Введение к работе
Актуальность темы. Неотъемлемой частью любого почвенного микробоценоза являются актиномицеты (Калакуцкий, Зенова, 1984). Почва - это природный субстрат, из которого мицелиальные прокариоты выделяются в наибольшем количестве и разнообразии. По численности, определяемой методом посева, актиномицеты составляют приблизительно 1/4 часть от всего бактериального населения почвы, учитываемого на традиционно используемых синтетических питательных средах. Актиномицеты играют существенную роль в процессах почвообразования из-за их способности разлагать трудно доступные для других бактерий органические вещества и образовывать ряд физиологически активных веществ (ФАВ) (Звягинцев и др., 1984).
Предполагается, что актиномицеты, как гидролитики, являются активными участниками минерализации растительных остатков в почве на последних стадиях их разложения (Звягинцев и др., 1984). Примером природного местообитания с высоким содержанием растительных остатков различной степени разложенности является торф. Актиномицеты составляют значительную долю, по сравнению с другими микроорганизмами, в микробном населении торфяных почв. Поэтому представляет интерес изучение этих организмов в условиях освоения торфяников после их осушения и рекультивации для оценки состояния микробоценоза и биосистемы торфяника в целом. Данное направление представлено в основном работами по структуре актиномицетного сообщества почв с выявлением биоразнообразия (Зенова, 1984; Зенова и др., 1991; Зенова, Звягинцев, 1994; Зименко и др., 1983; Сорокина, 1990; Широких, 1993). Динамика популяций актиномицетов как организмов со сложным жизненным циклом непосредственно в их естественной среде обитания практически не изучена, что препятствует определению экологических функций актиномицетов.
2 Целью работы являлся анализ изменений таксономической структуры комплекса актиномицетов в ходе микробных сукцессии в почве для получения экологической характеристики постоянно выделяемых из почвы родов актиномицетов и оценки возможности микробиологической диагностики почв.
Для выполнения поставленной цели решали следующие задачи:
-
Исследование динамики родовых популяций актиномицетов, постоянно выделяющихся из торфяной почвы.
-
Сравнение численности и разнообразия актиномицетов в образцах: а) рекультивированного торфяника, б) выработанного торфяника при естественном зарастании. Попытка использовать актиномицетный комплекс в качестве индикатора при микробиологической диагностике состояния торфяных почв.
-
Определение степени экологической разобщенности представителей постоянно выделяющихся из почвы родов актиномицетов на основе факторного анализа и расчета перекрывания экологических ниш.
-
Сравнение экологических стратегий постоянно выделяющихся из почвы видов стрептомицетов.
-
Описание популяционной структуры актиномицетного комплекса с помощью математических моделей.
Научная новизна. Впервые на основе изучения динамики популяций в ходе инициированных сукцессии дана экологическая характеристика комплекса почвенных актиномицетов. Установлено, что далекие в таксономическом плане актиномицеты могут иметь близкие экологические позиции, а таксономически близкие популяции могут существенно
з различаться в экологическом отношении. Выявлено, что сукцессионные изменения в комплексе актиномицетов в одной и той же почве существенно зависят от её влажности, в частности в рекультивированном торфянике при давлении почвенной влаги -0,005 МПа в актиномицетном комплексе доминируют сахаромоноспоры и микромоноспоры, а при -1 МПа -стрептомицеты. Сукцессионный анализ актиномицетного комплекса торфяных почв позволил утверждать, что считающиеся редкими роды актиномицетов, в частности Micromonospora и Saccharomonospora, при определенных условиях (влажность почвы, этап сукцессии) могут иметь равную со стрептомицетами численность в комплексе актиномицетов.
Сукцессионный анализ позволил наблюдать за сменой состояния актиномицетного комплекса торфяной почвы во времени непосредственно в естественной среде обитания. На примере двух видовых популяций стрептомицетов (S.candidus и S.griseofascus) охарактеризована динамика объектов со сложным жизненным циклом и их относительная экологическая стратегия.
На основе сукцессионного анализа по данным о структуре актиномицетного комплекса впервые показана принципиальная возможность микробиологической диагностики состояния торфяных почв.
Практическая значимость. Информация, полученная при изучении динамики актиномицетного комплекса в ходе инициированных сукцессии в почве, дает возможность оптимизировать процедуру выделения нужного объекта из природы или решать вопрос об управлении объектом непосредственно в почве, что имеет важное значение с точки зрения поиска природных штаммов микроорганизмов для нужд биотехнологии.
Данные о видовом и численном составе актиномицетов в ходе сукцессии позволили показать возможность использования комплекса актиномицетов, постоянно выделяемых из почвенных образцов, в качестве индикатора состояния почв при их микробиологической диагностике.
Работа выполнена по программе ГНТП "Биотехнология защиты окружающей среды".
Апробация работы. Основные положения работы доложены на заседании кафедры биологии почв факультета Почвоведения МГУ совместно с 3-ей комиссией Российского общества почвоведов (РОП) (Москва, 1996), Международной конференции "Ломоносов - 96" (Москва, 1996), Совещании по биоразнообразию (Москва, ИПЭЭ РАН, 1996) и Н-ом съезде Российского общества почвоведов (РОП) (Санкт-Петербург, 1996).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 7 печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения и выводов. Материалы диссертации изложены на 45Ь стр. машинописного текста, список литературы из 324 названий, из них - 90 зарубежные.
Автор выражает глубокую признательность к.б.н. доценту Г.М.Зеновой и к.б.н. ведущему научному сотруднику П.А.Кожевину.
Объекты исследования. В работе использованы образцы торфяной почвы, отобранные на территории Кировской лугоболотной станции (массив торфяного болота низинного
5 типа), где в 60-х гг. проводилась торфодобыча фрезерным способом. Исследовались два варианта торфяной почвы:
-
рекультивированный выработанный торфяник в севообороте; торф древесно-осоковый, степень разложения 30 - 35 %, мощность торфяного слоя 0,6 м;
-
выработанный торфяник при естественном зарастании; торф древесно-тростниковый, малоразложившийся, мощность торфяного слоя 0,7 м, сельскохозяйственной рекультивации на участке не проводилось, растительный покров: березовое редколесье, редкий травянистый покров, мхи, водоросли.
Основными методами исследования были:
посев из разведений почвенной суспензии на агаризован-ную питательную среду с пропионатом натрия (Rowbotham, Cross, 1977) с применением селективных приемов для выделения актиномицетов ("Методы почвенной микробиологии и биохимии", 1991);
дифференцированный подсчет количества колониеобразу-ющих единиц (КОЕ) актиномицетов с использованием культу-ральных и морфологических признаков (Гаузе и др., 1983; Bergey's Manual of Systematic Bacteriology 9th Edition, 1989; Prokaryotes, 1991, Бибикова, 1990);
- выделение актиномицетов в чистую культуру, родовая
(Bergey's Manual of Systematic Bacteriology 9th Edition, 1989) и
видовая (Гаузе и др., 1983; Бибикова, 1990) их идентификация с
использованием показателей: культуральных, морфологических
(наличие субстратного и воздушного мицелия, образование спор
на воздушном и/или субстратном мицелии, количество спор,
наличие спорангиев, подвижность спор) и хемотаксономических
(наличие мезо- или LL- ДАПк (диаминопимелиновой кислоты) и
дифференцирующих Сахаров в гидролизатах целых клеток
(Hasegawa, Takizawa, Tanida, 1983) );
световая и сканирующая электронная микроскопия;
люминесцентная микроскопия;
получение моноспоровых (Кузнецов, 1972) и мицелиаль-ных (Михайлов, 1982) суспензий, расчет количества спор в 1 мл суспензии;
определение радиальной скорости роста актиномицетных колоний ("Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991);
статистическая обработка результатов - методы факторного и дискриминантного анализов, теория распознавания образов и метод главных компонент (статистические пакеты STATGRAPHICS и STATEX).