Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ДРОЖЖИ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ И ИХ УЧАСТИЕ В ПРЕВРАЩЕНИЯХ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ДРОЖЖИ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ И ИХ УЧАСТИЕ В ПРЕВРАЩЕНИЯХ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА"

гъчьь

московский ОШВА шина

ОВДЕИА ОКТЯБШЛСОЙ РЕВОЛВДИИ И ОВДЕНА ТРУДОВОГО КРАОЮП) ЗНАМЕНИ ГОСУДАРС№НШЙ УШВЕРСИТБТ МнЛЛЛОМОШОСЮА.

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОНИШИЯ

На правах рухопмсх

УДК 581.52:582.28:631.445.2

россихина Ольга Глебовна

ДРОЖЖИ ЛВСШХ ЭВОСИСТЭ! И ИХ УЧАСТИВ В ПДВИДМНД ООЕДИНШИВ АЗОТА

Спвцшммюод - 03.00,07 - жхробгоюгт

АВТОРЕФЕРАТ, дкасармщп на ученой емпенж

Мооява - 1966

Работа выполнена ва кафедре биологии почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени Ы .В Ломоносова

Яаучннй руководитель: кандидат биологических наук,

доцент ИЛ.Бабьева Офмцяадьнне оппонента; доктор биологических наук,

профессор В .Т »Ешев кандидат биологических наук* научны! сотрудник СЛ.Озерская

Ведуяее учреждение: Лаборатория лесоведения АН СССР Звцнта дшссертаци состоится Uf&fartf. 198-Хг.

на заседании специализированного совета К 053.05.86 в Московском государственно* университете имени М.В Ломоносова но адресу: Москва, 119699, Ленинские горы, МП, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке факультета почвоведения HIT им. МЛ Ломоносова.

Автореферат разослан 196

Ученк! секретарь специализированного Совета, кандждят бадогпескЕС шук,

Дсиенг ИЛ^Еабьева

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАШШ

Актуальность проблемы. Актуальные проблемы экологию природных экосистем неразрывно связана с комплексным исследованием различных типов биогеоценозов. Дрож&евые организма входят в состав микробных:сообществ биогеоценозов различных природных зон, ко шс обилие, ценотяческая и функциональная роль наиболее велики в лесных экосистемах /Бабьева, ЮТ6; Зайцев, 1981/. Планомерные, комплексные исследования дрожжевого населения лесных подстилок как компонента гетеротрофного звена лесных БЩ включают выявление общих характеристик дрожжевах сообществ лесных почв и специфических особенностей, вызванных влиянием разлил- . -

I

пых климатических условий, типа растительности и типа почвообразования в почвах под различными лесными, сообществами.

Исследование функциональной роли дрожжевых грибов в процессах переработки растительных остатков позволяет более полно изучить.жизнедеятельность лесных ЕЩ,-однако'до последнего времени участие дрожжевых организмов в трансформации соединений азота практически не изучалось. Исследование способности дрожжевых организмов непосредственно участвовать в круговороте газообразных форм азота и выяснение природ» этих превращений существенно расширяет наши предстажения о функциональных возможностях эукариотеых микроорганизмов.

Гетеротрофным микроорганизмам отводится ведущая роль в -окислении соединений азота, в лесных экосистемах /Верстрэте, ЮТ5/, однако остается открытым вопрос о способности дрожжевых организмов, составлякщих. значительную долю микробного населения подстилок, к гетеротрофной нитрификации.''

- Цель работы. Сравнительное изучение численности, таксономического состава а ферментативной активности популяпай дроок-

!

жевш грибов "в почвах зонального ряда пол рарныш типами леса 'для оценки, иг участия в превращении веществ в экосистеме, глав-выы схЗразом, в трансформации соединений- азота.

Основные яяттячгг исследования. I. Сравнительное изучение распространения дрожжевых грибов в почвах лесных сообществ зо-вального^рдда преимущественно на территории русской равнины.

2. Исследование комплексов дрожжей в подстилках и почвах под разными, типами леса.

3. Эко лого-таксоиомическое исследование характерных 'для лесных почв видов дрожжевых грибов из группиррвки подстилочных сахгротрофов., -1 '

• 4. Выявление роли дрожжей в превращениях газообразных соединений азота.

Определение способности к гетеротрофной нитрификации у дрожжей из лесных подстилок.

Научна^ нфвизн^. В результате сравнительного изучения дрожжевых грибов в зональном ряду лесных почв под сходными растительными ассоциациями выявлены различия дрожжевых группировок почв "таежных" и Чшшх" лесов..Впервые на территории СССР выделены и описаны в культуре дрожжевые формы высших базидиоыи-цетов из порядка Tremeiiaj.es • Изучена роль дрожжевых грибов ' из лесных подстилок в стимулирования процесса фиксации молекулярного азота., Разработаны метода определения гетеротрофной нитрификации и газообразных потерь азота в чистых культурах дрожжей. Газово-хроштографичесюш методом установлена способность дрожжей к гетеротрофной нитрификации. .

Практическая ценность. Установление природных очагов развития и разработка методов выделения специфических группировок дрожжей с определенными эколого-физиологкческиш особенностями служит основой для направленного поиска в природе ценных перспективных видов. Создание коллекции дрожжевых форы базидио-шцетов кэ порядка Тгеше11а1ев . способствует сохранению в лабораторных условиях этих грибов, перспективных для искусственного выращивания на основа использования хозяйственно непригодных: древесных остатков. Разработанные методы определения гетеротрофной нитрифасации к газообразных потерь азота в чистых культурах дрожжей могут быть использованы в научных исследованиях по биологическое циклу азота.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были . доложены: на Всесоюзном совещании "Роль подстилки в лесных биогеоценозах" (Красноярск, 1983) > на Всесоюзном совещании ."Современные. проблемы географии экосистем" (Москва, 1984), на Щ Всесоюзной конференции-"Изучение грибов в биогеоценозах" (Ташкент, 1985), а также были представлены на УШ делегатской съезде Всесоюзного общества почвоведов (Ташкент, 1985).

Публикации. По теш диссертации опубликовано V печатных ■ работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит иэ введения, 9 глав, обсуждения результатов, выводов н списка литературы,, включавдего 138 отечественных и 154 иностранных -работ, и приложений. Работа изложена машинописных листах и включает 28 таблиц и 27 рисунков.

■ .-4- ' 1

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

. Полевые исследования и сбор почвенных образцов проводили в 1982-1985 гг. в зональном ряду почв под различными лесными сообществами преимущественно на территории Русской равнины. Для сравнительного, изучения численности и таксономического состава дрожжевых: грибов были взяты' подзолистые почвы под ельниками в зоне средней тайги, подзолистые - и дерново-подзолистые почвы под ельниками, сосняками, березняками, осинниками и "смешанными лесами южной .тайги, бурда лесные почвы под ельниками, бучинамй и дубравами лесостепей, темно-серые лесные почвы под дубравами ле со степей, желтоземы и красноземы под дубовыми и грабово-буко-выми лесами зоны влажных субтропических: лесов. Всего исследовано 339 образцов 19 почвенных разностей из 9 почвенных провинций Добровольский, Урусевская, 1984/. .

Посевы вели общедринятым методом, используя в качестве питательной' среды.сусло-агар с молочной кислотой (4 »ал/л). Для 1 выделения дрожжей candida podzoiioa помимо сусло-агара использовали агар на дерновом экстракте по методу И.С.РешетовоЙ, ' ' *

А984/. Посевы инкубировали при 5-Ю°С 2-3 недели, а затем доращивали при комнатной тешературе.

В каждой навеске' образца подсчитывали общее количество колоний дрожжей и выдзляла по возможности все выросшие колонии. Доли популяций c.podzolica .оценивали непосредственно на чашках путем микроскопии всех колоний, так как этот вид легко узнается по форме клеток. Все необходимые для идентификации выделенных штаммов тесты ставили по стандартным методикам, рекомендованным в определителе Крегер-ван Рай /Kreger-vaa Rlj ,1984/ и в руководстве И.П^БабьевоВ и В.И.Гадубева, ДЭТ9/.

Для каждого горизонта всех изученных почв ра ссчитывали следувдив показатели: I) средою численность дрожжей, кл/г b.c. субстрата; 2} показатель концентрации доминирования Симпсона:

, где Л; - оценка значительности каждого вида,

. /3.(1 *

ГУ - общая оценка значительности; 3) коэффициент разнообразия Шеннона (в битах): ^ , гдо fi¿ =■ -

относительное обилие ¿-го вида; 4) попарное сходство дрожжевых 'группировок всех изученных подстилок и дерновых почвенных гори- зонтов между собой* Для оценки сходства использовали коэффициент Сёренсена в модификации: jJ- ~j]*gfí~ * TJt&* А ~ сумма частот, встречаемости видов в I ассоциация, В - сумма частот встречаемости видов во 3 ассоциации, С - суша частот встречаемости общих видов.

Значимость влияния климатических условий, типа мстительности, типа почвы, сроков анализа на численность дрожжей оценивали методами дисперсионного анализа /Дмитриев, 1972/. На ос-4 1 •

нованзш физиологических спектров. вклпчавдих 49 тестов на способность к ассимиляции различных источников углерода и asota, для каждого вида рассчитывали "коэффициент ассимиляции":

¿2, = £ t -Jm » где i i ~ численное значение ¿ -го тес-tvJ

та, m - число' тестов. Определяли также "коэффициент использования" различных соединений, представляпций собой среднее из. численных значений тесна по ¿сем видам. ■

Типологию группировок и .выделение сходных групп проводили, ' . методами, широко известными в теории классификации и кластер-анализа /Андреев, 1980/.

Для изучения азотфиксации в бактериально-дрожжевых ассоциациях Ошш взяты образцы весенних течей березы (setula pendu-■ S- 2¿VJ '

la /. Вяза Xsimus glabra / > Дуба Auerwia robur /» яблони y&alus ер./ и лесных подстилок подзолистой, дерново-подзолис-то8 и Сурозешо-подэолистой почв на территории Звенигородской БС МГУ. Природным материалом ииокулировали безазотную среду Федорова-Калининской írfí 6,8} я выращивали в периодической культуре на качалке opa 26°С. Для получения устойчивых комплексов дрожжей и бактерий' материал сокотечений пассировала 2-4 раза i образцы подстилок - 5 раз. Азотфиксярущую активность определяла ацетиленовым методом. Анализ газов проводили на 'газово-адсорбционноы хроматографа Хром-41 с пдаыекно-ионизационным де- ' тектороы. Бактерии определяли до рода на основании ряда морфологических и физиологических признаков* используемых в схемах идентификации / Bergey , 1974 ; - Скворцова, Ï93X, 1983/.

Способность к образованию закиси азота изучали в чистых культурах дрожжей, выращиваемых в течение 3 суток в пекицилгано-вых флаконах (15 мл). закрытых ватными пробками, на сусле (5мл) с внесенным кж>3 (2 г/л) или (ш4>2зо4 (5 г/л). Пробы газа отбирали 'через 2 , 24 , 48 , 72, 120 часов инкубации культур в атмосфере С^ <1 мд/флакон) в

смеси CgHg с- Аг для создания микроаэробных условий. Анализ газовых проб проводили на гаэо- -вон хроматографе Хром-42 о детектором по теплопроводности (длина колонки - 2,2 и, диаметр - 3 ш, наполнитель îorepaie q ). Для разделения нго н ,СО>, накаюшвавдегося в культурах при . длительном инкубировании с ацетиленом, ваш предложено проводить отбор газовых проб для анализа стандартным медицинским вшрщем, снабженным прокладкой из аскарита (весом 0,4 г), по-глещажщей С02 при IOQ(S-hom его содержании в газовой $азе.

Эксперименты по определенно гетеротрофной нитрификации в

почвах проводили методой компостирования в 4 вариантах: с простым увлажнением до 60% ОВ; с внесением растворенного (ш^)гго4 (0*14 гДООг почвы); с увлажнением и внесением ингибитора ав-тотрофной нитрификации аминотриаэола АТС-60 (1,6 ыг действующего вещества на 100 г почвы); о внесением растворенного (кн.)„so.

. \ ■ 4.2 4

а АТС-60. Образцы почв инкубировали во влажной камере при 20С -

в течение 15 суток. Нитраты восстанавливали до нитритов zn. пылью на холоду /chaw, Johnstone , 1962/, нитриты определяли на 7 и 15 сутки по Гряссу-Илосвав /Аринупжина, 1970/. Натрифи- ' цирувдую способность почвы ( мгы/100 г) оценивали по разности содержания в вей суммы нитритов и нитратов до в после компостирования. '

Нитрификацию в чистых культурах дрожжей определяла на средах с минеральным ( (hh^JjSO^ ) и органическим (пептон) азотом, *с I j « 5 : I, Колбы о 50 шх среды засевали коллекционными и свежевыделенными культурами'дрожжей, инкубировали на качалке при 25°С, отбирали пробы на анализ на 4, 6, 8, 10, 14, 16, 20, 27 сутки. Кудьтуральную жидкость отделяли от клеток фильтрова- -нием и определяли содержаниеvb ней нитритов и нитратов*

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Количественная сценка распространения дрожжей в лесных почвах зонального ряда

Широкий набор выбранных для исследования лесных почв позволяет вдавить обще особенности распространения и видовой структур» дрожжевых грибов в почвах лесных экосистем и специфические.особенности, вызванные влиянием климатических условий/ типа растительности и типа почвы. -

. Распределение до профит лесных почв дрожжевых организмов

-в—

1

зимогенной а автохтонной группировок различно. Во всех.исследовавши почвах зонального ряда численность дрожжей, связанных с растительный опадои (зимогенная группировка), наиболее высока в подстилках, где достигает Ю^-Ю5 кл/г. Обильно заселен дрожжами таете дерновый горизонт почв, ниже 20-30 см численность этой группировки дрожжей не превышает 10® кл/г (рис. 1}. Плотность .* популяции автохтонных почвенных дрожжей Ыр опусе а врр. мак— ооЕИйна на глубине 5-40 см. ' • -

Исследования врешнных изменений численности дроххей в ласта почвах проводили в подзолистой, дерново-подзолистой и буро-земно-подзолистой почвах Московской обл. на основании 3-4 авали-' зов, выполненных весной, детом и осенью. Обилие дрожжей во всех -почвах минимально летом в увеличивается к осени. Летний спад чис-левности дрожжей наиболее выражен в почвах етшх зон, где эти организмы в засушливый период практически не, выявляются. В колебаниях численности дрожжей Ырощус*е в лесных почвах по сезонам -года определенных законоизрностей ве обнаружено.

Результаты оценки значимости влияния факторов кллката, растительности в типа почвы.на численность. 8вмогенвых дрожжей из подстилок н дерновых горизонтов почв зояадьного ряда методом дисперсионного анализа позволят заключитьчто исследованные почш статистически достоверно ве различался по данному призиа- .

Однако численность почвенных дрозскей липоиицетов определяется тиши почш и закономерно возрастает в зовальнои роду от полного отсутствия в подзоле Кош АССР *до 100% со всему профшш в темно-серой лесной почве лесостепной зоны.

Видовая струкгура сообществ в лесных почвах зонального ряда '

В годе работы было выделено свыше 1200 штаммов дрожжей.

10 20

30

10

20

30

Ч*

4 •

Рис. I. Пределы колебания.средней численное*» эимогенной ' группировки дрожжей (Л/, тыс. кл/г). в зональном раду- лесных почв.

Почвы: I - подзолистые Кош АССР; 2 - дерново-подзолиетне.мной тайги; 3 - темко-серая лесная . Воронежской обл.; 4 - желтозем Ленкораяской обл.

-ю- . ■ ;

которые отнесли к 17 родам и 60 видам. В диссертации приводят-' ся флористический список дрожжей и характеристики семи не, они-. санных ранее видов дрожжей и дрожжеподобных грибов.

В таксономическом списке представлены дрожжи всех классов: II водов аскоыицетошх, 6 видов базидаошцетовых и 43 вида дей-теромвдетовых. Соотношение базидиомицетовых и аскомицетовых дрожжей, рассчитанное по числу видов, приблизительно равно двум как для аваморф, так и Для телёеморф, что является отличительной чертой лесных экосистем по сравнению с тундрой и степью /Бабаева, 1ЭТ6 • 1984/. /

С помощью показателя частоты встречаемости вида /Озерская, 1980/ методом посева выявили комплекс дрожжевых грибов, специфичный для лесных экосистем в целом (табл. I). Комплексы дрожжей в подстилках и дерновых почвенных горизонтах очень близки по структуре, однако видовое разнообразие закономерно уменьшается в сукцессиониоы ряду подстилка - дерновые горизонты - минеральные горизонты почв. Это свидетельствует о том, что формирование дрожжевого сообщества лесных почв происходит, по-ви-ь диыому, в нижних слоях подстилки и дерновых горизонтах. Сравнение кривых распределения встречаемостей и показателей концентрации доминирования для различных лесных почв зонального ряда показало, что наилучшие условия для развития дрожжей в желтозема Ленкоравской обл., а особенно неблагоприятны дня этих организмов подзолистые почш Кош АССР.

По видовому составу дрожжевые сообщества исследуедах лесных почв слабо различаются между собой. Исключением являются • виды Сг.*е?г1со1ив и ь.ИроГег * Первый доминирует в та- . ежных почвах, во полностью отсутствует в почвах ле со степей, широколиственных и субтропических лесов, а второй шделен толь—

Видовой состав дрожжей в исследованных лесных почвах с учетом их встречаемости

Таблица I

Субстрат

Типичные .

Частые

Редкие

Подстилка Сг.(егт1оо1иа . +

ШЬ.ЬапавпИ

почва

Тг.р«11и1аов

Лиг•ри11и1апв Сг.аег1из Сг.1аихеп111 Cr.dll£1иеав

С.попге^са С* во1ао1 Сап<11&а яр.1 СеинИда ер* 2 Сг.а1Ъ1<1и£ Rh.gr от±п1а ИЬ.гиЬга

1 Подстилка . Тг* м^апешв

С.ройгоЦса Ьеи* эсоЪги Тгви.тееепгег±оа ТгетвИа ар И Шмйовр •сар±Ъакит

ВиНега ер* Ьви.евИАит

Зр.го&еия ТгетеНа ер .2

Почва

С.ройгоИса I.. е^агкеу!

Сг^еггеиа Ь.ИроХег Тг* си1апеищ

' Н . р о1утогр1ш Р * ви11Д1егтопЛ11.

Встречаемость в образцах:

> 30% типичные 10-30$ частые 1-10$ редкие

ко из подзолистой почвы средней тайги и темно-серой лесной почвы лесостепной зоны, Методом кластерногр анализа о использованием показателей частоты встречаемости видов в качестве признаков все дрожжевые группировки подстилок и дерновых горизонтов при достаточно, низких коэффициентах сходства между ними Í2X-62Í) разбиваются на два типа: I) из шчв "таежных" лесов; 2) из почв "южных" лесов (рис; 2). Дендрограьащ отражают ведущее влияние клидатаческого фактора на состав видов дрожжей. В одинаковых клиштических условиях видовой состав подстилочных дрожжей зависит от типа леса, тип почвы влияет на состав дрожжей в дерновых горизонтах.

Комплекс типичных видов'дрожжей лесных КЩ, выявляемый методом накопительного культивирования /Нагорная, 1973/, характеризуется преобладанием а ско споровых бродящих видов - обитателей специфических субстратов леса и не выделяемых из подстилок обычными методами. Эти дрожжи, отнесенные нами к эколого-трофи-ческой группировке "случайных" видов, включают Deb.poiyraorpbuB, Deb.vsuriji, Н.anómala, H.c&psul&ta, Р.pbilogae, a*ap.uvarum, H'sp.Talbyeasia, Kl.apiculata, KL. japónica. Основные эколого-тро^ические группировки дрожжей лесных экосистем, выделенные нами на основании подученных экологических данных - это эпифиты подстилочные сапротрофы а собственно почвенные дрожжи. Спецнфич ной для лесной зоны можно считать группу подстилочных сапротро-фов, которая преобладает в кислых почвах таежных лесов; в почвах зоны широколиственных лесов с нейтральной реакцией хорошо представлены комплексы эпвфитных и. почвенных- дрожжей.

Рис. 2. Деядрограмма сходства (з ) группировок дрожжей аз АО (I) а А1 (0) лесных почв: I - подзолистые -Коми АССР; 2 - дерново-подзолистые Новгородской обл., ПермекоЙ обл., Свердловской обл.,; -3 - дерново-подзолистая Московской обл.; 4 — подзолистая Московской обл.; 5 — бурозёмно-лесшо Закарпатской обл.; 7 - желтозем, краснозем Аджарской АССР, Левкоранской обл,; 8 - темно-серые лесные Воронежской обл.

Эколого-тахсоношческий статус специфических видов ■ дрожжевых Грибов лесной подстилки Candida podaolica и Tremelia spp..

J ' ■ ■

Из сравнения по распространению типичных для лес-

ных экосистем видов дрожжей в почвах других экосистем /БаОьева, 1376; Бабьева и др., 1978, 1985/ следует, что характерными для лесной зоны являются дрожжи c.podzolica ' и сходные с ними по экологии, физиологии и таксономическому положении дрожжеподоб-ше грибы из порядка Т remolíales.

В работе показано, что дрожжи c.podzolica особенно обильны в кислых почвах, причем их доля в дрожжевой микрофлоре увеличивается по мере усиления-степени оподзоливания. Данный' вид тяготеет к верхним почвенным горизонтам и нижним слоям под- . стилки, где его встречаемость в образдах составляет до 48?.-

Изучение свойств 70 изолятов, выделенных из разных географических районов, по полной схеме' стандартного описания дрожжей Aalt , Yarrow , 1984/ показало, что вид слабо диворгирует в пределах изученного ареала и адаптирован , к жизни в широком диапазоне условий, характерных для лесных почв. Характер зависимости роста дрожжей c.podzolica от различных исходных значений рН среды определяли в интервале значений от 3,0 до 7,0 по величине оптической плотности (рис, 3). Оптимальные значения fíi для большинства,изолятов лежат ниже 5,0, величина оптимума является штаммовым.признаком.

■ В работе обсуждается таксономическое положение вида O.pod-

zolica. Мы предполагаем-родство этих дрожжей по принципу анаморфа-

телеоморфа с высшими а$филофоровымя или тремелловыми грибами, 4 1 учитывая* их экологическое сходство.

Впервые на территории СССР из лесных почв зонального ряда

вами было выделено 40 штаммов дрожжепсдобных грибов, которые на основании морфологических и физиологических признаков отнесли к родам Р1Ьи1оЪаз1а1ит и Тгете11а • Эти организим обнаружены почти во всех типах леса на территории русской равнины и!приурочены к подстилкам. I? штаммов соответствуют описаниям Хг.1ис1Гогт18 и Тг.е1оЪоарога • 3 вида

р* ТгешеПа И 2 вида р. Р1Ъи1оЪаа1й1ит представляют собой Не

< . . V

описанные ранее дрожжевые формы. Они характеризуются экологической обособленностью.и встречаются преимущественно в почвах "ганых" лесов. Некоторые физиологические свойства условно новых видов, в частности, способность р1ъи1оъав1<ц.ит ер. 1 2 тгетеНа ер.з ассимилировать нитраты, .заставляют пересмотреть предложенною схему идентификации видов и родов семейств тгеюе1-1 асе ее и Si.ro Ъаа1<Цас е /вапйоп! . 1984/. ,

Физиологические особенности дрожжей из различных субстратов леса

Функциональные возможности группировок дрожжей из лесных ЕЩ отражены в их физиологических свойствах. Дрожжи из лесных подстилок и почв обладают высокими коэффициентами ассимиляции {рис. 4). Цодавлятаее большинство исследованных видов ассимилировало моно- и олигосахариды, аминокислоты и амины. Более слабо усваивались органические кислоты, спирты, гетероциклические соединения. Подстилочные дрожжи обладают значительной гидролитической способностью, разлагают полисахариды крох юл, инулин, целлюлозу, пектин, лигнин. 14% исследованных штаммов гидролизо-вали комплекс желатины. Физиологическая специализация видов дрожжей из лесных подстилок и почв незначительна. '

! 3 4 5 6 7 рН •

Рис. 3.. Зависимость роста популяций с.ройгпИса аз разных шчв от рН среды

Шташы: —•— Гв 5. -о-К б ■ . 0 , „, Пр 9

■ Сп 8

.Б 2

X' 9

5 4

з: 2

I

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 а

Рас. 4. Ассимиляционные свойства группировок дрожжей йз 4 субстратов в ранжированном ряду'видов дрожжей <б ) по их коэффициенту ассимиляции 1С» ) •

Обозначения: -

• эксудаты деревьев

д филлосфера

в подстилка

X почва

Дрожжи лесник экосистем в микробных - \ ддазотрофных сообществах ,

Синергизм в явлении азотфиксации бил показан для совместных культур дрожжей и бактерий из филлосферы растений и почвы /Бабьева и др., 1977; Бабьева» Садыков, 1980/. В нашей работе рассмотрены бактериально-дрожжевые ассоциации из эксудатов деревьев н лесных подстилок.

Азотфяксаддя в микробных ассоциациях течей деревьев протекает с высокой интенсивностью, достигая 2,86 мкг н2 /флакон/ час. От 29^ до даазотрофвых бактерий явились активными азотфиксаторами (фиксировали от 0,067 до 1, 211 ыкт ы2 /.проб/ час), шогие из них образовывала комплексы с дроаааш. При искусственном смешивании активных бактерий с дрожжами из того* же образна на косякахЯбезазотвой средой в 9 случаях из 26 дрожжи

Deb. haneenii , H. be uracil , H' sp. vine as , Scode a ludwigil и Zygo eaçc h. bai li i увеличивала нитрогеназную активность бактерий в 1,5-10 раз, ■ ' \ ■

Во всех накопительных культурах из лесных подстилок и дерновых горизонтов, но не*во все сроки анализа, обнаружена азот-фиксация. Азотфиксирупдая активность ассоциаций из дерново-подзолистой почвы значительно вше, чем у ассоциаций из подзолистой и бурозешо-подзодистой почв. Из накопительных культур, показавшие.наибольшую нитрогеназную активность, на среде федо-рова-КалгиивсхоЙ было выделено и проверено на а'зотфвксашш 120 чистых культур бактерий а бактериальных комплексов. Активные бактериальные комплексы, составляющие-6% от изолнтов, приурочены исключительно к «итичм слоям подстилка в дерновым горизонтам дедово-подзолистой и подзолистой почв. Видовой состав дрожжей

-18в накопительных культурах, выявляемый при посеве на подкисленные CA, характеризуется преобладанием аскоспоровых бродящих видов из трупп "случайных* и незначительно меняется по пере пассирования, что позволяет уже в начале опыта считать азот-фиксирутщие ассопиации слож ишимися. ■ . ■

В искусственно созданных бактериально-дрожжевых- ассоциациях увеличение азотфаксярувдей активности по сравнению с контролем ваблвдалось у 2 бактериальных комплексов из 7 проверенных. В комплексе Б 57 из дерново-подзолистой почвы, состоящем из бактерий типа Pseudomonas , дрожжи усиливали бактериальную фтлдпуп азота в 1,8-6 раз; в смешанной культуреiaeudomonae ер. и Bacillus ар. (комплекс Б 145) при внесении дрожжей азотфик-сапяя* возрастала во всех вариантах опыта от 2,3 до 50 раз' (рис. 5). •

мест н g/npoöaac 1.2 1.0

0.8 0.6 0.4

0.2 О

2 3

5 -6

' Б145 I ;Б57

Рис. 5. Нитрогевазная активность бактериальных комплексов Б 145 (—) и £57 (—О в смеси с дрожжами иа . . подстилки: I - Deb.baaseiiii 1^0; 2 - De b.polj то Typhus 130; 3 - Deb.vaurlji neum 381; 5 - Tr.pullulaaa 125l 7 - R'ep. uvarun .

301; 4 - Tr.cuta-412; 6 - H.anomale

\

/

Вследствие .специфичности видового состава дрожжей,' используемых в наших экспериментах, полученные результаты можно распространять на отдельные микрозоны лесной подстилки и рассматривать их как модель подстилки в целом.

Гетеротрофная нитрификация у дрожжей и образование закиси азота

I

Объединенные в этом разделе исследования по оценке гетеротрофной нитрификации в природной среде, роля дрожжей в процес-

•ц ' , •

сах гетеротрофной нитрификации и образования до настоящего времени не проводились, поэтому в работе дается ряд методических рекомендаций. ,

Примененный вами для определения, гетеротрофной нитрификации в лесных почвах метод. компостирования о ингибитором авто-трофеой нитрификации АТС не позволяет прямо оценить масштабы * этого процесса вследствие больших^газообразных потерь азота, которые не учитывался современными методами. По сравнению с. автотрофяой нитрификацией нитрификация, проводимая гетеротрофными микроорганизмами, при высокой ях численности в компостируемых почвах- не значима в цикле азота.

В экспериментах с чистыми культурами дрожжей ва среде о сульфатом ашония проверяли образование нитратов и нитритов у 45 коллекционных штаммов дрожжей из рр. .1игеоЪавЗ.(11ит , Ска- • ЗД&а (Сгтргооосоив, РеЪагуотусвв, Ввпвегш1&, Ыроиуеев, ка>1а, Вй<1воп1а, Иш1Г1а, ИеЬАа, ЕЬэЛ«Доги1а, ЕЬойо8рог1Д1ит, ЗдосЬогошусеа, ЗавсЬагошусо^ев, Тоги1ааро1-а, Ш11орв1э. Во всех случаях накапливаемые количества окисленных форм азота не ..превышали ОД ыг/л, то есть находились на грани чувствительности метода. Аналогичные результаты получены в опытах о 19

- ■ -го- ■

сБажевыдаленнши культурами дрожжей ш среде с пептоном.

В работах последнего десятилетия указывается на возможность образования в^о микроорганизмами в результате не только девитрификации /в!еakXey.TKdjа, , 1962; Веденина, Лебединский, 19&4/. Нами показано образование я2о - дрожжами на сусле с као^ в микроаэробных условиях после суток инкубирования в атмосфере ацетилена (табл. 2). Выделение SgO дрожжами не связано с активностью а ссималяторной иитратредуктазы. Наиболее активными продуцентами закиси азота являются как ассимилирующие, так и веассимилирушдае нитрат мпярооргаЕЕЗШ, а именно представители родов Haasenula, Piobia, Candida . Известно, что эти дрожжи обладают активными, ферментами каталазой и пёроасвд&зой, участие которых в процессах гетеротрофной нитрификации и дисскма-ляционного образования обсуждается многими авторами / Molina, Alexander, 1972; Горленко и др., 1977/. Почвенные дрожжи l. anomalus, L. Xipofer и обитатели фидлосфери Cr. Xauren-tii с низкой каталазвой активностью н2о не образуют. При . росте в аэробных условиях на сусле с (Ш.),5о. , то есть в условиях, способстувдих цротеканию гетеротрофной нитрификации, интенсивность выделения н2о активными дрожжами родов Hansenuia, Pichia, Candid» , а также неактивным видом cr. Xaurentll' былч значительно вше, чем в условиях дассямиляционного восстановления нитратов в аммоний (табл. 2).

Результаты этого эксперимента свидетельствуют в пользу гипотезы об образовании к2о' дрожжевыми организмами в процессе гетеротрофной нитрификации.

Таблиид 2

Образование н2о дрожжами при различных условиях и режимах инкубации

Штаммы -дрожжей

МоО, мг/ш среды zI'O^1

Ассимилирушие нитрат Н. biraundalis КВД* 75 24,0-36,0

1

H. polymorphe КШ 2734 42,0-24,0 ■ 24,0-48,0 К. wickerhamii КЕП 22а 4,8-9,6 -Hansaxmla sp. 847. 4,8 36,0-48,0 С. methylica Ц- 2,4-4,6 - . Rh. glutinis 363 2,4

Неассимшшрупше нитрат

Г. bovis КЕП 2435 43,2-48,0

Р. guilliennondii 87 2,4-7,2 2,4-24,0

I. vird КЕП2531 ' 7,2-9,6 ; -С. membranaefасiела 128 7,2-24,0 —

С. ten*uiS ИЗ - 0-4,8 2,4-4,8.

Cr. laurentii 84 , 0 0-4,8

Cr. laurentii 474 0 .2,4-7,2

L. lipofer Л 6 0 -

I - микроаэробныв условия, КНО^ П - аэробные условия, ^ны4^г0О4

* КВа - штаимы из коллекции кафедры биологии почв

• ВЫВОДЫ-

1. Изучено дрожжевое население лесных почв в зональной ряду: подзолистые средней тайги - дерново-подзолистые южной тайги - буроземы широколиственных лесов - темно-серые лесные лесостепей - желтоземы, красноземы влажных субтропических лесов, В итоге проанализировано 19 рочвенных разностей, сформировавшихся под 15-в различными лесными сообществами. Исследования по распространению и видовой структуре комплексов дрожжевых грибов в лесных экосистемах позволили выделить 4 эколого-трофи-ческих группы, каждая из которых специфична, хорошо выражена и представлена различными доминируицими вйдами с разной экологией и адаптаиияыи. Это эпифиты, подстилочные сацрогрофы,собственно почвенные .формы к сборная группа видов с узкой экологической нишей из характерных лесных местообитаний. Наибольшую функциональную нагрузку по разложению лесного, опада несет группировка подстилочных сапротрофов,хорото выраженная только в лесных биогеоценозах.

2. Факторы климата, состава растительной ассоциации и типа почвы не оказывают значимого влияния на численность зимогенной группировки дрожжей (эпифитов и подстилочных саггротрофов) в лесных почвах зонального ряда. Обилие дрожжей автохтонной грушсг-ровки (собственно почвенных форм) с севера на юг закономерно возрастает. Видовой состав и структура дрожжевых группировок определяются преимущественно климатическими факторами. Выделяются два контрастных типа группировок: I) из почв "таёжных" лесов; 2) из почв "ккных" лесов. В одинаковых климатических условиях видовой состав подстилочных дрожжей зависит от типа леса, тип почвы влияет на сйстав дрожжей в дерновых горизонтах.

■ -233. Наибольшая плотность и самое высокое видовое разнооб-

■ >

разве дрожжей во всех исследованных почвах выявлено в подстилке. Собственно почвенные формы, такие как липомицеты» приурочены к верхней части почвенного профиля, достигая максицума численности в дерновой горизонте.

4, В составе дрожжевой группировки цочв>лесного пояса видовое разнообразие базадиомицетоашс организмов, включая анамор-фы, вше, чем аскомицэтовых дрожжей. Впервые на территории СССР из подстилок под различными лесными сообществами выделены дрожжевые анаморфы высших базидиомицетовых грибов из порядка Тгете11а1«з - разрушителей древесины. Выявлено пять предположительно новых видов, свойства которых позволяют расширить существующую схему идентификации родов и видов семейств ТгетеНа-севе и 31гоЪае141асеае по дрожжевым анаморфам. Аскомице-, товые дрожжи встречаются преимущественно в специфических местообитаниях лесных биогеоценозов; связанных с жизнью насекомых, .

♦ ■

и обнаруживаются в накопительных культурах на богатых углеводами средах.

5. Основная функция дрожжей в цикле соединений азота в почвах лесных экосистем — непосредственное или в ассоциациях

с Сактериямд-диазотрофами участие в превращениях газообразного азота в форме; ели н£0 . Дрожжи родов и«Ъагуойусеа * Нап-ееп±аерога , Напвепи1а и Тг1сЬоэрогоп из подстилки березового леса Московской области усиливали фиксацию азота бактериями от 2,3 до 50' раз. На средах с минеральными и органическими формами азота проверенные в чистых культурах дрожжи из 17 родов не образовывали нитриты а нитраты в значимых количествах. В результате исследований, проведенных газово-хроштографочес-ким методом с использованием предложенного нами сжкхиЗа отбора

газовой пробы, показано, что дрожки из родов Haaeeñiila, Piehla, Candida , для которых известна шсокая активность синтеза ката-лазы и пероксидазы, образуют закись азота в условиях,,способствующих протеканию гетеротрофной нитрификации.

По материалам диссертации опубликованы следухщие работы:

1. Дрожжи рода Candida Bertcbout в лесник подстилках //

* -

Роль подстилки в лесных биогеоценозах: Тез.докл.Всес.совещ.,, Красноярск, 14-16 сент.1983г.- C.XS-I6 / в соавт.. с И.П.Бабьевой/.

2. Сравнительная характеристика комплексов дрожжевых грибов в тундровых и лесных экосистемах // Современные проблемы географии экосистем: Тез.докл.Всео.совещ., Москва, 12-13 дек. 1984.- С. 129-130 / в соавт. с И.П.Бабьевой, И. ¡0, Черновым/• .

3. Дрожжевые и мицелиальные микроскопические грибы в желтоземах // Вест. Моск. ун-та.- Сер.17, Почвоведение. --1985. * I.'-. С* 48-53 / в соавт. с И.П.Бабьевой, И.О.Решетовой, Е.Н.Бабвевой/.

4. Эпифитные и сапротрофные группировки дрожжей в зональных . растителькнх сообществах*// Изучение грибов в биогеоценозах:^ Тез. докл. Всес. конф., Ташкент, 23-56 апр.1985 г.- C.I0-I2 / в со- ' авт. с И.П.Бабьевой, И ,Ю .Черновым, UЛ.БиноваровоЕ/.

5. функции дрожжей в превращении соединений азота в почвах лесных экосистем // Тез.докл.УП делзгат.съезда Всес. об-ва почв., Ташкент, 1985 г.- Ч. Н.-^С. 172. •'.*■■

i

6. Эколого-таксономический статус дрожжей Candida podssolica из лесных почв // Вест. Моск.^ун-та. Сер. 17,. Почвоведение 1986,- Jí 2.-С.52-58 / в соавт. с И.П.Бабье вой/.

7. Бактериально-дрожжевые диазотрофныа ассоциации из соко-течений деревьев // Виол, науки, 1987,- * 2.~'С. /в соавт. с И.П.Бабьевой/. .

Поллис*но * я*ч«тк Л-ИМШ Формат 6СЫ90/16. Усл. печ. л. Уч.-иап. л.

Тираж 400 мз. Здавэ

Орлеца 'Зкаж Почвта'иэдвтелкпбо Мосювского университета. 103009, Москм. гл. Герцем. 5/7. Типография Фроекд "Энли Почотл" ншпяъ«тм МГУ. 119699, Москву Л«И1на№ горм.