CC BY
65
УДК 582.28
СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА МИКОБИОТЫ ЛИСТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ1
© 2013 Т.А. Овчинникова, Е.В. Кремс, Е.С. Корчиков2
В работе представлены данные по сезонной динамике микобиоты листовой поверхности Acer platanoides и Tilia cordata, произрастающих на территории Загородного парка г. Самара и ее взаимосвязи с аэромикофлорой города и физиологическими особенностями самих растений.
Ключевые слова: микофлора филлоплана, сезонная динамика микофлоры, условно-патогеннные грибы.
Введение
Изучение микробно-растительных взаимоотношений — одно из быстроразвива-ющихся направлений современной биологии. Основной акцент в последние годы был сделан на изучение взаимодействия растения с почвенными и ризосферны-ми микроорганизмами, являющихся симбионтами растений. Значительно меньше внимания уделялось эпифитным микроорганизмам филлосферы. К настоящему времени установлено, что на листовой поверхности отдельных травянистых и древесных видов формируется достаточно специфичная сапрофитная микробиота, видовой состав которой может меняться в ходе вегетации растительного организма [1-3]. В условиях городской среды листовая поверхность древесных и травянистых растений помимо собственной аборигенной микрофлоры постоянно и обильно снабжается микробными пропагулами, попадающими на нее из окружающего воздуха. В свою очередь, аэромикрофлора приземных слоев воздуха формируется за счет сдувания микробных пропагул с поверхности почвенного покрова, поверхности водоемов, растений, разнообразных строительных конструкций, а также привносится из более высоких слоев атмосферы. Каждая из этих сред пребывания и размножения микроорганизмов оказывает свое воздействие на численность, состав, адаптивные свойства микроорганизмов [1; 4-6]. Трансформирующая роль листовой поверхности высших растений по отношению к микроорганизмам, оседающим на ней, ее роль как источника спор, поступающих в воздушную среду, остается малоизученной.
1 Работа подготовлена в рамках Программы развития деятельности студенческих объединений "Интеграция студентов классического университета в науку, социально-проектную деятельность и гражданское общество — гарантия стабильного развития государства".
2Овчинникова Татьяна Анатольевна ([email protected]), Кремс Евгения Валерьевна ([email protected]), Корчиков Евгений Сергеевич ([email protected]), кафедра экологии, ботаники и охраны природы Самарского государственного университета, 443011, Российская Федерация, г. Самара, ул. Акад. Павлова, 1.
Особый интерес в последние годы представляют микромицеты городской среды, среди которых в условиях усиливающейся урбанизации растет число условно-патогенных и патогенных для человека, животных и растений видов грибов, что связано, с одной стороны, с падением иммунитета организма хозяина, с другой — усилением агрессивности самих грибов под влиянием антропогенного загрязнения [4; 5].
Можно полагать, что листовая поверхность древесных растений оказывает существенное влияние на состав аэромикофлоры города, так как имеет огромную площадь, превышающую в десятки раз площадь проективного покрытия дерева, и может собирать из воздуха значительное количество пыли и адсорбированных на ней пропагул микроорганизмов. Для части микробных пропагул листовая поверхность кроны деревьев — место временного пребывания, после чего они вновь переходят в воздушную среду или смываются дождями. Часть пропагул могут прорастать и размножаться за счет выделений питательных веществ листовой поверхностью растения [2; 3]. Предполагается, что виды микробиоты, не свойственные филлоплану данного вида растений, могут вытесняться аборигенной микрофлорой листа [2; 3]. Для микроорганизмов, входящих в состав микрофлоры фил-лоплана, характерны следующие черты: способность питаться выделениями растений, олиготрофность, устойчивость к повышенным концентрациям фитонцидов, способность переносить периодическое высушивание, у некоторых видов отмечается повышенная устойчивость к солнечной радиации [1; 2; 3; 7].
Целью настоящей работы были исследование сезонной динамики видового состава и численности микромицетов листовой поверхности Клена платановидного (Acer platanoides L.) и Липы сердцевидной (Tilia cordata Mill.), произрастающих на территории Загородного парка г. Самары, анализ влияния на микобиоту фил-лоплана аэромикофлоры, динамики состояния самих растений, а также оценка идентифицированных видов с позиции их опасности для здоровья человека.
Материал и методы исследования
Отбирались неповрежденные листья с разных точек нижней части кроны в мае, июне, июле, августе и сентябре 2011 года. Извлечение эпифитной микобио-ты проводилось методом ее смыва с листовой поверхности. Полученную суспензию высевали на агар Чапека. Подсчет и видовая идентификация колоний производились на 7-й день инкубации. Показатели численности микромицетов выражали в КОЕ в пересчете на 1 см2 листовой поверхности.
Результаты и их обсуждение
Идентификация колоний, высеянных с поверхности листьев липы и клена в период с мая по сентябрь 2011 года, выявила 8 видов грибов из 5 родов. Род Aspergillus представлен 4 видами: A. niger, A. ochraceus, A. ñavus, A. candidus. Также были обнаружены — Mucor sp., Penicillium cyclopium, Alternaria alternata sensu lato, Cryptococcus sp. (табл. 1).
Таблица 1
Доля микромицетов, выделенных с листовой поверхности деревьев Загородного парка города Самары
в период с мая по сентябрь 2011 года, %
Вид микро- Май Июнь Июль Август Сентябрь
мицета
клен липа клен липа клен липа клен липа клен липа
Mucor spp. — — — — единично — единично единично единично —
Cryptococcus — — — — — 53,89 — 96,01 — 97,59
spp.
Alternaria 10,97 31,34 16,03 87,15 16,55 6,94 37,89 0,69 48,38 —
alternata
Pénicillium 10,95 — 35,72 — 37,60 20,06 33,12 0,52 25,58 —
cyclopium
Aspergillus единично — единично — — — — — — —
Candidus
Aspergillus единично единично единично — — — — — — —
flavus
Aspergillus 5,50 1,17 35,40 3,92 43,03 17,62 28,99 2,78 25,96 2,41
ochraceus
Aspergillus 72,58 67,50 12,85 8,93 2,78 1,49 — — — —
niger
Видовая идентификация мелкоспоровых видов грибов рода Alternaría по морфологическим признакам затруднена. Для экологических целей систематики считают возможным объединить мелкоспоровые альтернарии, являющиеся сильными аллергенами, в комплекс A. alternata sensu lato [4].
Наиболее высокие показатели удельного обилия в филлоплане изучаемых видов растений отмечены для 4 видов грибов: Aspergillus níger, Alternaría alternata sensu lato, Aspergillus ochraceus, Cryptococcus sp. (табл. 1). Сопоставление динамики состава микобиоты филлоплана клена и липы в период вегетации 2011 года обнаружило признаки сходства, которые в большей мере были связаны с воздействием микофлоры внешний среды, и различия, обусловленные физиологическими особенностями изучаемых древесных растений.
Так, в первую половину вегетационного периода с мая по июнь отмечается сходство доминирующих видов филлоплана клена и липы. Общими для них являются — Alternaría alternata sensu lato, Aspergillus níger и A. ochraceus (табл. 1). Наиболее ярким доминантом отмечен микромицет A. níger, доля которого наиболее высока в мае - 72,58 и 67,50 % на поверхности листьев клена и липы соответственно. Интересно, что к июлю степень их участия в филлоплане изучаемых деревьев резко падает - до 2,78 % у клена и до 1,49 % у липы (табл. 1, рис. 1). Основным местообитанием грибов данного вида является почва. Согласно литературным данным, присутствие A. níger часто обнаруживается на листовой поверхности высших растений в виде спор, которые, как правило, не получают дальнейшего развития [3]. Следует отметить, что условия летнего периода 2010 года (высокая температура, низкая влажность) были благоприятны для жизнедеятельности многих представителей рода Aspergíllus [4-6].
Известно, что споры аспергиллов способны длительно сохраняться на больших высотах, выдерживая условия интенсивного ультрафиолетового излучения, дегидратации и экстремальных температур, поэтому высокая доля аспергиллов, в частности A. níger, в начале летнего периода 2011 года может быть следствием их переноса из высоких слоев атмосферы [4-6].
Для двух других общих доминантов филлоплана клена и липы в первой половине лета —Alternaría alternata sensu lato и Aspergíllus ochraceus — характерно постоянное присутствие в течение всего вегетационного периода и довольно высокое обилие на поверхности листьев клена, достигающее 48,38 и 43,03 % соответственно (табл. 1). Основным местообитанием сапрофитных представителей грибного комплекса Alternaría alternata sensu lato является растительный опад и филлоплан древесных, кустарниковых и травянистых растений [1; 5; 6]. Для микромицета Aspergíllus ochraceus основным местообитанием является почва, но и для него отмечаются развитие и спорообразование в составе микробокомплекса филлоплана некоторых видов растений [5; 6]. Несмотря на частые и обильные дожди, смывающие значительную часть микрофлоры с листовой поверхности в течение всего вегетационного периода 2011 года, обнаруженные нами постоянное присутствие и доминирование данных двух видов микромицетов в филлоплане Клена остролистного свидетельствуют о том, что эти грибы уже входят в состав микробного ценоза листа.
Наши мониторинговые наблюдения в период с 2000 по 2006 гг. за качественным составом аэромикофлоры территорий вблизи Загородного парка г. Самары, показали, что представители грибного комплекса Alternaría alternata sensu lato часто доминируют в воздушной среде города Самары и их доля в течение лета -осени колеблется от 30 до 70 % от общей численности грибов [9]. В весенний и
Рис. 1. Показатели численности Aspergillus niger на поверхности листьев Клена платановидного и Липы сердцевидной на территории Загородного парка г. Самары в период с мая по сентябрь 2011 года
осенний периоды источником спор альтернарий в воздухе города является разлагающийся опад, а в середине лета отмечается снижение микробиологической активности почв и опада [5; 6]. Аналогичные закономерности были обнаружены нами и в динамике численности грибных спор в атмосферном воздухе города Самары в вегетационные сезоны 1999-2000 гг. [10]. Вероятно, в летние месяцы обогащение воздушной среды спорами грибов рода Alternaría может осуществляться за счет их размножения в филлоплане древесных растений. Так, в вегетационный период 2011 года максимальная численность грибов рода Alternaría на листовой поверхности клена и липы приходится на июнь (рис. 2).
май топь июль август сентябрь
Рис. 2. Показатели численности Alternaría alternata sensu lato на поверхности листьев Клена платановидного и Липы сердцевидной на территории Загородного парка г. Самары в период с мая по сентябрь 2011 года
На листовой поверхности липы с июля по сентябрь происходит вытеснение всех видов грибов дрожжами рода СгурЬососаиБ Бр., доля которых растет с июля по сентябрь с 53,89 до 97,59 % (табл. 1). Дрожжи в смывах с листьев клена остролистного обнаружены не были, а на листовой поверхности липы их численность в 2-3 раза превышает численность доминирующих микромицетов в первую половину лета (рис. 3). Известно, что многие виды дрожжевых грибов являются потребителями растительных экссудатов, поэтому полученный результат мы связываем со спецификой выделительной функции листовой поверхности [12]. Для представителей рода СгурЬососаиБ показан широкий спектр антибиотической активности, состоящей, в частности, в продуцировании высокотоксичных фунгицидов белковой и гликолипидной природы [13].
май июнь июль август сентябрь
Рис. 3. Показатели численности СгурЬососаиБ 8р. на поверхности листьев Липы сердцевидной на территории Загородного парка г. Самары в период с мая по сентябрь 2011 года
Для определения патогенности выделенных микромицетов мы использовали классификацию С. де Хога [10; 11]. Анализ показал, что обнаруженные нами виды относятся к 2 группам: BSL1 и BSL2 (табл. 2) Грибы группы BSL1 — практически безопасные для здоровых людей грибы. В организм людей они могут попадать при нарушении кожных покровов и вызывать локализованные микозы. Глубокие микозы они могут вызывать на фоне иммунодефицита [4; 5; 8]. Грибы группы BSL2 могут попадать в организм здорового человека и сохраняться в нем, вызывая локализованные микозы. В ослабленном организме они могут распространяться более широко и проявлять свойства оппортунистов [4]. Доказанными возбудителями микогенных аллергий в первую очередь рассматриваются виды темноокрашенных родов. Примером является обнаруженный нами комплекс видов Alternaría alternaba sensu lato. Споры плесневых грибов рода Alternaría могут вызывать сенсибилизацию у 15-76 % больных с повышенной чувствительностью к плесневым грибам [4; 5; 8].
Таблица 2
Оценка опасности (по шкале БЯЬ) видов грибов, обнаруженных в филлоплане Клена остролистного и Липы сердцевидной на территории Загородного парка г. Самары
Вид микро- Доля Уровень Заболевания (по [11])
мицета участия, % патогенности
Alternaría 0,69-87,15 BSL1 Синусит, кератомикоз, они-
alternaba sensu хомикоз, инвазив. инфек-
lato ции, микогенная аллергия, бронхиальная астма
Penicillium 0,52-37,66 — Нет данных
cyclopium
Aspergillus 1,49-72,58 BSL1 Аспергиллез бронхов, лег-
niger ких, ЛОР-органов,
Aspergillus единично BSL2 глаз, кожи, костей, пораже-
ñavus ние слизистых
Aspergillus единично BSL1 оболочек рта, гениталий,
Candidus микотоксикозы и пр.
Aspergillus 1,17-43,03 BSL1 Нет данных
ochraceus
Cryptococcus 53,89-97,59 — Нет данных
SPP-
Выводы
Исследование микобиоты листовой поверхности клена и липы, произрастающих на территории Загородного парка, в 2011 году обнаружило сходство состава и динамики видов с мая по июль. Вероятно, в первую половину лета состав микобиоты листа в большей степени отражал не специфику вида растения, а влияние климатических условий и воздействие воздушной среды. Во второй половине летнего сезона видовой состав эпифитной микобиоты липы и клена существенно различался. Выявленное нами доминирование дрожжевых грибов СгурЬососаиБ на поверхности листьев Липы сердцевидной в июле, августе и сентябре 2011 года и отсутствие данных грибов в филлоплане клена, вероятно, связано с особенностями экссудации различных веществ листовой поверхностью Липы сердцевидной.
Проведенная нами оценка идентифицированных видов с позиции их опасности для здоровья человека показала, что около 13 % видов являются доказанными источниками аллергенов и 75 % эпифитной микобиоты представлено условно-патогенными видами. Все доминирующие виды микобиоты филлоплана входят в состав группы условно патогенных грибов.
Литература
[1] Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 445 с.
[2] Возняковская Ю.М. Взаимоотношения растений с микроорганизмами ризосферы и филлосферы // Агрономическая микробиология. Л.: Колос, 1976. С. 144-179.
[3] Возняковская Ю.М. Некоторые аспекты взаимодействия здоровых растений с микроорганизмами // Методологические проблемы аллелопатии. Киев: На-укова думка, 1989. С. 65-72.
[4] Микология сегодня / под ред. Ю.Т. Дьякова, Ю.В. Сергеева. М.: Национальная академия микологии, 2007. Т. 1. 376 с.
[5] Марфенина О.Е. Антропогенная экология почвенных грибов. М.: Медицина для всех, 2005. 195 с.
[6] Билай В.И, Коваль Э.З. Аспергиллы. Киев: Наукова думка, 1988. 202 с.
[7] Рощина В.Д., Рощина В.В. Выделительная функция высших растений. М.: Наука, 1989. 173 с.
[8] Кочемасова З.Н., Ефремова С.А., Рыбакова А.М. Санитарная микробиология и вирусология. М.: Медицина, 1987. 352 с.
[9] Овчинникова Т.А., Серендеева Е.В., Чаплашкина Н.А. Сезонная динамика воздушной микрофлоры города Самары: материалы Всероссийского конгресса по медицинской микологии. М., 2007. Т. 2. С. 234-235.
[10] Овчинникова Т.А., Панкратов Т.А. Мониторинг воздушной микофлоры города Самары // Мониторинг окружающей среды. Тольятти, 2003. С. 170-174.
[11] Саттон Д., Фотергилл А., Ринальди М. Определитель патогенных и условно-патогенных грибов. М.: Мир, 2002. 486 с.
[12] Бабьева И.П., Чернов И.Ю. Биология дрожжей. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2004. 221 с.
[13] Кулаковская Е.В. Антифунгальные целлобиозолипиды дрожжевых грибов: ав-тореф. дис. ... канд. биол. наук. Пущино, 2006. 15 с.
Поступила в редакцио 30/Х/2012;
в окончательном варианте — 30/Х/2012.
SEASONAL DYNAMICS OF MICOBIOTA'S LEAF AREA OF TREES IN URBAN TERRITORY
© 2012 T.A. Ovchinnikova, E.V. Krems, E.S. Korchikov3
This article deals with seasonal dynamics of micobiota's leaf area of Acer platanoides and Tilia cordata in Samara Park "Zagorodny". The correlations of seasonal dynamics of micobiota's of leaf area of trees with urban aeromicoflora and physiological characteristics of plants were considered in the article.
Key words: micoflora of phylloplane, micobiota's seasonal dynamics, conditionally
pathogenic fungi.
Paper received 30/X/2012. Paper accepted 30/X/2012.
3 Ovchinnikova Tatyana Anatolyevna (catiov4amail.ru), Krems Evgenia Valerievna ([email protected]), Korchikov Evgeniy Sergeevich ([email protected]), the Dept. of Ecology, Botany and Nature Protection, Samara State University, Samara, 443011, Russian Federation.
