Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОПУЛЯЦИЙ АКТИНОМИЦЕТОВ В ПОЧВАХ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОПУЛЯЦИЙ АКТИНОМИЦЕТОВ В ПОЧВАХ"

J - тео

к

I ^МИ I I I

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

МИХАЙЛОВ Валерий Викторович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОПУЛЯЦИЙ АКШНСМИЦЕГШ

В ПОЧВАХ

Специальность 03.00.07 - микробиология

г

^ Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА* 1982

Рабата выполнена на яафедре билаогин почв факультета Почвоведения Московского государственного университета ии.Ы.В.Ломоносова.

' Научный руководитель; доктор биологических наук,

, профессор ДЛЧЗВНГИЫЩВ

Официальные оппоненты: доктор биологически наук,

старший научный сотрудник, EU С.АГРЕ

кандидат биологических ваух, старший научный сотрудник, К.А.ВИНОГРАДОВА

Ведущее учреждение - Московская сельскохозяйственная академхя им. К.А.Ти«арязев&

Защита состоится "jfj_n СЮ-аелк 198 У года в /S £ часов на заседании специализированного Совета по почвоведению в МГУ им.И,В.Ломоносова в аудитории Ы-2.

С диссертацией ыохно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан * » л. с-у198 ? года.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного Совета во почвоведение в МГУ jut.lt.B, Ломоносова, а отзыва на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу: Ц7234, Москва, Ленинские горы, ИГУ, факультет почвоведения. Ученый Совет.

Ученый секретарь специализированного Совета. , л

ДОДент fitИ.П.Бабьева

■ А*Ту^и^яостъ проблемы. Вопроси вкологичесноа ыякробяологжн традйшгонво вызывает интерес советских ткробколагов* В основу эта! области знания легли ждеж В.И»Вернадского к С»Н.Еиногралско- , го. Последний разработал экологическая принцип изучения микроорганизмов, соотоявдй в сочетавм. методов культ »верования их в условиях, "близки к прародаым" о непосредственный наблпденхем в естественной среде обнтаняя.

Отличительной чертой современного этапа развятия мстробыоЯ экология является то» что отношение организмов к среде рассматривается на популягоонном уровне. Взаимоотношения микроорганизмов различных ввдов между собой также рассматриваются на уровне ^ _ популяций.

Актжнсмяцетн - представители рода зггергоитсвв — играют существенную роль в разложен»« поступаю»»! в лочву оргавнческжх . веществг в их преобразован»* я синтезе новых соединено*, в создана» почвенного плодородия. Способность акткномпетов образовывать биологически актквнне соединения (например, антибиотики) представляет агршвн& интерес для популяциояяаго анализа яри изучен»» биотических взаимодействий.

Традиционное изучение стрецтокицвтов на лабораторных пята-тельных средах ае может в полков мере осветить особенности раз-, вятия этих микроорганизмов непосредственно в почве. Имездяеся зе сведения о хнанедеятельности ахтаноывцетов в природной среде обитания далеко ве полны я противоречивы. До настоящего времен» почтя не проводилось исследований давящи» численности ак-тинокиаетав в нестерильной почве на уровне видовых посуляпдй, мало изучен вопрос о формах существования (мжцелхй-слорн) актя-номщетсщ в почве, нет сведений о взакмоотнсаениях актжношще-тов различию: видов между собой непосредственно в почве. Такое неудовлетворительное положение связано в первую очередь с ме-тоджческжын трудностями, стоящими на пут» к раэревешш ,

вопросов.

Представлялось своевременным в целесообразным изучить некоторые аспекты жизнедеятельности почвенных актяномщетов рода з^ерготусез в жх естественной среде обитания, для чего необходимо было разработать соответствующее методические приемы.-

Цель работы. Разработка методов исследования биотических взаимоотношений видовых пооулвджй актянсмицетов о последушцим выяснением закономерностей динамики этих воцуляцкй после раздельного н совместного внесения в почву в условиях лабораторных

Ь^лЖШШ

опытов.

Основные аадачи исследования. I. Поиски в природе в вдов актин омжцет об, обладающих яркой собственное люминесценцией при освещении ультрафиолетом, что дает возможность дифференцировать атж виды от других почвенных актаномщетов. Идентификация этих видов» 2. Разработка метода посева ва твердые питательные среда с добавлением антибиотиков в комбинации с автофлуресцетшей и тепловой обработкой культуры для выявления к количественного учета популяции к изучения ее структуры после внесения в нестерильную почву. 3« Изучение динамики численности и структуры С сдорн-шделий) популяций ахтивомидетосв после внесения в нестерильные почвы в зависимости от уровня к формы (мицелий ндн споры) внесения, я типа почвы в условиях лаборатории опытов. 4. разработка методических подходов, позволяющих изучать в почве биотические взаимоотношения популяций актив оищетов по типу антагонизма. 5, Изучение биотических взаимоотношений виковых популяций ажтнномнцетов непосредственно в почве.

Научная новизна. На основе разработанных методов количественного учета актнвсмицетянх популяций в почве определена динамика численности и структура популяций, а также типы межаоцуля— цкоявых взаимодействий.

Практическая ценностьт Разработанные методические подходы могут применяться при решении вопросов, связанных о выявлением, изучением к количественным учетом видовых популяций актин ошце-тов в нестерильной почве, а также при изучении биотических взаимодействий популяций в почве. Подученные результаты могут использоваться при изучении вопросов биодиагностики почв, бактериальных удобрений, микробного антагонизма и т.д.

Апробация работыг Основные положения диссертации1 были доложены на заседании кафедры биологии почв факультета почвоведе— -ния МГУ (1981).

Публикации По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Объем работы. Диссертация состоят из введения, $ глав, обсуждения результатов, выводов. Материалы диссертации изложены на ¡Ъо страницах машинописного текста, содержатся 7/ рисунков, список литературы, из/Я У названий (из них К-0 - зарубежные).

Автор выражает свсю искрению признательность ст.н.с. Г.Ы.ЗеновоЙ за помощь в работе. Автор благодарит мл.н.с. Д.м.Полян скую за постоянные консультации в.процессе выполнения работы.

СБЬЕКТЫ И ПЕГ ОДЫ ИССВДИШНИЯ

В качестве объектов изучения были взяты популяция strepto-myoea laaatua штамм 21-6, Str. fracliae ВТвММ C-40 Я st г. parvullus каш С-Ш»

Культура str. lanatus была выделена жз серозема

(Туркмения) в хранилась в музее актнномкаетов кафадрн биологии почв факультета почвоведения ЮТ.

Культуры двух других актиноищетав были отобраны в результате направленного поиска (исследовались различено почвы СССР) хз серозема типичного (совхоз "Ыехнатабад" Ферганская должна, Узбекистан). Бее они отвечают следуюашм требованиям, необходимым для дальнейшей работа:

- каждый вод кмеет ярку», отличную от других видов, автофлуоресценцию при освещении ультрафиолетом, что дает возможность дифференцировать его от других почвенных актиномждетов;

- при рассевах не дает не лшанесцирупщих колоний;

- хорошо растет на обычных лабораторных средах ;

- дает достаточное количество спор для приготовления мо-носноровых суспензий высоких концентраций.

Субстратный ыкцелий Str. lanatua . Str. fradiae и str. p&rruiius обладает соответственно зеленовато-желтой, ярко-желтой н ярко-оранхевой люминесценцией при освещении его ультрафиолетовым светом.

Для видовой идентификации изучали морфологические, культу-ральные я фиэяолаго-бжохжмические свойства выделенных культур по общепринятым методикам ( schilling , Gottlieb ,1966). Определение проводили по "Определители Берги* ( Berg eye jianu-al of Determinative Bacteriology B.ed^I974). Культуры определены BaKStrерtomyo es fradiae я как втамм, близкий к Streptcroy-ces panruixua , который в дальнейшей для краткости мы будем обозначать этим названием.

Методом агаровых блоков и серийных разведений определили, что str. fradiae является антагонистом по отношения к str. laaatus , а Str. lan&tue я Str. parvullua анта-

гонистических свойств на питательных средах друг к другу не проявляют.

В работе использовали водные суспензия спор я мицелия. Суспензия спор готовили со методике В.Д.Кузнецова <1972). Для получения мицвдня культуры акткноапцетав взращивали в условиях

Км«. o;Ä. t-M9y а ¿д. fr:. K.Ä. '¡«uz?am

. ' й „

погруженной культуры в колбах с хкдкоб средой Чапека на круговой качалке (240 об/мин) при 28°-30°. В качестве иясдаулята использовали новосдоровые суспензии. Концентрацию обрывков мицелия х спор з разведениях определяй при помощи люминесцентного шшроек опа Ш-2 по описанвой методике (Звягжяцев о соавт., 1980),

В ходе опытов в почвы вносила водные суспеязяи спор к мицелия, содержащие различные количества колонжеоОраэугщп единиц.

Аля изучения численности и структуры внесенных в

нестерыьЕше почвы популяций актхношдетов использовали метод посева на твердив питательные среда с добавлением антибиотиков - нистатина (03 мкг на I ил среда) к бензшшекЕЦЫЛНва (0,5 мят ва I ш среда) для хнгнбированяя роста грибов я некоторых Сажтерж! с целью более полного подсчета колоний изучаемых ак- . тхяамиветов. Эти антибиотики в указанных концентрациях не угнетали роста изучаема антиномицетов.

3tr.fradiae И Str. lanatus ЯВЛЯЕТСЯ антагонистами. В данном случае высев из почвы на одну я ту хе питательную среду после совместного внесения в почву популяций обоях ахтияоми-цетов не пригоден, так как ве все колонн еобравуюше единицы популяции str. lanatus могут прорасти в аткх условиях. Наш предложен метод дифференцированного количественного учета попу: ляций антагонистов»str. fradiae не утилизирует i — рамнозу, но утилизирует d - ксилозу, а 3tг. laaatus не утилизирует d - ксилозу, во утилизирует i - рамнозу. Основываясь на атом факта, достаточно просто оценить в каждый момент времени не только плотность популяции микроба-антагониста ( str. fradiae )» но ж плотность популяции микроорганизма, подвергавшегося дейст-. ви» этого антагониста (str. lanatus ). Высев из почвы производили на среду Предгейма х Готтлиба (Pridham .Gattlieb , 1943) с соответствуюодма углеводами.

Для количественного учета изученных стрептомацетов через определенные сроки брали по 2-3 смешанных (из нескольких индивидуальных) образца почвы а посев из каждого образца проводили на 10 параллельных чакках Нетрк с овсяным агаром. Регистрации л подсчет колоний ектхноыицетов производила при освещении чавек Петри ультрафиолетовым светом.

Для оценки структуры популяции (споры-мшхелиЛ) почвенную суспензию прогревали в ультратермостате 5 мин при 54°, что обеспечивало гибель большей части мицелия, в то время как численность спор достоверно не изменялась.

В опытах оо пояску актин оыяцетсш, отвечаиджх требованиям, ш», была ясподьзованн воздушио-сухие или нативнне образин гумусовых горизонтов следувеах почв СССР: дервово-под-з сия ст ад среднесуглинв стая сильноокудътуреквая на моренном суглинке (Агробюлагмческая ставши «ПГ "Чашняково", Московская область) ; модельная дервоэо-подзолистая почва под березовый лесом (Стаавоаар факультета почвоведения МГУ, г* Москва) ; чернозем yrymft на лессовидном суглинке (Стрелецкая степь* Курская область); серозем типичный. снльиоокультуревный (Совхое "Мехнатабад*, Узбеки стае) ; Гиссарсяая долина, Таджикистан) к некоторые другие - всего около 400 образцов.

Аятяномщета, ясдольэоваваиеоя в вашей работе» были выделены яз образцов серозема, взятнх на полях совхода "Ыехяатабад". Популяция Str, fradíae, Str. lanatua я Str. parvullus ввосилк в образцы етаго серозема, серозема яз Гиссарской должны я в образцы дерново-подзолистой почвы яз "Чашяиково"

{ Str. lanatus )«

Во всех опытах почву просеивали через сито с диаметром от" верстжй в I мм, увлажняли до 60¡£ от полной влагоемкосгя я ви-кубяровали оря 28°-30° в чашках Петря в эксикаторе, который кавдый день открывали ва полчаса для устранения возможных анаэробных условий,

В качестве предварительной подготовки почв к микробиологическому анализу ясоольаоваля обработку почвенной суспензия ва низкочастотном ультразвуковой диспергаторе типа УЗДН-1 (22 кГц ; 0,44 А < 2 мяа.), что является одним из наиболее эффективных приемов предварительной подготовки лочв х »тродыологхческсиу анализу (Ьвягяяцев, 1Э73 ; Звягинцев с соавт., 1ЭЙ0).

Результаты опытов обрабатывала статистически tАлмарив с соавт., 1975).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССВДШАйИЯ

Осевка пригодности метода посева в сочетания о автодммнесцеЕЦией и уеолово^ обработкой для исследования динамик» численности и структура полунищий актаномщето^

Актмомацеты, обладающие способностью к специфической собственной люминесценции под действием ультрафиолетовых дучей,

е

/ - • . представляй интерес,"* как удобные объекты для изучения разных сторон биологии этих организмов (Виноградова, 1975 ; Ксаевина, 1977) и,' в частности для количественного учета и выделение из почвы (Полянская, 1978)',

Колонии str.lanatue *atr fradiae * Str. parvullue легко выявляйся при освещении чашек Петри ультрафиолетовым светом. При многочисленных рассевах культур на среды различного состава никогда не образовывалось.нелюмннесдируюздих колоний. Поэтому метод выявления культур по люминесценции является надежным.

lier од дает возможность изучать биотические взаимоотношения популяций актЕдоыхцетов различных видов я динамику численности одиночных популяций, внесенных в почву на уровне платности близком к естественному обычно регистрируемому для почвенных аггкно-мицетов (- 10* зачатков на I г почвы). Диапазон значений уровня популядиоввой плотности в каких исследованиях был довольно широк (10? - 1С? зачатков на I г почвы)» Метод посева в сочетании с автодюкжнесценцией позволяет получать сравните результаты во всем диапазоне значений уровне популяционной плотности.

После внесения популяций актннсмнцетов в нестерильную почву бактерии я, особенно, грибы часто затрудняют подсчет колоний актиноницетав на чашках Петри, Внесение бензилпеницндлина я. нистатина позволяет в значительной ыере избавиться от этого недостатка.

Str. fradie» а str, lanatue ОСуШвСТВЛЯЯТ В38ИМООТНО-леиия по типу антагонизма. Поэтому высев на одну ж ту se среду из почвы после внесения в почву обеих популяций не пригоден. Нами прелл стен мет од дифференцированного выявления и учета этих стрептокинетов, описанный в разделе "Объекты н методы" и основывающийся на различной утилизации этими актиномицетаии 1-рамнозы и: d'-ксилозы. Такой простой способ-дифференцированного количественного учета микроорганизмов - антагонистов шжет быть использован и в других подобного рода исследованиях.

При научения динамики численности актиношцетной популяции в почве очень важно иметь сведения н о ее структуре (мицелий -споры). В наших опытах наиболее приемлемым методой оказалась тепловая обработка культур. Суспензии спор и мицелия прогревали в ультратерыостате 5 мин. при 54°, Мицелий str, îaa&tua при атом почти полностью гибнет, количество колоний, вырастающих на чашках Петри из мицелия str. fradiae и str-Г parvuiius

уменьшается приблизительно в 400 раз. Данные о численности спор до и после прогревания достоверно не различаются. Отмеченные закономерности наблюдаются и после внесения в почву мицелия н спор изученных стрептомицетов. Исходя из этих данных, путем несложных расчетов можно оценить процентное содержание мицелия ж спор в популяции*

Таким образом, применение метода посева на твердые питательные среды с добавлением антибиотиков в комбинации с евтофлуо-ресценцней в тепловой обработкой почвенной суспензии дает возможность оценить динамику численности и структуру внесенной в нестерильную почву популяция ахткномкцета при различных уровнях внесения.,

Динамика численности и структура популяции Streptomycea lsnatua в сероземе я дерново— родэ оля стой почве

На примере Str. lanatus изучали изменения вопуляцжон-ной структуры я численности популяции после внесения в нестерильные образцы двух типов почв в зависимости от уровня внесения, формы (мицелий идя споры) внесения и типа почвы.

Мицелий Str. lanatus вносили в серозем ("Мехнатабад") в количестве 4,0*10* и 5,2»I08 зачатков на I г почвы (рис.1,1). После внесения 4,0.1dl4 зачатков на I г почвы уже к 3-м суткам популяция на 5СЕС состояла из спор. Плотность популяции постепенно снижалась ; к концу опыта она стала в 10 раз меньше исходной ■ стабилизировалась на этом уровне. После внесения 5,2*1СР зачатков на I г почвы плотность популяции снижалась более резко* Споры появились на 6-е сутки, к 9-м суткам они составили 50¡С от всей популяции, к 27-м суткам популяция была представлена спорамк. Мицелий в незначительном количестве был зарегистрирован на 39-е сутки опыта. Стабилизация произошла на уровне Кг спор на 1 г почвы, т.е. уровень стабилизация был несколько выше, чем при внесении 4,0-ICr зачатков на I г почвы.

После внесения в серозем спор Str. lanatua в

количестве 2,0-IQ4, 8,7'Ю5 я 2,0* 1С? на I г почвы (рис.1,Б) мицелий присутствовал в популяция более длительное время я появлялся в более ранние сршси от начала опнта при большое плот-востях внесения со сравнению с меньшими плотностями. После З-Н/9

сугки

Рис. I. Динамика популяций streptomycea lanatue б сероземе после внесения мдцрд^я (А) и спор (Б) в различных количествах.

Рис. 2* Динамика популяций Strept опцгсея lanatus в дерново-оод-эолистой почве после внесения различных количеств мицелия (—«) я спор (—). Цифры ва графике - процент мицелия в популяциях; Ы - плотность (клетки/1 г почвы)

внесения 2,0*10е спор на I г почвы мицелий был зарегистрирован уже на 3-е сутки, затем его доля в популяции постепенно повышалась и составила на 24-е сутки 15%, после чего наступила стабилизация плотности популяции. После внесения в серозем 8,7*Ю5 спор на I г почвы (рас. 1,Б) через некоторое время доля доходила до В$, Стабилизация плотности популяции произошла на более низком уровне, чем после внесения 2,0*10® свор на I г почвы. После внесения 2,0-Ю4 спор на I г почвы (рис.1,Б) мицелий был отмечен два раза в незначительном количестве. Уровень стабилизация отличался от уровня внесения популяции приблизительно в € раз.

В случае внесения в серозем спор, так же как я в случае внесения мнцеляя, плотность популяций ко временя стабилизация была меньше уровня внесения. Однако, в вариантах с внесением спор стабилизация плотности популяций произошла на более высоком уровне по сравнению с вариантами с внесением мицелая.

Таким образом, картина динамики популяций зггер^иусеа 1апа1;ив , внесенных в нестерильные образцы серозема, зависит от формы к уровня внесения. .

Динамика популяций зсг. 1апа^а в нестерильной дер-

ново-подзолистой почве ("Чашниково"), для которой эта культура не свойственна, отличается от таковой в сероземе (рис. 2), где она обитает в естественных условиях.

После внесения мицелия эгг. 1&па1ив в дерново-подзолистую почву в количестве 4,0* 10* зачатков на I г почвы (рис. 2) наблюдалось резкое падение плотности популяции уже с первых суток опыта. На 3-й сутки популяция еще присутствовала в почва, но плотность ее была невелика. Далее обнаружить популяшш не удавалось.

После внесения мицелия в количестве 5,2*10^ зачатков на I г почвы (рис. 2) плотность популяция также резко снижалась с первых суток опыта. На 9-е сутки популяция почти полностью состояла из спор* К концу опыта произошла стабилизация популя-ционной плотности, а уровень ее был ва 4 порядка ниже уровня внесения.

После внесения спор в дерново-подзолистую почву в колячест- • ве 2,0'Ю4 на I г почвы как в структуре, так к в численности популяции практически не было зарегистрировано никаких сдвигов (ряс. 2). После внесения спор в количестве 5,2*10® на I г почвы

плотность популяции издала менее резко, чем при внесении такого же количества мицелия. Был зарегистрирован мицелий (3$) с 18 по 24-е сутки, и уровень стабилизации был достоверно вше уровней стабилизации всех других популяций в »том опыте. После внесения 8,7-10® спор на I г почвы (рис» 2) появление мицелия было отмечено один раз (4% на Хв-е сутки), и уровень стабилизации этой популяции был практически таким хе, как и при внесении мицзляя в количестве 5,2*10е зачатков на I г почвы.

•Следовательно, в дерново-подзолистой почве, как и в сероземе, динамика популяция зависят от формы и плотности внесения. Однако, в сероземе структура популяции значительно чаще характеризуется наличием мицелия, и плотность популяций, как и уровни их стабилизации сохранятся более высокими, чем в дерново-подзолястой почве.-

Основная часть кодониеобразупщих единиц в обеих почвах была представлена спорами, что укрепляет представление о доминирования спор в популяциях вктнаомицетов в почве, (Lloyd t 1969 i Hayfleld, Williame et al ДЭ72 ; Полянская, 1978) .

Таким образом динамика численности, структура я уровень стабилизации, а в некоторых случаях я сама судьба популяция в ' почве, зависят от типа почвы, уровня внесения и формы внесения популяции в почву»

Биотические взаимоотношения додтляпий Streptomvces fradiae ИStreptomyce^ lanatus В ПОЧВв

Str. fradiae на пктателышх средах проявляет антагонизм по. отношению Str. lanatue . Под термином "антагонизм" мы по-.нимаем подавление одними микроорганизмами роста других микро. организмов при помощи антибиотиков. Проблема экологической роли антибиотиков до сих пор остается предметом острой дискуссии (Waksman , 1952 ; Красильников, 1954, 1961; Звягинцев с соавтор., 1976 i Полянская, 1978 ; Егоров, 1979 ; Bemaia , I9Ö0).

Популяция Str. fradiae Я Str. lanatua ' вносили В серозем (Гнссарская долина) с целы» выяснять будет ли проявлять-, ся антагонизм непосредственно в почве.

После раздельного внесения моноспоровых суспензий str.

fradiae HStr. lanatus ПЛОТНОСТЬЮ 5,0*10® спор Я

3 ? ' * * Сутки

Рас* 3. Динамика популяций Збгер^гсуееа Гга<11ае (А.а) И З-^ер-тусев 1апа±иэ (Б,б) после совместного (А ¡3) и раздельного (а; б) внесения в почву в виде спор. Цифры на гра-' фяхе — процент мицелия в популяциях; N — плотность яояуляции (клетхиД г почва)

Ч

йугки

Рис.- 4. Динамика популяций ^гер*отусеа Гга<11ае (А.а) и

зггерготусез 1апа1иа (Б ; б) после совместного,(А ; Б) я раздельного (а; б) внесения в почву в виде мицелия. Цифры на графике процент мицелия в популяциях; N -плотность популяции (клетки/1 г почвы)

Чы

ситкы

рис. 5* Динамика популяций ЗДгерготусее 1"га<31ае (Д.а) ШЗЬгер-

гошусеа 1апагиа(Б,б) после совместного (А; Б) и раздельного (а; б) внесения в почву в виде спор. Цифры на графике—процент в популяции; N - плотность популяции (клетки/1 г почва).

Рис. 6. Динамика популяций 31;гер1отцсеэ Гга<иае (А,а> *3<;гер-1;отусез (Б ; б) после совместного (А;Б) и

раздельного (а; б) внесения в почву в виде мицелия. Цифры на графике - процент мицелия в популяциях; Н -плотность популяции (клетки/ I г почвы)

4,0*10® спор на I г почвы соответственно наблюдалась сходная динамика популяций {рис, 3). После совместного внесения тех хе споровых суспензий актхномицетов (рис. 3) плотность популяции эъг. 1апа1чв резко падала с первых суток опыта, и уровень стабилизация ее был более чем на 4 порядка нихе уровня внесения и на порядок нихе уровня стабилизации других популяций в атом опыте* Это позволяет сделать вывод о том, что антагонизм проявляется непосредственно в нестерильней почве при уровне внесения

109 скор на I г почвы* Однако, возникает вопрос: не вносится ли антибиотик, в почву со спорами гга<Лае ? Специальные опыты показали, что такого не происходит. Таким образом, падение плотности популяция гапагиз объясняется, по-видимому, появлением в почвенных микрозовах мицелия

Ггаа1ае , который синтезирует антибиотик, препятствующий развитию популяции ЗЪг. 1апагив •

После совместного в раздельного внесения популяций зъг. г'га<11ае *з1;г. 1аиагиэ в виде мицелия (не содержащего

антибиотика) ва высоком уровне плотности С — юР зачатков на I г почвы (рве,' 4) дивамяка численности популяций ггг. ?га<11ае , внесенной отдельно, в популяций з^. 1вла1из , внесенной отдельно ж совместно была сходной. Плотность хе популяции згг. 1апа«иа , внесенной вместе с популяцией 31;г. fradi.ee , резко падала с первых хе суток опыта в к концу опыта упала более, чем на 4 порядка по сравнению с внесенным количеством. В случае внесения мицелия антагонизм проявляется еще более резко, чем при внесении спор.

Внесение популяций на уровне 5,0*1С^ спор на I г почвы, что бляхе к естественному уровню для почвенных ажтивамнцетов, ве приводит к резкому снижению плотности популяции згг. Хапагиэ (рас. 5) - уровень стабилизации был одинаков у' всех популяций.

□осле внесения в почву обоих стрептомицетов в виде мицелия на уровне ~106 зачатков на I г почвы (рис. 6) имеется тенденция к проявлению антагонизма, но она слабо выражена, в уровень стабилизации как раздельно, так и совместно внесенных популяций был почти одинаков.

Необходимо отметить, что после совместного внесения плотность популяций обоих актиношцетов в ходе опытов была в боль— вжветве случаев нихе, чем после раздельного внесения, но доля

мицелия в совместно внесенных популяциях всегда была несколько выше. Мы назвали это "эффектом взаимодействия сари" популяций актиномицетов. "Эффект взаимодействия пары" моияо объяснить тем, что после совместного внесения популяций, культуры стимулируют прорастание спор, вероятно, на основе действия физиологически активных веществ. Часть прораставших спор по всей видимости попадает я неблагоприятные микрозоян я погибает, что влечет эа собой падение популяциоияой плотности.

Неожиданным оказалось, что внесение сахарозы (IX от веса почвы) не способствовало проявлению микробом антагонизма (рис. 7). Плотность популяций Str. fradiae nStr. l&uatua без добавления сахарозы с 6-х со 16-е сутки достоверно вше плотности популяций, но при внесения сахарозы* Вероятно, на первых этапах микробной сукцессии, инициированной сахарозой, происходит бурное развитие грибов, а развитие актиномицетов приурочено к более поздним этапам. Эти предположения согласуются с литературными данными (Полянская, 1978, Кочкина, 1981).

Иэтичесш гзагаоушюестд шжшт!

¡¡■fcygp-t;-?TT|yr'Pq Iftnn-bm U р+yppt птпуррч Г11ГУЦ1

p почвд

Str. 1алatuа и Str. parvullus не проявляют антагонизма яа питательных средах. Их вносили в почву в виде спор на равных уровнях плотности (1С?, ДО7 и icß спор на I г почвы). Во всех случаях картина динамики популяций была сходной (рис* 6); в большинстве случаев уровень популяциояной плотности несколько снижался и популяции стабилизировались при определенной численности. Уровень стабилизации популяций зависел от уровня внесения: чем Birne уровень внесения, тем выше уровень стабилизации.

"Эффект взаимодействия пары* популяций актиномицетов сохранялся так же, каж и для пасы str. fradiae-str, íaeatua на уровне внесения ниже, чем 1СГ клеток sa I г почва.

Оценивая результаты этих экспериментов, следует прежде всего сказать, что отношения "нейтрализма", проявляемые изученными стредтомицетами на питательных средах» не сохраняются непосредственно в нестерильной почве ; во-вторых, как и в предыдущих опытах* уровень стабилизации популяций зависел от уровня внесения (в пределах сроков опытов) ¡в-третьих, уровень стабилизации популяции str. parvuiius в случае совместного внесе—

ецтии

. Ряс. 7. Динамика ПОЦуЛЯЦИбг^ерЪотусеа Гга<11ае (I) Я &гвр!о-тусев 1ала«ив (2) после совместного внесения в почву без добавления (- > и с добавлением (-----)

сахарозы; N - плотность популяции (гдетки/1 г почвы)

' Б^ерЪотусеа рагтоНия (Б,б) после совместного (А ; Б) я раздельного (а; б) внесения в почву на уровне - 10е спор на I г почвы. Цифры на графике -процент мицелия в популяции; N - плотность популяции (клеткиЛ г почвы)

19

20

Ъй

-сутки

Рис. 6»Н* Динамика популяций Э ерIоту с ев Л-апа^э (А,а> я г!герготуе«в рагуцциэ (Б,б) после совместного (А ; Б) н раздельного (а ; б) внесения в почву на уровне 10 спор на I г почвы. Цифры на графике - процент мгт"""' в популяции ; N — плотность популяция (клеткнД г почвы)

35" С У Тки

Ряс. 8.Ш. Динамика популяций Зъгер^тусев Хапагиз (А.а) к

Зггерготусеа раггиЦив (Б,б) после совместно-

го (А; Б) х раздельного (а; б) внесения в почву на уровне ~ 1Сг на I г почвы. Цифры яа графике - процент мицелия а популяциях ; N - плотность популяции (клетки/1 г почвы).

ния о популяцией Str. lan&tus в большинстве случаев

ввсколько вале уровне стабилизация как популяции stг. parvniiiua , внесенной отдельно, так ж популяций str. lanatua „ внесённых в почву раздельно н совместно, т.е. проявляется специфика культуры ; в-четвертых, после совместного внесения популяций изученных ахтжяомяцетов плотность их популяций ниже плотности тех же ажтжноыицетов после раздельного внесения, а доля мицелия в популяциях выше я появляется в популяциях он раньше, т.е. проявляется "аффект взаимодействия пары" популяций ажтиномицетош.

СБСзадшив

Разработанные в диссертации методические приемы позволили осветить ряд вопросов экология микроорганизмов на основе попу-дяционнаго анализа стрептомкцетов in ei tu.

Установлено, что с помощью метода посева в комбинации с автофдуоресцеяцией я тепловой обработкой, можно выявить популяции изученных ажгиноницетов после внесения в нестерильные почвы, оценить их плотность я цопуляционную структуру.

Применение разработанного метода дифференцированного количественного учета антагонистов позволило изучить картину динамика поцуляций str. fradiae К Str. lanatua , внесенных в почву совместно.

Важный вывод, который можно сделать после анализа динамики отдельных популяций Str. fradiae , Str. lanatus Я str. p&rvuiius в почве - это вывод о стабилизации численности популяций в почвах. Причем стабилизация происходила я в сероземе, из которого данные виды актиномицетов легко выделяются и в дернаво-подзолистой почве, из которой они не выделяются.

В динамике популяция после ее внесения в ту или иную среду обитания несомненно должна проявиться степень приспособленности данной популяция к заданной среде* Если организм способен освоить среду, это должен выполняться критерий приспособ— денностн lim n>o где иг - показатель поцуляцнонной плотности, "время. Поскольку в нашем случае популяции длительное время находятся в равновесном состоянии, то изученные актиномицетн можно считать типично почвенными (Звягинцев с соавт., 1976 ; Кожевин, 1976, Полянская, 1978). Такой способ оценки приспособленности к обитанию в почве основан на простом

эксперименте, и »''этом случае нет необходимости приводить противоречивые рассуждения об автохтонной и аимагениой микрофлоре.

Стабилизация оопуляпхонной плотности связана с прохождением актиномицетами стадий активного развития в нестерильных почвах. В ходе опытов с внесением спор, неоднократно регистрировалось появление мицелия, т.е. происходила перестройка попу-ляпионной структуры (рис. 1,Б ; 2; 3 ; 5 ; 8).

Уровень стабилизации, как и вообще картина ди*"»¥»гр поцу-ляиий зависит от I) уровне внесения, 2) формы внесения ж 3) типа почвы.

Стабилизация плотности популяции згг.хапагив в несвойственной для нее дерново-подзолистой почве (рис. 2) связана по всей вероятности со спецификой почвы как среды обитания, В экологическом отношении она резко отличается от таких место-' обитаний микроорганизмов как рубец жвачных животных или актив-ннй ил, очищающий сточные воды (Звягинцев, 1978),

С милроб■алогических позиций почва представляет собой крайне гетерогенную среду и не может приниматься как единая среда обитания. Благодари своей структурированности и микрозо-' надьности она должна рассматриваться как набор совершенно различных микро - в мезосред, в каждсй из которых создастся специфические и часто прямо противоположные условия для развития определенных групп микроорганизмов. Множество таких кикросред может находиться в каждом грамме почвы.

Несмотря на огромное количество микроорганизмов, содержащихся в почве, оказывается, что клетки, как правило, собраны в микраколании, разделенные большими пустыми пространствами (Звягинцев, .1973).

Судьба внесенной в почву популяции микроорганизма определяется, по-видимому, набором и сочетанием благоприятных, неблагоприятных микрозок и макрозон поддержания. Однако, этого недостаточно: внесение популяции згг. 1ава1из плотностью ** ХО4 зачатков па I г почвы в виде мицелия (рис. 2) привело к т<жу, что после 3-х суток мы не смогли выявить н учесть популяцию, т.е. важно в какой форме я в каком количестве попадает тот или иной микроорганизм в несвойственную для него почву. Конечно, возможна и более детальная классификация почвенных мндрозон по отношению к той или иной популяции. В данном случае важно другое; судьба внесенной в почву популяции определяется набором и сочетанием основных для данной почвы милрозон, и оценка динамики численности и структуры по-

дудяции после внесения имеет определенный диагностический аспект, который отчетливо выявляется при рассмотрения динамики Stf. lanatua в образцах почв различных тяпов. '

Не останавливаясь здесь подробно на процессах самоочищения почв от посторонней микрофлоры (Никитин, Никитина, 1978) к на географическом распространения микроорганизмов (Мишустин, 1975), заметим, что в ряде случаев при соблюдении определенных условий ажтнномкцет может "вписаться" в несвойственный для него комплекс, что может служить подтверждением концепции "ненасыщенности" этого комплекса. Заметим, что эта концепция не противоречит концепциям "комплекса почвенных микроорганизмов" и "почвы как множества сред обитания микроорганизмов" (Звягинцев, 1878, 1980).

Заслуживает внимания тот факт, что внесение органического вещества (сахарозы) может быть ж привело к "исправлению" некоторой части неблагоприятных milk роз он (дефицитных по питании), но, в наших опытах, не способствовало увеличению плотности популяций Str. Fradiae я Str. lanatua (рис, 7). С 6-х по 16-е сутки плотность этих популяций была ниже в варианте с внесением сахарозы, чем без нее. В опытах Л.U.Полянской (1978) о внесением глюкозы в серозем на первых этапах сукцессии доминировали грибы, максимумы развития комплекса бактерий и актиномицетов приходились аа 16-е сутки и совпадали. По данным Г.А.КочхиноЙ (1981) в черноземе при внесения глгкозы на 16-е сутки от инициации сукцессии начинается процесс массового спорообразования у грибов, следующий после их бурного мицелиальнаго развития, Таким образом, ваши опыты подтверждают мнение о том, что ахтвномицеты доминируют на поздних этапах микробной сукцессии.

Рассмотрим теперь вопросы, которые связаны с совместным внесением популяций изученных актиномицетов в почву.

Анализируя подученные результаты (рис. 3 и 4), можно сделать вывод, что антагонизм проявляется непосредственно в почве, а не только на питательных средах. На конкретных видовых популяциях актиномицетов это было показано впервые. Вероятно, при высоком (10® - 1С? клеток на I г почвы) уровне внесения часть клеток обоих актиномицетов попадает в одни и те же почвенные микрозоны и антагонист в зтом случае получает определенное преимущество в своем развитии. Проявление антагонизма в почве может служить подтверждением роли антибиотиков" в микробных взаимоотношениях, т.е. экологической роди

этих веществ. \

Вот уже более 30 лет одет спор относительно роди антибиотиков в природе, который сводится но существу к двум вопросам:

1. Вырабатываются ля антибиотика в природе (почве)?.'

2. Имеет ли антибиотики экологическое значение? Весьма наглядно, прямым лпминесцеитво-мяхроскопжческнм

методом, показано, что гелиошцин вырабатывается Stf. oiívo -etnereus в нестерильной почве (Виноградова, 1975; Звягин-дев с соавт., 1976, Полянская, 1978), Второй вопрос многими авторами также решается положительно (Красильников, 1968 ; Гаузе, 1957; Егоров, 1979; Demain * i960).

Конечно, материалы настоящей работы не даст оснований для категорических суждений. Как отмечает Л»B.Калакуцкий и Н.С.Агре (1977), серьезный анализ апологического значения антибиотиков лишь только начинается.

Однако после совместного внесения в почву пары популяций Str. fradiae - Str. lana tus (рис. 5,Б) sa уровне « id6 клеток на I г почвы и пары str. ian&tue-s.parvuii.«a всех уровнях плотности (рис.8) плотность популяций актигоыицвтов в ходе опытов была всегда ниже, чем после раздельного внесения, но доля мицелия в совместно внесенных, популяциях всегда была несколько вше. На таком уровне плотности популяциям трудно . "столкнуться", в почве, и как ока Узнают" о присутствии друг друга не совсем ясно. Возможно, здесь происходит какое-то аллелохимическое взаимодействие (Титтехер, 1980). В микроколониях, образовавшихся на почвенных частицах, обнаружены стерильные ги$н ( Mayfied et al. , 1972)* Они могут распространяться до 70 мкм и более от центра колонии, осуществляя "поисковый рост", описанный Сабо с соавт. ( Szabo et ai , 1964). Возможно, эти гифы распространятся oí одной мякрозо-ны к другой. При дефиците субстрата (почвенные условия) гифы акткномнцетев,могут быстро расти, осуществляя "стратегию поиска* ( Scbuhmami, Berg ter , 1976 ; Кожевина, 1977) » Этот аффект нельзя также объяснить и конкуренцией за субстрат, так как при увеличении плотности популяций в два раза (совместное внесение), плотность популяций падает в Ю раз. -

Важный вывод, который можно сделать из обсуждения динамики пары Str.lanatus-Str.parvulíue. — это вывод о том, что отношения "нейтрализма", проявляете на питательных средах, не сохраняются в почве.

ВЫВОДЫ

I. Разработав метод дифференцированного количественного учета популяция актиномадетоь-антагонястав в почве, основанный на различной утвлхэащш имя определенных углевозов.

2» После внесения в аочву популяций st*. fradiae х Str. parvullua наблюдается■стабили-

зация популяционной плотности, связанная с динамическим равновесием в структуре популяций.

3. Уровень стабилизации зависит от типа почвы, формы

(спор« или мицелий) и уровня внесения популяция акткномицета в почву.

4. После совместного внесения актиномицето» плотность вх популяций вике плотности этих популяций, внесенных раздельно, однако доля мкцелня в совместно внесенных популяциях вше.

5. На основе разработанного метода дифференцированного количественного учета актиномицетов-еитагонистов на примере конкретных видовых популяций впервые показано, что автвгонази может проявляться ее только на питательных средах, но и непосредственно в нестерильной почве при высоком уровне внесения I08 - IÖ3 клеток на I г почвы. Однако, это не приводит к гибели популяции активомицета, подвергающейся действию популяции антагониста.

ро материалам дйг^ертипрж опубликованы следующие работы;

1. Динамика и структура популяции Sti^ptoroyces lanatus в двух типах почв < соавт.Зенова Г.Ы.). Микробиология, i960, т.43, вып.6, IOII-IOI3

2. Динамика популяции Streptomyoes lanatus в сероземе и дерново-подзолистой почве в зависимости от формы к плотности внесения <соавт.Звягинцев Д.Г., Зенова Г.М.). Доклады выспей школы. Биологические науки, Jf 6, 96-101.

3* Динамика численности и структура видовых популяций актинсшицетов-автаговвстов в почве (соавт.Звягинцев Д.Г., Зенова Г,11.). Микробиология, 1982, т.51, вып.З, 520-522.

Подп. к печати

4>fi. п. Уч.-иэд. л J/V

Заказ ibil Тирах

Илд-ю Московского университета. Москва, К-9. )'л. Герцена, 6/7. Топография Чэд-»1 МГУ. Москва, Лекгоры