МИКРОБИОЛОГИЯ, 2015, том 84, № 5, с. 606-611
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ВЛИЯНИЕ ИНВАЗИОННЫХ ВИДОВ ТРАВЯНИСТЫХ РАСТЕНИЙ
НА СТРУКТУРУ ПОЧВЕННЫХ ДРОЖЖЕВЫХ КОМПЛЕКСОВ СМЕШАННОГО ЛЕСА НА ПРИМЕРЕ IMPATIENS PARVIFLORA DC. © 2015 г. А. М. Глушакова*, А. В. Качалкин*, И. Ю. Чернов*, ** 1
*Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова **Институт проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова Российской академии наук, Москва
Поступила в редакцию 05.02.2015 г.
Исследованы численность и видовое разнообразие дрожжевых грибов дерново-подзолистой почвы смешанного леса под зарослями Impatiens parviflora DC в сравнении с ненарушенной аборигенной травянистой растительностью, типичной для вторичного, послелесного луга средней полосы России. Исследование проводилось в течение всего вегетационного периода растений. Стандартным методом микробиологического посева было обнаружено 36 видов дрожжевых грибов. В обоих биотопах доминировали типичные педобионтные (Cryptococcus podzolicus, Wickerhamomyces anomalus) и эврибионт-ные (Rhodotorula mucilaginosa) виды дрожжей. Относительное обилие автохтонного почвенного вида дрожжей Cryptococcus podzolicus в почве под аборигенными травами было выше, чем под Impatiens parviflora. Для участков с аборигенной растительностью характерно было также высокое обилие пе-догамных видов Schwanniomyces castelli и Torulaspora delbrueckii. Под зарослями адвентивного вида Impatiens parviflora, так же как и в почве под зарослями борщевика Сосновского (Heracleum sos-nowskyi), исследованного ранее, значительно больше была доля дрожжеподобных грибов рода Tri-chosporon, обладающих высокой гидролитической активностью.
Ключевые слова: дрожжи, почва, инвазия, Impatiens parviflora, динамика.
DOI: 10.7868/S0026365615050092
Явление проникновения живых организмов в новые для них регионы и экосистемы привлекло внимание ученых более пятидесяти лет назад. В конце ХХ-го—начале ХХ1-го веков интенсивность инвазионного процесса резко возросла во многих странах мира. Этому способствовали как глобальные климатические изменения, так и антропогенные нарушения естественных биогеоценозов, рост транспортных перевозок. Все учащающиеся случаи расширения ареалов видов стали именовать биологическими инвазиями чужеродных видов. Для их исследования сформировалось специальное направление биологии. В России проблема чужеродных видов стала активно обсуждаться и разрабатываться с конца 1990-х годов. Исследования инвазионного процесса водных и наземных экосистем коснулись, прежде всего, животного населения и растительного покрова (создание и ведение Черных книг и др., формирование "black-листов" из 100 наиболее опасных заносных видов с обозначением их инвазионного статуса, подробным описанием биологических и экологических особенностей вида, истории
1 Автор для корреспонденции (e-mail: soilyeast@mail.ru).
появления, распространения и воздействия на природные и антропогенные сообщества) (Виноградова и соавт., 2010; Дгебуадзе, 2014). Однако мониторинговых исследований, касающихся изменений микробоценозов под воздействием, прежде всего, агрессивной инвазионной растительности в луговые и лесные биогеоценозы, не ведется. Между тем, было достоверно показано, что изменения в сообществе продуцентов серьезно сказываются на структуре дрожжевых микробоценозов. Ранее нами были изучены характеры динамики дрожжевых грибов в зарослях Heracleum sosnowskyi (Глушакова и соавт., 2015), а также в зарослях Impatiens glandulifera (Глушакова и соавт., 2011). В обоих случаях мы наблюдали значительную трансформацию почвенного дрожжевого сообщества. В случае Heracleum sosnowskyi имели место общая редукция таксономического разнообразия аллохтон-ных дрожжей в почве, а также увеличение доли дрожжеподобных грибов — гидролитического компонента (виды рода Trichosporon). Ситуация с Impatiens glandulifera была совсем иная: в почве под недотрогой железистой были обнаружены совершенно нетипичные для почв дрожжевые группировки с доминированием аскоспоровых видов
Saccharomyces paradoxus, Kazachstania barnettii и др. В обоих случаях изучалось воздействие инвазионной растительности на дрожжевые сообщества более лабильных луговых экосистем. Абсолютно отсутствуют данные, касающиеся влияния травянистых интродуцентов на структуру дрожжевых комплексов экологически более инертных лесных экосистем.
Расширение ареала недотроги мелкоцветковой началось с 1970-х гг. прошлого века. В настоящее время Impatiens parviflora произрастает во всех областях Средней России не только по берегам рек, в лесопарках, но и в лесных массивах. Ее усиленное внедрение в широколиственные и смешанные леса началось с вытеснения аборигенной Impatiens noli-tangere (Csontos, 1986), а затем и других аборигенных растений травянистого яруса (Asarum europaeum, Carex pilosa, Mercurialis peren-nis, Galeobdolon luteum, Dryopteris filix-mas, Athyrium filix-femina и др.). Недотрога обнаруживает чрезвычайно высокую пластичность по отношению к затенению, является холодостойким видом и, таким образом, благодаря широкой экологической амплитуде, оказывается более конкурентоспособной, чем многие аборигенные виды, которые она успешно вытесняет (Csontos, 1986; Goderfoid, Koedam, 2010; Markov, 1991). Исследования, проведенные в Главном ботаническом саду РАН в Москве, показали, что недотрога мелкоцветковая болезнями и насекомыми не повреждается (Кар-писонова, 1985). Известно, что вид выступает в качестве одного из промежуточных хозяев паразитического ржавчинного гриба Puccinia komarovii (Piskorz, Klimko, 2006).
Цель настоящей работы — выявить особенности почвенных дрожжевых сообществ в условиях многолетней агрессивной инвазии Impatiens parviflora в лесных биогеоценозах в сравнении с ненарушенным травянистым покровом после-лесного луга на территории охраняемой зоны национального парка Лосиный остров (Москва).
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования проводили в 2012 году на территории охраняемой зоны национального парка Лосиный остров (Москва). Анализировали дерновый горизонт (0—5 см) дерново-подзолистой почвы на участках под зарослями недотроги мелкоцветковой и на участках с ненарушенной аборигенной травянистой растительностью, типичной для вторичного послелесного луга (луг, сформировавшийся на месте широколиственного леса в результате сукцессии) средней полосы России. Ориентировочно, возраст инвазионной заросли Impatiens parviflora порядка 40 лет, т.к. хорошо известно, что активное расширение ареала Impatiens parviflora началось с 70-х гг. двадцатого века (Виноградова и соавт., 2010).
Образцы почв отбирали с июня по ноябрь в течение всего времени вегетации недотроги мелкоцветковой. Сбор материала проводили два раза в неделю. Всего было проанализировано 170 образцов почвы.
Непосредственно после сбора из каждого образца отбирали 3—5 навесок массой около 1 г, помещали в пробирки и заливали стерильной водой, получая разведения 1 : 10. Суспензию обрабатывали на вортексе ("MultiReax, Heidolph", Germany) в течение 15 мин. Полученную суспензию в двукратной повторности высевали на ГПД (глю-козо-пептонную-дрожжевую среду, следующего состава (г/л): глюкоза — 20, пептон — 10, дрожжевой экстракт — 5, агар — 10) с добавлением лево-мицетина (500 мг/л) для предотвращения роста бактерий. Посевы инкубировали при комнатной температуре 5—7 сут. 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. Всего было выделено около 1000 штаммов дрожжей.
Видовую идентификацию дрожжевых грибов проводили на основе анализа нуклеотидных последовательностей ITS1—5.8S—ITS2 региона и D1/D2 доменов региона 26S (LSU) рДНК. Выделение ДНК и проведение ПЦР осуществляли по ранее описанной методике (Глушакова и соавт., 2015; Качалкин и соавт., 2015). Для амплификации использовали праймеры ITS1f (5'-CTTGGT-CATTTAGAGGAAGTA) и NL4 (5'-GGTCCGT-GTTTCAAGACGG). Секвенирование амплифи-цированного региона проводили в Научно-производственной компании "Синтол" (Москва). Видовая идентификация осуществлялась сравнением полученных нуклеотидных последовательностей с данными, размещенными в генбанке NCBI (ncbi.nlm.nih.gov) и базе данных CBS (cbs.knaw.nl).
Для каждого образца определяли общую численность дрожжей на ГПД, относительное обилие каждого вида. Проводили статистический анализ данных для сравнения дрожжевых сообществ почв двух фитоценозов (F-тест и индекс разнообразия Шеннона)
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Общая численность дрожжей, выделенных на ГПД, в почве под недотрогой мелкоцветковой, а также под аборигенными травами на вторичном после-лесном лугу колебалась в пределах 103—105 КОЕ/г, и имела максимальные значения в почве под ин-тродуцентом в период его массового скоротечного отмирания после первых заморозков в ноябре (рис. 1). Общее возрастание численности дрожжей в почве в осенний период, вероятней всего, связано с поступлением эпифитных дрожжей в
2.0
8 9 Месяц
10
11
8 9 Месяц
10
11
Рис. 1. Динамика общей численности дрожжей в исследованных почвах: 1 — под недотрогой, 2 — под луговыми травами.
Рис. 2. Динамика разнообразия дрожжей в исследованных почвах: 1 — под недотрогой, 2 — под луговыми травами.
6
6
7
7
почву в этот период вместе с опадом. Такая особенность годовой динамики численности дрожжей в почвах характерна для любых типов растительных сообществ в средней полосе России (Глу-шакова, Чернов, 2007; Чернов, 2013).
Всего в ходе исследования было выделено 36 видов дрожжевых грибов (таблица). Видовое разнообразие дрожжевых грибов в почве под недотрогой и под травами на послелесном лугу изменялось синхронно, принимая максимальные значения в сентябре. Индекс Шеннона на протяжении всего периода исследования с июня по ноябрь (время перехода недотроги в синильную фазу онтогенеза) всегда был незначительно выше в образцах почвы под интродуцентом (рис. 2).
Доминировали в обоих биотопах типичные пе-добионтные (Cr. podzolicus, W. anomalus) и эври-бионтные (Rh. mucilaginosa) виды дрожжей. Для луговых участк
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.