ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК О РАЗВИТИИ МЕТОДОВ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ВОДОРОСЛЕЙ
Многие методы и рецепты основных питательных сред, которые ис- пользуются в настоящее время, были предложены в конце XIX и начале XX веков. В настоящее время в литературе накоплен значительный факти- ческий материал по методам культивирования водорослей (Moore, 1903; Kuster, 1907; Chodat, 1913; Richter, 1913; Pringsheim, 1924, 1946; Kufferath, 1928/29; Lwoff, 1932; Meier, 1932; Vischer 1937; Bold, 1942; Chu, 1942; Bru- nel et al., 1950; Lewin, 1959; Fogg, 1965; Venkataraman, 1969; Stein, 1973; Guillard, 1975; Richmond, 1986). Многие из этих работ содержат историче- ские сведения. Дадим краткий обзор основных достижений в культивиро- вании водорослей, начиная с зарождения науки о водорослях и до середи- ны XX века.
1.1. Культивирование водорослей в XIX веке
Немецкий ученый Фердинанд Кох (F.Koch) (1850), основатель бактериологии, смог сохранить одноклеточную жгутиковую водоросль Haematococcus (Chlorophyceae) в течение некоторого времени и назвал эту процедуру «культивирование». Свои опыты он проводил в Бреслау (сейчас Вроклав, Польша). Это была первая опубликованная работа о «культуре» водорослей. Однако в связи с тем, что Ф.Кох в процессе культивирования водоросли не использовал питательную среду, ему не удалось выделить Haematococcus из других организмов, и он не смог поддерживать культуру данной водоросли длительное время. Русский физиолог растений А.С.Фаминцын (1871) из Санкт- Петербурга, один из основателей этой дисциплины в России, сделал первую попытку выращивать водоросли с использованием растворов нескольких неорганических солей. Он выращивал несколько видов зе- леных водорослей, особенно два вида, которые он определил как Chlo- rococcum infusionum (Schrank) Meneghini и Protococcus viridis C. Agardh. Растворы, которые он использовал, были изменены Кноппом в 1865 году для изучения сосудистых растений. Рецепт этой среды мож- но найти в работе Г. Болда (G.Bold) (1942) (Preisig, Andersen, 2005).
Первые сведения о чистых (аксеничных) культурах водорослей можно найти в трудах датского микробиолога Мартинуса Бейеринка (M.Beijerinck) (1890) (фото 1а), хотя позднее Георг Клебс (G.Klebs) (1890) усомнился в этом достижении. М.Бейеринк усовершенствовал бактериологический метод Р.Коха, предложенный им 10 лет назад, и в своих опытах стал использовать воду из пробы и среду с желатином.
М.Бейеринк (1890, 1893) был первым исследователем, выделившим свободноживущие виды Chlorella и Scenedesmus в якобы свободные от бактерий культуры, и он также успешно выделил симбиотическую зе- леную водоросль из Hydra («Zoochlorella») и лишайников (зеленая во- доросль, которую он определил, как Cystococcus humicola Naegeli сей- час рассматривается как вид рода Trebouxia). Позднее он также полу- чил якобы чистые культуры других водорослей, включая цианобакте- рии, и установил, что цианобактерии, такие как Anabaena, могут куль- тивироваться в среде без азота (Preisig, Andersen, 2005).
Фото.1: a - Мартинус Уильям Бейеринк (Martinus Willem Beijerinck) (1851-1931); b - Георг Клебс (Georg Klebs) (1857-1918); c - Robert Chodat (Роберт Шодати) (1865-1934); d - Edgar Johnson Allen (Эдгар Джонсон Ал- лен) (1866-1942); e - Ernst Georg Pringsheim (Эрнст Георг Прингшейм) (1881-1970); f - Otto Heinrich Warburg (Отто Генрих Варбург) (1883-1970) (Preisig, Anderson,2005).
Исследования, равноценные по значимости работам М.Бейеринка для зеленых водорослей, были проведены П.Миквелом (P.Miquel) в Пари- же в Обсерватории Монтессори для диатомовых водорослей. П.Миквел, микробиолог, который также является великим первооткрывателем в сфере аэробиологии (Comtois, 1997), был первым исследователем, получившим чистые (аксеничные) культуры пресноводных и морских диатомовых во- дорослей. Кроме того, он разработал несколько новых методов, таких как использование микропипеток для выделения клеток водорослей и органи- ческой мацерации в качестве источника органических добавок в минераль- ную среду (добавление органических питательных материалов в форме от- рубей, соломы, травы, мхов и т.д.). С помощью микропипеток и микроско- па он выделял отдельные клетки и помещал их в отдельные сосуды, со- держащие питательную среду. П.Миквел также использовал метод разве- дения: он добавлял образец, содержащий диатомеи в подготовленную воду (питательную среду), и потом разделял эту смесь на ряд пробирок. П.Миквел предложил два раствора (A и B), содержащих минеральные со- ли, которые он использовал для обогащения морской воды. Позднее его знаменитые растворы A и B широко использовались для выращивания во- дорослей (Provasoli et al., 1957). Методика получения чистых культур диа- томовых водорослей также была описана Л.Мачиатти (L.Macchiati) в Ита- лии (Preisig, Andersen, 2005).
Немецкие исследователи Ф.Нолл (E. Noll) и Ф.Олтманнс (F. Olt- manns) еще в 1892 году опубликовали работы, обсуждающие культивиро- вание морских водорослей, но они занимались скорее поддержанием жизнеспособности водорослей в благоприятных условиях, чем выделени- ем чистых культур или осуществлением роста и размножения. Ботаник Ц.Нейджел (C. Naegeli), швейцарец по происхождению, в 1893 году уста- новил, что медь оказывает сильное негативное воздействие на рост пре- сноводных водорослей. Он использовал водоросли рода Spirogyra для тестирования качества воды, используемой для культивирования. В Гер- мании В.Крюгер (W. Kruger) в 1894 году смог получить чистые культуры бесцветных и сахарофильных коккоидных зеленых водорослей (Protothe- ca, Chlorella spp.). Х.Молиш (H. Molish) в 1895-96 гг. в Германском Уни- верситете в Праге и В.Бенеке (W. Benecke) в 1898 году в Университете Страссбурга (Страссбург) проводили эксперименты по изучению потреб- ностей водорослей в минеральных добавках. Р.Булхак (R. Bouilhac) во Франции использовал органическую среду для выращивания цианобакте- рии Nostoc .
Но, возможно, наиболее важными исследованиями в области культи- вирования водорослей были опыты, поставленные Г.Клебсом (фото 1b) в Университете Базеля (Швейцария) (с 1898 года в Галле ан дер Саале и позднее в Гейдельберге, Германия). Он пытался получить аксеничные культуры нитчатых и сифональных водорослей, помещая выделенные зоо- споры внутрь агара. Г.Клебс достиг успеха в выращивании водорослей, однако не смог получить бактериологически чистые культуры. Он исполь- зовал чашки Петри для культивирования, и был первым, кто выделил водоросли на агаре. Желатин, применявшийся в ранних микробиологических исследованиях, не подходил для этого, так как бактерии переваривали же- латин, превращая твердый субстрат в жидкость (Preisig, Andersen, 2005).
Агар также использовался Н.Тишуткиным (1897) в Белоруссии, ко- торый впервые приписал себе получение чистой культуры цианобактерий, но чистота его культур всегда вызывала сомнения (Harder, 1917). Х.Вард (Ward,1899) в 1899 году в Кембридже рекомендовал разбухший агар с рас- творенной уксусной кислотой с последующим полным ополаскиванием для смыва всех солей (Bold, 1942). Х.Вард также описал несколько мето- дов выделения водорослей. Первый способ был основан на смешивании агара с раствором, обогащенным питательными веществами. Стерильный раствор разливался внутрь чашки, где он позже затвердевал. В этом случае некоторые выносливые водоросли начинали прорастать. Второй способ за- ключался в смешивании водорослей с раствором, обогащенным азотсо- держащими соединениями и стерильным силикагелем. Подобным же обра- зом он использовал большое количество известковой воды, в которую до- бавлялся газообразный диоксида углерода. Образующийся карбонат каль- ция затем разливался в чашки для культивирования и служил для ускорения роста водорослей. Х.Вард был первым ученым, использовавшим тра- фарет для создания узоров (образующихся в результате роста водорослей) на твердых субстратах. Для этого он накрывал чашки непрозрачной обо- лочкой, с прозрачной областью в форме буквы алфавита (например, А). Таким образом, свет освещал поверхность агара только сквозь прозрачную область в форме буквы. После некоторого периода времени, в освещенной области наблюдался рост водоросли. Когда оболочку убирали, едва замет- ная зеленая буква алфавита была видна на агаре (Preisig, Andersen, 2005).
