Цель и задачи исследований

Биологический факультет

Московского Государственного Университета имени М.В.Ломоносова

Биологический кружок "Юные исследователи природы"

Изучение видового разнообразия миксомицетов королевства Камбоджа методом «влажных камер»

Губанов Евгений Сергеевич

Научный руководитель:

В.И. Гмошинский

Биологический ф-т МГУ,

Каф. микологии и альгологии

г. Москва, 2015

Введение

Миксомицеты очень необычные организмы, сочетающие в себе морфологические признаки, как животных, так и грибов[6]. Из-за своеобразного жизненного цикла, включающего в себя амебоидные трофические и грибоподобные расселительные стадии, долгое время не удавалось в точности определить их таксономическое положение[2]. В настоящий момент предполагается, что миксомицеты (или миксогастеромицеты) относятся к царству Amoebozoa и являются родственной группой почвенным амебам[7]. Однако, по сложившейся веками традиции, эти организмы изучают не зоологи, а микологи. Более того, подавляющее большинство центров изучения миксомицетов сосредоточено в учреждениях ботанической направленности[5]. Поэтому для этой группы организмов традиционно применяются правила не зоологической, а ботанической номенклатуры. Таким образом, в нашей работе мы рассматриваем миксомицеты в соответствие с традиционной систематикой, где их рассматривают в качестве класса Myxomycetes в пределах отдела Myxomycota, царства Amoebozoa[1].

Миксомицеты — это активные бактериофаги, играющие значительную роль в регуляции численности и состава бактериальной биоты почв[8]. В последние годы было показано, что они являются доминирующей группой почвенных простейших [16]. В последние десятилетия интерес к этим организмам возрос. Изучение миксомицетов имеет большое значение для построения эволюционных и филогенетических моделей, изучения основ биогеографии микроорганизмов, а также для систематики грибов и простейших. Миксомицеты используют как модельные организмы для цитологических, биохимических, биофизических и генетических исследований[17]. Однако, для большинства регионов, в том числе для королевства Камбоджа, флористические списки являются неполными или отсутствуют вовсе, в то время как именно они являются основой для изучения биогеографии любой группы организмов[].

Несмотря на то, что в тропических областях (Китай, Вьетнам, Тайвань, Япония) миксомицетв изучались достаточно активно, при подготовке к выполнению работы нам не удалось найти в общедоступной печати ни одного аннотированного списка видов миксомицетов Камбоджи.

В марте-мае 2015 года мы изучали видовое разнообразие миксомицетов королевства Камбоджа методом влажных камер. Подобная методика была выбрана из-за того что она не требует многомесячных полевых исследований и может быть применена не непосредственно на исследованной территории[4]. Она также позволяет отчасти решить проблему запрета на ввоз биоматериала в страну.

Камбоджа расположена в Юго-Восточной Азии, на юге полуострова Индокитай. Климат этой страны является характерным для тропиков и сильно зависит от муссонов. Весь год делится на сухой и влажный сезоны. За год выпадает очень большое количество осадков (от 750 до 5000 мм в разных регионах), большая часть которых приходится именно на влажный сезон. Среднегодовая температура около 25 градусов Цельсия, хотя иногда она может достигать 38 градусов.

Около трети территории страны занимают влажные тропические леса. Типичными представителями древостоя являются растения из диптерокарповых, фикусовых, миртовых, тутовых и некоторых других.

Возвышенные плато с более прохладным климатом покрыты очень небольшими по площади хвойными лесами. Вдоль побережья Сиамского залива тянется полоса мангровых зарослей.

Значительная часть территории страны занята светлыми муссонными листопадными лесами и саваннами. В светлых лесах помимо тиковых и саловых деревьев много ксерофильных пальм, акаций и колючих кустарников. В саваннах преобладают травы, а деревья (тик, бумажное дерево) растут группами или одиночно. В сухой сезон пожары часто уничтожают древесную растительность, и на выжженных местах появляются заросли бамбука и банана.

Хозяйственная деятельность человека значительно изменила растительный покров страны. Аллювиальные равнины, покрытые в прошлом густыми вечнозелеными и листопадными лесами, сейчас представляют собой антропогенную саванну с отдельными рощами бананов, плантациями гевеи, тика, кардамона или полями зерновых культур[19].

Цель и задачи исследований

Целью нашей работы является изучение видового разнообразия миксомицетов на территории различных провинций королевства Камбоджа методом «влажных камер».

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1) Исследовать предоставленные образцы субстратов методом ВК и осуществить сбор образующихся спороношений.

2) Определить видовую принадлежность собранных образцов.

3) Выявить таксономическую структуру биоты миксомицетов исследованной территории.

4) Выявить биотопическую приуроченность обнаруженных миксомицетов.

Материалы и методы

Сбор материала проводился Хижняковой А.С. с 25.12.14 по 11.01.15 на территории шести провинций королевства Камбоджа (Юго-Восточная Азия, п-ов Индокитай). В различных биотопах собирали смешанные образцы субстрата: кору живых и мертвых деревьев, мелкие ветки, лиственный опад, а иногда опавшие плоды и старые плодовые тела грибов. Образцы помещали в полиэтиленовый зип-пакет и снабжали этикеткой с указанием места и времени сбора. Сушку образцов производили в этих же пакетах с использование кондиционера, для чего в пакетах проделывали отверстия для удаления паров воды.

В марте 2015 года было установлено 90 влажных камер. Для этого на дно стеклянной чашки Петри помещали диск фильтровальной бумаги, а сверху выкладывали образцы субстрата так, чтобы по возможности они занимали всю площадь влажной камеры, но не находили друг на друга. В случае работы с крупными образцами (например, крупными кусками древесины), верхний слой снимали скальпелем и уже его помещали в камеру. Образцы коры помещали наружным слоем вверх. Субстраты из каждого биотопа были представлены в пяти повторностях по стандартной методике[4]. Полив производили раз в неделю, а просмотр камер и сбор спороношений – вдвое реже. Для просмотра камер использовали бинокулярную лупу модели МБС 9.

Обнаруженные спороношения с помощью прозрачного клея прикрепляли на дно спичечного коробка, предварительно обклеенное белое бумагой и снабжали этикеткой. Работу с культурой производили в течение трех месяцев. По истечение этого времени влажным камерам дали полностью высохнуть и произвели еще один просмотр. За все время работы с культурой было собрано 92 образца спороношений.

Определение спороношений миксомицетов проводили с использованием различной справочной литературы[9, 10, 11, 12, 14]. Для изучения микропризнаков использовали микроскоп модели Scien OP 30C.

Описание мест сбора образцов субстрата[ГВ1]

Точка №1

Географическое расположение: пров. Прех Cианук, о-в Кох-Ронг в Сиамском заливе Южно-Китайского моря

Биотоп: Эдафическая саванна из горца(Polygonum) и бумажного дерева(Broussonetia papyrifera), с тремой восточной(Trema orientalis), непентесом стройным(Nepenthes gracilis), росянкой Бурмана(Drosera burmannii) и муссендой филиппинской(Mussaenda philippica) в заболоченных участках

Дата сбора: 8.01.15

Координаты: 10° 43' 161' N, 103° 15' 338'' E, 13 м н. ур м.

Точка №2

Географическое расположение: пров. Кеп, окр. г. Кайп, нацпарк Кайп

Биотоп: Влажный муссонный тропический лес из фикуса(Ficus sp.), стеркулии(Sterculia sp.), акации(Acacia sp.), неоламаркии(Neolamarckia sp.), баухинии(Bauhinia sp.), лумбанга(Aleurites moluccana), ротанговых пальм(Calamus rotang), паркии (Parkia sp.), джекфрута(Artocarpus heterophyllus), чампедака(Artocarpus champeden), Artoсarpus hispidus с различными эпифитными папоротниками и лианами

Дата сбора: 2.01.15

Координаты: 10° 29.424' N, 104° 18.236' E, 54 м н. ур м.

Точка №3

Географическое расположение: пров. Прех Cианук, о-в Кох-Ронг в Сиамском заливе Южно-Китайского моря

Биотоп: Побережье, окрестности города

Дата сбора: 8.01.15

Координаты: 10° 43' N, 103° 15' E

Точка №4

Географическое расположение: пров. Прех Вихеа, окр. храма Кох Кер в 18 км зап. г. Кулен и 90 км с.-в. г. Сием Риеп

Биотоп: Равнинный листопадный лес с лагерстремией подчашечной(Lagerstroemia lanceolata) и диптерокарпусом(Dipterocarpus sp.), а также Phyllodium longipes, Cycas siamensis, Plumbago indica в подлеске

Дата сбора: 27.12.14

Координаты: 13° 45.047' N, 104° 32.916' E

Точка №5

Географическое расположение: пров. Прех , г. Сиануквилль

Биотоп: посадки терминалии(Terminalia sp.), баррингтонии(Barringtonia sp.), курупиты(Couroupita sp.) и других деревьев в черте города

Дата сбора: 10.01.15

Кординаты: 10° 40' 707'' N, 103° 16' 842'' E, 20 м н. ур м.

Точка №6

Географическое расположение: пров. Прех Cианук, о-в Кох-Ронг в Сиамском заливе Южно-Китайского моря

Биотоп: Посадки кокосовой пальмы(Cocos nucifera) вдоль побережья

Дата сбора: 5.01.15

Координаты: 10° 37' 921'' N, 103° 31' 121'' E, 200 м н. ур м.

Точка №7

Географическое расположение: пров. Кампот, 10 км зап. г. Кампот, Слоновые горы, плато Пном Бокор

Биотоп: Туманное криволесье в дождевом тропическом лесу из ротанговых пальм(Calamus rotang), криптомерии(Cryptomeria sp.), кратоксилума кохинхинского(Cratoxylum cochinchinense), пандануса(Pandanus sp.) и древовидных папоротников с эпифитными папоротниками, орхидеями, мхами и лианами

Дата сбора: 4.01.15

Координаты: 10° 37.683' N, 104° 03.875' E, 983 м н. ур м.

Точка №8

Географическое расположение: пров. Сием Риеп, 23 км c.-в. г. Сием Риеп, развалины храмов группы Ангкор, храм Бантей Срай

Биотоп: разреженный лес вдоль каналов около храма из Dipterocarpus alatus, Afzelia xylocarpa, Ficus hirta, F. religiosa, F. microcarpa, Strychnos nux-vemica, Syzygium cumini, Cassia siamensis, Peltophorum dasyrrhachis, Nephelium hypoleucum, Diospyros decandar, Schleicheria oleosa, Combretum laciferum, Lagerstroemia calyculata, Lagerstroemia sp., Irvingia malayana, Hopea odorata

Дата сбора: 25.12.14

Координаты: 13° 35.902' N, 103° 57.950' E

Точка №9

Географическое расположение: пров. Кеп, окр. г. Кайп, нацпарк Кайп

Биотоп: Влажный муссонный тропический лес из фикуса(Ficus sp.), стеркулии(Sterculia sp.), акации(Acacia sp.), неоламаркии(Neolamarckia sp.), баухинии(Bauhinia sp.), лумбанга(Aleurites moluccana), ротанговых пальм(Calamus rotang), паркии(Parkia sp.), джекфрута(Artocarpus heterophyllus), чампедака(Artocarpus champeden), Artoсarpus hispidus с различными эпифитными папоротниками и лианами

Дата сбора: 3.01.15

Координаты: 10° 29.424' N, 104° 18.236' E, 54 м н. ур м.

Точка №10

Географическое расположение: пров. Кратье, лев. берег р. Меконг в 30 км сев. г. Кратье

Биотоп: острова и галерейные леса из фикуса разнолистного(Ficus diversifolia), аногейссуса заостренного и телекладиума съедобного

Дата сбора:30.12.14

Координаты: 12° 36.362' N, 106° 01.359' E, 36 м н. ур м.

Точка №11

Географическое расположение: пров. Прех Cианук, о-в Кох-Ронг в Сиамском заливе Южно-Китайского моря

Биотоп: Ливневые леса с ротангой(Calamus rotang) и высокоствольными деревьями

Дата сбора: 5.01.15

Координаты: 10° 40' N, 103° 16' E.

Точка №12

Географическое расположение: пров. Прех Cианук, о-в Кох-Ронг в Сиамском заливе Южно-Китайского моря

Биотоп: Дождевой тропический лес с баррингтонией(Barringtonia sp.), ротангами(Calamus rotang), ликуалой колючей(Licuala spinosa), эпифитными папоротниками и орхидеями, дисхидиями и другими эпифитными лианами

Дата сбора: 7.01.15

Координаты: 10° 40' 13'' N, 103° 16' 42'' E, 13 м н. ур м.

Точка №13

Географическое расположение: пров. Сием Риеп, 13 км юж. г. Сием Риеп, окр. горы Пном Краом

Биотоп: Посадки гавеи(Hevea sp.)

Дата сбора: 27.12.15

Координаты: 13° 44.996' N, 104° 32.682' E

Точка №14

Географическое расположение: пров. Сием Риеп, 13 км юж. г. Сием Риеп, окр. горы Пном Краом

Биотоп: Дамбы между рисовыми чеками и лотосовыми полями

Дата сбора: 27.12.15

Координаты: 13° 44.996' N, 104° 32.682' E

Точка №15

Географическое расположение: пров. Кратье, храм Ват Пном Сампок в 10 км сев. г. Кратье

Биотоп: Тиковый лес(преобладающее в древостое растение – тик(Tectona))

Дата сбора: 31.12.14

Координаты: 12° 33.769' N, 106° 01.225' E, 81 м н. ур м.

Точка №16

Географическое расположение: пров. Прех Сианук, 70 км с.-з. г. Сиануквилль

Биотоп: Плантация масляничной пальмы(Elaeis guineensis) с эпифитными папоротниками

Дата сбора: 11.01.15

Координаты:10°29′49″N, 103°38′26″E

Точка № 17

Географическое расположение: пров. Прех Cианук, о-в Кох-Ронг в Сиамском заливе Южно-Китайского моря

Биотоп: Мангровые заросли с ризофорой(Rhizophora sp.), сцеволой шелковистой(Scaevola taccada), гибискусом липолистным(Hibiscus tiliaceus), бругиерой цилиндрической(Bruguiera cylindrica), люмницерой литоральной(Lumnitzera littorea) и нипой кустистой(Nypa fruticans)

Дата сбора: 8.01.15

Координаты:10° 37' 921'' N, 103° 31' 121'' E, 200 м н. ур м.

Точка №18

Географическое расположение: пров. Прех Cианук, о-в Кох-Ронг в Сиамском заливе Южно-Китайского моря

Биотоп: Дождевой тропический горный лес вдоль каменистой реки с баррингтонией(Barringtonia sp.), ротангами(Calamus rotang), альпинией полосатой, кротаксилумом кохинхинским(Cratoxylum cochinchinense), эпифитными папоротниками и орхидеями, жасмином многоцветковым и другими разнообразными лианам

Дата сбора: 9.01.15

Координаты: 10° 43' 146'' N, 103° 13' 892'' E, 42 м н. ур м.

Обзор литературы

Общая характеристика миксомицетов.

Миксомицеты распространены почти по всему земному шару, встречаются на всех континентах, и во всех климатических зонах. Для такой небольшой группы (около 1000 видов) разнообразие размеров, окраски и типов спороношений поистине велико. Размер спороношений миксомицетов колеблется от нескольких микрометров до нескольких десятков сантиметров[ГВ2] , а организация – от единичных клеток до сложных макроскопических структур, причем, иногда у одного и того же вида[2].

В настоящий момент миксомицеты включают в царство Amoebazoa и признают сестринской группой протостелиевым (Protosteliomyсetes) и диктиостелиевым (Dictyosteliomyсetes). Кроме того, существуют неродственные им группы организмов, имеющие сходную организацию и жизненный цикл. Это акразиевые (Acrasiomycetes) и плазмодиофориды (Plasmodiophoromycetes) из Rhisaria; лабиринтуломицеты (Labyrinthulomycetes) из Stramenopila, и даже некоторые родственные грибам организмы(род Fonticula) из Opistokonta[1]. Вместе эти группы составляют нетаксономическую группу, называемую слизевиками, общим для представителей которой является наличие такой стадии жизненного цикла как плазмодий(или псевдоплазмодий).

Жизненный цикл миксомицетов.

Жизненный цикл этой миксомицетов очень своеобразен и практически не имеет аналогов в живом мире. Интересен он тем, что содержит как подвижные трофические стадии (отдельные клетки и плазмодии), так и покоящиеся структуры и неподвижные спороношения, служащие для рассеивания спор[3].

Начинается жизненный цикл миксомицетов с гаплоидной споры, заключенной в плотную оболочку, из-за чего способной подолгу сохранять жизнеспособность. Известны случаи прорастания сор миксомицетов через 32 и даже 61 год[ГВ3] [3]. При благоприятных условиях оболочка споры лопается, и протопласт попадает во внешнюю среду. На этой стадии он выглядит как цитоплазматическое образование, окруженное мембраной и не имеющее постоянной формы. Такой микроорганизм называют миксоамебой. В зависимости от условий влажности, миксоамеба может сформировать два изоморфных гетероконтных жгутика - превратиться в зооспору. Питаются одноклеточные стадии с помощью пино- и фагоцитоза. При неблагоприятных условиях одноклеточные стадии образуют покоящиеся стадии – микроцисты.

Следующая стадия жизненного цикла миксомицетов – плазмодий. Это единая структура со многими ядрами (как правило диплоидными), хотя при определенной мутации у вида Physarum polycephalum образуется жизнеспособный гаплоидный плазмодий[18]. Плазмодий образуется путем слияния одноклеточных особей с потерей индивидуальности или многократной кариогамии. Плазмодий может произвольно разделяться на несколько частей, или, наоборот, несколько плазмодиев могут слиться в один[4].

Плазмодий – достаточно крупная структура, достигающая иногда нескольких м², перенос питательных веществ внутри которой достигается за счет ритмических токов цитоплазмы [2]. Такие токи представляют из себя своеобразные волны, движущиеся от проксимальной области к дистальной и назад. Основной пищей для плазмодия являются бактерии, однако он также может питаться гифами грибов, водорослями и спорами других организмов. При неблагоприятных условиях плазмодий может образовывать покоящиеся стадии – склероции и сферулы[2].

Обычно различают три типа плазмодиев:

· Протоплазмодий – отличается микроскопическими размерами а также отсутствием ритмичных токов цитоплазмы. Характерен для порядков Echinosteliales и Liceales.

· Афаноплазмодий – отличается отсутствием слизистого чехла, характерного для других типов плазмодиев, а также специфической стадией «коралла» перед началом спороношения. Такой тип плазмодия характерен для представителей порядка Stemonitales.

· Фанероплазмодий – характеризуется наибольшими размерами а также наличием ритмичных токов цитоплазмы и слизистого чехла. Может иметь разнообразную окраску за счет содержания различных пигментов. Широко распространен у представителей порядка Physarales, но встречается и в порядке Liceales.

В последнее время стали выделять еще один тип плазмодиев, характерный для представителей порядка Trichiales. По морфологии он занимает промежуточное положение между афано- и фанероплазмодием. Такой плазмодий имеет ритмичные токи цитоплазмы , но от фанероплазмодия отличается меньшими размерами и более слабой пигментацией[4].

При определенных условиях плазмодий переходит к формированию спороношений. При этом из внешнего слоя плазмодия формируется внешняя оболочка плодового тела – перидий (а также кортекс у эталиев), а внутренний слой распадается на массу отдельных преспоровых клеток, из которых образуются споры. Из части внутреннего слоя (его нераспавшейся части) формируется капиллиций, служащий для распространения спор, кроме того являющийся важным систематическим признаком.

Экология и биогеография миксомицетов

В настоящее время экология и субстратная приуроченность миксомицетов изучены относительно слабо[4]. Поскольку изучаются в основном спороношения, как правило исследования касаются только одной стадии развития, а это никак не дает гарантии, что весь жизненный цикл прошел в текущих условиях.

Бóльшая часть миксомицетов является космополитами: иногда спороношения обнаруживали даже в Антарктиде[ГВ4] [15]. Некоторые виды обладают в крайне широкими ареалами: часто один и тот же вид пожжет встречаться во всех климатических зонах от пустынь до тундры[2]. Как правило массовые для данной территории виды не отличаются строгой избирательностью в местах обитания и встречаются в совершенно разных биотопах.

Чаще всего миксомицеты обитают на гниющих субстратах (разлагающаяся древесина, опад, помет животных и т.д.). Это объясняется тем, что они питаются в основном бактериями и заселяют субстрат после того, как на нем появятся микроорганизмы[4]. Обычно выделяют следующие эколого-трофические группы:

1) Лигнофильные миксомицеты – обитающие на гниющей древесине.

2) Кортикальные – обитающие на коре деревьев и кустарников.

3) Обитающие в почве и подстилке.

4) Обитающие на воздушном опаде и лианах.

5) Копрофильные – обитающие на помете растительноядных млекопитающих и птиц.

6) Бриофильные – обитающие на мхах.

7) Нивальные – развивающиеся на растительных останках вблизи тающего снега.

А также некоторые другие высокоспециализированные группы.

Следует отметить, что представители одного вида миксомицетов могут относиться к разным экологическим комплексам[4].

Метод влажных камер.

Поскольку сбор миксомицетов в природе возможен лишь в бесснежный период и не обеспечивает полного выявления биоразнообразия[4], часто применяется метод влажных камер(ВК), позволяющий получить спорофоры и плазмодии миксомицетов в любое время в лабораторных условиях.

Метод влажных камер основан на наличие в жизненных циклах миксомицетов покоящихся стадий – сферул, микроцист и склероциев, образующихся из трофических стадий миксомицетов при высыхании субстрата. Именно из них, а не из спор развиваются плазмодии, а впоследствии плодовые тела миксомицетов во влажных камерах [13]. Таким образом, обнаружение вида при использовании метода ВК свидетельствует о присутствии этого вида в природе, а не заноса спор извне. Метод ВК позволяет выявить ксилофильные, эпифитные, копрофильные и подстилочные эколого-трофические группы миксомицетов по предложенной выше терминологии[4].

Этот метод легко осуществим и не требует специального оборудования. Еще одно его преимущество заключается в том, что, при отсутствии возможности сбора миксомицетов в природе, существует возможность собрать образцы субстрата и заняться выявлением биоразнообразия миксомицетов уже в лаборатории. Кроме того, этот метод позволяет обнаружить виды с мелкими, хрупкими или недолговечными плодовыми телами, которые быстро разрушаются в природе. Также несомненным достоинством данного метода является стандартизация условий выращивания, дающая возможность объективно оценивать видовое разнообразие миксомицетов в разных биотопах или на разных типах субстрата[4].

Первым этапом является сбор образцов субстрата. Субстраты собираются на участке с более-менее гомогенными условиями среды – одном биотопе. В качестве субстрата может выступать кора и древесина живых и мертвых деревьев или кустарников, лиственный опад, мелкие веточки, опавшие плоды, останки травянистых растений, помет различных зверей и птиц. Иногда используются более специфичные типы субстрата, например, мхи.

Если одной из задач исследования является выявление субстратной приуроченности различных видов миксомицетов, то собранные образцы различных субстратов должны быть изолированы друг от друга. Если задача исследования наоборот заключается в выявлении максимального видового разнообразия, допустимо использование смешанных образцов, когда в одной пробе находятся субстраты разных типов.

Недостатком метода ВК является то, что он не позволяет обнаруживать миксомицеты относящиеся к некоторым эколого-трофическим группам(например, нивальные виды)[]. Кроме того, при использовании этого метода невозможно оценивать зависимость разных видов миксомицетов от времени года или погодных условий.

Для постановки влажных камер подходит любая стеклянная или пластиковая посуда, в которой есть возможность поддерживать постоянную влажность. Традиционно для этого используют чашки Петри[4]. На дно камеры помещают фильтровальную бумагу или слой иного материала, способного абсорбировать воду и легко отдавать ее. Это делается для того, чтобы во влажной камере на протяжении некоторого времени поддерживалась постоянная влажность. Образцы субстратов размещают на дне посуды в один слой так, чтобы они по возможности занимали всю его площадь.

Полив и просмотр камер производится с определенной периодичностью в зависимости от целей производимого исследования. Важно не переувлажнить субстрат, поскольку избыточное количество воды затрудняет передвижение и развитие плазмодиев, а также стимулирует рост грибов, подавляющих развитие миксомицетов.

Обнаруженные спороношения срезают с небольшим кусочком субстрата и помещают в небольшую коробочку, снабжая этикеткой.

Поиск по сайту: