Введение к работе
Актуальность проблемы. Для лредотвраценяя неблагоприятно! экологической ситуации веобходяин исследования как во оценке последствий антропогенного воздействия в экосистемах, гак л по целенаправленному изменению их функционирования в желаемой направлении. В ваотон-мее время все более осознается необходимость изучения закономерностей, действующих з микробных системах, в, в частности , в комплексе почвенных микрооргавнзмйв( Заварена, 1974, 1976). Ренение этого вопроса невовможно без характеристики посдеядиатехьвосгл ообыгиЯ в сукцессии микроорганизмов. Почву населяют маяв ра*аообранные микроорганизмы, я определение расписания развития каждой популяции весьма важно. Для изученных микроорганизмов южно воспользоваться перечнем признаков, используемых в таксономических описаниях разлого ранга. Однако, в атом случае невозможно будет составить хотя бы поверхностное представление о микроорганизмах, не полученных в чистых культурах. По этой л другим причинам весьма актуальной была бы оценка возможности введення количественных показателей, отража-«вдх в лаконичной Форме ключевую информации о состоянии всей микробной системы, а конечном счете также показателя необходимы для индикации и прогноза событий в связи с конкретным воздействием. При положительном решения этой проблемы появляется возможность выяснения места конкретных популяций * микробных системах путем выявлении, наиболее и наименее благоприятных для их развития этапов в цели сукцеееионных превращений.
цель работы. Целью работы являлось выяснение принципиальных особенностей суяцесевл почвенных микроорганизмов аа очет введения ряда количественных критериев. При этом предполагалось выяви» этапы наиболее и наименее благоприятные для развития конкретных лолудн-ЦИЯ на примере RMzobium leguminosarum в Arthrobaoter crystallo-poietee.
Основные задачи исследования. I, Изучение динамики различных групп микроорганизмов н некоторых показателей их активности в образцах типичного чернозема, после внесения в него целлюлозы, глюкозы я простого увлажнения. 2. Изучение динамики численности популяций
Kh.legumlnosaTUH! И A.criTStallopoletes при ВВЄСЄВЯМ В ЧврНОЭСМ
на разных стадиях сукцессия комплекса почвенных микроорганизмов, инициированных внесением глюкозы, целлюлозы н простым увлажнением. 5. Проведение количественного популяционного анализа для клубеньковых бактерии на основании морфологических особенностей клеток для установления скорое?* ш рамнотоквя в почве. 4. Исследование мета-
биотических связан между популяциями клубеньковых бактерії ж арт-робажтера о почвенными микроорганизмами хах одного кж возможных механизмов регуляции численності исследуемых популяций в естественной почве.
Натчяая вовнвва. Впервые предложены иягвграхыые количественные критерии .характеризующие стали микробных сукцессии в почве. На основанії втих критериев ж анализа джвамххж отдельных группировок
У0Ї8Н0ВЖ6Н1І ОСВОВНЫО ТЄВДЄНЦ1* раЗВПЖЯ СуХЦееСХЯ В МИХрОбКОЙ 010-
теме к составлено жх подробное расписание. Сопоставление кривых динамики клубеньковых бактерий ж артробактера с особенностями сукцессии боями групи микроорганизмов позволило уставов»» этапы гибели ж реввжтия этжх популяцжй а почве ва фоке сукцессионвых изменений я сделать вывод о принадлежности ях х микроорганизмам о различной экологической стратегией. Впервые в количественном попудяцховвож авахязе клубеньковых бактерій применены морфологические критерии для оценки наблюдаемой удельной схороотж роста и процессов гибелі непосредственно в почве. Показано, что метабіоз с почвенным» микроорганизмами играет положительную роль в регуляция численності как клубеньковых бактерій, так я артробахтера в ео-тествеявях мееюобхтаякях.
Птяктмчесхам томность. Разработанные критерии могут применяться при ражевжж вопросов, ежжзаалыг в прогнозированием сукцессии в естественных местообитаниях и индикацией различных воздействий. Показана возможность целенаправленного создания в почве условий, ваябохее ж наименее благоприятных для конкретной популяции, что позволяет осуществил переход к организации контроля за примеве-нием бактериальных удобрений идя удалением нежелательных микроорганизмов из почвы. Полученные результаты используются в курве "Экология почвенных микроорганизмов* ва кафедре биологии почв факультета Почвоведения МГУ.
Апробация работы. Основные положения диссертации были долохевы ва XI симпозиуме "Биодинамика почв" і Таллин, 1979), яа конференции "Научные основы производства ж пряиежевжя нитрагина" (Москва, 1981), а также ва заседании кафедры биология почв факультета Почвоведения ИГУ ҐІ98І).
Публикации. По теме диссертации опублнковаино 5 работ, получено положительное реяеняе о выдаче авторского свидетельства.
Объем работы. Диссертация состоит га введения, 8 глав, обсуждения
результатов, выводов. Материалы диссертанта изложены ва /Sir страницах машинописного текста, содержится ЗД рисунков, 8] таблиц, список литературы нз<Й названий (из них /St- зарубежные).
В работе исследовалась образцы дернового горизонта (Аа -О-Юсн) типичного чернозема, мощного, среднееуглинмвтого, ва
покровном суглинке (Воронежская обл., пос. Хреновое). Для опытов отбирали средние пробы почвы, удаляли корни к просеивали через сито с отверстиями в I мм.
Сукцессию якцинроваля раздельный внесением глюкозы или целлюлозы (1% от веса почвы) с одновременным увлажнением до 29 % от сухого веса почвы. Контролем служила почва без дополнительного внесении источников углерода. Почву инкубировали при температуре 17-20 . Через определенные промежутки временя проводили отбор образцов, в качестве приема предварительной обработки почв для микробиологических анализов использовали ультраввуковое диспергирование на низкочастотном диспергаторе типа УЗДН - I (в отдельных случаях применялась пропеллерная мешалка типа РГ-2).
Для учета различных трофических групп собственно почвенных бактерия использовались разные среда и условии культивирования. Бактерии, потребляющие легкодоступные вещества, определяли на среде МПА, разведенной в 10 раз. Спорообразующие бактерия учитывали после прогревания почвенной суспензии при вО в течение 10 минут. Целлюлозораздагаюкие аэробные бактерии определяли на среде Штапца и Бортельсагс целлюлозой (Имиенецкий, 1953). Анаэробные целлюлозо-лхтяческне бактерии учитывали на той же среде при инкубации посевов в анаарестате в течение двух недель. Динамику сульфатредукто-рон изучали на среде Виноградсхого (Вявоградский, 1952), где единственным источником углерода служила целлюлоза. Целлюлозу для всех сред готовили из размельченной фильтровальной бумаги.
Динамику отдельных групп грибов изучали методом посева на среды Чапека с 3 % сахарозы л Штаппа я Бортельса (А) с целлюлозой. На тех же питательных средах определяли изменение средней радиальной скорости роста колоний почвенных грибов (К ). Дня этого измеряли диаметры всех выросших иа чашках колоний, затем измерения повторяли через определенный промежуток времени. Для вычисления К грибов Mortierella гаиаяпіапа И Mucor circinelloides использовали среду Трннчн 0 ГЛЮКОЗОЙ (Piday.Trlnci , 1975).
*
Общее количество бактерий в почве определяли с помощь» метода люминесцентной микроскопии (Кожевян, 1976). Посла подсчета бактерий, на rex ке препаратах учитывали длину мицелия и количество обрывков грибных гиф (с помощью фазово-коатрастноа микроскопии при общем увеличении 350i).
Динамика количества летучих жирных хяслм определялась методом отгонки о последующим титрованием аеаочьв (*рйдон-Багреев с соавт., 1933).
В качестве объектов изучения были избраны популяции клубеньковых бактерий Bhlsoblun вагшп штамм ZZ. (Латвийская сель-скохоаяйстиеввая академия) и Artkrobacter crystallopoietes штамм BKtf-655. В отдельных случаях исследовали популяции кыжо-Ыш leguminosarum штамм 115 В кШвоМии trlfolil птаммы 0403 и Т-37.
ПОПУЛЯЦИИ Rb.leguniaoearuia (ЗК) и A.crystallopoietefl ВНОСИЛИ раздельно в чернозем на различных начальных уровнях численности. В другой сере опытов по выяснению благоприятных и неблагоприятных для их развития этапов сукцессии, указанные популяции вяосии в почву ва едином высоком уровне (ДО9 клеток/ г почвы). Популяция вносили ва 0, 2, 7, 16, 25 сутки всех трех вариантов сук-цессий (полимер, иоаомер, контроль) и учитывали посевом в использованием метода гваетилеежой маркировки при концентрации стрептомицина 1000 мкг/мш (Каасен, 1974). Учет проводили ва среде ШІ4 для артробактера я яа бобовом агаре для клубеньковых бактерий.
Для микроскопического изучения динамики популяции клубеньковых бактерий в естественное среде обитания использовали метод нииуиолвмивесценцик (Кожевии, Звягинцев, 1973). В ходе гяпершму-иизации кроликов были получены высокоспецифические аВтисыворотки, агглютияацяоняый титр которых был не вяже 1/1000, Аятикролячий гамма-глобулин, меченный яэотноциаватом флуоресцеїне,и бычий альбумин, меченный родамином, получали в Институте эпидемиологии к микробиологии км. Н.Ф.Гамалеи,
Метод иммунолюминесценции позволил определить динамику обще
го количества клубеньковых бактерий в черноземе, а также наблю
дать различные морфологические формы клубеньковых бактерий и кор
реляцию между виня и скоростями роста для вь.і*шкііюмлш ж ah.
tTifolii л чистой культуре и в почве. Для определения не-
жизнеспособных'* клеток в популяции клубеньковых бактерия применялась налидиксовая кислота (Kogure , 1979). метод основан на
ее способности ингибировать деление клеток, не влияя на их poor. Поэтому, клетки, способные к рост;, удлинялись в 2-3 рааа после б-часового инкубирования о наяндикоовой кислотой. Комбинация этого метода с нмыуяолюмннеоцентной микроскопией позволяла дифференцировать "нехиавеслосооные клетки непосредственно в почве.
Изучение иетабиотическкх взаимоотношений клубеньковых бактерии і артробактерз с комплексом целлюлозораздвгаюних бактерий проводилось в жидкой среде Штаппа и Бортельса (А) с целлюлозой. Комплекс целлюлозоиитичесхнх бактерій выделяли из зон разложения целлюлозы, которые образуются на той хе агаряэованаой ореде при посеве из почвенной суспензии, видовое определение бактерий яе проводилось, so количество ях для-внесений в опытные колбы вычислялось с помощью метода прямой микроскопии. Динамик; популяций в этом случае изучали с помощью метода пооева.
Результаты исследований обрабатывали статистически (Аямария с соавт., 1975; Доспехов, 1979).