CC BY
12BIOLOGICAL SCIENCES
THE STRUCTURE OF THE MICROMYCETES COMMUNITIES TYPICAL BLAC SOIL OF
MOLDOVA
Frunze N.I.,
Doctor of agricultural sciences, Institute of Microbiology and Biotechnology, Street Academic 1, Chisinau. 2028 Frunze I.A.
Junior researcher, Institute of Microbiology and Biotechnology, Street Academic 1, Chisinau. 2028
СТРУКТУРА СООБЩЕСТВ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ ТИПИЧНОГО ЧЕРНОЗЕМА МОЛДОВЫ
Фрунзе Н.И.,
доктор селькохозяйственных наук, Институт Микробиологии и Биотехнологии, Улица Академическая 1, Кишинэу, 2028
Фрунзе И.А. младший научный сотрудник, Институт Микробиологии и Биотехнологии, Улица Академическая 1, Кишинэу, 2028
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 17 species belonging to the 7th birth: Alternaria, Aspergillus, Fusarium, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Trichoderma. The rangespecies 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.
Аннотация
Впервые в условиях Республики Молдова был определен видовой состав микроскопических грибов типичного чернозема с различной антропогенной нагрузкой. Установлено, что сообщества микромицетов в исследованном чернозeме представлены 17- ю видами, принадлежащими 7- ми родам: Alternaria, Aspergillus, Fusarium, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Trichoderma. Диапазон родов и видов в почве, удобренной органическим веществом и естественного биоценоза, 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 - супрессоров.
Keywords: microscopic mushrooms, species composition, micromycete community, dominant species, similarity coefficient, typical chernozem.
Ключевые слова: микроскопические грибы, видовой состав, сообщество микромицетов,
доминирующие виды, коэффициент сходства, чернозем типичный.
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 микроскопических грибов типичного чернозема Молдовы с различной антропогенной нагрузкой.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводились в многолетний почвенный стационар (с 1990 года) экспериментальной базы Академии наук Молдовы «Биотрон» и расположенная рядом (~ 100 м) лесополоса широколиственных пород деревьев (г. Кишинев). Почва опытных участков - чернозем типичный, суглинистый. Содержание гумуса в горизонте 0-60 см от 2,2 до 3,4%. Среднее исходное содержание Р2О5, К2О и N03 в горизонте 0-20 см составляло, соответственно, 3,70; 19,10; 1,43 мг на 100 г сухой почвы. Сумма поглощенных оснований в горизонте 0-50 см составляла 28-30 мг-экв/100 г почвы. Реакция почвенной среды - слабощелочная (рН = 7,8). Удельный вес почвы - 2,6 г/см3, порозность - 5060%, объемная масса - 1,06-1,30 г/см3.
Выбранные для исследования участки были заняты растениями озимой пшеницы в 4-х вариантах кормового севооборота с люцерной: 1 - неудобренный фон (контроль); 2 - минеральный фон (минеральные удобрения); 3 - органический фон: навоз КРС (крупного рогатого скота); 4 - органический фон* (навоз КРС + сидераты + растительные остатки). Расчеты по подстилочному навозу КРС проводили исходя из содержания в 100 т навоза, кг: N45^109^70. Эталоном в сравнительной оценке микробиологического состояния опытных вариантов служила залежная почва естественного биоценоза лесополосы.
Представленность родов также отличалась. Самым многочисленным оказался род Pénicillium, а роды Alternaría, Mucor, Trichodermаи Rhizopus были представлены 1 видом. Частота встречаемости представленных родов показала, что первенство принадлежало родам Pénicillium и Fusarium. В дальнейшем доминирование родов изменилось. Так, для грибов
рода Pénicillium и Fusarium более благоприятными были условия неудобренного и минерального
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 = 2Cmin/ A + B, где А - сумма частот встречаемости микромице-тов 1-го объекта (почвы и т. д.); B - сумма частот встречаемости микромицетов 2-го объекта; Cmm -сумма минимальных частот встречаемости, общих для 1-го и 2-го объектов микроскопических грибов.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ
ОБСУЖДЕНИЕ Определение видового состава микроскопи-чеких грибов исследуемого чернозёма показало, что сообщества микромицетов изученных вариантов представлены 17 видами, принадлежавшими 7 родам: Alternaria, Aspergillus, Fusarium, Mucor, Pénicillium, Rhizopus, Trichoderma (рис. 1). Самое незначительное количество видов было зарегистрировано на минеральном фоне (8 видов), затем, в возрастающем порядке, на неудобренном (9 видов), на органическом фоне + р.о. + сидераты (13 видов); органическом (14 видов) и естественном фоне залежи лесополосы (16 видов).
фона; для представителей рода Mucor - органических фонов и естественного фона лесополосы; для Aspergillus - неудобренного и органического; для Trichoderma - неудобренного и залежи, а для Alternaría - условия органического фона. Отметим также, что при этом роды Mucor и Rhizopus не идентифицировались в почвах неудобренного и минерального фона, а Trichoderma - в вариантах с внесением минеральных удобрений.
2GG
S 18G ч
s 16G
14G
а
«
ох
хсу 12G g 1GG
§ 8G
лсо 6G аб 4G
£ 2G ин G
нол
-- 1-
£ -It
--ï—iH 1-
Il II . 1 Iii. Il -Mit IhbíHh
УГ
« ^
о®
4 Я* 4
и Неудобренный ■ Минеральный ■ Органический ■ Органический* □ Лесополоса
Рис. 1. Структура сообщества микроскопических грибов чернозема типичного под пшеницей озимой
Микромицеты изученных вариантов по их вкладу в сообщество можно разделить на 3 группы [5-7]: 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% (таблица). 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 микро-мицетов возрастает за счет видов с второстепенной ролью (таблица). Доминирующую роль проявили представители родов Penicillium, Fusarium и Rhizopus, а именно: P. expansum ^14,67 - 35,17%), а так жеР. commune (11,86 -15,4%),P. digitatum (13,15 - 36-67%), Rhizopus sp. (17,79 - 17,97%) и F. оxysporum(12,96%). Но по вариантам они были представлены по-разному. В контроле было 4 вида: Р. expansum (35,17%), P. frecuentans (15,29%), Р. digitatum (13,15%), F. gibbosum (10,7%); на минеральном фоне также 4: Р. digitatum (36,67%),Р.
commune (15,4%), P. expansum (14,67%), F. oxysporum (12,96%); на органическом: P. commune (11,86), P. expansum (21,74%) и Rhizopus sp. (17,79%); на органическом* + сидераты + растительные остатки, а также на естественном фоне лесополосы было по 2 вида: P. expansum (29,41 и 27,18%) и Rhizopus sp. (17,97 и 17,84%). Абсолютным лидером являлся^. expansum, за исключением минерального фона, где лидером был P. digitatum. Кроме этого, в почве не удобренного фона таковыми были P. frecuentans, P. digitatum и F. gibbosum; в минеральном - P. commune, P. expansum и F. оxysporum; в органическом - P. expansum, Rhizopus sp. и P. commune, тогда как в органическом* и естественном фоне лесополосы -также и Rhizopus sp.
Численность микромицетов типичного чернозёма, проявивших второстепенную роль, по вариантам была больше, но сильно разнилась. Так, в контроле - 2 вида (T. viride - 9,17% и A. fumigatus -6,13%),на минеральном фоне - один вид (P. nigricans - 8,56%), в остальных вариантах - по 5 или 6 видов (на органическом фоне - 5 видов: A. аltemata(6,92%), A. flavus
Таблица
Относительное участие микромицетов в сообщество микроскопических грибов
Доля, % Экспериментальный фон
неудобренный минеральный органический органический* лесополоса
Виды микромицетов с доминирующей и субдоминирующей ролью
36,67 - 27,18 P. expansum P. digitatum P. expansum P. expansum
21,74 - 17,84 P. expansum Rhizopus sp. Rhizopus sp.
17,79 - 15,29 P. frecuentans P. commune Rhizopus sp.
13,67- 13,15 P. digitatum P. expansum
12,96 - 10,7 F. gibbosum F. oxysporum P. commune
Виды микромицетов с второстепенной ролью
9,17 - 7,03 T. viride P. nigricans P. frecuentаns P. viridicatum P. frecuentans P. viridicat. T. viride
6,92 P. digitatum A. alternata A. flavus
6,70 - 6,05 A. fumigatus F. oxyspor. F. oxysporum Mucor sp. P. frecuent. Mucor sp.
5,72 - 5,19 P. commune P. digitatum P. digitat. F. oxyspor
Редко встречаемые, с незначительной ролью виды
4,77 - 3,67 F. heterospor. A. fumigatus A.alternata T. viride T. viride A. flavus P. commune A. alternata
3,56 - 2,93 F. culmorum P. commune F. culmorum P. viridicat. P. nigricans A. flavus
2,61 - 1,87 Mucor sp. A. niger A.alternata P. nigricans
0,83 - 0,21 A. fumigat. F. heterosp. A. fumigatus A. fumigatus F. culmorum F. heterospor. F. gibbosum
(6,92%), F. Oxysporum (6,51%), P. frecuentans (8,89%), P. digitatum (6,92%); на органическом фоне* + растительные остатки + сидераты - 6 видов:
P. commune (5,72%), P. frecuentans (8,17%), F. oxysporum (6,7%), P. digitatum(5,57%), P. viridica-tum (7,03%), Mucor sp. (6,05%); в залежи - также 6 видов: F. oxysporum (5,39%),P. frecuentans, (6,03%), P. digitatum (5,19%), P. viridicatum (8,3%), T. viride (7,88%), Mucor sp. (5,39%).Виды с незначительной ролью, с долевым участием< 5% также различались по вариантам. На неудобренной почве было отмечено 3 вида: F. culmorum (3,36%), F. heterosporum (3,67%) и P. commune (3,36%); на минеральном фоне - также 3 вида, но, за исключением^ culmorum (2,93%), совсем другие^. alternata (4,16%), A. fumigatus (4,65%); на органическом фоне - 6 видов: A. niger (1,98%), A. fumigatus (0,4%),F. heterosporum (0,4%), P. viridicatum (3,56%), T. viride (3,95%) и Mucor sp. (2,16%), из которых опять же A. fumigatus и F. heterosporum прежних вариантов; на органическом фоне* + сидераты + растительные остатки - 5 видов: A. аlternata (2,61%)Д flavus (3,10%), A. fumigatus (0,33%), P. nigricans (3,27%), T. viride (4,08%); на естественном фоне лесополосы - 8 видов: A. аlternata (3,73%),A. flavus (4,77%), A. fumigatus (0,41%), F. culmorum (2,93%), F. heterosporum (0,21%),F. gibbosum (0,83%), P. commune (4,56%), P. nigricans (1,87%).
Таким образом выявлено, что сельскохозяй-
Мониторинг типичного чернозема выявил, что изученные почвы во многом схожи между собой по этому показателю (рис. 2). Так, по поводу распространенности и разнообразия грибов рода РетеШшт установлено, что изученной почве характерны карбоолиготрофные условия среды и де-гумификация. И только в почве, удобренной органическими удобрениями, процессы дегумификации заторможены. Микромицеты усугубляют процессы
структуру почвенных сообществ микромицетов, что приводит к их существенной перестройке. В бедном органическим веществом черноземе микроскопические грибы представлены небольшим количеством видов. Грибы - более избирательны (специализированы) в борьбе за питательные вещества, поэтому виды с доминирующей и субдоминирующей ролью представлены более широко. Отличия последней группы состоят в группировании видов микромицетов неудобренного фона, с минеральным и органическими фонами и естественным фоном лесополосы.
Изученные варианты имеют много общего: в них доминируют микроскопические грибы рода РетеШшт. Присутствие большинства представителей рода РетеШшт объясняется карбооли-готрофными условиями среды. В данном случае, только обогащение пахотных почв органическими веществами создает условия для предотвращения процессов дегумификации [5, 7]. Карбоолиготроф-ность 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 Съеренсена - Чека-новского (выражающего различные отношения числа совпадающих признаков к общему их числу) и меры расстояния (определяющей различия между сравниваемыми объектами в многомерном про-
дегумификации 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. Наибольшее сходство отмечено между неудобренным и минеральным фоном (0,44), затем между неудобренным и органическим фоном
ственное использование земель модифицирует странстве признаков).
а в т
с
д
о
х с
тн
е
и ц
и ф
ф
0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
минеральный органический органический*
Экспериментальные варианты
Рис. 2. Значение коэффициента сходства Съеренсена-Чекановского между сообществами микроскопических грибов почвы из-под озимой пшеницы.
(0,14). Сходство неудобренного фона с органическим* было наименьшим (0,11). Между минеральным и органическими фонами отмечалась такая же закономерность, хотя абсолютные величины коэффициента сходства были меньше почти в 4 раза (0,14 и 0,12 соответственно). Органические фоны характеризовались высокой величиной коэффициента Съеренсена- Чекановского (0,4).
Агротехнические мероприятия и технологии возделывания сельскохозяйственных 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. 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 представлены видами, принадлежащими 7-ми родам: Alternaria, Aspergillus, Fusarium, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Trichoderma. Диапазон родов и видов в почве, удобренной органическим веществом и естественного биоценоза, 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 типичном черноземе были идентифицированы 17 видов микроскопических грибов: Alternaria alternata, Aspergillus flavus, Aspergillusfu-migatus, Aspergillus niger, Fusarium culmorum, Fusarium heterosporum, Fusarium oxysporum, Fusarium gibbosum, Penicillium commune, Penicillium expansum, Penicillium nigricans, Penicillium frecuentans, Penicillium digitatum, Penicillium virid-icatum, Trichoderma viride, Mucor sp, Rhizopus sp. Типичный чернозём содержит больше фитопато-генных грибов, чем представителей грибов - су-прессоров.
3. Агротехнические мероприятия и технологии возделывания сельскохозяйственных
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
References
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. Frunze N.I. Live carbon black mills of Moldova: modern aspects and Methodological solutions to the problem. Lap Lambert: Academic Publishing. Düsteldorf. Germany. 2017. 245 p. [Published in Russian].
4. Manucharova N.A. Molekulyarno-biologicheskie aspekty issledovanii v ekologii i mikrobiologii (Molecular biological aspects of research in ecology and microbiology), Moscow, 2010. 47 p.
5. Marphenina O.E. Anthropogenic ecology of soil fungi. Moscow: Medicine for all. 2005. 196p. . [Published in Russian].
6. Methods of soil microbiology and biochemistry. Moscow: Moscow State University 1991. 382 p. . [Published in Russian].
7. Nazarko M.D Lobanov V.G. Structure of bacterial and mushroom communities Ricospheric and extractive locuses of gray forest soil. Soil science. 2019. № 3, p. 355 - 369.[Published in Russian].
8. Polyanskaya JI.M., Geidebrekht V.V., Stepanov A.JI., Zvyagintsev D.G. Raspredelenie chislennosti i biomassy mikroorganizmov po profilyam zonal'nykh tipov pochv, Pochvovedenie, 1995, No. 3, pp. 322-328.
9. Baldrian P., Vetrovsky T., Cajthaml T., Dobiasova 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
11. through two soil depth profiles, Soil Biol. Biochem., 2003, pp.167-176
12. 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. Biochem., 2011, pp. 431-437.
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.
