БИОЛОГИЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^ ПОЧВ
УДК 593.12
АМЕБОИДНЫЕ ПРОТИСТЫ МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВ КОЛЫМСКОЙ НИЗМЕННОСТИ*
© 2014 г. Л. А. Шмакова, Д. Г. Федоров-Давыдов, Е. М. Ривкина
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения, 142290, Пущино, ул. Институтская, 2
e-mail: lushmakova@gmail.com Поступила в редакцию 20.05.2013 г.
Проанализировано таксономическое разнообразие амебоидных протистов трех типов тундровых почв Колымской низменности: подбура, криозема и глеезема. Всего в образцах выявлено 27 родов голых амеб. Обнаружено, что сообщества голых амеб различны в разных типах почв. Распределение голых амеб по профилю криозема показывает, что существует 2 пика численности: наибольшее количество амеб содержится в верхнем органогенном горизонте, а также на границе с мерзлотой.
Ключевые слова: голые амебы, Арктика, тундровые почвы.
Б01: 10.7868/80032180X14010110
ВВЕДЕНИЕ
Амебоидные протисты представляют собой полифилетическую и малоизученную группу одноклеточных эукариот. Основным характерным признаком этих организмов является способность образовывать псевдоподии — временные выросты клетки, содержащие цитоплазму и принимающие непосредственное участие в движении и/или питание протиста. Амебы формируют важную часть разнообразия эукариот [11] и заселяют практически все известные экотопы.
Современный прогресс в молекулярной биологии и протистологии показал, что почвообита-ющие амебы гораздо разнообразнее, чем считалось ранее [10, 11]. Размер клеток протистов, в том числе голых амеб, живущих в почве, составляет от 2 до 200 мкм, что делает их одной из важных и многочисленных групп почвенных гетеро-трофов и позволяет занимать широкий спектр экологических ниш [2, 18]. Широко признано, что гетеротрофные протисты — исключительно важные консументы бактерий и других микроорганизмов, обитающих в почве, и что увеличение их численности вызывает увеличение скорости разложения органического вещества. Таким образом, протисты являются важными участниками циклов биофильных элементов в почвенных экосистемах [14, 15, 17, 22]. Согласно последним исследованиям, фауна почвенных протистов разных географических зон представлена как эндемичными видами (до 30% разнообразия), так и
* Работа выполнена при поддержке РФФИ, гранты № 1204-31827, 12-05-01085.
видами — космополитами (до 70% разнообразия) [2, 16, 20]. Активные формы протистов — трофо-зоиты обитают в жидкой среде. Количество воды, которое собирается в почвенных капиллярах и порах, зависит от размера частиц минерального субстрата. Разнообразное и обильное сообщество протистов обитает в пленке воды толщиной 30 мкм. Минимальная толщина водной пленки, в которой выживают мелкие голые амебы, составляет около 5 мкм [23].
В сухих условиях численность активных форм протистов может уменьшаться до нуля. В жизненном цикле большинства почвообитающих амебоидных протистов присутствует стадия цисты покоя, что обеспечивает механизм выживания в неблагоприятных температурных и физико-химических условиях, а также при недостатке пищевых ресурсов [26].
Для почв агроценозов прямым подсчетом было установлено, что содержание активных голых амеб на грамм сухой почвы и подстилки составляет 104—105 особей, причем численность почвенных микроорганизмов меняется с глубиной профиля и зависит от содержания органического вещества и физических свойств почвы [9]. В работе Гельцера [2] показано, что в почвах Московской и Владимирской обл., черноземах Западного Донбасса и пустынных почвах Монголии обитает разнообразное и богатое сообщество протистов. Отмечается, что количество простейших колеблется в значительных пределах и зависит от типа почвы, содержания органического вещества, сезона года и других факторов, достигая нескольких миллио-
100 км I_I
Рис. 1. Картосхема Колымской низменности. Места отбора образцов почв: 1 — подбур, 2 — криозем, 3 — глеезем.
нов клеток в грамме сухой почвы. Наибольшая биомасса соответствует горизонтам с оптимальными условиями обитания протистов. Это главным образом аккумулятивные горизонты, богатые органическим веществом и насыщенные микрофлорой. В исследованных почвах обнаружен 41 вид голых амеб. Отмечается, что хотя сар-кодовые уступают по общему количеству клеток жгутиконосцам, главным образом именно они формируют массу простейших [2].
Несмотря на большую численность и экологическую значимость протистов, исследования, посвященные простейшим полярных регионов, весьма редки [13, 21, 24]; работы с фаунистиче-скими исследованиями почвообитающих голых амеб Арктики практически отсутствуют.
Нами впервые было проведено изучение сообществ голых амеб из образцов трех типов мерзлотных тундровых почв: подбура оподзоленного песчаного, криозема глееватого тяжелосуглинистого и глеезема тяжелосуглинистого. А также на примере профиля криозема было показано распределение численности амебоидных протистов с глубиной, вплоть до кровли мерзлоты.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Образцы мерзлотных почв Колымской низменности (рис. 1) отбирались из разрезов, заложенных на бугорках, в сентябре 2007 г., во время максимального протаивания почвенного профиля. В каждом почвенном профиле для таксономического анализа амебоидной протистофауны отбирались образцы из верхнего органогенного горизонта и минерального горизонта, лежащего непосредственно под органогенным горизонтом. Образцы замораживались и хранились при температуре —18°C.
Некоторые характеристики изученных почв и образцов представлены в табл. 1.
Гранулометрический состав определялся пи-рофосфатным методом [7]. Потеря при прокаливании — после выдерживания образца в муфельной печи при 900°С [1].
Для изучения количественного распределения голых амеб в профиле, был исследован криозем. Образцы отбирались с глубин: 0—2, 0—5, 20—25, 44-47, 47-50 см.
Для культивирования амебоидных протистов использовались следующие минеральные и питательные среды: раствор Прескотта и Джеймсона PJ [26] (для приготовления 1 л среды PJ к 997 мл дистиллированной воды добавлялось по 1 мл стандартных растворов А: CaCl2 • 2H2O — 0.162 г, KCl — 0.162 г в 100 мл дистиллированной воды и Б: K2HPO4 — 0.512 г, раствор В: MgSO4 • 7H2O — 0.280 г в 100 мл дистиллированной воды); модифицированный соляной раствор Неффа для амеб AS [26] (для приготовления 1 л среды AS к 950 мл дистиллированной воды добавляли по 10 мл стандартных растворов 1: NaCl — 1.20 г в 100 мл Н2О, раствор 2: MgSO4 • 7H2O — 0.04 г в 100 мл Н2О, раствор 3: CaCl2 • 2 H2O — 0.04 г в 100 мл Н2О, раствор 4: Na2HPO4 — 1.42 г в 100 мл Н2О, раствор 5: KH2PO4 — 1.36 г в 100 мл Н2О); агаризованная среда Церофил — Прескот CPA, модифицированная [29] (для приготовления среды СРА кипятили 0.5 г измельченных листьев злаков в литре PJ в течение 5 мин, отфильтровывали и доводили объем до литра средой PJ, затем добавляли 15 г непитательного агара на литр среды).
Для накопительного культивирования 5 грамм почвенного образца помещалось в чашку Петри (90 мм) со стерильной средой PJ. Инкубирование проводилось при температуре 4 и 21°С в течение трех месяцев. Первый месяц каждые 2 дня из накопительной культуры бралось 2 мл инокулята и делался посев как в жидкую среду PJ, так и на ага-ризованную среду PJ в чашки Петри (60 мм диаметром). Мониторинг чашек проводился с использованием светооптического микроскопа Axiostar Plus (Zeiss), объектив (х40) с водной иммерсией в фазовом контрасте. Документирование амеб осуществлялось с помощью видеокамеры.
Ввиду объективных трудностей в определении видовой принадлежности амебоидных протистов большинство организмов было определено до рода по морфологическим признакам [11, 26, 30].
Для изучения распределения численности в почвенном профиле применялся метод наиболее вероятного количества клеток, адаптированный для почвенных образцов [30]. В чашке Петри (60 мм) взвешивалось 5 г воздушно-сухого образца. Образец слегка смачивался водой, так чтобы при наклоне чашки выступало немного воды, хо-
Таблица 1. Некоторые характеристики изученных горизонтов мерзлотных почв
Характеристика Подбур оподзоленный песчаный Криозем глееватый тяжелосуглинистый Глеезем тяжелосуглинистый
Растительный покров Глубина максимального протаивания, см Зеленомошно-кустарничко-во-цетрариевая ассоциация 109-120 Лишайник, арктоус, дриада, кустарнички 43-71 Преобладают аулакомниевые мхи 57-74
Горизонт
Т ВШ2 Ah-Bh В1 Ah В1
Описание горизонта рН водной вытяжки Потеря при прокаливании, % Гранулометрический состав, >0. 01 мм % <0.01 мм' Хорошо разложившийся торф, песок 4.3 29.88 Не опр. Влажноватый песок, корней много 4.13 4.25 9 1.6 8 .4 Уплотненный за счет многочисленных корней и неразло-жившихся растительных остатков, перегнойный 5.13 51.9 Не опр. Рыхлый тяжелый суглинок 4.75 9.13 68.0 3 2.0 Влажный, бесструктурный, мажущийся темно-серый перегнойный 4.9 44.22 Не опр. Гумусиро-ванный тяжелый суглинок 5 3.78 57.2 42.8
рошо перемешивался. Образец инкубировался во влажной камере в темноте при 15°С в течение четырех недель. Каждую неделю образец тщательно перемешивался. При необходимости добавлялась вода. Влажность почвенного образца подсчиты-валась в процентах от общего веса увлажненной почвы. После четырех недель инкубирования образец хорошо перемешивался. Один грамм образца добавлялся к 10 мл среды AS в пробирку, которую интенсивно встряхивали в течение 30 с, после чего 2 мин осаждалась почва. Один миллилитр супернатанта переносился в 9 мл AS в пробирку и тщательно перемешивался. Затем 10 мл из последней пробирки рассевался в 48 лунок (2 планшета по 24 лунки). Каждая лунка содержала 2 мл AS и 2 мм кубик питательного агар-агара (СРА). Планшеты инкубировались во влажных камерах в темноте при 15°С. После двух и пяти недель инкубирования в лунках отмечалось присутствие или отсутствие амебных клеток. Плотность амеб в субкультуре подсчитывалась исходя из относительного количества лунок, в которых наблюдались амебные клетки. Присутствие амеб указывает на то, что по крайней мере одна особь этого вида была в 10 мл аликвоте. Плотность амеб подсчитывалась и экспонировалась как число особей на 1 г увлажненной почвы по уравнению:
N = (п х 1
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.