ИСТИНА

Цианобактерии Nostoc sp. PCC 7118 (далее в тексте PCC 7118) и Nostoc sp. PCC 7120 (далее в тексте PCC 7120) – близкородственные штаммы: первый – короткоцепочечный мутант азотфиксирующего PCC 7120, утративший способность к дифференцировке гетероцист (Гц) (Rippka, 1988). Отсутствие связанного азота в среде приводит к гибели PCC 7118, отсутствие фосфора (P) является стресс-фактором, ограничивающим жизнедеятельность обеих культур. Цель работы – сравнение морфофизиологической реорганизации этих штаммов при отсутствии экзогенного фосфора в условиях, не индуцирующих дифференцировку гетероцист. Цианобактерии выращивали в стеклянных колоннах при непрерывном освещении (120 мкмоль фотонов/(м2 с) ФАР) и продувании смесью CO2: воздух (1:50, об./об.) последовательно на минеральной среде BG-11 и на модифицированной среде BG-11М (без P). Основные методы – оптическая спектроскопия поглощения, световая и электронная микроскопия, морфометрия на ультратонких срезах. Кинетика роста штаммов (по клеточной плотности, содержанию хлорофилла, весу сухой биомассы) на среде BG-11 значимо не различалась. Однако при переносе культур на среду BG-11М уже с первых суток у PCC 7118 трихомы укорачивались с максимальных 40 клеток до 8-18 клеток, тогда как у PCC 7120 трихомы оставались длинными (до 100-150 клеток). Клеточные деления и прирост биомассы на среде без P прекращались к 9-11 суткам в культуре PCC 7118 и на несколько суток позже – в культуре PCC 7120, которая сохраняла жизнеспособность в этих условиях не менее месяца. В культурах обоих штаммов снижалось содержание пигментов, причем у PCC 7118 хлороз прогрессировал быстрее, чем у PCC 7120. Кроме того, у PCC 7118 фикобилины сокращались быстрее, чем хлорофилл, а у PCC 7120 содержание всех пигментов изменялось почти синхронно. Ультраструктурную реорганизацию оценивали по частоте выявления, площади и количеству на срезах клеток карбоксисом (Кс), гранул гликогена (αГ), полифосфатов (Пф), цианофицина (ЦГ), полигидрокси-β-бутирата (ПГБ), липидов (βГ), а также по обилию рибосом (Р), размерам нуклеоидных зон (Н) и фикобилисом (Фс), количеству тилакоидов (Т) и их протяженности. На фоне кратного снижения параметров Кс, αГ, Пф, ПГБ, Р, Н, Т и Фс, вплоть до полного исчезновения αГ, Пф, ПГБ, регистрировали гипернакопление ЦГ. В целом реакция на фосфорное голодание была значительно интенсивнее у PCC 7118, чем у PCC 7120. Так, у PCC 7118 регистрировали снижение доли Кс и повышение доли ЦГ в площади протопласта в 12,5 и 75 раз, а у PCC 7120 — только в 5 и 27 раз, соответственно. Показанное различие штаммов по устойчивости к фосфорному голоданию, возможно, обусловлено их разной способностью к внутриклеточному резервированию полифосфатов при росте на среде BG-11 в отсутствие лимитирующих факторов: в этих условиях у PCC 7120 выявлено на порядок больше структур, идентифицированных как гранулы Пф, чем у PCC 7118. Это позволяет предположить, что разница между исследуемыми штаммами не ограничена их способностью к дифференцировке Гц.