Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая характеристика почвенных актиномицетов на основе сукцессионного анализа

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Экологическая характеристика почвенных актиномицетов на основе сукцессионного анализа"

- 8 ДсиЛ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.М.ВЛОМОНОСОВА Факультет почвоведения

На правах рукописи

БАБИЧ Тамара Леонидовна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЕННЫХ АКТИНОМИЦЕТОВ НА ОСНОВЕ СУКЦЕССИОННОГО АНАЛИЗА

Специальность 03.00.07 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ днсссратации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1997 г.

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета Почвоведения Московского Государственного Университета им. М.В.Ломоносова

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Д.Г.Звягинисв

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

М.В.Бибикова, кандидат биолошческих наук М.£.Додзин

Ведущее учреждение: Институт по изучению новых

антибиотиков РАМН (ИНА РАМН)

Зашита диссертации состоится " МАрТА_1997 г.

в 15 час. 30 мин. на заседании Диссертационного Совета по микробиологии и агрохимии К. 053. 05. 86 в МГУ им.М.ВЛомо-носова на факультете Почвоведения.

Адрес: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, факультет Почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факулыеча Почвонедеиик МГУ.

Автореферат разослан"_"__1997 года

Ученый секретарь

Диссертационного Совета

к"б н- И.П.Бабьсва

•Актуальность темы. Неотъемлемой частью любого почвенного микробоценоза являются актиномицеты (Калакуцкий, Зенова, 1984). Почва - это природный субстрат, из которого мицелиальные прокариоты выделяются в наибольшем количестве и разнообразии. По численности, определяемой методом посева, актиномицеты составляют приблизительно 1/4 часть от всего бактериального населения почвы, учитываемого на традиционно используемых синтетических питательных средах. Актиномицеты играют существенную роль в процессах почвообразования из-за их способности разлагать трудно доступные для других бактерий органические вещества и образовывать ряд физиологически активных веществ (ФАВ) (Звягинцев и др., 1984).

Предполагается, что актиномицеты, как гидролитики, являются активными участниками минерализации растительных остатков в почве на последних стадиях их разложения (Звягинцев и др., 1984). Примером природного местообитания с высоким содержанием растительных остатков различной степени разложенности является торф. Актиномицеты составляют значительную долю, по сравнению с другими микроорганизмами, в микробном населении торфяных почв. Поэтому представляет интерес изучение этих организмов в условиях освоения торфяников после их осушения и рекультивации для оценки состояния микробоценоза и биосистемы торфяника в целом. Данное направление представлено в основном работами по структуре актиномицетного сообщества почв с выявлением биоразнообразия (Зенова, 1984; Зенова и др., 1991; Зенова, Звягинцев, 1994; Зименко и др., 1983; Сорокина, 1990; Широких, 1993). Динамика популяций актиномицетов как организмов со сложным жизненным циклом непосредственно в их естественной среде обитания практически не изучена, что препятствует определению экологических функций актиномицетов.

•Целью работы являлся анализ изменений таксономической структуры комплекса актиномицетов в ходе микробных сукцессии в почве для получения экологической характеристики постоянно выделяемых из почвы родов актиномицетов и оценки возможности микробиологической диагностики почв.

Для выполнения поставленной цели решали следующие задачи:

1) Исследование динамики родовых популяций актиномицетов, постоянно выделяющихся из торфяной почвы.

2) Сравнение численности и разнообразия актиномицетов в образцах: а) рекультивированного торфяника, б) выработанного торфяника при естественном зарастании. Попытка использовать актиномицетный комплекс в качестве индикатора при микробиологической диагностике состояния торфяных почв.

3) Определение степени экологической разобщенности представителей постоянно выделяющихся из почвы родов актиномицетов на основе факторного анализа и расчета перекрывания экологических ниш.

4) Сравнение экологических стратегий постоянно выделяющихся из почвы видов стрептомицетов.

5) Описание популяционной структуры актиномицетного комплекса с помощью математических моделей.

•Научная новизна. Впервые на основе изучения динамики популяций в ходе инициированных сукцессий дана экологическая характеристика комплекса почвенных актиномицетов. Установлено, что далекие в таксономическом плане актиномицеты могут иметь близкие экологические позиции, а таксономически близкие популяции могут существенно

различаться в экологическом отношении. Выявлено, что сукцессионные изменения в комплексе акгиномицетов в одной и той же почве существенно зависят от её влажности, в частности в рекультивированном торфянике при давлении почвенной влаги -0,005 МПа в актиномицетном комплексе доминируют сахаромоноспоры и микромоноспоры, а при -1 МПа -стрептомицеты. Сукцессионный анализ актиномицетного комплекса торфяных почв позволил утверждать, что считающиеся редкими роды акгиномицетов, в частности Micromonospora и Saccharomonospora, при определенных условиях (влажность почвы, этап сукцессии) могут иметь равную со стрептомицетами численность в комплексе акгиномицетов.

Сукцессионный анализ позволил наблюдать за сменой состояния актиномицетного комплекса торфяной почвы во времени непосредственно в естественной среде обитания. На примере двух видовых популяций стрептомицетов (S.Candidus и S.griseofuscus) охарактеризована динамика объектов со сложным жизненным циклом и их относительная экологическая стратегия.

На основе сукцессионного анализа по данным о структуре актиномицетного комплекса впервые показана принципиальная возможность микробиологической диагностики состояния торфяных почв.

•Практическая значимость. Информация, полученная при изучении динамики актиномицетного комплекса в ходе инициированных сукцессий в почве, дает возможность оптимизировать процедуру выделения нужного объекта из природы или решать вопрос об управлении объектом непосредственно в почве, что имеет важное значение с точки зрения поиска природных штаммов микроорганизмов для нужд биотехнологии.

Данные о видовом и численном составе актиномицетов в ходе сукцессий позволили показать возможность использования комплекса актиномицетов, постоянно выделяемых из почвенных образцов, в качестве индикатора состояния почв при их микробиологической диагностике.

Работа выполнена по программе ГНТП "Биотехнология защиты окружающей среды".

•Апробация работы. Основные положения работы доложены на заседании кафедры биологии почв факультета Почвоведения МГУ совместно с 3-ей комиссией Российского общества почвоведов (РОП) (Москва, 1996), Международной конференции "Ломоносов - 96" (Москва, 1996), Совещании по биоразнообразию (Москва, ИПЭЭ РАН, 1996) и Н-ом съезде Российского общества почвоведов (РОП) (Санкт-Петербург, 1996).

•Публикации. Материалы диссертации изложены в 7 печатных работах.

• Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения и выводов. Материалы диссертации изложены на стр. машинописного

текста, список литературы из названий, из них - 90 за_

рубежные.

Автор выражает глубокую признательность к.б.н. доценту Г.М.Зеновой и к.б.н. ведущему научному сотруднику П.А.Кожевину.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Объекты исследования. В работе использованы образцы торфяной почвы, отобранные на территории Кировской лугоболотной станции (массив торфяного болота низинного

типа), где в 60-х гг. проводилась торфодобыча фрезерным способом. Исследовались два варианта торфяной почвы:

1) рекультивированный выработанный торфяник в севообороте; торф древесно-осоковый, степень разложения 30 - 35 %, мощность торфяного слоя 0,6 м;

2) выработанный торфяник при естественном зарастании; торф древесно-тростниковый, малоразложившийся, мощность торфяного слоя 0,7 м, сельскохозяйственной рекультивации на участке не проводилось, растительный покров: березовое редколесье, редкий травянистый покров, мхи, водоросли.

Основными методами исследования были:

- посев из разведений почвенной суспензии на агаризован-ную питательную среду с пропионатом натрия (Rowbotham, Cross, 1977) с применением селективных приемов для выделения актиномицетов ("Методы почвенной микробиологии и биохимии", 1991);

- дифференцированный подсчет количества колониеобразу-ющих единиц (КОЕ) актиномицетов с использованием культу-ральных и морфологических признаков (Гаузе и др., 1983; Bergey's Manual of Systematic Bacteriology 9th Edition, 1989; Prokaryotes, 1991, Бибикова, 1990);

- выделение актиномицетов в чистую культуру, родовая (Bergey's Manual of Systematic Bacteriology 9th Edition, 1989) и видовая (Гаузе и др., 1983; Бибикова, 1990) их идентификация с использованием показателей: культуральных, морфологических (наличие субстратного и воздушного мицелия, образование спор на воздушном и/или субстратном мицелии, количество спор, наличие спорангиев, подвижность спор) и хемотаксономических (наличие мезо- или LL- ДАПк (диаминопимелиновой кислоты) и дифференцирующих Сахаров в гидролизатах целых клеток (Hasegawa, Takizawa, Tañida, 1983) );

- световая и сканирующая электронная микроскопия;

- люминесцентная микроскопия;

- получение моноспоровых (Кузнецов, 1972) и мицелиаль-ных (Михайлов, 1982) суспензий, расчет количества спор в 1 мл суспензии;

- определение радиальной скорости роста актиномицетных колоний ("Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991);

- статистическая обработка результатов - методы факторного и дискриминантного анализов, теория распознавания образов и метод главных компонент (статистические пакеты STATGRAPHICS и STATEX).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Наблюдение за динамикой популяционной плотности почвенных актиномицетов проводилось в ходе микробных сукцессий, инициированных увлажнением почвы до трех уровней давления почвенной влаги: -0,005, -1 и -5 МПа, что примерно соответствует полевой влагоемкости, влажности завядания и максимальной гигроскопической влажности соответственно.

Посевы почвенных образцов проводились в момент инициации сукцессии (0-момент - почва непосредственно после увлажнения), на 4, 7, 18 и 32-ые сутки после начала опыта.

В модельном опыте с образцами торфяной почвы в ходе сукцессий постоянно выделялись представители четырех родов порядка Actinomycetales: Streptomyces, Streptosporangium, Micromonospora и Saccharomonospora. Сравнивая общие уровни численности актиномицетов, выделяющихся из исследуемых образцов почвы, отметим, что в образцах рекультивированного выработанного торфяника в севообороте обнаружено большее разнообразие представителей актиномицетов и более высокие

показатели численности по сравнению с образцами выработанного торфяника при естественном зарастании.

Колебания популяционной плотности актиномицетов в ходе сукцессий, инициированных увлажнением рекультивированного выработанного торфяника до значений давления почвенной влаги -5 и -1 МПа, практически повторялись (рис. 1а и 16).

Динамика численности представителей рода Б^ерЮтусеБ представляет собой постепенное увеличение индекса обилия в течение опыта с небольшим снижением на 32-е сутки.

Близкой к стрептомицетам оказалась динамика численности представителей рода БассЬаготопозрога. Показатель популяционной плотности сахаромоноспор после инициации сукцессии постепенно возрастал до максимального значения на 7-е сутки. На последующих этапах численность сахаромоноспор уменьшилась.

Иначе ведут себя микромоноспоры и стрептоспорангии. Для них характерен подъем популяционной плотности в начале сукцессии, после инициации, и последующий ее спад к 18-м суткам опыта. На последующих этапах сукцессии стрептоспорангии выделялись единично, тогда как численность микромоноспор постепенно возрастала к 32-м суткам.

Сукцессия, инициированная увлажнением почвы до значения давления почвенной влаги -0,005 МПа. (рис. 1в), имеет принципиальные отличия от рассмотренных выше вариантов. По характеру динамики численности представители трех родов Б^ерШтусеБ, МкготопоБрога и БассЬаготопоБрога практически не различались. С 4-х суток после инициации сукцессии зарегистрирована стабилизация их численности на уровне 10^ -Ю5 КОЕДг почвы). Численность стрептомицетов при этом на порядок ниже их обилия в вариантах с другими значениями влажности почвы.

сутки

сутки

2

во

5 4 3 2 1 О

сутки

• Б^ерЮтусеБ ■ ЗассЬаготопозрога

а МюготопоБрога ♦ З^ерГоБрогаг^шт

Рис. 1. Динамика популяционной плотности актиномице-тов, выделенных из образца рекультивированного выработанного торфяника в ходе сукцессии при

давлении почвенной влаги: а--5 МПа, б--1 МПа,

в--0,005 МПа.

Пик численности представителей рода $1гер1;о5рогагщшт перемещается с 4-7-х суток после инициации сукцессии, как в рассмотренных ранее вариантах, на 18-е.

В сукцессиях, развивающихся при значениях давления почвенной влаги -5 и -1 МПа, доминировали по данным посева представители рода Б^ериэтусеБ, тогда как в варианте сукцессии при давлении почвенной влаги -0.005 МПа они занимают только третье место по численности в комплексе актиномицетов после сахаромоноспор и микромоноспор. Данное положение указывает на то, что общепринятое мнение о микромоноспорах и сахаромоноспорах, как о редко встречающихся в почвах родах актиномицетов, не является безоговорочным и при некоторых условиях эти популяции по регистрируемому обилию являются доминантами в актиномицетном комплексе на определенных этапах микробных сукцессий. Стрептоспорангии во всех вариантах выделялись в наименьшем количестве.

Особенности сукцессии при давлении почвенной влаги -0.005 МПа ярко проявляются и для образца выработанного торфяника при естественном зарастании (рис. 2). Так, если в опытах с инициированием сукцессии до значений давления почвенной влаги -5 и -1 МПа (рис. 2а и 26) представители некоторых родов вообще не выделялись, то при -0,005 МПа (рис. 2в) родовое и видовое разнообразие выделенных актиномицетов было достаточно велико.

В целом, динамика популяционной плотности представленных родов актиномицетов носит сходный характер для рекультивированного выработанного торфяника и выработанного торфяника при естественном зарастании. Для последнего характерны меньшие значения численности выделяемых родов актиномицетов и более высокие амплитуды колебания их численности во времени.

Рис. 2. Динамика популяционной плотности актиномице— тов, выделенных из образца выработанного торфяника при естественном зарастании в ходе сукцессии при давлении почвенной влаги: а--5 МПа,

б- -1 МПа, в- -0,005 МПа.

Таким образом, в ходе сукцессии, инициированной увлажнением почвы, установлено, что:

1. Сукцессионные изменения в комплексе актиномицетов существенно зависят от влажности почв, т.е. в одной и той же почве микробная сукцессия может развиваться по разным маршрутам.

2. Более высокие значения плотности популяции для стреп-томицетов зарегистрированы в ходе сукцессий при небольшом увлажнении почвы, тогда как для микромоноспор и сахаромоно-спор, в большинстве случаев, относительные максимумы зарегистрированы при полевой влагоемкости почвы (-0,005 МПа). Необходимо отметить важность этого вывода с точки зрения исследования микробного комплекса почв при низких значениях влажности почвы (максимальная гигроскопичность, влажность завядания), когда, по литературным данным, представители большинства бактериальных родов не активны и микробный комплекс оказывается представленным в основном мицели-альными прокариотами.

3. Образцы торфяной почвы значительно различаются по разнообразию и обилию различных групп актиномицетов. Образец выработанного торфяника при естественном зарастании, по сравнению с рекультивированным выработанным торфяником, обладает значительно меньшей численностью учитываемых родовых популяций актиномицетов.

Отметим, что в нашем эксперименте сукцессия за время опыта формально не достигла своего климаксного состояния с признаками стабилизации численности во времени всех учитываемых популяций. Характерной является ситуация с ростом показателя обилия некоторых популяций актиномицетов, например, сахаромоноспор и стрептомицетов, на протяжении даже продолжительного эксперимента.

Основываясь на данных по динамике численности трех постоянно выделяемых из образцов торфяной почвы родов актиномицетов, а именно Б^ерЮтусев, МкготопоБрога и БассЬаготопоБрога, рассчитано попарное перекрывание экологических ниш (Р1апка, 1974) (рис. 3).

Наиболее близкими оказались экониши пары Б^ерШтусез -Мюготопозрога (степень перекрывания 0,855). Наиболее разобщены экониши Б1гер1отусез и БассЬаготопозрога (0,385).

Таким образом, полученные данные показывают, что экологические ниши актиномицетов в почве не разобщены полностью, а в той или иной степени перекрываются.

Если степень перекрывания экониш рассматривать как коэффициент конкуренции видов (Джиллер 1988), то можно предположить, что конкурентные взаимоотношения наиболее вероятны между видами, имеющими большую степень перекрывания экониш. В данном случае это представители родов БСгерЮшусез и Мкготопозрога. Отметим, что близость экологических характеристик данных родов не совпадает с их таксономическим сходством. Потдверждением чему являются результаты факторного анализа данных по сукцессионным изменениям численности в комплексе актиномицетов рекультивированного выработанного торфяника при трех уровнях увлажения почвы.

В итоге анализа стало возможным расположить четыре рода актиномицетов (ЗиерЮтусез, ГуНсготоповрога, БассЬагото-поБрога, Б1гер1о5рогагщшт) в системе координат, связанной с их местообитанием - рекультивированным выработанным торфяником (рис. 4а).

Отметим, что данная схема представляет собой экологическое распределение родов актиномицетов. Чем ближе расположены актиномицеты в пространстве данной системы координат, тем в

Мкготопозрога -Зиер^тусез 0.855

Бнерштусез -БассЬаготопозрога 0.380

БассЬагошопозрога -МкготопоБрога 0.511

Рис. 3. Соотношение показателей перекрывания экологических ниш трёх родов актиномицетов в торфяной почве.

511 176

1-ая главная компонента

М1сготопозрога

/а/

31;гер1;о8рога^з.и1п

обо -к 1 .

З-ьгер-Ьотусеа

-495 -

-831 __ ЗассЬаготопоарога

^ тк

51 -27 — 2 __

-23 --

-47

25 65 1-ая главная компонента

ЗЪг«р1;огаусез

101

2-ая главная компонента

л/

Эtгерtоарогапз1ит

ЗассЬаготопоарога

М1сго'гаопо8рога

-186 -103 -19 64 147

2-ая главная компонента

Рис. 4. Факторный анализ экониш (а) и таксономической характеристики популяций актиномицетов (б).

более сходных условиях они нуждаются для своего существования, а следовательно между ними наиболее вероятны конкурентые взаимоотношения.

С помощью факторного анализа свойств (морфологических, хемотаксономических и др., всего 18 признаков) четырех родов актиномицетов нами получена картина их таксономического распределения (рис. 46).

Отметим, что данное распределение не совпадает с экологической картиной, на основании чего можно сделать вывод, что далекие в таксономическом отношении акгиномицеты часто имеют близкие экологические позиции, а близкие по характерным морфологическим, хемотаксономическим и др. признакам - не являются в природе сильными конкурентами.

Комплекс почвенных актиномицетов, выявленный в ходе сукцессии, инициированной увлажнением почвы, может служить показателем состояния микробной системы при проведении рекультивации выработанного торфяника, а также при определении занчений давления почвенной влаги в исследуемых почвах. Определены характерные интервалы численности постоянно выделяющихся из почв показательных родов актиномицетов для двух вариантов торфяной почвы (различные варианты рекультивации выработанных торфяников) и трех уровней влажности данных образцов.

Так, например, из образца рекультивированного выработанного торфяника выделяются представители рода Мюготопозрога в количестве соизмеримым со стрептомицетами и максимальное значение индекса обилия для Б^ерфтусез в данном образце составляет 4.2х105 КОЕ/(г почвы). Для заключения об отсутствии сельскохозяйственной рекультивации торфяника (естественном зарастании) достаточным основанием будут данные

об отсутствии или крайне редкой встречаемости в образце микромоноспор и индексе обилия сахаромоноспор ниже 2.1х104.

Тот же принцип положен в основу и при определении трех значений давления почвенной влаги исследуемых почв.

На основе теории распознавания образов выявлены основные дифференцирующие экологические характеристики четырех родов актиномицетов в образцах торфяной почвы, а именно, уровень увлажнения почвы, сукцессионный срок и индекс обилия. Анализ полученных данных позволяет определить периоды сукцессии наиболее благоприятные для эффективного выделения из почвы определенного рода актиномицетов, что имеет прикладное значение.

Преобразование системы исходных признаков, представленных данными сукцессионных изменений актино-мицетного комплекса при различных уровнях давления почвенной влаги, позволило с помощью компонентного анализа классифицировать образцы торфяной почвы. Положение двух образцов торфяной почвы в пространстве двух главных компонент показано на рис. 5.

Из матрицы факторных нагрузок для ограниченного числа информативных признаков следует, что первая главная компонента ГК1 связана со стрептомицетами (0,92) и сахаромоно-спорами (0,77). Вторая главная компонента ГК2 определяется микромоноспорами (0,66) и стрептоспорангиями (0,91).

При анализе полученных данных было выявлено, что исследуемые образцы рекультивированного выработанного торфяника и выработанного торфяника при естественном зарастании имеют заметное пространственное разграничение в данной системе координат.

Тем не менее, относительно близкое положение имеют точки 0-момента для обоих образцов торфяной почвы при трех уров-

ГК1 15.7

В1,4 ßl,0 .42 СГ7 »ЛЗ.О 'А7.0'ВЪ.П £2,18 В2.32 ¿3,32 AI, 32 « А2,4 A3* 4

02,4 В3,4 • • В1.7 » . АЬ 18

AI, 7 A3,7

Bl/1 А2,32 А2.7

В3,7 A3,32

A3, 18

_i_i_,_ Л2,*18 ■ ' -и

-1.7

—13

-3.6

0.1 ГК2

3.9

7.6

Рис. 5. Положение двух образцов торфяной почвы -рекультивированного выработанного торфяника (А) и выработанного торфяника при естественном зарастании (В) в пространстве двух главных компонент. Давление почвенной влаги: 1 --0,005 МПа,

2 - -1 МПа,

3 - -5 МПа;

0, 4, 7, 18, 32 - срок сукцессии (сутки).

нях увлажнения. Это говорит о близости таксономического и численного состава актиномицетных комплексов двух образцов торфяной почвы, находящихся в воздушно-сухом состоянии. Следовательно, задачи по микробиологической диагностике

почвенных образцов необходимо решать на основе наблюдений за динамикой численности актиномицетных популяций в ходе микробных сукцессий, что указывает на важную роль сукцессионного подхода в экологических исследованиях микробных комплексов.

Интересно, что близкими в данной системе координат на разных этапах сукцессий оказались образцы, увлажненные до максимальной гигроскопической влажности и влажности завядания (-1 и -5 МПа). Вероятно, данная разница в уровне увлажнения не оказывает существенного влияния на актиномицеты, тогда как вариант увлажнения почвы до полевой влагоемкости (-0,005 МПа) заметно отличается от предыдущих вариантов (-5 и -1 МПа), по-разному влияя на актиномицеты разных родов, что возможно, связано со сложным водно-воздушним режимом почв при их сильном увлажнении, с недостатком кислорода в микрозонах развития акгиномицетов.

Итак, полученная информации о комплексе почвенных акгиномицетов показала возможность использования сукцессионного метода при решении задач таксономического плана и микробиологической диагностики почв.

Закономерности динамики численности актиномицетных популяций в ходе сукцессий, как следует из теории (Кожевин, 1989), могут определяться показателем темпа размножения, в качестве которого для акгиномицетов следует использовать радиальную скорость роста колоний на твердой питательной среде.

В ходе модельного опыта были идентифицированы до вида представители рода Streptomyces и определены колебания численности в ходе сукцессий каждого из 13-ти постоянно выделявшихся видов.

Расчет радиальной скорости роста видов стрептомицетов (табл. 1) на двух питательных средах дал возможность сделать следующие выводы:

Таблица 1.

Радиальная скорость роста (Кг) выделенных из образцов торфяной почвы видов стрептомицетов (мм/ч)

Вид стрептомицета Кг на среде с пропионатом натрия Кг на среде Чапека

S. speleomycini 0.0163 0.0285

S. gelaticus 0.0558 0.0268

S. albus 0.0306 0.0094

S. Candidus 0.0299 0.0103

S. pseudogriseolus 0.0523 0.0416

S. rochei 0.0446 0.0090

S. clavuligerus 0.0320 0.0198

S. nitrosporeus 0.0442 0.0242

S. phaeofaciens 0.0530 0.0621

S. griseochromogenes 0.0607 0.0655

S. rubrocyanodiastati-cus subsp. piger 0.0628 0.0398

S. griseofuscus 0.0546 0.0762

S. aburaviensis 0.0304 0.0272

Во-первых, в большинстве случаев Кг на среде с пропио-натом натрия была выше, чем на более богатой среде Чапека (Гаузе и др., 1983). Это можно объяснить разной скоростью роста актиномицетов на средах, содержащих различные источники питания. По существу данные о радиальной скорости роста колоний на двух средах коррелируют между собой (г = 0,62), а зависимость между скоротью роста на среде с пропионатом

натрия и скоростью роста на среде Чапека может быть описана уравнением Y = 0,03 + 0,4Х (Кожевин, 1989).

Во-вторых, как правило, виды выделяющиеся из почвы в течение сукцессии в большем количестве, по сравнению с другими видами, имеют и более высокую радиальную скорость роста на твердых питательных средах.

Для понимания экологии актиномицетов - организмов со сложным жизненным циклом (Звягинцев, 1984), помимо популяционной плотности по данным посева важно представить структуру изучаемой популяции. Ответ на вопрос о том, в какой жизненной форме - активной или пассивной - находятся микроорганизмы в почве, можно получить при изучении конкретных видовых популяций актиномицетов непосредственно в почве. По данным Е.И.Волковой и др. (1986) численность популяций по посеву определяется в основном количеством спор, содержащихся в почве. Мицелий в структуре популяций появляется в разные сроки, что свидетельствует о приуроченности различных актиномицетов к разным этапам сукцессии.

Для внесения моноспоровых и мицелиальных суспензий в почву были выбраны представители двух видов стрептомицетов, выделенных из образцов торфяной почвы, периоды максимального обилия которых в течение сукцессии не совпадали. Этими видами явились S.candidus (условно ранние этапы сукцессии) и S.griseofuscus (поздние этапы сукцессии). Споры и молодой мицелий этих видов были нанесены на стекла и помещены в образец рекультивированного выработанного торфяника, предварительно увлажненный до значения давления почвенной влаги -0,005 и -1 МПа и выдержанный до определенной стадии сукцессии. Стекла с популяцией S.candidus помещены в почву на 6-е сутки поле инициации сукцессии, а стекла с S.griseofuscus на 22-е. Инкубировали стекла 6 суток,

затем окрашивали акридином оранжевым и микроскопировали на люминесцентном микроскопе.

Таблица 2.

Характеристика структуры двух популяций стрептомицетов с помощью люминесцентной микроскопии на стеклах обрастания

Давление Плотность Средняя

Вид почвенной КОЕ популяции, длина мицелия,

влаги, МПа КОЕ/мл мкм/поле зрения

-0,005 споры 108 107 * 13.4

S.candidus мицелий 10« 107 13.9 7.7

-1 споры 108 107 15.0 31.3

мицелий 108 107 80.0 51.1

-0,005 споры 108 107 8.8

S.griseofus- мицелий 108 9.7

cus 107 0

-1 споры 108 107 25.3 80.7

мицелий 108 107 95.9 59.2

(-)* - определение длины мицелия не проводилось.

По данным микроскопии стекол обрастания (табл. 2) можно сделать следующие заключения:

1. Как и вытекало из предыдущих опытов, вариант увлажнения почвы до значения давления почвенной влаги -1 МПа

оказался более благоприятны для развития мицелия и прорастания спор. Особенно ярко это видно на примере S.griseofuscus, где разница в длине мицелия между двумя вариантами влажности составляет порядок (табл.2 ).

2. Суммарная длина мицелия в одном поле зрения в большинстве случаев у S.griseofuscus выше, чем у S.candidus. Отметим здесь же, что радиальная скорость роста на твердых питательных средах (табл. 4), а также количество КОЕ/г почвы в периоды сукцессий, когда выделялись представители данных видов, всегда были выше у S.griseofuscus, что формально дает нам право считать вид S.griseofuscus относительным г-стратегом.

3. Для обоих видов стрептомицетов выявлена следующая закономерность: прорастание спор контролируется их плотностью так, что процент проросших спор убывает при увеличении концентрации исходной моноспоровой суспензии. Мицелий, наоборот, лучше рос в почве в случае его внесения из более концентрированной суспензии.

4. При внесении молодого мицелия в почву был отмечен не только его рост, но и образование на нем новых спор.

Таким образом, полученные нами результаты люминесцентной микроскопии показывают, что акгиномицетные популяции достаточно быстро проходят в почве вегетативную стадию и образуют новые споры, соответствующий временной интервал может составлять не более 6-ти дней. С одной стороны, это согласуется с описанием динамики актиномицетов с помощью стохостической модели - цепи Маркова (Кожевин, 1989). С другой стороны, при всей критичности отношения к учету посевом, рост показателя обилия по данным посева ясно показывает на активное развитие в почве спор нового поколения. Это в свою очередь подтверждает существование актиномицета в почве в его активной жизненной форме.

На основе данных о динамике родовых популяций актиномицетов в исследуемых образцах почвы мы попытались решить задачу об отнесении предложенного для анализа образца торфяной почвы к 6-ти условным классам: 1,2,3 рекультивированная торфяная почва при давлении почвенной влаги -0,005, -1, -5 МПа соотвественно; 4,5,6 - торфяная почва при естественном зарастании при давлении почвенной влаги -0,005, -1, -5 МПа соответственно. Другими словами, речь идет о попытке определения решающего правила микробиологической диагностики образцов торфяной почвы с выявлением наличия или отсутствия рекультвации и водно-физической характеристики почвы.

В результате дискриминакгаого анализа нами найдены координаты центроидов для шести групп образцов. Для отнесения образца торфяной почвы по микробиологическим признакам к одному из шести исследованных классов нужно воспользоваться следующими правилами (рис. 6):

- по структуре актиномицетного комплекса предложенного для анализа образца почвы рассчитываем дискриминантные функции Р1 и Б2

Р1 = -155,06 + 1,56X1 + 1,59X2 + 1,50X3 + 1,54X4 ,

¥2 = 19,06 - 0,18X1 - 0,25X2 - 0,19X3 - 0,21X4 , где XI, Х2, ХЗ и Х4 - относительное содержание (%) в комплексе представителей родов Б^ерЮтусез, БиерЮБрагагщшт, БассЬаго-топоБрога и Мкготопозрога соответственно;

- используя и ¥2 как координаты, наносим положение образца на график и выявляем ближайший центроид.

Таким образом, имеется принципиальная возможность использования информации о комплексе почвенных актиномицетов для диагностики образцов торфяной почвы по степени их окультуренности и увлажненности.

-2,3 -

-3,2 -2,2 -1,2 -0,2 0,8 1,6 2.8

P1

Рис. 6. Положение центроидов в пространстве двух дискриминантных функций: рекультивированный выработанный торфяник: давление почвенной влаги: 1- -0,005 МПа, 2- -1 МПа, 3- -5 МПа; выработанный торфяник при естественном зарастании: давление почвенной влаги: 4- -0,005 МПа, 5- -1 МПа, 6- -5 МПа.

24

ВЫВОДЫ

1. На таксономическом уровне охарактеризованы сукцес-сионные изменения акгиномицетных комплексов рекультивированного выработанного торфяника и выработанного торфяника при естественном зарастании, что позволило установить наиболее благоприятные периоды и условия сукцессии для эффективного выделения из почвы представителей конкретных таксонов актиномицетов.

2. Выявлено, что сукцессионные изменения в комплексе актиномицетов в одной и той же почве существенно зависят от её влажности, в частности, при давлении почвенной влаги -0,005 МПа в актиномицетном комплексе обычно доминируют микромоноспоры и сахаромоноспоры, а при -1 МПа - стрепто-мицеты.

3. Сукцессионный анализ актиномицетного комплекса торфяных почв позволил утверждать, что традиционно считающиеся редкими роды актиномицетов, в частности МкготопоБрога и БассЬаготопозрога, при определенных условиях (влажность почвы, этап сукцессии) могут иметь равную со стрептомицетами численность, а иногда и являться доминантами по численности в комплексе актиномицетов.

4. На основе сравнительного анализа экологических и таксономических связей четырех родов актиномицетов -БПгерСотусез, Мюготоповрога, БассЬаготопоБрога и Бсгер^ро-гавдшт - установлено, что далекие в таксономическом плане актиномицеты могут иметь близкие экологические позиции, а таксономически близкие популяции могут существенно различаться в экологическом отношении.

5. С помощью прямой микроскопии определено, что ак-тиномицетные популяции достаточно быстро (6 суток) проходят

в почве вегетативную стадию и образуют новые споры, что подтверждает быструю смену стадий жизненного цикла (мицелий-споры) почвенных актиномицетов.

6. Результаты сукцессионных наблюдений за актиноми-цетными популяциями позволили решить задачу по микробиологической диагностике образцов торфяной почвы с определением степени их окультуренности и уровня увлажненности вследствии сущесвтвенных различий образцов торфяной почвы по таксономическому и численному составу их акгиномицетных комплексов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Бабич Т.Л. Сукцессионные изменения в комплексе актиномицетов в низинно-торфяной почве.// Современные проблемы почвоведения и экологии. М. 1994. С. 104.

2. Бабич Т.Л., Зенова Г.М., Кожевин П.А. Сукцессионные изменения и перекрывание экониш в комплексе актиномицетов в черноземе.// Микробиология. 1994. Т.63. Вып.2. С. 294-297.

3. Бабич Т.Л., Грачева Т.А. Сукцессионные изменения в комплексе акиномицетов низинно-торфяной почвы.// Генезис, эволюция и роль болот в биосферных процессах. Минск. 1994. С. 9М9.

4. Бабич Т.Л. Экологическая характеристика актиномицет-ного комплекса торфяных почв.// Тезисы Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов - 96". М. 1996. С. 5.

5. Бабич Т.Л., Зенова Г.М., Судницин И.И., Кожевин П.А., Звягинцев Д. Г. Сукцессионные изменения комплекса актиномицетов торфяной почвы.// Микробиология. 1996. Т.65. Вып.1. С. 111-118.

6. Бабич Т.Л. Микробиологическая диагностика состояния торфяных почв на основе сукцессионных изменений актиноми-цетного комплекса.// Тезисы II съезда Российского общества почвоведов (РОП). С.-Петербург. 1996. С. 239-240.

7. Бабич Т.Л., Зенова Г.М., Кожевин П.А., Судницин И.И., Звягинцев Д.Г. Микробиологическая диагностика образцов низинно-торфяной почвы на основе сукцессионных изменений актиномицетного комплекса.// Почвоведение. 1996. N9. С. 10981102.