ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2008, № 10, с. 1250-1257
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 631.46
МИЦЕЛИАЛЬНЫЕ БАКТЕРИИ ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВ*
© 2008 г. Д. Г. Звягинцев, Г. М. Зенова, Г. В. Оборотов
Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы
Поступила в редакцию 26.06.2007 г.
Показано, что актиномицетные комплексы засоленных почв представлены родами Streptomyces и Micromonospora, количество которых исчисляется сотнями и тысячами КОЕ/г почвы. Комплексы мицелиальных бактерий засоленных почв беднее по численности (на 1-3 порядка) и таксономическому составу, чем комплексы почв основных типов. Специфической особенностью актиномицет-ных комплексов засоленных почв является доминирование умеренных галофильных, алькалофиль-ных и галоалкалофильных стрептомицетов, хорошо растущих при 5%-ной NaCl и рН 8-9. Актино-мицеты в засоленных почвах активно растут, длина мицелия достигает 140 м в 1 г почвы. Особенностью галоалкалофильных стрептомицетов является быстрый рост и задержка спорообразования на щелочных средах (pH 9) с повышенной концентрацией солей (Na2SO4 и MgCl2, 5%) по сравнению с нейтральной средой с 0.02%-ной концентрацией солей. Галоалкалофильные стрепто-мицеты характеризуются максимальной радиальной скоростью роста колоний на щелочной среде с содержанием NaCl 5%.
Засоленные почвы - большая группа почв разного генезиса и свойств, объединенная одним диагностическим признаком - наличием в профиле легкорастворимых солей в количестве, ухудшающем плодородие почв и отрицательно влияющем на рост и развитие большинства растений [3].
Засоленные почвы представляют собой своеобразные природные экосистемы, в которых высокие концентрации солей и недостаток влаги создают экстремальные условия для существования живых организмов, здесь формируются специфические микробные сообщества.
В микробиологических исследованиях засоленных почв большое внимание уделялось галофиль-ным, осмотолерантным и алкалотолерантным микроорганизмам. Подробно исследованы разнообразие и функциональные проявления галоалкалофильных и галоалкалотолерантных прокариотов [2]. Имеются сведения о присутствии специфического сообщества грибов в солончаках [15]. Среди сведений об экстремо-галофильных архе-бактериях [5] и о бактериальном населении засоленных местообитаний [8, 10] находим лишь отдельные упоминания о встречаемости актиноми-цетов в корочках соли на поверхности солончаков [7] и о выделении галофильных и галотолерант-ных астиномицетов из засоленных и щелочных почв [21]. Однако закономерности распространения галофильных актиномицетов в почвах остаются не исследованными.
*
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ < 06-04-48165, а также при частичном финансировании грантом Президента для поддержки ведущих научных школ РФ < НШ-8797. 2006.
Традиционно сложилось представление об ак-тиномицетах как организмах, не являющихся чемпионами устойчивости к воздействию факторов внешней среды. Актиномицеты, как правило, не занимают природных экологических ниш, характеризующихся экстремальными значениями внешних условий. Так, галофильные актиномицеты долгое время были известны только в качестве конта-минантов одноклеточных бактерий [6]. Однако среди актиномицетов описаны галофильные формы: Actinopolyspora halophila [19], Nocardiopsis halo-phila, N. halotolerans, N. kunsanensis, N. tropika, N. tre-halosi, N. dassonvillei subsp. albirubida, Streptimonospo-ra salina [12-14, 16-18], Prauserella halophila и P. alba [20], способные расти на средах, содержащих 10-20 или даже 15-25% NaCl. Актиномицеты, выделенные из засоленных почв и растущие при умеренных концентрациях NaCl, являются одними из немногих гетеротрофных бактерий, которые синтезируют совместимые осморегуляторные вещества глицин-бетоин (Actinopolyspora halophila) и гидроксипроиз-водные эктоина и бета-глютамата (Nocardiopsis halophila) [22]. Диапазон значений рН, пригодных для роста большого числа галофильных и галото-лерантных актиномицетов, лежит в области 6-10 с оптимумом роста при 7-8.
Цель настоящей работы - исследование почвенного актиномицетного комплекса засоленных почв для поиска среди мицелиальных прокариотов галофильных и галоалкалофильных форм.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объектами исследования явились засоленные почвы: бурая полупустынная и бурая пустынно-
Характеристика объектов исследования
Горизонт или слой, рН водный Характер и степень
Почва № образца, (% легкорастворимых солей) Район взятия образца
(глубина, см) засоления
Солончак Образцы 1, 2, 4, 6 (0-1) 7.9 Хлоридный, 1% Дельта р. Аму-Дарья
корково-пухлый Образцы 3, 5 (3-8) 7.8
Солончак корковый Образцы 1, 2, 3, 4 8.0 Сульфатно-хлоридный Северо-восточное побере-
(соровый) (0-3) и хлоридное, 6% жье Каспийского моря, п-ов Бузачи
Образец 68, 9.0 Хлоридно-сульфатный с не- Бурятия, оз. Оронгойское,
солевая корка большим содержанием оз. Щучье
Образец 4 (0-4) 9.0 соды, 6%
Солончак луговый Разр. В-02 7.0 Хлоридный, 3% Астраханская обл.,
гидроморфный Ad 6.5 Волгоградский р-н,
II слой (0-8) 7.0 бугор Большой Барфон
III слой (25-38) 7.2
IV слой (38-60)
Разр. В-05 Хлоридный, 3% »
I слой (0-8) 6.9
II слой (8-14) 7.2
III слой (14-24) 7.1
IV слой (24-43) 7.2
V слой (43-62) 7.1
Образец 65, солевая 9.5 Хлоридно-сульфатный, Бурятия, территория пере-
корка сульфатный с небольшим сыхающих соленых озер,
Образец 66 (1-6) 9.5 содержанием соды, 6% оз. Сульфатное
Солончак пухлый Образцы 1, 2, 3, 14, 15, 9.0 Хлоридно-сульфатный со- Монголия, Убсу-Нурская
16, 17, 18 довое, 5% котловина, пересыхающие соленые озера
Содовый солончак Образцы 9, 11, 12, 13 9.0 Хлоридно-сульфатный, содовое, 5% »
Каштановая Образцы 63, 64 9.0 Хлоридно-сульфатный, присутствие карбонатов, 2% Бурятия, территория пересыхающих соленых озер, оз. Оронгойское
Бурая полупустын- Ad (0-7) 7.3 Хлоридный, 3% Астраханская обл.,
ная В1 (7-22) 7.3 Волгоградский р-н,
Вэо1 (22-57) 7.0 бугор Большой Барфон
В2(57-87) 7.5
В3(87-110) 8.2
Бурая пустынно- Ad (0-10) 9.0 Хлоридно-сульфатный с вы- Монголия, Южный Гоби,
степная В1 (10-35) 9.0 соким содержанием карбо- Булган сомон
Вса1 (35-50) 8.9 натов по всему профилю, 1%
ВСса (50-60) 8.9
Сса (60-70) 9.1
Сса (70-110) 9.1
Серо-бурая Образцы № 113, 207 (2-6). 8.0 Хлоридно-сульфатный, 1% »
степная почвы и солончаки, образцы которых ото-бирали на территории России и Монголии (таблица).
Для выделения и дифференцированного учета актиномицетов использовали метод посева из разведений почвенных суспензий на плотные питательные среды и метод "рассыпки" почвенного мелкозема на поверхность плотной питательной среды в чашке Петри [9]. Для выделения актино-
мицетов из засоленных почв использовали следующие среды: среду Гаузе 1 [1] и модифицированную среду Гаузе 1 следующего состава (г/л): К2НР04 - 0.5; №2804 - 50; КК03 - 1.0; ]^С12 - 50; Бе804 - 0.01; крахмал - 20.0; агар-агар -20.0; среду с пропионатом натрия [4] и модифицированную среду с пропионатом натрия с 5%-ной концентрацией солей Ка2804 и MgCl2. Использовали
среды со значениями рН 7.2; 8.0 или 9.0, которые обеспечивали и поддерживали с помощью фосфатной буферной смеси. В среды добавляли нистатин (50 мг/мл) для ограничения роста грибов и налидиксовую кислоту (5 мг/мл) для ограничения роста немицелиальных бактерий. Оптимальные и ограничительные для роста культур стрептоми-цетов, выделенных из засоленных почв, концентрации №С1 и значения рН среды определяли по величине радиальной скорости роста колоний на плотной питательной среде Гаузе 1 с концентрацией №С1 1-8% (шаг 1%), и значениями рН среды 4-10 (шаг 1.0). Расчет радиальной скорости роста колонии Кг проводили по формуле:
К = (й2 - ^/(¿2 -где й1 и ¿2 - диаметр колонии в начальный и конечный моменты измерения соответственно, мм; ¿1 и ¿2 -время начального и конечного измерения, сут. Измерения проводили в 20-кратной повторности.
В лабораторных исследованиях для проведения модельного опыта по изучению динамики численности и биомассы почвенных актиномицетов в ходе инициированной микробной сукцессии воздушно-сухую почву (20 г), освобожденную от крупных корешков и посторонних включений, растирали в фарфоровой ступке и просеивали через сито в 1 мм. Почву помещали в чашки Петри, тщательно перемешивали и увлажняли до 60% от полевой влагоем-кости. Инкубировали чашки с почвой при поддержании указанного уровня влажности при температуре 20°С в эксикаторах, которые открывали на 30 мин через день. Посевы почвенных образцов производили в момент инициации сукцессии (0-момент), на 3, 7, 14, 21, 28-е сут после инициации сукцессии. Длину мицелия актиномицетов в почве определяли с помощью люминесцентного микроскопа. Для окрашивания мицелия использовали водный раствор акридина оранжевого (разведение 1 х 10000; 2-4 мин). Длину мицелия в 1 г почвы вычисляли по формуле:
М = (4ап/р) • 1010,
где М - длина мицелия в 1 г почвы; а - средняя длина мицелия в поле зрения; р - площадь поля зрения (мкм2); п - показатель разведения. При расчете биомассы учитывали, что 1 м сухого актиномицет-ного мицелия диаметром 0.5 мкм имеет биомассу 3.9 • 10-8 г [9].
Предварительную принадлежность исследуемых актиномицетов к роду БиерТотусез определяли, согласно "Определителю бактерий Берджи" [11] по следующим морфологическим и хемотак-сономическим признакам: наличию воздушного и субстратного мицелия, отсутствию фрагментации мицелия, наличию цепочек спор только на воздушном мицелии; присутствию в гидролизатах целых клеток ЬЬ-изомера диаминопимелиновой кислоты (ЬЬ-ДАПк) и отсутсвию дифференцирую-
щих сахаров. Предварительную принадлежность исследуемых актиномицетов к роду Мкготопозро-га - по наличию одиночных спор на субстратном мицелии, отсутствию воздушного мицелия, наличию в гидролизатах целых клеток мезо-ДАПк, ксилозы, арабинозы.
Для видовой идентификации стрептомицетов использовали культуральные, морфологические и физиолого-биохимические показатели, согласно "Определителю актиномицетов" [1].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Численность актиномицетов рода Б^ерЮтусез, выделяемых из засоленных почв на среду
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.