Введение к работе
Актуальность работы
Почвенная мезофауна - это разнородная группа беспозвоночных, населяющих надпочвенный сдой, подстилку и почву. Численность мезофауны достигает нескольких сотен особей, а биочасса - сотен грамм на кв. м. Представители мезофауны вовлекают ежегодно в трофический оборот значительную долю от запаса подстилки и почвы. По магаимадьиым сценкам только почвенные дождевые черви высокопродуктивных пастбищ за год пропускают через пищеварительный тракт до 25Z гумусового горизонта, при этом на поверхности почвы может сформироваться слой из копролитоз толщиной 3-4 ш (Lee, 1S85). Аналогичные яріше примеры трофической деятельности мезофауны существуют в литературе и для диплопод, кзопод, навозных червей, личинок насекомых (Стриганова, 1980; Андерсон, Инесон, 1987; Hartenstein, 1980 и другие).
Сапротрофные бактерии являются постоянными спутниками поч-
t венной мезофауны. Они населяют пищэвой субстрат, пищеварительный
тракт и экскременты животных. Известен ряд косвенных свидетельств того, что потребляя подстилку или почву, животные выедают одни бактерии, стимулируют рост других и предоставляют местообитание третьим (Parle, 1963; Griffiths, , 1985; Ineson, Anderson, 1985; Звягинцев и др., 1987). В этом состоит их так называемое прямое влияние на почвенное биотическое сообщество (Anderson, 1984). Количественные и таксономические аспекты этих эффектов до скх пор, однако, остаются не изученными, и прежде всего не из вестно: (1) в чем состоит влияние"почвенных беспозвоночных на сообщество бактерий в1 естественной среде их обитания (почвы, подстилки и т.п.); (2) существует ли специфическое сообщество бактерий, характерное для кишечника представителей почвенных беспозвоночных.
Научная новизна Впервые на качественном и количественном
- г -
уровнях показано, что влияние почвенной мезофауны на сообщество сапротрофных Ьактерий, населяющих среду обитания животных, состоит в избирательном стимулировании роста бактерий, проходящих пищеварительный тракт в составе пищи. Методами посева и люминесцентной микроскопии установлено увеличение численности бактерий в рез/льтате прохождения пищевого субстрата через кишечник диплопод и навозных дождевых червей в 2-60 раз, обусловленное размножением преимущественно -грамотрицательных аэробных бактерий рода Pseudoronas и бактерий актиномицетной линии рода Promi croironospora
Описаны два принципиально различных по таксономическому составу и структуре сообщества сапротрофных бактерий, функционирующих в кишечнике диплопод и навозных червей : пристеночное сообщество с абсолютным доминированием грамотрицательных факультативно-анаэробных бактерий, населяющих "внутреннюю поверхность эпителия и кутикулы кишечника-и полостное сообщество, представленное в основном, транзитными бактериями. Общая численность бактерий увеличивается от переднего отдела к заднему в среднем в 7 раз - в пристеночном сообществе и в 280 раз - в полостном сообществе. Кишечник представителей почвенной мезофауны является'специфическим местообитанием бактерий сем. Enterobactertaceaa и Yibrionaceae в почвенном ярусе.
Разработан метод селективного выделения и учета грамположи-тельных и грамотрицательных бактерий в органических субстратах и кишечнике почвенных беспозвоночных, основанный на эффекте устойчивости грамположительных бактерий к щелочам.
Практическая аяачшяхаь Научные достижения работы могут быть использованы в экологическом мониторинге загрязнения почв промышленными микроорганизмами, для оценки риска внедрения в почву микроорганизмов-стимуляторов роста растений, биологических пестицидов и др., в том числе штакдав с измененной генетической структу-
рой. Способность мезофауны стимулировать рост бактерий рода Pseudononas и одновременно перемещать значительную бактериальную биомассу в пространстве имеет потенциальную ценность с точки зрения обогащения почвы "полезными" псевдомонадами и их распределения по почвенному профилю» а также при оптимизации микробиологических свойств вермикомпостов.
Создана коллекция из 103 штаммов бактерий, изолированных из пищи, кишечника и экскрементов диплопод и назозных червей, имеющая потенциальное значение с точки зрения покска природных штаммов микроорганизмов для нудд биотехнологии.. Результаты работы могут найти применение в Международной программе по биоразноообра-зию.
Цель: дать качественную и количественную оценку влияния почвенной мезофауны ка численность, таксономический состав и структуру сообщества сапротрофнчх бэ.чтеркй^населявпщ пищевой субстрат, кнпэчник и экскременты животных с целью установления роли последних в почзенко-микробиологических процесеах.
Ссгалзщэ гадачк на примере подстилочных многоноезк-диплопод Pachiulus flavtpss и навозных дождевых червей Eisenia footlda' (1) определить естественную динамику численности разных представителей салротрофных бактерий б результате "эффекта прохождения через пищзварятельный тракт животного. " органических субстратов - подстилки и вермикомпоста; Х) определить влияние мезсфаукы на динамику численности анткбио-тякоустойчивых штаммов Pseudononas spp. и Promicromonospora cltrsa, интродуцированных в подстилку и вермикокпост; (3) определить таксономический состав и структуру сообщества салротрофных бактерий, населяющих пищеварительный тракт прзлста-., вителей почвенной мезофауны.
Апробэцйн ргСота Основные положения диссертации были доло-
- 4 -жзны на заседании Российского. общества почвоведой /РОП/,на IV Всесоюзной научной конференции "Микроорганизмы в. сельском хозяйстве" /Пушда),1932/ к на заседании кафедры биологии почв /1992/.
Публикации Материалы диссертации изложены в 5 работах. Объ
ем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора
литературы, описания материалов и методов исследования, результа
тов и их обсуждения, заключения и выводов, списка цитируемой ли
тературы. Работа содержит страниц текста, иллюстрирована
рисунками и' : таблицами. Список литературы, вклзсчает
наименований, из них зарубежных авторов..
Азтор зырахает глубокую признательность д. б. н. профессору Звягинцеву Д. Г., д. б. н. Паникову НС, к. б. н. Вызову Б. А., доценту к. б. н. Зеновой Г. U., к. б. н. Марфениной 0. Е., к. б. н. Бурлуцкой Г. Р., дипломнице Сомовой Н. Г., аспиранту Киликовскому Е R
ОБЪЕКТЫ И ШТ0ДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектам» исследования служили следующие представители мезо-фауны:
почвенные многоножки-кивсяки Pachlulus flavipes С. L Koch (Diplopoda), собранных в подстилке широколиственного леса на склонах гор а в саду под камнями в г. Гурзуф. Южный берег Крыма в мае-октябре 1990-1991 гг. Кивсяков содержали на естественном опаде с-влажностью (25Z) в эксикаторах при комнатной температуре, в эксперимента: животных кормили естественным или модельными субстратами.
культурные популяции навозных червей Eisenia foetida Savigny.CLunDricidae^ 01lgochaeta), отобранных из вермикомпоста на отходах животноводства и шампиньонного производства Подольского эксперимеятаиного теплично-овощного комбината, г. Подольск. Червей содержала на естественном субстрате, который использовали и в
- 5 -экспериментах по кормлению.
Исследовали естественные сообщества сапротрофных бактерий подстилки и вермикомпоста, естественные сообщества сапротрофных бактерий кишечника кивсяков и червей, интродуцируемые стрептомицин- и рифампицин-устойчивые штаммы бактерий Pseudoimnas spp. и Promicronvnospora citrea.
В экспериментах использовали: подстилку широколиственного леса (дуб, бук, грабинник; 25Z влажности), вермикомпосты разной степени зрелости, приготовленные из отработанного шампиньонного грунта в смеси с коровьим навозом в соотношении 8:2, коровий навоз, кристаллическую целлюлозу. Изучали лабораторные микрокосмы.
Основными методами исследования были-.
посев пищевого субстрата, содержимого кишечника, кишечных тканей, перитрофической мембраны, экскрементов животных на специально подобранную органическую среду (Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991; Byzov et al., 1993, in press); селективное выделение и учет грамотрицательных и грамположительных бактерий с помощью метода предварительной обработки посевного материала щелочью (Третьякова и др. ,1992, в печати); проводили родовую, а в в некоторых случаях видовую идентификацию изолятов бактерий (Bergey's manual of determinative bacteriology 8th, 1974; The Procaryotes: A handbook of habitats isolation and identification of Bacteria, Berlin).
получение спонтанных стрептомициноустойчивых штаммов бактерий Pseudononas spp. и Promtcrononospora citrea, изолированных из
кишечника животных, интродукция их в органические субстраты и выделение на среду со стрептомицином;
СЕетовая и люминесцентная микроскопия;
статистическая обработка результатов - расчет стандартного отклонения: п = 5, Р < 0.01 (для метода посева); п = 66, Р < 0.05 (для люминесцентного метода).
-6.-