Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ДИНАМИКА ПОПУЛЯЦИЙ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ НЕКОТОРЫХ ЕСТЕСТВЕННЫХ И НАРУШЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ СИБИРИ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ДИНАМИКА ПОПУЛЯЦИЙ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ НЕКОТОРЫХ ЕСТЕСТВЕННЫХ И НАРУШЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ СИБИРИ"

'7F2ZGG&

московский ардод гашнл, срдшлоктязьской ревощоции и ОРДЕНА ПУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАЫШИ ГОСУДАРСТШШЙ УВИВИЧЖГВГ ии.Н.В.ЛСМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВВДЩН

На щшак дотошен

МАМИГКО Лююаццр Ввниаишошге

УДК (631.46:676.8t602.7)

ДШАМИКА ЮТЛЯЩЙ 1КЛВНШ1 (ШРООРГАШЭМСВ НЕКОТОРЫХ ВСТ8СТВНВШ И НАТУШИЛ ЭКОСИСТШ СИШРИ

03.00.07 - Иофобяолвпк

Автореферат

двсоертвцм на ооисжинне ученой отелем яандидатв дяоаотгюмшх ваук

Москве, 198?

w w оипАШаип n ИИЛТИТ1ПРЙ ТАПГПВ/ПНГ' Г

Работа водсфена в Институте географии Сибирского отделения АН СССР,

Научный руководитель: кандидат биологических наук

3.И.Никитина

Официальные оппонент: доктор биологических наук

Д.И.Нихитин '

кандидат биологических наук ' П.А.Кокевин

Ведущее учреждение : Институт почвоведения АН КазССР.

Защита состоится " /2 " от-кгдргА 1967 года, в 15 часов ЭО нин. на заседании специализированного совета К 053,05.86по Микробиологии и агрохшши в МГУ им.М.В.Ломоносова в аудитории И~2, адрес: II9899, Москва, Ленинские горы, МГУ, фа-цгльте? почвоведения, Ученый совет. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан " ¿у " С&г'ъыЛ.Хб^ 1987 г.

Ученый секретарь специализированного совета - /,/ - '

: доцент . / И.П.Бабьева

у.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальнодть трмы; Изучение дявамнки микробных популяций ., в разных экологических условиях расширяет круг наших знаний в' области экологии почвешшх'микроорганизмов, способствует выяснению загономерностейЗункционировакия микробного сообщества в почвах разных эносиотем и, как следствие, практическому ис- . пользованию уникальных возможностей ивифоорганизмов ,.'в решении : вопросов рационального природопользования, тестирования почв ибиоиццикации техногенного загрязнения средн. В свете поста -. новления Верховного Совета СССР от 3 июля 1985 г. одной из ; веяных задач является разработка экспресс-методов обнаружения - ■ . техногенного загрязнения, почв в зонах влияния промышленных , объектов. Актуальность темы подчеркивает целевое задание ГКНТ-"Разработка и внедрение методов анализа иоценки воздействия загрязняпцих веществ;на биоту", ^''.;..■ ■

" ,- Цоль работы состояла в изучении динамики микробных попу~ ляций в ненарушенных почвах разных экосистем и использованию характеристик их состояния для нормирования и оперативного ' ^ контроля техногешого загрязнения почвы в зоне влияния промыт- ; . ленных, предприятий. ' - . , .=V./-./-::.

- ^ ^ Перед исследованием были поставлены следудпие задачи:

- - / - разработать простой в исполнении и приборном оснащении ; : метод наблюдения'за динамикой микробных популяций в почве»

. пригодный для работы в полевых условиях, н изучить влияние от- V: дельных-факторов.среды на состояние микробных популяций в поч- ; вах разных экосистем;. \ ■ ■: :\ л^;--'';'-^;.-'л':

- предложить способ оперативного обнаружения техногенного ■ : \ загрязнения кочв по показателям популяционного уровня и иэу -

- . л■ ■ ■'.•*.' . : Цввтраг^вая. 5 Ч . ."_■"■;■

" Лзучл-ч |>-5.-и(!тг1га ;" ;■'. ,

еьасмх • .*«.:'■ . ' ■" ■■

.'.. ■-.■;■■.■■.; ..:... еа..а'. Л. Тиумрезга* - ; ■■':: -,..■■.■:

. "чить особенности динамики"микробных популяций в условиях тех - ' " • : •: • аогенного эагрязиения;. V • У.= ; • - . У: ь- 4 ' - .Л/ ; •

: . ^ I ' - установить пороговые концентрации з агряэняицих веществ;_ -: •в черноземе южном^ на пример© основных.компонентов дымового _.. шбросагвлшшшеюого комбината Г--у".- - . „';' Г'- '.\л •

- - У ; -Нпибол^я лл^аптвй^мв вйтчнш гоаультатт " У*; У;Г^__ . У - разработан метод прямого наблхдония за состоянием поч- - " '•венных микроорганизмов, который позволяет изучать динамику. ...^численности клеток микробных поцуляцийи их структуру (ло со- V

-отношаниюактивных в покоящихся форм) - в естественных условиях; Ч:*: ~ . Л ; - - - изучено влияние отдельных факторов среди на численность '• ; 'и структуру шнфобныхпопуляяий в почвах разных экосистем; ■ л - ~ • определеннойщие закономерности1 влияния техногенных ве-' ^,-; ществна 1 микробные популяции, в условия' оперативной"биоиндика^- ■■ " V.-: ши'заг^неюм почв по микробным тестам популядионного уров

• ня. ^; ; • "*•;;-' •••' •- •;" ; V

У У - У Пра^чедг^я ^натимодт^ ррботы. Резудьтаты адтодическихЧ у _ *. • . ; разработок используются'в научно-исследовательских - организации •: .'. ях при решении вопросов формирования^и Функционирования микро- ~ боцевоэа почвы, что подтверждается справкой о внедрении. Уста- ---: новлеяные критерии оценки; степени загрязнения почв по состоя ,: 4, ; нию микробных популяций"позволят, контролировать уровень ^ по 4 ". ^ -"ступлеиия основных компонентов дымового газа алшнниевого ком- . , *: и^';*бината в чернозем жшшй солонцеватый и повести предвари те ль - . :"" ную идентификацию соединения,'вызывающего иаибояыте измене . "У.-" ' - ния/ Результаты исследования включены в научные отчеты Инсти " ■ тута географии :С0 АН СССР по .темам: "Экспериментальные основы ч • . прогнозирования данакаки природной среды и ее оптимизации" , • - >. ; (* гею.регистрации 76003059);"Фунгагаоналышй анализ и модели-" д.-

рованае геосистем" (Л гос.рвгястрации 7600305Э), "Изучение природных условий района КАТЖа, как фона'хозяйственного освоения,: ^ с учетом ограничительных ректоров природной среда" (Л гос.реги- " страдай 8104325). . , ' ' .

' V. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ« ♦ - " ^ - Основные положения и выводы диссертации докладывались и ■ .

обсуждались на Всесоюзной научной тонферешии .шлодых геогра -■¿г у-['.г фоф (Ир^тск, 1972); на Региональном совещании, "Микрофлора ■;■■■■'.'; -.V почв и водных бассейнов Сибири и ДВ (Томск, 1976); на Всесоюэ- .

ном рабочем совещании "Проблемы и методы биологичеокой диаг -•• костяки почв" (Москва, 137©; на Республиканской конференции '

"Микробиологические процессы в почвах я урожайность с/х 1^ль - * < г. : - - тур" (Вильнюс, 1978); на областной конференции "Научно-техни — . :: > ; . ческая молодежь-производству" (Ир^тск,. 1977, диплом II степе. 1ш); на втором Всесоюзном совещании "Биодинамика и плодородие .почв" (Таллин, 1979); на 6-см Всесоюзном съезде микробиологи - 5 : ^ческого общества (Рига, 1980); на Всесоюзном симпозиуме "Мик - -роорганизмы как компонент биогеоценоза" (Алма-Ата, 1982).

Диссертация состоит из введения, 5 глав, обсуждения ре - ' .••'. - зультато» и выводи». : . • : .1-

у"--*'" В первой главе по литературным данным проведен анализ .„. Г -;- -; современных представлений о механизмах регуляции численности л: - микроорганизмов в почве и рассмотрены методические подходи к •: * изучению их состояния. • . .. /

Во второй• главе дано описание.объектов исследования, ■. '

: V:,стандартных методов исследования и собственных методических . ..: разработок. ' . • • - • . •" '..'./

: ■ ' В третьей главе описана динамика численности микроорга -/. назмов и'интродуцировонных популяций в почвах разных экосис

.' тем. ■ ■

. В четвертой главе рассмотрено влияние факторов среды на динамику микробных популяций и описаны особенности функционирования микробоценоза степной экосистемы.

.Пятая глава посвящена вопросам биоивдикации техногенного загрязнения почв по состоянию микробных популяций. Работа изложена на 225 страницах, включая 51 рисунок, 2 таблицы и список литературы из 191 названия (из них 31- зарубежные).

Объекта Ч' метет исследования

Динамика микробного сообщества изучалась в аллювиальной дерново-глеевой почве пойменной-экосистемы, дерново-подзолис-тоВ со вторым гумусовым горизонтом почве хшютаелсной экосис -темы, бурой лесной оподзоленной почве предгорнотаежной эко системы и в черноземе шном степной екосистемы.

_ В ряду от пойменной к степной экосистемам отмечается закономерное сниженав вариабельности экодого-климатических факторов (Герасимов и др., 1976) и почвенно-геохимическах характеристик (Нечаева, 1975; Кочуров, 1976), с закономерный сни -гением запасов влаги и органического вещества в почве,'

Для наблвдения' за динамикой численности микроорганизмов : в почве использовали метод счетных капилляров в модафщиро -ванном (Мамитко, 1970) исполнении. Состояние почвенных микро-■ организмов изучали о помощью метода мембранных камер (Никитина, Мамитко, 1976; 1983).

Динамика численности почвенных микроорганизмов и инттю-

дудорованннт популяций в разных экологических условиях

Результаты многолетних наблюдений позволили установить, что временная вариабельность численности бактерий в почве оп-

. редедяется типом экосистемы и ее состоянием в момент наблвде-

) ния., Наиболее динамичкыеколебашм'числеш^ зарегп- V;

стрированы в почве пойменной экосистемы, коэф|яциент.вариации V ; ". . - 56$. Показатель закономерно сшахается в соответствии.с уве-.-: . . - V личениом замкнутости природного комплекса (Одум, 1975) ~ и ••• . Л'--. •' - ...'уменьшением скорости оборота вещеотоа в экосистеме.(Герасимов . • / . " и др.; 1976) до• 45£ в пяной тайге и. до 28£;в аридных условиях •'•' . V ' ; степи. 4ронт пика нарастания численности клеток в почвах всех ^ , Т исследованных-экосистем примерно одинаков (3^1 сутки). Его из--, мененя есвяэано с понижением ^'температуры почвы* Ири-;НИЗК0Х :; .. -. температурах, (в зимнее'время), колебания численности Г бактерий : -затухают. Это обусловлено. снижением скорости размножения' мик- .' •' л.;"„

* Ч .роорганиэмов, вплоть.до^полной остаповки их роста, что^ соот-/

г ветствушим образом отражается на динамике численности клеток. "-' V Влияние влажности почвы на кратковременные колебаниячислен- ;

* ности , клетокнеодноэначно. В сухой период 1970 г. динамика •..-./• ' " численности бактерий в почве;южной;тайги была выражена значи- '7

• .• 'тельно.слабее, чем во влажный 1971 год,.'коэф^циенты вариации. - • *' : соответственно равны 2Э£ и.45£. В то же1 время увеличение чис- ■

, : ленности/клеток в 2,5'раза вслед за; повышением влажности поч- • -. вы .с 12 до 28/5 было зарегистрировано 'только один раз в степ - . ; " \

ПОЙ ЭКСЮИСТШЭ, '-V'; '.'*' "л'С^---У;^V

, - . Очевадао, гидротердаческие условия определяют динами^ : Л "

процесса кратковремегашх колебаний численности мшфоорганиз- ^ -ГЛ" мов в целом. При ..этом повышение влаошостй почшвотдельных:-.,,- " }

• ,• "-случаях может выоватьрсютчислаклеток.Длп/изучения динами-

кя.численности: отдельных популяций'был разработан метод мом - ' Г'бранных камер^ Суть метода состоит'в шханической изоляции . : ' .*■' .• клеток известнойлЛакр'обнСЙ популяциигот'цочвенноЙ:Ш1фофлорыГ''* " *

'*."»"■" ': " .■.■■""/*1 " '.' у':.." \ ■'Л'-'^---'." ^ *: • ' - V■ - ' - ' ■. »"

с помощью медкадористой (0,23 мга) ш^ранц; Контакт шаду ми'-.' ^ тртдуцированной'популяцией ипочвеннымнаселанием осуществляет-

ся~ через почвенный раствор Ч90£ .тела мембраны составляют поры)„'■< , Метод поЫодяет. опрвдалить нв толькочис ленное ть клегок/но:и ■ их относительную актш'юсть. Критериальным признаком "покоя - г. . махся" вди "активных" клеток является вх. морфология включая

v^ ~ тип ~ (спора, вегетативная клетка) , ; размер ,;форму\ и - светбпрелом ^ ~ лёние г соответствужидае опроделенным фазамроста популяции ^ (Вино- .

Шв~кетри; экосистем приближались к инв^риантноцу- состоянию (Сочава •-Я . 1978) - в почву" помещались Kawpusc-nony^HJ^^Art^bacte'rJure-*j ... afaclens, -Ajotobacter chrbo со с cum," Ba ci1luamega i eri ura, Hjco bac-- teriumrubrum, Microcycluamajor, Hhodotorula rubra,•Tuberoldo-~ ^bacter U-1 Penicilllum jantinelluia, -Streptomycee

идр. Состояииешвробных популяций, внесенных в почву,: стаби -;жлизировалось;Ч9р9з; 6-10гс1гток^ В разкых экосистеыах этот :' ': * це сс сопровождался сходными явлениями .7 Численность спор; (покот - _\

* ящихся;формj -практичеокине^менялась, а "вегетативные клетки, "^частично лизировались, одновременное отдельных зонах наблада

^¿улось форшфованиё ьшрроколоний, количество и плотность ' которых ' гопреде ля лиуровень'отаби ли заци и чи с ленное ти ■ клеток в популяции.'^ -. Обследование 1фушшх - зон роста' позволило, установитьу что ^Гони ^ j приурочены к местам локализациитпитания , ( трупы насекомых^* корни л "растенийги$ы грибов, "зоны скопления водорослей и т.пЛ -., Уровень стабилизации ;численности клеток"(рис.1) и условия ~ .X/ "формирования'' колоний свидете'льствуют о'разных условиях питания ^ - j,' ми1фоорганизнов в почвахразных экосистем^: Оссмбегао отчетливо Г

* это видно при сравнении;дашшх, °полученных в пойменной и'степ

' - -bV.^ "J?-."ft." ."Г • '

Рис.I. Динамика внтролуцировакных микробвыхпооуляивй в почвах разных экосистем.

а - пойма» б - пкная тайга, в - предгорная тайга, г -степь. .. ■ ^' ■ '..,-'■".'

ной экосистемах. '-./, . .■": ■."..>' .у

Однако ■ Япл^дщш^ щугрпдутур^ичцтт^пс ПОПУЛЯЦИЙ, ПО всей ВИДИМОСТИ , зависит не только от иг обеспеченности элементами пи-, тения» но и от параметров среда, влияющих на вынос .метаболитов из зовы роста клеток. Так максимальная численностьклеток в камере со стартовой дозой 1% пептона (0,016 г/см2 камеры) при влажности почвы 25% была на порядок выше/ чем ввочвеиневдей влаги. Начальные этапы роста интродуцированных клеток и в

•• -том « в другом случае не имели существенных различий. Они воз-, Д : Дv НИКЛИ после формирования : МИКрОНОЛОНИЙ.ВеЛИЧИНа ' которых И ОП Д ; : V Д

-редедйда уровень накопления численности клеток.' : - Д Д Д-ri' .' " -• ' Зависимость состояния интродуцировашой популяцаи. от^ сос- ,'Д Д тояния почвенного населения изучаласьв лабораторных условиях, д Экспериментально было установлено, что" рост популяции Bacillus V ;

megateriumv в простериднэоваыной почве и.в почве, заселенной : Д только дроялами-. Rhodotorula rubre ■ , не имел / существенных ' ''• . : : различий. Нормальное развитие спор Вас'. megaterium • в почве, - Д':' ■;'

'заселенной популяцояш . Rhlzôpug nigricans,.Mlcrococcuo albus ^ . ;Д; иди Вас.. megaterium ■ ; наблхщалось ■ в том случае, если инокуля- ; д -. ция простерилвзовашой почвы и установка камер е опытной попу-_1 ляцией проводились синхронно ; ' т Î& '. в случае одновременного на- • : , ;- д чала колонизации субстрата "почвенной" и лнтродуцировакной по- . д пудяциями. ; Бели "почвенные" популяции* находились на стационар- -Д- . ной фаве роста;' то развитие интродуадрованных .спор в«о.. те- " ; -

.. saterium наблвдалось только в монолите заселенном клетками м. .Д albùa,' при - ©том у клеток Вас* megaterium значительно вару - л j шалась морфология и процесс спорообразования. Результаты сви - • ' • . 'детельствуют о тем, "что развитие' интодудировашшх популяций в ' • : -почве возможно только ' в момевты роста почвенных микрооргакиз -... * мов с аналогичными околого^орофичесгаш потребностямиГ а также " . ;-.в случае'отсутствия последних в месте ширэдукции .(вероятно - ; Д ' - ' сть чего"в естественных ^'условиях крайне шзка). Д. • " ' •' :•' " . Г : При исчерпании источников питания и накопления метабола-.

тов в 01фузсавдем "пространстве,'под действием отрицательной об^ - Д/, .• ратной связи/№1Ч^шв 'по11уляции с1шаш»т свою активность раз- •' д / Д , ними способами. У Art* ureafaciena и ' Вас» megaterium : это -происходит без ■ снижения численности меток за счет образования

■ покоящихся форм,. à у M.' albua иfluoreeeena нэблвдается .- .Д

ли зи о- большей .части клеток." При совместном росте _ атих популяций. в, замкнутом 'объеме; камеры,1" в' результате ^соперничества за про -' ' V ;- % странство и питание, доминантой по'численностисстановптся'попу- ■ ляпвя ¿"больше й скоростью" рос та;' Например *,' васс оциацииЯ.. .... meg&t«rium ." и н. , albue.h снижается максимум" числепности * перт--,.; вого партнера. -j- K. aibua ^ в данном олучае выступает как псоу-;'-v -.¿-Vl ; лоция* с 'относительной^ R - стратегией, причём ее-развитие npe-f » : нятствовало: накоплению покоящихся форм в ассоциации. Относите ль- . ■ ,.: но контроля, где популяция - Baoimei^te^^^-развивалась изо ли-;

• рованно, снюгекие числа спор было зарегистрировано такта в'опы- "': •л1-- ';ТаК С ассоциациями Вас.* megateriua :ЛИ ' Ре. f luo гeecenej\ Ва о . X ">■' .',Гa««aterium .и, *jrt; ureafacleae'''Роль покоящихся* форм-в

стабилизации численности клеток; ^при изменении внешних,условий"". /;-позволяет оценить результаты длительных вегетационных: опытов с >-■■.-w ■ популяциями1 Art.»ureafaelene- ,И' Вас. megaterium проведенных В ; . почве степной экойст^^'После пбмещешя в по^^'Кшер о клот-

каш Art. tireafaoiene ^(стартовое питаниеО, 016 мл/см"?' 1% пей -' ^v: ; " „ тона) наб^^ось увеличение чиоленности клеток j Оатем в тече -" • ние 30 суток в'популгайч' происходила структурные^азменения, свя-^

эанные о уменьшением доли Г активных" клеток.(с; 80 до 2С?С). Пос-'.- ' "ле стабилиэагяв показателей, в камеру вновь1 ввели питание.' Бмес-^ ; .- то ожидаемого увеличения ойцей тастоштоста клеток, питание; вы' -"- п ;

^ звадо' атвшэадо латентща '^рмГ ¿ результате чего доля^ак^- v ^ С = V - тивнше" клеток возртела от 20 до 80^г По истеченпи 15 суток-вх.^ —

. После; стабилизшдаи численных характеристик^ популяции ¿ в камеру ,v w а ^.;; снов^введи: пи тание\?:В^этом*с^ае;'на|яет

* ■ ■ - ' ■ ^ у. . . " - ' ' ^ 1 - ^ ' у - - • t ' , . - ■■. ' - .

тявтд* форм наблвдали увеличение общей численности клеток. ¡ Аналогичные явления наблвдали и в опытах с популяцией Вас, ~ ra«gaterium. Проведенные опыты показали; что приналичиа высокого дулалатевтныхформ в популяции большой плотности удуч-оенне условий питания приводит к их активизации и общеечисло ¡ клеток практически не меняется. v . ■■■■ " ' *

* : Структура микробных популяций в почве, по соотношению по-; поящихся и, активных форы, в определенной степени зависит от влажности почвы, причем,в условиях: поймы доля активных клеток значительно выше,, чем в отели (рио. 2). Исключение с оставляет короткие нопрогноэируеиие периоды резкого и вначительного уве^' личендя влажности почвы степной экосистемы. \ -.. ■ ~ - • Рио,2. Структура адаптировавшей-

:;; СЯ популяции Art. ureafaciena * : черноземе южном степной экосистемы - (а, б), глубокоподзолистой со вто-.рым хздусовым горизонтом в почве . . " . южной тайги (в, г,~д) и аллпвиаль-ной дерново-глеевой почве поймы '

^ у:Чв>. Г,- ,¡-; :;V-,.. ■ ч „„; ^ .

" ЕЗпочовмим фврмы а - влажность почвы 8, б - 35$,

□-««мы»- »«пш ; в r - 32S£. > -'"40í!v V.

Подробное изучение* реакции микробных популяций на изменение влажности почвы позволило установить,,/что в случае ее увеличения почвенный раствор обогащается питателышмивеществами, которые выносятся из локальных зон. 0дновременно7в локусах -снижается концентрация метаболитов за счетдиЗФузии последних в; окружающее, пространство» Развитие этого процесса в отдельных" случаях приводит к тому, чтоГв почве степной экосистемы происходит значительное увеличение численности ми крооргани змов . вv_ короткий проиежуток.времени (рис.З). Как следует-из изложенно- ^ го вшо ипмсиенио активности микробного сообщества- в связи:; с

. л> 80 № '40

2СИ

. — — ___^ *****пс;

Г%

Ь

3

Г

I

I

— — 'м " I

I»

. / \ Г^ 1 / . V - с

..А. • ч ч • ,

СуТКЯ

" -1*

".ч ■■ ■ . Г--- 1 1 „ 1 / \ у * -

I»:

(

Ий

' , ■ 'Т » » *>' № ОТ М . 40 <0 М . 70 80 \ .

, ()1М .. ; . - .. : . ; -■

! л,д-Влс.ксблт1оЫ, »•Авт.аяхлгле№1С "

Рис.3. Динамика численности микробных популяций при быстром_ ■ изменении влажности почвы. ■

улучшением"условий питания происходит в две стадии. На пер ; вам этапй ^повышается активность покоящихся клеток,: а на второй, если ресурс не исчерпан возможно кратковременное ; увеличение* общей численности бактерий.' При ухудшении, условий пита-;; шш. в первую очередь| происходит'снижение активности"клеток и их переход в покоящееся состояние. ■ " : :т \ * : ;

'VПа основе полученной информации, можно составить общее" ■ Представление о;динамике численности микроорганизмоввпочвах с исследованных экосистем.- В пойменной экосистеме^открытого ти-

П.

па частая снова состояний приводит к томуг что в микробном : ... сообществе преобладают быстрорастущие микробные популяции. -,.^- - • Пуллатевтннх форм незначителен,«и; таю следствие/ повышением ; ~ ; V активности мигцюбвого-сообщества при улучшении;условий пита-,--^ JV . V Г ния. свяэаяо с увеличением общей численности клеток и более " *' : v выраженной динамикой »того показателя в почве пойменной эко-" - ' " ' системы..В аридны* условиях степной экосистеш закрытого типа- • • V в мигфобвоы сообществе формируется высокий пул латентных " -,» / >

- покоящихся форм. При улучшении усиовий питашя соответстаущее,' - ;:

: ■ ■ ■.-■ а,-.. ... - • , . -<. v • • '••• : ■ •• - .-• Г

.-. -.ч повышение активности мшфобного сообщества обеспечивается > в :

■■:,-.-■ г - "у; ■ - ■ • • "-'-V.

• - . основном за счет активизации покоящихся клеток; Только мощное , -

;v "Ч * воздействие внешних. факторов может привести к изменении чис- . ту'-;-

-.-.г..;.■ ■ ■ V . : 1 -.i,'*-- t

-V. .. ленности: бактерий в микробном сообществе почвы степной вкосис- ' л v ;

-J:-"' темы.'Поэтому показатеетобщей численности'микроорганизмов в^ -

- почвах стеш меняются" незначительно.: : . * • , " . *":'.'\

• : • . у тятаотетото аятт^анатшя дота'"- •

у ^ " v у При индикация техногенного за1ряанения почвы необходимо /

учяпшать .то.Учто -покоящиеся форда\/оддош>тся г\ повышенной ^ ~* \ -:

устойчивостью к небгаго^1штас*улвозд0Йо*ТЕСТ. , Поэтоцу^в^про - ■

г- цеос ¿экспериментов; в полевых условия*'. для инициации актив v-V > - * -г '

j иостивгтамма-вндикатора в!камеру, вносили стартовое питание. ;

:-Л' предварительных опытах * среда популяций Г Art.; ш-eafaotene, Azo t, *: :;V; -.'.v :-.. « - -'...-»;>- j.

. cbroococcum, Вас, megateriuin,4;^H. rubrun,;:- r„.;

была отобрана здльтура длячдальнейшей работы по ицкикации тех-^7. j . t" i. - . ногенного^за^знения.Так функциональные нарушения'^; популяции ^г "

.• \ ■ ..- .■> -•• - -- - . • ; -- --i. .. . ■■■':.■".■- -JK -.

а - ' j- могут ; и не ' coimoпожпаться шюпогшиональными изменениями -^чис - - í '

ленности (Помозгова, 1974)/одновременно с численными поназате-: / - Ьши.регистрироваливзмененив'|юрфодогии клеток.' В результатв" / _: , ;'■■=' было установлено, .что наибольшей индикационной способностью об-\ . • ладает популяция Вас." negatcriun. Рост этой культуры описыва - , . ; V V ется двумя. кривыми (клетки и споры),; момент, начала роста попу -: г; ляцяв фиксируется с высокой достоверностью по появление клеток,": величина которых позволяет, ползгать: информацию об их морфэлоги-; '.••" ческих особенностях, вплоть до деталей внутрешгаго строения при ~

• ;; использовании;обычного светового микроскопа. В популяции четко ;

. диферонцируются активные и покоящиеся формы. Вариации фенотина ч ■ ;• на белковых средах (МПА 1Я0, 1% пептон) практически'отсутствут. ■ ют .' Высокая скорость роста позволяете течение короткого време-. ' ни получить необходимое количество посевного материала. Хране -~ V; . .' ние камер ,о нанесенными ■. спорами в воздудао-сухом состоянии син- V ;" . хрониэирует их способность.к пророставию."В лабораторных опытах" было установлено, ¡ что при повышении концентрации питания в среде повышается устойчивость популяции к негативному воздействию . '' загрязнителя.'Например, в растворе 0,5 и 1% пептона снижение ' •'••.. . . .. ^ численности штамма-индикатора происходит'при содержании 0,042 ■ г/л ЯаР, а в 2% растворе пептона-при 0,21 г/л ЫаР ,- .;>* ' . - ■ ' Опыты с 1% пептоном. в который вводились возрасташие кон-;:,,"

лцентрации; загрязнителей ^ ( , Na230^ , н^О^), позволили; >: .•••.• определить, что при действии малых доз загрязнителей (независи-

• . " мо от их природы) у испытуемой популяции стимулируется.накопле-

ние биомассы. Нацример, в присутствие 23.10*rr • МаР в литре Ii . <., пептона численность клеток в популяции. превышает контрольную <: '. • ца^ру. (в чистом пептоне) почти на порядок,' Наибольшие различия - ••' • между контролем и опитом обнаруживаются в: течение логарифаичес- ■■ ' ' - кой фазы роста. При больших дозах загрязнителей.в среде споры :

Вас, п«ва««г1ш остаются в покое (ряс,4).

Рио.4. Влияиив разннх загрязвит0лей на рост а развитие популя-■ цни Вес. «•вА«*пиа в почве, в присутствии 1% пепто-- на. Концентрация загрязнителя 10~3 т/я 1% пептона.

■ . Негативное влияние за!Эрта1ятеля на популядаи ;

• - проявляется в первую очередь в изменении морфологии

клеток, скорости инициации и прорастания спор, изменяется также : процесс саорсюбраэования.Если соединения фтора тормозят про - , 1 растание спор и стимулируют процесс спорообразования, то в при—-сутствии серкистых соединений наблвдаются противоположные явле-■ ния (рис. 4). ;..\'С'.-'"Л} Г .;■■ '";;* '

По результатам измерений клеток было установлено; что; от- ■ ношение длины к ширине у клетки« выросшей в контрольной почве,

-С.- ■ ■ :;■ 14 ■■.■':" ' . • ■■ ■ . " . .

•г.».*-; варьируегГв' пределах 3-3, б. Если' в почве', присутствовали' - соеда-^7 ^ ¿7-7-7' нения ¿гора .тддина клеток значительно '.увеличивалась и' при . кон-7777*; Г- .г . центрациях," близких к" критическим,", отношение "длины7 к-ширине ' --7 >

' загрязнителей:в почве,"■: вызнвапцих значительное:нарушение морфо--л-, логии: клеток;; наблвдаетсл; стимуляция роста иг численности, _

-'-. <"-(табл.-1).* Поэтому анализ только числешшх характеристик может^- 7 ^ - стать причиной искаженного представления^ о вла^и зетряэнателя Н 7: цг_',>" на состояние^мшфббных-популяциЙ в почве. При - нормаровании

: уровня эагрязнеяйя почвы 7 на личи е "ре зультатов контрольного опы^ТТ-У 7' .7 та позводяет обнаружить" изменения вызываемыевеществом вносимым^ .

в почву поотносительномуизменениючи с ленности клетокГИндика-^"^ ^" 7 Дня; техногенного ¿загрязнения почвы в реальных условиях; исключа-7_; У. V вт такую возможность' и; может быть надежно обеспеченат по измене-^ ^77^ Г г ггТУ.нию фенотипа по^ляции включая' такие'показатвли как морфология ¿'у.Т7.:

• - '-л- *

действия значительно превышает.норму;их^природной вариабельное-4-7

Действие. з агряэните ля; на] ми кробные 'попудявди * зависит *7 от ^ 7^7 V ^зи^хигачестах;. характеристик среда?^Так; токсйчность в 777;

77:..:- ;■ растворё пептона"почти;в100 разивши,:,чем'влерноземе' шом777 .'' • солонцеватом.". И наоборот,' токсичность; Ва^зОу 7в-той жепочве ¿-^Г:-777 ~ в 4 раза' выше,7чем в пептоне.^Токсичность. за1рязнителя опреде7 777 лилось по формуле: К.« £ .-107?, где С - яритаческая'концентра-7*7 ция за1ря зни теля в среде. - Повышение токсичности 7 На-ЗО.;1 в поч- ;; •'7 — ве объясняется сульфатно-содовым засолением чернозема кжного. 7:7 -.7 Снижение .токсичности -МаР ь связано с тем . что в результате / ? 7

. 1 ¿1 \

- Д 'ск^иениой "реакции .с. органоминеральноА мицеллой' почв'енно-погло-'"." . " ^^. щвпцего: комплекса образуется менее , растворимое соединение саР , .:•

а почвенный раствор обогащается растворимыми гутлатамй натрия, д." "г! '••„*. В результате улучшаются условия оттания клеток (Никитина, Ма 0, . - нитко; .1977) и соответственно снижается их чувствительность к^ \г\ • /^неблагоприятному воздействию, о ч'ем. говори лось вше. V ■ \. - Таблица I была использована при оценке состояния штамма/ -индикатора в почве эгоперишетальшсс площадок полигои~тран --; ' ; ^

сектана поверхность'которыхежедневно вносились в виде аэро-1 _ ~-. ' золей строго заданные дозы основных компонентов дымового" выбро- •. }са ал^ниевого ко^ината (Никитина, Мамитко и др.,' 1979). ".•"•'-• г-;;-:- ; ^Эксперимент, показал, :что загрязнители «накапливаясь на по-. ч

• верхности в сухой.период, шгрируют'в верхшй горизонт почвы в .- <' • ";?.'' период осадков в неконтролируемых дозах. В условиях экспери - ' '■{■ мента это произошло через 35 суток от начала внесения загряз -- : ; ; нителей и вызвало .резкое утаетеете роста пггшша-иадикатора, ■: ' '

- - ^ ' Поме Гпре^ш^ния таесения^ загрязнителей (через 75 суток) 5 . V; .... •' состояние! штамма^-индакатора изменилось только после "осадков. *Я"

г Морфология клеток'и их численность постепенно приближались' к' . , - * ' Г '. норме. Процесс значительно ускорился после вторичного выпаде - •' . • ;; ния осадков. Быстрее, и ; динамичнее протекало восстановление по- . -. пуляодоюшх мрактеристак на площадках загрязнешш^ МаР ••.• Бо- .

- лее глубокие изменения, в почве 'вызвало! присутствие: Иа^о^ . • оД '

: 4 чем свидетельствовали больше ■ сроки ■ восстановления: нормальных ". ' X ■ /■ характеристик штамма-индикатора .(Никитина,-Мамиткои, др.,.; > :' '_' г

- 1979)'. V,

Таблица X

Оценка уровня загрязнения чернозема шного солонцеватого отдельными хшгческвмя веществами ш показателям роста ш>пулвд1Ийас.тев^ег1т воздудщо-сухоЙ почвы.

Спорообразо- . ВЭНИ9. ' Нормальное Нормальное неполное, ■ , ■ ' нарушена Нарушена мор- морфоло-фология спор . гия шор достоверная-регистрация Нарушено показателей затруднена

Морфология . клеток Нормальная Незначительно изменена Значительно . нарушена Инволквдон-нш .форш Инволюционные Форш

Численность клеток ъ% к норме .'■.-■ 100-120 .120-400 . 400-500 : 400-50 • 50-10 ■ 10-0Д '

На? ' 0-0,1 да о,б : 0,6-4 , • ДО 10 . 10-12 ■".''. до 14

На^О^ ,0-0,05 :" ДО 0,15 0,15-0,2 до 0,5 :■. 0,5-0,7 до I

нр 0-0,008 до 0,016 1 0,016-0,03 до 0,064 0,064-0,16 до 0,4 :.

0-0,0052 ■ до 0,013 0,013-0,026 до 0,076 0,078-0,13 до 0,52

Оценка уровня загрязнения почвы

. ДОПУСТИМЫЙ' КРИТИЧЕСКИЙ НЕДОПУСТИМЫЙ ■■■;..,. Л"-

Примечание: Содержание загрязнителей а М-3 г/г.

' .?"".*.. У - ■ т/'^:'- У лУ .. - "{'-"-ВЫ ВОД Ы ■ ,.>■-"„; ---

I. Метод мембранных камер, разработанный для вабявдения - ч ; " „ ■ га состоянием микроорганизмов в почве; позволяет * изучать как ' ^динамику численности клеток,"так и структуру ми1ф0бных популя- •

цвй по соотношении'активных и покоящихся форм^ Метод отличается • -. ':: простотой и широкими возможностями при постановке экспервментов о отдельными популяциями и модельными ассоциациями почвенных * ' микроорганизмов. . -"/лт»у;У";7" -У.у:

. :. 2. В почве степной экосистемы до 80^ клеток в мивробнш: ' ■ популяциях представлено покоящимися формата, а в почвах пойман- - ; ; . ной экосистемы их доля в популяциях не превышает 25^. • Кратко-3 временные колебания численности мигфоорганизмов в почве степи : . выражены значительно олабее, чем в почве пой®. .. . . ; ■;■ 7 : : V 3.- Значительная часть клеток микробных популяций,' взятых " . ! . на логарифмической фазе роста и помещенных в почву, лизируется. . Число покоящихся форм практически не изменяется. Рост и разви тие ивтродуцарованных клэток набдодается в местах локализации питания. Синхронное развитие инокулята на значительной террито-. ^ рои степной экосистемы происходит 1-2 раза за вегетационный се-'У зон в момента значительного увеличения влажности почвы после . '•'"'.- осадков. . . ' • -':.' - ••'.• - ■;

;*.....4. Установлено; что изменение внешних условий в первую.

■ - очередь ведет к повышению или понижению доли покоящихся форм в. " ; структуре шифобннх популяций,.а общая численность клеток измо-' '. . няется лишь при значительном внешнем воздействии.. . , -; -: : Г; Применение метода мембранных камер для индикации техно- „ -'г<. ~ генного загрязнения почвы позволяет получить необходимую иифор- . - . . \ .. : мацию на начальном втапе логарифмической фазы роста штамла-ин- '. . . дикатора. Повышение конце1гграции'питшшя'в среде снижает йога -

^ X.--' тивное влияние загрязнителей на рост= и развитие популяций, "- -*:'. _ ; .6.;При допустимом содержании загрязнителей в . почве набдю- V

: " дается стицуляция: роста ' численности' клеток без • существенного X :.•; ■ ; , "; иаменения их морфологии ; Критические концентрации : загрязнителей ~ , ;л стимулируют роот численности: клеток со значительно измененной;. " ' ^."^морфологией;- При~ведопуотнмомзагрязнении почвы регистрируется . " " : развитие.инволщионша форы.1; Действие загрязнителя на,состоя•- Т - ': ние популяции молво оценить только при ^одновременной регистра- ■ ; ^ ции показателей численности и морфологии:клеток.^.' V-: У. . .7. Для популяций микроорганизмов в. черноземе шном солон- ^ > цеватом сернистые соединения более токсичны по сравнению с : - „ '

веществ,;но главным: образом ■ V"

. V индивидуальными, Зизико-химическгаш свойствами исследованной X Г'

' ' ■■ ' " - • ' ../у .ГУ-П-

. .... почвы,. .. . . л";.V „..- •.••'¿V '.•;

- ••" ••".„•,'..•—•:■ Список работ .»опубликованных по теме диссертации: ^ ^ -

-: ; \1. : Ежесуточная ритмика численности ададоорганизмот в поч- ' .'л 'с. ■ вах Ююгатаешого Црииртшья 1 -В ни: На встрече:молодых геог^1 ■ . . У рафов.: Иркутск, 1972, _с,113-11б, .' . . " С ': • ^ > ' '

"" 2. Изучение* состояния микрооргашзмов враз личных еколо-'. -

.; ; , гаческих условиях. - В га.: Изучение природы, хозяйства'в на« Х V селения <^бири.". Ир1^п«к.'" 1975," 0.11^116.' у:- . У;; ' • . ; , • 3. Продутотвность бактериальных сообществ подзолистых со • :Д ^ вторым тумусовым; горизонтом почв КЬнотаежного Прииртышья. - В . - -;; : вн.:. Миирофлора почв' и водных бассейнов Сибири в ДВ. .. Томск, V.

ч . '1976, 0.29-33. Соавторы: Никитина З.И., Баяалханов И.А.*у' :у :: ;. • ;; 1-~4.' Использование мембранных камер для ми1фобнологичеокой У-

1 диагноот^%очв." - В кн.: Проблемы и методы биологической да- л"У-лу ' агностики почв..Москва,"МГУ,,!980,- с.54-63,; соавторы:: Никити— -на з.И;-/- ' Л

': 5. Роль микроорганизмов в естественном самоочищении reo - 1 - -систем* - В кн.: Стационарные исследования и моделирование reo-- ^ .систем, Иркутск, 1977,:O.I49-I55, соавторы: Никитина З.И., Хле- • ;; бович H.A., Барыкова И.Н1 и др. • , • >'■.■■. '■■; ■■^■■/Y'V ..:

; 6. Возможность обнаружения действия техногенных вещэств в почве на мивдобные' популяции методом мембранных камер. - В кн.: Микробиологические процессы в почвах и урожайность сельскохо - ■„. зяйственных 1^льтур. Вильнюс, 1978, с.215-217, соавторы: Ники - ~ ..О' ' - тина З.И., Вольтер KP. ; - ; "У-V •'•■ -

■ 7. Мониторинг загрязнения наземных экосистем по микробно - • : логическим показателям. - География и природные ресурсы, 1980, -* 4,-- с.52-60, соавторы: Никитина З.И., Мамитко В.Р. ' !

8. Цикробныэ индикаторы естественных и нарушенных гоосистем. - В кн.: 'Охрана ощ!ужащой среды и географический прогноз. Ир - -кутск,. 1979,-с.73-86, соавторы: Никитина З.И. ,

9. Определение предельнодопустимых ко1щентраций техногенных . веществ для ыи1фобных популяций мотодом мембра1шых камер. -

География и природные ресурсы, 1981,')* 4, с.171-173, соавторы: .' -'. Никитина З.И, .;.'.v'i-f> ■ У ":■[

'-■■."'--" 10. Органическое вещество почв и устойчивость биогенного *; -: комплекса к техногенным нагрузкам. - В гак: Доклады о гумусо, f т.2, Прага, 1983, о.395-396, соавторы: Никитина З.И. • -

го

Подписано к печати 02.G7.87 НЕ-О20ОО Объем I п.а.ТираяЮО экэ.Заказ #41

Ротапринт Института географии СО АН СССР 664033 г.Иркутск-33,Уланбаторская1.