научная статья по теме ПОЧВЕННЫЕ ДРОЖЖЕВЫЕ СООБЩЕСТВА В УСЛОВИЯХ АГРЕССИВНОЙ ИНВАЗИИ БОРЩЕВИКА CОСНОВСКОГО (HERACLEUM SOSNOWSKYI) Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ПОЧВЕННЫЕ ДРОЖЖЕВЫЕ СООБЩЕСТВА В УСЛОВИЯХ АГРЕССИВНОЙ ИНВАЗИИ БОРЩЕВИКА CОСНОВСКОГО (HERACLEUM SOSNOWSKYI)»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 2, с. 221-227

БИОЛОГИЯ ПОЧВ

УДК 582.282.23.095:574

ПОЧВЕННЫЕ ДРОЖЖЕВЫЕ СООБЩЕСТВА В УСЛОВИЯХ АГРЕССИВНОЙ ИНВАЗИИ БОРЩЕВИКА ШСНОВСКОГО (HERACLEUM SOSNO WSKYI)

© 2015 г. А. М. Глушакова, А. В. Качалкин, И. Ю.Чернов

Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 199991, Москва, Ленинские горы

e-mail: soilyeast@mail.ru Поступила в редакцию 19.03.2014 г.

Исследована круглогодичная динамика численности и таксономического состава дрожжевых сообществ в дерново-подзолистых почвах под инвазивными зарослями борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi). Установлено, что дрожжевые группировки, которые формируются в почве под сплошными зарослями борщевика, имеют существенные отличия от аборигенных дрожжевых сообществ под соседней луговой растительностью. В почвах обоих биотопов доминируют типичные эврибионтные виды дрожжей, при этом в почве под борщевиком доля аскомицетовых видов Candida vartiovaarae и Wickerhamomyces anomalus значительно меньше, а дрожжеподобных грибов, обладающих высокой гидролитической активностью, таких как Trichosporon moniliforme и Trichosporon po-rosum — больше. Возможное объяснение этого явления состоит в том, что в отличие от большинства аборигенных луговых трав борщевик не зимует с зелеными листьями, не происходит их постепенного отмирания с формированием полуразложившихся растительных остатков — основного источника питательных веществ для почвенно-подстилочного микробного комплекса. Кроме того, под борщевиком почти не развиваются травы нижнего яруса из-за сильного затенения и аллелопатиче-ского воздействия. Это препятствует развитию в почве типичных эпифитных копиотрофных видов дрожжей.

Ключевые слова: дрожжи, Heracleum sosnowskyi, почва, инвазия. DOI: 10.7868/S0032180X15020045

Дрожжевые грибы являются одной из доминирующих групп эпифитных микроорганизмов. Они активно развиваются на поверхности живых частей растений [9, 10], а также во внутренних богатых простыми сахарами растительных тканях в качестве эндофитов [11].

Благодаря многочисленным исследованиям накопились значительные сведения о специфике дрожжевых грибов, обитающих на различных частях растений [2, 6, 14, 17, 18]. В условиях умеренного климата среди эпифитных дрожжей наиболее часто выделяются такие виды, как Cryptococcus magnus, Cryptococcus wieringae, Rhodotorula mucilagi-nosa, Cryptococcus victoriae и др. Как правило, они преобладают в филлосфере растений разных видов, жизненных форм и экологических групп [10].

Дрожжевые грибы обычны и в минеральных горизонтах почв. В почвах средней полосы России обычно присутствует комплекс автохтонных дрожжей, проводящих в ней весь жизненный цикл. Он включает такие виды, как Lipomyces spp., Cryptococcus podzolicus, C. terricola [1, 3, 15]. Однако наиболее многочисленны в почве эпифитные дрожжи, которые попадают сюда с опадом. Мож-

но сказать, что эпифитное дрожжевое население оказывает сильное влияние на почвенные дрожжевые сообщества, обогащая их аллохтонными видами. Это справедливо, прежде всего, для лесных и луговых биогеоценозов, где формируется многолетний слой растительных остатков — подстилка. Именно подстилка является тем местообитанием, которое обогащает аллохтонный микробный комплекс почвы эпифитными дрожжами [13].

Однако в последнее время под влиянием активных интродуцентов, вытесняющих аборигенную флору, создаются нетипичные для средней полосы России монодоминантные сообщества. На данный момент экспоненциальное распространение таких видов растений, как Impatiens glandulifera, Impatiens parviflora, Aster salingus, Heracleum sosnowskyi, входящих в десятку основных инвазионных компонентов средней полосы России и ряда европейских стран, заставляет говорить о них как о реальной экологической угрозе, влекущей за собой серьезные негативные экономические последствия [5]. Средообразующая деятельность некоторых чужеродных видов препятствует произрастанию в ценозах аборигенных

видов растений, обычных для данных типов местообитаний [4, 7, 12]. Изменения в сообществе продуцентов серьезно сказывается на структуре микробоценозов.

Ранее исследовали круглогодичную динамику численности и таксономического состава дрожжевых сообществ в филлосфере, цветках, на корнях недотроги железконосной (Impatiens glandu-lifera) и в перегнойно-глеевой почве под ее зарослями [8]. Это инвазивный рудеральный вид, использующийся как декоративное растение, но быстро дичающий и образующий сплошные заросли на открытых пространствах богатых влажных почв. На листьях этого однолетнего гигрофита формируются характерные для филлосферы дрожжевые сообщества с доминированием типичных эпифитных видов Rhodotorula mucilagi-nosa и Cryptococcus magnus. Однако в перегнойно-глеевой почве под сплошными зарослями недотроги обнаружены совершенно не характерные для почв дрожжевые группировки. При этом эпи-фитный и почвенный дрожжевые комплексы под зарослями недотроги представлены двумя дискретными сообществами, практически без общих видов. В других биогеоценозах лесной полосы перестройка структуры дрожжевых сообществ при переходе от наземных субстратов к подземным происходит постепенно, а большая часть видов выделяется и из надземных частей растений, и из почвы. По-видимому, эта особенность связана с тем, что однолетники-гигрофиты разлагаются очень быстро, в течение нескольких дней после первых заморозков. Поэтому под ними не формируется промежуточный между филлосферой и почвой подстилочный слой, где также способны развиваться эпифитные микроорганизмы [8]. Это исследование показало, что инвазивные виды растений могут существенно нарушать структуру комплексов почвенных микроорганизмов.

Наиболее агрессивным инвазивным видом-продуцентом, чья экспансия развивается наиболее стремительно по всей европейской части России, считается травянистое растение борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi). В последнее время инвазия этого вида наносит наиболее серьезный ущерб аборигенным видам и экосистемам. Он вытесняет аборигенную флору лугов, создает нетипичные для средней полосы России монодоминантные сообщества [7].

Борщевик Сосновского имеет нехарактерный для наших травянистых растений онтогенез. Его листовые пластины начинают переходить в се-нильную фазу уже в конце июля. Под снегом зеленые листья не оказываются, подстилка практически не образуется. Исчезает необходимая для поддержания аллохтонных почвенных микроорганизмов экологическая ниша. Кроме того, попадающие в огромном количестве (одно монокар-

пическое растение дает до 15—20 тыс. семян) в почву семена борщевика оказывают сильное ал-лелопатическое воздействие на прорастание семян других видов растений и развитие ряда микроорганизмов [4].

Цель настоящей работы — выявить особенности почвенных дрожжевых сообществ в условиях агрессивной инвазии Heracleum sosnowskyi в луговых биогеоценозах.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводили в 2011—2012 гг. в окрестностях станции Лобня (Дубовая Роща) Мытищинского р-на Московской обл. Анализировали дерновый горизонт (0—5 см) дерново-подзолистой почвы под зарослями борщевика Сосновского и под лежащим рядом лугом. Возраст инвазивной заросли — около 20 лет. Растительность аборигенного, зарастающего борщевиком луга — разнотравная, с доминированием типичных луговых растений (василька лугового (Centaureaja-cea L.), герани луговой (Geraniumpratense L.), вербейника монетчатого (Lysimachia nummularia L.), горошка заборного (Vicia sepium L.), горошка мышиного (Vicia cracca L.), донника белого (Melilo-tus albus Medik.), клевера лугового (Trifoliumpratense L.), клевера ползучего (Trifolium repens L.). Образцы почв отбирали в течение всего года раз в неделю, образцы листьев — в течение всего вегетационного периода, образцы цветков борщевика — в течение всего периода цветения. Всего проанализировали 552 образца различных субстратов.

Непосредственно после сбора из каждого образца отбирали 3—5 навесок массой около 1 г, помещали в пробирки и заливали стерильной водой для получения разведения 1 : 10. Суспензию обрабатывали на вортексе (MultiReax, Heidolph, Germany) в течение 15 мин. Полученную суспензию в двукратной повторности высевали на глюкозо-пептонную-дрожжевую среду (глюкоза 20 г/л, пептон 10 г/л, дрожжевой экстракт 5 г/л, агар 20 г/л) с добавлением левомицетина (500 мг/л) для предотвращения роста бактерий.

Посевы инкубировали при комнатной температуре 5—7 дней. Выросшие колонии дрожжей с помощью бинокулярной лупы разделяли на морфологические типы и подсчитывали число колоний каждого типа. Представителей каждого типа колоний выделяли в чистую культуру. Культуры дрожжей идентифицировали по морфологическим и физиологическим признакам [16] и с помощью анализа нуклеотидных последовательностей D1/D2 региона 26S (LSU) рДНК.

Выделение ДНК проводили по следующей методике: биомассу (2 захвата петли) 3-4-суточной культуры переносили в микропробирки, добавля-

М 7 О

« о

X X

о

л 5

ч 5

£ о О

м л я 4

<0

4 о

5

Ч

8 9 10 Месяц

11 12 1 2 3

Рис. 1. Динамика среднемесячных значений общей численности дрожжей в почве и на растительных субстратах в зарослях борщевика Сосновского: 1 — почва, 2 — листья, 3 — цветки.

ли 400 мкл стеклянной дроби (диаметром 300— 500 мкм) и 500 мкл лизирующего буфера (TrisBase 50 ммоль, NaCl 250 ммоль, ЭДТА 50 ммоль, SDS 0.3%, pH 8). Приготовленную смесь взбалтывали на вортексе на максимальной скорости в течение 15 мин, затем инкубировали 1 ч при температуре 65°С, снова трясли на вортексе 15 мин и центрифугировали (13.4 rpm) 10 мин, отбирали надосадочную жидкость. Для амплификации региона 26S рДНК, содержащего D1/D2 домены, использовали праймеры ITS1f (5'-CTTGGT-CATTTAGAGAAGTA) и NL4 (5'-GGTCCGT-GTTTCAAGACGG) и смеси для ПЦР ScreenMix (ЗАО "Евроген", Москва). Амплификацию проводили по следующей программе: (начальная денатурация — 2 мин при температуре 96°С, затем 35 циклов: денатурация — 20 с при температуре 96°С, отжиг праймеров — 50 с при температуре 52°С, синтез ДНК — 1.5 мин при температуре 72°С; конечная достройка 7 мин при температуре 72°С). Для секвенирования использовали прай-мер NL4. Секвенирование Д

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.

Показать целиком