МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ГРИБЫ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО МОЛДОВЫ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

AGRICULTURAL SCIENCES

МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ГРИБЫ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО МОЛДОВЫ

Фрунзе Н.И.

главный научный сотрудник, доктор сельскохозяйственных наук Институт Микробиологии и Биотехнологии

Фрунзе И.А. младший научный сотрудник Институт Микробиологии и Биотехнологии

MICROSCOPIC FUNGI OF TYPICAL CHERNOZEM OF MOLDOVA

Frunze N.,

Chief Researcher, Doctor of agricultural sciences Institute of Microbiology and Biotechnology

Frunze I.

Junior researcher Institute of Microbiology and Biotechnology

Аннотация

Впервые в условиях Республики Молдова был определен видовой состав микроскопических грибов типичного чернозема с различной антропогенной нагрузкой. Сообщества микромицетов представлены 20-ю видами 8-ми родов: Alternaria, Aspergillus, Fusarium, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Trichoderma, Humicola. Диапазон родов и видов в почве, удобренной органическим веществом, шире. Разнообразие микромицетов представлено главным образом видами, характеризующимися второстепенной ролью в сообществе. По мере убывания органического вещества почвы разнообразие микроскопических грибов сужается. Типичный чернозём содержит больше фитопатогенных грибов, чем представителей грибов - су-прессоров.

Abstract

For the first time in the context of the Republic of Moldova, the species composition of microscopic mushrooms of a typical black soil with various anthropogenic load was determined. It has been established that the micromycete communities in the studied chernozee are represented by 20 species belonging to the 8th birth: Alternaria, Aspergillus, Fusarium, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Trichoderma, Humicola. The range species in the soil, a fertilized organic matter and natural biocenosis, wider. The diversity of micromycetes is represented mainly by species characterized by a secondary role in the community. As decreases organic matter, the diversity of microscopic mushrooms is narrowed. A typical chernozem contains more phytopathogenic fungi than representatives of mushrooms - suppressors.

Ключевые слова: микроскопические грибы, видовой состав, сообщество микромицетов, доминирующие виды, коэффициент сходства, чернозем типичный.

Keywords: microscopic mushrooms, species composition, micromycete community, dominant species, similarity coefficient, typical chernozem.

Микроскопические грибы активно участвуют в трансформации веществ в почве [1-2, 9-11] и при возделывании почв микоценозы претерпевают значительные изменения [4, 6]. Многочисленные исследования о количественном доминировании в почвенном биогеоценозе биомассы мицелия и спор микромицетов, проводимые с помощью разных методов, свидетельствуют о их функциональной значимости [1, 4, 8]. В исследованиях сообщается об участии микроскопических грибов в углеродном цикле, однако вопрос о структуре и разнообразии данного комплекса и о присущих ему механизмах регуляции в литературе освещён недостаточно [3, 5, 7].

Целью наших исследований было определение структуры сообществ почвенных микроскопиче-

ских грибов типичного чернозема Молдовы с различной антропогенной нагрузкой.

Исследования проводились на севере Республики Молдова (г. Бельцы) в многолетнем (с 1964 года) разновозрастном стационаре НИИПК «Селекция» с 12 экспериментальными участками. Почва -чернозем типичный. Содержание гумуса в слое 020 см было сравнительно высоким и варьировало от 4,08 до 5,77%. Варианты - залежь (с 1985 г.), черный пар (с 1964 г.), почва под сахарной свеклой с ежегодным внесением 40 т/га навоза и ^сР^К^ (с 1985 г.) и озимой пшеницей с ежегодным внесением 20 т/га навоза и ^оРзоКзо (с 1964 г.). Участки возделывались бессменно и в севообороте. В качестве контрольных участков для типичного чернозема северной зоны были выбраны залежь некоси-

мая и почва под паром с удобренным и неудобренным фоном. В этом опыте изучались сорта культур, предусмотренные Государственным реестром по тестированию сортов.

Выделение микроскопических грибов осуществляли на среде Чапека, подкисленной молочной кислотой и сусло-агаре. Видовую идентификацию проводили по общепринятым методам. Для установления степени различий и близости комплекса почвенных грибов изучаемых биогеоценозов использовали коэффициенты сходства Съерен-сена - Чекановского [6]:

S = 20™/ A + B, где А - сумма частот встречаемости микромице-

Самым многочисленным оказался род Penicillium, а роды Ahemaria, Mucor, Trichoderma были представлены 1 видом; Rhizopus - двумя, а Humicola - 1. Представленность родов также отличалось: Penicillium (б видов), Fusarium (4 вида) и Aspergillus (3 вида). Частота встречаемости представленных родов показала, что первенство принадлежало родам Penicillium и Fusarium. В дальнейшем доминирование родов изменилось. Так, третьим по долевому участию был род Aspergillus, затем по убывающей - Mucor, Alternaria, Humicola, Rhizopus и Trichoderma. Наиболее благоприятными условиями для представителей родов Penicillium, Fusarium и Aspergillus оказались в почве удобренных вариантов как монокультуры, так и севооборота. Для Mucor и Alternaria подходили условия монокультуры, тогда как для Humicola, Rhizopus и Trichoderma - удобренные варианты севооборота.

В неудобренном же черноземе монокультуры не был идентифицирован ни один из представителей рода Trichoderma. Было отмечено присутствие большинства представителей рода Penicillium, что объясняется карбоолиготрофными условиями

встречаемости микромицетов 2-го объекта; Cmin -сумма минимальных частот встречаемости, общих для 1-го и 2-го объектов микроскопических грибов.

Выявление видового состава микромицетных сообществ исследуемого чернозёма показало, что в черноземе Северной зоны было идентифицировано 20 видов микроскопических грибов, принадлежавших к 8 родам: Alternaria, Aspergillus, Fusarium, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Trichoderma, Humicola. И хотя в количественном выражении они были представлены по-разному, но присутствовали во всех вариантах, за исключением неудобренного варианта монокультуры, где было обнаружено только 16 видов (рис. 1).

среды. В данном случае, только обогащение пахотных почв органическими веществами создает условия для предотвращения процессов дегумификации [5,7].

Микромицеты изученных вариантов по их вкладу в сообщество можно разделить на 3 группы [6]: доминирующие и субдоминирующие - виды с долевым участием > 10%; с второстепенной ролью - виды с вкладом 5-10%, с незначительной ролью в сообществе - виды с долевым участием < 5%. Такой анализ выявил существенное перераспределение видов по их долевому участию в сообществе. Агротехнические мероприятия и технология возделывания культур обусловили сильную перестройку микробных сообществ. Виды сообществ микроскопических грибов каждой из 3-х групп отличаются долевым вкладом, из чего следует, что видовое разнообразие сообществ микромицетов возрастает за счет видов с второстепенной ролью. Так, в изученной почве (таблица) абсолютным лидером был P. commune (24,41-37,1%). В неудобренном фоне монокультуры эту роль он делил с P. nigricans

тов 1-го объекта (почвы и т. д.); B - сумма частот

250 ы в

чо200

п

й

ох150

у

с

он100 т

50

-

п

Г In гГ fîv^rf^r^iL Ш iMiiuiL JifWl nL^i Jrti

□ N0P0K0(бессменная культура) ■ N0P0K0(севооборот)

N60P60K30(бессменная культура) □ N60P60K30(севооборот)

Рис. 1. Структура сообщества микромицетов чернозема типичного под пшеницей озимой

(бессменная культура и севооборот)

(11,16%); в удобренном фоне севооборота - с F. gib-bosum (10,17%). Микромицеты с долевым участием > 10 относились к родам Penicillium и Fusarium, а именно: P. commune (24,41-37,1%), характерные для всех изученных вариантов (26,53 и 24,41% в неудобренном и удобренном вариантах севооборота, соответственно); P. nigricans (11,16% - только в неудобренном варианте монокультуры и F. gibbo-sum (10,17%) - только в удобренном варианте севооборота.

Второстепенную роль и долевое участие 510% в неудобренной почве озимой пшеницы, возделываемой бессменно, проявили 7 видов (A.

акета(а - 5,47%, A. fumigatus - 5,26%, F. heteros-porum - 5,47%, F. gibbosum - 8,42%, P. frecuentans - 8,84%, P. viridicatum - 6,33% иMucor sp. - 6,11%),

Относительное участие микромицетов типичного чернозёма

а в удобренной - 4 вида (F. oxysporum - 8,76%, F^terosporum - 8,41%, F. gibbosum - 8,06%, и P. expansum - 5,43%). В почве контроля озимой пшеницы, возделываемой в севообороте доминировало 3 вида: A. flavus - 5,08%, F. oxysporum - 7,72% и P. digitatum - 5,27%, при внесении удобрений - 4 вида: Humicola sp. - 7,45%, T. viride - 6,78%, P. viridicatum - 6,78% и P. expansum - 5,42% соответственно. Виды с незначительной ролью и долевым вкладом в сообщество < 5% составляли большинство. В неудобренном варианте бессменных посевов отмечено 7 представителей (A. niger - 1,05%, Aspergillus sp. - 2,95%, F. culmorum - 4,63%, P. digitatum - 1,05%, R. oryzae - 1,47%, Rhizopus sp. -1,26% и Humicola sp. - 4%) и в удобренном - 15 видов (A. alternata - 4,38%, A. flavus - 2,28%,

Таблица

в сообществе микроскопических грибов

под озимой пшеницей

Долевое участие, % Монокультура Севооборот

N0P0K0 1 N60P60K30 N0P0K0 1 N60P60K30

Виды микромицетов с доминирующей и субдоминирующей ролью

37,10-24,41 P. commune P. commune P. commune P. commune

11,16-10,17 P. nigricans F. gibbosum

Виды микромицетов с второстепенной ролью

8,84-8,06 P. frecuentans F. gibbosum F. oxysporum F. heterosporum F. gibbosum

7,7-7,45 F. oxysporum Humicola sp.

6,7-6,11 P. viridicatum Mucor sp. P. viridicatum T. viride

5,47-5,08 A. alternata F. heterosporum A. fumigatus P. expansum P. digitatum A. flavus P. expansum

Виды микромицетов с незначительной ролью

4,90-3,95 F. culmorum Humicola sp. F. culmorum Mucor sp. A. alternata P. viridicatum T. viride F. gibbosum Mucor sp. A. alternata

3,77-2,89 Aspergillus sp. А. fumigatus Aspergillus sp. P. nigricans F. heterosporum P. frecuentans P. expansum A. flavus F. oxysporum P. digitatum Aspergillus sp.

2,88-1,05 Rhizopus oryzae Rhizopus sp. A. niger P. digitatum A. flavus A. niger Rhizopus sp. Humicola sp. P. frecuentans P. digitatum R. oryzae F. culmorum Rhizopus sp. Humicola sp. A. fumigatus P. viridicatum A. niger T. viride P. nigricans Aspergillus sp. R. oryzae A. niger P. nigricans Mucor sp. Rhizopus sp. F. culmorum F. heterosporum R. oryzae A. alternata P. frecuentans A. fumigatuis

A. fumigatus - 3,5%, A. niger - 2,2%, Aspergillus sp. - 3,5%, F. culmorum - 4,9%, P. nigricans - 2,98%, P. frecuentans - 1,58%, P. digitatum - 1,4%, P. viridicatum - 4,38%, R. oryzae - 1,4%, Rhyzopus sp. - 2,1%, T. viride - 3, 85%, Humicola sp. - 1,75%, Mucor sp. - 4,73%). В почве севооборота варианты были более близки между собой и включали 16 видов - A. alternata - 3,95%, A.fumigatus 2,45%, A. niger - 1,88%, Aspergillus sp. - 1,14%, F. rnlmorum 2,82%, F. heterosporum - 3,78%, F. gibbosum - 4,71%, F. expansum - 3,39%, P.nig-ricans 1,69%, P. frecuentans - 3,77%, P. viridicatum - 2,26%, R. oryzae - 1,14%, Rhyzopus sp. - 2,82%, T. viride - 1,88%, Humicola sp. - 2,82%, Mucor sp. - 4,33% в неудобренном варианте и 14 видов в удобренном: A. alternata-1,86%, A. flavus - 3,73%, A. fumigatus - 1,19%, A. niger - 2,88%, Aspergillus sp. - 3,05%, F. culmorum - 2,03%, F. heterosporum - 2,03%, F. oxysporum - 3,59%, P. nigricans - 2,88%, P.frecuentans - 1,86%, P. digitatum - 3,22%, R. oryzae - 2,03%, Rhyzopus sp. - 2,2%, Mucor sp. - 2,88%.

Следовательно, в изученной почве второстепенную роль проявили и F. heterosporum и T.viride и др. Отличия внутри вариантов были значительнее. Особенно отчетливо проявилось это в почве как среди удобренных и неудобренных вариантов, так и среди вариантов монокультуры и севооборота. Таким образом выявлено, что сельскохозяйственное использование земель модифицирует структуру почвенных сообществ микромицетов, что приводит к их существенной перестройке. Грибы - более избирательны (специализированы) в борьбе за питательные вещества, поэтому виды с доминирующей и субдоминирующей ролью представлены более широко.

Сообщество микроскопических грибов характеризуются в основном видами с второстепенной и незначительной ролью, что указывает на наличие питательных веществ в почве и на то, что борьба за существование среди них более щадящая. Перераспределение видов касается не только доминирующих и выполняющих второстепенную роль видов, но и микроскопических грибов, роль которых незначительна. Микромицеты с незначительной ролью представлены большим количеством видов именно на удобренном фоне монокультуры и на неудобренном фоне севооборота. В изученных вариантах доминируют микроскопические грибы рода Pénicillium. Это свидетельствует о том, что, несмотря на наличие углеродсодержащих веществ в богатом органическим веществом черноземе, видимо из-за частых засух, они являются недоступными для большинства представителей других видов. Поэтому почвенные условия изученного чернозема характеризуется как карбоолиготрофные. Карбоолиготрофность почвы свидетельствует об обеспеченности почвы углеродом, оцениваемой по микробиологическим показателям. Наиболее наглядно оценку степени различий и близости комплексов грибов изучаемых биогеоценозов можно

осуществить определением коэффициента Съерен-сена-Чекановского (выражающего различные отношения числа совпадающих признаков к общему их числу) и меры расстояния (определяющей различия между сравниваемыми объектами в многомерном пространстве признаков).

Мониторинг типичного чернозема выявил, что изученные варианты во многом схожи между собой по этому показателю (рис. 2), хотя отличаются разной обеспеченностью их питательными веществами. По поводу распространенности и разнообразия грибов рода Penicillium установлено, что кар-боолиготрофные условия среды и дегумификация

характерна для изученыых вариантах, за исключением почвы, удобренной органическими удобрениями, где процессы дегумификации заторможены. Микромицеты усугубляют процессы дегу-мификации пахотных черноземов, и ни севообороты, ни внесение минеральных и органических удобрений (сидераты, растительные остатки) не в состоянии препятствовать этому. Только обогащение пахотных почв органическими веществами создает условия для предотвращения процессов дегу-мификации.

В чернозёме Бельцкой степи было выявлено высокое сходство удобренных вариантов бессменной озимой пшеницы с её неудобренными аналогами, по сравнению с вариантами севооборота. Так, коэффициент сходства между неудобренной почвой озимой пшеницы с её удобренным аналогом северной зоны составлял 0,28, а между ним и неудобренным и удобренными вариантами севооборота -0,16 и 0,11 соответственно. Удобренный вариант бессменной пшеницы имел наибольшее сходство с вариантами севооборота, и коэффициент Съерен-сена-Чекановского варьировал от 0,21 до 0,25. Высокое сходство регистрировалось и характеризовалось величиной коэффициента сходства 0,19.

cd «

н о

4 О

X о

Ё

(D

5

я s -е -е

m

£

0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

■ » —.

N бессменно N60P60K30

□ севооборот N0P0K0

□ севооборот N60P60K30

■

бессменно N0P0K0

0,28

0,16

0,11

бессменно N60P60K30

0

0,25

0,21

севооборот N0P0K0

0,25

0,19

Экспериментальные варианты

0

Рис. 2. Значение коэффициента сходства Съеренсена-Чекановского между сообществами микроскопических грибов почвы из-под озимой пшеницы

Полученные данные свидетельствуют также о том, что своевременными и корректными агротехническими мероприятиями можно управлять ходом микробиологических процессов в почве и изменять их направленность в необходимую сторону.

ВЫВОДЫ

1. Сообщества микромицетов в исследованном черноземе Молдовы представлены микроскопическими грибами 8-ми родов: Alternaria, Aspergillus, Fusarium, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Trichoderma, Humicola. Диапазон родов в почве, удобренной органическим веществом, шире. Разнообразие микромицетов представлено главным образом видами, характеризующимися второстепенной ролью в сообществе. По мере убывания органического вещества почвы разнообразие микроскопических грибов сужается.

2. Всего в изученном черноземе было идентифицировано 20 видов микроскопических грибов: Alternariа alternata, Aspergillus flavus, Aspergillus fu-migatus, Aspergillus niger,

Aspergillus sp., Fusarium culmorum, Fusarium heterosporum, Fusarium oxysporum, Fusarium gibbo-sum, Penicillium commune, Penicillium expansum, Penicillium nigricans, Penicillium frecuentans, Penicillium digitatum, Penicillium viridicatum, Tricho-derma viride, Rhizopus oryzae, Rhizopus sp., Humicola sp, Mucor sp. Изученный чернозём содержит больше фитопатогенных грибов, чем представителей грибов - супрессоров.

3. Агротехнические мероприятия и технологии возделывания сельско хозяйственных культур оказывают огромное влияние на структуру сообществ микроскопических грибов, что проявляется в перераспределении и уменьшении количества видов с доминирующей ролью, снижении видового разнообразия, доминировании грибов рода Penicillium. Только интегрированные сельскохозяйственные стратегии могут гарантировать здоровье почвы.

Работа была выполнена в рамках проекта ГП

«Эффективное использование почвенных ресурсов и микробного разнообразия за счет применения элементов биологического (органического) земледелия», 20.80009.5107.

The work was performed in the framework of the GP» Efficient use of soil resources and microbial diversity through the use of elements of biological (organic) farming», 20.80009.5107.

Список литературы

1. Andronov E.E., Petrova S.N., Pinaev A.G., Pershina E.V., Rakhimgalieva S.Zh., Akhmedenov K.M., Gorobets A.V., Sergaliev N.Kh. Analysis of the Structure of Microbial Community in Soils with Different degrees of Salinization Using T-RFLP and RealTime PCR Techniques, Eurasian Soil Science, 2012, Vol. 45(2), pp. 147-156.

2. Bazykina G.S. Hydrological degradation of automorphic soils in agricultural landscapes, Byulleten Pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva, 2012, Vol. 70, pp. 43-55.

3. Фрунзе Н.И. Живой углерод чернозёмов Молдовы: современные аспекты и методологические решения проблемы. Lap Lambert: Academic Publishing. Дюсельдорф. Германия. 2017. 245 с.

4. Manucharova N.A. Molekulyarno-biolog-icheskie aspekty issledovanii v ekologii i mikrobiologii (Molecular biological aspects of research in ecology and microbiology), Moscow, 2010. 47 p.

5. Марфенина О.Е. Антропогенная экология почвенных грибов. Москва: Медицина для всех. 2005. 196 с.

6. Методы почвенной микробиологии и биохимии. Москва: МГУ. 1991. 382 с.

7. Назарько М.Д. Лобанов В.Г. Структура бактериальных и грибных сообществ ризосферного и внекорневого локусов серой лесной почвы. Почвоведение. 2019. № 3, стр. 355 - 369.

8. Polyanskaya JI.M., Geidebrekht V.V., Stepanov A.JI., Zvyagintsev D.G. Rapredelenie chislennosti i biomassy mikroorganizmov po profilyam zonal'nykh tipov pochv, Pochvovedenie, 1995, No. 3, pp. 322-328.

9. Baldrian P., Vetrovsky T., Cajthaml T., Dobi-asova P., Petrankova M., Snajdr J., Eichlerova I. Estimation of fungal biomass in forest litter and soil, Fungal ecology, 2013, pp. 1-11.

10. Fierer N., Schimela J.P., Holden P.A. Variations in microbial community composition through two soil depth profiles, Soil Biol. Biochem., 2003, pp.167176

11. Gangneux C., Akpa-Vinceslas M., Sauvage H., Desaire S., Houot S., Laval K. Fungal, bacterial and plant dsDNA contributions to soil total DNA extracted from silty soils under different farming practices: Relationships with chloroform-labile carbon, Soil Biol. Bi-ochem., 2011, pp. 431-43.