Первые сведения об устойчивости грибов к облучению коротковолновыми УФ-лучами (254 нм) приведены в обзоре Smith (1936). В начале XX ст. были выявлены основные качественные эффекты УФ-облучения: задержка прорастания конидий на больших дозах и стимулирующий эффект на малых, большая устойчивость к УФ-лучам дрожжей и гифальных грибов по сравнению с бактериями (Luyet, 1932). При малых дозах УФ-облучения отмечали стимуляцию прорастания конидий и образования колоний; большие дозы вызывали изменения в морфологии конидий и мицелия, усиливали мутагенез (Dillon-Weston, Halmon, 1930).
Kresling, Stern (1936) исследовали способность к образованию лимонной кислоты грибом Aspergillus niger при УФ-облучении. Летальный эффект наступал после 20-минутной экспозиции. Появление наибольшего количества морфологических мутантов наблюдали при сублетальной дозе 15 мин, 2-минутное облучение стимулировало образование лимонной кислоты грибом.
Имеются указания, что споры Rhizopus nigricans более устойчивы к УФ-лучам (253, 265, 290 и 313 нм), чем дрожжевые клетки (Luyet, 1932). В то же время конидии Penicillium sp. и Aspergillus sp., а также споры Rhizopus и Mucor одинаково чувствителы к УФ-излучению и полностью погибают после 3-минутной экспозиции.
English и Gerhardt (1946) установили, что из облученных Botrytis cinerea, Penicillium expansum, Pullularia pullulans, Rhizopus sp. Sclerotinia fructicola, Cladosporium herbarum и Alternaria sp. последний вид наиболее устойчив к УФ-облучению — значение ЛД60 соответствовало 5-минутной экспозиции, а для С. herbarum, Р. pullulans, Sclerotinia sp. — 2,5-минутной. Самым чувствительным был Р. expansum, у которого через 30 с погибало 92% конидий. В указанных работах в основном учитывали, растет гриб или не растет, более детальное изучение этого явления не проводилось.
Более точным показателем устойчивости к облучению являются дозные кривые выживаемости микроорганизмов. Последние, в соответствии с предложенным Atwood и Norman (1949) делением, могут быть двух типов — экспоненциальные и S-образные, или сигмоидные. В полулогарифмическом масштабе экспоненциальная кривая представляет собойпрямую линию, а сигмоидная состоит из плеча определенной крутизны и прямолинейного участка. Выживаемость по типу экспоненциальной зависимости свидетельствует о чувствительности объекта к облучению, а по типу сигмоидной кривой — об его устойчивости.
Gunter и Kohn (1956) описали дозную кривую нового типа: сложную экспоненциальную, состоящую из прямолинейного участка и плато резистентности, проявляющегося при больших дозах ионизируншей или УФ-радиации. Кривую такого типа авторы получили при облучении дрожжей в гаплоидной фазе рентгеновскими лучами. Характер выявленной зависимости свидетельствует о наличии чувствительных и устойчивых клеток в облучаемой клеточной суспензии. Lewis и Kumita (1972), изучая выживаемость высокоустойчивого Micrococcus sp., получили новую дозную кривую, названную ими трехкомпонентной, также свидетельствующую о неоднородности облучаемых клеток. По нашему мнению, такую кривую следует назвать сложной сигмоидной. Она состоит из типичной сигмоидной кривой и плато резистентности, появляющегося под действием больших доз облучения.
При облучении конидий видов рода Stemphylium искусственным солнечным светом высокой интенсивности получены еще более сложные кривые с несколькими плато, названные нами многокомпонентными (Жданова и др., 1978). Гибель облучаемой популяции конидий мы связываем с фотозащитной реакцией меланинового пигмента, присутствующего в клеточных оболочках указанных грибов. Обобщенные сведения по этому вопросу представлены в монографиях В. Д. Жестяникова (1968), И. А. Захарова. А. А. Кривиского (1972).
Одна из первых попыток количественного изучения действия УФ-лучей на грибы принадлежит Landen (1939), который исследовал головневые споры и споридии гриба Ustilago zeae. Автор установил S-образную зависимость устойчивости головневых спор и споридий, но споридии были на порядок более чувствительны. Изучение устойчивости гриба к УФ-лучам в диапазоне от 220 до 313 нм выявило, что наибольшим ингибирующим эффектом обладали лучи 265 нм.
Dimond и Duggar (П141) исследовали действие УФ-лучей (265 нм) на 3 вида мицелиальных грибов — Rhizopus suinus, Mucor dispersus и Aspergillus melleus; наиболее чувствительным оказался A. melleus. Выживаемость его описывалась экспоненциальной кривой. Описана значительная УФ-устойчивость Aspergillus niger, A. terreus и A. nidulans, для которых получены сигмоидные кривые выживания. A. terreus облучали УФ-лучами длиной волны 228, 265 и 297 нм. Наиболее губительными оказались лучи 265 нм, наименее губительными — 297 нм. Типичные сигмоидные кривые выживания получены Buxton et al. (1957) для грибов Botrytis fabae, Uromyces fabae, Aspergillus niger, Fusarium oxysporum f. pisi и F. solani f. pisi.
Выживаемость конидий гриба Glomerella cingulata описывалась сигмоидными кривыми с обширным плато, которое обусловлено присутствием более устойчивых темнопигментированных клеток в суспензии конидий. С увеличением дозы облучения количество резистентных пигментированных конидий увеличивалось и потому уменьшался выход мутаций. При облучении только светлых конидий процесс образования мутаций с увеличением дозы увеличивался (Markert, 1953).
УФ-облучение грибных спор, обнаруженных в воздухе книгохранилищ, позволило установить наиболее устойчивые к этому воздействию виды: Penicillium meleagrinum, Р. puberulum, Р. roqueforti, Р. tardum (Нюкша, 1953). Устойчивость грибных конидий в среднем в 40 раз превышала таковую бактерий. Типичные сигмоидные кривые выживания получены Buxton et al. (1957) для грибов Botrytis fabae, Uromyces fabae, Aspergillus niger, Fusarium oxysporum f. pisi и F. solani f. pisi. Из двух видов Colletotrichum — С. lindemuteanum и С. coccoides первый оказался более устойчивым к УФ-лучам, но оба имели S-образную кривую выживания (Loprieno, Onorato, 1964).
Уредоспоры фитопатогенных грибов Melampsora lini, Puccinia graminis f. tritici, P. graminis f. avenae, P. coronata var. avenae облучали УФ-лучами 257 нм. Наиболее устойчивой была темнопигментная Melampsora lini, но во всех случаях выживаемость этих грибов графически выражалась S-образной кривой (Schwinghamer, 1957).
Сигмоидный характер кривых выживаемости, свидетельствующий об устойчивости к УФ-лучам, не всегда связан с плоидностью объектов (Pomper, Atwood, 1955). Так, одноядерные конидии видов рода Aspergillus относились как к УФ-устойчивым, так и к УФ-чувствительным.
Резистентны к УФ-лучам штаммы Pullularia pullulans и Роlyspora lini (Левитин, Захаров, 1967). Более детальное изучение показало, что Р. pullulans в среднем в 3,3 раза более устойчива к УФ-облучению, чем Saccharomyces cerevisiae (ЛД99,9 = 24,5 ∙ 103 эрг/мм2). Высокая устойчивость к УФ-лучами в сочетании с низкой мутабильностью культуры предполагает существование у Р. pullulans мощной репарационной системы (Ковальцова, 1970).
На протяжении ряда лет нами изучалась УФ-устойчивость почвенных темноцветных дейтеромицетов (Жданова 1964 а, б, 1976; Жданова и др., 1971, 1972, 1973, 1974). Получены кривые выживаемости 14 видов 9 родов грибов семейства Dematiaceae, часто встречающихся в изученных местообитаниях. Cladosporium atroseptum и С. brevi-compactum отличались интенсивно пигментированными, ригидными клеточными оболочками, в противоположность С. transchelii и С. elegantulum, клеточные стенки которых тонкие и слабо пигментированы. Остальные роды семейства Dematiaceae представлены одним, наиболее типичным для них видом. Постоянным объектом нашего изучения являлись цветные мутанты гриба Cladosporium transchelii. Обычно облучение взвеси конидий гриба большими дозами γ- и УФ-лучей не приводило к образованию мутантов, дефектных по пигментации. Мутанты с нарушенным меланиногенезом были получены только при одновременном воздействии больших доз у-радиации в условиях аноксии или при выдерживании облученной водной суспензии конидий длительное время в воде для определения уровня пострадиационного восстановления (ПРВ). В результате этого выделены мутанты, различающиеся по цвету от исходной культуры, от белых до черных, окрашенных более интенсивно. Для сравнения исследовали выживаемость нескольких светлоокрашенных гифальных грибов: Oospora lactis, Geotrichum candidum и Penicillium lilacinum.
Как известно (Сойфер, 1969; Жестяников, 1968; Дубров, 1968; Самойлова, 1967; Корогодин, 1966), устойчивость к УФ-излучению может определяться комплексом причин: репарационными процессами, физиологическим состоянием культуры, условиями ее культивирования, плоидностью клеток, их величиной, наличием пигмента в клеточной оболочке и др. Выживаемость изученных нами грибов под влиянием УФ-лучей описывалась тремя типами кривых: экспоненциальной, сложной экспоненциальной и сложной сигмоидной. Для УФ-чувствительных видов кривая выживаемости была экспоненциальной, у устойчивых — сложной сигмоидной, у остальных — сложной экспоненциальной. Характерная особенность сложных экспоненциальных и сигмоидных кривых состоит в наличии обширного плато резистентности, которое, как правило, наблюдали после 20—40-минутной экспозиции. На протяжении 2—6-часового, а для некоторых видов — 6—10-часового облучения УФ-лучами (доза 376—1128 и 1128—1880 Дж/м2) оно медленно снижалось. Количество устойчивых клеток (соответствующее на кривой плато резистентности), как правило, более высокое у УФ-резистентных видов и уменьшается с понижением устойчивости видов к УФ-лучам. При многочасовом облучении устойчивых к УФ-лучам грибов с момента перехода в состояние стабильной устойчивости, процесс отмирания клеточной популяции резко замедлялся (уменьшалась выживаемость примерно на порядок на протяжении 4—6-часовой экспозиции).
Выживаемость группы крупноспоровых представителей семейства Dematiaceae, куда входят виды с одно- и многоклеточными конидиями, описывалась сложными сигмоидными кривыми и различалась уровнем выживаемости, которое на графике описывалось плато резистентности. Так, количество устойчивых в облучаемой суспензии конидий было самым высоким у двухклеточных конидий Dicoccum asperum и многоклеточных Stemphylium sarciniforme и S. ilicis (40—50%), тогда как у многоклеточных конидий видов родов Curvularia, Helminthosporium оно примерно такое же, как у одноклеточных Dendryphium (8— 2%).
Выживаемость мелкоспоровых видов родов Cladosporium и Oidiodendron описывалась сложной экспоненциальной кривой с обширным резистентным плато, которое проявлялось на уровне 0,1—0,001 % выживаемости. Исключение составлял мутант Cladosporium transchelii Ч-1, выживаемость которого описывалась сигмоидной кривой сложного типа за счет более высокого, по сравнению с исходной культурой, количества устойчивых клеток. Выживаемость мутанта С. transchelii БМ, а также светлоокрашенных Р. lilacinum, Geotrichum candidum и Oospora lactis подчинялась экспоненциальной зависимости. Летальными для них были дозы порядка 35—70 Дж/м2, что соответствовало 5—10-минутной экспозиции. Таким образом, устойчивость к УФ-облучению не всегда была связана с величиной конидий.
Анализ устойчивости к УФ-лучам по количеству ядер в конидиях показал, что от этого параметра не зависел характер кривой выживаемости, так как у полиядерных видов рода Cladosporium выживаемость была намного ниже, чем видов рода Helminthosporium, Curvularia, Stemphylium, Dicoccum. В то же время, одноядерные конидии Oidiodendron cerealis по чувствительности к УФ-лучам почти не отличались от многоядерных конидий Cladosporium transchelii. В ряду Cladosporium transchelii и его цветных мутантов: Ч-1, пигментированного более интенсивно чем исходная культура, К-1, который светлее С. transchelii, и апигментного мутанта БМ — наиболее устойчивым был мутант Ч-1 (сложная сигмоидная кривая выживаемости) и самым чувствительным — БМ, для которого 12—15-минутная экспозиция (доза 40,8—51,0 Дж/м2) была летальной. Количество резистентных клеток в облучаемой суспензии конидий мутанта Ч-1 было на порядок выше (0,5%) чем у С. transchelii (0,01%), у мутанта К-1 оно было примерно на порядок ниже (0,001%), У мутанта БМ устойчивые конидии не обнаружены.
Аналогичная зависимость наблюдалась при сравнении кривых выживаемости Cladosporium sp. 7882 и его мутанта с пониженной способностью к образованию меланина. Выживаемость мутанта и исходной культуры описывалась сложной экспоненциальной кривой, но количество устойчивых клеток в суспензии конидий мутанта было на порядок ниже. Изученные культуры рода Cladosporium имели одинаковые многоядерные конидии, сходные культуральные и морфологические признаки, но четко различались по пигментации. Различия были выявлены визуально и подтверждены количественно с помощью метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Концентрация парамагнитных центров ПЦ в пересчете на 1 г сухой грибной пленки может служить показателем содержания меланинового пигмента. Для Cladosporium transchelii она составила 2,2 ∙ 1019, для мутанта Ч-1 — 3,6 ∙ 1019, К-1 — 2,1 ∙ 1018 и, БМ — менее 1015 ПЦ/г. Содержание ПЦ меланина у Cladosporium sp. 7882 было более чем на порядок выше, чем у его мутанта с пониженной способностью к образованию пигмента.
Зависимость УФ-устойчивости от степени пигментации культуры наблюдалась только при сравнении Cladosporium transchelii и его пигментных мутантов, а также Cladosporium sp. 7882 и его мутанта. Спектрометрическое изучение большого количества культур семейства Dematiaceae, относящихся к разным родам и видам, не подтвердило корреляционной связи концентрации ПЦ с УФ-устойчивостью. Так, устойчивость к УФ-лучам многих видов рода Cladosporium: С. transchelii, С. hordei, С. linicola, С. elegantulum и Oidiodendron cerealis была практически одинаковой, а концентрация ПЦ меланинового пигмента последнего вида — на порядок ниже, чем у видов рода Cladosporium.
Обязательное присутствие устойчивых клеток среди облучаемых конидий темноцветных гифомицетов послужило основанием для выбора критерия УФ-устойчивости для этих грибов. Мы считали, что им может служить количество устойчивых конидий, которое остается неизменным на протяжении 1—3 ч облучения. На этом основании показателем устойчивости к УФ-лучам изученных нами природных изолятов Dematiaceae была принята выживаемость их в процентах после 2-часовой экспозиции (доза 408 Дж/м2), соответствующая плато резистентности.
Источник: Н. Н. Жданова, А. И. Василевская. Экстремальная экология грибов в природе и эксперименте. Киев: Наук. думка, 1982