Собрав значительную коллекцию темноцветных гифомицетов, выделенных из разных мест обитания, мы приступили к изучению отношения природных изолятов грибов к УФ-излучению. Такое исследование позволило выявить различия в УФ-устойчивости среди широко распространенных в почве видов и родов семейства Dematiaceae, определить распределение этого признака в пределах каждого биоценоза, его таксономическую и экологическую значимость.
Нами изучена устойчивость к УФ-лучам (254 нм, интенсивность дозы 3,2 Дж/м2) 291 культуры грибов, выделенных из луговых и пойменно-луговых (21 вид 11 родов), высокогорных (25 видов 18 родов) и засоленных (30 видов 19 родов) почв. При изучении УФ-устойчивости культур Dematiaceae, выделенных из равнинных засоленных почв юга УССР, исходили из предположения, что с нарастанием неблагоприятных условий существования в связи с засоленностью почвы в ней будет накапливаться большее чем в других почвах количество устойчивых видов темноцветных гифомицетов. В ряде случаев оказалось невозможным определить УФ-устойчивость ввиду утраты или спорадичности спороношений у видов.
Мы изучали природные изоляты темноцветных гифомицетов, в связи с этим каждая выборка характеризовалась неодинаковым количеством культур. Для некоторых редко встречающихся видов величина выборки не позволила провести соответствующую статистическую обработку.
Широко распространенный и часто встречающийся род Cladosporium представлен наибольшим количеством штаммов (131), в отличие от родов Diplorhinotrichum, Haplographium, Phialophora и др., выделенных только в единичных случаях.
Изученные грибы мы условно разделили на высокоустойчивые, устойчивые, чувствительные и высокочувствительные. К высокоустойчивым и устойчивым отнесли такие, выживаемость которых после 2-часовой экспозиции УФ-лучами составила более 10% и от 1 до 10% соответственно. Виды, выживаемость которых составляла от 0,01 до 1% и от 0,01% и ниже, мы отнесли к чувствительным и высокочувствительным.
Выявлены большие колебания в УФ-устойчивости изученных темноцветных гифомицетов — от 40% и более до 0,001%, т. е. в пределах пяти порядков. Эти колебания несколько меньшие на уровне родов (2—3 порядка) и видов (1—2 порядка), что согласуется с результатами, полученными, на бактериях и культурах тканей растений и животных (Самойлова, 1967; Жестяников, 1968).
Из 54 изученных видов семейства Dematiaceae высокоустойчивые к длительному УФ-облучению 254 нм Helminthosporium turcicum, Hormiscium stilbosporum, Curvularia tetramera, C. lunata, Dendryphium macrosporioides, Heterosporium sp., Alternaria tenuis, значительная часть штаммов Stemphylium sarciniforme. Все они отличаются интенсивно пигментированными, ригидными клеточными стенками и, за исключением Dendryphium macrosporioides, Heterosporium sp. и Hormiscium stilbosporum, относятся к группам Didimosporae и Phragmosporae семейства Dematiaceae, характеризующимся крупными многоклеточными конидиями.
Значительно большее число видов устойчивы к УФ-лучам. К ним относятся виды родов Alternaria, Stemphylium, Curvularia, Helminthosporium, Bispora, Dendryphion, Rhinocladium, Chrysosporium, Trichocladium, Stachybotrys, Humicola. Отличительнымиособенностями этой группы, также как и предыдущей, являются крупные конидии с ригидными, интенсивно пигментированными стенками. Среди них также значительное место занимали грибы группы Didimosporae и Phragmosporae: Curvularia, Helminthosporium, Alternaria, Stemphylium, Dendryphion.
К УФ-чувствительным отнесены 23 вида темноцветных гифомицетов: Oidiodendron, Scolecobasidium, Cladosporium, Trichosporium, Haplographium, Periconia, Humicola fusco-atra, Scytalidium sp., Alternaria dianthicola, Monodyctis sp., Peyronella sp., Curvularia pallescnes и др. Обращает на себя внимание, что виды A. dianthicola и С. pallescens, конидии которых менее пигментированы, чувствительны к УФ-лучам, хотя остальные виды этих родов устойчивы и даже высокоустойчивы.
Согласно принятому делению, виды широко распространенного и представленного в наших исследованиях наибольшим количеством штаммов рода Cladosporium отнесены к чувствительным (С. linicola, С. hordei, С. macrocarpum, С. atroseptum. С. brevi-compactum var. tabacinum) и высокочувствительным (С. elegantulum, С. transchelii, С. transchelii var. semenicola, С. griseo-olivaceum).
Виды рода Cladosporium, принадлежащие к первой группе, отличались достаточно плотными, интенсивно пигментированными, шероховатыми клеточными оболочками, в отличие от второй группы видов, клеточные стенки которых тоньше и менее пигментированы. Чувствительные виды, выживаемость которых после облучения дозой 408 Дж/м2 составляла менее 0,01 %, — Diplorhinotrichum sp., Phialophora sp., Chloridium apiculatum и др. Крупноспоровые темноцветные гифомицеты в этой группе отсутствовали. Высокочувствительные к УФ-облучению виды имели мелкие, слабо пигментированные или почти бесцветные конидии.
У некоторых видов Dematiaceae была изучена морфология конидий, образовавшихся после облучения дозой 800 Дж/м2. Конидии Cladosporium transchelii, С. hordei, С. elegantulum и С. brevi-compactum, образовавшиеся после облучения, как правило, крупнее чем у необлученных видов. Особенно четко эта тенденция проявлялась на базальных конидиях. Заметные изменения в морфологии конидий наблюдались также у крупноспоровых, устойчивых к УФ-лучам видов Curvularia geniculata, Alternaria alternata, Trichocladium opacum, Helminthosporium turcicum, они обнаруживались только после облучения большими дозами УФ-лучей порядка 103 Дж/м2. При этом конидии Curvularia geniculata заметно удлинялись и становились почти прямыми, в конидиях Alternaria alternata уменьшалось количество продольных перегородок вплоть до полного исчезновения, а сами они становились крупнее контрольных. Напротив, конидии Н. turcicum становились мельче, количество перегородок в них уменьшалось, иногда перегородки становились изогнутыми. В конидиях Trichocladium opacum наблюдалось появление отдельных, необычно вздутых клеток. Такие изменения в морфологии свидетельствуют о значительных нарушениях процессов роста и деления в облученных грибах.
Изучение природных изолятов грибов семейства Dematiaceae подтвердило определенную зависимость УФ-устойчивости от величины конидий и пигментации их оболочек. Как правило, крупные конидии более устойчивы, чем мелкие. Следует отметить, что выбранный нами показатель — выживаемость — меланинсодержащих грибов после облучения дозой 408 Дж/м2 свидетельствует о высокой устойчивости группы грибов в целом, превосходящей таковую уникальных по этому признаку микроорганизмов Micrococcus radiodurans (Moseley, Copland, 1975) и Micrococcus radiophilus (Lewis, Kumita, 1972). Совершенно очевидно, что природа такого явления нуждается в дальнейшем изучении с привлечением высокоустойчивых и устойчивых по этому признаку видов семейства Dematiaceae.
Мы изучали распределение признака УФ-резистентности у темноцветных грибов, выделенных из пойменно-луговых, засоленных и высокогорных почв, которое изображали графически. Полученные кривые напоминали кривые нормального распределения (Лакин, 1973). Выживаемость большинства (41,1 и 45,8%) культур, выделенных соответственно из луговых и засоленных почв Украины, составляла после дозы 408 Дж/м2 (2-часовая экспозиция) 0,02—0,19%, и устойчивость к этому фактору распределялась в пределах 6 порядков. Следовательно, предположение о повышенной устойчивости к УФ-облучению темноцветных гифомицетов из засоленных почв не подтвердилось.
Заметно отличалась от описанного выше УФ-устойчивость высокогорных видов семейства Dematiaceae, что нашло отражение в изменении положения пика кривой и размах распределения.
Для 34,4% культур выживаемость составляла 0,2—1,9 %. Выживаемость 39,7% изолятов превышала 2%, т. е. кривая распределения признака УФ-устойчивости смещена в сторону повышенной устойчивости к УФ-облучению. Размах распределения по этому свойству не превышал четырех порядков.
В связи с выявленными различиями в распределении признака УФ-устойчивости у равнинных и высокогорных видов и родов семейства Dematiaceae, представлялось целесообразным проверить за счет чего они происходят: вследствие преимущественной встречаемости высокоустойчивых и устойчивых к УФ-лучам видов темноцветных гифомицетов в горных почвах или имеет место повышенная устойчивость к УФ-радиации высокогорных штаммов одного и того же вида или рода по сравнению с равнинными. Для доказательства последнего провели сравнение культур семейства Dematiaceae, выделенных на поверхности равнинных и высокогорных почв, а также из поверхностных (0—2 см) и глубоких (30—35 см) горизонтов равнинных луговых почв. Очевидно, что такие грибы находятся в крайне неравноценных условиях. Использованные нами выборки позволили проанализировать по признаку УФ-устойчивости 5 распространенных родов семейства Dematiaceae, выделенных на поверхности равнинных и высокогорных почв. Только штаммы, выделенные из высокогорных почв, видов рода Cladosporium и Alternaria достоверно более устойчивы, чем штаммы, выделенные из равнинных почв. УФ-устойчивость штаммов, выделенных из равнинных почв, напротив, была достоверно выше, чем высокогорных. Следовательно, различия по отношению к УФ-лучам в микофлоре районов с повышенной инсоляцией (высокогорные почвы) определяются не только преимущественной встречаемостью устойчивых родов и видов Dematiaceae, но и возможно адаптацией их к таким условиям. Последнее положение, очевидно, имеет частное значение.
Сравнение УФ-устойчивости культур наиболее распространенных родов темноцветных гифомицетов, выделенных из поверхностных, подвергающихся воздействию света, и глубоких почвенных горизонтов, показало отсутствие статистически достоверных различий между ними. Диапазон изменения признака устойчивости к УФ-лучам у природных изолятов широко распространенных видов Dematiaceae был большей частью одинаковым у равнинных и высокогорных изолятов и не превышал двух порядков. Широкая изменчивость по этому признаку на уровне вида обеспечивает возможность выживания устойчивой части видовой популяции в экологически неблагоприятных по данному фактору условиях.
Проведенные исследования подтвердили выявленную в эксперименте исключительно высокую УФ-устойчивость видов Stemphylium ilicis, S. sarciniforme, Dicoccum asperum, Humicola grisea, Curvularia geniculata, Helminthosporium bondarzewi, у которых после дозы облучения порядка 1,2—1,5 ∙ 103 Дж/м2 до 8—50% конидий оставались живыми.
Следующей задачей явилось изучение устойчивости некоторых видов семейства Dematiaceae к биологически Экстремальным дозам УФ-излучения и искусственному солнечному свету (ИСС) высокой интенсивности (Жданова и др. 1978, 1981).
Облучали монослой сухих конидий на желатиновой подложке по методу Ли, модифицированному нами (Жданова, Василевская, 1981), и получили сравнимые, статистически достоверные результаты. Источником УФ-излучения служила лампа ДРШ — 1000 сo светофильтром УФС-1, пропускающим УФ-лучи 200—400 нм. Интенсивность светового потока составляла 200 Дж/м2 ∙ с. Оказалось, что Stemphylium ilicis, Cladosporium transchelii и особенно его мутант Ч-1 высоко устойчивы к этому воздействию.
Так, выживаемость S. ilicis после дозы 1 ∙ 105 Дж/м2 составила 5%. 5%-ная выживаемость для мутанта Ч-1, С. transchelii, мутантов К-1 и БМ наблюдалась после доз 7,0 ∙ 104; 2,6 ∙ 104; 1,3 ∙ 104 и 220 Дж/м2 соответственно. Графически гибель облученных темноокрашенных конидий описывалась сложной экспоненциальной кривой с обширным плато, в отличие от выживаемости мутанта БМ, которая подчинялась экспоненциальной зависимости.
Кроме того, мы испытали устойчивость меланинсодержащих грибов к ИСС высокой интенсивности. Источником излучения служил осветитель солнечный (ОС — 78) на основе ксеноновой лампы ДКсР-3000, обеспечивающий излучение в диапазоне длин волн 200—2500 нм со спектральным распределением энергии, близким к солнечному. При этом доля энергии в УФ-области составляла 10—12% общего потока излучения. Облучение проводили в воздухе или в условиях вакуума (106,4 мк Па). Интенсивность излучения в воздухе составляла 700 Дж/м2 ∙ с и в вакууме — 1400 Дж/м2 ∙ с (0,5 и 1 солнечная доза соответственно). Одна солнечная доза (солнечная постоянная) — это величина полного потока солнечного излучения за пределами земной атмосферы на среднем расстоянии Земля — Солнце, падающего на 1 см2 поверхности в 1 с. Измерение удельной облученности производили по специальной методике на позиции образца с помощью люксметра 10—16 с дополнительным нейтральным светофильтром. Каждый штамм облучали не менее чем 8—15 последовательно увеличивающимися дозами излучения. Время облучения варьировали от 1 мин до 12 суток. Об устойчивости к ИСС судили по выживаемости конидий грибов (количество образовавшихся макроколоний) по отношению к необлученному контролю, принятому за 100%. Всего испытано 14 видов 12 родов семейства Dematiaceae, из них 5 видов изучено более подробно.
Устойчивость культур С. transchelii и его мутантов к ИСС зависела от степени их пигментации. Графически она описывалась сложной экспоненциальной кривой с обширным плато резистентности. Значение ЛД99,99 при облучении в воздухе для мутанта Ч-1 составило 5,5 ∙ 107 Дж/м2, исходной культуры С. transchelii — 1,5 ∙ 107 Дж/м2, светлоокрашенных мутантов К-1 и БМ — 7,5 ∙ 106 и 8,4 ∙ 105 Дж/м2 соответственно. Облучение мутанта Ч-1 в условиях вакуума оказалось более благоприятным: заметно увеличивалась устойчивость гриба (ЛД99,99 — 2,4 ∙ 108 Дж/м2), изменился тип дозной кривой выживаемости (многокомпонентная кривая). Для остальных штаммов такое облучение было более губительным.
При сравнении устойчивости к УФ-лучам и ИСС высокой интенсивности культур С. transchelii и его мутантов, установлено много общего, несмотря на то что воздействие ИСС изучали на «сухих» конидиях, а УФ-лучами облучали водную суспензию спор. В обоих случаях обнаружена прямая зависимость устойчивости грибов от содержания ПЦ меланинового пигмента в клеточной оболочке. Сопоставление этих свойств свидетельствует об участии пигмента в устойчивости грибов к ИСС. Предложенный в дальнейшем механизм фотозащитного действия меланинового пигмента позволяет объяснить продолжительную устойчивость меланинсодержащих грибов к тотальным дозам УФ-лучей и ИСС.
Следующим этапом нашей работы явилось изыскание более устойчивых к этому фактору культур меланинсодержащих грибов. Ими оказались виды рода Stemphylium, причем устойчивость культур S. ilicis и S. sarciniforme в воздухе примерно одинакова, чрезвычайно высока и описывается многокомпонентными кривыми. Максимальная доза излучения 3,3 ∙ 108 Дж/м2 для упомянутых культур соответствовала величине ЛД99. В вакууме, при более интенсивном облучении, выживаемость культур Stemphylium ilicis была несколько больше, чем S. sarciniforme (ЛД99 равна 8,6 ∙ 108 и 5,2 ∙ 108 Дж/м2 соответственно), т. е. выживаемость их практически одинакова и тоже описывалась многокомпонентными кривыми с обширным плато на уровне выживаемости 10 и 5%.
Таким образом, обнаружена уникальная устойчивость ряда представителей семейства Dematiaceae (S. ilicis, S. sarciniforme, мутанта C. transchelii Ч-1) к продолжительному облучению ИСС высокой интенсивности. Чтобы сравнить полученные результаты с ранее известными, мы уменьшили на порядок значения сублетальных доз, полученных для наших объектов, так как УФ-лучи (200—400 нм) установки ОС-78 составили 10% в ее световом потоке. Следовательно, выживаемость порядка 106—107 Дж/м2 в наших опытах на 2—3 порядка превосходит таковую, известную для высокоустойчивых микроорганизмов (Холл, 1975).
В свете представлений о механизме фотозащитного действия меланинового пигмента (Жданова и др., 1978), взаимодействие пигмента с квантами света приводило к фотоокислению его в грибной клетке и в дальнейшем к стабилизации процесса за счет обратимого фотопереноса электронов. В атмосфере аргона и в вакууме (13,3 м/Па) характер фотохимической реакции меланинового пигмента оставался таким же, но фотоокисление было выражено слабее. Увеличение УФ-устойчивости конидий темноцветных гифомицетов в вакууме нельзя связать с кислородным эффектом, который отсутствует при облучении «сухих» образцов. По-видимому, в нашем случае условия вакуума способствовали снижению уровня фотоокисления меланинового пигмента, ответственного за быструю гибель клеточной популяции в первые минуты облучения.
Таким образом, проведенное изучение устойчивости к УФ-излучению около 300 культур представителей семейства Dematiaceae показало значительную УФ-устойчивость к этому воздействию меланинсодержащих грибов. В пределах семейства установлена неоднородность видов по этому признаку. УФ-устойчивость предположительно зависит от толщины и компактности расположения меланиновых гранул в клеточной оболочке гриба. Испытана устойчивость ряда темноцветных видов к источникам УФ-лучей высокой мощности (лампы ДРШ-1000 и ДКсР-3000) и выявлена чрезвычайно устойчивая группа видов, значительно превосходящая по этому свойству такие виды микроорганизмов, как Micrococcus radiodurans и М. radiophilus. Установлен своеобразный характер выживаемости темноцветных гифомицетов по типу двух- и многокомпонентных кривых, которые впервые описаны нами.
Проведено изучение распределения признака устойчивости к УФ-лучам темноцветных гифомицетов в высокогорных почвах Памира и Памиро-Алая и в луговых почвах Украины. В обоих случаях оно напоминает нормальное распределение, но в микофлоре высокогорных почв явно преобладали УФ-устойчивые виды семейства Dematiaceae. Это свидетельствует о том, что солнечная инсоляция вызывает глубокие изменения в микофлоре поверхностных горизонтов почвы.
Источник: Н. Н. Жданова, А. И. Василевская. Экстремальная экология грибов в природе и эксперименте. Киев: Наук. думка, 1982