CC BY
87
УДК 631.466.1
ГРИБЫ РОДА ASPERGILLUS В ОСНОВНЫХ ТИПАХ ПОЧВ БАШКОРТОСТАНА
© Н. Ф. Галимзянова1*, Н. А. Киреева2, М. Д. Бакаева1,
А. С. Григориади2, Г. Ф. Рафикова1
1 Институт биологии Уфимского научного центра РАН Россия, Республика Башкортостан, 450054 г. Уфа, пр. Октября, 69.
2Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
*Email: [email protected]
В статье представлены результаты многолетнего изучения видового состава микроскопических грибов рода Aspergillus в черноземах и серых лесных почвах республики Башкортостан. В исследованных почвах обнаружено 18 видов аспергиллов. Типичные виды представлены A. niger и A. wentii, другие аспергиллы являются редкими. Показано, что введение почвы в сельскохозяйственное использование уменьшает количество видов аспергиллов, загрязнение нефтью, напротив — увеличивает, за счет видов проявляющих фитотоксичность. Интродукция в почву микро-мицетов рода Trichoderma или бактерий — анатагонистов Pseudomonas aureofaciens приводит к снижению встречаемости и обилия отдельных представителей рода Aspergillus.
Ключевые слова: Aspergillus, чернозем, серая лесная почва.
Представители рода Aspergillus (Fungi, Ascomy-cota, Pezizomycotina, Eurotiomycetes, Eurotiomyceti-dae, Eurotiales, Trichocomaceae) являются типичными обитателями почв по всей территории Земли. Большая часть видов аспергиллов приурочена к субтропическим и тропическим областям, однако, и в почвах умеренных широт представители этого рода могут составлять от 5 до 20% от общего числа видов микроскопических грибов [1, 2]. Последние десятилетия характеризуются возрастанием интереса к этой группе микромицетов, что обусловлено способностью многих видов аспергиллов наносить серьезный ущерб продуктам питания за счет образования широкого спектра токсических веществ, повреждать различные конструкционные материалы. Кроме того, аспергиллы являются возбудителями инфекционных заболеваний человека [3—5].
Целью настоящей работы является обобщение данных по видовому составу и встречаемости микроскопических грибов рода Aspergillus в основных типах почв Башкортостана.
Материалы и методы
В течение 25 лет были проанализированы более 700 образцов почв различных типов, в том числе находящихся в сельскохозяйственном использовании и занятых нефтедобывающими предприятиями. Полевые опыты проводили в Уфимском, Кар-маскалинском, Хайбуллинском районах республики Башкортостан. Кроме того, в работе приведены данные, полученные в лабораторных экспериментах по изучению влияния загрязнения нефтью и нефтепродуктами на комплексы микроскопических грибов различных типов почв. Выделение микро-мицетов проводили общепринятыми методами. Для оценки значительности видов использовали показатели пространственной и временной встречаемости, а также относительное обилие вида [2] Иден-
тификацию видов осуществляли на основании культурально-морфологических признаков. Названия видов даны в соответствии с современной номенклатурой (www.indexfungorum.org).
Результаты и обсуждение
Из различных типов почв Башкортостана было выделено 18 видов аспергиллов (табл. 1, 2). Типичными представителями микобиоты черноземов были виды A. ustus, A. niger,, A. wentii, причем последние могли занимать доминирующее положение в комплексах [6—9] Аналогичные данные были получены при изучении видового состава микромицетов выщелоченного чернозема Центральной черноземной зоны [10]. Отдельные виды аспергиллов были приурочены к конкретным подтипам чернозема. Виды A. oryzae и A. restrictus выделялись только из выщелоченного чернозема, A. kanaga-waensis и A. flavipes - из типичного, а A. versicolor -из южного (табл. 1).
Состав аспергиллов серых лесных почв характеризовался наличием ряда видов, не встречавшихся в черноземах - A. flavus, A. nidulans, A.sydowii (табл. 2).
Антропогенное воздействие на почву приводило к изменениям в видовом составе аспергиллов. Введение почвы в сельскохозяйственный оборот снижало количество выделяемых видов, что видно на примере чернозема южного (табл. 1).
Совершенствование систем земледелия в настоящее время связано с уменьшением механического воздействия на почву за счет внедрения технологий нулевой обработки, способствующих не только сохранению механической структуры почвы, но и пожнивных остатков, которые служат источником пополнения органического вещества почвы. Одним из перспективных способов ускорения гумификации растительных остатков является применение микроорганизмов-целлюлозолитиков,
Таблица 1
Встречаемость микромицетов рода Aspergillus в почвах Башкортостана (пространственная/временная встречаемость, от_носительное обилие, %)_
Вццы Полевые исследования
Предуралье Зауралье
Чернозем выщелоченный Чернозем типичный Чернозем южный глу-бокосолончаковато— солонцеватый
Агроценоз Tricho derma sp.15 Нефть, 5% Агроценоз НСВ Целина Агроценоз
Aspergillus flavipes (Bainier & R. Sartory) Thom & Church
A. fumigatus Fresen -A. fumigatus var. albus J. N. Rai, J. P. Tewari & S. C. Agarwal
A. kanagawaensis Nehira —
A. niger Tiegh 20/60
A. ochraceus G. Wilh 4.1a/33
A. oryzae (Ahlb.) Cohn 27/100
A. restrictus G. Sm. 9/50
A. ustus (Bainier) Thom & Church 90/60
A. versicolor (Vuill.) Tirab. —
A. wentii Wehmer 20/30
Всего видов 6 « - » - вид не обнаружен, a - относительное обилие.
0.2a/33
0.1 a /33
4.2 a /33 3
63/100
37/100
26/50 28/100 66/100
8/50 6
7/66
8/30 32/60
14/30
72/60 5
3/25
20/75
38/75 3
13/50 25/50
10/25
13/50 28/50 5
25/100
20/25
10/75 3
таких как грибы рода Trichoderma. Триходермы обладают не только мощным ферментативным аппаратом, но и способны продуцировать различные антибиотические вещества, что обусловило их достаточно широкое использование для защиты растений от фитопатогенных микромицетов [11]. Однако интродукция в почву таких мощных биологических агентов может повлиять на видовой состав
микромицетов. В полевом опыте показано, что внесение в почву соломы совместно с Trichoderma sp. способствует сокращению обилия А. niger и А. оскгасеш, но не приводит к значимым изменениям комплекса микроскопических грибов [12].
Нефтедобыча и нефтепереработка являются важными отраслями промышленности Башкортостана. Технологические процессы, связанные с
Таблица 2
Видовой состав микроскопических грибов рода Aspergillus в почвах при загрязнении нефтью _и биоремедиации (пространственная/временная встречаемость, %)_
Тип почвы Лабораторные эксперименты
Серая лесная почва Темно-серая лесная почва Выщелоченный чернозем Чернозем типичный
Вццы Кь Нс, 10% Н, 4% + «Елена» К Н, 15% К Н, 16% К НСВ
Aspergillus flavus Link
A.fumigatus Fresen
Afumigatus var. albus J.N. Rai, J.P. Tewari & S.C. Agarwal A.granulosus Raper & Thom A. nidulans (Eidam) G. Winter A.niger Tiegh. A.repens (Corda) Sacc A.sydowii (Bainier & Sartory) Thom & Church A. terreus Thom A.ustus (Bainier) Thom & Church
A. versicolor (Vuill.) Tirab A. wentii Wehmer Всего видов
28/24 45/50
33/50 15/50
0.4/0.8
5
45/41 70/100
55/75 55/75
65/100 33/75
10/75
43/75
1/3
9
17/50
8/50
33/32 36/38
26/32
34/30 42/44 53/48
27/30
63/60
90/10 0
20/50 30/20
30/80
34/80
84/100
75/100 30/80
14/40
43/80
7/66
7/33
— 17/33 27/100 23/100 2 3
b - контроль - незагрязненная почва, c - загрязнение нефтью.
2
3
5
5
5
этими отраслями не исключают возможности возникновения аварийных ситуаций, при которых в окружающую среду, в первую очередь в почву, попадают нефть и нефтепродукты. При загрязнении нефтью почвы увеличивалось количество выделяемых видов рода Aspergillus, что было показано как в полевых, так и лабораторных опытах [13, 14]. Следует отметить, что в серых почвах эта особенность была выражена более отчетливо, чем в черноземах (табл. 1, 2). Увеличение разнообразия ас-пергиллов при загрязнении нефтью может быть связано с появлением устойчивых к углеводородам видов, которые, как правило, проявляют фитоток-сические свойства, что и было показано для аспер-гиллов, выделенных из нефтезагрязненных серых почв [15].
Одним из опасных загрязнителей, сопутствующих нефтедобыче являются нефтепромысловые сточные воды (НСВ). НСВ представляют собой высокоминерализованные воды, содержащие различные, в том числе и высокотоксичные, вещества, что делает их поллютантом, обладающим высокой геохимической активностью [16]. В полевых исследованиях показано, что загрязнение почвы НСВ приводило к сокращению видов рода Aspergillus в черноземе типичном за счет исчезновения чувствительных видов - A. kanagawaensis, A. ustus (табл. 1), в лабораторном эксперименте в варианте с загрязнением НСВ был обнаружен A. versicolor, выделявшийся лишь из чернозема южного (табл. 2).
Современным способом очистки почв от нефтяных загрязнений является биоремедиация, основанная на использовании биопрепаратов, состоящих из активных углеводородокисляющих бактерий. Одним из перспективных направлений развития технологий биорекультивации почв может рассматриваться полифункциональное биодополнение. При использовании этого подхода в очищаемый субстрат вносят не только микроорганизмы, разрушающие загрязнитель, но и микроорганизмы, способствующие восстановлению основных функций нарушенного микробиоценоза [17] Интродукция в загрязненную почву организмов, не свойственных биотопу, может изменять состав и структуру комплекса микроскопических грибов. Так, применение биопрепарата «Елена», на основе антагониста фитопатогенных грибов Pseudomonas aure-ofaciens, для коррекции микробоценоза нефтеза-грязненных почв приводило к уменьшению встречаемости A.fumigatus и A. niger (табл. 2) [18, 19].
Таким образом, род Aspergillus в изученных почвах Башкортостана представлен 18 видами, большинство из которых являются редкими. Типичным видом для черноземов служит A. wentii, а для серых лесных почв — A. niger. Антропогенные факторы способны оказывать влияние на обилие, разнообразие и встречаемость аспергиллов, что
следует учитывать в процессе мониторинга потенциально опасных почвенных микромицетов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Klich A. M. Biogeography of Aspergillus species in soil and litter // Mycologia. Vol. 94. No. 1. 2002. Pp. 21-27.
2. Мирчинк Т. Г. Почвенная микология.М.: Изд-во МГУ. 1988. 220 с.
3. Wilson D. M, Mubatanhema W., Jurjevic Z. Biology and ecology of mycotoxigenic Aspergillus species as related to economic and health concerns // Advances in Experimental Medicine and Biology. 2002. Vol. 504. Pp. 3-17.
4. Саттон Д., Фотергилл А., Ринальди М. Определитель патогенных и условно патогенных грибов. М.: Мир, 2001. 486 с.
5. Mc Cormick A., Loeffler J., Ebel F. Aspergillus fumigatus: contours of an opportunistic human pathogen // Cell. Microbiology. 2010. Vol. 12. No. 11. P. 1535-1543.
6. Галимзянова Н. Ф., Андресон Р. К. Регулирование видового состава и содержания мицелия почвенных микромице-тов с помощью агротехнических приемов как аспект почвенной биотехнологии // Актуальные вопросы биотехнологии. Уфа. 1990. С. 14-21.
7. Галимзянова Н. Ф., Андресон Р. К. Комплексы микро-мицетов выщелоченного чернозема в агроценозе // Почвоведение. 1992. №7. С. 134-138.
8. Галимзянова Н. Ф., Бойко Т. Ф. Микромицеты чернозема южного при использовании нетрадиционных видов органических удобрений // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. T. 13. №5(3). C. 30-32.
9. Киреева Н. А., Галимзянова Н. Ф., Влияние загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами на численность и видовой состав микромицетов // Почвоведение.1995. №2. С. 211-216.
10. Свистова И. Д. Микромицеты чернозема - продуценты целлюлолитических ферментов. Воронеж: Изд-во гос. унта. 2003. 152 с.
11. Harman G. E. Overview of Mechanisms and Uses of Tricho-derma spp // Phytopathology.2006. Vol. 96. No. 2. Pp. 191194.
12. Галимзянова Н. Ф., Бойко Т. Ф. Оценка влияния интродукции грибов рода Trichoderma на комплекс микромице-тов при традиционной и нулевой обработке почвы // Известия Самарского научного центра РАН. 2013. T. 15. №3(4). C.1246-1249.
13. Киреева Н. А., Бакаева М. Д., Галимзянова Н. Ф. Влияние возрастающих концентраций нефти на микромицеты в выщелоченном черноземе // Микология и фитопатология. 2003. T. 3. Вып. 2. C. 53-59.
14. Киреева Н. А., Бакаева М. Д., Галимзянова Н. Ф. Влияние загрязнения почвы нефтью на структуру комплекса мик-ромицетов в прикорневой зоне люцерны // Микология и фитопатология. 2005. T. 39. Вып.2. C. 49-55.
15. Киреева Н. А., Галимзянова Н. Ф., Мифтахова А. М. Микро-мицеты почв, загрязненных нефтью, и их фитотоксичность // Микология и фитопатология. 2000. Т. 34. №1. С. 36-41.
16. Габбасова И. М. Деградация и рекультивация почв Башкортостана. Уфа: Гилем, 2004. 284 c.
17. Логинов О. Н., Силищев Н. Н., Бойко Т. Ф., Галимзянова Н. Ф. Биорекультивация:микробиологические технологии очистки нефтезагрязненных почв и техногенных отходов. М.: Наука, 2009. 112 с.
18. Киреева Н. А., Бакаева М. Д., Галимзянова Н. Ф. Изменение видового разнообразия микромицетов нефтезагряз-ненных почв при биоремедиации // Микология и фитопатология. 2006. Т. 40. Вып. 1. C. 47-52.
19. Киреева Н. А., Рафикова Г. Ф., Галимзянова Н. Ф., Логинов О. Н., Григориади А. С., Якупова А. Б. Влияние биофунгицида Елена на комплексы микромицетов нефтеза-грязненных почв различных типов при биоремедиации // Микология и фитопатология. 2010. Т. 44. Вып. 1. С. 53-62.
Поступила в редакцию 05.12.2014 г.
FUNGI OF THE GENUS ASPERGILLUS IN THE MAIN TYPES OF BASHKORTOSTAN SOILS
© N. F. Galimzyanova1*, N. A. Kireevap, M. D. Bakaeva1,
A. S .Grigoriadi 2, G. F. Rafikova1
1 Institute of Biology, Ufa Science Center, Russian Academy of Sciences 69 Octyabrya Ave., 450054 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
2Bashkir State University 32 Zaki Validi St., 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
*Email: [email protected]
The research objective is synthesis of data about specific structure and frequency of microscopic fungi of the genus Aspergillus in the main types of Bashkortostan soils. More than 700 samples of chernozems and gray forest soils were analyzed within 25 years. The species cultivated on nutrient media were selected. Spatial and temporary frequency as well as relative species abundance were used as indicators of species relevancy. Species identification was carried out using cultural and morphological features. Eighteen species from genus Aspergillus were revealed in tested soils. A. ustus, A. niger, A. wentii were characteristic species of a chernozems' mikobiota. The species of A. oryzae and A. restrictus were isolated only from the leached chernozems; A. kanagawaensis and A. flavipes species - from typical one, and A. versicolor species - from southern one. Some species, which weren't found in chernozems (A. flavus, A. nidulans, A. sydowii) were characteristic in gray forest soils. Soil cultivation reduced quantity of isolated Aspergillus species. Study contains data characterized influence of various pollutants on species structure of Aspergillus. It was shown that the quantity of the allocated species of the genus Aspergillus increased after oil pollution. Contamination of the soil by highly mineralized oil-field sewage led to reduction of species number of this genus. The influence of some biopreparations exploited in agriculture as well in bioremediation of oil-contaminated soils on Aspergillus species composition is considered in the article. It was shown that soil inoculation with bacteria antagonistic to plant pathogenic fungi (Pseudomonas aureofaciens) as well as with fungi of the genus Trichoderma leads to reduction of frequency and abundance of some typical Aspergillus species.
Keywords: Aspergillus, black soil, gray forest soil.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.
REFERENCES
1. Klich A. M. Mycologia. Vol. 94. No. 1. 2002. Pp. 21-27.
2. Mirchink T. G Pochvennaya mikologiya [Soil mycology]. M.: Izd-vo MGU. 1988.
3. Wilson D. M, Mubatanhema W., Jurjevic Z. Advances in Experimental Medicine and Biology. 2002. Vol. 504. Pp. 3-17.
4. Satton D., Fotergill A., Rinal'di M. Opredelitel' patogennykh i uslovno patogennykh gribov [Identification guide of pathogenic and conditionally pathogenic fungi]. Moscow: Mir, 2001.
5. Mc Cormick A., Loeffler J., Ebel F. Cell. Microbiology. 2010. Vol. 12. No. 11. Pp. 1535-1543.
6. Galimzyanova N. F., Andreson R. K. Aktual'nye voprosy biotekhnologii. Ufa. 1990. Pp. 14-21.
7. Galimzyanova N. F., Andreson R. K. Pochvovedenie. 1992. No. 7. Pp. 134-138.
8. Galimzyanova N. F., Boiko T. F. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN. 2011. Vol. 13. No. 5(3). Pp. 30-32.
9. Kireeva N. A., Galimzyanova N. F. Pochvovedenie.1995. No. 2. Pp. 211-216.
10. Svistova I. D. Mikromitsety chernozema - produtsenty tsellyuloliticheskikh fermentov [Humus micromycetes - producers of celluloly-tic enzymes]. Voronezh: Izd-vo gos. un-ta. 2003.
11. Harman G E. Phytopathology.2006. Vol. 96. No. 2. Pp. 191-194.
12. Galimzyanova N. F., Boiko T. F. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN. 2013. Vol. 15. No. 3(4). Pp. 1246-1249.
13. Kireeva N. A., Bakaeva M. D., Galimzyanova N. F. Mikologiya i fitopatologiya. 2003. Vol. 3. No. 2. Pp. 53-59.
14. Kireeva N. A., Bakaeva M. D., Galimzyanova N. F. Mikologiya i fitopatologiya. 2005. Vol. 39. No. 2. Pp. 49-55.
15. Kireeva N. A., Galimzyanova N. F., Miftakhova A. M. Mikologiya i fitopatologiya. 2000. Vol. 34. No. 1. Pp. 36-41.
16. Gabbasova I. M. Degradatsiya i rekul'tivatsiya pochv Bashkortostana [Degradation and rehabilitation of soils of Bashkortostan]. Ufa: Gilem, 2004. 284 c.
17. Loginov O. N., Silishchev N. N., Boiko T. F., Galimzyanova N. F. Biorekul'tivatsiya:mikrobiologicheske tekhnologii ochistki neftezag-ryaznennykh pochv i tekhnogennykh otkhodov [Biorehabilitation: technology of microbiological purification of oil-contaminated soils and industrial wastes]. Moscow: Nauka, 2009.
18. Kireeva N. A., Bakaeva M. D., Galimzyanova N. F. Mikologiya i fitopatologiya. 2006. Vol. 40. No. 1. Pp. 47-52.
19. Kireeva N. A., Rafikova G F., Galimzyanova N. F., Loginov O. N., Grigoriadi A. S., Yakupova A. B. Mikologiya i fitopatologiya. 2010. Vol. 44. No. 1. Pp. 53-62.
Received 05.12.2014.
