Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

АНАЛИЗ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ ЗВЕНЬЕВ НЕРОВНОГО ЦЕНОЗА В МОДЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "АНАЛИЗ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ ЗВЕНЬЕВ НЕРОВНОГО ЦЕНОЗА В МОДЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ"

• А КАД В M И Я H А У к^ с с с р !

^ > ИНСЛПУТ;

: На правах ууюишсж"-

АРЛКЕДЯН FT^AHHA НЕРСБСО£В| , ¿ V, л* : ;

АНАЛЮВЗАШООТЮЩШИЙЗВЕШВВШКРОЕНОГО .. ЦЕНОЗА В ЮДЕЛЬШХ СИСТНШ '

Специальность 03.00.07 -

. ' V ' АВТ О РЕФЕ PAT - - /

диссертации наооискание учвшА стеданж

Москва'- Í963 ::" ■ ■ -

• ' Работа выполнена в отделе почвенных микроорганизмов Институ-. та .микроояолох^и:ДН.СССР, Г •' у- \ •

" •. '...У:.: • Нартный руководитель: ? ..'•/акадэмте.'Е.Н.МИШУСтаН' "

' ;^ ; . Официальные - отонёнтыг;^^^; ^¿^с^^

г,г ■■■' .:.' доктор с1яодог8ческях наук;профессор В^Т.ЕШЕВ:

:: ' " •" ? доктор ^иологических;наук^старшй^'--*'л':'.'- "н^ний:сотрудник - ' г . --В.И.ДУДА' /г.

.. - _ • . Ведущее учреждение: Всесоюзный'научно~всследоват^с1шй'аястн-.~;

тут"сельскохозяйственной микробиологии/••'•"

'-.:■,- . Автореферат разослан "О^/^^^Р- ■. 1983 г." "' • '

— .- ' ; Завит,

--а диссертации состоится щ 4 * ' ' 1983г.

асов на заседании специализированного совета , ' "С " Д.002.64.01".при'Институте микробиологии АН СССР,"^';. : 'I

- '.•. ; .';С" диссертацией^иожно: ознакомиться' в .библиотек?; института." г:. \

ч приглашаем ^¿"принять участие в>бсуадении диссертации на;: \

• "заседания,специализированного совета.1Ш1;^иають;отзывы

■ Г-":';. V автореферат./^: адресу:;Москва-117312Ш^спект^бО^лет^^ОятяО^: -:

^ > ^ Учеш1й се^тарь сдехда^эировшшого ~ ^ - • ; ,

обшая характагазтака работы

Актуальность проблемы.Воигос о захономерностях функционирования микроорганизмов в их естественной среде обитания,в частности, в почве, привлекает все большее внимание исследователей.

Превращение веществ, пзступшщих из пути фотосинтеза на земную поверхность, протекает при участии разных зкслогс-трофгеес-кях групп микроорганизмов. Начальный этап минерализации органических веществ происходит при участия евтрофных организмов, определяющих условия развития медленнорастущих олиготрофов,которые проявляются в экосистемах в конце процессов деструкции вещества. Соотношение между евтрофами и олзготрофами кодейгет-ся в широких пределах. 3 природных субстратах обычно численно преобладают олиготрофы,' которые завершают процессы утилизации веществ, прошедших через "фильтр* евтрофов (Никитин, Никитина, 1978; Моа1<х1, 1978).

Выявление закономерностей взаимодействия зколого-трофических групп микроорганизмов непосредственно в природных условиях сложно. Более эффективным представляется изучение подобных вопросов в модельных системах с компонентами, обладающими известными свойствами. Моделирование позволяет проводить как лпбое комбинирование культур микроорганизмов, так и менять условия их развития. При подобном подходе возможно изучение простейших механизмов формирования, стабилизации и 'р/ и г | |йп н идч* д^тпгд ценоза микроорганизмов.

Исследования в втой области позволяют выяснить: I) ответ разных трофических групп микроорганизмов на экзогенные субстраты; 2) взаимодействие этих организмов в сообществе через продукты метаболизма и лизяса; 3) процессы авторегуляции развития сообществ.

Цель и задачи исследования. Цель исследования состояла в создании элементарной модели почвенного ценоза. В модельных системах - стерильной почве и минеральной смеси, исследовалась динамика роста неразвитая чистых кухьтур, а также смесей евтрофных и олнготрофнщ бактерий. Основное внимание было сосредоточено на изучении поведения олиготрофов. Существенное внимание уделено изучению бактериоатагдческого аффекта, одной из

Дазтразы:^. ил-тад йбготш СмяпспЗ д. ссяьиги.

спедси:?:; :.а, И. д. Тж-давм

№ й-лн$з

причин авторегуляцда состава и функционирования сообществ почвенных микроорганизмов.

Научная новизна. Разработан новый экспериментальный подход к изучению формирования и развития микробных сообществ почв. ' Впервые исследована кинетика развития рдца бактерий и их комбинаций в модельных субстратах, в том числе в почве, стерилизованной ¿ -лучами. Показано влияние моно- и биополимеров на сообщества почвенных микроорганизмов. Впервые показана зависимость развития сообщества микроорганизмов от микробостатвческого эффекта почв. Разработан новый метод количественного определения микро бос таэиса-

Теоретическая и практическая ценность. Выявление закономерностей взаимодействия отдельных трофических группировок почвенных микроорганизмов (евтрофов и олиготрофов) дает новый подход к оценке состояния и качества почв на основе микробиологического исследования. Предложенный метод моделирования.позволяет подойти к оценке факторов, определяющих состав отдельных компонентов микробного ценоза почвы н выявить их значимость, что может быть использовано для издикации активности шкробиологячео-ких процессов в почве.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывалась на заседаниях отдела почвенных микроорганизмов и семинарах молодых ученых Института микробиологии АН ССОР. Материалы работы были представлены на конференции холодах ученых, посвященной 60-летию BSKCIt (Алма-Ата, 1978), на республиканской конференции "Микробиологические процессы в почвах и урожайность сельскохозяйственных культур" {Каунас, 1978).

Публикации. Основные положения диссертация опубликованы в **' 6 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит иэ введения, обзора литературы, экспериментальной части, вшшчагацей материалы и методы, результаты а обсуждения, выводов и приложения; Работа изложена на 14? стр.текста, иллюстрирована 9 рисунками, 35 таблицами и 6 фотографиями. Список литературы на 20 стр. включает 185 наименований, из них 100 на иностранном языке.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДУ

Культуры бактерий. В работе яспытавались монокультуры и смеси евтрофных в олиготрофных микроорганизмов, сведения о которых лриведены в табл.1.

Субстраты. Выживаемость, динамика роста олиготрофных и ев- 1 трофных бактерий в монокультурах и смесях и влияние различных источников питания и анергии на развитие культур изучались на следующих субстратах: I) порошок измельченного глинистого минерала - каолинита, 2) серая лесная средне-суглинистая почва, 3) дерново-дуговая почва.

Навески почвы и каолинита стерилизовались в автоклаве при I атм.избыточного давления. Стерилизация почвенных образцов ¿- -лучами проводилась на установке РХ-гамма 30, кобальт 60, мощность дозы в рабочей камере 6180 рентген/мин. Доза облучения 2,5*Ю6 рад. После стерилизации субстраты икояулнровадись 0,5 мл суспензий соответствующих бактерий и их смесей. Суспензии всех исследованных культур, выращенных на минеральных и простых органических средах, перед внесением в субстрат гомогенизировались на низкочастотном диспергаторе типа ГЕЩН-1 при частоте 35 кгц и показании вклшенного в катодную цепь амперметра - I,25А. Инкубация инокулированных бактериями суббтратов проводилась в термостате при 27°С. Через каждые 6-10 дней, за время прохождения опыта, подсчитывалась численность внесенных микроорганизмов путем высева на питательные среда (для евтрофных бактерий -картофельный агар, мясо-пеытонянй агар, для олиготрофных бактерий - органо-минеральная среда). Учет численности колоний проводился под бинокулярной лупой МБС-1, Повторность опыта трехкратная.

При инкубации монокультур и смесей бактериальных культур в субстрата стерильно вносились различные соединения: биополимеры - белок (альбумин), крахмал, целлюлозный порошок со 0,5$; фенольше соединения (параоксибевзобная кислота) 0,535; глюкоза - 0,2%1 аспаратяаовая кислота - О.ЦС;-ацетат натрия - 0,2%; лактат натрия - 0,5^ и метанол - 0,5$, Концентрации указанных веществ подобраны на основе данных, полученных при изучении физиологических особенностей исследованных микроорганизмов на ла-

§ й в ¡1

»

3« %

§

£

ч &

в

ес

1 1 1 1 1 +

г 1 1 + 1

1 1 1 1 1 1

+ + + + + +

+ + . + + + +

+ + + + + +

+ + + + + +

+ 1 + + 1 1

I ( + 1 +. 1

' 1 1 + 1 1 1

ф СП а СТ1

* ^

V У Г т * о о

-а -л

сл 01 ел

»" "8

о и

&

ё

о р

№

р

§

+

I

I

+

г

+ +

I I

I

г

сл о§"

«и

ii

Ч о

<00 ш

белок

крахмал

поек*

глжоэа

асггара-гиновая кислота

ацетат . натрия лактат натрия

метанол

этилен-

водород

оптимум 1Й

о

о 2

о н о

0 «

1

и

«

а> 1 В

з 1

«о д

||

о к

(0 М

I I

бораторных средах, и по литературным данным (СтеЯниер и др., 1979; Никитин и др., 1979).

Использование этилена в водорода исследуемыми микроорганизмами обнаруживалось при помещении пробирок со средами, инокули-рованными бактериями, в ыикроанаэростаты, заполненные смесью, состоящей из 80$ этилена и 20$ воздуха и из 10$ С02, 40$ водорода, 50$ воздуха. Опыты проводились на стерильных агаризован-ных почвах и в жидкой минеральной среде Шлегеля с последующей оценкой урожая биомассы по оптической плотности в нефелометре при А 600 нм. Определение деструкции этилена микроорганизмами проводилось методом газовой хроматографии (на газо-жидкост-ном хроматографе типа "Хром-3").

• Определения дытяния сообщества микроорганизмов проводилось методом газовой хроматографии (хроматограф ЛХМ-ЕВД) с детектором по теплопроводности (температура - комнатная). Пробы газовой смеси отбирались из пенишллиновых стаканчиков с субстратом, кнокулированным сообществом микроорганизмов.

Микробостазис почв. В опытах по изучению микробостазиса почв использовались культуры микроорганизмов из разных таксономических групп: актиномицетов.неспорообразующих и спорообразуадих бактерий,цочхукщиеся,стебельковые,а также бактерии тороидальной формы.

Для изучения мжкробостатического эффекта почв были использованы илдюввально-железисто-гумусовая подзолистая почва, гле-ево-подзолистая, торфяно-болотвая и горный типичный чернозем.

Определение микробостазиса почв проводилось на агаровых пластинках: разные со весу навески нестерильной почвы заливались 2$-ным водный агаром. На приготовленные таким образом пластинки высевались суспензии отдельных культур микроорганизмов. Учет их развития производился на 3-4 сутки с помощь» лупы типа МБС-I. Рост культур оценивался■по интенсивности нарастания биомасса и отмечался в баллах по сравнению с контролем (стерильная агаризованная почва и 2$-ный водный агар).

Метод количественного учета иикробос татвчес кого эффекта заключался в следующем: на агаризованную почвенную пробу помещались стерильные мембранные фильтры * 2, на которые наносились суспензии тест-микроорганизмов. Через каждые 10 дней инкубации

фильтры сыывалисьи но определена» мутности суспензии на фото-э локтроколориметре типа ФЖН-57 при Л =360 т в кюветах с расстоянием меаду стенками 5 мм, судили о никробос татичео ком эффекте (контролем служила стерильная агариэованная почва и ный водный агар)

Изучение влияния окиси этилена на рост.микроорганизмов на агаризованных почвах проводилось в анаэростатах, заполненных окисью этилена в разной концентрации <СуХХ)5-0,001; 0,002- -0,006;-0,007-0,08 мг/см3).

МотэФология интактных клеток микроорганизмов а ее изменения под влиянием различных факторов систематически котролировались с помощью фазово-контрастного устройства в светооптическом микроскопе .типа "Зетопан" (фирма Рейхарт, Австрия) и в электронном микроскопе ТЕМ-7 (Япония).

Идя установления достоверности и соответствуюцей оценки результатов микробиологических исследований экспериментальные материалы подвергались математической обработке.

. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОВСУДЦЕНИЯ I. ВЫЖИВАЕМОСТЬ И РАЗВИТИЕ БАКТЕРИЙ В КАОЛИНИТЕ

Выживаемость монокультур бактерий в каолините. Для подхода к создание элементарной модели сообщества микроорганизмов полезно было изучение выживаемости или остаточного размножения монокультур разных бактерий в бедной среде. С этой целью была „ изучена динамика численности клеток чистых культур евтрофных бактерий Pseudomonas fluoreecens, Arthrobac te г globifoimis шт.В-53, а также олиготрофных Tuberoldobacter mutans шт. Ug* Eeoobacter vacuolatum, caulobaeter bacteroides дт.рЮ5, Pe-domicrobium зр.Н^ при культивировании в каолините без внесения органических веществ (табл.2).

Динамика численности клеток евтрофных бактерий в каолините была различной. Титр клеток быстрорастущей культуры Pseudomonas fluorescens, способной хорошо развиваться в средах, богатых органическими веществами, существенно снижался. Численность клеток..Arthrobacter globifonsie "шт.В-53 была более стабильной.

.* . Таблица 2

Ейхиваемосгь монокультур бактерий в каолините (Де числа клеток б мл суспензии и кратность изменений их числа по сравнении с начальным титром (К)

Титр к л е т о я

ц . ■ началь- 6 сутки 10 сутки 14 сутки 21 сутки 35 сутки ,

ный 1вН к 1«* К 16* К 16» к . К

Евтро4ы' РзеиДотопае Ииогеасепз- 7,75 7,80 1,1 6,80 0,11 6,86 0,1 6,42 0,04 5,00 0,01 :

ЛгЪЬгЛаеЪвГ А оЫ£ог-т±з шт.В-53 6,40 6,55 1,4 6,70 2 6,99 3,8 б;ез 2,6 6,70*2 '

ОлиготооФн ТиЪвго1(1оЬасЪвг виЪапа шт.02

6,80 6,84 1,0 6,79 0,9 6,50 0,5 5,35 0,03 5,00.0,01

БепоЪш^ег тгасио1аЪла 6,88 6,65 0,58 6,60 0,5 6,53 0,4 5,43 0,02 .5,20 0,02

Саи1оЬас6«г Ъас1;его:1-4в8 шт.рЮб 7,45 . 5,80 0,02 6,00 0,03 5,00 0,04 3,20 0,0005 2,0 0,00004 1

РМояйсгоЫии зр.Н, 6,78 - 6,90 1,3 6,84 1,1 -6,86 1,2 6¿60 0,05 6,85 1,16

Примечание: чертой отмечено начало иернода резкого уменьшения численности .клеток.

- 10 -

Выживание клеток олиготрофных бактерий коррелировало с осо-" бенностями их'энергетического обмена и запасом внутриклеточных резервных веществ (Никигяни др. ,1979; Hirsch* »t al1979). Культура Caulobacter оacterоides шт.рХОб характеризовалась наибольшей скорость» падения численности клеток из-за недостаточной обеспеченности витаминами, в которых она нуждается ( stove-Poindexter, 1981). Численность клеток фаяулътативно-олиготрофных бактерий Tuberoidobacter nutans шт. U2 и Eenöbacter vacuolatum падала лишь к 21-м суткам инкубации. Титр клеток медленно развивающейся облигатно-олиготрофной бактерии Pedomicrobivun sp.Hj не показывал значительного изменения в течение всего периода инкубации. -

Таким образом, в условиях голодания наиболее быстро отмирала быстрорастущая евтрофная бактерия Pseudomonas fluoresces. Выживание медленнорастущих;ОЛИГОТРОФОВ (Tuberoidobaoter mutans шт.и^» Renobacter vacuolatum, Peda»icröbium sp.Hj ) было более длительным.-;Это, по-видимому, объясняется большим с одер- -жанием у них внутриклеточных энергетических резервов (поли-р -оксимасляной кислоты и других веществ).

Развитие двух- и трехкомпонентных сообществ микроорганизмов. Изучение состояния двухкомпонентной смеси культур в каолините ( Eenöbacter vacuolatua и Caulobacter bacteroides ШТ.pi05) позволило выявить наличие взаимодействия этих культур в сообществе. Опыт показал, ЧТО культура Caulobacter bacteroides ШТ. pIOS в смеси, как и в монокультуре, быстро отмирала. Титр клеток Eenöbacter vacuolatum падал в монокультуре к 21 суткам инкубации, а в смеси с Caulobacter bacteroides шт.pi05 - высокая численность клеток сохранялась даже на 30-е сутки инкубации сообщества (табл.З).

Взаимовлияние культур в двухномпонентном сообществе проявлялось в более длительном выживаний одного из компонентов.

Яри усложнении сообщества до трехкомдонектного и введении в него евтрофной культуры Artbrobacter globiformis шт.В-53 к двум ранее указанным культурам Eenöbacter vacuolatuni и Caulobacter bacteroidee- от,р105 отмечено сильное возрастание титра клеток как Arthrobeet»г globlfarois игт.В-53, так и Re-nobacter vacuolatum в.начальный период инкубации, очевидно,за

Таблица 3

Выживаемость двухкомпонентного сообщества микроорганизмов в каолинита (числа клеток в мл суспензии и кратность изменения их числа по сравнение с начальным титром (К)

Титр клеток

Сообщество культур Начальный 10 суткиЛ 30 сутки

IgH IgH к IgN к

Eeoobacter vacuolatum Caulobadter bactiroides шт.рЮ5 5,25 6,52 1,9 5,42 1,4

5,43 4,20 0,06 2,35 0

Таблица 4

Выживаемость трехкоцпонентного сообщества микроорганизмов в -каолините (1е числа клеток в мл суспензии и кратность изменения их числа по сравнению с начальным титром (К)

Титр клеток

Сообщество культур Начальный 10 сутки 31 сутки

IgN IgH К IgN К

Евтрофы Artbrobacter globifог- mls ШТ.В-53 Олаготройи Eeaobacter vacuolatun 4.78 5,30 6,65 6,60 74 20 5,95 6,25 15 9

Qaulob&cter Ъаоteroldes шт. píos 5,35 • 4,85 0,3 3,25 0,008

счет усвоения лизированных за этот период клеток с»и1оЪасЬвг ъ*с1;его1<1*£ шт.рГОЭ. Затем имела место стабилизация численно* сти клеток на высоком уровне (табл.4). В этом сообществе, как' показали трехкратные опыты, культура Саи1оЪасЪаг Ъас-Б*го1й«в шт.рЮ5 также выживала несколько лучше, чем в монокультуре. По-видимому, это можно объяснить влиянием на эту культуру продуктов метаболизма ее ситников.

- 12 -

Таким образом, своеобразный "эффект сообщества" проявлялся в поддержании и более длительном выживании всех культур сообщества в условиях крайне низкого обеспечения сообщества энергетическими источниками.

2. РАЗВИТИЕ БАКТЕРИЙ В АВТОКЛАВИРОВАННОЙ ПОЧВЕ

Выживаемость и Развитие монокультур бактерий в серой лесной почве.,В качестве субстрата для модельных опытов была использована стерильная серая лесная почва (рН водного экстракта - 5,1). v Изучалась динамика численности клеток монокультур евтрофной Arthrobacter globlformis гот.В-53 и олиготрофных бактерий -Tuberoldobacter mutans ШТ.Uji Renobactar vacuolatiu», Pedomi-crobium sp.H^ в стерильной почве. 'Численность клеток Arthro-bacter globiformis шт.В-53 в почвенном субстрате в начале несколько увеличивалась, а затем стабилизировалась, что, вероятно, можно объяснить способность!} этой культуры частично использовать органические почвенные вещества, доступность которых усиливалась при автокланировании.

Выживание монокультур-олиготрофной бактерии Kenobacter va-с«olatu«, в почве была хуже, чем в каолините очевидно в силу более низких значений рН субстрата. Так же достаточно быстро вымирала культура Tubaroidobacter mutane шт.и2. Наиболее длительно высокий титр клеток сохранялся у медленнорастущей облигатно-олиготрофной бактерии Pedojnlcrobium ep»Hj (табл.5). Это можно объяснить удовлетворением уровня трофических потребностей этого организма в условиях данной почвенной среды.

Развитие трехкомпонентного сообщества микроорганизмов. В трехкомпонентном сообществе, состоящем из Arthrobacter globi-fórale шт.В-53, Eenobacter vaouolatum и Caulobacter bacte-roldes шт.рЮб, установлено возрастание, титра клеток как Arthrobacter globifoieia шт.В-53, так и Eenobacter vacuola-tum, что связано, очевидно, с утилизацией продуктов метаболизма евтрофной культуры и лгзатов отмиращей стебельковой бактерии (табл.6). Титр клеток культуры Caulobacter baoteroldes от.рЮ5 падал к 24-м суткам инкубации.

Таким образом, взаимовлияние культур в трехкомпонентном сообществе, в почвенной среде проявлялось в поддержания и более

Таблица 5

Выживаемость монокультур бактерий в стерильной серой лесной, почве (1е числа клеток в мл суспензии и кратность изменения их числа по сравнении с начальным титром (К)

Титр клеток

Культур« началь- 6 сутки 12 сутки 20 сутки 35 сутки

вый

1ея 1ен к 1еи к к 1вя к

Евтрофн

Аг-ЬЬгоЪас^г в1оЪ1-Гогт1е шт.В-53 4,95 5,25 1,9 5,10.1,4 5,65 5 5,15 1,6

0лиготро$н* 1--'

ТиЪ его!йоЪас^ег

^иищ^л.цииаи ииг -

шиъаяа шт. и2 6,50 6,20 0,5 5,10 0,04 5,00 0,04 5,10 0,04

ЕепоЬас1ег уасио-

1Миш 5,20 |4,90 0,5 5,15 0,9 4,68 0.3 4,60 0,25

РвАот1сгоЪ1ш1 ар.Н^ 6,00 6,35 2,2 6,50 3,2 7,10 12 7,00 10

Таблица 6

Развитие трехкомпонентного сообщества микроорганизмов в серой лесной почве (числа клеток в мл суспензии и кратность изменения их числа по сравнению с начальным титром (К)

Титр клеток

Сообщество культур начальный 24 сутки 40 сутки

1еи к 1бИ К

Евтрофы АГШгоЪАСЪЭГ оЪ1- £огт1е шт.В-53 . 5,15 6,75 39 * 7,00 71

Олиготтю^ы ВепоЪас Ьег уасио1аЪит 5,25 7,75 316 8Д& 794 ,

Саи1оЪ*(^ег Ьас1;®го1-<1*в шт.рЮ5 4,95 4,10 од 2,00 0,01

- 14 -

длительном выживании двух культур сообщества за счет гибели третьего компонента и продуктов метаболизма культур сообщества. Это подобно развитию такого же сообщества в каолините (табл.4).

Развитие пятикомпонентного сообщества микроорганизмов в деи-ново-лу'говой почве. В качестве субстрата'для модельных опытов была использована стерилизованная в автоклаве дерново-луговая почва (pH водного экстракта - 6,5). Эта почва более благоприятна для развития микроорганизмов, так как ее pH ближе к нейтральному. В этом субстрате изучалось развитие пятикомпонентного сообщества микроорганизмов (Arthrobacter globiformis шт.В-53, Tub*roldob*cter mutans шт.V2* Eenobacter vacuolatu», Caulo-bacter sp. nrr.pI04, PedomiorobimB ep.H^ ). в указанном многокомпонентном сообществе имело место размножение клеток всех -компонентов сообщества и поддержание их численности длительное время на достаточно высоком уровне (табл.7). Это можно объяснить как более благоприятным субстратом (по сравнению с кислой серой десной;почвой), гак и использованием органического вещества, перешедшего в доступные для микроорганизмов формы при автокланировании.

Характерной особенностью рада олиготрофов является михсо-. трофиэм и, в частности, использование С j--соединений как единственного источника углерода и энергии. Характерным для экосистем продуктом, образующимся при разложении органических веществ в анаэробных зонах, является метанол. Внесение метанола в вышеуказанное пятикомоонентное сообщество в почве неизменно* вызывало четкий селективный эффект. Метанол заметно стимулировал рост усваиваниях его олиготрофов (табл.8). Как видно из таблицы 8, внесение дополнительных источников в почвенный фон вызывает лишь временную пере группировку сообщества, а далее факторы авторегуляции стабилизируют систему.

Таблица 7

Развитие нятихомдовентного сообщества в дерново-луговой почве ( числа клеток в мл • суспензии и кратность изменения их числа но сравнению с начальным титром (К)

Титр клеток

Сообщество культур начальный 6 сутки 12 сутки 21 сутки 35 сутки 49 сутки

1бН К 1еи К 1вЯ К 1ВН К 1бК К

Евтрофы 1гЪЬгоЪас1ег щт.В-53 6,20 7,95 56 7,80 40 7,60 25 7,90 50 7,70 32

Оляготрофы ТиЪвго1<1оЪасгег аи-talls щт. и2 6,00 7,35 22 7,40 25 6,90 8 7,10 12 7,20 16

КепоЪасЪвг \-асио1аШп 6,60 7,00 2,5 6,90 2 .7,00- 2,5 6,95 2,2 6,90 2

С&и1оЪа<^ег ер* шт.р104 7,00 8,10 13 8,05 XX 8,00 10 7,70 5 7,25 1,8

Рв(1оя1сгоЬ1ш 7,00 7,35 2,2 7,70 5 7,65 4,5 7,50 3,2 7,45 3

Таблица 8

Развитие пятихомпояентного сообщества в дерново-луговой почве в присутствии метанола (16 числа клеток в мл суспензии и кратность изменения их числа по сравнению с

' начальным титром (К)

.Титр клеток

.. Сообщество культур начальный 6 сутки " 12 сутки 21 сутки 35 сутки 49 сутки '

1£К 1ек К К 1бН К 1бЯ К г

Евтгю$ы АгЪЬгоЬве^ег Й1ОМГОГ- шт.В-53 6,20 7,30 13 7,4^ 18 7,64 28 7,32 1.8 » 6,95 5,6

ОлКГОТГЯФы ТиЪего1йоЪаокег шиЪапз ШТ. 6,00 , 7,59 39 7,90 79 8,12 131 7,91 81 7,48 30

ЕепоЪас1аг тасио1«Ъш 6,60 7,95 22 7,98 24 7,69 12 7,35 5,5 7,50 8

С»и1оЪа^ег яр. шт.р104 7,00 8,00 10 8,10 13 7,54 35 7,68 4,8 7,40 2,5

Рей св>1с гоЪ 1ил вр.Н^ 7,00 8,30 20 7,50 32 7,50 32 7,90 8 7,59 3,9

3.РАЗБИТИЕ БАКТЕРИЙ В / -СТЕРИЛИЗОВАННОЙ ДЕРНОВО-ЛУГОВОЙ ПОЧНЕ

Сопоставление влияния разных методов стерилизации почвы на динамику развития олаготрофов. Руководствуясь литературными сведениями (Мс Laren, 1969; Shin-Jchi et al., 1974) о меньших деструктивных воздействиях (в том числе гидролизе органических веществ) на почву ¿ -облучения по сравнению с автокла-вированиеы, проведено сравнительное изучение динамики развития культур в чегырехкомпонентной смеси олиготрофных бактерий í Ти-beroidobacter mutans щт, U-,. Renobacter vacuolatum, Caulobacter sp. шт.рЮЗ, Pedomicrobium sp.H^ )в j- -облученной И авто клавированной почве. Существенных различий между указанными вариантами не выявлено.

Влияние низкомолекулярных источников питчния и энергии на развитие сообщества олиготрофных микроорганизмов. С целью установления влияния низкомолекулярных веществ на развитие сообщества олиготрофных микроорганизмов (Tuberoidobactar mutans ШТ. U2, Renobacter vacuolates, Caulobacter sp. пгг.pi03, Pedomlcrobium sp.H^ ) в ¿ -стерилизованной дерново-луговой почве на определенном этапе развития этого сообщества после некото. рой стабилизации (28 сутки) в субстрат или газовую фазу, в которой инкубировались пробирки, вводились вещества, доступные тем или иным олиготрофам (табл.1) - глюкоза, метанол, ацетат натрия, молекулярный водород. Результаты приведены в таблице 9. Внесение глюкозы отразилось на численности клеток всех культур, но более заметно на культурах Tuberoidobacter mutans шт.и2, Kenobacter vacuolatua и Pedomicrobium sp.H^. Ацетат натрия в наибольшей степени стимулировал развитие Caulobacter sp. шт.рЮЗ и Kenobacter vacuola tum. Метанол способствовал развитию усваивающих его организмов Eenobacter vacuolatum, Pedomlcrobium sp.HjH, в меньшей степени, Tuberoidobacter mutans шт. и2. Водород вызвал интенсивный рост только одного компонента сообщества - Renobacter vacuolatum«

Приведенные результаты показывают, что ответ каждой из четырех культур исследованной смеси на дополнительные источники

Таблица 9

Влияние глееоэи, ацетата натрия, метанола, водорода на сообщество микроорганизмов в ^ -облученной почве ( 1е числа клеток в мл суспензии и кратность изменения их числа по сравнению с начальным титром (К)^

Титр 'клеток Сообщество ' 1 ; 35 сутки

культур начальный 28 сутки

контроль глюкоза даЦда метанол водород

1ен К • К ХбИ к 1бЯ К 15Н К ' 1вК К

ТиЪ егоНоЪасЬег шЛапз ют. Из 4,50 5,80 13 6,00.19 6,10 25 6,10 25 6,15 28 6,00 20

ЕеаоЬасЪвг уасио- 5,76 6,10 12 5,95 1,6 7,15 25 7,10 223 7,55 631 8,30 3548

СагйоЪас1ег др. ШТ.рЮЗ '5,70 6,90 14 6,50 5,6 6,45 5 7,51 610 6,30 3,6 6,30 3,6

РейоайсгоЫиш ар. 4,80 5,90 12 ' 5,90 12 6,40 40 6,00 16 6,90 125 5,98 15

питания и энергии был иным, что характеризует трофические потребности этих бактерий и отчасти их экологическую роль.

Влияние биополимеров на развитие сообщества микроорганизмов. Внесение белка (0,5? альбумина, предварительно „простерилизован-ного # -облучением) в стерилизованную j кучами почву, иноку-лированную пятикомпонентным сообществом, состоящим из евтрофной ( Bacillus cereus ) и олиготрофных культур ( Tuberoidobacter mutans тт. Ug, Renobacter vacuolatum, Caulobacter sp. шт. . pI03, Pedomicrobium sp.H^ ) привело к интенсивному развитию Bacillus cereus и некоторому усилению роста олиготрофов (табл. 10). Это объясняется тем, что олиготрофы не усваивают белка, а развиваются на продуктах его гидролиза. Таким образом увеличение численности олиготрофов вызывалось не утилизацией белка, а за счет образующихся при разложении белка мономеров, в первую очередь, аминокислот..Дальнейшее относительно быстрое падение числа клеток олиготрофов, по-видимому, объясняется ингибируицим влиянием избытка аминокислот в почве. Внесение белка в почву в аналогичных условиях в присутствии того же сообщества бактерий, но без евтрофа, не вызвало изменений в развитии культур. Во всяком случае проведенный опыт показывает первичную роль евтро-фов в разложении органических соединений. Олиготрофы в процессе сукцесснй активно размножаются после накопления продуктов распада органических веществ.

Внесение полисахарида (крахмала, предварительно обработанного J -лучами) в почву в условиях, аналогичных описанным выше, в присутствии того же сообщества олиготрофов, но с другой евтрофной бактерией С Bacillus polymyxa ), способной гидроли-зовать крахмал, но не использующей белок, привело к быстрому значительному возрастанию Bacillus polymyxa и заметному увеличению численности олиготрофов на седьмые сутки (табл.П).

Причиной этого явления, подобно опыту с белком, был интенсивный гидролиз крахмала евтрофом Bacillus polymyxa, что приводило к увеличению концентрации в среде мономеров (сахаров) и вследствие этого размножение олиготрофов. Дальнейшее довольно быстрое (на 14 сутки) падение численности олиготрофов, возможно, связано с ингибирующим влиянием избытка мономеров, а также с микробостатическими факторами, проявляющимися при быстром

Таблица 10

'Развитие пятикомпонентного сообщества микроорганизмов в присутствии белка (1в числа'клеток в мл суспензии и кратность изменения их числа по сравнению с начальным титром*(К)

Сообщество культур Титр,клеток

начальный ' 7" сутки 14 сутки !

£ 1бН л:

Евтрофы ■

Вас111из сегеив 2,08 6,22 13803 6,00 8317

ОлиготроФы '

ТиЪего±<1оЬаа£ег л^апа

шт. и2 '4,81 6,13 21 5,52 5Д

ВепоЪасЪвг тасисйаЪша 4,85 6,13 19 5,70 7

Саи1оЪас*ег ар. *

шт.рЮЗ 5,23 .7,04 64 6,38 14

р©4с®1огоъ1ш вр.Н^ 4,98 ' 6,26 19 5,45 3

- - Таблица II . Развитие пятикомпонентного сообщества микроорганизмов в присутствии крахмала (1« числа клеток в мл суспензии и кратность изменения их числа по сравнению с начальным титром (К)

Титр клеток

Сообщество культур начальный 7 сутки 14 сутки

1вЯ 1вД К 1бН к

ЕвтроФн

Вас111ив ро1утуха 1,95 6,55 3981 5,61 45

Олиготрофн . .

ТиЬего1<1оЪас^ег шшЪапа

шт. • -4,68 5,80 13 * 4,34. 0,5

В»»оЪао*вГ тасиоХаШй 4,60 5,95 22 5,00 2,5

Саи1оЬас1»1: sp.mi.pI03 5,23 6,11 8 4,82 3,9

Ре<Ют1сгоЪ1ит ер.Н^ 4,55 ■ 5,98" 27 4,85 2

росте бактериальных популяций в почве. Внесение крахмала в почву при наличии сообщества, не содержащего евтрофа," не приводило к изменениям в структуре сообщества, отличным от контрольного варианта.

Таким образом, в сообществе, состоящем из евтрофов и, олиго-трофов, при наличиибиополимеров в среде первая группа организмов ответственна за разложение сложных органических веществ, продукты распада которых^используются второй группой - олиго-трофными микроорганизмами.

4. МИКР0Б0СТАЗИС ПОЧВ И ЕГО ВЫЯВЛЕНИЕ '

Как было, показано в описанных выше опытах, вслед за размножением культур микроорганизмов, вызванным тем или иным источником энергии, наблюдался постепенный спад числа клеток» а затем стабилизация их численности.'Это дает основание предполагать, что стимуляция роста бактерий .за- счет дополнительных источников имеет кратковременный характер, ибо процессы авторегуляции неизбежно приводят систему в равновесное состояние.Поэтому изучение факторов авторегуляции представлялось важным для исследований функционирования и стабилизации сообщества микроорганизмов. Микробостазис отражает процесс авторегуляции микробных сообществ, выявлящийся при нарушениях определенных соотношений микробных популяций.

Микробостазис легко обнаруживался методом агаровых пластинок в лабораторных условиях и проявлялся в торможении роста тест-организмов, высеянных на агаровую пластинку, содержащую 25-305? нестерильной почвы. Наиболее сильно микробостатический аффект проявлялся в почвах с высоким содержанием органического вещества. Более чувствительны к микробостазису'евтрофы, менее -олиготрофныа микроорганизмы. С цель» выявления регуляторной роли микробо стаэиса параллельно с учетом численности микроорганизмов сообщества в те же сроки анализа проводился количественный учет микробо с таткчес кого эффекта в' -стерилизованной дерново-луговой почве, ийЪкурированной тем же.сообществом.Результаты показали, что процессы авторегуляции имели кратковременный характер и проявлялись до тех пор, цока искусственное сообщество не стабилизировалось.

- 22 -

В последнее время больше внимание уделялось этилену как возможному регулятору микробной активности почв- Экспериментально было установлено отсутствие ингибируищего влияния этилена на спектр чистых культур бактерий (Никитин, Аракелдн, 1979). В литературе есть данные о том, что в поцве происходит окисление этилена с образованием окиси этилена ( Ре Boat, 1975). Проведенное нами изучение влияния разных концентраций окиси этилена на микроорганизмы позволило установить прямую зависимость между увеличением концентрации окиси этилена в атмосфере, где инкубируются культуры, и соответствующим усилением ингиби-рования роста этих культур. Показано, что наиболее чувствительными к окиси этилена из исследуемой группы микроорганизмов оказались евтрофы, а менее олиготрофы.

Сопоставление микробостатического воздействия нестерильной почвы и влияние окиси этилена на культуры бактерий позволяет убеАигься в сходном характере влияния обоих факторов на микроорганизмы.

шводи

I.Изучение поведения чистых культур в модельных условиях было осуществлено с набором евтрофных и одиготрофных бактерий,относящихся к разным таксономическим группам. В экспериментальной работе исследовались культуры Pseudononae fluoresces и Аг-throbacter globiformis шт.В-53. Pseudоаовда Пйогеscene является "пионером" освоения органических остатков к быстрее размножается, чем Artbrobacter globiformia шт.В-53. В набор оли-готрофных микроорганизмов входили факультагивно-олиготрофные бактерии (родов Tuberoidobacter, Kenobacter, Caulob&cter ) И облигатно-олпготрофная бактерия Pedomicrobium ар.н^

2. Установлено, что в каолините, автоклавированной и j -облученной почвах, не получавших источники питания, из евтрофов быстрее вымарал Pseudomonas fluoresceas. Более длительный•период времени выживала культура Arthrobacter globiformis шт. В-53. Среда олиготрофных микроорганизмов наименее жизнеспособным оказался' Caulobacter bacteroidee агг.р105 — микроорганизм, требовательный к дополнительным факторам роста. Факультативно-олшготрофные бактерии Tuberoidobacter «utans fflT.Up и Reao-

b&cter vacuoiatua выживали более продолжительное время, а об-лигатный олиготроф pedomicrobim sp.^ оказался наиболее жизнеспособным среди всех изученных микроорганизмов. Таким образом, выживаемость микроорганизмов связана с их экологической ролью и физиологическими особенностями.

3. Б трехкомпонентных сообществах как в каолините, так и в серой лесной почве, включавших Arthrobacter globiformis шт. В-53, Renobacter vacuolatum, Caulobacter bacteroidee ШТ.рЮ5, отмечалось, как и в чистых культурах, быстрое отмирание cauio-bacter bacteroides шт.рЮб, евгрофная бактерия Arthrobacter globiformis шт.В-53 и факультативно-олнготрофная бактерия Ке-nobacter vacuolatim существенно увеличивались в числе. Это можно объяснить использованием ими продуктов автолиза сопутствующей культуры,

О пятикомпонентным сообществом, включавшим культуры Arthrobacter globiformis шт.В-53, Eenobacter vacuoiatua, Caulobac-ter sp. шт.рЮ4, Tuberoidobacteir mutans шт.и^ И Pedoaicro-bium ap.Hj опыты были проведены на более благопрзятной автоклав про заикой дерново-луговой почве. В течение 49 суток инкубации отмечалось размножение всех компонентов ценоза, особенно Arthrobacter globiformis шт.В-53. Это позволяет заключить,что существование микроорганизмов в данном опыте обеспечивалось как более благоприятным субстратом,-так и органическим веществом, перешедшим в доступные для микроорганизмов формы при авТокла-вировании.

4. Введение в многокомпонентные сообщества микроорганизмов

в автоклавированной и £ -облученной почве специфических источников питания и энергии,таких как водород, метанол,, ацетат натрия привело к усилению размножения в основном тех груш микроорганизмов, которые могли ассимилировать эти соединения.

Проведенная экспериментальная работа позволяет заключить, что в сообществе почвенных микроорганизмов создаются условия, изменяхщпе существование отельных его членов.

5. В ^ -облученную почву, инокулированную сятикомпонентным сообществом, включающем евтроф Bacillus polулуха или Bacillus e»reus и олиготрофные микроорганизмы, при внесении соответственно крахмала или белка отмечалось в течение 2-х недель

резкое возрастание в основном евтрофов. Размножение олиготроф-ных микроорганизмов было выражено в меньшей степени. Это подтвердило положение о том, что при распаде органического вещества олиготрофы участвуют на более поздних атасах их минерализации.

6. Дополнительные источники питания вызывали кратковременную стимуляцию роста бактерий, способных их усваивать. Причиной дальнейшей стабилизации и даже уменьшения численности микробного сообщества являлся микробостатический эффект, который может быть учтен количественно. Активность микробостаэиса в почвах коррелировала со скоростью развития культуры в субстрате и падала при стабилизации титра и отмирании клеток.

г *'

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Никитин Д.П., Аракелян Р.К. Авторегуляция микробных сообществ в почвах. Тез.докл.Всес.сов."Структурно-функциональные особенности естественных и искусственных биогеоценозов". Днепропетровск, 1978.

2. Никитин Д.И., Аракелян Р.Н. Использование этилена почвенными бактериями. Изв.АН СССР,'сер.биол.,1979, J65, с.796-798.

3. Никитин Д.И., Аракелян Р.Н. Моделирование кинетики роста бактериальных сообществ. Материалы II симпозиума "Биодинамика почв", Таллин, 1979. -

4. Аракелян Р.Н. Моделирование почвенных микробных ценозов. Материалы У1 съезда ВМО "Прогресс в познании микробного мира", Рига, 1980.

5. Никитин Д.И., Аракелян Р.Н., Силева Т.М. Динамика роста олиготрофных бактерий в почве. Изв.АН СССР, сер.биол., 1981, J6I, с.Иб-119.

6. Аракелян Р.Н., Никитин Д.И. Динамика развития олиготрофных бактерий в ^ -облученной почве. Почвоведение, 1981, Л I, с.169-172.

Подписано к печати 21.3.1983г. Буи. 60x84, 1,5 печ.л. Заказ 94, ВФ 01778 Тира* 150

Цех Ротапринт Ереванского госуниверситета, Ереван, ул. Иравяха № I