Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ОСОБЕННОСТИ МИКРОБНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ УГЛЕВОДОВ В ПОЧВЕ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ОСОБЕННОСТИ МИКРОБНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ УГЛЕВОДОВ В ПОЧВЕ"

ИОСКСВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ шенк M .В. ЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВСШДЕШЯ

В& правах ружошои

Бизсв Борио Алакоевшч

Ш 631.417.745.4:631.«

ОСОБЕННОСТИ МИКРОБНОГО ЕАЗЛСИЕНйК УГЛ2В0Д0В В ПСЧВБ

Сп«щальшютъ 08.00.07. - михробяологмя

ABlОР1ФЕРА1 даооврмщи ва соискание ученой отег ^ Кйвдвдата биологических ваук 4

Москва - 1985 г.

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. Л.1)Д'омоносоэа

Научный руководитель : доктор биологических яаук, профессор Д.Г.овягинцев

ОЬщкалънда оппоненты: доктор биологических наук,

прой>еооор I .В,¡Калакуцкий

кащцадат биологических наук» старший научный сотрудник Д* К (Никитин

Ведущее учреждение: Московский государственный педагогический институт ям. В.И Ленина

Защита состоится " "_198 года в ч. м

ta заседании специализированного совета К 053.05.16; МГУ им. л- v-^носова; II9899, Москва, ГСП, Ленгорм, MГУ, факультет ¡Гченнй совет, ^-^мошо ознакомиться в библиотеке факультета почвоведенш\

Авторефера\ а "9 ■ _ гЪ/у^./л 198 ¿года.

Ученый сокретар , анализированного ' \ Ж И.П.Бабьева

Актуальность проблемы. Разложение отерши организмов - один из важнейшая природных процессов, определяшдх существование биологического вдуговорога веществ. Основную массу этого материала составляют растительные остатка; В составе растительного опада преобладают вещества углеводной природа, среда которых есть moho-, олито- ж полисахариды.

В наземных экосистемах разложение растительного опада осуществляется в основном под дейс1 щ почвенных гетеротрофных микроорганизмов. Деструтоав веществ углеводной природы микроорганизмы осуществляют как непосредственно в почве, так х в местообитаниях, связанных с почвенными беспозвоночными кивотннш ори тесном взаимодействии с последними.

Существует много данных о потенциальных возможностях микроорганизмов к утилизации углеводов, однако почти ничего не известно об особенностях формирования микробных сообществ при разложении втих соединений непосредственно в почве и в связанных с беспозвоночными местообитаниях - яг кишечниках и экскрементах. Большинство результатов получено косвенными методами ыикробиодо плоского анализа, часто ае даицима представления о реальном состоя*

нии изучаемого объекта.

ОавоД из наиболее актуальных проблем разложения органических веществ в почве является проблема химической регулявдж активности микроорганизмов, учао^.лщкх в деструкционяых процессах. Среди разнообразных гипотетических механизмов регуляции не удается выделить наиболее существенные и экологически значимые. В качестве некоторых из них ef'. сгались антибн о тическая регуляция ( fck«oan 195ó; willi«mB -- 1982', регуляция этиленом н окисыэ этилена (Никитин, Никитина, 1978; авИЪ, Ruaael 1969; Stottb, Cook 1974), воздействие универсального регулятора - лераодина (Худанов, 1953). Существует гипотеза о роли простых углеводов в

hUSH

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ Ы1БЛИОТЕКА Moni, свдьскохоз. академии

»

ht S

о

Я tJ

II

i!

S

I

s

ï

Апробация таботн. Результаты работы долохвнн на П ж Ш Все-солзннх конференциях "Изучение грибов в биогеоценозах" (Кириши, 1982; Ташкент, 1985); на кафедре биология почв факультета почвоведения МГУ (Москва, 1985).

Публикации. По теме диссертации опубликовало 9 печатных работ.

Объем диссертации. Диссертация состоит кз введения, 9 глав, заключения х внводов. Содержит 106 страниц машинописного текста, 54 рисунка я список литературы из 242 наименований, из них 154 на иностранном языке.

Автор варакаег благодарность ст. в.с. Т.Г.Мирчинк за практическую помощь в работе по хдентефекашн культур мжкромнцетов.

ОВЬЕКШ Я ЫЕГСЩЦ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе использовались следухдае почва: сально-подзолистая пылеваг о-среянесугликистая почва ва покровном суглинке Малнвско-го лесничества К£аснопахорского лесхоза Московское области Ево-геоценологичеокого стационара ИЭЫ31 АН СССР под липо-едьнжком зе-леномошноволосдстоосоковнм; доряово-подз одистая суглинистая почва на морене под лугом (модельявВ вариант) почвенного стационара МГУ; дервово-подзолистая среднесугливистая почва ва морене на стационарном полевом опнте, заложенном в 1950 г. па агроблостаяцаи МГУ "Чашниково" (Московская обл.); чернозем типичный тяхелосутли-ннстнй пылевато-ияоватый на лессовидном суглинке под степью из Курского государственного заповедника км. В. В. Алехина; серозем типичные, образцы которого баш отобраны с опытного поля Отдела общей генетики хлопчатника АН Тадж. ССР (йссарская долина).

В качестве субстратов, используемых для »дит^тд» развития микробных сообществ, применяли глюкозу, крахмал картофельный растворимый для нефелометрии, целлюлозу в видэ целлофановой плен-

хш я порошка мелкокристаллической целлюлозы, а таксе свежий дубовый а еловый шад, экскременты почвенных беспозвоночных - мокриц а ллчинок тжяумд, потребляли!дубовый в еловзй опад соответственно.

Использовала два вида беспозвоночных: I) мокрац Iracheonie-kue rithkel ( laopod«k)t собранных в Ялтинском районе фам-сков области пол лесом вэ луба а трабавнвка, 2) лганок Üpuia ер. ( Tipuiidae Собранных в Малине ком лесничестве фаснопагор-ского лесхоза Московское области поя ельником мертвопокровным.

В работе применяла сканирующий электронный микроскоп японской форо "J«ol*. с помощьп метода сканирупцей электронной наяроскопаа аналаэщровалн образца почв в экскрементов беспозвоночных. Перец просмотром в сканирующем электрошок микроскопе образов почв а экскрементов махроскопвровала с помоясь» светового микроскопа в отраленаом свете. Электронно-микроскопическое наблюдение образцов вела при увеличениях от 100 до 10 ООО х.

Фотографическую съемку производили с помощи) малоформатной камера серндов с различных» увеличениями одного а того хе участка.

Динамику выделения аз почва двуокиси углерода щи внесения того ала кного органаческого субстрата изучали метолом газовой хрсыатографга на хроматографе ЛЖ-ЗЫД в катарометром в качестве детектора (газ-носитель гелий, колонки с Рогарак Ч 42° (Абу Эль-Нага. 1963).

Длину мицелия грибов измеряли двбо с помощью светового микроскопа в отраженном свете при увеличениях 95х, I5ÜX ала 240х, даба с помощьо сканируицвго электронного микроскопа при увеличениях ZOOGx, ЗОООх ала 10 OOQr. Результаты вырахалив метрах мящалкя на I см2 поверхности заселенного субстрата. Дан »того па трех образцах, отобранных в трех точках с почвенной пластинка, аналиэяровала по 20 полей зрения*

Под контролем наблюдения в световом микроскопе в отраженной свете при увеличении 50г о помощью препаровальной иглы производили выделение отдельных нультур микроорганизмов с поверхности разлагающихся в почве субстратов ва тверда» питательные средн. культуры затеи идентифицировали.

Способность чистых культур ыивфоорганжэмов х разложению крахмала проверял*, используя стандартную методику зашвкн среды реактивом Догодя (Пиыэнова к др., 1971).

Методика постановки дай оратгцрпггэкспериментов по раэложе-нхю в почве соединений углеводной природы была следующей. Йссде-щгеыую почву рас тжрали в стутасе, предварите льн о удалив крупные корешха, просеивали через сито I ш, увлажняли до 60$ от полной влагоеыхостя, добавляя воду по весу, ж тщательно перемешивали. Увлажненную почву вмазывали в чашки Петри диаметром 4 см, уплотняли н выравнивали поверхность, получая почвенную пластинку. Чашка с почвой помещали в чашей Петри диаметром 10 см. Ва дно последних валивали дистиллированную воду для поддержания постоянной влажности (влажная камера). В таком состоянии почвенные пластинки инкубировали в термостате при 25° в течение всего опнта.

Глюкозу вносили в концентрациях 0,01; 0,02; 0,03; 0,1; 0,2; 0,3; 0,«; 1,0; 1,6; 2,0; 2;5; 3,0; 10,0; 15,0; 20,0; 30,0; 100,0; 300,0 иг/г воздушно-сухой почвы в виде водного раствора при увлажнении почвы. Крахмал напыляли ва поверхность почвенной пластинки полосой шириной в I см тонким слоем, создавая концентрацию около 5 иг/г почвы.

Целлюлозу наносили на поверхность почвенных пластинок в виде целлофановой пленки шириной I см, либо накаляли микрокристаллическую целлюлозу. Субстраты вносили по одному ж в комбинациях: глтоза-храхмал, глпкоза-цолладоза - варьируя концентрацию глгоо-

ЗН- Л-ЛУ*

За развитием микроорганизмов на поверхности почвы наблццали в течение месяца. Каждый вариант изучали в 6-кратной повторноети.

В опытах по определению динамики выделения да уокяся углерода увлажненную до 60? от полной влагоемкости почву помещали во • *

флаконы, без ее искусственного уплотнения. Глюкозу вносили в виде водного раствора соответствующей концентрация при увлажнении почвы, крахмал в концентрации 5 иг/г перемешивали с увлажненной почвой.

Методика постановки лабораторных экспериментов по раэлохевяв веществ углеводной природы в системе микроорганиэмн-беспозвоноч-вые была следуццей. На время эксперимента животных отсаживали в чашки Петри о влажной фильтровальной бумагой на дне.

Мокрицам давали следупцуг пищу: свежий дубовый опад, размолотый в измельчителе тканей и увлажненный водопроводной водой; размолотый дубовый опал о глюкозой, добавляемой при увлажнении субстрата в концентрация ОД; 0.2; 0,3; 0.6; 1,0; 1.5; 2,0; 3,0 мг/г опад а; размолотый дубовый опад о крахмален в концентрации 10 мг/г опад а; размолотый дубовый опад с крахмалом и глюкозой (глюкоза - 2,0 мг/г, крахмал - 10 мг/г). Крахмал смешивали с сухим опаком перед увлажнением. В каждом варианте опыта использовали по 2 взрослых особи мокриц, которых содержали в отдельной чая-ке Петри. Первые две порции экскрементов отбраковывали. Диализу подвергали только экскременты мокриц, питавшихся опад см более суток. Из каждого варианта отбирали по £-10 экскрементов и исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа. В промежутках между опытами мокриц содержали на смеси из опака дуба и грабинника.

В опытах по разложенив экскрементов мокриц в почве 15-20 свежих экскрементов раскладывали на поверхности почвенных пластинок (дерново-подзолистая почва почвенного стационара МГУ) и отбирали

для мивроскопического анализа по мере заселоетя их почвенным» микроорганизмами.

Дичинок типулид кормили в опыте свежим хвойным опадом. В промежутках между опытами животных содержала на старо« разлагающемся опаде. Анализировали также треть» порцию экскрементов.

ШКРОЕШЕ СООБЩЕСТВА, ЮВШТШЩПЯ В ПОЧВЕ ПРИ РАЗЖШЯИИ мдчрцтручгншт СОЕДИНЕНИИ УГЛЕЖЦЩОЙ ПРИРОДЫ

Внесение в почву органического субстрата вызывает развитие на поверхности почвенной пластинки рада макроорганизмов, совокупность которых названа ваш янншагроваякнм микробным сообществом. Сообщество микроорганизмов может быть охарактеризовано определенными составом х структурой.

В микробном сообщества будем ввделять доминанты - одна ш несколько мащюоргавизмов, занимающих ЭД6 н более от общей площади покрытая почвенной шшстанка микроорганизмами; часто встречающиеся виды, занимаете 5—30? от общего покрытия; редко встречающееся виды, занамахщие 1-5^ общего покрытая и ля образующие единичные ыикроколонжи-

Микробные сообщества, форадртшш&ся прж внесении в почву глюкозы

В типичном чернозема в интервале концентраций глюкоза 0,010,6 мг/г почвы видимого невооруженным глазом развития микроорганизмов на поверхности почвн ве наблццаля. Состав ж структура микробных сообществ* формирующихся при концентрациях глюкозы 0,6100 иг/г, представлена на рис. I. При концентрациях глюкозы 0,610,0 мт/rt доминанта — актиномицет streptmyoee sp.1 ^ микро-мицет Vert icilllum ер. »редко встречакщиеся тгчто - мнкремицеты Botrytis cinerea»» StaoÜybotrye parviepora, Trichurus Spiraleа,

Aura obaaid iun pullulan», Mac or diearphoeparuo ^

спороносные бактерия. При концентрациях глюкозы 10,0-100,0 мг/г: доминанты - бактерии масланокиолого брожения Cloetrldiui» paeteu-i-tanuiii , в интервала 10,0-30,0 мг/г доминировал такие vertioii-lium яр., который при концентрациях выше 30,0 иг/г переходкх в разряд редко встречающихся; часто встречагциеся вин - неспоров ос ныв бактерии и Muear dinarphоврагив. щд концентрациях глюкозы 100,0-300,0 мг/г: дошяант — микромицег Pénicillium elepliola-eian t часто встречащийся вид — микромнцет Aepergillus weatli

Формирование микробных сообществ при внесении глюкозы в подзолистой, дерново-подзолистой почве н типичном сероземе подчиняется однотипной закономерности: состав я структура сообществ меняется но градиенту концентрация внесенной в почву глюкозы. Причем есть минимальная концентрация, ниже которой во происходит заметного на уровне скаяирущей электроявой микроскопии развитая микроорганизмов в почве; по мере увеличения концентрации глюкозы до 6-10 мг/г почвн возрастает биомасса сообщества и формируются определенные состав и структура; дальнейшее увеличение концентрация глюкозы до 30-100 мг/г почвн вздет к существенной перестройке микробных сообществ, к отличительным признакам которой можно отнести появление во всех почвах в качество д«янайтов Cloetrl-diun paetearienuB (кроме подзолистой почвы) и исчезновение ряда редко вотречащихся видов (появляющихся при меньших значениях концентрации глюкозы). Црц концентрациях глюкозы выше 100 мг/г почвы михромидагы родов Pénicillium иди. Аарв*вИГав абсолютно доминируют в микробных сообществах всех почв.

Циробнм сообщества. Домжцущиося ди вяаемп в почвт крапсала (амияожитические микробные сообщества) и целлюлозы (да ллюяолягические микробные сообщества) В типичном чернозема в интервале концентраций крахмала О,СП-ТОО,О мг/г почва амияодитхческие сообщества имели сходные состав х структуру. Максимальная биомасса в сообществе достигалась при концентрации крахмала 5 иг/г почвн. Состав х структура сообщества представлены на ряс. 2: доминанты - ^гвр+овуевв Пата а, йвг-раг*г1врог& ■ хопш* вворьиа | часто всгречающийся вид — | редка встречающиеся виды — ги» ар1га1ев, АдрегвШив ив'Ьия, Ниваг вр^СЬае^жЦщ ер., Увх^И-

вр., Сутполвсия вр., актнномадетн рода 81гвр*о-

лусве.

По аналогии с крахмалом целлюлозу вносили в почву в постоянной концентрации, равной 3-5 мг/г почва, предполагая, что состав и структура пеллплодптнческпх микробных сообществ не зависит от концентрации субстрата.

В типичном черноземе состав и структура сообщества представлены на рис. 3: доминанте — 81асЬуЪо£г|уе рагт1вротв а ИопШа ееорЬИа , часто встречавшийся ряд — Соп1о1Ьхг1ш* ер.* редко Встречающиеся ВИДЫ — 31гер1 опусее ер., Тг^Ьагия ар1га1ее, СЬав— 1ош1ш1 ер. ,нэ спороносные бактерии*

Амн ло логические ж целлололитнческио сообщества подзолистой, дерново-подзолистой почвы и типичного серозема такие имеют стабильные состав х структуру в широком интервале концентраций крахмала и при постоянной концентрации целлилоэн.

Таким образом, внесение в почву в условиях контролируемого лабораторного эксперимента какого-либо индивидуального углевода приводит к формированию сообщества почвенных микроорганизмов, состав х структура которого зависят от вида углевода. В разных уи-3- /</$Ч

кшюрашя : 100.0

i, иг/г почт

1* Bot 77t 1А elMIM

2. St»cbjbotrj» parrlBp»t«

3. TrlAbuma tyliilM

4. Aiin»UiidliB pullulaoa

5. Muoor dlMifluiinvi

Рис. I.

Идиопют» состава а садитды иняциировандо: микробного сообщества в типичном черноземе : мостя от концентрации стввозн

>го гпжозоЯ в зависж-

ÂÎ tMto.af.r

Рже* 2« Акыолжтжчбское ылкробвош соойцестэо тжпжчного червоаема

1+ • •9*1 г

2* Rtahani ар, з CbittoBi« м* щ feuillu

Ржо* 3* Цвхжпжожжтжчеояов микробное сообщество

ЦШГШОГО Ч1]Я01вШ

пах почв сообщества, раэлагапцие определенный углевод, различаются по составу и структуре.

МШСРОШЫВ СООБЩЕСТВА, «ОНЛИРУПЦИБСЯ В ПОЧВЕ ПРИ РАЗЛСЕШИИ СМЕСИ ЩЦИВЖГАЛЫШ УГЛЕВОДОВ

Особенности развития микробных сообществ, инициированных внесением в образцы почвы постоянного количества крахмала (5 мг/г почвы) и переменного количества глюкозы (0,01-3,0 мг/г почвы) анализировали в образцах подзолистой, дерново-подзолистой почвы, типичного серозема, типичного чернозема и разных вариантов окультуренной дерново-подзолистой почвы.

В типичном черноземе в образцах почвы, содержащих 0,1-1,0 мг/г почвы глюкозы,формировалось типичной амилолитическое мшфобное сообщество, со составу и структуре аналогичное сообществу в варианте с внесением в почву крахмала без глюкозы. В образцах почвы, содержащих 1,5-3,0 мг/г почва глхвсозв,формировалось микробное сообщество, такое же, как в варианте с внесением только глюкозы в тех же концентрациях (рис. 4). Аналогичную закономерность в смене сообществ наблюдала и в образцах других почв.

Длина мицелия грибов в микробных сообществах существенно изменялась от образца к образцу при возрастании концентрации глюкозы в почве. В черноземе она была максимальной (200 м/см2) при минимальных концентрациях глюкозы - 0,01-0,03 мг/г почвы; затем резко сокращалась в интервале концентрации глюкозы 0,03-1,5 иг/г почвы, принимая значение 1-2 н/с№ при концентрации глюкозы 1,5 мг/г, и возрастала снова в интервале концентраций глюкозы 1,5-3,0 мг/г, достигая значений больших, чем 200 u/см2 (рис. 4). Аналогичное явление наблюдали и в образцах других почв. Во всех случаях концентрация глюкозы, за предехами которой происходит

снова сообществ, является одновременне определялся самую низкую величину длияы грибного мицелия в сообществе.

Для исследования кинетики процессов разложения в почве крахмала я глгаоэы была изучена динамика продукции двуокиси углерода в дерново-нодзодиетой почва, инициированной крахмалом без предин-с глюкозой в инициированной крахмалом после прединкубапвж с глюкозой в концентрации I мг/г почва. Контролем служили варианты: почва, прединкубированная с гдпкозой (контроль I), и почва, не подвергавшаяся црединкубации с глюкозой (контроль 2). Начиная с 5-х суток скорость амилолатической продукции двуокиси углерода в варианте с крахмалом в почве, не подвергавшейся црединкубации с глюкозой, бала больше, чем в варианте с крахмалом в почве посла предищфбапни с глюкозой во все сроки измерения (рис. 5). Рассчитанные скорости продукции СОг, равна 4,7'ЮГ3 и 1,7'Ю-3 мг СОц/г почва за I чао соответственно, то есть различаются в 2,8 раза. Суммируя эти данжне на общем графике, получаем два аффекта, вызываемые цредияяубацией почвы с глюкозой (рис. 6). вая I характеризует эффект стимуляции разложения глюкозой почвенного органического вещества, известные в литературе как "затравочный" или *рг1ш1пя-*а кривая 2 характеризует эффект снижения интенсивности разложения краги ала после прединкубации почвы с глюкозой. Снижение амилолитической активности почвы наблюдается даже спустя 2 недели после начала опыта.

Особенности развития ыизфобннх сообществ, инициированных совместным внесением в образца почвы постоянного количества целлюлозы (целлофановой полоски весом 50 мг) я переменного количества глюкозы (0,01-5,0 мг/г почвы), анализировали на образцах дерново-подзолистой почвы и типичного чернозема.

В дерново-подзолистой почве в интервале концентраций глюкозы ,01-1,5 мг/г почва формировалось типичное цедлюлолптжческое

Рис, 4. Влжяяяе ддакоаи на рост х?жйюго

s «дгжтутаг шюсройвого еоойдотва в

нон черном»,------------

внесен*« пи

i

(

V i

Í4C.5.

_____вреджнвтОаци с

дямяажД ва аикжояягас XJD црсиопарш дяуомсх утлерсла в дераово-пед-» сипотой почве

Гяо. 6. -Затравотни»-»«ей Ш «адер«-

** (2) в р&мохеш кремам * дерново-под-•сажетоА почве. I - ха-

2 - характедатвтвя схо-ровтм 2,8.10-3*, соугч

микробное сообщество, а в интервале концентраций глюкозы I,5-5,0 ыг/г почва - сообщество, аналогичное кнкциярованному только глюкозой. В типичном черноземе ваблвдали аналогичное явление. Смена сообществ от типичного целлюлолитического до типичного глю-козного происходила при значении концентрации глюкозы, равном 2,5 мг/г почвы.

Длина мицелия грибов в микробных сообществах обеих почв снижалась при увеличения концентрации глюкозы в почве в была мини-мальвой при концентрация глюкозы 3,0 мг/г в черноземе и 2,0 мг/г -в дерново-подз олист ой почве.

Таким образом, определенному индивидуальному субстрату для конкретной почвы соответствует определенное инициированное микробное сообщество.

Утилизация почвенными минроорганизмами крахмала или целлюлозы после полного использования внесенной глюкозы, в полном соответствии с принципом диауксии ( Мопо<1' 1942), происходят только в определенном диапазоне концентраций глюкозы в почве. В интервале же концентраций глюкозы выше некоторого значения, названного нами пороговым, не наблюдается, вопреки представлениям о механизме катаболитяой репрессии ( мвеавапИс, 1961), разложения крахмала или целлюлозы даже после использования внесенной в почву глюкозы.

Величина пороговых концентраций глюкозы при разложении крахмала различна для разных почв (рис. 7). В черноземе она максимальна, в подзоле - минимальна.

Таким образом, в почве в условиях модельного лабораторного эксперимента процесс, утилизации дицимиуядмпдт ■ ущмтттяп из их смеси происходит по законам, вмепцим как сходство с общепринятыми представлениями о механизме диауксии — подавлении гидролитической (амилолитвческоЗ н цехлплолитической) активности микроорганизмов

в присутствии глюкозы в результате катаболитной репрессии, так и существенное с нами отличие. Последнее заключается в длительной задержке дерепресски синтеза микроорганизмами гадролиппескгг ферментов - амилаз и цеядюлаз. ЛанитгЙ эффект назван нами аффект-том задержки дерепрессии синтеза гядролаз.

ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭФФЕКТА ЗАДЕРЖКИ ДЕРЕПРВССЩ СИНТЕЗА. ГИДРОЛАЗ Б РЕГУЛЯЦИИ МИКРОБНОГО РАЗДСКШИЯ ПОЛИМЕРОВ В ПОЧВЕ

Исследовали особенности проявления эффекта задержки дерепрес-сии синтеза гидролаз в регуляции амилологической активности микроорганизмов в почве и на питательных средах.

Образцы дерново-подзолистой почвы, прединкубированные с I мг/г почва глюкозы, подвергали раздельным вакуумированах, замораживанию, кратковременному и длительному высушиванию. Амилолити— ческую активность после напыления крахмала оценивали по длине грибного мицелия в амилолитичесвом сообществе. К минимальному повышению активности приводят вакуумирование я замораживание образцов, к максимальному - длительное высушивание (рис. 8).

Для исследования влияния минеральных солей на амилолитиче-скую активность микроорганизмов на питательных средах культуры Реп1с1111ищ Аш1си1овш1 я Ыоп111а веорЬИа выращивали на ага— ризованных средах, содержащих крахмал - 10 г/л и набор минеральных солей в концентрации 0%, ЦЕ, 2$, 1С(С, 20^, 50? и 100? от крахмадо-аммиачной среды. Оба мшфомицета обнаруживали амилолитя-чесхую активность на всех средах, независимо от концентрациг содей.

1^льтурн Р. £ип1еи1ов1Ш1, М» е«орМ1а и В&сШш виЪФШв внрапщваля на агариэованныг средах, содержащих крахмал - 10 г/л.

гпжозу - 10 г/л я комплекс солей крахыало-ашиаяной среды в вышеописанной градации концентраций. Результаты определения амидола гической активности культур через недели инкубации бнди оледу-пцими- Для всех трех мккроорганизмов имелся интервал концентраций солей, в котором активность не проявлялась; начиная с некоторой определенной для каждой культуры концентрация аыилодитическая активность обнаруживалась (рис. 9).

Добавление в почву, прединкубированную с глюкозой, 5 мг/г сульфата аммония полностью восстанавливало амилолитическую активность микроорганизмов в широком интервале концентрации глюкозы.

'Сравнение уровней амилолитической активности в свежих (вновь отобранных) образцах почвн и в длительно хранящихся в воздушно-сухом состоянии и затем увлажненных, обнаружило их значительное отличие. Результаты обработки путем вакуумирования, замораживания н высушивания оказались полностью идентичными о таковым при обработке образов почвы, прединкубарованной с глюкозой. Максимально восстанавливает амнлолитнчесхув активность длительное высушивание.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о тем, что эффект "задержки* может быть устранен высушиванием почвы и повышением концентрации в почве сульфата аммония. Свежая почва меже* находиться в состоянии, характерном для состояния задержки дере-прессии синтеза гидролаэ.

Эксперименты с чистыми культурами микроорганизмов показали, что процесс разложения щрахмала может протекать в условиях дефицита элементов минерального питания. Однако если в среду вместе с крахмалом ввести глюкозу, то механизм утилизации обоих углеводов будет определяться концентрацией минеральных содей в среде. Наиболее вероятная роль последних - в поддержании определенной ионной силы среда, необходимой для нормального протекания диауксии.

P*c« 7. Регудяторнов деАствве щшот на провеоо ра кряшала при сошестяом внесении этих су бет различные почт

ISO м/см5.

злохення тратов в

10 м/ем2 2^5-м¿off"

40 ц/ст»2 ¡ 12 M/cS

•ВТ- blMf^HI «MQbMtf^M^g pRMMjl о M t,o |Ф»о ao.o ao«o la),«

flÉpl mmi* f-mttM ^lüll 4 - - * ft « « ~ — * » ♦ * + - * ♦ * * ♦ ♦

11 s т,^ «tu

t *

* * Ж

TKO, 9.

содет

_____oûimi в питательной среде ва проявжевжв эффекта "задерия^ в рв-

«Z 1 2 3 4

Пооа, арыжит<5*роваятв с

: тЦрО^рГДНВ иов в :частях «ультурах

Рис, 8. Влхянн» заморе

бов в. odgec Toflœ шДс

Broma» вацгтннрованая (I! заж>рвжжванмя(2), высуяж-вавдя (3, 4) на■ рост грш-

со-

Эффект "задержки" имеет определенное экологическое значение. Существует корреляция маиду интенсивностью заселение кралила трибами в различных почвах* характервзухщей процесс разложения полимерных углеводов* и значениями пороговых концентраций глюкозы для 9тих почв (рис. 10). В природе эффект "задержка" может, по-видимому, играть роль механизма, ограничивавшего деструктивную деятельность почвенных микроорганизмов-гидролитиков и приводящего к накоплению в почве полимеров углеводной природы.

ОСОБЕННОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ УГЛЕВОДОВ В СШТШВ МИКРООРГАНИЗМ - САШШЧЯШЕ ЫШОЗВОНОЧЕЦЕ

Почвенные беспозвоиочные-сапротро^ являются неотъемлемым компонентом системы организмов - деструкторов поступающего в почву растительного олада. В связи с этим изучение микробного разложения в почве углеводов было бы неполным без описания особенностей протекания этого процесса в системе микроорганизмн-беспозво-вочные.

Изучали влияние предварительного обогащения глюкозой дубового опада на качественный состав ми 1фо организмов свежих экскрементов мокриц. Увеличение концентрации глюкозы в пищевой смеси от 1,0 до 10,0 иг/г опада имеет следствием появление в свежих экскрементах кокковидных бактерий.

Мокриц содержали на двух видах пищевых смесей: дубовом спаде с крахмалом (400 мг/г опада) и дубовом опаде с крахмалом в той же концентрации и глюкозой (20 мг/г опада). 1£еты> порпдю экскрементов анализировала в сканирупцем электронном микроскопе. Предполагала, что наличие бактерий на крахмальных зернах свидетельствует о гидролитическом расщеплении крахмала. Выяснено, что гидролитическая активность сишбиотических бактерий, оцененная по способ-

востн кх к разложения крахмала в кишечнике жквопшх, определяется качеством пищи; содержанием в кей легко ыетаболианруемых углеводов (глюкозы). Степень заселения крахмала бактериями пдо кормления мокриц опадем с крахмалом и глюкозой ниже, чем в варианте без глюкозы.

Ори переводе животных с пищевой смеси, содержащей крахмал я глзвозу, на смесь, содержащую только крахмал, полностью восстанавливается амилолнтнчесхая активность микроорганизмов кишечника, (рис. II). Описанное явление имеет прямую аналогию с явлением ка-таболитной репрессии, наблюдаемом в почве в процессе микробного разложения комплекса углеводов. В кишечнике почвенных беспозвоноч-ных-сапротрофов последовательность утилизации углеводов разной степени сложности также подчиняется общему принципу разложения: от простого к сложному.

Интересно, что полимерный пищевой субстрат (дубовый спад с крахмалом), содержащий глюкозу и вследствие этого трудно разлагающийся в почве, после прохождения через пищеварительный тракт мокриц интенсивно заселяется н разлагается в почве грибами (рис. 12).

Таким образом, особенностью утилизации углеводов в кишечниках мокриц является отсутствие задержки в разложении полимеров после полного исчезновения из пищевого субстрата мономеров.

Механизм устранения аффекта "задержки" связан, по-видимому, со специфическими условиями среды кишечника беспозвоночных, существенно отличахфшса по многим показателям от условий почвенной средн. Креме того, активную деятельность гидролитических бактерий кишечника обеспечивает постоянный проток через пищеварительный тракт животных питательного субстрата.

я*

•кл

1 1

1 за I

1 % щ

1 1 ^ % щ гс< щ

* и и.

ш

//

10. Продает» аффвт "аадер** и" в регулясп ютевстааоо-тя раакяевжя хртш а равных почвах

Р1С. П. Степень заселения поверхносгж храх-кальвых зерен бах-тедошк в •ксяремен-тах мокриц. Исходная лицевая спесь: I - опад о крахха-лсы; 2 - опад о крах шлом и еоысоэой; 3 - пересадка хжвот-шх оо снеся 2 аа свесь I; 4 - пересадка с I на 2

у/,

"У,

Ш

1,4 «V

№. 12. Дина грибного ые-

Ц8ХЖЯ в ЮНфОбНОИ

сообществе, явяш-жрованнш вяесапкек в дерново-додэодто-» туг ПОЧВУ 1ЩЯ п экскрементов мокриц.

1 - опад с крахмалам;

2 - опад с крахмалом г глгюзой; з - экскременты после питания спесью I; 4 — экскременты после питания смесью 2

- 21 -ВЫВОДЫ

X* Изучение прямыми микроскопическими методами микробных сообществ, формирующихся в почве в конкретных условиях при разложе-• вкв индивидуальных углеводов (глюкозы, крахмала я целлюлозы) показало, что состав и структура сообществ определяются видом используемого микроорганизмами углевода и типом почвы.

2. Разложение в почве смеси иицтгиидуя тгмпуг углеводов, состоящее из мономера и полимера, происходит поэтапно: сначала развивается мизфобное сообщество, микроорганизмы которого утилизируют легкодоступное соединение - мономер. Цра этом разложения полимера не происходят в полном соответствии о механизмом катаболитной репрессия.

3. Впервые показано, что механизм катаболитной репрессии в почве сопровождается длительной задержкой дерепрессии синтеза по-чвеннша микроорганизмами гидролаз после использования легкодоступного углевода - мономера (эффект "задержки"). Эффект "задержки" может быть частично или полностью устранен высушиванием почвы, а также увеличением ионной силы почвенного раствора путем добавления минеральных солей.

4. На чистых культурах почвенных микроорганизмов показана возможность проявления!» -vitro задержки дврепрессяи синтеза гядролаз и подтверждмшэго связь с содержанием минеральных солей в питательной среде.

5. Методом сканирующей электронной микроскопии установлена прямая связь между составом морфолопгеесхих форы бактерий кишечника садротро$ных беспозвоночных (мокриц ж типулид) и содержанием в потребляемом животными субстрата мономерных углеводов.

6. Особенность разложения веществ углеводной природы в системе микроорганизмы - сапротрофше беспозвоночные состоит в том.

что последовательность утилизации углеводов в кишечниках животных подчиняется принципу диаухсии - разложение шликере наступает сразу же вслед за исчезновением мономера, то есть без эффекта "задер-

Ж1ГЦ щ

7. Экологическое значение эффекта "задержки" состоит в ограничении деструктивной деятельности почвенннх мифооргаиизмов, что способствует накоплении полимеров в почве.

БЬзов Б.А. имеет 9 публикаций по теме диссертации:

1. Способ индикации сообщества почвенннх микроорганизмов (в соавторстве с Гуэевнм B.C., Бондаренко Н.Г., Мирчжнк Т.Г., С^ягин-цешш Д. Г.), авторское свидетельство Л 815034 от 21 н ября 1980.

2. Структура инициированного шщюбвого сообщества как интегральный метод оценки микробиологического состояния почв (в соавторстве с Гузевнм B.C., Бовдаренко Н.Г., Мирчияк Т.Г, Звягянце-внм Д.Г.. Микробиология, 1980, т. 49, Л I, е.* 134-139.

3. Микробное амилолнтжческое сообщество — показатель биологической активности почв (в соавторстве с Гузевнм B.C., Бондаренко Н.Г.)• В сб.: Црохдосс в познания микробного мира. Тезиса докладов 71 съезда Всесоюзного микробиологического общества. Рига, I960, T.I., с. 78.

4. Дмилодитическое микробное сообщество в черноземе (в соавторстве с Гузевым B.C., Звягинцевым Д.Г.). Микробиология, 1981, т. 50, * 4, с. 693-699.

5. A method far the direct study of the aleroMotioal soil etat* by the structure of the initiated microbial ecnnnonlty {g

соавторстве с I^sobum B.C., Бондаренко Е.Г., Ыирчинк Т.Г, &яшн-Ц9ВНМД.Г.).. Pedohiologia, -i982» Bd. 24, Н. Í, 65-79,

6. Микробиологический способ оценки отрицательного действия минеральных удобрении методом инициированного микробного сообщества (в соавторстве с Гузевым в,с., Кураковнм А.В., Мирчинк Т.Г., Звягинцевым Л. Г.). В сб.: Ученые ИГУ - науке ж производству. 11., изд-во ИГУ, 1984, с. 84.

7. Катаболятная репрессия xas один из механизмов мнхробоста-зиса почва (в соавторстве в Гузевым В.С.). В сб.: Экспериментальный анабиоз, тезисы докладов. Рига, изд-во ИИ, 1984, с. 5S-59.

8. Регуляция гидролитической активности микромицетов в почве (в соавторстве с Цреввм В.С.). В сб.: Изучение грибов в биогеоценозах. Тезисы докладов Ш Всесовзной конференции, 1985, с. 2224.

9. Роль почвенных беспозвоночных в формировании сукцессии микроорганизмов да разлагашемся растительном опаде (в соавторстве с I^aesm B.C.). В кн.: IX Международный коллоквиум по почвенной зоологии. Тезисы докладов, с. 46.

Пш.«мм1> tf.Ci.ff. л. AXtfYf 60*Wfib

♦и а. л. if У« -мд. Л. 40

Эми Н5Ч Гинж 100

сумм <3м< пи*т» ишммш

Мнкнмнп J Я1К [КН1Ш . 11000«. Мши, ул. Гсрцм«, ЬП. tnm*úm «^мт <*3мк почет» пма мо*. ■mftf Menu. Лммги* rnfM