sevinПОВОЛЖСКИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛPovolzhskiy Journal of Ecology1684-73182541-8963Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН; Товарищество научных изданий КМК.10.35885/1684-7318-2024-4-399-409sevin-601Research ArticleСтатьиМноголетние разрастания на каменистом субстратеPermanent growth on a stony substratehttps://orcid.org/0000-0003-4919-0047АшихминаТ. Я.AshikhminaTamara Ya.

Ашихмина Тамара Яковлевна

610000, г. Киров, ул. Московская, д. 36 

 

36 Moskovskaya St., Kirov 610000

usr08619@vyatsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7104-3337ДомрачеваЛ. И.DomrachevaLyudmila I.

Домрачева Людмила Ивановна

167982, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, д. 28 

610017, г. Киров, Октябрьский просп., д. 133

28 Kommunisticheskaya St., Syktyvkar, Republic of Komi 167982

133 Oktyabrsky Prosp., Kirov 610017

dli-alga@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0700-371XКороткихА. И.KorotkikhAnastasia I.

Коротких Анастасия Игоревна

610017, г. Киров, Октябрьский просп., д. 133

133 Oktyabrsky Prosp., Kirov 610017

nastya-malinina1997@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2190-686XКондаковаЛ. В.KondakovaLiubov V.

Кондакова Любовь Владимировна

610000, г. Киров, ул. Московская, д. 36 

36 Moskovskaya St., Kirov 610000

usr11521@vyatsu.ruСкугореваС. Г.SkugorevaSvetlana G.

Скугорева Светлана Геннадьевна

167982, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, д. 28 

28 Kommunisticheskaya St., Syktyvkar, Republic of Komi 167982

skugoreva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8265-8882ФокинаА. И.FokinaAnna I.

Фокина Анна Ивановна

610000, г. Киров, ул. Московская, д. 36 

36 Moskovskaya St., Kirov 610000

annushka-fokina@mail.ruВятский государственный университет; Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАНРоссияVyatka State University; Institute of Biology of Komi Science Centre of the Ural Branch of RASRussian FederationИнститут биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН; Вятский государственный агротехнологический университетРоссияInstitute of Biology of Komi Science Centre of the Ural Branch of RAS; Vyatka State Agrotechnological UniversityRussian FederationВятский государственный агротехнологический университетРоссияVyatka State Agrotechnological UniversityRussian FederationВятский государственный университетРоссияVyatka State UniversityRussian FederationИнститут биологии Коми научного центра Уральского отделения РАНРоссияInstitute of Biology of Komi Science Centre of the Ural Branch of RASRussian Federation20242312202404399409Copyright © Ашихмина Т.Я., Домрачева Л.И., Коротких А.И., Кондакова Л.В., Скугорева С.Г., Фокина А.И., 20242024Ашихмина Т.Я., Домрачева Л.И., Коротких А.И., Кондакова Л.В., Скугорева С.Г., Фокина А.И.Ashikhmina T.Y., Domracheva L.I., Korotkikh A.I., Kondakova L.V., Skugoreva S.G., Fokina A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sevin.elpub.ru/jour/article/view/601

Многовидовые цианобактериальные сообщества (биопленки, феномен «цветение») могут постоянно развиваться и длительно вегетировать на различных плотных средах, включая почву и каменистые субстраты. Эти сообщества представляют интерес как в теоретическом, так и практическом планах. Специфические особенности биопленок связаны с тем, что помимо фототрофов (водорослей и цианобактерий), в их состав входят гетеротрофные бактерии, микромицеты, простейшие, коловратки, т. е. в подобных микробоценозах наблюдается классическая трофическая сеть, дающая возможность существовать подобным консорциумам длительное время, в первую очередь, из-за способности цианобактерий к автотрофному питанию по углероду (фотосинтез) и по азоту (азотфиксация), что обеспечивает их устойчивость не только в стабильных условиях среды, но и при стрессовых ситуациях. С практической точки зрения цианобактериальные биопленки могут найти применение в биотехнологии в таких направлениях, как биосорбция, синтез экзометаболитов различной направленности. Кроме того, они могут быть полезны в связи с эксплуатацией различных построек из материала, аналогичного тому, который служил субстратом произрастания микроорганизмов в нашем эксперименте. Исследуемые биопленки в течение 15 лет поддерживались в модельном опыте на каменистом субстрате. Проведенные анализы по определению качественного и количественного состава фототрофного компонента биопленок, антифузариозной активности, определения содержания пигментов и концентрации тяжелых металлов показали, что для разрастаний характерны не только морфологические различия, но и существенные различия определяемых показателей в зависимости от характера роста. В пределах данного каменистого субстрата было выделено три различных типа биопленок и особые разрастания на стенках контейнера, в котором происходило культивирование. 

Multispecies cyanobacterial communities (biofilms, the “blooming” phenomenon) may constantly develop and vegetate for a long time on various dense media, including soil and stony substrates. These communities are of interest both theoretically and practically. Some specific features of such biofilms are due to the fact that in addition to phototrophs (algae and cyanobacteria), they include heterotrophic bacteria, micromycetes, protozoa, rotifers. I.e., a classical trophic network is observed in such microbial cenoses, which makes it possible for such consortia to exist for a long time, primarily due to the ability of cyanobacteria to autotrophic nutrition in terms of carbon (photosynthesis) and nitrogen (nitrogen fixation), which ensures their stability not only in stable environmental conditions, but also in stressful situations. From a practical viewpoint, cyanobacterial biofilms could find application in biotechnology in such areas as biosorption and the synthesis of exometabolites of various directions. In addition, they could be useful in connection with the operation of various buildings made of a material similar to that which served as a substrate for the growth of these microorganisms in our experiment. The studied biofilms were maintained for 15 years in a model experiment on a stony substrate. Our analyzes carried out to determine the qualitative and quantitative composition of the phototrophic component of these biofilms, their antifusarium activity, the content of pigments and the concentration of heavy metals showed that the growths were characterized not only by morphological differences, but also by significant differences in the determined indicators depending on the nature of growth. Within this stony substrate, three different types of biofilms and specific growths on the walls of the container which the cultivation took place in were identified. 

альгоцианобактериальный консорциумбиопленкиантифузариозная активностьфотосинтетические пигментытяжелые металлыalgal-cyanobacterial consortiumbiofilmsantifusarium activityphotosynthetic pigmentsheavy metalsРабота выполнена в рамках государственного задания Института биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН по теме «Структура и состояние компонентов техногенных экосистем подзоны южной тайги» (государственная регистрация в ЕГИСУ № 122040100032-5).The work was carried out within the framework of the state assignment of the Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences on the theme “Structure and Condition of Components of Anthropogenic Ecosystems of the Southern Taiga Subzone” (state registration in EGISU No. 122040100032-5).ReferencesДомрачева Л. И. «Цветение» почвы и закономерности его развития. Сыктывкар: Коми научный центр УрО РАН, 2005. 336 с.Domracheva L. I. “Tsveteniye” pochvy i zakonomernosti yego razvitiya [“Blooming” of the Soil and Patterns of its Development]. Syktyvkar, Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences Publ., 2005. 336 p. (in Russian).Заварзин Г. А., Крылов Н. Н. Цианобактериальные сообщества – колодец в прошлое // Природа. 1983. № 3. С. 59 – 68.Zavarzin G. A., Krylov N. N. Cyanobacterial communities – a well into the past. Priroda, 1983, no. 3, pp. 59–68 (inRussian).Кудряшов А. П., Дитченко Т. И., Молчан О. В., Смолич И. И., Яковец О. Г. Физиология растений: лабораторный практикум для студентов биологического факультета. Минск: БГУ, 2011. 76 с.Kudryashov A. P., Ditchenko T. I., Molchan O. V., Smolich I. I., Yakovets O. G. Fiziologiya rasteniy: laboratornyy praktikum dlya studentov biologicheskogo fakul'teta [Plant Physiology: Laboratory Workshop for Students of the Faculty of Biology]. Minsk, Belarusian State University Publ., 2011. 76 p. (in Russian).Панкратова Е. М., Трефилова Л. В. Симбиоз как основа существования цианобактерий в естественных условиях и в конструируемых системах // Теоретическая и прикладная экология. 2007. № 1. С. 4 – 14.Pankratova E. M., Trefilova L. V. Symbiosis as the basis for the existence of cyanobacteria in natural conditions and in constructed systems. Theoretical and Applied Ecology, 2007, no. 1, pp. 4–14 (in Russian).Пивоварова Ж. Ф., Факторович Л. В., Благодатнова А. Г. Особенности таксономической структуры почвенных фотоавтотрофов при освоении первичных субстратов // Растительный мир Азиатской России. 2012. № 1 (9). С. 16 – 21.Pivovarova J. F., Factorovich L. V., Blagodatnova A. G. Features of the taxonomic structures of soil photoautotrophs at development of primary substrate. Flora and Vegetation of Asian Russia, 2012, no. 1 (9), pp. 16–21 (in Russian).Пиневич А. В., Коженкова Е. В., Аверина С. Г. Биопленки и другие прокариотные консорциумы. СПб.: Химиздат, 2018. 254 с.Pinevich A. V., Kozhenkova E. V., Averina S. G. Bioplenki i drugiye prokariotnyye konsortsiumy [Biofilms and Other Prokaryotic Consortia]. St. Petersburg, Khimizdat, 2018. 254 p. (in Russian).Bell R. A. Cryptoendolithic algae of hot semiarid lands and deserts // Journal of Phycology. 1993. Vol. 29, iss. 2. P. 133 – 139. https://doi.org/10.1111/j.0022-3646.1993.00133.xBell R. A. Cryptoendolithic algae of hot semiarid lands and deserts. Journal of Phycology, 1993, vol. 29, iss. 2, pp. 133–139. https://doi.org/10.1111/j.0022-3646.1993.00133.xCrispin C., Gaylarde C. Cyanobacteria and biodeterioration of cultural heritage: A review // Microbial Ecology. 2005. Vol. 49, iss. 1. P. 1 – 9. https://doi.org/10.1007/s00248-003-1052-5Crispin C., Gaylarde C. Cyanobacteria and biodeterioration of cultural heritage: A review.Gorbushina A. Life on the rocks // Environmental Microbiology. 2007. Vol. 9, iss. 7. P. 1613 – 1631. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2007.01301.xMicrobial Ecology, 2005, vol. 49, iss. 1, pp. 1–9. https://doi.org/10.1007/s00248-003-1052-5De Natale A., Mele B. H., Cennamo P., Del Mondo A., Petraretti M., Pollio A. Microbial biofilm community structure and composition on the lithic substrates of Herculaneum Suburban Baths // PLoS ONE. 2020. Vol. 15, iss. 5. Article number e0232512. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0232512Gorbushina A. Life on the rocks. Environmental Microbiology, 2007, vol. 9, iss. 7, pp. 1613– 1631. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2007.01301.xRossi F., De Phillipis R. Role of cyanobacterial exopolysaccarides in phototrophic biofilms and in complex microbial mats // Life. 2015. Vol. 5, iss. 2. P. 1218 – 1238. https://doi.org/10.3390/life5021218De Natale A., Mele B. H, Cennamo P., Del Mondo A., Petraretti M., Pollio A. Microbial biofilm community structure and composition on the lithic substrates of Herculaneum Suburban Baths. PLoS ONE, 2020, vol. 15, iss. 5, article no. e0232512. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0232512Schultz M., Porembski S., Budel B. Diversity of rock-inhabiting cyanobacterial lichens: Studies on granite inselbergs along the Orinoco and Guyana // Plant Biology. 2000. Vol. 2, iss. 4. P. 482 – 495. https://doi.org/10.1055/s-2000-5951Rossi F., De Phillipis R. Role of cyanobacterial exopolysaccarides in phototrophic biofilms and in complex microbial mats. Life, 2015, vol. 5, iss. 2, pp. 1218–1238. https://doi.org/10.3390/life5021218Schultz M., Porembski S., Budel B. Diversity of rock-inhabiting cyanobacterial lichens: Studies on granite inselbergs along the Orinoco and Guyana. Plant Biology, 2000, vol. 2, iss. 4, pp. 482–495. https://doi.org/10.1055/s-2000-5951Schultz M., Porembski S., Budel B. Diversity of rock-inhabiting cyanobacterial lichens: Studies on granite inselbergs along the Orinoco and Guyana. Plant Biology, 2000, vol. 2, iss. 4, pp. 482–495. https://doi.org/10.1055/s-2000-5951

The authors declare that there are no conflicts of interest present.