Дрожжевая флора винограда экосистемы бархана Сарыкум

Ш. А. АБРАМОВ, Д. А. АБДУЛЛАБЕКОВА, Е. С. МАГОМЕДОВА
Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН

Изучение дрожжевой флоры растений по экологическим и морфофизиологическим критериям способствует выявлению закономерностей их организации и функционирования в природе, сохранению генетического пула и селекции высокоэффективных штаммов для микробного синтеза. Большинство дрожжей, обладая сахаролитической жизненной стратегией, являются постоянными обитателями виноградного растения, адаптированного к различным природным условиям. Исследование дрожжевого потенциала виноградного растения, среда обитания которого — микрозона, расположенная в окрестностях бархана Сарыкум и отличающаяся своими неординарными параметрами, представляет научный интерес. Бархан Сарыкум, сложенный из мелкого и среднезернистого кварцевого песка, является самой высокой дюной Европы и уникален по своему образованию и расположению. По температуре, летом достигающей нередко 85 °C, по ряду редких растительных форм и представителей животного мира он напоминает осколок знойных пустынь Центральной Азии в предгорной части Дагестана (К. Ю. Абачев, 1955; А.К. Крылатое, 1960). Сарыкум и супесчаные пески его окрестностей, состоящие на 90 % из кремнезема, — мощные аккумуляторы тепла, что способствует формированию оригинального температурного режима в этой зоне. Сумма активных температур достигает 4100 °C и на 350...400 °C превышает значение, характерное для данного климатического района.

Рис. 1. Клетки дрожжей вида Saccharomycesvini, выделенные с ягод винограда сортов Траминер (а), Пино гри (б) и Ркацители (в)

Теплообеспеченность и состав почв зоны экосистемы бархана, согласно нашим исследованиям, создают условия экологического комфорта для винограда, способствуя высокому накоплению углеводов и биологически активных соединений (Ш. А. Абрамов, О. К. Власова, Д. А. Абдуллабекова, 1998; Ш. А. Абрамов, Е. С. Магомедов, Е. Ю. Султанова, Г. Г. Магомедов, 1999).

Цель исследований — получение сведений о дрожжевых организмах, ассоциированных с виноградным растением, формируемым на супесчаных почвах в условиях повышенной теплообеспеченности микрорайона, расположенного в окрестностях Сарыкума.
Объекты исследований — чистые культуры дрожжей, изолированные с виноградных гроздей сортов Траминер, Пино гри, Молдова, Ркацители.

Известно, что дрожжи винограда, как кислотоустойчивые, осмофильные и факультативно анаэробные микроорганизмы, попадая в сусло при раздавливании ягод, быстро размножаются и занимают доминирующее положение в его общем микробном составе, что позволяет их лег
ко изолировать. В связи с этим зрелые виноградные ягоды собирали, дробили и извлекали сусло вручную непосредственно на месте сбора с соблюдением всех мер стерильности. Сусло в стерильных бутылках доставляли в лабораторию и для выявления всего спектра размножившихся дрожжей в динамике высевали на твердую питательную среду виноградное сусло- агар в чашках Петри, которые инкубировали при комнатной температуре (18...20 °C). Выросшие изолированно колонии после предварительного микроскопирования выделяли в культуру и на скошенной среде сусло-агар хранили в холодильнике, пересевая каждые 4-6 мес. Идентифицировали дрожжи по морфологическим, культуральным и физиолого-биохимическим признакам согласно определителям и пособиям (В. И. Кудрявцев, 1954; /. Lodder, 1970; Н. И. Бурьян, Л. В. Тюрина, 1979; И. П. Бабьева, В. И. Голубев, 1979).
Таксономический состав дрожжевой флоры винограда, культивируемого в экосистеме Сарыкума, по нашим данным, характеризуется наличием представителей 6 родов, 4 из которых относятся к аскомицетам: SaccharomycesMeyen, Hanseniaspora (Zikes) Kloker, PichiaHansen, Debaryomyces, a 2 рода — к несовершенным грибам TorulopsisBerlese и RhodotorulaHarrison(см. таблицу).
Дрожжевое население каждого сорта винограда характеризуется таксономической гетерогенностью. Общие для исследуемых сортов — дрожжи родов SaccharomycesMeyen и Hanseniaspora (Zikes) Kloker.
Таксоны PichiaHansen и TorulopsisBerlese идентифицированы соответственно на сортах Ркацители, Пино гри, Молдова и Ркацители, Траминер, Молдова.
Род Debaryomyces и пигментированные клетки рода RhodotorulaHarrison были изолированы с сортов соответственно Ркацители, Пино гри и Траминер, Ркацители.
Таким образом, таксономическая структура дрожжевого населения винограда, адаптированного к условиям микрорайона в окрестностях бархана Сарыкум, подтверждает общие закономерности их расселения на этом субстрате в природе. Она характеризуется гетерогенностью на уровне родов, спектр которых колеблется в зависимости от сорта винограда. Наибольшим разнообразием отличалась дрожжевая флора сорта Ркацители (6 родов, а на остальных сортах 4 рода).
Большинство из идентифицированных родов [SaccharomycesMeyen, Hanseniaspora (Zikes) Kloker, PichiaHansen и TorulopsisBerlese] — типичные представители дрожжевого населения винограда и повсеместно встречаются в винодельческих регионах мира. Дрожжевые организмы из родов Debaryomyces и RhodotorulaHarrison также относятся к естественным, но менее распространенным обитателям этого субстрата (Ж. Риберо-Гайон, Э. Пейно, П.-Риберо-Гайон, П. Сюдро, 1980).

Рис. 2. Гигантские колонии дрожжей вида Saccharomycesvini в натуральную величину на виноградном соке с агаром, выделенных с ягод винограда сортов Траминер (а), Пино гри (б) и Ркацители (в)

Исследования дрожжей рода Saccharomyces по видовому признаку позволили выявить в дрожжевом комплексе сортов Траминер, Пино гри и Ркацители вид Saccharomycesvini, имеющий важное практическое применение (его представители были изучены по отдельным морфологическим и физиолого-биохимическим критериям).
Тестирование чистых культур дрожжей вида Saccharomycesvini по основным диагностическим признакам показало, что независимо от сорта, с которого они были изолированы, морфологические и культуральные свойства их можно свести к следующей общей характеристике:
культура на виноградном соке и твердой среде виноградное сусло-агар идентична. Клетки эллипсоидной, яйцевидной и округлой форм разных размеров (5-9 х 4-8 мкм) попадаются удлиненные среднего размера 15 х 3 мкм (рис. 1);
в процессе брожения обильная пена, кольцо отсутствует. После брожения на дне замечен пылевидный белый осадок с кремоватым оттенком, наблюдается хорошее осветление среды, пленка не образуется;
на твердой среде виноградное сусло-агар отмечен штрих толстым слоем, белокремовый, матовый, маслянистый, гладкий или с веерообразными складками, с каймой по краю. При хранении в течение 6 мес до пересева на свежие среды культуры незначительно темнеют;
легко образуют 1-4 споры округлой формы, которые наблюдались в многочисленных клетках при посеве на твердые среды: виноградное сусло-агар, среда Городковой, полная и ацетатная среды.
Гигантские колонии, образуемые штаммами, изолированными как с одного, так и с разных сортов винограда различались размерами, поверхностью, формой края, характером блеска (рис. 2).
Их общие морфологические признаки включают круглую или округлую форму, белый или кремоватый цвет, сметанообразную консистенцию и непрозрачность.
Диаметр колоний штаммов независимо от сорта колебался в пределах 25-30 мм. форма края была неровной или фестончатой, поверхность различалась радиальной складчатостью, выраженной в разной степени, характером блеска (матовые и глянцевые).
В физиологическом аспекте выделенные чистые культуры дрожжей изучали на способность сбраживать среды с массовой концентрацией сахаров 28 г/100 см³. Полученные результаты показали способность дрожжей вида Saccharomycesvini, обитающих в условиях микрозоны, к быстрому преодолению высокого осмотического давления, характерного для виноградного сусла с такой концентрацией сахаров и их активному сбраживанию.
Исследования жизнедеятельности дрожжевых клеток в зависимости от температурного фактора, связь с которым общеизвестна, позволили выявить температурный интервал их размножения. Наиболее низкая температура, при которой фиксировали слабый рост клеточной массы только на 10-14-е сутки, была 3 °C, а ее максимальное значение, когда рост биомассы отмечен уже на 2-е сутки, составило 43 °C.
Способность этих изолятов к полному сбраживанию виноградного сусла при наличии 17-18 % сахаров при 37 °C в короткие сроки позволяет считать, что обитающие в микрозоне бархана Сарыкум дрожжи вида Saccharomycesvini относятся к термотолерантным формам, мало распространенным в природе. Их селекция связана с длительной адаптацией (С. А. Кишковская, Н.И. Бурьян, 1980). Для подтверждения этого предположения исследования их морфофизиологических свойств в этом аспекте продолжаются
Полученные результаты и продолжающееся изучение морфофизиологических признаков изолятов вида Saccharomycesvini, собранных в коллекцию, будут способствовать поиску корреляций между ними и экологическими характеристиками среды, что внесет определенный вклад в теорию познания адаптивных механизмов дрожжей и их экологической стратегии. Кроме того, эти сведения помогут осуществить скрининг штаммов, перспективных для производства разных типов вин.
Таким образом, впервые исследован дрожжевой комплекс, ассоциированный с виноградным растением в оригинальных по теплообеспеченности условий микрорайона в окрестностях бархана Сарыкум.
Показано наличие двух крупных таксономических групп: аскомицетов, включающих 4 рода, и аспорогенных дрожжей (2 рода). Структура дрожжевой флоры винограда на уровне родов различается в зависимости от сорта, но неизменно включает представителей родов Saccharomyces Меуеп и Hanseniaspora (Zikes) Kloker.
Выявлены и описаны наиболее характерные морфологические и культуральные признаки клеток вида Saccharomycesvini. идентифицированных в составе дрожжей- сахаромицетов, обитающих на ягодах винограда сортов Пино гри, Траминер и Ркацители. В физиолого-биохимическом аспекте их формирование и степень проявления тесно связаны с экологическими факторами среды обитания, у них отмечена способность к активному брожению в высокосахаристых средах и при высокой температуре.