровень CD3 16+ и CD3+ 16+
клеток
ХГ не оказывает существенного влияния на уровень CD3-CD16+ клеток, но при этом достоверно
снижает процентное содержание CD3+CD16+ лимфоцитов в дозе, характерной для I триместра (рис.
102
С. В. Ширшев, И. В. Некрасова, Е. Г. Орлова
4). Sulke с соавторами показано, что даже после 4
часов инкубации ХГ способен угнетать цитотоксическую активность NK клеток (Sulke et al., 1985).
По всей видимости, данный эффект гормона не связан с модуляцией экспрессии молекулы CD16.
7
Процент клеток
6
5
4
3
*
2
стре, по-видимому, обусловлено исключительно
Pr, стимулирующий эффект которого негативно
контролируется лептином. Это подтверждает данные о том, что, хотя количество CD3-CD16+ NKклеток и снижается в I триместре, к концу беременности их уровень имеет тенденцию к увеличению и постепенному возвращению к показателям
у небеременных женщин (Махмутходжаев и др.,
2002). Аналогичная тенденция выявлена в отношении регуляции процентного содержания NKT
клеток гормонами репродукции: снижение уровня
данных клеток в I триместре под действием ХГ и
повышение к концу беременности под влиянием
лептина и Е2.
8
1
*
Контроль
E2 (1 нг/мл)
E2 (10 нг/мл)
Гормональное воздействие
CD3-CD16+ клетки
CD3+CD16+ клетки
Рис. 3. Влияние Е2 на уровень CD3- 16+ и CD3+ 16+
клеток
Про цент кл ето к
7
0
6
*
5
4
3
*
2
1
0
Процент клеток
8
7
Контроль
Лептин (10
нг/мл)
Лептин (35
нг/мл)
6
Гормональное воздействие
5
CD3-CD16+ клетки
4
3
2
*
1
0
Контроль
ХГ (100 МЕ/мл)
ХГ (10 МЕ/мл)
Гормональное воздействие
CD3-CD16+ клетки
CD3+CD16+ клетки
Рис. 5. Влияние лептина на уровень CD3- 16+ и
CD3+16+ клеток
Таким образом, гормоны репродукции эффективно модулируют фенотипическое созревание
NK и NKT клеток в зависимости от дозы, определяемой триместрами что способствует благоприятному исходу беременности.
CD3+CD16+ клетки
Рис. 4. Влияние ХГ на уровень CD3- 16+ и CD3+ 16+
клеток
При оценке роли лептина в процессах формирования цитотоксических NK и NKT клеток установлено, что гормон в концентрации, характерной
для I триместра, повышает уровень CD3-CD16+, а в
дозе, соответствующей III триместру, напротив,
снижает процент данных клеток. Параллельно
гормон в дозе, соответствующей III триместру беременности, повышает процент CD3+CD16+ лимфоцитов (рис. 5), что подтверждает данные о существенной регулирующей роли лептина в отношении функциональной активности NK клеток
(Motivala et al., 2003).
Подводя итог, можно предположить, что главная роль в снижении числа CD3-CD16+ клеток, а
следовательно, и в понижении цитотоксичности
всего пула NK клеток в I триместре, принадлежит
Е3 и Pr. Повышение уровня NK клеток в III триме-
Библиографический список
Махмутходжаев, А.Ш. Клеточный иммунитет у
беременных с аутоиммунным тиреоидитом и
гестозом / А.Ш. Махмутходжаев, Л.М. Огородова, И.Д. Евтушенко [и др.] // Бюл. сибир. медицины. 2002. №1. С. 57–62.
Пат. 2265221 РФ. Способ прогнозирования гестоза
легкой степени тяжести с ранних сроков беременности / Борзова Н.Ю., Панова И.А., Скрипкина И.Ю., Сотникова Н.Ю, Кудряшова А.В.;
опубл. 27.11.05, Бюл. № 33.
Ширшев, С.В. Механизмы иммунноэндокринного
контроля процессов репродукции: в 2 т. / С.В.
Ширшев. Екатеринбург: УрО РАН, 2002.
Ширшев, С.В. Роль эстрадиола в гонадотропинзависимой регуляции функций нейтрофилов /
С.В. Ширшев, Е.М. Куклина // Докл. АН. 2000.
Т. 375, № 1. С. 118–120.
Регуляция фенотипического созревания NK и NKT клеток гормонами репродукции
Bryceson, Y.T. Cytolytic granule polarizationand degranulation controlled by different receptors in
resting NK cells / Y.T. Bryceson, M.E. March,
D.F. Barber // J. Exp. Med. 2005. Vol. 202, №. 7.
P. 1001–1012.
Clark, D. CD200-dependent and nonCD200-dependant pathwaysof NK cell suppression by human
IVIG / D.A. Clark, K. Wong, D. Banwatt [et al.] //
J. Assist. Reprod. Genet. 2008. Vol. 25. P. 67–72.
Conti, P. IL-10, an inflammatory/inhibitory cytokine, but
not always / Р. Conti, D. Kempuraj, K. Kandere [et
al.] // Immunol. Lett. 2003. Vol. 86 (2). P. 123–129.
Cooper, M.A. The biology of human natural killer-cell
subsets / M.A. Cooper, T.A. Fehniger, M.A Caligiuri
// Trends Immunol. 2001. Vol. 22. P. 633–640.
Correale, J. Steroid hormone regulation of cytokine secretion by proteolipid protein-specific CD4+ T cell
clones isolated from multiple sclerosis patients and
normal control subjects / J. Correale, M. Arias, W.
Gilmore // J. Immunol. 1998. Vol. 161. P. 3365–
3374.
103
Laskarin, G. Progesterone directly and indirectly affects perforin expression in cytolytic cells / G.
Laskarin, N. Strbo, V. Sotosek [et al.] // Am. J.
Reprod. Immunol. 1999. Vol. 42(5). P. 312–320.
Mahmoud, F. Effect of IgG therapy on lymphocyte
subpopulations in the peripheral blood of Kuwaiti
women experiencing recurrent pregnancy loss / F.
Mahmoud, M. Diejomaoh, A. Omu [et al.] //
Gynecol. Obstet. Invest. 2004. Vol. 58(2). P. 77–83.
Matejuk, A. Association of CD45(dim)VLA-4 (+)
cells with the NKT cell lineage and their selective
expression of IL-13, IP-15, and CCR3 transcripts /
A. Matejuk, M. Afentoulis // Arch. Immunol. Ther.
Exp. (Warsz). 2006. Vol. 54(3). P. 183–191.
Motivala, S.J. Leptin and cellular and innate immunity
in abstinent alcoholics and controls / S.J. Motivala,
J. Dang, T. Obradovic [et al.] // Alcohol. Clin.
Exp. Res. 2003. Vol. 27, № 11. P. 1819–1824.
Sulke, A.N. Hormonal modulation of human natural
killer cell activity in vitro / A.N. Sulke, D.B.
Jones, P.J. Wood // J. Reprod. Immunol. 1985.
Vol. 7(2). P. 105–110.
Поступила в редакцию 21.04.2008
The regulation of phenotipic maturing of NK and NKT cells by reproductive hormones
I.V. Shirshev, I.V. Nekrasova, E.G. Orlova
It is established that estriol and progesterone (Pr) are the main inhibitors of CD3-CD16+ cells quantity in the
first trimester of pregnancy. Pr determines the increasing of the NK cells level in the third trimester of pregnancy
and its stimulating effect is negatively controlled by leptin. The NKT cell procent is regulated by reproductive
hormones similarly: the level of the cells is decreased in the first trimester by chorionic gonadotropin and is increased till the end of pregnancy by estradiol.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
Технологии в образовании
УДК 004.94
ЦИФРОВЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ КАК
СРЕДСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОКОММУНИКАЦИОННОЙ КОМПЕТЕНТНОСТИ
СТУДЕНТОВ
А. А Акулов a , К. А. Князев b
a
b
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Гимназия «Ювента», 614056, Пермь, ул. Целинная, 29
В обзоре проанализированы возможности применения электронных средств обучения (CD и
DVD, Интернет, стандартные и специализированные компьютерные программы) к конкретным биологическим дисциплинам вузовского учебного плана, что позволяет непосредственно использовать предлагаемые материалы в учебном процессе.
Важной современной целью вузовского образования
является
развитие
информационнокоммуникационной компетентности студентов. Широкое использование в учебном процессе информационных технологий является эффективным средством повышения качества высшего профессионального образования в соответствии с требованиями рынка
труда (Заславская, 2005).
Исходный уровень информационно-коммуникационной компетентности пользователей данных
материалов – базовая компьютерная подготовка
(умение работать в операционной системе Windows, текстовых редакторах, электронных таблицах, компьютерных сетях).
Компьютерные средства обучения можно эффективно использовать для проведения лекционных и практических занятий по дисциплине «Фитоценология», которая изучается студентами при специализации на кафедре ботаники и генетики растений. Особенность данной дисциплины заключается
в необходимости широкого использования для ее
изучения изобразительных средств наглядности,
которые обычно предлагаются в виде таблиц не
всегда должного качества. Современные электронные носители информации позволяют значительно
повысить наглядность изучаемого материала, организовать разнообразные практические работы, использовать новые формы аттестации (самостоятельная разработка студентами мультимедийных
презентаций, анимационных моделей).
Разнообразны образовательные ресурсы на CD
и DVD-носителях (Информационно-коммуникативные технологии…, 2006). Электронный атласопределитель ЭкоГид («Ассоциация «Экосистема», www.ecosystema.ru) содержит комплект ил-
люстрированных определителей объектов природы средней полосы России. В состав компактдиска входят атласы-определители:

деревьев и кустарников в осенне-зимний
период;

насекомых-вредителей лесных древесных
пород;

деревянистых растений в весенне-летний
период (по листьям, цветкам и плодам);

травянистых растений по цветкам.
Материалы атласа можно использовать в качестве средства наглядности на лекционных занятиях и для организации самостоятельной работы
студентов (установление видовой принадлежности
конкретного растения, подготовка тематических
мультимедийных презентаций на основе информации электронного определителя).
Учебные видеофильмы серии «Комплексные исследования экосистем» (Московский полевой учебный центр «Экосистема», bogolecos@mtu-net.ru)
могут продуктивно использоваться при проведении
лекционных и практических занятий. Тематические
видеоролики («Изучение флоры и растительности
местности», «Вертикальная структура лесных фитоценозов», «Оценка экологического состояния лугов» и другие) содержат ценный учебный материал,
который можно включить в лекции, использовать
для организации внеаудиторной работы студентов.
На их основе можно подготовить план описания
вертикальной структуры соснового леса для изучения состояния растительности городского парка
«Черняевский лес», составить графическую характеристику леса на основе Microsoft Excel, выделив в
виде гистограмм отдельные ярусы.
© А. А Акулов, К. А. Князев, 2008
104
Цифровые образовательные ресурсы как средство формирования …
«Природа России» (ЗАО «Новый диск») – разноплановый мультимедийный продукт, позволяющий организовать виртуальные экскурсии в различные экосистемы, определять видовую принадлежность биологических объектов, знакомиться с
расширенной их характеристикой.
С помощью этих мультимедийных материалов
можно организовать самостоятельную работу студентов по описанию видовой специфики растений
елового леса, подготовке мультимедийных презентаций по теме «Таежная экосистема».
CD Остров «Вишерский» (2004) – видеофильм,
рассказывающий о Вишерском заповеднике, его
животном и растительном мире, работе людей, охраняющих природу горного Урала. Видеоматериалы позволяют совершить увлекательное путешествие по заповедному острову, увидеть в естественной среде многие виды животных и растений
уральских гор и лесов. На основе видеофрагментов
о стадиях развития травянистой растительности в
тайге можно составить таблицу фенологических
фаз развития таежных растений в MS Excel.
Интернет-сайты являются богатым источником
электронной информации, которая может эффективно использоваться при изучении конкретных
биологических дисциплин.
http://www.bio.unn.ru/direct/5.html – Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского. Биологический факультет. Научноисследовательские и проектные работы;
http://rspu.edu.ru/university/faculties/estest/zoologia
/botanica.htm – программа по дисциплине «Ботаника
с основами фитоценологии»;
http://geobotany.narod.ru/structure1-5.htm – методики геоботанических исследований;
http://biogeographers.dvo.ru/litmain.htm – списки
литературы по ботанике;
http://oaks.forest.ru – сайт посвящен европейским широколиственным лесам;
http://server30.hypermart.net/priroda – природа
родного края; материалы межрегиональной экологической группы: рассказы, статьи, лекции о природе;
http://gateway.dtu.tsu.ru:8101/pheno – фенология
и методика фенологических наблюдений. Литература по фенологии.
На основе информации Интернет-сайтов можно
организовать следующую самостоятельную работу
студентов.
 Найдите во внеаудиторное время на сайте
http://geobotany.narod.ru/structure1-5.htm описание
методики геоботанического обследования луговой
растительности и составьте план такого обследования в MS Word.
 Подготовьте мультимедийную презентацию
по методике фенологических исследований на основе материалов сайта http://gateway.dtu.tsu.ru:
8101/pheno.
Анимационные модели, созданные в программе
Macromedia Flash (CD «Экология»), являются
105
примером графической визуализации предметного
материала, значительно облегчающей его усвоение
(рис. 1).
Рис. 1. Анимационная модель сукцессии
На основе анимационной модели пирогенной
сукцессии можно предложить студентам следующее задание для самостоятельной работы.
 Дайте характеристику динамике продуктивности фитоценозов в ходе пирогенной сукцессии.
 Отразите динамику продуктивности фитоценозов пирогенной сукцессии в таблицах Excel.
Презентации в Microsoft PowerPoint – эффективное современное средство повышения качества
учебного процесса, которое может использоваться
при изучении нового материала и выполнении
практических работ, организации самостоятельной
учебной деятельности. На основе электронных
презентаций можно предложить студентам следующие задания для самостоятельной работы.
 Просмотрите презентацию «Голосеменные растения» (www.schools.perm.ru) и опишите особенности их размножения в виде заметок к слайдам
на основе программы Microsoft PowerPoint.
 Составьте текстовое задание на основе данной
презентации, используя гиперссылку «Настройки действия».
Разнообразные компьютерные средства обучения можно использовать при проведении лекционных и практических занятий по дисциплине «Декоративное садоводство и цветоводство». Для ее
изучения нужны многочисленные натуральные и
изобразительные средства наглядности, которые
обычно предлагаются в ограниченном виде (коллекция комнатных растений, рисованные таблицы,
книжные иллюстрации). Современные электронные носители информации позволяют значительно
повысить наглядность изучаемого материала, организовать разнообразные практические работы,
использовать новые формы аттестации (самостоятельная разработка студентами мультимедийных
презентаций, анимационных моделей).
Приведем краткую характеристику CD и DVDносителей для этого курса. CD «Энциклопедия
комнатных растений» – это одно из наиболее пол-
106
А. А Акулов, К. А. Князев
ных мультимедийных руководств по содержанию
и выращиванию комнатных растений. Подробные
описания особенностей более 450 растений сопровождаются 917 иллюстрациями и пояснительными
схемами. В энциклопедии рассмотрены вопросы
пересадки растений, их расположения и размещения, размножения, борьбы с вредителями, болезнями (рис.2).
Рис. 2. CD «Энциклопедия комнатных
растений»
CD «Зимний сад» содержит материалы, которые знакомят с историей возникновения зимних
садов в Европе и России, рассказывают об их особенностях, оптимальных конструкциях и формах.
На диске можно найти ответы на вопросы: какие
растения и как лучше разместить в зимнем саду,
как придать ему завершенный облик при помощи
водоемов и что необходимо для их сооружения.
Материалы CD «Семь критериев отбора» содержат информацию о внешнем виде декоративных растений, их особенностях, условиях для успешного выращивания и размножения, правильном уходе. В качестве задания для самостоятельной работы студентов можно предложить составление в программе MS Word характеристик декоративных растений по критериям: местоположение, полив, подкормка, размножение.
СD-версия журналов «Архидом» и «Элитдом»
поможет найти образцы оформления загородных
зимних садов и общественных парков, созданные
лучшими российскими и зарубежными ландшафтными дизайнерами и архитекторами. Помимо фотографий здесь размещены тематические статьи о
всех аспектах ландшафтного дизайна (ландшафтном проектировании, особенностях флоры наших
широт, водоемах, архитектурных садовых формах,
материалах и инструментах для их оформления).
CD «Дачные растения» содержит разнообразную информацию о многочисленных декоративных растениях. Все их названия распределены по
разделам и приведены в алфавитном порядке. Есть
возможность автоматически осуществлять поиск
названия нужного растения. Каждый объект имеет
фотографию и описание общих свойств, ареала
обитания, размножения, месторасположения и
ухода. Представлены сведения о растениях для украшения водоемов, хвойных, декоративных и плодово-ягодных деревьях и кустарниках, растениях
разных видов для клумб, цветников и альпинариев, включая садовые орхидеи. В программе имеется информация об озеленении газонов и лужаек (с
использованием папоротников, декоративных злаков), календарь режима роста и проведения процедур по уходу, за плодовыми деревьями и ягодными кустарниками, подробная информация о выборе почв и удобрений, ядохимикатов для борьбы с
вредителями. Материалы можно использовать для
самостоятельной работы студентов по составлению в MS Word сравнительных таблиц растений
сухих и тенистых мест, составлению презентаций
в MS PowerPoint по характеристике декоративных
растений.
Учебный CD «Альпинарий: горка, дорожка,
водоем» (компания «Новый Диск») посвящен обустройству альпийских горок. Материалы диска отражают искусство оформления альпийской горки и
японского сада. Советы опытных дизайнеров помогут устроить искусственный водоем, проложить
причудливые дорожки и украсить сад декоративными композициями.
Обширным источником электронной информации для изучения декоративных растений являются Интернет-сайты. Приведем краткую характеристику некоторых из них.
http://herba.msu.ru/russian/index.html – ботанический сервер Московского университета. Ботанические новости, ботанические подразделения
МГУ, библиотека изображений растений, ссылки
на ботанические ресурсы Сети; разные планы.
http://www.aha.ru/~gbs/frame.Htm – Главный
ботанический сад им. Н.В. Цицина РАН. Научные
исследования и коллекция растений Главного ботанического сада Российской академии наук.
http://www.corbina.net/~galkao – энциклопедия
комнатных растений.
http://www.baner.mnogo.ru/images/projects/luzho
k – портал о растениях для любителей и профессионалов. Самая полная иллюстрированная энциклопедия растений. Каталог магазинов, студий,
школ. Советы ведущих флористов. Ландшафтный
и интерьерный дизайн.
http://www.flowers.org.ua – выращивание и уход
за комнатными растениями, декоративное цветоводство, составление земляных смесей, защита от
вредителей. Бесплатные консультации по цветоводству.
http://flo.com.ua/ – энциклопедия цветоводства.
Статьи, фотогалерея, рекомендации по уходу за
растениями (условия содержания, пересадка, обрезка, размножение, болезни, лечение).
http://www.leika.ru/ – иллюстрированная электронная энциклопедия о домашних, садовых, лекарственных и водных растениях и способах ухода
за ними. Факты из жизни растений. Советы по
профилактике болезней и борьбе с вредителями.
http://floo.ru/ – растения, пейзажи, открытки,
агротехнические приемы. Статьи.
Цифровые образовательные ресурсы как средство формирования …
Можно предложить следующие задания для
самостоятельной работы студентов с Интернет –
ресурсами.
 Найдите на сайте http://floo.ru/ описание методики использования агротехнических приемов
выращивания декоративных растений, составьте рекомендации по их применению в условиях
комнатного цветоводства
 Подготовьте мультимедийную презентацию по
методике применения агротехнических приемов выращивания декоративных растений, используя приведенные выше сайты.
Одним из достоинств программы Microsoft
Ехсеl является способность превращать абстрактные ряды и столбцы чисел в информативные графики и диаграммы. При создании новой диаграммы по умолчанию в Excel установлена гистограмма. Создать диаграмму или график удобно при
помощи «Мастера диаграмм», кнопка которого
расположена на панели инструментов «Стандартная».
В этой программе можно составить, например,
графики цветения комнатных растений, указать
нормы и дозы использования минеральных удобрений, графики подкормок, полива, посева и пересадки растений.
Можно предложить студентам создать по аналогии таблицы «Календарь посева семян в закрытый грунт», «Глубина посадки различных луковичных культур» с описанием зависимости сроков
цветения от глубины посадки.
Для составления презентаций в Microsoft PowerPoint студентам можно предложить следующие
задания для самостоятельной работы.
 При помощи цифрового фотоаппарата зафиксируйте коллекцию сортов сирени Ботанического сада Пермского государственного университета.
 Используя меню MS PowerPoint «Вставка–
рисунок–создать фотоальбом», создайте презентацию. В редакторе фотоальбома отрегулируйте кнопками яркость и контрастность фотографий (рис. 3).
107
Рис. 3. Общий вид панели «Фотоальбом»
Чтобы презентация быстро загружалась и не
занимала много места, оптимизируйте фотографии
презентации, используя панель «Настройки изображения».
Нажмите кнопку «Сжатие рисунков» и выберите список «Изменить разрешение для Интернета и
экрана», список «Применить ко всем рисункам документа».
Основным результатом использования компьютерных средств обучения является расширение
пользовательского уровня информационно-коммуникационной компетентности преподавателей и
студентов за счет включения в образовательный
процесс широкого спектра электронных носителей
информации и разнообразных форм практической
деятельности на их основе.
Библиографический список
Заславская, О.Ю. Использование стандартных
программных средств в управлении образователь-ным учреждением / О.Ю. Заславская, М.А.
Сергеева. М.: АПК и ПКРО, 2005.
Информационно-коммуникативные технологии в
обучении биологии: учеб. пособие / А.А. Акулов, К.А. Князев, А.В. Клинов; Перм. ун-т.
Пермь, 2006.
Поступила в редакцию 19.05.2008
Digital educational resources as means of formation of informatively-communication
competence of students
A.A. Akulov, K.A. Knjasev
Complex description of electronic means of training (CD and DVD, Internet, standard and specialized computer programs) is presented in this review, opportunity of their inclusion is shown them in a university education system of biological disciplines. The basic result of use of computer means of training – to raise the information-communicative competence of teachers and students and on this basis to create the various forms of practical activities.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
УДК 004.94
ИНТЕРАКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБУЧЕНИЯ
ПРЕДМЕТАМ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ЦИКЛА
А. А. Акулов a , В. Л. Кокшаров b , К. А. Князев c
a
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Пермский краевой институт повышения квалификации работников образования, 614068, Пермь,
ул. Большевистская, 210
c
Гимназия «Ювента», 614056, Пермь, ул. Целинная, 29
b
Проанализировано содержание понятия «интерактивность». Описаны современные интерактивные средства обучения, их возможности в преподавании предметов естественнонаучного
цикла.
Интерактивность (от английского interaction взаимодействие) в широком понимании означает
многообразие социальных взаимодействий на различных уровнях (межличностном, групповом, институциональном).
В сфере образования понятие «интерактивность» используется в отношении особой системы
обучения, обеспечивающей активное взаимодействие субъектов образовательного процесса. Интерактивный (чередующийся) режим обучения – это
диалоговый режим с двусторонними информационными потоками, которые направлены как к обучающемуся, так и от него (Селевко, 2004). В традиционном обучении интерактивность достигается
использованием общеизвестных средств и методов, а её уровень полностью зависит от педагогического мастерства преподавателя.
Совершенно новое качество идея интерактивного обучения приобретает с использованием
компьютерных технологий и электронных образовательных ресурсов (компьютерные программы,
интерактивные системы тестирования, планшеты,
доски), средств телекоммуникации и современных
технических средств обучения.
В России современные системы отображения
информации (мультимедийные проекторы) появились в 1995 г., а первые интерактивные доски - в
1998.
Сегодня на рынке представлено четыре основных марки подобной продукции:
 Activboard (компания Promethean);
 SMARTBoard (SMART Technologies Inc.);
 Interwrite™ Board (Interwrite Learning);
 STARBoard (Hitachi).
Более 90% интерактивных досок используется
в образовательном секторе.
Любая доска (независимо от ее модели и базовой технологии) может работать в режиме рисова-
ния или в режиме «мышь».
В режиме «мышь» доска превращается в гигантский монитор, работая с которым специальным
маркером (стилусом) или просто пальцем, можно
делать всё, что обычно делается на стандартном
мониторе мышкой – запускать приложения, перетаскивать файлы, печатать (с помощью виртуальной клавиатуры) и т.п. В режиме рисования доска
представляет собой основу, на которой можно рисовать с использованием всего графического потенциала операционной системы. Рисовать и делать
пометки можно поверх окон запущенных приложений (например в презентации).
Дополнительные функции интерактивной доске придаёт специальное программное обеспечение,
обладающее следующими возможностями:
 рисование электронным пером с выбором
палитры цветов и стилей;
 использование коллекции шаблонов-подложек и рисунков, которые можно легко перетащить
прямо на рабочую страницу;
 работа с программами и документами Word,
Excel, Powerpoint, Project, Visio и Acrobat Reader
непосредственно на доске, интеграция их в презентацию;
 быстрое создание и выделение объектов
(например геометрических фигур), изменение их
цвета и толщины линий, масштабирование, вращение, копирование, выравнивание и группировка;
 управление воспроизведением любого видео – как из компьютерного файла, так и с подключенной видеокамеры или внешнего проигрывателя, возможность делать пометки и комментарии поверх видео и сохранять их в компьютере;
 письмо на бесконечно большой поверхности, просмотр страниц в бесшовном режиме в навигационном окне;
© А. А. Акулов, В. Л. Кокшаров, К. А. Князев, 2008
108
Интерактивные технологии обучения предметам естественнонаучного цикла
 высвечивание фрагментов текста, изображений с их увеличением с использованием функций «Прожектор» и «Лупа»;
 запись всех действий на доске с сохранением на компьютере в видеоформате .wmv (при использовании микрофона – вместе с речевыми комментариями) – функция «Видеозапись»;
 распознавание рукописного текста.
К интерактивным техническим средствам обучения также относятся интерактивная панель и
беспроводной планшет. Интерактивная панельмонитор, установленная на рабочем месте преподавателя, позволяет управлять демонстрацией визуальных материалов, делать пометки поверх изображения.
Беспроводной планшет – панель с электронным
пером (стилусом) и беспроводной мышью предоставляет возможность свободно перемещаться по
аудитории и с любого места управлять работой интерактивной доски. Пометки, сделанные в планшете, отображаются на экране, а электронное перо используется вместо компьютерной мыши. Наличие
планшета или интерактивной панели на столах обучающихся открывает новые, ещё не исследованные
направления в организации учебных занятий.
Интерактивная насадка для плазменной панели
превращает последнюю в огромный интерактивный
экран с диагональю до 55 дюймов и более.
Мощным средством, позволяющим поднять
учебный процесс на качественно новый уровень,
является система интерактивного тестирования.
Она включает пульты для учащихся, преподавателя, систему приёма и обработки сигнала с пультов,
программное обеспечение. Такая система обладает
следующими возможностями:
 разработка авторских тестов;
 обеспечение оперативной обратной связи;
 оценка результатов обучения в реальном
времени;
 статистическая обработка результатов.
Система интерактивного опроса может быть
использована для всей учебной группы, подведения итогов в конце занятия, оценки эффективности
индивидуальной работы. Управление ее работой
производится с пульта преподавателя. Все это существенно экономит время, создает активную среду обучения, делает информационные технологии
эффективным средством преподавания.
Интерактивные технические средства обучения
особенно эффективны при работе с различными
биологическими моделями.
Интерактивные модели и динамические flashпрезентации позволяют имитировать биологические процессы и явления, проводить виртуальные
наблюдения за биологическими объектами, детально рассматривать их строение, функционирование отдельных органов и систем, изучать процессы, протекающие в живых организмах на кле-
109
точном и молекулярном уровнях. Для использования компьютерных моделей можно воспользоваться цифровыми образовательными ресурсами
Internet. Список некоторых сайтов приведен в тексте и списке литературы. Интернет-ресурсы позволяют осуществлять динамические демонстрации – интерактивные анатомические атласы, схемы циклов развития живых организмов, модели,
иллюстрирующие процессы жизнедеятельности
клеток и важнейшие биохимические реакции на
молекулярном уровне. Многие из представленных
моделей могут работать в трех режимах:
 последовательный самопроизвольный просмотр;
 пошаговая демонстрация;
 более детальное изучение отдельных стадий
процесса при паузе на любом этапе.
Помимо демонстрации динамических моделей
в процессе объяснения нового материала возможно использование интерактивных моделей в самостоятельных работах (фронтальных, индивидуально-групповых, индивидуальных), направленное на
закрепление изученного материала, проверку или
актуализацию знаний.
Компьютерные модели можно использовать
для
выполнения
лабораторных
работ
(http://www.college.ru/biology). Например, курс
«Открытая Биология 2.5» включает лабораторную
работу на основе компьютерной модели «Питание
инфузории», с помощью которой обучающиеся
могут изготовить виртуальный препарат и детально рассмотреть под микроскопом процессы жизнедеятельности в клетках простейших. Существует возможность изменения условий эксперимента
и просмотра полученных результатов.
Компьютерные модели помогут выполнить работы по изучению влияния отдельных параметров
на состояние системы в целом («Годичные кольца»,
«Хищник-жертва» и др.). Преподаватель формулирует тему и цели учебных исследований, теоретические вопросы, ответ на которые позволит обучающимся продемонстрировать понимание полученных
результатов.
Важно помнить, что любая компьютерная модель воспроизводит реальные процессы и явления
в упрощённом, схематичном виде. Выяснение того, что именно демонстрирует модель, может быть
одной из форм заданий для самостоятельной работы. Такого вида задания могут выполняться полностью в компьютерном варианте или быть одним
из этапов более широкой работы, включающей
также задания с натуральными объектами, увеличительными приборами. Пример задания для работы с компьютерной моделью «Оплодотворение у
покрытосеменных растений»: укажите последовательность двойного оплодотворения у покрытосеменных растений (рис. 1).
110
А. А. Акулов, В. Л. Кокшаров, К. А. Князев
Рис. 1. Компьютерная модель «Оплодотворение
у покрытосеменных растений» (http://schoolcollection.edu.ru/catalog/search)
Варианты ответа: перенос пыльцы на рыльце
пестика; прорастание пыльцевого зерна; образование пыльцевой трубки; перемещение спермиев в
семяпочку; слияние спермиев с яйцеклеткой и
центральной клеткой зародышевого мешка; образование эндосперма.
Современным средством интерактивного обучения являются мультимедийные модели, состоящие из видеоматериалов и звукового сопровождения. Мультимедийные источники информации отличаются ее новизной и оперативностью доступа.
Используя выход в Интернет, можно в реальном
времени наблюдать за явлениями и процессами
живой природы в любой точке планеты. Интернет
облегчает доступ к свежей статистической информации (особенности распределения конкретных
признаков живых объектов в их популяциях, колебания численности и другие количественные показатели). Многие мультимедийные источники содержат проверочные или тестовые задания, которые можно использовать для организации дифференцированного разноуровневого контроля знаний. Приведем пример задания для самостоятельной работы с мультимедийной моделью: назовите
вид деления, при котором из одной исходной эукариотической клетки образуются две дочерние с
такой же наследственной информацией, как и в
материнской (рис. 2).
Рис. 2. Мультимедийная модель «Деление
клетки» (http://school-collection.edu.ru/catalog
res/39)
В процессе обучения на основе интерактивных
моделей формируются умения:
1) применять навыки работы с персональным
компьютером для изучения биологических объектов, процессов и явлений;
2) объяснять механизмы биологических процессов и явлений, выполнять тестовые задания открытого и закрытого типов;
3) решать биологические задачи, составлять
родословные с использованием электронных ресурсов.
Осмысление роли интерактивных средств в обучении, разработка для них соответствующих дидактических пособий способны принципиально изменить традиционное обучение, поднять его на новый
качественный уровень.
Библиографический список
Селевко, Г.К. Современные образовательные технологии: учеб. пособие / Г.К. Селевко. М.: Народное образование, 2004. 256 с.
http://www.college.ru/biology – интерактивные модели по биологии, разработанные компанией
"Физикон" в рамках проекта «Открытый колледж».
Поступила в редакцию 23.05.2008
Interactive technologies of training to subjects of a natural-science cycle
A.A. Akulov, V.L. Kokcharov, K.A. Knjasev
The contents of concept "interactivity" is parsed. Modern interactive training tools, their possibilities in
teaching subjects of a natural-science cycle are described.
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2008
Биология
Вып. 9(25)
Персоналии
УДК 58-057.4
РОЛЬ ПРОФЕССОРА А. Н. ПОНОМАРЕВА В РАЗВИТИИ
БОТАНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ТРОИЦКОМ
ЛЕСОСТЕПНОМ ЗАПОВЕДНИКЕ (К 100-ЛЕТИЮ
СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ, 1906–2006 ГГ.)
Л.А. Антонова
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Статья посвящена памяти известного ботаника-антэколога Анатолия Николаевича Пономарева и его роли в организации ботанических исследований в Троицком лесостепном заказнике.
В декабре 2006 г. исполнилось 100 лет со дня
рождения талантливого ботаника, заведующего
кафедрой ботаники Пермского государственного
университета, председателя Пермского отделения
Всесоюзного ботанического общества, профессора
Анатолия Николаевича Пономарева.
Ученый с чрезвычайно широким кругозором,
он оставил большое научное наследие, включающее работы по флористике, исторической географии, биологии и экологии растений. Основным
направлением научной деятельности Анатолия
Николаевича была экология цветения и опыления
растений – антэкология. Мировую известность ему
принесли работы именно в этой области.
Помимо научных трудов и созданной им антэкологической школы Анатолий Николаевич оставил еще один глубокий след в жизни, который невозможно измерить привычными мерками, след в
памяти своих учеников и соратников, которым посчастливилось долгие годы работать рядом с
большим ученым и незаурядным человеком.
На страницах этих воспоминаний речь пойдет о
научных исследованиях, выполненных профессором А.Н. Пономаревым в Троицком лесостепном
заповеднике, с которым его жизнь и творческая
судьба были самым тесным образом связаны. В
настоящее время заповедник имеет статус учебноопытного хозяйства Пермского государственного
университета (Челябинская обл.).
Впервые Анатолий Николаевич приехал в Троицкий заповедник еще в студенческие годы, в 1928 г., по
заданию своего научного руководителя Л.А. Зиновьевой, о которой Анатолий Николаевич всегда отзывался с большим уважением и теплотой. Он провел
первое научное исследование в своей жизни – изучал корневую систему люцерны. В результате тща-
тельных раскопок удалось установить, что облик
корневой системы люцерны не является наследственно обусловленным, а определяется типом почв
(Пономарев, 1928). Эта работа требовала безграничного терпения. Много лет спустя Анатолий Николаевич с присущим ему юмором вспоминал о
часах, проведенных в почвенной яме.
Вновь вернуться в Троицкий лесостепной заповедник Анатолий Николаевич смог лишь в 1947 г.,
будучи уже доцентом кафедры морфологии и систематики растений Пермского государственного
университета. С этого времени его внимание сосредоточено на вопросах цветения и опыления растений. В статье «К биологии ковылей» (Пономарев, Зворыгина, 1949) детально описаны особенности цветения и семенного возобновления ковылей
и онтогенез дерновин. В мельчайших подробностях разобран процесс ввинчивания зерновок в
почву и дана обоснованная трактовка биологической роли этого механизма. Эта работа удивляет
тщательностью выполненных исследований, оригинальностью суждений и отточенностью стиля –
качествами, которые вообще присущи трудам Анатолия Николаевича. В последующие годы появляется целая серия работ, посвященных цветению и
опылению посевной люцерны (Пономарев, 1950,
1953, 1954, 1956, 1959). Эти исследования легли в
основу докторской диссертации, защищенной в
1957 г.
Изучение цветения и опыления посевной люцерны было предпринято в связи с нуждами сельского хозяйства. Несмотря на обширную, полную
противоречий литературу, посвященную этой
культуре, причины низкой семенной продуктивности люцерны были совершенно неясны. Многолетние исследования и незаурядная наблюдательность
© Л.А. Антонова, 2008
111
112
позволили Анатолию Николаевичу разобраться в
этом вопросе. Было установлено, что люцерна является перекрестноопыляемым энтомофильным
растением, что автоматическое самооткрывание и
самоопыление у нее в природной обстановке лесостепи практически отсутствует, что медоносные
пчелы, как правило, не опыляют люцерну и что
важнейшими опылителями ее являются дикие одиночные пчелы и отчасти шмели. Отсюда логически
вытекал очень важный для практики вывод о том,
что опыление и, следовательно, семенная продуктивность люцерны зависят от обилия и опылительной деятельности одиночных пчел. При отсутствии
стаций для гнездования пчел (например, в том
случае, когда семенники люцерны расположены
среди распаханных полей) семеноводство люцерны постоянно оказывается неэффективным. Особый интерес представляло выяснение биоценотических связей между одиночными и медоносными
пчелами в посевах люцерны. Эти отношения, как
показал Анатолий Николаевич, отнюдь нельзя свести к непосредственному антагонизму, борьбе за
пыльцу и нектар. При небольшом количестве одиночных пчел опыление люцерны идет слабо, цветки без опыления цветут долго: цветение становится
обильным, в длительно цветущих цветках происходит накопление нектара, привлекающего медоносных пчел. Последние появляются на люцерне в
массовом количестве, но не опыляют ее, похищая
нектар через щель между флагом и пластинкой
весла. Таким образом, богатое цветение, высокая
нектарность, обилие нектарособирающих медоносных пчел и большой медосбор с люцерны, которые в сельскохозяйственной литературе рассматривались в качестве предвестников хорошего
урожая семян, в действительности оказались показателями неблагополучия в ее опылении и симптомами будущей низкой семенной продуктивности.
Изучение цветения злаков, начатое с 1952 г.,
имело вначале второстепенное значение и выполнялось параллельно с изучением цветения и опыления люцерны. Однако в дальнейшем злаки понастоящему глубоко заинтересовали Анатолия Николаевича, определив тематику его исследований
на долгие годы (Пономарев, 1950, 1960; Пономарев, Турбачева, 1962; Пономарев, 1966; Пономарев, Русакова, 1968; Пономарев, Русакова, Банникова, 1973; Пономарев, Прокудин, 1975 и др.). В
качестве приспособлений злаков к опылению ветром обычно рассматривались некоторые особенности морфологии цветка: отсутствие околоцветника,
раскачивающиеся пыльники, сыпучесть и летучесть пыльцы, большая площадь рылец. Анатолием Николаевичем впервые было доказано, что не
менее важным приспособлением злаков к анемофилии является суточная ритмика цветения, т.е.
Л.А. Антонова
приуроченность цветения каждого вида злаков к
определенному времени суток. По характеру суточной ритмики цветения были выделены следующие группы злаков: утренние злаки, злаки с
двухразовым цветением (утренним и вечерним) в
течение суток, ночные злаки, злаки, цветущие
круглосуточно, полуденные и послеполуденные
(предвечерние) злаки. Суточная ритмика цветения
злаков, писал Анатолий Николаевич (1966), характернейшая особенность семейства злаков, связанная с анемофилией. Совмещение цветения особей
каждого вида злаков в пределах ограниченного периода суток, иногда очень краткого, очень повышает шансы опыления – попадания на рыльце
пыльцы, переносимой воздушными течениями.
При таком одновременном и кратком цветении в
течение суток у каждого вида создается значительно более высокая насыщенность приземного слоя
воздуха пыльцой, нежели она была бы в том случае, когда то же самое ее количество рассеивалось
бы непрерывно и постепенно.
Чрезвычайно тонким и сложным приспособлением к опылению ветром оказалось открытое у послеполуденных злаков (виды родов Agropyron,
Hordeum, Bromus, Festuca, Agrostis, Helictotrichon)
взрывчатое и порционное цветение. Взрывчатое цветение проявляется в массовом, одновременном и
стремительном раскрывании цветков в популяции
данного вида. Взрыв цветения длится не более 3–5
мин. Порционное цветение представляет собой
форму взрывчатого. В этом случае в течение дня
бывает не 1, а 2–3 последовательных взрыва цветения.
Многолетние наблюдения за цветением и опылением злаков убедили Анатолия Николаевича в
том, что суточная ритмика цветения имеет у злаков
систематическое значение. Приуроченность цветения и опыления к тому или иному периоду суток
столь определенна и постоянна, что должна быть
признана достаточно хорошим видовым признаком, не менее существенным и постоянным, чем
какие-либо морфологические признаки. Она внутренне присуща каждому виду злаков как определенная норма реакции, регулируемая в своем проявлении условиями погоды (Пономарев, Русакова,
1968). Генетическая обусловленность суточной
ритмики цветения злаков побудила Анатолия Николаевича сделать интереснейшее предположение
о ее важной роли в процессе симпатрического видообразования у злаков. На примере некоторых
полиморфных видов (Festuca sulcata, Agrostis alba
и др.) было показано, что суточная ритмика цветения может выступать в качестве изолирующего
механизма, обособляющего популяции вида с несовпадающими сроками цветения (Пономарев, Русакова, 1968). Эта мысль была, безусловно, новой,
ранее считалось, что симпатрическое видообразо-
Роль профессора А.Н. Пономарева в развитии ботанических исследований …
вание у цветковых растений возможно лишь путем
обособления внутрипопуляционных фенологических форм в сезонные виды. Позднее были найдены различия в суточной периодичности опыления
в полиплоидных рядах близких аллопатрических
таксонов (в ранге видов или подвидов) злаков
(Пономарев, Русакова, Банникова, 1973).
Сходные приспособления, хотя и в менее выраженной форме, были найдены и у некоторых
других анемофилов (Пономарев, Колясник, 1974;
Пономарев, Лыкова, 1966). В особенности интересны в этом отношении осоковые и ситниковые
(Пономарев, Подосенова, 1975). Приспособление к
ветроопылению выражается у них в заблаговременном и длительном экспонировании рылец и
рассеивании пыльцы в сжатые сроки.
В 1959 г., изучая опыление шалфея степного
(Salvia stepposa Shost.), Анатолий Николаевич обнаружил у этого вида гинодиэцию (женскую двудомность). Как известно, это явление было впервые открыто и описано Ч. Дарвином. Но за сто лет,
прошедших со дня выхода в свет труда выдающегося английского натуралиста, в изучение гинодиэции не было внесено практически ничего нового.
С 1967 г. в Троицком лесостепном заповеднике
Анатолием Николаевичем совместно с Е.И. Демьяновой были начаты чрезвычайно интересные исследования, способные пролить свет на проблему
гинодиэции. Изучались: распространенность этого
явления в природе, соотношение в популяциях
женских и обоеполых цветков, нектарность и ряд
других вопросов. Объектами изучения были виды
дикорастущей флоры заповедника, а также растения, полученные из ботанических садов. Для этой
цели был заложен коллекционный участок.
Начатые под руководством Анатолия Николаевича исследования были затем продолжены Евгенией Ивановной Демьяновой. Помимо гинодиэцичных ею изучались также двудомные, функционально двудомные и андромоноэцичные (на
примере зонтичных) виды. Полученные результаты позволили сделать вывод о более глубокой половой дифференциации покрытосеменных, чем это
считалось ранее. Среди половых типов и форм
наиболее широко представлена гинодиэция (исключая гермафродитизм). По мнению Е.И. Демьяновой, она является вполне устойчивой половой
формой с хорошо сбалансированной системой
скрещивания и, как правило, не обнаруживает тенденции к двудомности. В 1990 г. по теме исследования Е.И. Демьяновой защищена докторская диссертация.
Анатолий Николаевич многое сделал для познания флоры Троицкого лесостепного заповедника. Инвентаризационным работам он всегда придавал большое значение. Флора Троицкого заповедника уже конкретной флоры, поэтому гербар-
113
ный материал собирался и в других пунктах Троицкого района, например, по материковым склонам к долине р. Уй. Более чем тридцатилетний
труд А.Н. Пономарева был завершен Е.И. Демьяновой.
В Анатолии Николаевиче часто поражала способность свободно ориентироваться во многих областях ботанической науки. Геоботаника и биогеоценология не входили в сферу его научных интересов, и тем не менее, именно Анатолий Николаевич
выступил инициатором организации в Троицком
лесостепном заповеднике комплексных биогеоценологических исследований. Он прекрасно понимал, что очень многие важные проблемы, прежде
всего вопрос о происхождении зауральской березовой лесостепи, могут быть решены только путем
комплексных исследований.
В 1972 г. Анатолием Николаевичем совместно
с почвоведом профессором А.И. Обориным на
территории Троицкого заповедника были выделены участки для длительных комплексных исследований – биогеоценотические стационары, составлены почвенные и геоботанические карты стационаров, описаны типичные почвенные разности и
растительные ассоциации. Талантливый организатор Анатолий Николаевич привлек для работы на
биогеоценотических стационарах ученых разных
специальностей. Эти работы продолжались и после
его ухода. Отдавая дань их инициатору и руководителю, нельзя не коснуться хотя бы очень кратко
некоторых полученных результатов. Основной из
них – установленная необычайно высокая лабильность степных биогеоценозов связана с особенностями климата лесостепного Зауралья. Она проявляется, например, в изменчивости в разные годы
сезонного ритма развития отдельных видов и
степных сообществ в целом (Антонова, 1983). В
очень широких пределах колеблются величина запаса фитомассы и структура степных травостоев,
т.е. соотношение в них ковылей и разнотравья
(Антонова, Кайгородова, Лоскутова, 1994). В десятки раз в разные годы разнился урожай зерновок
эдификаторов степных сообществ ковылей (Антонова, Сорокина, 1989). Менее изменчивой оказалась их семенная продуктивность.
Анатолий Николаевич всегда живо интересовался вопросом о взаимоотношении леса и степи в
Троицком заповеднике. По его просьбе и под его
руководством лесничим заповедника Г.В. Ляшенко
был выполнен сравнительный анализ материалов
лесоустройства разных лет. Выяснилось, что за 50
лет со дня установления заповедного режима
(1927–1977 гг.) площадь, занятая лесом, увеличилась на 60%. На фоне быстрого надвигания леса на
степь выявилась зависимость скорости расширения границ лесной растительности от рельефа территории (Ляшенко, 1984). Аналогичные результа-
Л.А. Антонова
114
ты были получены позднее в результате непосредственных наблюдений на стационарах. Они свидетельствуют о том, что экспансия леса по-разному
осуществляется в отдельных точках заповедника
(Антонова, Акулов, 2000).
К 55-летию Троицкого лесостепного заповедника Анатолием Николаевичем был составлен
сборник научно-исследовательских работ, выполненных на его базе. В него вошли труды по ботанике, зоологии, физиологии растений, почвенной
микробиологии, почвоведению. К сожалению, этот
сборник при жизни Анатолия Николаевича так и
не увидел свет. Он был опубликован (в сильно сокращенном виде) только в 1984 г. в Уральском научном центре АН (г. Свердловск).
С 90-х гг. прошлого столетия в силу ряда причин биогеоценологические исследования в Троицком заповеднике прекратились. Хотелось бы, однако, напомнить слова Анатолия Николаевича, которые он часто повторял своим ученикам: «Вы
должны рассматривать свою работу как отправную
точку, как создание базы для будущих ученых, которые придут вслед за вами». Думается, это предвидение сбудется и биогеоценозы Троицкой лесостепи еще найдут своих исследователей.
Деятельность Анатолия Николаевича в Троицком лесостепном заповеднике, несомненно, вписала одну из самых ярких страниц в его историю и
во многом способствовала становлению заповедника как научного учреждения.
Для Анатолия Николаевича Троицкий лесостепной заповедник был не только базой научных
исследований. Каждую весну, едва заканчивались
учебные занятия на факультете, он стремился в
этот дорогой для него уголок уральской природы.
Библиографический список
Антонова, Л.А. Ритм сезонного развития растений
разнотравно-ковыльных степей Троицкого заповедника // Бот. журн. 1983. Т. 68, № 7. С.
916–925.
Антонова, Л.А. О динамике семенного размножения ковыля перистого (Stipa pennata L.) в лесостепном Зауралье / Л.А. Антонова, Г.А. Сорокина // Науч. докл. высш. шк. Биол. науки.
1989. № 8. С. 57–61.
Антонова, Л.А. Динамика запасов фитомассы в
разнотравно-красноковыльной степи Троицкого
заказника / Л.А. Антонова, М.С. Кайгородова,
Н.М. Лоскутова // Экология. 1994. № 5. С. 13–
18.
Антонова, Л.А. Влияние заповедного режима на
взаимоотношения леса и степи в Троицком лесостепном заказнике / Л.А. Антонова, А.А.
Акулов // Флористические и геоботанические
исследования в Европейской России: материалы Всерос. науч. конф. Саратов, 2002. С. 68–
70.
Ляшенко, Г.В. Динамика лесной растительности
Троицкого лесостепного заповедника за 50 лет
(1927-1977 гг.) // Исследование биогеоценозов
лесостепи Зауралья. 1984. С. 27-30.
Мы не приводим здесь работы А.Н. Пономарева, поскольку полная библиография его дана в статье Р.Е. Девиной «Очерк жизни и деятельности
А.Н. Пономарева и список его трудов», опубликованной в Бюл. МОИП. Отд. биол. 1979. № 2. С.
111–116.
Поступила в редакцию 25.05.2008
The contribution of professor A. N. Ponomarev to development of botanical researches
to Troitsk forest-steppe reserve
L.A. Antonova
The article is dedicate to memory of noted scientist botanist-anthecologist A. N. Ponomarev and his role at
organization of botanical investigations at Troitsk forest-steppe reserve.