Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современная теория экологических ниш 6
Глава II. Экология актиномицетов 37
Объекты и методы исследования 71
Результаты и их обсуждение 87
1. Описание экологических ниш актиномицетов разных родов на основе функциональных параметров чистых культур 87
2. Описание экологических ниш актиномицетов в почвах методом поверхностей отклика 109
3. Исследование таксономической структуры комплекса актиномицетов чернозема 123
4. Характеристика микробного сообщества чернозема, соответствующего различным уровням обилия мицелия актиномицетов in situ 143
Выводы 163
Литература 164
- Современная теория экологических ниш
- Описание экологических ниш актиномицетов разных родов на основе функциональных параметров чистых культур
- Описание экологических ниш актиномицетов в почвах методом поверхностей отклика
- Исследование таксономической структуры комплекса актиномицетов чернозема
Введение к работе
Актиномицеты - микроорганизмы, широко распространенные в почвах (Бабьева, Зенова, 1989; Зенова, 1992). Они представлены в трофических цепях наземных экосистем, участвуют в разложении различных природных полимеров, взаимодействуют с бактериями, грибами, животными и растениями, продуцируют биологически и биохимически активные соединения (экзоферменты, антибиотики) и предшественники гумусовых веществ (меланины) (Вызов и др., 1993; Звягинцев, Зенова, 2001).
Актиномицеты, в связи с их значением в биотехнологии, являются объектом интенсивных физиологических, генетических, биохимических и экологических исследований на протяжении нескольких десятилетий (Piret, Demain, 1988). Вместе с тем, как объект экологии они остаются сложными, интересными и даже загадочными организмами при рассмотрении особенностей их популяционной динамики. Это осложняет решение широкого круга теоретических и практических задач (поиск продуцентов антибиотиков и ферментов, применение популяций актиномицетов для биоконтроля и биоремедиации, создание пестицидов на основе микробных соединений, контроль над генетически модифицированными актиномицетами in situ, управление комплексом почвенных актиномицетов). Еще неясны те фундаментальные закономерности, которыми определяется сборка и динамическая структурно-функциональная организация природных актиномицетных комплексов.
В общей экологии для выяснения ключевых экологических особенностей популяций используется представление об экологической нише как многомерной характеристике объекта исследования, отражающей его отношение к множеству факторов среды. В частности, анализ экониш используется для оценки конкурентоспособности с определением своеобразного «портрета» популяций в гиперобъеме факторов среды. Реализовать переход от метафоры об эконише к предметному анализу характеристик гиперобъема в общей экологии удалось с помощью методов многомерной статистики. Несмотря на обилие разнообразных и глубоких экспериментальных исследований почвенных актиномицетов (Волкова, 1987; Гаузе и др., 1957; Калакуцкий, Агре, 1977; Калакуцкий, Зенова, 1984; Зенова, 1984; Зенова, Звягинцев, 1998; Звягинцев, Зенова, 2001; Красильников, 1965; Красильников, 1970; Кожевина, 1977; Кожевин, 1989; Кузнецов, 1972; Полянская, 1978; Полянская, 1984; Терехова, 1992; Williams et al., 1971, Williams et al.,1972 и т.д.), нумерические подходы в их сравнительной и функциональной экологии еще не нашли широкого применения. Настоящая работа служит развитию этого направления.
Цель работы: количественное описание и сравнительный анализ экологических ниш популяций актиномицетов, принадлежащих к родам, широко представленным в почвах.
Задачи исследования:
Описание экониш представителей разных родов актиномицетов на основе спектров реакций чистых культур на множество субстратов, полученных методом мультисубстратного тестирования (МСТ).
Характеристика экониш популяций разных родов по скорости радиального роста колоний чистых культур на плотной среде.
Анализ экониш на основе сукцессионной динамики мицелия актиномицетов в пространстве экологических факторов почвы с помощью методологии поверхности отклика.
Изучение особенностей таксономической структуры комплекса актиномицетов и некоторых общих характеристик микробной системы в экспериментах по оптимизации условий для развития мицелия актиномицетов в почве.
Научная новизна:
Впервые с помощью методов многомерной статистики получена характеристика представителей разных родов актиномицетов по реакции на унифицированный спектр субстратов. Показана принципиальная возможность анализа экониш представителей разных родов почвенных актиномицетов по спектрам реакций на различные ресурсы (МСТ).
Впервые получены данные о радиальной скорости роста на плотных средах для колоний актиномицетов родов Streptosporangium и Micromonospora. На основе функциональных и кинетических характеристик чистых культур проведено сравнительное описание экониш популяций родов Streptomyces, Streptosporangium, Micromonospora. Применение новых методологических подходов позволило впервые описать экониши спороактиномицетов в сравнительном аспекте на основе новых количественных параметров. С помощью математического планирования эксперимента показана принципиальная возможность оптимизации условий in situ для развития мицелия актиномицетов в черноземе и дерново-подзолистой почве, что представляет интерес при решении разнообразных задач. Установлены параметры микробного сообщества чернозема для прогноза и экспрессного мониторинга структуры и функционального статуса его актиномицетного комплекса.
Практическая значимость.
Результаты работы найдут применение при оптимизации направленного поиска и выделения актиномицетов-продуцентов новых антибиотиков с требуемыми свойствами, разработке практических подходов к биоконтролю и управлению популяциями микроорганизмов в почвах, проведении мониторинга природных микробных систем. Информация, полученная в результате данной работы, необходима для прогноза текущей структуры комплексов актиномицетов чернозема и дерново-подзолистой почвы в условиях микрокосма при любом стационарном уровне влажности в диапазоне от полной полевой влагоемкости до влаги завядания (во временном интервале от 5 до 40 суток с момента увлажнения). Такая информация требуется для применения актиномицетов в качестве агентов биоконтроля и биоремедиации.
Автор выражает свою глубокую признательность и благодарность научным руководителям д.б.н. профессору Г.М.Зеновой и д.б.н. П.А. Кожевину, зав. Кафедрой биологии почв МГУ д.б.н. профессору Д.Г.Звягинцеву, а также сотрудникам этой кафедры к.б.н. Б.А. Вызову, к.б.н. М.В. Горленко, к.б.н. Т.Г. Добровольской, к.б.н. Л.В. Лысак, д.б.н О.Е. Марфениной, д.б.н. А.Л. Степанову, д.б.н. И.Ю. Чернову, аспирантам и студентам кафедры за постоянную помощь, внимание и полезные консультации.
Автор благодарит д.б.н. профессора И.И. Судницына (кафедра физики и мелиорации почв МГУ) за разностороннюю поддержку и ценные советы.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по проектам 01-04-49284, 01-04-48380, 00-04-49162.
,*3Sf^~
Современная теория экологических ниш
Понятие «экологическая ниша» - одно из центральных в экологии. Оно сложно и многогранно. Сложному явлению соответствует много частных определений. И потому существует множество взаимодополняющих определений экологической ниши и много подходов к их описанию и анализу.
Впервые термин «экологическая ниша» был предложен Дж. Гринеллом в 1917 году для обозначения самой мелкой единицы географического распространения вида (Джиллер, 1988). Практически словосочетание «экологическая ниша» в контексте конкретных исследований звучало как синоним «местообитания». Сейчас этому определению в значительной степени соответствует понятие «топическая ниша».
Позднее Ч. Элтон обозначил термином «экониша» спектр трофических связей данной популяции и ее взаимодействий с врагами, то есть функциональный аспект существования популяции данного вида в природе (Elton, 1927 по: Джиллер, 1988). В современной экологии нишу в определении Элтона называют трофической. Параметры освоения пространства, будучи функциональной характеристикой данной системы, одновременно характеризуют и топическую нишу. Обычно понятие «ниша» сопоставляется с понятиями «местообитание» и «биотоп». Однако предлагается (Whittaker et al., 1973, по: Гиляров, 1978) применять термин «ниша» только для оценки структурно-функционального положения вида внутри данного сообщества, а термин «местообитание» - только в сравнительном географическом аспекте.
Далее, в связи с яркой образностью и интуитивной ясностью термин «экониша» широко использовали в разных значениях, при этом не всегда авторы давали четкие определения тому, что они понимали под эконишей. Наиболее распространено близкое подходу Элтона, но туманное определение ниши как «профессии» организма в данном сообществе (Гиляров, 1978; Маргалеф, 1981).
Хатчинсон (Hutchinson, 1947, по: Джиллер, 1988, Бигон и др., 1989) определил экологическую нишу как «область многомерного пространства, каждая ось которого соответствует определенному фактору среды, который необходим для нормального размножения и существования вида» (Гиляров, 1978). Примененный Хатчинсоном многомерный стиль мышления открыл новую эру в теории экониш. Этот подход предлагался и ранее, в частности, Л.Г.Раменским, для описания многомерной ниши как реакции вида на множество факторов (Раменский, 1924, по: Гиляров, 1978). Поэтому вполне логично расширить определение ниши Хатчинсона, включив в число факторов все те, с которыми так или иначе взаимодействует данная видовая популяция. Тогда нишу можно рассматривать как область многомерного пространства, ограниченную по каждой оси «снизу» и «сверху» пороговыми значениями для данной популяции, определяющими её зону толерантности по отношению к каждому фактору. В экспериментальных работах под зоной толерантности зачастую понимают характеристику данного организма (особи) по отношению к данному фактору, тогда как в популяционной эконише уровням действия факторов соответствуют популяционные масштабы пространства, организации систем и времени. Экологическая ниша наиболее значимо проявляется и чаще всего рассматривается в конкретных работах как феномен популяционного уровня организации биологических систем.
Можно говорить, что отдельные мерности ниши характеризуются как величиной (диапазоном значений), так и направлением. Элементарные оси ниши, обусловленные реализацией организма, можно обозначить как исходящие, а оси, заданные внешними факторами, оказывающими влияние на систему, назвать входящими. Тогда ниша может быть представлена в виде многомерного вектора с величиной и направлением, и можно ее сравнивать с силой или импульсом в физике. Таким образом, ниша представляет собой сложный (многомерный) феномен, для овладения описанием которого потребовалось почти 50 лет. Экологическая ниша - абстрактное понятие, объединяющее все условия и ресурсы, необходимые организмам и допускающие их существование (Бигон, 1989). Каждая из модальностей ниши характеризуется качественными («что?») и количественными («сколько?») параметрами. Топическая, трофическая и многомерная ниши образуют ряд по возрастанию мерности. Ниши присущи биологическим системам всех уровней. Эконишами характеризуются отдельные особи, популяции и целые сообщества. Ниша не существует в отрыве от организма, и не может рассматриваться «отдельно» от него (или системы другого уровня, которая характеризуется нишей). Ниши, поэтому, не могут быть следствием произвольной комбинаторной агрегации параметров, а определяются правилами сочетаний признаков организмов (принципом системной оптимальности (Розен, 1969)), так что не все мыслимое возможно.
В дальнейшем мы будем обсуждать модель Хатчинсона для многомерной ниши, как наиболее полную. В определении ниши легко заметить некоторую двойственность: в число «факторов» входят как запросы популяции, заданные биологией особей, ее составляющих, так и параметры того сообщества, в котором эта популяция обитает. Это, по-видимому, и было скрытой причиной дискуссии о том, является ли ниша свойством вида, или сообщества (Джиллер, 1988). Очевидно, что ниши и системы, характеризуемые ими (организмы, популяции, сообщества) образуют комплементарные пары (Джиллер, 1988). Если ниша есть свойство организма, то она порождается тем, кто ее занимает. Другая точка зрения состоит в том, что ниша представляет собой свойство данного сообщества, то есть предсуществует, вне зависимости от того, занята она, или пуста. В современной экологии в зависимости от конкретной ситуации исследователи склоняются либо к первой, либо ко второй позиции. Можно предложить компромисс (но лишь в определенной степени) между ними, с использованием понятий фундаментальной и реализованной экониши, введенных МакАртуром и Хатчинсоном соответственно (Джиллер, 1988; Бигон и др., 1989).
Обычно фундаментальной называют нишу, реализуемую в отсутствие конкуренции, а под реализованной, соответственно, измененный гиперобъем, с учетом биотических неблагоприятных факторов определенного местообитания (конкуренции и врагов) (Бигон и др., 1989; Миркин и др., 2000). В рамках таких определений реализованная ниша не обязательно вложена в фундаментальную, и может оказаться «искаженным» гиперобъемом, части контуров которого могут быть как внутри, так и вне фундаментальной ниши. Уменьшение реализованной ниши по сравнению с фундаментальной обуславливается конкурентными и другими отрицательными взаимодействиями с другими популяциями. Возможность выхода реализованной ниши за границы фундаментальной не обсуждалась еще в литературе, однако такую логическую возможность легко представить в случае положительных (метабиотических) отношений между популяциями, что не учитывается приведенными выше определениями ниш.
Анализ применения терминов «реализованной» и «фундаментальной» ниш позволяет расширить их определения. Фактически в современной экологии фундаментальной нишей считают гиперобъем, заданный в пространстве абсолютно всех, как реально, так и потенциально действующих элементарных факторов и межфакторных взаимодействий, который соответствует области выживания вида на всем множестве потенциальных и заселенных (реальных) местообитаний. Фундаментальная ниша задается биологией организмов популяции, то есть является ее свойством (Бигон и др., 1989). Под реализованной эконишей понимают гиперобъем, в пределах которого популяция обитает в конкретном сообществе. Реализованная ниша формируется уникальным сочетанием условий местообитания, то есть определяется данным сообществом. В таком случае любая реализованная ниша всегда меньше фундаментальной, т.е. как бы вложена в нее. Фундаментальная ниша в таком определении является объединением множеств (пространством логических возможностей, семейством) всех потенциально и фактически реализованных ниш.
Организмы (популяции), объединенные одним местообитанием, занимают в нем разные реализованные ниши. Таким образом, одному местообитанию соответствует множество реализованных ниш (Бигон и др., 1989).
Описание экологических ниш актиномицетов разных родов на основе функциональных параметров чистых культур
Спектр реакций на органические субстраты может быть рассмотрен в качестве многомерной интегральной характеристики метаболизма, отражающей в определенной мере экофизиологические особенности, а значит, и эконишу популяции, которую представляет тестируемая культура. Каждая ячейка планшета МСТ, содержащая данный субстрат, является своего рода местообитанием, а субстрат — фактором местообитания, поэтому спектр реакции на субстраты соответствует формальному определению экониши как многомерного пространства, заданного множеством факторов среды и потребностями данной популяции или ее реакциями на спектр факторов. В общей экологии спектр экологически значимых параметров объекта исследования (чаще всего - спектр пищевых ресурсов) сравнительно давно используется в качестве классического описания экологических ниш (Гиляров, 1978; Бигон и др., 1989). Подобный подход в микробной экологии только начинает широко применяться (Garland et al., 1994; Gorlenko et al., 1997).
В общей экологии определение спектров функциональных параметров популяции обычно связано с одним местообитанием, в котором исследуется реализованная популяционная экониша. Поэтому под популяцией понимают совокупность организмов, объединенных общностью местообитания или местообитаний одного типа. В экологии микроорганизмов при использовании множества параметров, объединенных друг с другом не местообитанием, а только объектом, которому они присущи, очевидно, в анализ включаются характеристики фундаментальной ниши. Так как разночтения в популяционной экологии бывают связаны с неясностью определения «популяция» в конкретных работах, сразу оговоримся, что в контексте анализа экониш по функциональным параметрам чистых культур применяется широкое определение популяции как совокупности организмов данной таксономической принадлежности. Однако и его следует считать условным, поскольку для модулярных организмов, к которым относятся и актиномицеты, определение «организма» оказывается нетривиальной задачей (Бигон и др., 1989).
Как известно, описание таксономических множеств и соответствующие ключи определителей организованы таким образом, что информация по спектрам реакций на субстраты, в частности, о росте на спектре субстратов в современных определителях привлекается в качестве дополнительной характеристики при дифференциальной диагностике таксономической принадлежности культур внутри рода. Настоящая работа представляет собой первый опыт применения унифицированного спектра субстратов с целью сравнительной оценки популяций спороактиномицетов разных родов в экологическом и таксономическом аспектах.
В результате мультисубстратного тестирования получен спектр реакций чистых культур на 7 органических субстратов для двух уровней концентрации (1% и 0,1%). При этом оказалось, что в данном случае наблюдается не столько спектр потребления или активации, сколько ингибирования метаболизма тест-субстратами (особенно в концентрации 1%). Для многих культур одними из наиболее высоких значений индекса метаболической активности (оптической плотности ячейки, обусловленной формазаном) были те, которые отмечены в контрольных ячейках, не содержавших субстратов.
Для устранения неспецифических различий между сравниваемыми культурами данные были нормированы. Нормировка состояла для каждой отдельно взятой культуры в вычитании значения индекса метаболической активности для контрольных ячеек из каждого из значений индекса для ячеек, содержавших индикаторные субстраты.
Для дифференциации культур в данном признаковом пространстве по их функциональным особенностям и оценки вкладов в нее отдельных признаков осуществлен дискриминантный анализ данных. Классификационным фактором при этом служила родовая принадлежность культуры. Предварительное разбиение объектов .на классы проводится перед анализом. При этом исходят не из объективной структуры данных, а из устанавливаемых исследователем априорных соображений, обозначаемых как «классификационный фактор». Результатом исследования являются значения дискриминантных функций, присущие каждому классу объектов - координаты центроидов каждого класса.
Описание экологических ниш актиномицетов в почвах методом поверхностей отклика
При анализе экониш актиномицетов существенный интерес представляет возможность оптимизации условий для их развития непосредственно в природном местообитании. Для решения оптимизационных задач широко применяются различные математические методы планирования эксперимента и анализа данных, основанные на построении поверхности отклика системы на определенное или неопределенное множество факторов. В настоящей работе в качестве параметра, отражающего состояние актиномицетного комплекса в почве, использована встречаемость мицелия актиномицетов на стеклах обрастания. Встречаемость мицелия представляет собой показатель численности и активности актиномицетов. Поэтому она может быть использована в качестве интегральной характеристики их реализованных экониш (Звягинцев, Зенова, 2001), в данном случае, экониши мицелия. При этом косвенно учитывается и все множество неучтенных факторов, отражающихся на состоянии системы.
Данное исследование связано с иным уровнем анализа характеристик ниш популяций. Во-первых, переход от абстрактных связей между параметрами культуры к описанию динамики популяции в конкретном местообитании является переходом от анализа параметров фундаментальной ниши к анализу реализованной ниши. Другой важный аспект - понижение таксономической детализации исследования.
Поверхности откликов, полученные в настоящей работе для мицелия актиномицетов в черноземе и дерново-подзолистой почве, в вертикальном сечении более или менее четко отражают известную колоколообразную зависимость параметров благополучия популяции от факторов среды - кривую толерантности (рис. 15, 16).
Методология поверхности отклика предполагает возможность оценки зависимостей встречаемости (обилия) мицелия не только от значения каждого из рассматриваемых факторов, но и определение эффектов, связанных с взаимодействием факторов. Уравнения поверхностей отклика (аналитическая структура моделей) (р=0,05) имеют следующий вид: а) для чернозема: N = -103,63 + 107,65 хитин + 7,58 влажность + 3,29 время -- 57,07 хитин2-1,40 (хитин влажность) + 1,90 (хитин время) - 0,14 влажность2 + 0,001 (влажность время) - 0,08 время2 б) для дерново-подзолистой почвы: N = -75,12 + 143,93 хитин + 3,23 влажность + 4,49 время - 56,63 хитин2 -3,17 (хитин влажность) + 0,91 (хитин время) - 0,04 влажность2 - 0,09 (влажность время) - 0,04 время2 где N - встречаемость мицелия на стеклах обрастания (%), а наименования факторов соответствуют их определенным значениям (уровень хитина и влажность - в процентах от массы почвы, время - в сутках). Значение коэффициента корреляции между экспериментальными и расчетными данными при этом составило 0,99(ТДБЛ .12,15).
При исследовании полученных моделей выявляются области абсолютного максимума встречаемости мицелия актиномицетов, соответствующие 30-36 суткам сукцессии, потенциалу почвенной влаги приблизительно от -5 до -3,7 МПа (что соответствует влажности 20-25% ) и концентрации хитина около 1,0% для чернозема (встречаемость 100%), и 34-40 суткам и позже, потенциалу почвенной влаги около -5 МПа и ниже (то есть влажности 16%о и менее) и концентрации хитина 0,85-1,0%) для дерново-подзолистой почвы (встречаемость 93 %).
Анализ диаграмм (карт) Парето, полученных на основе экспериментальных данных для построения поверхностей отклика, подтвердил достоверность влияния каждого фактора, из числа исследованных в настоящей работе, на встречаемость (обилие) мицелия актиномицетов. Эти карты характеризуют значимость влияния каждого из факторов, выраженную в условных оценочных единицах. При этом кроме значимости оценивается и достоверность действия фактора. Влияние фактора признается достоверным, если его значимость превышает некоторую критическую величину. На рисунках, изображающих карты Парето, эта величина (порог) обозначена вертикальной линией, пересекающей диаграммы (рис. 17, 18). Видно, что в черноземе наиболее значим уровень внесения хитина, тогда как в дерново-подзолистой почве -влажность, и лишь затем - уровень хитина.
Как в дерново-подзолистой почве, так и в черноземе, зависимость встречаемости мицелия от отдельных факторов (уровня внесения хитина, влажности и времени) описывается одновершинными кривыми, выявляющими области оптимумов значений этих факторов по отношению к мицелиальным прокариотам (рис. 19, 20).
Количественные оценки эффектов взаимодействия факторов (рис. 21, 22) основаны здесь на зависимостях, прежде установленных для отдельных факторов. Они позволяют проследить тренды зависимой переменной в диапазоне значений одного фактора на фоне действия второго фактора с минимальной или максимальной его интенсивностью. Для каждого из факторов в заданном диапазоне его значений соответствующими кривыми (рис. 21, 22) показана связь между ним и встречаемостью мицелия на фоне минимального (кривая, имеющая обозначения « - ») и максимального (кривая, обозначенная «+») значений другого фактора.
Исследование таксономической структуры комплекса актиномицетов чернозема
Существенный интерес представляет сравнительный анализ данных, полученных в оптимизационных экспериментах методами микроскопии и посева, особенно если в последнем случае определяется не только общее обилие, но и структурные характеристики (таксономический состав, соотношение спор и мицелия). Такой анализ проведен нами на примере чернозема для трех «кардинальных» (ключевых) участков поверхности отклика с минимальной (1,5%), «промежуточной» («средней») (44%) и «максимальной» (62%) встречаемостью мицелия на стеклах обрастания. Участку с минимальной встречаемостью соответствуют условия: без внесения хитина, влажность 40%, 5 сутки сукцессии, участку со средней встречаемостью - внесение 0,5%о хитина, влажность 20%о, 26 сутки сукцессии, участку с максимальной встречаемостью -внесение 1%о хитина, влажность 30%, 38 сутки сукцессии. Возможно, что определенная встречаемость мицелия означает определенное состояние актиномицетного комплекса, с присущими ему таксономическим составом, уровнями обилия отдельных популяций, каждая из которых при этом имеет соответствующую структуру «споры - мицелий», то есть активность in situ. Поэтому в дальнейшем каждый из характеризуемых вариантов состояния актиномицетного комплекса чернозема, выделеннных на основании определенной встречаемости мицелия на стеклах обрастания, мы будем называть «состояниями актиномицетного комплекса» с минимальной, средней и макксимальной встречаемостью мицелия соответственно.
Учет численности актиномицетов методом посева на среду с пропионатом натрия, проведенного без дополнительных обработок посевного материала, показал, что общее количество и таксономическое разнообразие актиномицетов положительно коррелируют с обилием мицелия на стеклах обрастания (табл. 14). При этом стрептомицеты составляют 77, 88 и 70% от общего количества, представители родов Micromonospora - 17, 7,6 и 15%, и Saccharopolyspora - 5, 2,6 и 5,1%о при минимальной, средней и максимальной встречаемости мицелия на стеклах обрастания соответственно. Только при максимальной встречаемости мицелия, в посевах обнаружены представители родов Saccharomonospora, Actinomadura, Nocardia, доля которых составила 1,9, 3 и 6,2 % соответственно. Только при «среднем» уровне встречаемости мицелия выделены представители рода Streptosporangium (6x105 КОЕ/г. почвы, или 1,5 %), и только при минимальном - представители рода Thermomonospora (0,001%).
Данные посевов после дополнительных обработок проб центрифугированием и прогреванием позволяют получить относительные, а не абсолютные оценки обилия, однако отражают особенности структуры актиномицетного комплекса в разных экологических условиях.
Общие закономерности, обнаруженные данными посевов после центрифугирования почвенных суспензий, аналогичны таковым для варианта посева без дополнительной обработки, однако обнаруживаемое при этом таксономическое разнообразие существенно меньше.
Анализ результатов посева после предварительного прогревания проб почвы показал, что Micromonospora является во всех случаях численно доминирующим родом, a Streptomyces оказывается на второй позиции; также резко уменьшается наблюдаемое таксономическое разнообразие.
Прогрев используется в качестве процедуры, облегчающей выделение редких родов, на протяжении ряда лет (Бабич, 1996; Маслова, 1999; Михайлова, 1999). Однако после прогрева чернозема в посевах всегда регистрировали на тех же средах роды, часто отсутствовавшие в настоящем исследовании -Actinomadura и Streptosporangium (Маслова, 1999; Михайлова, 1999; Зенова, 2000). Следовательно, полное отсутствие этих родов в большинстве случаев в посевах данного исследования может быть обусловлено не столько гибелью их спор при прогреве, сколько преобладанием в момент анализа вегетативных термолабильных форм in situ, или/и низким общим уровнем численности.
В этом исследовании популяция рода Streptosporangium в черноземе отмечена на ранней стадии сукцессии, развивающейся при высокой влажности. Такая же приуроченность (4 сутки сукцессии, высокая влажность) отмечена для популяций этого рода в торфяной почве Т.Л. Бабич (Бабич, 1996). С одной стороны, это свидетельствует о сходстве сукцессии в этих почвах, по крайней мере, для стрептоспорангиумов, а с другой стороны о том, что особенности экологии популяции данного рода оказываются более значимы, чем особенности динамики условий местообитания.
Предыдущими работами установлено, что лучшим этапом для выделения популяций рода Actinomadura из чернозема являются 7 сутки сукцессии, инициированной увлажнением и протекающей при влажности равной наименьшей влагоемкости, или 7 и 28 сутки сукцессии, протекающей при влажности равной влаге завядания (Зенова и др., 2001). В нашем исследовании представлено микробное сообщество, практически соответствующее первой рекомендации (ранний этап сукцессии и влажность близкая наименьшей влагоемкости). Однако популяции рода в Actinomadura в нашем исследовании выделены не были, что, видимо, связано с методическими различиями: в работе Г.М.Зеновой с соавторами в состав сред включен рубомицин. Как показано другими работами (Чормонова, 1978; Галатенко, 1983), есть основания предполагать стимулирующее действие антибиотиков на популяции рода Actinomadura. Поэтому следует с осторожностью интерпретировать в экологическом контексте, в частности, для установления экологического статуса популяций разных родов актиномицетов, данные посевов с применением элективных приемов.
Комбинация прогрева пробы почвы и последующего центрифугирования почвенной суспензии приводила к практически полному отсутствию микроорганизмов в посевах; иногда отмечались только единичные колонии микромоноспор.
Постоянное присутствие стрептомицетов на уровне доминантов наблюдается во всех состояниях актиномицетного комплекса, тогда как представители других родов выявляются в основном в области оптимума для развития вегетативной формы актиномицетов на поверхности отклика. При этом область оптимума поверхности отклика является как бы центром экологических ниш актиномицетов разных родов, где реализуется наибольшее таксономическое разнообразие. Действительно, актиномицеты в целом, как множество организмов, характеризуются определенным единством морфологии и физиологии, а значит, их можно рассматривать как целостность, с единством их «главной темы» в составе сложных сообществ. При этом оптимумы большинства таксономических форм актиномицетов могут совпадать, что и наблюдается в нашем исследовании. Стрептомицеты и представители рода Micromonospora при этом оказываются в целом эврибионтными, а представители других родов проявляют относительную стенобионтность, то есть границы их экониш лежат внутри ниши стрептомицетов. Положение экониш представителей родов, наиболее многочисленных или впервые зарегистрированных лишь в оптимальных условиях, представляется симметричным относительно «полюса оптимума» в гиперпространстве экологических факторов {Saccharopolyspora, Saccharomonospora, Actinomadura, Nocardid), тогда как другие {Streptosporangium, Thermomonospord) проявляют черты асимметрии. Возможно, что это отражается в характерной структуре множества позиций чистых культур разных родов в картине многомерного проецирования спектров их реакций на субстраты в тесте МСТ.