Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

СОДЕРЖАНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В ОСНОВНЫХ ЗОНАЛЬНЫХ ТИПАХ ПОЧВ СССР

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "СОДЕРЖАНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В ОСНОВНЫХ ЗОНАЛЬНЫХ ТИПАХ ПОЧВ СССР"

4 -Ш9

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

САМКО ОЛЬГА ТИХОНОВНА

СОДЕРЖАНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В ОСНОШЫХ ЗОНАЛЬНЫХ ТИПАХ ПОЧВ СССР

Специальность 03.00.07 - микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТАМ982

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова,

Научный руководитель - кандидат биологических наук,

допект АСЕЕВА И.В.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор ЕЩЕВ В.Т.

кандидат биологических наук, доцент ГРИШИНА З.А.

Ведущее учреждение - Шолого-почвенннй факультет Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан " " _1982 г.

Защита состоится 1933 г. в 15 час. уи мин.

на заседании специализированного совета по почвоведению в МГУ им. М.В. Ломоносова в аудитории М-2.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке факультета.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Ученого Совета, а отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу: 117234, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения.

Учений секретарь Совета доцент ^аД^

И.П. Бабьева

Биохимические методы исследования находят все более широкое применение в современном почвоведения, в частности, для оценки биологической активности л в делах биодиагностики и индикации ночь. Важаейшл направлением в этой области является изучение динамики а содержания в почве химических соединений, входящих в соо-тав кикробиойбиомассы.

Актуальность проблемы. В настоящее время смеется обширный экспериментальный и теоретический материал, касающийся роли нуклеиновых, „ кислот в функционировании микробной клетка в целой. Особый интерес представляет рассмотрение этих соединений как неотъемлемого компонента " хивой фазы" почвы и, главным образом, микроорганизмов, характеризующихся чрезвычайно шсоким содержанием нуклеопротеидов в составе клеточного вещества. Постоянство внутриклеточного содержания ДНК в клетках, а также уникальность биологических свойств нук-. леиношх кислот делает возможным использование их анализа для оценки размеров биомассы и уровня метаболической активности почвенных микроорганизмов непосредственно в их среде обитания,Анализ содер-. жаняя нуклеиновых кислот в почве наряду с оценкой общего количества почвенных микроорганизмов может быть с успехом использован для сравнения уровня биологической активности разных типов почв ( Асеева, Панщсов, 1976; Ефремов, 1981 ).

Цель таботы. Целью работы было сравнительное изучение содержания нуклеиновых кислот, количества и биомассы почвенных микроорганизмов в основных зональных типах почв СССР и в горных почвах.

Основные задачи исследования:

1. Решение ряда методических вопросов, связанных с анализом-нуклеиновых кислот в разных типах почв. '

2. Изучение пространственного и временного факторов варьирования содержания нуклеиновых кислот на примере дерново-подзолистой почвы. .

. 3.' Сравнительное исследование содержания нуклеиновых кислот, нунлеотидаого состава ДНК, учет мицелия грибов, численности банте рий- и "опенка соотношения их биомассы в основных зональных типах и подтипах почв СССР и в разных типах горни почв вертикальных зон Южного склона Большого Кавказа. -

4. Оценка соотношения внутри- и внеклеточной ДНК в разных почвах, / - /7?1

Научная новизна ; .

Цроведена оценка эффективности метода количественного определения нуклеиновых кислот по пуриновкм основаниям в разных почвах.

Впервые на основании данного метода дана сравнительная характеристика основных зональных.типов и подтипов почв СССР, а такие почв вертикального ряда Юго-Западного Кавказа по содержанию ДПК и РНК и установлен нуклествдный состав ДНК в этих почвах. Выявлена корреляция между количеством нуклеиновых кислот и биомассой почвенных микроорганизмов с одной стороны, и количеством органического вещества - с другой. На основании определения нуклеиновых кислот по почвенному прсфшо впервые представлен общий запас (пул) этих соединений в различных типах зональных почв в. расчете на единицу поверхности. Определено соотношение внутри- и внеклеточной ДНК в основных зональных тисах почв: дерново-подзолистой, черноземе д красноземе. Получены данные о суммарном количественном содержании нуклеиновых кислот в составе органического вещества всех изучаемых дочв.

Практическая ценность. Полученные данные по содержанию нуклеиновых кислот и количеству кикрооргакжзмов в основных зональных типах почв и почвах вертикального ряда могут быть использованы для оценки размеров биомассы'и уровня датаболжческол активности шч- . венных микроорганизмов, а также в качестве критерия для характеристики биологическо;! активности изученных почв.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложена на Республиканской конференции (Киев, 1976), на Всесоюзном совещании "Проблемы и методы биологической диагностики и индикации почв" (Ыосква, 1976), на У Делегатском съезде ВОП (Минск, 1977), на Г конференции молодых ученых факультета почвоведения ИУ (Москва, 1982).

Публикации. До теме диссертация имеется авторское свидетельство, опубликовано & статей, находится в печати - I."

Объем работы. Диссертация состоит из введения, В глав, заключения и выводов, содержит 445 страниц печатного текста, М таб- „У лиц, рисунков и списка литературы из 225" названий (из них -¿В зарубежные).

Автор выражает искренни? признательность м.н.с. Н.С.Паникову

за постоянные консультации при проведении эксперимента, а также м.н.с. Горбатову B.C., м.н.с. Воробьевой Е.С., доценту Урусевской U.C. за представление почвенных образцов и данных химического анализа различию: почв.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДУ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основные исследования со содержанию нуклеиновых кислот и количества микроорганизмов проводили в воздушно-сухих образцах, отобранные до всем генетическим горизонтам дерново-палево-яодзолистой почвы на покровнщ: суглинках: под березово- еловым лесом (Владимирская область), сввтдо-серой леской почвы среднесугжинистой (Пермская область), серых лесных ерздйе суглинистых почв (Чувашская ¿ССР), типичного мощного тяжелооуглинистого чернозема на леооввдном суглинке, не косимая степь (Юрская область), светло-каштановой s темно- г каштановой почв под! полынно-тиячаковой ассоциацией (Волгоградская область), каштановой среднесуглинистой сильносолонцеватой почвы неокультуренной (Ростовкая область), светлого серозема под эфемерно- -мятливой растительностья (Ташкентская область) и желтозема под цитру-совдад (йркаяский Гос.заповедник, Азерб.ССР), а также в образцах пёрегнойяо-аккумулятивного горизонта, взятых с глубины 0-10 см: серой лесной тяжелосуглинистой на покровном суглинке, темно-серой десной грунтовато-глееватой почвы (Тульская область), обыкновенного целинного чернозема (Тамбовская область), южного среднемоиного средне -суглинистого на лессовидном суглинке под люцерной (Одесская область), серозема типичного под тополями (Ташкентская область), солончака, коричневой почвы неокультуренных (Ташкентская область) и краснозема под грабовьы лесом (Чакаа, Грузинская ССР).

V Исследования проводили также на образцах почв вертикального ряда Шного цакросклона Главного Кавказского хребта в пределах территории Кавказского государственного заповедника в интервале высот от 50.до 2870 ы над уровнем моря: бурых горно-лесных почвах под буком, дубоы я-пихтарником, в горно-луговых субальпийских и альпийских дочвах в примитивной почве. Почвенные образцы бш взяты по всем генетическим горизонтам. Перед анализом почву освобождали от корней и просеивали через сито о отверстиями I мм.

Изучение влияния пространственного и временного факторов дрово-

дшш в воздушно-сухих образцах:/дерново-подзолистой гяакло суглинистой почвы М (модельной), расположенных друг от другана. расстоянии 2-3 ы с глубины 10-15 см горизонта А, ей лесном участке; стационара'■';■ фшдгльтета почвоведения МГУ.. 1 "'_['.

. ч Органический углерод в почве определяла методом мокрого сжигания по Тьрину, азот - методом Кьельдадя, рН водной и; солевой ( 1нКСХ) вытяжки - поте налом етриче ски (Аринушкина, 1970) „ фосфор - по мето-'ду Мета о соавторами в модификации Гинзбурга (1967). г

Для изучена! нуклеиновых кислот был использован хроматографи-ческий метод раздельного определения ДНК и РНК до продуктам их . гидролиза - пурияовш основаниям, количестве йн»,'учитываемым спектре-■ фотометрически (Паников, 1976; Асеева и1др.,1976), Количество нуклеиновых кислот выражали в мйЛ оснований ДНК и РНК ва 100 г.почвы. Количеству почвенных микроорганизмов учитывали прямыми микроскопи- . ческими методами. Численность бактерий определяли методом лшиеис- " центвой микроскопии с'предварительной ос5работкой,.11оч0 .ультразвуком . и окрашиванием препаратов акрадияом оранжгвьйг (Звягиняев. и др., . 1980): Длину мицелия грабов ¿¿меряли до' Ьк£йски на тех же препаратах в сватовом микроскопе (Кохевиы к др.',"1979): ' •'' • >

Расчет бактериальной биомассы проводили исходя из удельного веса живой клетки равного 1,08 г/си3 (Рогачевский, Звягинцев, 1973) и объема - 0,1'мямз (Кожевин, Звягинцев, 1975). .'Учитывая, что содержавне 'вода в клетке составляет 80%, биомасса одной бактериальной клетки. составляег 0,2 , 1СГ*?г. сухого,вещества. (Кожевин в др., 1979),"Расчет грибной массы проводили исхода из удельного веса мицелия равного 1,05 г/см3 и_ среднего -диаметра гиф - 5 мкм, в соответствии с чем биомасса одного метра'мицелия грибов в-.расче-: те ва сухой вес составляет 3,9-.КГ^г {Кагевин н др., 1979).

Учет мшсробяой биомассы проводила в расчете ва I см2 поверх- ' кости.о учетом-глубины лрофиля к объемной массы.почвы (Звягинцев, .' 1972). Аналогичный расчет проводила дня оденки общего запаса '.' (пула) нуклеиновых кислот в основных зональных типах почв и горных почвах, исходя из усредненной величины молекулярной.массы нуклео-. тида 340 дальтон, отсюда 1'мкМ оса./100 г" составляет 3,4 ЧСГ^иг/г почвы. "

Результаты исследоваявй Йра^тыЖт традшионйыми статистическими методами (Дмитриев, 1972),. ,

■ ' '■ ' ' ■ 5' ;.'. ■ - ■ Л. ■-■'■■■ ■

- - \ ' РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ - ' ■

Оценка эффективности метода количественного , определения.,,оснований ДЮС и РНК в разных: почвах; ,

Значительный прогресс в изучении нуклеиновых яисяот почвы .. связан с примевэяяем хроматогрефическех и.снектрофотометркческих методов ввдзлевия и разделения продуктов гидролиза нуклеиновых КИСЛОТ - оснований И нукиеотвдов.( Adams et al,I954; Anderson, 1957, 1958, 1961, 1967, Паников, 1976; Cortez, Schnitaer, 1979).

Известно (Паников, 1976), что наиболее заметное.влияние на выход оснований ДНК оказывают три фактора: концентрация щелочи, температура и продолжительность экстракции. Поэтому оптимизацию . условий извлечения оскованна нуклеиновых кислот было целесообразным проводить с использованием планирования двухфакториого эксперимента. Итогом оптимизации для ряди почв: серой лесной, чернозема явились следующие условия экстракции ДНК; температура 65°, 0,7 н раствор я.аОН в течение 25-30 часов. Интересно, что оптимальные значения температуры для извлечения ДНК из микроорганизмов близки к соответствующему значению для почвы, составляя 65-70° (Паников, 1976). ; .

Допустимое варьирование параметров экстракции из почвы РНК, в отличив от ДНК, имеет целый ряд ограниченна, которые связаны прежде всего с тем, что жесткая щелочная обработка может привести . к кажущемуся увеличению выхода продукта не только за счет более полного гидролиза РНК, но и в' результате частичной деградации ДНК. Поэтому при подборе параметров определения РНК были избраны мягкие условия щелочной экстракции: температура 20°,0,75 н раствор КОН, время экстракции 48 часов.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ В ОСНОВНЫХ ЗОНАЛЬНЫХ ТИПАХ ПОЧВ. СССР

Содержание нуклеиновых кислот'в-верхних . горизонтах з о нал т. ню- типов почв - . .

Кодинество вуклешсшх.кислот. (оснований Д0К в РНК) .в верхних горизонтах.различных зональных типов кота варьирует в довольно широких: пределах.в зависимости от типа и.подтипа,почва.. Большое количество-оснований ДНК и РНК содержится в дерново-подзолцотой почве и достигает в сумме 96,5 шсМ/IOO г почва, из них 54,5 мй1 2-ПН : „

Д НК и 42,0 Midi РНК.' Довольно высоко их оодертакие и б оерых лес- . ных почвах, причем эта величина возрастает, при. переходе от светлсй-серой (51,9 bud!) к серой (67,3 миМ) - и темно-серой (125,0 мяМ) почвам и составляет соответственно для ДНК: 35,7, 47,0 и 81,5 мкМ оса. и для РНК:Лб,2;.20,3 и 43,5 мкМ осн./IOO г почвы. .

В типичном черноземе содержится оснований ДНК и ИЖ дольше (60,3 мкМ), чем в обыкновенном (47,2 мкМ) и южном (28,8 мкМ) черноземах, из них на - долю ДНК приходится: 40,5; 36,3 и 19,0 мкМ осн.': и на дол» КОС: 19,8; 10,9 и 9,8 мкМ осн./100 г_почвы соответственно.

При продвижении на юг количеств нуклеиновых кислот уменьшается от '^емко-каштановой почвы х каштановой и светло-каштановой и .составляет для темно-каштановой почвы (на 100 г):46,3 мкМ (27,5 одМ осн. ДНК и 18,8 мкМ осн. РНК);■каштановой - 36,8 Midi (20,0 мкМ осн. ДНК я 16,8 мкМ оса. РНК) и светло-каштановой почвы - ■ ■ ЗЗД мйЛ) (18,2 мШ осн.ДНК и 14,9 мкМ осн.РНК); Наименьшее коли- ■ чество нуклеиновых кислот содержится в солончаке: 25,9 мрА( осн. /100 г почвы и в почвах предгорно-пустынно-стенной области: в светлом сероземе - 22,0 Midi осн. и в типичном сероземе - 21,1 мкМ осн. При переходе к субтропичной лесной области содержание оснований ДНК и РНК заметно увеличивается и достигает в коричневых -почвах 44,2 миМ (36,0 мкМ осв. ДНК и 8,2 мвМ осн.РНК) ; в желтоземе у- 92,0 мйЛ (56,0 мкМ^осн.' ДНК и 36,0 мвМ ОШ..РНК) и в красноземе: - 155,4 мкМ (105;4 мйЛ ,осн.ДНК и 50,0 МйЛ осн;РНК) на 100 г почвы..

Содержание, нуклеиновых кислот в гореых почвах варьирует в. довольно широких пределах в зависимости от типа почвы и характера растительного покрова.

Наименьшее количество юс было обнаружено в бурой горно-лесной. почве под дубом, расположенной на самой нижней отметке - 50 м над ур.м, : 39,2 мкМося./IÛO г почвы. По мере возрастания высоты над уровнем моря происходит увеличение количества нуклеиновых кислот в почве..Так, в зоне бурых горно-лесных почв под Суком (1100 м над ур.м.) и под пихтой (1600 M над ур.м.) ш. содержится 240,3 Midi и 194,2 мкЭД/ 100 г почвы;„из них количество оснований ДНК -151,9 и-140,0 мхЬГ. а РНК - 69,4 и 54,2 «idtf. В горно-луговых альпийской и'субальпийской почвах на высоте 2100 и 2500 M над ур.м. '

количество.нуклеиновых':кислот довольно.велико:- 103,5 и 154,1 ыкМ осн./100 г почвы соответственно. ' ■ ■ -

Такимобразои, в ряду горных и плакорных зональных типов и подтипов почв СССР наибольшее количгство нуклеиновых кислот содержится в почвах таежно-лесноЯ области: дерново-подзолистой и серых лесных почвах, в почвах субтропической влажно-лесной области: желтоземе- и красноземе, а также в горно-лугсвых и горно-лесных почвах. Наименьшее.количество.нуклеиновых кислот,обнаружено' в почвах предгорно-пустыняо-степной области: солончаке и сероземах. Чернозем, каштановые и коричневые почвы по этим показателям занимают промежуточное положение,

Изменение содержания нуклеиновых кислот по генетическим горизонтам различных почв

1 Для серых лесных почв, чернозема, каштановых почв и желтозема нами определено- содержание ДНК и РНК в почвенном профиле и корреляция с количеством гумуса. Изменение количества нуклеиновых кислот по генетическим горизонтам этих почв имеют некоторую специфш^1 в зависимости от типа почвы и коррелирует с содержанием органического вещэства (г~= 0,80).

Со снижением по.профилю изучаемых почв при переходе к иллювиальному горизонту значительно падает содержание гумуса и соответственно уменьшается в 2 раза количество нуклеиновых кислот, при этом с глубин ой боле е резко снижается содержание РОК и в нижних горизонтах она обнаруживается лишь в незначительном количестве. В наибольшей степени падение количества нуклеиновых кислот по профилю выражено для серых лесных почв и желтозема (рис. I), а постепенное снижение - доя чернозема и каштановых почв.

Для серых лесных почв обнаружена коррелятивная связь количества нуклеиновых кислот с содержанием органического вещества (ДНК:г .» е 0,91; РНК: г « 0,93). С вероятностно 0,99 эта связь достоверна, что подчеркивает зависимость снижения количества нуклеиновых кислот в соответствии о распределением органического вещества до генетическим горизонтам серых лесных почв.

Наиболее резкое падение количества нуклеиновых кислот характерно дяя горно-луговой альпийской почвы, дм бурой горно-лесной под ■ дихтой (1600 м над ур.м.),.а постепенное снижение - для горно-лу-

гобой субальпийской почвы, для бурых горно-лесных:под буком (440 и 50 м над ур.м.) (рис. I). -

- Срязь нуювиношх кислот о некоторыми химическими свойствами ; по^в - , ....

Для ряда зональных почв, от дерново-подэолистой почвы до краснозема, наиболее тесная положительная связь существует между коли- . : чеством ДНК и углеродом ( г -в 0,94), ДНК и азотом почвы ( г =0,95). .Несколько яйле уровень корреляции мевду содержанием ДНК и рН вод- " , ной вытяжки ( г" = 0,83), а связь между ДНК.'и органическим фосфором была недостоверной для данного объема выборки.'

Несмотря на то, что вое рассмотренные химические ха ранте pic тшщ почш связаны между собой весьма сложным образом, из полученного ; материала' с 'очевидностью следует, что когда почвенные условия благоприятствуют .акйумуЛйции органического вещества, возрастает и количество ДПК. ": ,

"По/йоЛ^енныгл данным углерод нуклеиновых кислот составляет от, 0,14 до 'от органического углерода почвы, азот нуклеиновых , .кислот -'от о;75 до ¿^'органического азота почвы и фосфор нуклеиновых кислот - от 0,1 ¿¿'-7,1$ от органического фосфора почвы " (тайл. П.-Таким образом^ отсюда вытекает, что нуклеиновые кислоты' являются'Хшно|рным!'компонентом органических веществ почвы, что : ранее было обнаружен«*1'исследованиями Андерсона (1961) и Паникова. (1976).■ 1 "- '

Нуклеотидный состав ДНК в основных зональных типах по",Чв

Нуклеотидный состав ДНК представляет собой важную характеристику любого биологического объекта, в частности, используется ' в систематике микроорганизмов. Предполагается, что нуклеотидный .состав ДОС в почве может служить показателем -^качественного состава почвенного микрокоденоза.

Молярный процент ГЦ ДОС в изученных почвах варьирует в сравни- . тельно узких пределах - от 50 до 74, Причем, оказалось, что нуклео-. тидный состав ЛЕС шеет" тенденцию, за некоторым исключением, к ^. „ увеличению доли ГЦ при предвидении с севера на юг, так в дерново-.подзолистой почве ДЩ характеризовалась 58-59 1'.ол.% ГЦ, а в желтоземе и^красиоземе' - 62-G3, близки к * серые лесные почвы, "

.'г. ■: ' . Таблица I.

Доля нуклеиновых кислот в составе органически]: ■■' соединений сочэд.

Почва, высота над уровнем моря дак РНК °НК Сорг Я орт . РНК ' *орг

мкМ оон./100г почвы.

Дерново-палево-подзолистая 54,5 42,0 0,4 1,7 0,8

Светло-серая лесная. Темно-серая лесная _ 35,7 81,5 16,2 - ■ 43,2 ' . 0,15 0,3 . 1,15 ■1.4 0,85 1Д

Типичный чернозем 40,5 19,8 0,14 0,75 0,02

Темно-каштановая 27,5 18,8 0,21 ' 1.1 1 0,03

Типичный серозем 13,4 9,6 0,3 1,2 0,3

Краснозем 105,4 50,0 1,5 . 0,1

ГОРН Ы.Е П о ч в и -

Примитивная 2870 м 94,3 ■ _ 0,11 1.2 7.1

Горно-луговая альпийская 2540 и 104,8 29,3 . о до 2,1 5,6

Горно-дуговая субальпийская 2100 м 70,0 33,5 0,12 1.2 3,1

Бугая горно-лесная. пихта 1600 м 140,0 .54,2 0,20 5,3 1.3

Бурая горно-лесная, бук 1100 м -. 63,5 42,9 0,15 3,0 0,6 ■

а в горных почвах мол. % Щ увеличивается ш маре возрастания У соты над уровнем моря. 1

Почти во всех изученных почвах молярный процент 1Ц в ДНК со ■ снижением по профилю увеличивается, по видимому, в составе почвенной ДНК с глубиной возрастает доля ДНК микробного происхождения. Это указывает на ее,преимущественно микробное происхождение, -тая ка», известно, что все высшяе организмы как растительного, так я животного происхождения, имеют ДНК АТ-типа. Среди микроорганизмов имеются такие представители, которые содержат АТ-тип ДНК, однако, по мнению Ашмарина (1971), подавляющее большинство сапрофитных микроорганизмов имеют Щ-тиа ДНК, что находит ¿одтверящение в ваших опытах. Факт микробного происхождения ДНК почвы нельзя , считать неожиданным, ибо известно, что нуклеиновшя кислотами богаты именно.низшие микроорганизмы; помимо этого, обладая'значительно более высокой интенсивностью обмена, коротким периодом генерации, микроорганизмы могут "поставлять" в почву нуклеиновые ксжло-ты в большем количестве, чей другие организмы.

ВЗАИМОСВЯЗЬ MEW CCffiEFKAHHEM НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ И КОЛИЧЕСТВОМ ШКРООРГАНИЗМОВ В ЗОНАЛЬНЫХ ТИПАХ ПОЧВ

Количество микроорганизмов в верхних горизонтах различных зональных типов почв

Наибольшее"количество бактерий обнаружено в черноземе и там-во-каштановой почве. Внутри типа почв количество бактерий уменьшав ется от типичного чернозема - к обыкновенному: от 2,1 до I,9 ьирд клеток / г почвы; от.темно-каштаковоЗ почвы - к каштановой я светло-каштановой - от 2,3 до 1,8 - 1,2 млрд клеток / г почвы соответственно; в серых лесных почвах увеличивается от светло-серой лесной почвы к серой почве: от 1,6 до 1,8 млрд клеток / г почвы. Довольно высока численность бактерий и в желтоземе. Наименьшее количество бактерий обнаружено в типичном сероземе - 1,5 млрд кле- . ток / г почвы. Полученные данные согласуются с данными Мишустина Е.Н.'(1978) о возрастании количества бактерий'с севера на юг от тундровых почв до красноземов. По длине грибного мицелия почвы располагаются в ряд: темно-серая (391,9 и/т почвы)> светло-серая .

(225,6 м/г)>серая (221,7 м/г) = желтозем (221,7 м/г) типичный чернозем (142;5 м/г>темно-каатановая (91,0 м/г)>каштановая (71,3 м/г)^ серозем (31,7 и/т).

В горных почвах вертикального ряда наименьшее количество бактерий (I млрд.клеток/г почвы) было обнаружено в бурой горно- ■ ■ лесной почве под буком (1100 и 440 м над ур.м,), а наибольшее (12,5 млрд, клеток) под пихтой (1600 м над ур.м.). На основании . длины грибного мицелия горше почвы можно расположить в восходгшСлй ряд по мере возрастания высоты над уровнем моря: от бурой горнолесной под дубом (50 м над ур.м.) - 72 м/г до бурой горно-лесной почвы под пихтой (1600 м над ур.м.) - 459,2 ц/г.

Изменение численности микроорганизмов по прО'Ттото зональных почв

' Дня серьсх лесных лочв, чернозема, каштан®их почв и желтозема определена чисдещшстьбактерий и длина грибного мицелия по генетическим горизонтам. Постепенное изменение этих показателей наблюдается в черноземе и каштановых' почвах, в горно-луговой субальпийской, бура горно-лесных под дубом и буком, а наиболее резкое в ■ серых лесных почвах, желтоземе-и в горно-лесио.1 под пихтой. Это коррелирует с полученными данными по изучению количества нуклеиновых кислот по генетическим горизонтам данных почв.

' Соотношение бактериальной и грибной биомассы.

Биомасса грибов в верхних горизонтах различных зональных типов почв превышает бактериальную и изменяется з довольно широких пределах от 0,12 в сероземе до 1,5 мг/г в текно-серой лесной почве. Бактериальная биомасса колеблется в сравнительно узких пределах от 0,023 в сероземе до 0,046 мг/г е темно-каштановой почве. Наиболее выражено преобладание грибной биомассы над бактериальной в серых лесных почвах, так в темно-серой лесной почве их соотношение равно 1:69, в серой лесной почве 1:'41, в светло-серой десной почве - 1:27,5. Высоко это отпадение и в желтоземе 1:27, В типичном : черноземе грибная биомасса превышает бактериальную в 12 раз, . 3 каштановых - в 8 раз в темно-каштановой и каштановой,в 15 раз в светло-каштановой. В сероземе это соотношение наиболее узкое 1:5. В горных почвах наиболее высоко соотношение бактериальной

и грибной биомассы в бурой горно-лесной почве под буком (IIOO ы и 440 м над ур.м.) - 1:38 и 1:19 соответственно, и в примитивной почве - 1:20. Наиболее" узкое соотношение этих показателей характерно дам горно-луговых альпийской и субальпийской почв, а также < ■ бурой горно-лесной почвы под дубом f 1:3,Ö; 1:2,2 и 1:5 соответ-, ственно.

Согласно литературным данным, грибы являются боле? динамичным компонентом комплекса"ПОЧВеННЫХ МИКроОрганйЗВДФ ( Faul, Jonaon, 1977; Planagen; Van Cleve,1977; Кожевин С соавт., 1979); что связано со значительной амплитудой колебаний, высокими удельными , скоростями роста и отмирания и, следовательно, о более бнстрш возобновлением - биомассы.

Оценка суммарных запасов нуклеиновых кислот, микроорганизмов и гумтса на всю глубину почвенного аро<йиля

Расчет количества нуклеиновых кислот, микроорганизмов и гумуса по генетическим горизонтам дает возможность оценить и сопоставить общий запас (пул) нуклеиновых кислот, микроорганизмов*и органического вещества в различных типах,почв. Для оценки содержания ДНК и РНК бил использован расчет количества нуклеиновых кислот на ^ единицу поверхности (I см^) почвы с учетом объемной массы и глуби-1 ны профиля, применяемый при учете микробной биомассы в почвах (Звягинцев, 1978).

Невысокое содержание нуклеиновых кислот характерно для бедного' органическим веществом светлого серозема: ДЕК - 3,0 и РНК - 0,2 мг/см2 а для желтозема: ДНК - 2,3 и ИК - 1,1 мг/см2 (рис. 2.). С^лмарное количество нуклеиновых кислот составляет соответственно 0,6% и 0,35$ от содержания органического вещества в этих почвах. Для желтозема биомасса бактерий и грибов равняется 1,61 и 8,9 мг/см^; при их соотношении 1:5. Суммарная биомасса их достигает 0,&% от запаса органического вещества, Осодны по запасам нуклеинових кислот, бисмасое микроорганизмов и содержанию гумуса ряд каштановых почв.

Так, содержание нуклеиновых кислот- в светло-каштановой почве составляет 2,35 нг/см^ ДНК я 2,15 мг/см2 ГНК; в каштановой - 2,83 мг/смг ДНК и 2,14 мг/см2 РНК; в темно-каштановой - 3,1 мг/см^ ДНК

15 1

и 1,9 мг/см2 РНК, что составляет 1,2$ от содержания органического вещества.. (Зуммарная биомасса бактерий и грибов в этих почвах дости гает 18,5 - 20,5 мг/см2. Причем, бактериальная биомасса варьирует .незначительно - от 1,4 до 1,6 jnr/см2, грибная — от 17Д до Х8Д -мг/см2, а их соотношение равно в среднем 1:11.

^ Наибольшая величина всех изучаемых показателей характерна для типичного чернозема, где запас нуклеиновых кислот достигает 10,0 мг/см2 (ез них 6,3 мг/см2 ДНК ж 3,5 мг/см2 КЖ), что составляет 0,3$ органического вещества этой почвы. Бактериальная и грибная биомасса равны 2,0 иг/см2 и gg мг/см2 соответственно, что составляет 0,9^ от запаса органического вещества.

Ближе всех к чернозему по запасам нуклеиновых кислот и биошс се микроорганизмов стоит темно-серая почва, в которой нуклеиновые кислоты содержатся в количестве 7,3 мг/см2, а глкробная биомасса - 26,9 мг/см2, причем здесь значительно преобладает грибная микрофлора, с соотношением бактериальной биомассы к грибной 1:33. Довольно близок запас нуклеиновых кислот и в де рново-додзо листой почве - 7,0 мг/см2. Светло-серая и серая лесные почвы характеризуются меньшим количеством нуклеиновых кислот (3,7 - 5,5 «г/см2) и биомассы микроорганизмов (18,5 - 19,7 мг/см^) по сравнению с темно-серой почвой, но близка мезду собой по отиы по1сазатслям. Количество нуклеиновых кислот и.бкомассн микроорганизмов достигают соответственно 0,3 и I,2% от общего запаса органического вещества в этих почвах. Таким образом, нзучешше почвы отличаются мезду собой по запасал -нуклеинових кислот, микробной бшмассы и органического вещества, причем максимум'приходится на чернозем, а минимум - на дедтозем.

В гордых почвах невысокое содержание нуклеиновых кислот, микроорганизмов и гумуса характерно для маломощной примитивной . почвы субнивального пояса, ¡количество ДНК в ней - 1,7 мг, биомассы -микроорганизмов - иг и гумуса- 0.9G на см2. На долю ДК приходится 0,2%, а суммарная биомасса грибов и бактерий составляет 0,43^ от содержания органического вещества в это!! почве (рис. 3). Наибольшее количество пукле ино ble кислот, гумуса и биомассы кикро-■ организмов характерно для альпийской и субальпийской горно-лугошх i почв и ревмется соответственно 14/, и I2,G мг/ш2; 11,25 и

8,9 г/см2 и 21,8 и 18,1 мг/см2 сухой биомассы. Су)л,гарное количество нуклеиновых кислот составляет 0,15% в алышйской и 0,18,» в субальпийской от содержания органического вещества в этих почвах, а биомасса - 0,15^,

В ряду бурых горно7лесних почв количество нуклеиновых кислот, уменьшается в ряда;*, почве под пихтой (1600 м над ур.м, ]Опод буком (П00)м над ур.м. )> под буком (440 м над ур.м.Ьнод дубом (50 к над ур.м.) и равняете соответственно 0,6; 0,4; 0,26 и 0,6$ от запаса органического вещества в этих почвах. Бурая горно-лесная почва под пихтой характеризуется наибольшей^суммарной биомассой грибов е бактерий - 54,3 мг/см2. В остальных почвах она достигает 8,8 - 17,7 мг/см2, что соответствует 0,03 - 0,18^ от содержания . 1 органического вещества в этих почвах.

По содержанию гумуса бурые горно-леснке почвы близки.между собой: от 1,0 г/ом2 в почве под.дубом (50 м над ур.м.) до 3,2 г/см2 под буком (440 над ур.м.).

Расчет содержания нуклеиновых кислот, биомассы грибов и бактерий о учетом глубины продля и обьемеоЗ массы позволил выявить более четкие различил а горных почвах нужного склона Большого Кавказа и конкретизировать тенденцию увеличения количества нуклеиновых кислот и биомассы с возрастанием абсолютной высоты, а также показать сходство и различие в этих показателях с почвами северного склона, -где наибольшие'величины"данных показателей характерны для зоны ■ бурых горно-лесных почв. (Ефремов, 1981),

В результате исследований прослешна общая тенденция возрастания потенциальной.биологической активности, изученной по микробиологическим и биохимическим показателям по мере увеличения высотных -отметок. Полученные данные позволяют подтвердить дая высокогорных почв концепцию биологического пула Д.Г.Звягинцева (1974).

аде на почвенных, типов в ряду вертикальных зон сопровождается увеличением биологического'пула по мере возникновения условий, затрудняющих процессы разложения органического вещества (короткое лето, низкие тешературн)..Высокий биологический потенциал высокогорных почв обеспечивает быструю их активизацию в период благоприятных климатических и гвдротермических условий. Обнаружение ' ' большого количествануклеиновых кислот ш больших количеотв микробной биомассы в почвах, где складываются условия, неблагоприятные для протекания биохимических процессов, наглядно доказывает потенциальной характер этих показателей. '

I I"

2 ■

У

I"

1.

I

В

I

I

1

6 з п&фы

ла.

ж

Ч)

го-

40■

I

л 2

а

3 , н 5 б 9

~2 3" ч 5" 6 .7 5 9 10 ПМОД Рис. 2. Количество нуклеиновых кислот, микроорганизмов и гутлуса в- основных зональных типах почв в расчете на единицу их поверхности.(: I - дерново-подзолистая, 2 - светло-серая лесная, 3 - серая лесная, 4 - темно-серая лесная, 5 ~ типичный чернозем, б - темно-каштановая, 7 - каштановая, 8 - светло-каштановая, 9 - светлый серозем, 10 - желтозем).

Ib

ч-

д

2870 2540

2100 1600

\

II

Ж

i

П00 440 50 высота

над ур. к.

2670 2540 2100 . 1600 II00 440

3''

s

30

10 о

ПИ

SBVU 2MU

¿ЩИ

50 высота над-ур.

Шю

100

m

44U ьи высота над ур.ы.

Рис. 3. Количество нуклеиновых■кислот, микроорганизмов и гумуса в разных типах горных почв в расчете на единицу их поверхности ( СЗ - ДНК, Ш - НПО.

Ежедневная динамика содержания нуклеиновых кислот ^Численности микроорганизмов

Динамика численности почвенных мщсроорганизмов - важный процесс, характеризующий состояние микроорганизмов в почве, их взаимодействие с окружающей. средой и включающий в себя кратковременные и ссэошше изменения численности как функции времени.

До скх пор известий единственная попытка связать дишмицр' органических соединений с изменениями в количестве суммарной биомассы. По данным Панскова Н.С, (1976) ведущим фактором варьирования содержания ДНК, на 7С$ (р в 0,83) объясняющим изменения этой величины, явились флуктуации биомассы грибов и бактерий. Кратковременные изменения содержания нуклеиновых кислот практически не были изучены.

Анализы проводили ежедневно, в течение. 2 месяцев в летний и зтний периоды 1978 года. В июне-июле содержание ДНК колебалось от 15,8 до 38,5 мкМ/IOQ г почвы, в ноябре-декабре - от 9,8 до. 27,3 аШ/ЮО г почвы, а НОС - от 12,1 до 23,8 мШ/ЮО г почвы. Соотношение временного и пространственного факторов в проведенных наблюдению: имело свои особенности. Вклад пространственного фактора был значителен (коэффициент вариации равнялся 13-44?) и иногда превышал вклад фактора времени (коэффициент вариация 12-32$) в изменение содержания нуклеиновых кислот*.

Изменение численности бактерий и грибного мицелия соответствовали изменениям в количестве нужлеиновьх кислот (рис, 4). Связь между биомассой микроорганизмов и количеством ДНК можл" быть описана уравнением регрессии содержание ДНК (У) по биомассе.(X):

Г- Уо + К,. X, где 7о соответствует количеству ДИК при нулевом уровне биомассы, то-есть собственно внеклеточной ДНК, а К характеризует долю ДНК в суммарной биомаосе при условии полного учета ■ последней.

Метод наименьших квадратов дает следующие значения параметров уравнения:

У = 16,1 + 0,12Х ( У - d МЙЛ/ЮО г.п.)

X - в мг/100 г.п.

или

У'« 5,5 + О,СИХ ( У'и X в мгДОО г.п.)

Б соответствии о принятой моделью внеклеточная ДНК представляет собой постоянну» величину, которая составляет от 55 до. 63$ ' суммарной ДНК почвы. Постоянство это носит динамический характер, ллбо обусловлено относительной стабильностью внеклеточной ДПС, происходящей в результате.ее взаимодействия с другими компонентами почвн, •

Величина коэффициента К в уравнении численно соответствует 4-х процентное содержанию ДНК в микробной биомассе. Эта величина немного завышена по сравнению с процентным содержанием ДЕК, обнаруживаемым тем же методом в-чистых культурах, либо в смеси микро- -организмов из колоний, вырастающих на агаризованной почвенной -вытяжке п содержащих от 0,9 до Г, 8$ ДВС. По-видимому> наиболее реальнш объяснением процентного содержания ДНК являются методические погрешности, допускаемые при.измерении размеров бактериальной и грибной биомассы (Паников, 1976). ■

Соотношение между внттш- и внеклеточной ДНК в почве -

С целью установления 'отношения.внутри- и внеклеточной ДНК в почвах прослежены взаимосвязанные изменения численности бактерий и количества ДНК в верхнем горизонте чернозема и краснозема в процессе инкубирования почвы с глюкозой. Коррелятивная связь количества ДНК (у) п суммарной биомассой (х) описывается уравнением регрессии для чернозема: у = 12,3 + 0,3х (у и з в мг/IQO г почвы), где величина свободного члена уравнения определяет количественную' дол» ДНК, не связанную о микробной биомассой,и краснозема: у = 29,3 + 10,Ох (у и х в мг/100 г почвы), (рис. 5). Таким образом, чернозем, где внутриклеточная ДНК составляет около 50$, занимает промежуточное положение между дерново-подзолистой и каштановой , почвами, в которых внутриклеточная ДНК составляет соответственно . 30 и 100 (Паников, 1976), в красноземе виутрлкле точная ДНК составляет 315?, близкий* и таковому у дерново -подзолист о 3 почвы.

Если предположить, что в различных типах почв количество ДНК, входящее в состав микробных клеток пропорционально численности' микроорганизмов, то оказывается, что дерново-подзолистая почва л краснозем содержат значительные количества внеклеточной экзогенной ДНК. Аккумуляция ДНК в почве может быть обусловлена действием -

Л

i-

i

J>HV .

M-Kl

4,

îf

4

■

30

«

29

-t.VII.

T A""

t Ï

ГРМЕЫ

Й.Й. 45

47

■19

•H

23

ÍS Дни -1<Шг.

Рис. 4. Ддааиика нуклеиновых кислот и численности микроорганизмов в дерново-подэолистой почве. >

п

Рио.5. Суточная динамика'содержания ДЖ, суммарной биотссы бактерий и грибов, зависимость шаду srmrn показателями в^ ^черноземе { А» Б ) я в красноземе ( В, Г ), .

факторов, снижающих скорость мобилизационных процессов. В зоне тайги в качество таких факторов, могут выступать пониженные температуры, непродолжительность периода положительных температур, низкий уровень.аэрации и т.д. Для краснозема ведущий фактором,'до-вв-' дидаму, является физико-химическое взаимодействие ДНК с почвенными компонентами, приводящее к адсорбции полинуклеотидоэ. Краснозем и желтозем в большей степени, чем даугая любая почва, поглотает нук- . ленновые кислоты и могут связывать десятки иг этих соединений на I г почвы. Эта особенность связана со спецификой минералогического состава эти* почв, повышенным содержанием аляофанов, гетита, геб-сита, каолинита (Горбунов, 1957), ответственных'за связывание фоо- ■ форорганических соединений, в том числе "нуклеиновых кислот. Между ■ тем известно, что адсорбционные взаимодействия служат причиной уменьшения степени доступности нуклеиновых кислот ( Durand , I9S6; Ре are on et al. . 1942; Hortland,Gisekiïig J952, Паников, 1976),

. ВЫВОДЫ

1. Проведена оценка эффективности метода количейтвенного определения нуклеиновых кислот по пуряновим основаниям ч* разных почвах. Путем планирования двухфакторного эксперимента осуществ- ' лена оптимизация дая ряда почв условий Экстракции ДНК: 65°, 0,7 tt' растворнаСЯ, в течение 25-30 часов, FH&: 20°, 0,75 н раствор КОН, в течение-48 часов. . "

2. Дана сравнительная характеристика биологической активности основных зональных типов почв СССР я горных почв Юго-Западного Кавказа по содержанию нуклеиновых кислот, количеству и биомассе грибов и бактерий. ..

3. Установлено, что разные типы и подтипы почв различаются i . по содержанию нуклеиновых кислот и численности почвенных микроорганизмов. Наибольшее количество нуклеиновых кислот обнаружено в почвах влажно-лесной области: дерново-подзолистой и темно-серой-и почвах влажно-лесной субтропической области: красноземе и желтоземе (94,0 - 155,0 мкМ осн./ШО г почвы),, наименьшее - в почвах предгорно-пустынноЗ области: сероземах (2?,0 мк-дггййн./100 г почвы). В горных почвах максимум содержания нуклеиадЩрх кислот и ми-

кроорганизмов цряходится на бурые-горно-лесяые почвы на высоте , 1100„и 1600 м над уровней моря. * Количество, нуклеиновых квслот снижается по профилю я коррелирует с биомассой грибов и бактерий и с -содержанием органического вещества. . . . ■ ■ '

4. Определены запасы нуклеиновых кислот и биомассы грибов ж ' бактерий в зональных типах почв и в горных типах почв вертикаль- -ного ряда в расчете на единицу поверхности с учетом глубины почвенного профиля. Выявлена закономерность увеличения содержания нуклеиновых кислот и биомассы микроорганизмов в зональных типах почв Европейской части СССР с севера на юг, достигая максимума в черноземе, для горных почв - с возрастанием высоты над уровнем моря,

5. Нуклеотидный состав ДНК в изученных почвах варьирует от ' 50 до 74 мол. % Щ и имеет тенденцию к увеличению доли Щ при продвижения с севера на отч а в горных почвах - по мере возрастания высоты над уровнем моря.

6. В модельных опытах прослежены кратковременные (суточные) взаимосвязанные изменения содержания ДНК и биомассы микроорганизмов, на основании чего произведен расчет соотношения внутри- и внеклеточной ДНК в почве. В дерново-подзолистой почве ДНК микробных клеток составляет 35%, в черноземе - 50%, в красноземе - 31%.

7. Иэучеяо влияние пространственного и временного факторов на содержание нуклеиновых кислот в дерново-подзолистой почве. Вклад пространственного фактора существенен и иногда превышает влияние временного фактора.

8. Получены данные о доле нуклеиновых кислот-в составе органического вещества изученных почв."

Материалы диссертации опубликованы в работах:'

I..Нуклеотидный состав ДНК в разных типах почв (в соавторетг ве с И.В.Асеевой и Н.С.Паниковым). В сб.: "Биологическая диагностика почвп, тез.докл. Всесоюзн, совещания "Пробл. и методы биол. диагностики и индикации почв", 1ЯУ, М., 1976, с. 205-207.

2. Содержание и состав нуклеиновых кислот в дерново-подзолистых почвах (в соавторстве с И.В.Асеевой, Н.С.Паниковым). '"* '"

Вестник МГУ, сер. почвоведение, 1077, .i.' I, с. 85-91.

3. Анализ нуклеиновых кислот почв {в соавторстве с И,В.Асеевой, Н.С.ПаниЕОВкм). Тез.докл. У Делегат, съезда БОП, вып.2, Химия и биология почв, Минск, 197?( с. IS0-I9I.

4. Можливють використания показника вм!сту нуклеиновых кислот для характеристики микронаселения грунту (в соавторстве с IS.C. Паниковым). ГЛикросшол. ж., т.39, вып.5, с. 649.

5. Количественное определение пурияовых компонентов нуклеиновых кислот в дерново-подзолистой почве (в соавторстве с И.Е. Асеевой, Н.С.Паниковым)• Почвоведение, 1973, № 12, с. 60-69.

6. Способ количественного определения дезоксирвбонуклеиновой кислоты в почве (в соавторстве с И.В.Асеево.:, U.C.Пашковым). Авторское свидетельство JS 700S3I, от 4 мая 1278 г.

7. Содержание нуклеиновых кислот в различных зональных типах почв СССР, Труды У научной конференции молодых ученых факультета почвоведения МГУ, M., I2G2 г. (редкол. Бестник :ЛГУ, сер. Почвоведения, Москва; 1982 г., I с Рукопись деп. в ¡ЗШИТН 1982 г., Д

82 дел.).

Иэд-во Московского университета. Москва, К-Э. ул. Герцена, 5/7. Типография Иэд-вэ МГУ. Москва, Лекторы