научная статья по теме СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСОВ ТЕРМОТОЛЕРАНТНЫХ АКТИНОМИЦЕТОВ ПУСТЫННЫХ И ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОЧВ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСОВ ТЕРМОТОЛЕРАНТНЫХ АКТИНОМИЦЕТОВ ПУСТЫННЫХ И ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОЧВ»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2009, № 5, с. 575-580

БИОЛОГИЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^ ПОЧВ

УДК 631.46

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСОВ ТЕРМОТОЛЕРАНТНЫХ АКТИНОМИЦЕТОВ ПУСТЫННЫХ И ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОЧВ*

© 2009 г. Г. М. Зенова1, А. И. Курапова1, А. М. Лысенко2, Д. Г. Звягинцев1

1Факулътет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы 2Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, Москва, пл. 60-летия Октября, 7

Поступила в редакцию 25.08.2008 г.

Установлено, что численность термотолерантных актиномицетов в почвах пустынных, горных и вулканических районов, нагревающихся до высоких температур, сопоставима или превышает численность мезофильных форм. Среди мезофильных форм актиномицетов, как правило, доминируют стрептомицеты, среди термотолерантных обнаруживаются, а иногда и преобладают в комплексе представители родов Micromonospora, Streptosporangium Actinomadura, Saccharopolyspora, Microtetraspora, Microbispora. Термотолерантные актиномицеты в почве активно растут, размножаются, проходят полный цикл развития. Флюоресцентным методом in situ гибридизации (FISH-fluorescent in situ hybridization) установлено, что среди метаболически активных представителей филогенетической группы Actinobacteria преобладают мицелиальные формы, доля которых увеличивается при повышении температуры инкубирования почвы.

ВВЕДЕНИЕ

Традиционно считалось, что мицелиальные бактерии (актиномицеты) не могут занимать природных экологических ниш, характеризующихся экстремальными условиями, и не являются чемпионами устойчивости к воздействию факторов внешней среды [6]. В настоящее время ясно, что такое представление не следует рассматривать как окончательное. Возможность существования ацидофильных и алкалофильных, психрофильных и термофильных, галофильных и галоалкалофиль-ных, ксерофильных актиномицетов уже не вызывает сомнения у специалистов. Границы ареалов распространения значительно расширились при исследовании экологических особенностей представителей порядка Actinomycetales [3, 4, 14]. Среди представителей споро-актиномицетов, имеющих развитый воздушный мицелий и споры, преобладают мезофильные формы. Термофильные акти-номицеты описаны в составе рода Thermoactinomy-ces (мицелиальные бактерии, имеющие эндоспоры и, по современным представлениям выводимые из порядка Actinomycetales), в составе родов Ther-momonospora, Microbispora, Saccharopolyspora, Sac-charomonospora и отдельных видов рода Streptomy-ces. Среди актиномицетов не известны экстремальные термофилы. О распространении и таксономическом составе умеренных термофиль-

* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ < 08-04-90201-Монг_а, а также при частичном финансировании грантом Президента для поддержки ведущих научных школ РФ < НШ-2227.2008.4

ных и термотолерантных почвенных актиномицетов сведений в литературе мало.

Целью настоящей работы явилось установление закономерностей распространения, таксономической и функциональной структуры термотолерантных актиномицетов в почвах пустынных степей, горных и вулканических районов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Распространение термотолерантных актиномицетов исследовали в почвах пустынных степей Монголии (бурой пустынно-степной и серо-бурой пустынной почве), горно-луговой почве Центрального Кавказа, вулканических почвах на территории п-ова Камчатки. Все исследуемые почвы периодически разогреваются до высоких температур. На поверхности пустынных почв образуется песча-но-щебнистый "панцирь", который может нагреваться в дневное время до 40-60°С [2]. Почвы, формирующиеся на камнях в ущельях Центального Кавказа, разогреваются в дневное время до 40-50°С, вулканические почвы Камчатки близь горячих источников характеризуются температурой до 50°С. Таким образом, в исследуемых почвах аридных, горных и вулканических районов создаются условия, благоприятные для развития термотолерантных актиномицетов. Специфические черты почвенного покрова зоны пустынных степей Монголии следующие: малое развитие микрокомплексности в почвенном покрове, слабая гипсоностность почв, отсутствие в почвах фитогенного накопления солей [10]. Микробный мир пустынных степей

Монголии изучен недостаточно, в то же время своеобразие биогеоценозов в зоне пустынных степей Монголии столь велико, что можно предположить значительное микробное разнообразие, присущее пустынным почвам. Объектами исследования явились бурые пустынно-степные почвы, расположенные на территории хозяйства Булган сомон, Талын хотос и серо-бурые пустынные почвы на территории Ханбогд-Галбын Гоби.

Бурые пустынно-степные почвы отличаются щелочной реакцией по всему профилю, рН колеблется от 8.9 до 9.1. Содержание гумуса колеблется от 0.6 до 1%, максимальное содержание гумуса наблюдается в иллювиальном гор. В1, что связано с особенностями распределения корневой системы растений. В этом же горизонте отмечена и максимальная емкость поглощения. Сумма легкорастворимых солей колеблется от 0.05% в верхней до 0.49-2.0% в нижней части профиля, где они представлены сульфатами и хлоридами натрия, что часто связано с присутствием этих солей в почвообразующей породе - меловых красноцветных отложениях. Четко выражен карбонатный гор. Вса. В пределах хозяйства Булган сомон бурые пустынно-степные почвы распространены на плоских водораздельных межсайровых пространствах подгорной равнины.

Серо-бурые пустынные почвы занимают в Монголии значительную площадь вдоль южной границы. Для них также характерны щелочная реакция среды по всему профилю (рН от 8.9 до 9.2), малое содержание гумуса (0.24-0.39%). Сумма легкорастворимых солей 0.07-0.13% в виде сульфатов и хлоридов натрия. Выражен карбонатный горизонт [2]. Они отличаются крайне из-реженной пустынной растительностью с господством полукустарничков и кустарничков.

Горно-луговые почвы Центрального Кавказа формируются на выщелоченных продуктах выветривания плотных пород, занимая вершины и верхние части склонов хребтов и гор всех экспозиций. Климатические условия развития этих почв характеризуются большим количеством выпадающих осадков, достигающим более 5000 мм в год. Осадки превышают испаряемость в 2-3 раза, что обусловливает промывной режим почв. Растительный покров представлен сообществами субальпийских и низкотравных альпийских лугов. В основном это злаки, осоки, примулы, а также кустарнички-рододендроны, черника и др. Профиль горно-луговых почв отличается слабой диф-ференцированностью и небольшой мощностью, редко превышающей 60-70 см. Для этих почв характерно наличие мощной подстилки, прочно скрепленной корнями травянистой растительности дернины мощностью до 10 и более см [11]. Здесь выделяется хорошо выраженный гумусовый горизонт мощностью 15-20 см с высоким содержа-

нием гумуса, в котором преобладают фульвокисло-ты. В переходном горизонте содержание гумуса резко убывает. Плотность горизонтов достаточна мала. Это благоприятствует созданию аэробных условий в этих почвах. Для горно-луговых почв характерен суглинисто-глинистый состав с большим количеством щебня, сильная выщелоченность и кислая реакция среды. Поверхность почвы прогревается солнцем. Так, ущелье Укю носит название "теплый угол", так как солнце, садясь за стоящие напротив вершины Каргашильского хребта, светит практически до самого заката, и этот участок остается теплым даже во время наползающего во второй половине дня тумана в горах. Образцы горно-луговой почвы отбирали в различных ущельях хребтов Центрального Кавказа, находящихся на различной высоте над уровнем моря.

Объектом наших исследований явились также вулканическая дерновая почваи слаборазвитая слоисто-пепловая почва,покрытая пленками водорослей, близ горячих источников Камчатки. Камчатский п-ов находится в зоне повышенной сейсмической активности. Здесь часты землетрясения и извержения вулканов. Геоморфологическое разнообразие территории характеризуется и наличием многочисленных термальных полей и источников. Температура воды в сердцевине таких источников достигает 70-80°С, а иногда и 100°С. По мере удаления от центра источника, за счет понижения температуры, на поверхности пород, покрытых пеплом, начинает активно поселяться разнообразная растительность. Первыми поверхность пеплов заселяют водоросли, как пионеры почвообразования, подготавливая субстрат для дальнейшего развития растительности.

Профиль слаборазвитой слоисто-пепловой почвы состоит из слаборазвитого гумусового горизонта с примесью грубогумусового материала, залегающего непосредственно на отложениях вулканического пепла и шлака. Реакция почвы слабокислая в верхней части профиля и близкая к нейтральной - в нижней [7].

Профиль вулканической дерновой почвы формируется при сочетании процессов выветривания и отложения пирокластического материала. Гумусовый горизонт темно-серого цвета, содержание гумуса около 10%. Реакция вулканической почвы близка к нейтральной (рН 6.0). Насыщенность почв основаниями составляет 30-60%, в их составе преобладают кальций, несколько меньше доля магния [11].

Для выделения и дифференцированного учета актиномицетов использовали метод посева из разведений почвенных суспензий на плотные питательные среды Гаузе 1 [1] и среду с пропиона-том натрия [5]. Инкубирование посевов проводили в термостатах при температурах 28, 37 и 45°С.

CTPУKTУPHO-ФУHKЦИOHAЛЬHAЯ OPГAHИЗAЦИЯ КОМПЛЕКСОВ

577

Предварительную идентификацию актиномице-тов проводили согласно определителям [9, 12] по следующим морфологическим и хемотаксономи-ческим признакам: наличие или отсутствие фрагментации мицелия, образование одиночных или цепочек спор на воздушном и/или субстратном мицелии, число спор в цепочке, наличие спорангиев, подвижность спор; присутствие в гидролизатах целых клеток LL- или мезо-изомера диаминопимели-новой кислоты (ДАПк) и дифференцирующих сахаров. Видовая идентификации термотолерантной культуры Streptomyces sp. (штамм 315), выделенной их серо-бурой пустынной почвы, проведена с использованием фенотипических и генетических признаков: культуральных, морфологических физиологических, содержания гуанина и цитози-на (ГЦ) в ДНК, уровень гибридизации ДНК [15, 13]. Содержание ГЦ в молекуле ДНК

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