CC BY
20
УДК 631.411.6
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ В МУРАВЕЙНИКАХ ЗАЛЕЖНЫХ ЗЕМЕЛЬ (РЯЗАНСКАЯ ОБЛАСТЬ)
А.А. Котова, М.В. Голиченков, М.М. Умаров, Т.С. Путятина, Г.М. Зенова, Т.Г. Добровольская
Исследован бактериальный комплекс, ассоциированный с некоторыми видами почво-обитающих муравьев и их муравейниками средней полосы России. Бактериальный комплекс муравьев более разнообразен по сравнению с муравейниками и контрольной почвой. В последней преобладали бактерии р. Bacillus (более 80%); в муравейнике Formica доминировали представители группы Flavobacterium—Bacteroides—Cytophaga, кроме них в муравейниках Formica и Lasius достаточно широко представлены актиномицеты. В муравьях L.flavus обнаружено много стафилококков (20%), но основными доминантами бактериального сообщества являются бактерии р. Streptomyces (68,5%). Для муравьев р. Tetramorium характерно отсутствие выраженных доминантов и наличие большого количества бактерий р. Bacteroides (28%). В бактериальных комплексах всех видов муравьев, кроме F. cunicularia, присутствуют актиноми-цеты р. Streptomyces.
Ключевые слова: микробиологическая активность, муравейники, муравьи, бактериальный комплекс, Streptomyces.
Введение
Муравьи — наиболее распространенные представители отряда перепончатокрышыгх (Hymenoptera), включающего около 90 000 видов. От большинства других насекомых их отличает общественный, колониальный образ жизни. Они активно освоили почвенную среду и считаются типично почвенными животными, создающими особый микрорельеф [5]. Кроме того, трофическая и строительная деятельность многих из них приводит к изменению структуры травяного покрова в местах обитания [2]. Хотя гнезда насекомых представляют собой земляные кочки, выступающие над поверхностью почвы, жизнедеятельность колонии захватывает почвенную толщу на глубину до одного метра. Популяции муравьев достигают большой численности и плотности, превышающей две с половиной тысячи гнезд на гектар, что может оказывать существенное влияние на почвенный покров.
Считается, что внутри муравейников создается свое особое сообщество микроорганизмов, являющееся следствием разнообразных функций, выполняемых муравьями, и активной жизнедеятельности. Тем не менее до настоящего времени нет общего понимания влияния этих насекомых на микрофлору почвы и микробиологические процессы, протекающие в муравейниках [11], хотя известно, что в зоне активной их жизнедеятельности изменяется целый ряд физических и химических свойств почв, а также численность в ней бактерий и актиномицетов [10]. В литературе также практически нет данных о составе и структуре микробного сообщества гнезд муравьев.
Объекты и методы исследования
Объекты исследования — образцы из муравейников видов Lasius niger, L. flavus, Formica cunicula-
ria и ТеШшвгшш caespitum, почвенные образцы, отобранные из разрезов под муравейниками, и образцы из почвенных горизонтов с контрольных участков, заложенных в непосредственной близости от муравейников. При выборе площадок руководствовались количеством расположенных на них муравейников (около 10 на площадке 10 х 10 м). Разрезы находились на высоком берегу р. Унжи; почва — постагро-дерновый подзол глееватый супесчаный на аллюви-ально-делювиальных отложениях [7]. По классификации почв 1977 г. отнесена к освоенной супесчаной дерново-подзолистой [6]. При описании почвы, слагающей муравейник (купол), использовали методику для почвенных горизонтов. На почвах с легким гранулометрическим составом камеры муравьев проникают существенно глубже по сравнению с таковыми тяжелого суглинистого состава [8]. Для исследования мирмекокомплекса на трансекте длиной ~ 150 м картировали холмики муравейников и определяли видовую принадлежность населяющих их муравьев. Образцы контрольной почвы и купола муравейников отбирали в 3-кратной повторности в начале вегетационного периода (май—июнь) 2008—2010 гг. Почву освобождали от корешков и просеивали через сито 1—2 мм.
При определении микробной биомассы в почве и других субстратах применяли метод субстрат-инду-цированного дыхания в модификации Веста—Спар-линга [9, 13]: в почву вносили глюкозу и при помощи газового хроматографа оценивали объем выделенного углекислого газа, по которому и рассчитывали микробную биомассу.
Численность и таксономический состав бактерий и актиномицетов определяли методом посева на агаризованную глюкозо-пептонно-дрожжевую (ГПД) среду раствора при «разведении» три измельченных
в ступке муравья на миллилитр. Идентификацию бактерий проводили до рода, руководствуясь определителем бактерий Берджи [1], а актиномицетов до вида — по определителю Гаузе [4].
Результаты и их обсуждение
На трансекте находилось 40 муравейников (в среднем через каждые три с половиной метра), совместно заселенных шестью видами муравьев. Муравейники Formica cunicularia располагались на периферии исследуемой площадки и поэтому на трансекте не представлены.
Замеры по длине, ширине и высоте выявили, что средний объем муравейника составил примерно 3 дм3, а суммарный объем надземных его частей — более 160 дм3 почвы (табл. 1). Также измеряли относительное обилие каждого муравейника на трансекте относительно их общего количества. Отчетливыми доминантами оказались муравьи видов Lasius niger и L. flavus.
Таблица 1
Усредненные количественные характеристики надземной части муравейников на трансекте
Вид муравьев Число муравейников Средний объем, дм3 Суммарный объем, дм3
L. niger 20 4,8 96,6
F. rufibarbis 1 0,9 0,9
T. caespitum 1 2,2 2,2
L. flavus 10 3,2 31,6
L. flavus + M. rugulosa 2 1,3 2,6
L. flavus + L. niger 2 4,0 8,0
L. flavus + M. lonae 4 4,6 18,5
Всего 40 3 160,4
Определение микробной биомассы методом суб-страт-индуцированного дыхания [9] показало повышенное ее содержание в муравейниках всех видов муравьев, свидетельствуя о важной аккумуляционной и накопительной функции (рис. 1).
Рис. 2. Таксономическая структура бактериального комплекса контрольной почвы
Таксономический состав бактериального комплекса контрольной почвы достаточно беден: доминируют бактерии р. Bacillus (более 80%). Среди минорных компонентов сообщества выявляются типично почвенные бактерии р. Rhodococcus, Cellulomonas, Ar-throbacter и группы Flavobacterium—Cytophaga—Bac-teroides (рис. 2). Бактериальное сообщество муравейников более разнообразно по сравнению с контрольной почвой (табл. 2). В муравейниках Formica обнаружена группа Flavobacterium—Bacteroides—Cy-tophaga, отсутствующая у муравьев L. niger. Известно, что бактерии из этой группы часто ассоциированы с почвенными животными [3]. В остальном групповая структура бактериальных сообществ муравейников сходна, однако их видовой состав различен. Отметим, что в муравейниках Formica и Lasius достаточно широко представлены актиномицеты (23,8%).
Таблица 2
Таксономическая структура бактериального комплекса муравейников Lasius niger и Formica cunicularia
Группа бактерий L. niger, % F. cunicularia, %
Протеобактерии 30 42
Bacillus 15 3
Коринеподобные 21 12
Flavobacterium—Bacteroides—Cy-tophaga — 17
Актиномицеты 34 26
Рис. 1. Микробная биомасса в муравейниках и контрольной почве
Бактериальный комплекс всех видов муравьев более разнообразен по сравнению с муравейниками и контрольной почвой (табл. 3). Из муравьев р. Formica, так же как и из муравейника, нами была выделена группа Flavobacterium—Bacteroides—Cytopha-ga. В муравьях L. flavus обнаруживается достаточно много стафилококков. Азотфиксирующие бактерии, не обнаруженные нами в контрольной почве, были выделены из муравьев р. Formica и представлены р. Azotobacter и р. Beijerinckia. В небольшом количестве (1,1%) Azotobacter также был выделен из му-
Таблица 3
Таксономическая структура бактериальных комплексов муравьев
равьев L. flavus. Бактериальное сообщество муравейника L.flavus относительно разнообразно. В структуре его бактериального комплекса присутствуют представители следующих родов бактерий: Micrococcus, Myxococcales, Azotobacter, Methylobacterium и Ar-throbacter. Основными доминантами являются бактерии группы Streptomyces (68,5%), остальные являются минорными компонентами сообщества. Это типич-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Берджи Р.В. Определитель бактерий. М., 1997.
2. Бугрова Н.М., Пшеницына Л.Б. Трансформация пространственной структуры травяного покрова вокруг гнезда Formica aquilonia // Успехи соврем. биол. 2003. Т. 123, № 3.
3. Бызов Б.А. Зоомикробные взаимодействия в почве. М., 2005.
4. Гаузе Г.Ф. Определитель актиномицетов. М., 1983.
но почвенные бактерии родов Arthrobacter (1,9%), Micrococcus, Cytophaga (1,9%), бактерии растительных покровов, Methylobacterium (0,9%).
В муравьях вида L. niger доминантами являются бактерии родов Bacillus (13%) и Flexibacter (15%). Для муравьев р. Tetramorium характерно отсутствие выраженных доминантов и наличие достаточно большого количества бактерий р. Bacteroides (28%), характерных для многих почвообитающих животных. Также отмечено появление группы протеобактерий, не обнаруженных в комплексе муравьев других таксономических групп.
В бактериальном комплексе всех видов муравьев, кроме F. cunicularia, присутствуют актиномице-ты р. Streptomyces, для которых была проведена видовая идентификация по фенотипическим признакам: культуры, выделены из муравьев Tetramorium caes-pitum из купола муравейника и контрольной почвы (табл. 4). Оказалось, что культуры стрептомицетов принадлежат к видам S. xanthocidicus и S. griseolus. В других объектах они не обнаружены. Из литературы известно, что представители вида S. xanthocidicus чаще встречаются на растительных объектах, чем в почве [12]. Присутствие этих актиномицетов в муравьях может быть связано с их фуражной деятельностью, т.е. с привнесением в муравейник извне добычи растительного и животного происхождения.
Выводы
Выявлены существенные различия в микробиологическом составе муравейников и контрольной почвы. Для муравьев характерно присутствие значительного количества бактерий родов Staphylococcus, Beijerinckia и группы Flavobacterium—Bacteroides— Cytophaga, часто ассоциируемой с почвенными животными.
Важной характеристикой бактериального комплекса муравейников, на наш взгляд, можно считать наличие в нем большого количества стрептомицетов. Предполагается, что актиномицеты играют важную роль в поддержании бактериального комплекса муравейников и колонии муравьев, учитывая тот факт, что они являются продуцентами антибиотиков и деструкторами хитина.
5. Голиченков М.В., Нейматов А.Л., Кирюшин A.B. Микробиологическая активность почв, заселенных муравьями Lasius niger // Почвоведение. 2009. № 7.
6. Диагностика и классификация почв СССР. М., 1977.
7. Диагностика и классификация почв. М., 2004.
8. Зрянин В.А. Особенности луговых мирмикокомп-лексов на почвах с разным механическим составом // Зоол. журн. 1998. T. 77, № 7.
Группа бактерий F. cunicularia, % L. niger, % L. flavus, % T. caespi-tum, %
Arthrobacter 11 11 2
Rhodococcus 4 2 17
Micrococcus 15
Coryneforming bacteria 8 5 4
Streptomyces 35 68 19
Bacillus 13
Staphylococcus 6 20
Flexibacter 15
Azotobacter 51 1
Beijerinckia 4
Methylobacterium 1
Cytophaga 5
Bacteroides 2 28
Flavobacterium 13 17
Myxococcales 2
Proteobacterium 21
Таблица 4
Относительное обилие доминирующих видов р. Streptomyces
Tetramorium caespitum Купол муравейника Контрольная почва
вид обилие, % вид обилие, % вид обилие, %
S. xanthocidicus 16 S. albus 44 S. glaucescens 24
S. griseolus 31 S. diastatochromogenes 24 S. paraguayensis 29
S. prasinus 48
9. Anderson J.P.E., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biol. Biochem. 1978. Vol. 10, N 3.
10. Jakubczyk H., Czerwinski Z., Petal J. Ants as agents of soil habitat changes // Ekol. polska. 1972. Vol. 20, N 16.
11. Levcin M., Slon E. Soil modification by colonies of black meadow ants in a New York old field // J. Soil Sci. Soc. of America. 1983. Vol. 47.
12. The Prokaryotes. Vol. 3. Archaea, Bacteria: Femiicu-tes, Actinomycetes. N.Y., 2006.
13. West A. IV., Sparling G.P. Modifications to the substrate-induced respiration method to permit measurement of microbial biomass in soils of differing water contents // J. Microbiol. Methods. 1986. N 5.
Поступила в редакцию 23.05*2012
MICROBIOLOGICAL ACTIVITY
IN ANT-HILLS OF FALLOW LANDS (RYAZAN REGION)
A.A. Kotova, M.V. Golichenkov, M.M. Umarov, T.S. Putyatina,
G.M. Zenova, T.G. Dobrovol'skaya
In present research a bacterial complex associated with several species at soil living ants and their ant-hills was studied. The biodiversity of bacteria in ants was higher then the one of the intact soil and ants-hills. In control soil Bacillus was dominated, in ant-hill of Formica it was bacteria of Flavobacterium—Bacteroides—Cytophaga group. The strains of Streptomyces were isolated from all studied ants (Lasius niger, L.flavus, Formica cunicularia and Tetramorium caespitum).
Key words: microbiological activity, ants, ant-hills, Streptomyces, bacterial complex.
Сведения об авторах
Котова Александра Артуровна, инженер ИБРАЭ РАН. E-mail: [email protected]. Голиченков Максим Владимирович, канд. биол. наук, науч. сотр. каф. биологии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8 (495) 939-35-46; e-mail: [email protected]. Умаров Марат Мутагарович, докт. биол. наук, проф. каф. биологии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8 (495) 939-44-46; e-mail: [email protected]. Зенова Галина Михайловна, докт. биол. наук, проф. каф. биологии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8 (495) 939-44-46; e-mail: [email protected]. Добровольская Татьяна Глебовна, канд. биол. наук, вед. науч. сотр. каф. биологии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8 (495) 939-43-15. Путятина Татьяна Сергеевна, канд. биол. наук, науч. сотр. каф. теории эволюции биологического ф-та МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: [email protected].
