ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2011, № 6, с. 725-732
= ЭКОЛОГИЯ =
УДК 582.284:582.231
ЧИСЛЕННОСТЬ И СТРУКГУРА САПРОТРОФНОГО БАКТЕРИАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА МИКОРИЗОСФЕРЫ И ГИФОСФЕРЫ БАЗИДИОМИЦЕТОВ-СИМБИОТРОФОВ
© 2011 г. Е. Ю. Воронина, Л. В. Лысак, Ю. А. Загрядская
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, ф-т почвоведения, 119899 Москва, Ленинские горы
E-mail: lvlysak@mail.ru Поступила в редакцию 19.01.2011 г.
Изучено влияние базидиомицетов — симбиотрофов на численность и структуру почвенного сапро-трофного бактериального комплекса микоризосферы и гифосферы 10 видов симбиотрофных базидиомицетов в природных условиях. Выявлено значимое увеличение численности бактерий в мико-ризосфере и гифосфере базидиомицетов по сравнению с контрольной почвой. Проведенный анализ таксономической структуры бактериальных комплексов указывает на четкое доминирование рода Pseudomonas в микоризосфере, а рода Bacillus в гифосфере и контрольной почве. Бактериальные комплексы гифосферы и контроля проявляли большее сходство друг с другом, чем каждый из них с микоризосферой, что свидетельствует о селективном действии микоризосферы на почвенные бактерии.
Микориза представляет собой один из важнейших типов симбиозов, включающий растения и грибы. Различные типы микориз распространены по всему земному шару, свыше 80% видов наземных растений участвуют в образовании микоризных симбиозов (Brundrett, 2002). В лесных сообществах бореальной и умеренной зоны наиболее существенное значение имеет эктомикориза, которую образуют лесообразующие древесные породы и, преимущественно, базидиальные грибы, формирующие значительный по биомассе мицелий, составляющий около трети от всей микробной биомассы почвы (Wallander et al., 2001). Помимо разностороннего влияния на жизнь растения-хозяина, грибы-эктомикоризообразователи принимают активное участие в разложении подстилки, интенсифицируют круговорот биогенных элементов, а также взаимодействуют с широким кругом почвенных организмов различных таксономических и функциональных групп (Linder-man, 1988; Read et al., 2004; De Boer et al., 2005; Smith, Read, 2008).
Большинство симбиозов рассматриваются как мультитрофные комплексы, значительную роль в образовании и функционировании которых играют ассоциативные организмы, не являющиеся симбионтами как таковыми (Timonen, Marschner, 2006; Smith, Read, 2008; Bonfante, Anca, 2009). В последнее время значительно возрос интерес к проблеме взаимоотношения микроорганизмов в таких специфических местообитаниях, как гифо-сфера и микоризосфера. Под микоризосферой понимается почвенный локус микоризованного корневого окончания, а под гифосферой — локус,
образованный обильным свободным мицелием грибов-симбионтов (Thornton, 1956; De Boer et al., 2005). В немногочисленных работах было показано, что микоризосфера и зона свободного мицелия оказывают влияние на развитие почвенных бактерий (Curl, Truelove, 1986; Великанов, Сидорова, 1997, 1998; Frey-Klett et al., 2005; Воронина, 2009). Считается, что такие функции микоризы, как улучшение минерального питания растения и защита от корневых патогенов, во многом связаны с обитанием в микоризосфере ассоциативных прокариот (Cairney, Meharg, 2002; Johansson et al., 2004; Assigbetse et al., 2005; Frey-Klett et al., 2005). Так, группа бактерий, которая играет важную роль в процессах формирования микоризных симбиозов, получила название "хелпер-ные" бактерии — "помощники микоризации" (mycorrhization helper bacteria). Это представители родов Pseudomonas, Burklholderia, Bradyrhizobi-um, Bacillus и некоторых других, влияние которых на микоризообразование было выявлено сравнительно недавно (Founoune et al., 2002; Kataoka, Futai, 2009). Показана стимуляция бактериями процесса микоризообразования за счет положительного влияния на восприимчивость корней растения-хозяина микобионта, взаимное узнавание симбионта, а также стимуляции прорастания спор и роста гриба-микоризообразователя (Deveau et al., 2007; Frey-Klett et al, 2007).
В свою очередь, мицелий грибов-микоризооб-разователей также оказывает влияние на бактерии, привлекая одних и подавляя развитие других, за счет выработки биологически активных веществ и изменения состава корневых экссуда-
тов — основного источника питания бактерий в прикорневой зоне (Nurmiaho-Lassila et al., 1997; Rangel-Castro et al., 2002). Следует отметить, что значительное количество работ по указанной тематике было проведено в искусственно созданных системах, микрокосмах, с использованием штаммов с заранее известными свойствами, что не позволяет экстраполировать полученные данные на природные симбиозы.
Цель работы — изучение влияния микоризо-сферы и зоны свободного мицелия (гифосферы) агарикоидных симбиотрофных базидиомицетов на численность и таксономическую структуру почвенного бактериального сапротрофного комплекса в природных условиях.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектами исследования служили образцы дерново-подзолистой почвы, отобранные на территории лесного массива заказника Звенигородской биостанции им. С.Н. Скадовского (Московская обл., Одинцовский р-н). Растительные ассоциации представлены, в основном, ельниками различных типов. В участках лесного массива, представленных мертво-покровным ельником с примесью березы и сосны, было заложено 10 пробных площадей для многолетнего наблюдения площадью 100 м2 каждая. Выбор этого типа растительной ассоциации был обусловлен высоким видовым разнообразием базидиомицетов-симбиотрофов и слабым развитием травянисто-кустарничкового яруса, что минимизировало влияние других типов микориз и упрощало отбор почвенных образцов. На пробных площадях предварительно было проведено изучение пространственного распределения базидиомицетов-симбиотрофов путем многолетнего картирования плодовых тел видов-эктомикоризообразователей, были реконструированы контуры их колоний (Воронина, 2007), что послужило обоснованием для последующего отбора почвенных образцов.
Отбор образцов почвы производили из подстилки и горизонта А1 почвы в зоне обильного роста колоний 10 видов симбиотрофных базидио-мицетов — доминантов сообщества (Amanita citrina var. citrina (Pers.) Pers., Cortinarius betuletorum M.M. Moser ex M.M. Moser, C. flexipes (Pers.) Frv Hebeloma crustuliniforme (Bull.) Quél., Laccaria lac-cata (Scop.) Cooke, Lactarius aurantiacus (Pers.) Gray, L. camphoratus (Bull.) Fr., L. flexuosusvar. flex-uosus (Pers.) Gray, Rhodocollybia butyracea f. butyra-cea (Bull.) Lennox, Tricholoma fulvum (Bull.) Sacc.): зоны свободного мицелия (гифосфера) и непосредственно микоризного окончания (микоризо-сфера). Контролем служила почва с той же глубины за пределами колонии базидиомицетов. Отбор образцов производили в августе и сентябре 2007 г. и 2008 г.
Численность и структуру сапротрофного бактериального комплекса исследовали методом посева почвенной суспензии на глюкозо-пептонно-дрожжевую среду (ГПД) с нистатином (Лысак и др., 2003). Посев проводили из разведений 1 : 1000 и 1 : 10000 после обработки почвенной суспензии на ультразвуковом диспергаторе УДЗН-1 (Россия) (22 кгц, 0.44 А, 2 мин) в 9-кратной повторно-сти. Чашки с посевами инкубировали 10—14 сут при комнатной температуре. Численность бактерий, выросших на ГПД-среде, выражали в КОЕ (колониеобразующих единицах) в 1 г почвы. Для выявления статистически достоверных различий средних значений применяли непараметрический критерий Вилкоксона. Подсчитывали число колоний отдельных морфотипов бактерий. Идентификацию бактерий до рода проводили на основании микроморфологических, культуральных, физиолого-биохимических признаков, руководствуясь общепринятыми определителями и пособиями по идентификации бактерий (Лысак и др., 2003; Определитель ... , 1997). За таксономическую единицу биоразнообразия бактерий принимали род. В качестве количественных характеристик выявленных таксонов были использованы показатели относительного обилия и частота встречаемости отдельных родов бактерий. Таксономическую структуру сапротрофного бактериального комплекса почв оценивали по относительному обилию родов бактерий, способных к росту на ГПД-среде, позволяющей выделить из почвы около 50 родов аэробных и факультативно-анаэробных сапротрофных бактерий. Для характеристики таксономической структуры бактериальных комплексов почвы использовали критерии, разработанные на кафедре биологии почв МГУ (Добровольская, 2002; Лысак и др., 2003). По относительному обилию отдельных родов бактерий в бактериальном комплексе выделяли: доминанты (относительное обилие выше 30%), субдоминанты (относительное обилие 20—30%), группа среднего обилия (10—20%), минорные компоненты (менее 10%).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Полученные результаты позволили охарактеризовать численность и таксономическую структуру бактериальных комплексов гифосферы и микоризосферы исследованных базидиомицетов и контрольной почвы. Численность бактерий в образцах, отобранных из гифосферы и микоризо-сферы исследованных базидиомицетов, была, как правило, выше, чем в контроле (рис. 1). Численность бактерий в контрольной почве составляла от 100 до 400 тыс. КОЕ в 1 г почвы, в микоризо-сфере разных видов базидиомицетов колебалась от 300 до 1100 тыс. КОЕ в 1 г. Максимальные значения численности бактерий зарегистрированы в
2000
1500
1000
500
1
i
¡ML
ilL
i
ML
ti
■ i
□ 2
I 4
Hi
Ac Cb Cf Hc Ll La Lc Lf Rb Tf
Рис. 1. Численность бактерий (тыс. КОЕ/г почвы) в исследованных местообитаниях. 1 - контроль, 2 — гифосфера, 3 — микоризосфеа, 4 — ошибка среднего. Для рис. 1, 2,; Ac — Amanita citrina var. citrina, Cb — Cortinarius betuletorum, Cf — C. flexipes, Hc — Hebeloma crustuliniforme, Ll — Laccaria laccata, La — Lactarius aurantiacus, Lc — L. camphoratus, Lf — L. flexuosus var. flexuosus, Rb — Rhodocollybia butyracea f. butyracea, Tf — Tricholoma fulvum.
100
80
60
40
20
11
□ 2
3
Arthro- Bacillus Cytophaga Flavo- Myxo- Pseudo-bacter bacterium coccus monas
Рис. 2. Частота встречаемости некоторых родов бактерий в исследованных местообитаниях (обобщенные данные),
0
0
Таблица 1. Структура сапротрофного бактериального комплекса
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.