CC BY
91
УДК 631.461:(576.851.12:581.52)
Е. А. Давыдова Астраханский государственный технический университет
МИКРООРГАНИЗМЫ - АССОЦИАНТЫ РАСТЕНИЙ ARTEMISIA AUSTRIACA JACG., ПРОИЗРАСТАЮЩИХ НА ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВАХ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Засолённые почвы широко распространены на поверхности Земли и особенно типичны для сухих степей и пустынь. В последнее время наблюдается расширение этой тенденции в связи со вторичным засолением в результате антропогенного воздействия.
В настоящее время довольно детально исследованы климатический, водный режимы, миграция химических элементов, растительность, слабо-гумусированные почвы полупустынных и пустынных зон, но недостаточно изученным остаётся их микробное население, являющееся тем не менее функциональным ядром экосистемы [1].
Представления о структуре микробных сообществ почв претерпели с начала ХХ в. существенные изменения. Возникли новые аспекты изучения структуры микробных сообществ, связанные с различной природой выделяемых элементов: функциональной, морфологической, таксономической, экологической. Предпринимаются попытки взглянуть на микробное сообщество почв в различных масштабах - от минимального, сравнимого с размерами микроорганизмов, до глобального. Четкое понимание и формулирование основных закономерностей функционирования почвенных микроорганизмов необходимо для его регулирования в условиях резкого ухудшения экологической обстановки [2]. Сведения о специфичности законов, действующих в микробных экосистемах, принципы формирования и функционирования сапротрофных бактериальных сообществ обобщены в ряде работ [1-4]. В «вертикальном» условном сукцессионном ряду - от зелёных частей растений до почвенных слоёв - выделяют несколько различных бактериальных комплексов. Такие комплексы наиболее заметны при сравнении доминирования основных групп бактерий в различных субстратах. По этому признаку различают между собой следующие бактериальные комплексы: филлосфера (соцветие, лист, стебель), ризоплана, ризосфера. Кроме набора доминирующих групп каждый из таких бактериальных комплексов характеризуется определённой общей численностью и уровнем разнообразия [5].
В литературе имеются весьма ограниченные данные по численности и составу микроорганизмов в засолённых почвах пустынных зон, ещё меньше данных о составе микробного населения растительного яруса. В то же время в пустынных зонах логично ожидать концентрацию микробиоты в наземном ярусе, в локусах аккумуляции растительных и животных останков. Особое место в почвенных ценозах занимают фототрофные мик-
робные сообщества (ФМС), эдификаторами которых являются водоросли и цианобактерии. В ФМС почвы существуют тесные классические типы отношений фототрофов с гетеротрофными партнерами на уровне физических, трофических и аллелопатических контактов, во многом сходных с фитоценотическими [4].
Структура и количественные характеристики ФМС определяются тремя взаимодействующими механизмами: саморегуляцией, обусловленной изменением характера связей между фототрофными партнерами; трофической активностью почвенных беспозвоночных и контролем через физикохимические факторы, в первую очередь через поток биогенов [6].
Фототрофные микробные сообщества также продуцируют кислород и обогащают им почву, тем самым способствуя активированию процессов самоочищения от различных загрязнителей.
Настоящая работа посвящена изучению микробных сообществ засо-лённых почв и сопряженных с ними растений. «Ярусное» изучение микрофлоры расширит представления о роли микроорганизмов в функционировании засолённых почв в пустынных экосистемах.
Материалы и методы исследований
Исследования проводили осенью 2005 г. в Харабалинском и Ахту-бинском районах Астраханской области.
Объектом исследования явилось растение из семейства Asteraceae рода Artemisia austriaca (полынь австрийская). Полынь австрийская широко распространена по всей территории Астраханской области на всех типах почв, в том числе на засолённых.
Пробы почвы и частей растений отбирали на следующих семи станциях: 1) с. Лапас; 2) г. Харабали; 3) МТФ-4; 4) с. Сокрутовка; 5) Орловский лес; 6) Карьер Нижнебаскунчакского гипсового месторождения (на берегу оз. Мраморное); 7) Карьер Нижнебаскунчакского гипсового месторождения (в семи метрах от берега оз. Мраморное). Отбор проб почв и растений осуществляли по современным методикам согласно [1, 7-9]. На каждой станции отбирали образцы растений вместе с корнем. Растение делили стерильными ножницами на ярусные элементы: филлосферу (соцветие, лист, стебель), ризоплану (корень), ризосферу (прикорневая почва).
Для приготовления навесок материал измельчали, а почву просеивали через сито, затем навески растений и почвы по одному грамму переносили в колбы объемом 150 мл для постановки накопительных культур. Для фототрофных микроорганизмов использовали среды Ларсена и BG. Накопительные культуры выращивали при комнатной температуре и освещении в течение трёх месяцев [8, 10].
Для выделения микроорганизмов с поверхности растений использовали метод раскладки фрагментов растений на поверхность питательной среды, приготовленной на основе почвенного экстракта с добавлением 15 % агар-агара. Для выделения галотолерантных микроорганизмов в среду до-
бавляли З % NaCl. Засеянные чашки инкубировали при комнатной температуре. Учет проводили на І4-2І сутки. На основе морфокультуральных свойств по определителям идентифицировали до рода [ІЗ, І4]. Для исследования почвы использовался классический метод «микробных пейзажей». Почвенные образцы, увлажненные до 70 % от полной влагоемкости, инкубировали в чашках Петри при температуре 23-2З °С. На гладко выровненную поверхность почвы были разложены покровные стекла для периодического просмотра под микроскопом [7, 9].
Результаты и обсуждение
На исследуемых станциях обнаружены следующие типы почв: І) с. Ла-пас - аллювиальная дерновая насыщенная засолённая почва; 2) г. Хараба-ли - почва засолённая слабогумусированная; 3) МТФ-4 - слабогумусиро-ванные пески; 4) с. Сокрутовка - слабогумусированные пески; З) Орловский лес - почва аллювиальная луговая с бурыми полупустынными суглинками; б) карьер Нижнебаскунчакского гипсового месторождения (на берегу оз. Мраморное) - каштановые солонцы с засолёнными супесчанниками; 7) карьер Нижнебаскунчакского гипсового месторождения (в семи метрах от берега оз. Мраморное) - каштановые солонцы с засолёнными супесчанниками.
На основе проб из каждого типа почв (ризосферы) и других «ярусных» элементов были поставлены накопительные культуры на средах Ларсена и BG. В накопительных культурах рост и развитие цианобактерий отмечали по появлению зелёных обрастаний на стенках сосудов. Анализ полученного материала показывает, что цианобактериальные сообщества выделены на всех «ярусных» элементах на среде BG, а на среде Ларсена только на филлосфере (соцветие) и ризоплане (корень). Наиболее часто встречаются цианобактериальные сообщества в ризосфере, ризоплане, а в филлосфере реже (только на соцветии). В этих сообществах преобладают представители родов Oscilatoria, Cloronema, Chlorobium.
На среде Ларсена были выделены бактерии рода Rhodobakter, наиболее активный рост которых наблюдался на ризоплане. По-видимому, продукты экзосмоса корневой системы растения способствуют активному развитию данных бактерий. При микроскопии препаратов накопительных культур обнаружены изогнутые грамположительные и грамотрицательные палочки и кокки.
При выделении микроорганизмов с поверхности растений получен ряд различных бактериальных комплексов, демонстрирующий уровень микробиологического разнообразия (рис.).
І90
□ филлоплана; ■ ризоплана Микроорганизмы
Уровень микробиологического разнообразия в «ярусной» системе филлоплана-ризоплана
Результаты исследований показали, что в филлосфере обнаружены фототрофные микробные сообщества и бактерии следующих родов: Micrococcus, Rhodococcus, Bacillus, Rhodobakter, Streptomyces, Micobacterium, доминируют Micrococcus. Rhodococcus обнаружены только в филлоплане.
В ризоплане обнаружены фототрофные микробные сообщества и бактерии следующих родов: Clavibacter, Micrococcus, Bacillus, Rhodobakter, Streptomyces, Micobacterium, доминируют Streptomyces. Только с ризо-планы растений выделены бактерии рода Clavibakter и грамнегативные аэробные бактерии родов Pseudomonas и Flavobacter, причём последние обнаружены только на станции «Орловский лес», что может быть обусловлено видом почвы [11].
Исследование стекол обрастания показало наличие в ризоплане цианобактерий, протококковых водорослей рода Sсеnedeamus, а также мицелия микроскопических грибов, актиномицетов, спорообразующих грампо-ложительных и грамотрицательных палочек и кокков.
Заключение
Бактериальное население полупустынных экосистем характеризуется достаточно сложной пространственной структурой и значительным биоразнообразием во всей ярусной системе.
Нами были выделены Clavibacter, Micrococcus, Bacillus, Rhodobakter, Streptomyces, Micobacterium, Bacillus, Rhodococcus, Pseudomonas и Flavo-bacter, протококковая водоросль рода Sсеnedeamus и цианобактерии.
Распределение бактерий по ярусам неравномерно, наибольшее их количество встречается в ризоплане.
Во всех «ярусах» системы филлоплана-ризоплана обнаружены фо-тотрофные микробные сообщества.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Добровольская Т. Г., Скворцова И. Н., Лысак Л. В. Методы выделения и идентификации почвенных бактерий. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 40 с.
2. Добровольская Т. Г. Структура бактериальных сообществ почв. - М.: МГУ, 2002. - 282 с.
3. Звягинцев Д. Г. Почва и микроорганизмы. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 256 с.
4. Звягинцев Д. Г., Зенова Г. М. Экология актиномицетов. - М.: МГУ, 2001. - 256 с.
5. Автотрофные микроорганизмы: К 75-летию со дня рождения академика РАН Е. Н. Кондратьевой: Междунар. науч. конф., Москва. МГУ им. М. В. Ломоносова, биол. фак-т, 13-15 декабря 2000: Материалы. - М.: МАКС Пресс, 2000. -203 с.
6. Домрачева Л. И., Третьякова А. Н., Трефилова Л. В. Эволюция фототрофных микробных сообществ при антропогенных воздействиях на почву // Экология и почвы: Избр. лекции Х Всерос. шк. - Пущино, 2001. - Т. 4. - С. 184-193.
7. Методы оценки бактериального разнообразия почв и идентификации почвенных бактерий / Л. В. Лысак, Т. Г. Добровольская, И. Н. Скворцова. - М.: МАКС Пресс, 2003. - 120 с.
8. Практикум по микробиологии: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А. И. Нетрусов, М. А. Егорова, Л. М. Захарчук и др.; Под ред. А. И. Нетрусова. -М.: Изд. центр «Академия», 2005. - 608 с.
9. Теппер Е. З. Практикум по микробиологии: Учеб. пособие для вузов / Е. З. Теппер, В. К. Шильникова, Г. И. Переверзева; Под ред. К. Шильниковой. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Дрофа, 2004. - 256 с.
10. Каталог культур микроорганизмов / Ин-т биохимии и физиологии микроорганизмов РАН. Всероссийский каталог культур микроорганизмов. - Пущино, 1992. - 583 с
11. Определитель бактерий Бердж / Под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита и др. 9-е изд.: В 2 т. - М.: Мир, 1997. - 799 с.
Статья поступила в редакцию 24.03.06 в окончательном варианте - 18.04.06
MICROORGANISMS -ASSOCIANT PLANTS ARTEMISIA AUSTRIACA JACG., GROWING ON SALTED SOILS OF THE ASTRAKHAN AREA
E. A. Davidova
Salted soil is one of the most extreme types of a habitat. Nevertheless, the bacterial community of salted soils of semi-desert zones has well expressed "circle" structure which is shown in well defined spatial and taxonomic structures. Its basic characteristics are non-uniform distribution of bacteria by number and change of taxonomic structure. From various circles of Artemisia austriaca Jacg. there were distinguished the following bacteria: Clavibacter, Micrococcus, Bacillus, Rhodobakter, Streptomyces, Micobacterium, Bacillus, Rhodococcus, Pseudomonas and Flavobacter, protococcus of Sœnedeamus sort and cyanobacteria. On philloplane representatives of Micrococcus sort prevail, and on risoplane Streptomyces sort prevails. Phototroph microbe communities are found in all "circles" of philloplane-risoplane system.
