БИОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 631.46
МИЦЕЛИАЛЬНЫЕ АКТИНОБАКТЕРИИ ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ УКРАИНЫ И РОССИИ
© 2015 г. В. Н. Гришко1, О. В. Сыщикова1, Г. М. Зенова2, П. А. Кожевин2, М. С. Дуброва2,
Д. А. Лубсанова2, И. Ю. Чернов2
1 Криворожский ботанический сад НАН Украины, Украина, 50089, Кривой Рог, ул. Маршака, 50 2 Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы
e-mail: zenova38@mail.ru Поступила в редакцию 17.01.2014 г.
Установлена высокая численность (до сотен тысяч и миллионов КОЕ/г почвы) мицелиальных бактерий (актиномицетов), выделяемых из засоленных почв аридных территорий Украины, России, Туркменистана. Среди всех изученных почв достоверно меньшее (тысячи и десятки тысяч КОЕ/г почвы) количество актиномицетов выделяется из соровых и содовых солончаков, формирующихся на дне пересыхащих соленых озер в Бурятии и в дельте Аму-Дарьи. Актиномицеты представлены в исследуемых почвах родами Streptomyces, Micromonospora, Nocardiopsis.
Выявлено, что на активность потребления субстратов культурами актиномицетов в значительной степени влияют условия предынкубирования, что, очевидно, связано с перестройкой метаболизма актиномицетов как одного из механизмов адаптации к повышенной осмолярности среды. Экспериментально установлена алкалотолерантность галотолерантных актиномицетов, выделенных из почв засоленных территорий.
Ключевые слова: засоленные почвы, почвенные актиномицеты. DOI: 10.7868/S0032180X15010086
ВВЕДЕНИЕ
Засоленные почвы представляют собой своеобразные природные экосистемы, в которых высокие концентрации солей и недостаток влаги создают специфические условия для существования живых организмов. Эти факторы обусловливают характерные для засоленных почв уменьшение интенсивности биологического круговорота и низкое таксономическое разнообразие живых организмов. Высокая степень засоления почв способствует формированию специфических микробных сообществ [1, 6]. К настоящему времени известны почвенные актиномицеты, способные развиваться в щелочных условиях (рН 8—9) при повышенных концентрация солей в среде (5—7%) [5—8]. Однако не исследованы закономерности распространения галоалкалотолерантных мице-лиальных актинобактерий в широком диапазоне почв. Характеристика экологической роли актиномицетов, способных развиваться в экстремальных условиях, использование популяций актиномицетов для биоконтроля и биоремидиации — все это важные практические задачи, для решения которых необходимы знания об экологии актиномицетов с необычными для других мицелиальных актинобактерий потребностями.
Цель работы — оценка численности, таксономической структуры, метаболической и функциональной активности актиномицетных комплексов аридных территорий Украины, России и Туркменистана.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объектами исследований служили следующие почвы (табл. 1): солончак гидроморфный, солонец автоморфный, образцы которых отбирали на территории Украины, близ г. Кривой Рог; солончак соровый, образованный на дне пересохших засоленных лагун близ г. Улан-Удэ (Бурятия) солончак содовый, образцы которого отбирали в дельте р. Аму-Дарья; солончак луговый гидроморфный, образцы которого отобраны в Астраханской обл. (Бугры Бэра, Бугор Большой Бар-фон-2); серозем светлый, образцы которого отобраны на территории Туркменистана, в подгорной равнине Копетдага, в 75 км от Ашхабада (табл. 1).
Для выделения и дифференцированного учета актиномицетов использовали метод посева из разведений почвенных суспензий на плотные питательные среды: Гаузе 1 [3] или крахмало-амми-ачный агар [6], модифицированные среды Гаузе 1. В питательные среды добавляли нистатин (50 мкг/мл), налидиксовую кислоту (5 мкг/мл) для
6
81
Таблица 1. Характеристика исследуемых почвенных образцов
Почва Горизонт или слой, глубина взятия образца, см Характер засоления Район взятия образца
Солончак гидроморфный Acs, 0-13 Bg, 13-25 C, 25-30 Сульфатно-хлоридный Украина, г. Кривой Рог, Балка Свистунова
Солонец автоморфный A0, 0-5 Асн, 0-20 Bcs, 20-35 » »
Солончак луговый гидро-морфный Корочка на поверхности » Россия, Прикаспийская низменность, Астраханская обл, Волгоградский р-он, Бугор Бэра "Большой Барфон-2"
Солончак содовый » Содовый, сульфатный Россия, дельта р. Аму-Дарья
Сорончак соровый » Сульфатно-хлоридный Бурятия, г. Улан-Удэ, территория пересыхающих соленых озер, образец 1
Солончак соровый » » То же, образец 2
Серозем светлый (разновидность пухлый солончак) » Сульфатный Туркменистан, предгорье Копетдага
ограничения роста грибов и немицелиальных бактерий. Инкубировали посевы при температуре 28°С.
Проводили дифференцированный количественный учет актиномицетов, выросших на ага-ризованной питательной среде. Предварительно актиномицеты идентифицировали при первичном микроскопировании колоний на чашках с питательной средой. Структуру сообщества стрептоми-цетов исследовали с использованием общепринятых в экологии информативных критериев: вырав-ненность сообщества или меру доминирования вида оценивали с помощью индекса Бергера-Паркера, видовое богатство — индекса Маргалефа, а сходство сообществ актиномицетов различных почв — коэффициента Серенсена [5, 6, 13].
Для предварительной идентификации описывали следующие фенотипические признаки: морфологические (наличие фрагментации мицелия, образование спор на субстратном и/или воздушном мицелии, число спор в цепочках, наличие одиночных спор, спорангиев) и хемотаксономиче-ские (присутствие L- или мезо-изомера диамино-пимелиновой кислоты (ДАПк) и дифференцирующих сахаров в гидролизатах целых клеток). Работали с определителями бактерий и актиномицетов [3, 14, 17]; статьями [20—22]; использовали компьютерную программу идентификации видов рода 8&ер1отусез [2]. Некоторые культуры идентифицировали, учитывая молекулярно-генетические показатели (сиквенс гена 168 гЯКЛ) [11].
Функциональный потенциал психротолерант-ной популяции актиномицетов исследовали с
помощью метода мультиреспирометрического тестирования (МСТ), основанного на анализе показателей дыхания популяций на разных ресурсах [19], в котором для посева актиномицетов применяются специальные тест-планшеты (24-луноч-ные планшеты NUNC, Denmark). В каждую ячейку вносили по 0.5 мл суспензии спор и мицелия актиномицета с высокой популяционной плотностью (не менее 109 КОЕ/мл) и один из трех ресурсов: гистидин, маннит, сахарозу (концентрация 35 мг/мл). В качестве контроля брали дистиллированную воду. Необходимая герметизация обеспечивалась при достаточной толщине слоя агара (приблизительно 2—3 мм). Планшеты инкубировали при 28°С в течение 3 сут. О количестве углекислого газа, образовавшегося в ячейках, судили по изменению оптической плотности индикаторного гелевого материала с необходимыми для регистрации CO2 компонентами, заливаемого в крышку планшеты. Интенсивность окраски индикаторного геля оценивали с помощью колориметрических измерений по специальной программе. Анализ данных, полученных при сканировании крышек с индикаторным гелем, производился с помощью методов многомерной математической статистики (STATGRAPHICS PLUS 5.1).
Температурные границы роста выделенных га-лотолерантных актиномицетов определяли, с помощью показателя радиальной скорости роста колоний (Kr), рассчитанного по известной методике [4].
МИЦЕЛИАЛЬНЫЕ АКТИНОБАКТЕРИИ ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВ
83
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Согласно литературным данным [9] стрепто-мицеты способны к развитию высокого осмотического давления в клетке, что объясняет их значительное распространение в засоленных почвах. В гумусово-аккумулятивном солончаковом гор. Асб гидроморфного солончака численность актиномицетов составила сотни тысяч/г почвы и их количество соответствует 29% от общей численности бактерий (рис. 1). Отмечено уменьшение количества бактерий вниз по профилю солончака, что свойственно также зональным почвам — черноземам [16]. Доля актиномицетов в прокариотном микробном сообществе переходного гумусово-аккумулятивного генетического горизонта солончака (Bg) сохраняется достаточно высокой (40%). Количество актиномицетов значительно уменьшается (до сотен тысяч КОЕ/г почвы) по профилю лишь к гор. С. Однако и здесь актино-мицеты составляют четвертую часть от прокариот-ного сообщества солончака (25%). Полученные результаты согласуются со сведениями о том, что актиномицеты составляют эколого-трофическую группу микроорганизмов, наиболее широко представленных в солончаках Забайкалья и восточной части Цинхай-Тибетского плоскогорья [10, 18].
Для солонца автоморфного характерно присутствие максимального количества бактерий в гумусово-элювиальном и гумусово-иллювиаль-ном (Асн и Bcs) горизонтах. Доля актиномицетов составляла от 4% в гор. A0 до 37% в гор. Асн от общей численности бактерий (рис. 1).
Вниз по почвенному профилю солонца общая численность бактерий и количество актиноми-цетов достоверно уменьшается только к гор. Bcs. Таким образом установлено, что доля мицели-альных актинобактерий (актиномицетов) в прокариотном микробном сообществе исследованных засоленных почв, расположенных на аридных территориях Украины, довольно значительна, достигает 40% и соответствует таковой в черноземе.
Что касается видового разнообразия представителей рода Streptomyces в исследованных образцах солончака гидроморфного, то оно невелико. Здесь отмечено присутствие видов, объединяемых в 5 секций и серий — секции Cinereus серии Aureus (стрептомицеты видов, относящихся к этой секции и серии составляют 37% от всего ак-тиномицетного комплекса исследуемой почвы); секции Cinereus серии Chromogenes (27% от акти-номицетного комплекса); секции Albus серии Albocoloratus (18%); секции Albus серии Albus (9%); секции Roseus серии Roseoviolaceus (9%). Часто встречающимися видами в солончаке гид-роморфном является Streptomyces violaceomacula-tus (секция Roseus серия Roseoviolaceus ) и S. aeri-onidulus (секция ^nereus серия Аш^^).
0-5 5-15 15-25 § 25-35
of Я
s
vo ^
u 0-5 5-15 15-25
А Hh
=э
_l_l-
0-5 5-15 15-25 25-35
ZD
_l_l.
0.10 0.20
0.05 0.15
В
и 0-5
н 5-15
15-25
0 0.10.2 0.3 0.40.5 Г
0 0.10 0.20 0.05 0.15 0.25
0.2 0.4 0.6 0
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.