Сезонная динамика плотности обрастания стекол микроорганизмами в степных экосистемах Западного Забайкалья Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 579

СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ПЛОТНОСТИ ОБРАСТАНИЯ СТЕКОЛ МИКРООРГАНИЗМАМИ В СТЕПНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ЗАПАДНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

© Буянтуева Любовь Батомункуевна

кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и зоологии биолого-географического факультета Бурятского государственного университета Россия, 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а е-mail: [email protected].

© Никитина Елена Петровна

аспирант кафедры экологии и зоологии биолого-географического факультета Бурятского государственного университета Россия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а е-mail: [email protected]

© Намсараев Баир Бадмабазарович

доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией микробиологии Института общей и экспериментальной биологии СО РАН Россия, 670000, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 8 е-mail: [email protected]

Проведено исследование сезонной динамики плотности обрастания стекол микроорганизмами в степных экосистемах Западного Забайкалья. Выявлено большое разнообразие различных таксономических групп микроорганизмов, представленных в основном бактериями, грибами и водорослями. Отмечены определенные закономерности плотности обрастания стекол (микробных пейзажей) в разные сезоны года. Более высокая плотность микроорганизмами отмечена в летний (вторая половина) период, наиболее благоприятный по гидротермическим показателям (высокие температуры совпадают с наибольшим увлажнением) для жизнедеятельности микроорганизмов во всех исследуемых экосистемах.

Ключевые слова: грибы, бактерии, актиномицеты, микробные сообщества, стекла обрастания, «микробные пейзажи».

SEASONAL DYNAMICS OF GLASS ACCRETION DENSITY BY MICROORGANISMS IN THE STEPPE ECOSYSTEMS OF THE WESTERN TRANSBAIKALIA

Buyantueva Lyubov B.

PhD in Biology, A/Professor, department of zoology and ecology, biological and geographical faculty

Buryat State University

24а Smolina, Ulan-Ude, 670000, Russia

Nikitina Elena P.

Research Assisatant, department of zoology and ecology, biological and geographical faculty

Buryat State University

24а Smolina, Ulan-Ude, 670000, Russia

Namsaraev Bair B.

DSc in Biology, Professor, Head of microbiology laboratory Institute of General and Experimental Biology, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences. 8 Sakhyanovoy, Ulan-Ude, 670047, Russia

The research of seasonal dynamics of glass accretion density by microorganisms in the steppe ecosystems of the Western Transbaikalia was carried out. A great diversity of various taxonomic groups of microorganisms was determined, they were mainly represented by bacteria, fungi and algae. The certain regularities were observed in density of glass «accretion» (microbe landscapes) in different seasons. The higher density of microorganisms was observed in summer (in its second half), the most favorable season according to hydrothermal indicators (high temperature coincides with the greatest humidification) for vital activities of microorganisms in all researched ecosystems.

Keywords: fungi, bacteria, actinomycetes, microbe communities, «accretion» glass, «microbe landscapes».

Степи как естественные угодья Забайкалья — весьма ценные кормовые ресурсы, поэтому они с давних времен интенсивно используются коренными жителями под пастбища. Но в настоящее время аридизация климата, промышленное использование степных территорий и различные антропогенные воздействия (бессистемный выпас домашнего скота, вспашка земель, выжигание растительности и др.) привели к отчуждению, интенсивному их использованию и деградации. Поэтому одной из современных проблем является сохранение степных экосистем.

Коренное преобразование экологии природных экосистем сопровождается, прежде всего, изменением структуры микробных ассоциаций, их биохимической и функциональной деятельности и в конечном итоге — снижением плодородия почвы, продуктивности фитоценозов, питательной ценности травостоя и другими нежелательными процессами.

Таким образом, изучение современного состояния структуры и деятельности микробных сообществ этих уникальных природных экосистем Забайкалья имеет большой научный и практический интерес.

Основной целью наших исследований было изучение сезонной динамики плотности обрастания стекол микроорганизмами в степных экосистемах Западного Забайкалья.

Объекты и методы исследования

Исследования микробных сообществ степных экосистем Западного Забайкалья проводились с 2011 по 2014 г. на стационарных экспериментальных площадках. Три площадки (№ 1-3) заложены в Тугнуйской котловине Мухоршибирского района, в отрогах хребта Барского (южный склон хребта Саган-Дабаан), две площадки (№ 4-5) — в предгорьях хребта Хамар-Дабан Иволгинского района на высоте 598-686 м над ур. м с координатами 51008-51036/ с. ш. и 107003-1070768/ в. д.

Растительность представлена ковыльно-разнотравными сообществами, почвы — каштановыми.

Микробные сообщества в исследуемых степных экосистемах изучены методом обрастания стекол [1]. Стекла обрастания были заложены на поверхности почв в полевых условиях на пробных площадках в различные годы и сезоны года.

Заселенность микроорганизмов на стеклах обрастания оценивали по 5-балльной шкале [2]. Морфологические признаки микроорганизмов изучали, используя микроскоп (Axiostar plus Zeiss), увеличение 1 000 раз.

Результаты исследования

На стеклах обрастания мы наблюдали различные таксономические группы микроорганизмов: бактерии, грибы и водоросли и различные формы их существования. Главенствующее положение в данных микробоценозах занимают бактерии.

При микроскопировании данных стекол плотность обрастания в основном представлена бактериями (оценена в 2,0-4,0 балла) в виде палочковидных (1-5 мкм), овальных (2-3 мкм) и кокковидных форм (0,5-1 мкм) (в основном микрококки, а также редко диплококки). Незначительно на стеклах представлены гифы грибов (0-2,0 балла), мицелии актиномицетов (0-1,5 балла), а также водоросли (0,5-2,0 балла). Благодаря сложности рельефа, мозаичности растительного покрова в исследуемых степных экосистемах на поверхности почвы наблюдается набор различных микросред, в каждой из которых создаются совершенно различные условия для развития отдельных групп микроорганизмов. В пользу данной концепции свидетельствуют полученные материалы исследования микробных пейзажей. На стеклах обрастания, заложенных на одном и том же участке, отмечены скопления как одних бактерий, так и различных групп микроорганизмов: бактерий, грибов и водорослей.

Анализ микробных пейзажей стекол обрастания в разные годы исследования незначительно отличается. В сухой 2014 г. наблюдается более низкая плотность обрастания микроорганизмами. Однако отмечены определенные закономерности плотности обрастания стекол (микробных пейзажей) в разные сезоны года.

Более высокая плотность стекол обрастания микроорганизмами отмечена в летний и ранне-осенний период, наиболее благоприятный по гидротермическим показателям для жизнедеятельности микроорганизмов во всех исследуемых экосистемах. «Микробные пейзажи» представлены на некоторых стеклах обрастания в виде крупных скоплений палочковидных, кокковидных и овальных форм бактерий. Значительными размерами скоплений отличались кокковидные формы бактерий. Часто

можно встретить одиночные мелкие палочковидные и овальной формы клетки, а также сцепленные палочки, состоящие из 2-3-4 клеток.

В то же время на отдельных стеклах обрастания можно отметить смешанные популяции бактерий, грибов, актиномицетов и водорослей. Наряду с многочисленными бактериями обнаружено небольшое количество актиномицетов и грибов, представленных в виде мицелий и гифов. Гифы грибов часто окружены скоплениями бактерий кокковидной и палочковидной форм. При этом нередко можно видеть явления лизиса гифов бактериями. Грибы в биохимическом отношении являются наиболее активными и создают вокруг себя среду, насыщенную продуктами своего распада, и тем самым привлекают бактерии, нуждающиеся в этих продуктах.

В изобилии представлены на стеклах обрастания водоросли, среди которых морфологически различимы диатомовые (Pleurosigma sp), зеленые водоросли (Desmidium sp, Closterшm sp). Также встречаются цианобактерии (АпаЬепа sp, Oscillatoria sp). Распространение водорослей и цианобактерий наряду с основными деструкторами органического вещества растительного опада бактериями и грибами вполне закономерно. Они снабжают гетеротрофные микроорганизмы углеводами и другими энергетическими соединениями, синтезируемыми ими в ходе фотосинтеза. На поверхности некоторых зеленых водорослей отмечены скопления в основном палочковидных и редко овальных форм бактерий.

Весной обрастание стекол было слабым, причем преимущественно развивались палочковидные, диффузно расположенные бактерии, единичные микроколонии из двух и более клеток, а также небольшие скопления овальных форм бактерий.

Наблюдались одиночные водоросли и редкие диффузно разбросанные мицелии грибов и актино-мицетов.

Результаты плотности обрастания стекол представлены на рис. 1-3.

□ Бактерии □ Грибы □ Водоросли Актиномицеты

Рис. 1. Плотность обрастания стекол микроорганизмами в исследуемых степных экосистемах Бурятии (зимний и ранне-весенний период — 02.11.11 — 07.05.12; 02.11.13 — 03.05.14 (1-3 участки) и 04.11.11 — 07.05.12; 04.11.13 — 11.05.14 (4 и 5 участки))

Балл

4

35

3,5

3

2,5

1

2

I

1.5 1

0,5 0

#

Л?

] Бактерии □ Грибы □ Водоросли Актиномицеты

Рис. 2. Плотность обрастания стекол микроорганизмами в исследуемых степных экосистемах Бурятии (конец весны — первая половина лета — 07.05.12-30.07.12; 03.05.14-06.08.14 (участки 1,2,3) и 8.05.12-28.07.12; 11.05.14-03.08.14 (участки 4,5)) Примечание: отсутствие данных на 5-м участке обусловлено пожарами

Балл

4 3,5 3 2,5 2 1,5 1

0,5 0

Участки

Бактерии □ Грибы □ Водоросли

Актиномицеты

Рис. 3. Плотность обрастания стекол микроорганизмами в исследуемых степных экосистемах Бурятии (вторая половина лета и осень — 22.07.11-02.11.11; 06.08.14-04.10.14 (1-3 участки) и 4.08.11-04.11.11; 03.08.14-05.10.14 (4-5участки)). Примечание: отсутствие данных на 5-м участке обусловлено пожарами

Таким образом, проведенные исследования микробных пейзажей выявили большое разнообразие различных таксономических групп микроорганизмов, представленных в основном бактериями, а также грибами и водорослями. Стекла обрастания дают весьма отчетливую картину влияния природно-климатических особенностей исследуемого региона на структуру микробных сообществ. Наличие на стеклах заложенных в благоприятный по гидротермическим показателям летний и ранне-осенний периоды крупных бактериальных скоплений и микроколоний, а также разветвленного мицелия грибов и актиномицетов свидетельствует о бурном размножении и активной биохимической деятельности микробных сообществ. Микробные пейзажи стекол обрастания весеннего периода, когда почвы недостаточно прогреты, представленные единичными диффузно расположенными бактериальными клетками и слаборазвитыми мицелиями грибов и актиномицетов, служат показателем угнетения жизнедеятельности микроорганизмов.

Литература

1. Теппер Е. З. Практикум по микробиологии. — М.: Агропромиздат, 1987. — С. 23.

2. Носова Л. М., Гельцер Ю. Т. Определение протеолитической активности дерново-подзолистой и дерновой почв методом фотобумажной автографии // Микроорганизмы как компоненты биогеоценоза. — М.: Наука, 1984. — С. 153-156.

References

1. Tepper E. Z. Praktikum po mikrobiologii [Practical work on microbiology]. Moscow: Agropromizdat, 1987. P. 23.

2. Nosova L. M., Gel'tser Yu. T. Opredelenie proteoliticheskoi aktivnosti dernovo-podzolistoi i dernovoi pochv metodom fotobumazhnoi avtografii [Determination of proteolytic activity of sod-podzolic and turf soil by the method of photo and paper autography]. Mikroorganizmy kak komponenty biogeotsenoza - Microorganisms as components of biogeocoenose. Moscow: Nauka, 1984. Pp. 153-156.