667

УДК 502

ББК 20.1

Э.400

Научная редколлегия:

Е.В. Пименова, канд. хим. наук, доцент; Т.Ю. Насртдинова, канд. хим. наук, доцент; С.В. Лихачев, канд. с.-х. наук, доцент.

Э.400 «Экология: от теории к практике» Краевая науч.-практическая конф., посвященная 20-летию кафедры экологии Пермского ГАТУ (2018, Пермь), Краевая науч.- практическая конф. «Экология: от теории к практике», 5-6 декабря 2018года : [посвящ. 20-летию кафедры экологии Пермского ГАТУ :материалы] / научн. редкол. :Е.В. Пименова и [и др.]. – Пермь : Изд-во ИПЦ «Прокростъ»,2019 – 90 с. В надзаг. : М-во с.-х. РФ, федеральное гос. бюджетное образов. учреждение высшего образ. «Пермский гос. аграрно-технолог. ун-т им. акад. Д.Н. Прянишникова»., ф-т почвоведения, агрохимии, экологии и товароведения.

ISBN 978-5-94279-447-7

В настоящем сборнике представлены материалы краевой научно-практической конференции. В статьях обсуждаются результаты исследований в области биоэкологии, агроэкологии, урбоэкологии, а также методы исследования состояния экосистем. Большое внимание уделено исследованиям на особо охраняемых природных территориях. Представленные материалы будут интересны для ученых, аспирантов, преподавателей, студентов, специалистов, интересующихся вопросами экологии.

УДК 502

ББК 20.1

Рекомендовано к изданию ученым советом Пермского государственного аграрнотехнологического университета.

ISBN 978-5-94279-447-7

© ИПЦ «Прокростъ», 2019

2

БИОЭКОЛОГИЯ

УДК 582.916.16:579.252.52(470.53)

Н.Р. Агафонов, магистрант; Н.Л. Колясникова, профессор, д-р биол. наук, ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь

ИССЛЕДОВАНИЕ ФЕРТИЛЬНОСТИ ПЫЛЬЦЫ СИРЕНИ ОБЫКНОВЕННОЙ ИЗ НАСАЖДЕНИЙ ГОРОДА ПЕРМИ В ЦЕЛЯХ БИОИНДИКАЦИИ

Аннотация. Проведен анализ фертильности пыльцевых зѐрен сирени обыкновенной, растущей вдоль улиц г. Перми с разным уровнем загруженности автотранспортом: Куйбышева, Краснофлотская, Елькина. Выявлено закономерное снижение данного показателя в зависимости от условий произрастания растений. Пыльцевые зѐрна могут быть использованы в качестве биоиндикаторов.

Ключевые слова: сирень обыкновенная, фертильность пыльцы, биоиндикация, загруженность улиц автотранспортом.

Вгородской среде наблюдается комплексное воздействие негативных факторов природного и антропогенного характера на рост и развитие растений, их способность к репродукции [1]. Нарушение физиологических функций растений в условиях городской среды является ответной реакцией организма на комплекс негативных факторов природного и антропогенного характера [2, 4]. Использование различных показателей состояния растений является перспективным для использования в системе фитомониторинга. Существенной составляющей загрязнения воздушной среды городов, особенно крупных, являются выхлопные газы автотранспорта, которые в ряде административных центров России составляют 60– 80 % от общих выбросов. Пик загрязнения выбросами промышленности и автотранспорта приходится на летние месяцы, поэтому наибольшему изменению подвержены генеративные органы растений в связи со сроками цветения. Оценка загруженности участка улицы разными видами автотранспорта, сравнение в этом отношении разных улиц позволяют изучить окружающую обстановку [3, 5].

Цель исследований – оценить возможность использования показателя фертильности пыльцы сирени обыкновенной из насаждений г. Перми в качестве биоиндикатора.

Вкачестве объекта исследования была выбрана сирень обыкновенная (Syringa vulgaris L.), встречающаяся в насаждениях вдоль улиц г. Перми. Это довольно высокие кустарники (от 2 до 10 метров), цветущие в мае или начале июня. Цветки ароматные, в зеленых четырехзубчатых чашечках, воронковидными венчиками с четырехраздельным отгибом, фиолетовые, с двумя тычинками и одним пестиком, cобраны в густые многоцветковые пирамидальные метельчатые соцветия на концах ветвей.

Отобранные цветки фиксировали в растворе Карнуа. Исследования проводили с помощью светового микроскопа при увеличении 10×40. Методика определения фертильности основана на различном окрашивании цитоплазмы клеток

3

пыльцевых зерен [6, 7]. К разряду фертильной относят пыльцу с зернистой, окрашенной в темно-розовый цвет цитоплазмой с четко выделяемым более темным ядром вегетативной клетки. Стерильная пыльца не окрашивается. Стерильные пыльцевые зерна могут иметь и морфологические отклонения в строении: деформированные, сморщенные, мелкие.

Летом 2018 г. был проведен анализ фертильности пыльцевых зѐрен сирени обыкновенной, растущей вдоль улиц г. Перми с разным уровнем загруженности автотранспортом: Куйбышева, Краснофлотская, Елькина. Данные улицы г. Перми находятся в Свердловском районе, относятся к IV категории автомобильных дорог. Улица Куйбышева в соответствии с назначением относится к районным видам дорог, улицы Елькина и Краснофлотская – к квартальным. Результаты исследований фертильности пыльцы представлены на рисунке. Фертильность пыльцы сирени обыкновенной варьировала в среднем от 74 до 96 %. Из стерильных пыльцевых зѐрен преобладали деформированные (до 11 % от общего числа, просмотренных на микропрепаратах). У сирени обыкновенной, растущей вдоль улицы Куйбышева, фертильность пыльцевых зѐрен оказалась значительно ниже, чем по улице Елькина. Разница фертильности составила 22 %.

– окрашенные – неокрашенные – деформированные – мелкие Рисунок/ Процент фертильных и стерильных пыльцевых зѐрен сирени

Анализ учета загруженности автотранспортом исследованных улиц г. Перми также показывает, что количество машин на ул. Куйбышева варьировало в дни наблюдений от 631 до 736. В эти же дни загруженность автотранспортом улицы Елькина составила всего 154 – 281 машину за день (таблица).

Таблица

Загруженность исследованных улиц г. Перми автотранспортом

Таким образом, пыльцевые зѐрна могут быть использованы в качестве биоиндикатора, т.к. прослеживается четкая зависимость между фертильностью пыльцы исследованных растений и условиями их обитания.

4

Литература

1.Бухарина И.Л., Журавлева А.Н., Болышова О.Г. Городские насаждения: экологический аспект: монография. Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2012. 206 с.

2.Горышина Т. К. Экология растений. М.: Высшая школа, 1991. 315 с.

3.Дзюба О. Ф. Палиноиндикация качества окружающей среды. СПб.: Изд-во «Недра»,

2006. 198 с.

4.Илькун Г.М. Газоустойчивость растений: вопросы экологии и физиологии. Киев: Наукова думка, 1971. 146 с.

5.Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов. М., 1999. 16 с.

6.Юдакова О.И., Гуторова О.В., Беляченко Ю.А. Методы исследования репродуктивных структур и органов растений: учебно-методическое пособие для студентов биологического факультета. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 2012. 42 с.

7.Паушева З. П. Практикум по цитологии растений. М.: Просвещение, 1988. 271 с.

УДК 579.22:579.253.43

Д.В. Ерошенко1, мл. ннаучн. сотрудник, канд. биол. наук; А.В. Полушкина 2, студентка,

1 «ИЭГМ УрО РАН», г. Пермь2 ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь

МУТАНТЫ БАКТЕРИЙ MYCOBACTERIUM SMEGMATIS MC2 155 И ИХ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К АНТИБИОТИКАМ И КАТИОННЫМ

АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫМ ПЕПТИДАМ

Аннотация. В настоящей работе проведен анализ влияния токсинантитоксин системы микобактерий на гидрофобность клеточной стенки и их чувствительность к антибактериальным соединениям на примере ряда антибиотиков и катионных пептидов.

Ключевые слова: микобактерии, токсин-антитоксин, антибиотики, антибактериальные пептиды, устойчивость.

В настоящей работе проведены исследования роли системы токсинантитоксин (ТА) бактерий Mycobacterium smegmatis в их чувствительности к антибактериальным соединениям. Роль этой генетический системы заключается в том, что кодируемый ею белок токсин нарушает важнейшие клеточные функции, например, трансляцию, репликацию, синтез компонентов клеточной стенки, а второй белок – антитоксин – способен инактивировать токсин, непосредственно связываясь с ним. В геноме M. smegmatis обнаружены три «классических» локуса TA систем: VapBC, MazEF и Phd/Doc. В настоящее время показано, что эти три ТА системы отвечают за адаптацию бактерий в тех или иных стрессовых ситуациях, например, запуск процесса программируемой клеточной смерти и формирование «покоящихся» форм бактериальных клеток [3, 4].

Недавно были разработаны новые антимикробные пептиды, которые успешно разрушают токсин-антитоксиновый комплекс и, таким образом, активируют рибонуклеазную активность VapC токсина M. tuberculosis, приводя к гибели клеток [6]. Была показана активность нескольких антимикробных пептидов, производных лактоферина, против M. avium [8].

5

Поэтому целью настоящей работы было изучение чувствительности бактерий M. smegmatis mc2 155 (wild type - wt) и его мутантов, а именно c делецией локуса гена vapBC (∆vapBC), гена mazEF (∆mazEF) и c делецией обоих указанных локусов (∆vapBC×∆mazEF), к антибактериальным пептидам и антибиотикам. Штаммы любезно предоставлены к.б.н. А.В. Гончаренко (Лаборатория биохимии стрессов микроорганизмов, ФИЦ Биотехнологии РАН, Москва).

Для оценки степени гидрофобности поверхностей клеток микобактерий, выращенных на разных питательных средах, использовали МАТН-тест (Miсrobial Adherence to Hydrocarbon) с н-гексадеканом [7]. Результаты данного исследования представлены в таблице 1.

В популяциях бактерий разных штаммов выявлен разный процент клеток с гидрофобной поверхностью. Наименьший процент гидрофобности обнаружен у бактерий мутантного штамма M. smegmatis mc2 155 vapBC, причем этот признак не зависел от состава питательной среды. Показатели гидрофобности поверхностей бактерий дикого типа и мутантов ∆mazEF и ∆vapBC ×∆mazEF были примерно одинаковыми, особенно при росте на среде LB.

Устойчивость исследуемых бактерий к антибиотикам определяли дискодиффузионным методом на агаре Мюллера-Хинтона с использованием дисков (НИЦФ, Россия) в соответствии с методическими указаниями МУК 4.2.1890-04 [2].

Как видно из данных таблицы 2, микобактерии показали полную устойчивость к оксациллину и бензилпеннициллину и были наиболее чувствительны к гентамицину. В целом профиль чувствительности к антибиотикам у микобактерий разных штаммов был практически одинаковым.

Таблица 2

Диаметры зон подавления роста бактерий антибиотиками, мм

Вкачестве антибактериальных пептидов были исследованы низин (Sigma, США), варнерин (APD ID 02801 http://aps.unmc.edu/AP/main.php) и хоминин [1]. Минимальные подавляющие концентрации (МПК) пептидов определяли методом двукратных серийных разведений в 96-луночных планшетах (Медполимер, Россия), используя в качестве среды роста среду LB, не содержащую NaCl.

Вкачестве инокулятов использовали бактерии логарифмической стадии

роста (24 ч), суспендированные в питательном бульоне до концентрации клеток 105 колониеобразующих единиц в мл (КОЕ/мл). Культивирование проводили при 37 °C в течение 24 ч. Минимальные концентрации пептидов, при которых отсутствовал рост бактерий, принимали как МПК. После окончания культивирования из лунок без видимого бактериального роста переносили аликвоты (10 мкл) в лунки со свежей питательной средой LB (100 мкл) без пептидов и субкультивировали в течение 48 ч при 37 °C [5]. Минимальную концентрацию пептидов в аликвотах, при субкультивировании которых отмечалось отсутствие бактериального роста, принимали за минимальную бактерицидную концентрацию (МБК).

Как видно из табл. 3, МБК антибактериальных пептидов всего в 1-4 раза превосходила МПК. Данный факт свидетельствует о том, что пептиды могут оказывать бактерицидное действие в довольно низких концентрациях. Пептиды варнерин и хоминин, выделенные из сред роста стафилококков, были более эффективны по сравнению с низином.

Таким образом, наличие мутаций в генах бактерий M. smegmatis, кодирующих системы токсин-антитоксин не сказываются на фенотипических характеристиках культур, исключением могут быть поверхностные свойства клеток.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (№ 18-34-00333 мол_а)

Литература

1.Коробов В.П., Лемкина Л.М., Полюдова Т.В. Антибактериальный пептид хоминин KLP-1 широкого спектра действия. Патент № 2428470. Бюлл., 2011. №25.

2.Методические указания МУК 4.2.1890-04. Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам: Методические указания. М: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. С.91.

3.Demidenok O.I., Kaprelyants A.S., Goncharenko A.V. Toxin-antitoxin vapBC locus participates in formation of the dormant state in Mycobacterium smegmatis. FEMS microbiology letters. 2014.V.352. №1. P.69-77.

4.Frampton R., Aggio R.B.M., Villas-Bas S.G., Arcus V.L., Cook G.M. Toxinantitoxin systems of Mycobacterium smegmatis are essential for cell survival. J. Biol. Chem. 2012. V. 287. P. 5340– 5356

5.Hernandes C., da Silva Coppede J., Bertoni B.W., de Castro França S., Soares Pereira A.M.

Flash microbiocide: a rapid and economic method for determination of MBC and MFC. Am. J. Plant Sci. 2013. V. 4. P. 850–852.

7

6.Lee I.-G., Lee S.J., Chae S., Lee K.-Y., Kim J.-H., Lee B.-J. Structural and functional studies of the Mycobacterium tuberculosis VapBC30 toxin-antitoxin system: implications for the design of novel antimicrobial peptides. Nucleic Acids Research. 2015. V. 43(15). P. 7624-763.

7.Rosenberg M. Microbial adhesion to hydrocarbons: twenty-five years of doing MATH.

FEMS microbiology letters. 2006. V. 262. №. 2. P. 129-134.

8.Silva T., Magalhães B., Maia S., Gomes P., Nazmi K., Bolscher J.G., Rodrigues P.N., Bastos M., Gomes M.S. Killing of Mycobacterium avium by lactoferricin peptides: improved activity of arginineand D-amino-acid-containing molecules. Antimicrob Agents Chemother. 2014. V.58(6). P. 3461-7

УДК 661.744:582.542.1

В.О. Зеленцова, магистрант, Е.В. Пименова, доцент, канд. хим. наук,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь

ВЛИЯНИЕ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ НА TRITICUM AESTIVUM L

Аннотация. Исследовано влияние замачивания семян пшеницы в растворе салициловой кислоты на морфометрические показатели растений, на количество устьиц, на содержание фотосинтетических пигментов. С целью оценки влияния салициловой кислоты на устойчивость растений к пониженной температуре проведена оценка выхода электролитов из клеточной стенки проростков пшеницы Triticum aestivum L с помощью кондуктометрического метода.

Ключевые слова: салициловая кислота, выход электролитов фотосинтетические пигменты.

Исследование гормональной регуляции растений является одной из центральных задач физиологии и биохимии растений. Внимание исследователей к салициловой кислоте (СК) связано с обнаружением ее роли в защитной реакции растений в ответ на неблагоприятные факторы среды как биотической, так и абиотической природы. Под действием СК повышается устойчивость растений к гипертермии, обезвоживанию, засолению, действию тяжелых металлов [2].

В связи с этим представляется актуальным исследование влияния салициловой кислоты на холодоустойчивость проростков TriticumaestivumL.

Для проведения исследования были выращены растения пшеницы в четырех вариантах. В контрольном варианте семена не обрабатывались СК, растения выращивали при постоянной температуре. Во 2 и 3 вариантах проводили предпосевную обработку семян путем замачивания в 0,05 мМ растворе СК в течение 24 часов, кроме того, во втором варианте на 7 день дополнительно опрыскивали растения этим же раствором. В 4 варианте семена не обрабатывались СК. Растения в 3 и 4 варианте на 15 день выращивания помещали на 24 часа в холодильник с температурой 4−6 °С.

Семена пшеницы замачивали на сутки в воде или растворе салициловой кислоты, высевали в емкости с универсальной почвенной смесью емкостью 750 см3 по 35 семян на сосуд. Растения выращивали в условиях почвенной культуры до возраста 16 дней при температуре 19 °С, влажности почвы 60 % от полной влагоемкости, досвечивании люминесцентными лампами.

8

Для оценки влияния салициловой кислоты определялись морфометрические показатели проростков пшеницы, масса надземной части и листовой пластины.

Устойчивость растительных тканей к абиотическому стрессу, вызванному охлаждением, определяли кондуктометрическим методом по выходу электролитов по методике, предложенной в работе [1].

Фотосинтетические пигменты определяли, измеряя оптическую плотность спиртовой вытяжки при 452,5; 649; 665 нм и рассчитывая хлорофиллы и каротиноиды по формулам Винтерманса и Де Мотса [3].

Воздействие низких температур является одним из факторов, негативно влияющих на структуру и проницаемость мембран клеток, вызывая повышение утечки электролитов из растительных тканей.

Установлено, что температура 4-6 °С оказывала на проростки пшеницы повреждающее действие, приводя к нарушению проницаемости мембран (таблица). Под влиянием салициловой кислоты наблюдается незначительное уменьшение выхода электролитов после воздействия низкой температуры.

Замачивание семян и полив проростков СК не оказало существенного влияния на морфометрические показатели растений. При воздействии низкой температурой проявилась тенденция к снижению длины и массы надземной части растений.

Таблица

Выход электролитов

Обработка проростков СК снизила влияние повреждающей температуры на показатель ширины листовой пластинки.

Салициловая кислота не повлияла на количество устьиц у растений пшеницы, в вариантах с повреждающей температурой наблюдалась тенденция к снижению количества устьиц на единицу площади листа.

При обработке семян и проростков раствором СК наблюдалась тенденция увеличения концентрации хлорофилла а и каротиноидов в варианте 2 по сравнению с контролем.

При воздействии повреждающей температуры фотосинтетических пигментов в проростках стало меньше, однако существенной разницы между вариантами 3 и 4 нет.

Возможно, на полученные результаты оказали влияние недостаточно высокая температура выращивания опытных растений (19 °С), а также недостаточная освещенность.

9

Т.о., обработка салициловой кислотой семян и проростков пшеницы в условиях лабораторного опыта не оказала существенного влияния на морфометрические показатели проростков, всхожесть и массу надземной части, а также на концентрации фотосинтетических пигментов. Повреждающая температура 4 – 6 °С вызывает увеличение выхода электролитов из клеточных стенок проростков пшеницы, при этом обработка салициловой кислотой снижает данный показатель, увеличивая устойчивость проростков к стрессовому фактору.

Литература

1.Гришенкова Н. Н., Лукаткин А. С. Определение устойчивости растительных тканей к абиотическим стрессам с использованием кондуктометрического метода // Поволжский экологический журнал. 2005. №. 1. С. 3 − 11.

2.Колупаев Ю. Е., Ястреб Т.О. , Швиденко Н. В., Карпец Ю. В. Индукция теплоустойчивости колеоптилей пшеницы салициловой и янтарной кислотами: связь эффектов с образованием и обезвреживанием активных форм кислорода // Прикладная биохимия и микробиология. 2012.

№5. С. 550–556.

3.Степанов К.И, Недранко Л.В.Физиология и биохимия растений: Методические указания по определению элементов фотосинтетической продуктивности растений, 1988. С.23 – 27.

УДК 638.123.52 : 121.2.

А.С. Коновалов, магистрант, М.К. Симанков, доцент, канд..биол.наук,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь

МНОГОЛЕТНИЙ МОНИТОРИНГ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ МЕДОНОСНЫХ ПЧЁЛ ВЕРЕЩАГИНСКОГО РАЙОНА

Аннотация. В статье приводятся результаты морфометрических исследований пчѐл в многолетней динамике на пасеке Верещагинского района Пермского края.

Ключевые слова: морфометрия, пчела медоносная, среднерусская раса.

На территории России вследствие разнообразия природно-климатических условий к разведению рекомендованы три породы (термин, принятый в России, синоним терминов «подвид» и «раса») медоносных пчел: среднерусская, или тем-

ная лесная (Apis mellifera mellifera L.); карпатская (Apis mellifera carpatica), кото-

рая является производной Apis mellifera carnica Pollm.; серая горная кавказская

(Apis mellifera caucasica Gorb) [5].

Многолетние биометрические исследования пчѐл Пермского края показали наличие на изучаемой территории пасек со среднерусскими пчелами [6,7]. Их принадлежность к среднерусской расе подтверждена и результатами генетических анализов [2, 9].

В настоящее время определены параметры основных биологических признаков пчѐл, маток и трутней среднерусской, башкирской, карпатской, серой горной кавказской пород и их породных типов[1].

10