CC BY
6
УДК 582.84+577.1 doi:10.21685/2307-9150-2021-4-8
Влияние продуктов деградации лигнина на динамику комплекса мицелиальных грибов в модельных условиях
Г. В. Ильина1, Д. Ю. Ильин2, А. А. Воробьёва3
1,2,3Пензенский государственный аграрный университет, Пенза, Россия 1ilyim.g.v@pgau.ru, 2ilyin.d.u@pgau.ru, 3vorobieva.a.a@pgau.ru
Аннотация. Актуальность и цели. Наблюдаемая практически повсеместно в настоящее время переэксплуатация почвы как производственного ресурса приводит к истощению запасов гумуса, являющегося, в свою очередь, важнейшим фактором плодородия. В естественных ценозах эта проблема не является столь существенной, поскольку запасы гумуса находятся в состоянии относительного динамического равновесия. Это достигается благодаря постоянному поступлению отмершей растительной органики в почву и слаженной деятельности комплекса микроорганизмов, обеспечивающих ее ступенчатую деградацию. Важное место в указанном комплексе занимают мицелиальные грибы, способные к ферментативной деструкции сложных полимеров (целлюлозы и особенно лигнина). На основании продуктов их неполного распада, а также их вторичных производных формируется сложный комплекс соединений фе-нольной природы слагающих вещество гумуса. Проявление физиологической и функциональной активности почвенных мицелиальных грибов в естественных условиях сопряжено с целым комплексом внешних параметров: влиянием гидрологических, эдафических, климатических факторов, взаимодействием с другими организмами, в том числе с ризосферной микрофлорой, видами-конкурентами и т.д. Существенный интерес представляет возможность влияния на ход развития гриба со стороны его природного субстрата: органической массы на разных стадиях разложения, а также интермедиатов, образующихся в процессе деструкции, в том числе производных лигнина, активных форм кислорода и др. По мнению многих авторов, лигнин и продукты его частичной деградации как компоненты субстрата способны оказывать значительное влияние на процессы развития и морфогенез грибов. В этой связи представляет интерес изучение влияния промежуточных продуктов распада лигнина на структуру комплекса микобиоты в модельных условиях. Целью исследований стало изучение роли интермедиата лигнина как фактора, обеспечивающего конкурентное преимущество зимогенной и автохтонной микобиоты на разных стадиях деструкции растительной органики. Материалы и методы. Объектами исследования послужили штаммы мицелиальных грибов Trichoderma viride Pers (TV-18), Aspergillus terreus Thom (Ater-12), Penicillium chrysogenum Thom (Pch-19), выделенные из серых лесных почв Пензенской области и поддерживаемые в коллекции мицелиаль-ных культур Пензенского ГАУ. Культивирование мицелия проводили на среде Гет-чинсона по общепринятым методикам. Эксперименты проводили с использованием типичного промежуточного продукта деградации лигнина - сиреневого альдегида, содержащего 34 % метоксильных групп (-ОСН3) в своем составе. О степени утилизации мицелием указанного продукта судили по динамике содержания метоксильных групп в среде. Определение содержания метоксильных групп в субстратах осуществлялось методом Цейзеля в модификации с применением газожидкостной хроматографии. Параметры развития мицелиальных культур оценивали по средней скорости роста мицелия, а также по интенсивности синтеза эргостерина как иллюстрации подготовки культуры к вторичному метаболизму. Определение содержания эргостерина
© Ильина Г. В., Ильин Д. Ю., Воробьёва А. А., 2021. Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License / This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.
в мицелии проводили газохроматографическим методом с дериватизацией неомыля-емой фракции липидов, экстрагированных из мицелия по методу Фолча, в триметил-силильные производные. Статистическая обработка проводилась с помощью программы для обработки и анализа данных "Statistica 6.0". Результаты. Исследования динамики развития культур мицелиальных грибов Trichoderma viride Pers (TV-18), Aspergillus terreus Thom (Ater-12), Penicillium chrysogenum Thom (Pch-19) осуществлялись при индивидуальном и совместном культивировании в модельных условиях в присутствии сиреневого альдегида на разных стадиях деструкции. Установлено, что при индивидуальном культивировании влияния на развитие T. viride со стороны сиреневого альдегида, содержащегося в питательной среде на уровне 0,25 %, не отмечается. Скорость роста, культурально-морфологические параметры (изменение пигментации мицелия, сроки наступления и интенсивность споруляции) практически не отличались от контрольного варианта, в котором сиреневый альдегид отсутствовал. Содержание метоксильных групп в питательной среде за период культивирования практически не изменилось. При изучении особенностей развития на среде Гет-чинсона с добавлением сиреневого альдегида в количестве 0,25 % от состава среды культур A. terreus и P. chrysogenum обнаружена стимуляция роста мицелия грибов обоих видов, а также связь динамики содержания метоксильных групп с синтезом эргостерина, интенсивностью пигментации мицелия и споруляцией. Совместное культивирование трех изученных видов на указанной среде позволило установить угнетение развития культуры T. viride на фоне интенсивного развития A. terreus и P. chrysogenum. Причем в контрольном варианте T. viride проявила себя как сильный конкурент и благодаря высокой скорости роста как правило подавляла развитие A. terreus и P. chrysogenum в первые пять суток культивирования. Выводы. Изучены особенности развития распространенных видов почвенной микобиоты, вносящих значительный вклад в ход почвообразовательных процессов, в модельных условиях в присутствии продукта деструкции лигнина, богатого метоксильными группами -сиреневого альдегида. В экспериментах установлена роль данного компонента питательной среды как фактора, обеспечивающего конкурентные преимущества автохтонной микобиоте. Можно предположить, что присутствие продукта деструкции лигнина способно выступить как фактор отбора, определяющий конкурентный потенциал микобиоты и функциональную активность ее компонентов на разных стадиях почвообразовательного процесса. Учитывая, что сиреневый альдегид и сходные с ним фенольные соединения являются компонентами нерегулярной молекулы лигнина, высвобождаемыми в процессах гумификации, можно допустить существование аналогичных механизмов в естественных условиях.
Ключевые слова: экология грибов, фенольные соединения, интермедиаты деградации лигнина, почвообразование, адаптационный потенциал грибов, экологические стратегии Для цитирования: Ильина Г. В., Ильин Д. Ю., Воробьёва А. А. Влияние продуктов деградации лигнина на динамику комплекса мицелиальных грибов в модельных условиях // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2021. № 4. С. 79-91. doi:10.21685/2307-9150-2021-4-8
The effect of lignin degradation products on the dynamics of mycelial fungi complex under the model conditions
G.V. Ilyina1, D.Yu. Ilyin2, A.A. Vorobyova3
1,2,3Penza State Agrarian University, Penza, Russia :ilyina.g.v@pgau.ru, 2ilyin.d.u@pgau.ru, 3vorobieva.a.a@pgau.ru
Abstract. Background. Overexploitation of soil as a productive resource, which is observed almost everywhere at the present time, leads to depletion of humus reserves, which, in turn,
is the most important factor of fertility. In natural cenosis, this problem is not so significant, since humus reserves are in a state of relative dynamic equilibrium. This is achieved due to the constant flow of dead plant organic matter into the soil and the coordinated activity of a complex of microorganisms, ensuring its stepwise degradation. An important place in this complex is occupied by filamentous fungi capable of enzymatic destruction of complex polymers (cellulose and, especially, lignin). On the basis of the products of their incomplete decomposition, as well as their secondary derivatives, a complex complex of phenolic compounds is formed that compose the substance of humus. The manifestation of the physiological and functional activity of soil filamentous fungi in natural conditions is associated with a whole range of external parameters: the influence of hydrological, edaphic, climatic factors, interaction with other organisms, including rhizosphere microflora, competing species, etc. Of considerable interest is the possibility of influencing the development of the fungus from its natural substrate: organic matter at different stages of decomposition, as well as intermediates formed in the process of destruction, including lignin derivatives, reactive oxygen species, and others. In the opinion of many authors, lignin and the products of its partial degradation as components of the substrate are capable of significantly influencing the development and morphogenesis of fungi. In this regard, it is of interest to study the effect of intermediate lignin decomposition products on the structure of the mycobiota complex under model conditions. The purpose of the research is to study the role of lignin intermediate as a factor providing a competitive advantage of zymogenic and autochthonous mycobiota at different stages of destruction of plant organic matter. Materials and methods. The objects of the study were strains of filamentous fungi Trichoderma viride Pers (TV-18), Aspergillus terreus Thom (Ater-12), Penicillium chrysogenum Thom (Pch-19), isolated from gray forest soils of the Penza region and maintained in the collection of mycelial cultures of the Penza State Agrarian University. The cultivation of the mycelium was carried out on Hutchinson's medium according to generally accepted methods. The experiments were carried out using a typical intermediate product of lignin degradation - syrin-galdehyde containing 34 % of methoxyl groups (-OCH3) in its composition. The degree of utilization of the specified product by the mycelium was judged by the dynamics of the content of methoxyl groups in the medium. The determination of the content of methoxyl groups in the substrates was carried out by the Zeisel method in modification with the use of gas-liquid chromatography. The development parameters of mycelial cultures were assessed by the average growth rate of mycelium, as well as by the intensity of ergosterol synthesis, as an illustration of the preparation of the culture for secondary metabolism. The determination of the content of ergosterol in the mycelium was carried out by gas chromatography with derivatization of the unsaponifiable fraction of lipids extracted from the mycelium by the Folch method into trimethylsilyl derivatives. Statistical processing was carried out using the program for data processing and analysis "Statistica 6.0". Results. Studies of the dynamics of development of cultures of filamentous fungi Trichoderma viride Pers (TV-18), Aspergillus terreus Thom (Ater-12), Penicillium chrysogenum Thom (Pch-19) were carried out under individual and joint cultivation under model conditions in the presence of syringaldehydeat different stages of destruction. It was found that during individual cultivation, the influence on the development of T. viride from the syringalde-hyde contained in the nutrient medium at a level of 0.25 % is not observed. Growth rate, as well as cultural and morphological parameters (changes in mycelium pigmentation, timing of onset and intensity of sporulation) practically did not differ from the control variant, in which syringaldehydewas absent. The content of methoxyl groups in the nutrient medium practically did not change during the cultivation period. When studying the features of development on Hutchinson's medium with the addition of syringaldehydein an amount of 0.25 % of the composition of the medium of A. terreus and P. chrysogenum cultures, stimulation of the growth of mycelium of fungi of both species was found, as well as the relationship between the dynamics of the content of methoxyl groups with the synthesis of er-gosterol, the intensity of pigmentation of the mycelium and sporulation. The joint cultivation of the three studied species on the indicated medium made it possible to establish the
suppression of the development of the T. viride culture against the background of the intensive development of A. terreus and P. chrysogenum. Moreover, in the control variant, T. viride showed itself as a strong competitor, and, due to its high growth rate, as a rule, suppressed the development of A. terreus and P. chrysogenum in the first five days of cultivation. Conclusions. The features of the development of common soil mycobiota species, which make a significant contribution to the course of soil-forming processes, have been studied under model conditions in the presence of a lignin degradation product rich in methoxyl groups - syringaldehyde. In experiments, the role of this component of the nutrient medium as a factor providing competitive advantages to autochthonous mycobiota was established. It can be assumed that the presence of a product of lignin destruction can act as a selection factor that determines the competitive potential of mycobiota and the functional activity of its components at different stages of the soil-forming process. Considering that syringaldehyde and similar phenolic compounds are components of an irregular lignin molecule released in humification processes, it is possible to assume the existence of similar mechanisms in natural conditions.
Keywords: ecology of fungi, phenolic compounds, intermediates of lignin degradation, soil formation, adaptive potential of fungi, ecological strategies
For citation: Ilyina G.V., Ilyin D.Yu., Vorobyova A.A. The effect of lignin degradation products on the dynamics of mycelial fungi complex under the model conditions. Izvestiya
vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Estestvennye nauki = University proceedings. Volga region. Natural sciences. 2021;(4):79-91. (In Russ.). doi:10.21685/2307-9150-2021-4-8
Наблюдаемая практически повсеместно в настоящее время переэксплуатация почвы как производственного ресурса приводит к истощению запасов гумуса, являющегося, в свою очередь, важнейшим фактором плодородия [1-3]. В естественных ценозах эта проблема не является столь существенной, поскольку запасы гумуса находятся в состоянии относительного динамического равновесия. Это достигается благодаря постоянному поступлению отмершей растительной органики в почву и слаженной деятельности комплекса микроорганизмов, обеспечивающих ее ступенчатую деградацию. Важное место в указанном комплексе занимают мицелиальные грибы, способные к ферментативной деструкции сложных полимеров (целлюлозы и особенно лигнина) [4, 5]. На основании продуктов их неполного распада, а также их вторичных производных формируется сложный комплекс соединений фенольной природы, слагающих вещество гумуса. Проявление физиологической и функциональной активности почвенных мицелиальных грибов в естественных условиях сопряжено с целым комплексом внешних параметров: влиянием гидрологических, эдафических, климатических факторов, взаимодействием с другими организмами, в том числе с ризосферной микрофлорой, видами-конкурентами и т.д. [6]. Существенный интерес представляет возможность влияния на ход развития гриба со стороны его природного субстрата: органической массы на разных стадиях разложения, а также интермедиатов, образующихся в процессе деструкции, в том числе производных лигнина, активных форм кислорода и др. [2, 7]. По мнению многих авторов, лигнин и продукты его частичной деградации как компоненты субстрата способны оказывать значительное влияние на процессы развития и морфогенез грибов [8]. Многие авторы отмечают как роль мицелиальных почвенных грибов в процессах деструкции и утилизации лигниновых комплексов, так и аспекты биологической активности продуктов деградации последних [5, 9, 10].
Обсуждается также возможность влияния продуктов деградации лигнина на синтез целлюлаз, вплоть до полного их ингбирования [8, 11]. В этой связи фрагменты лигнина, такие как сиреневый альдегид, можно рассматривать как фактор, способный повлиять на ферментативную активность зимогенной микрофлоры, проявляющей высокую активность на ранних стадиях деструкции растительной органики [6, 9]. Это, в свою очередь, повлечет качественные изменения видового состава функционального ядра почвенной микро-биоты [7]. В этой связи представляет интерес изучение влияния промежуточных продуктов распада лигнина на структуру комплекса микобиоты в модельных условиях.
Целью исследований стало изучение роли интермедиата лигнина как фактора, обеспечивающего конкурентное преимущество зимогенной и автохтонной микобиоты на разных стадиях деструкции растительной органики.
Материалы и методы
Объектами исследования послужили штаммы мицелиальных грибов Trichoderma viride Pers (TV-18), Aspergillus terreus Thom (Ater-12), Penicillium chrysogenum Thom (Pch-19), выделенные из серых лесных почв Пензенской области и поддерживаемые в коллекции мицелиальных культур Пензенского ГАУ. Культивирование мицелия проводили на среде Гетчинсона, с диском из фильтровальной бумаги в качестве источника целлюлозы, по общепринятым методикам [12]. Убыль целлюлозы (по причине ассимиляции мицелием) оценивалась гравиметрически.
Эксперименты проводили с использованием типичного промежуточного продукта деградации лигнина - сиреневого альдегида, содержащего 34 % метоксильных групп (-ОСН3) в своем составе. О степени утилизации мицелием указанного продукта судили по динамике содержания метоксильных групп в среде. Определение содержания метоксильных групп в субстратах осуществлялось методом Цейзеля в модификации с применением газожидкостной хроматографии [13]. Параметры развития мицелиальных культур оценивали по средней скорости роста мицелия, а также по интенсивности синтеза эргостерина как иллюстрации подготовки культуры к вторичному метаболизму. Определение содержания эргостерина в мицелии проводили газохроматографическим методом с дериватизацией неомыляемой фракции липидов, экстрагированных из мицелия по методу Фолча, в триметилсилиль-ные производные [14]. В качестве стандарта использовали стандарт эргосте-рина фирмы "Мегск". В работе использовали хроматограф «Кристалл-2000 М» с пламенно-ионизационным детектором, оснащенный набивной колонкой с насадкой - 5 % SE-30 на инертоне.
Статистическая обработка проводилась с помощью программы для обработки и анализа данных "Statistica 6.0". Оценка достоверности влияния на продуктивные параметры со стороны различных факторов осуществлялась с помощью дисперсионного анализа полученного массива данных (ANOVA). Для оценки значимости полученных данных использовался t-критерий Стью-дента при уровне значимости 0,05 [15].
Результаты и обсуждение
Исследования динамики развития культур мицелиальных грибов Trichoderma viride Pers (TV-18), Aspergillus terreus Thom (Ater-12), Penicillium
chrysogenum Thom (Pch-19) осуществлялись при индивидуальном и совместном культивировании в модельных условиях в присутствии сиреневого альдегида на среде Гетчинсона с дисками из фильтровальной бумаги в качестве источника целлюлозы. С позиций экологии T. viride относят преимущественно к представителям зимогенной микобиоты, способным в присутствии доступной целлюлозы в короткие сроки обеспечить доминирование в микоце-нозе. Эксплерентная стратегия реализуется в пределах, определяемых наличием субстрата, т.е. на начальных этапах деструкции погребенной растительной органики. Извлечение и ассимиляция полисахаридов из лигно-целлю-лозных комплексов приводит к смещению баланса последних в пользу лигнина. Лигнин в отличие от целлюлозы является нестереорегулярным фе-нольным соединением. Деструкция лигнинового комплекса имеет по сравнению с деструкцией целлюлозы более низкие темпы, поскольку в данном случае необходимо вовлечение сложных ферментативных и неферментативных механизмов. Этот процесс обеспечивается, прежде всего, оксидазными комплексами преимущественно автохтонной микобиоты. К представителям этой группы традиционно, помимо прочих, относят виды родов Aspergillus и Penicillium. В этой связи определенный интерес представляют конкурентные отношения видов, формирующиеся под влиянием трофических факторов субстрата. В совокупности они способны определять вектор изменения структуры сообщества микромицетов почвы.
Эксперименты, проведенные в лабораторных условиях, показали, что присутствие в питательной среде одного из продуктов деструкции лигнина -сиреневого альдегида, небезразлично для культур изученных видов. Установлено, что при индивидуальном культивировании T. viride достоверного влияния на развитие культуры со стороны сиреневого альдегида, содержащегося в среде на уровне 0,25 %, не отмечается (табл. 1). Наблюдалось незначительное снижение скорости роста мицелия, однако полученные результаты не характеризовались существенными отличиями. Культурально-морфологиче-ские параметры (изменение пигментации мицелия, сроки наступления и интенсивность споруляции) практически не отличались от контрольного варианта, в котором сиреневый альдегид отсутствовал. Отмечено достоверное увеличение содержания эргостерина в мицелии. Нередко интенсивность синтеза эргостерина коррелирует с темпами роста мицелия, однако в данном случае этого не отмечается. Можно предположить, что усиление синтеза основного грибного стерина связано с процессами адаптации мицелия к действию химических факторов среды и связанными с ними физиологическими перестройками.
Содержание метоксильных групп в питательной среде за период культивирования практически не изменилось (рис. 1). Однако выявлена достоверная разница в убыли массы целлюлозы. В контроле убыль целлюлозы происходила более интенсивно, что особенно заметно в последнюю фазу культивирования.
Таким образом, в модельных условиях отмечено угнетение процесса утилизации целлюлозы мицелием T. viride в присутствии в среде одного из распространенных интермедиатов лигнина. На фоне отсутствия достоверной динамики концентрации метоксильных групп явление пессимации целлюлаз-ной активности можно связать с влиянием со стороны фенольных единиц
молекул сиреневого альдегида. Полученные в эксперименте данные согласуются с имеющимися в литературных источниках сведениями об угнетении целлюлазной активности микроорганизмов в присутствии некоторых продуктов распада лигнина в естественных условиях [8, 16].
Таблица 1
Влияние сиреневого альдегида на культурально-морфологические и биохимические свойства мицелия Trichoderma viride, среда Гетчинсона, 9 суток культивирования, повторность трехкратная (р < 0,05)
Изученные показатели Варианты опыта
Опыт (сиреневый альдегид, 0,25 % от массы среды) Контроль
Средняя скорость роста, мм/сут 16,4 ± 3,3 18,1 ± 2,6
Пигментация мицелия насыщенная насыщенная
Сроки начала споруляции 3-4 сут 4-5 сут
Содержание эргостерина, % от сухой массы мицелия 1,04 ± 0,06 0,79 ± 0,13
сутки культивирования опыт шш контроль ........................опыт
Рис. 1. Утилизация мицелием Trichoderma viride метоксильных групп (-ОСН3) и целлюлозы из субстрата: развитие на среде Гетчинсона с фильтровальной бумагой; опыт - аналогичная среда с добавлением 0,25 % отмассы сиреневого диальдегида, (р < 0,05), планки погрешностей - ошибка средней
При изучении особенностей развития на среде Гетчинсона с фильтровальной бумагой и добавлением сиреневого альдегида в количестве 0,25 % от состава среды культур A. terreus и P. chrysogenum обнаружена достоверная стимуляция средних скоростей роста мицелия грибов обоих видов, а также
связь динамики содержания метоксильных групп с синтезом эргостерина, интенсивностью пигментации мицелия и споруляцией (табл. 2, рис. 2).
Таблица 2
Влияние сиреневого альдегида на культурально-морфологические и биохимические свойства мицелия Aspergillus terreus и Penicillium chrysogenum, среда Гетчинсона, 9 суток культивирования, повторность трехкратная (р < 0,05)
Штамм Варианты опыта
Опыт (сиреневый альдегид, 0,25 % от массы среды) Контроль
A. terreus P. chrysogenum A. terreus P. chrysogenum
Средняя скорость роста, мм/сут 13,4 ± 0,6 14,0 ± 1,3 9,2 ± 0,3 10,1 ± 0,6
Пигментация мицелия слабая насыщенная насыщенная насыщенная
Сроки начала споруляции 3-4 сут 3-4 сут 2-3 сут 2-3 сут
Содержание эргостерина, % от сухой массы мицелия 1,97 ± 0,06 1,94 ± 0,13 1,32 ± 0,03 1,46 ± 0,11
Рис. 2. Утилизация мицелием Aspergillus terreus и Penicillium chrysogenum метоксильных групп (-ОСН3) и целлюлозы из субстрата: контроль - развитие на среде Гетчинсона с фильтровальной бумагой; опыт - аналогичная среда с добавлением 0,25 % от массы сиреневого диальдегида, (р < 0,05), планки погрешностей - ошибка средней
Такие данные могут свидетельствовать о включении компонентов сиреневого альдегида в обменные процессы мицелия изученных видов. Под влиянием указанного интермедиата лигнина не только не обнаруживается угнетения роста мицелия, но и отмечается достоверная стимуляция данного показателя. Линейное снижение концентрации метоксильных групп в питательном субстрате свидетельствует об их утилизации мицелием. Оценка убыли целлюлозы показала, что в контрольных вариантах ее ассимиляция грибами происходила более интенсивно, чем в опыте. Установленный факт также может служить аргументом в пользу заключения о негативном воздействии со стороны фенольной основы сиреневого альдегида на активность целлюлаз мицелия (см. рис. 2).
На следующем этапе исследований были изучены конкурентные взаимоотношения включенных в эксперимент видов в модельных условиях. Для этого культуры выращивались совместно, причем в качестве фактора, способного повлиять на раскрытие конкурентного потенциала микромицетов, в опытных вариантах был использован сиреневый альдегид.
В контрольном варианте, на среде Гетчинсона с фильтрованной бумагой T.viride проявила себя как сильный конкурент и благодаря высокой скорости роста подавляла развитие A. terreus и P.chrysogenum в течение пяти суток культивирования (рис. 3).
Сутки культивирования -T. viride A. terreus P. chrysogenum
б)
Рис. 3. Развитие мицелиальных культур Trichoderma viride, Aspergillus terreus и Penicillium chrysogenum при совместном культивировании: а) контроль - развитие на среде Гетчинсона с фильтровальной бумагой; б) опыт - аналогичная среда с добавлением сиреневого альдегида (0,25 % от массы) (р < 0,05)
Совместное культивирование трех изученных видов на указанной среде позволило установить угнетение развития культуры T. viride на фоне интенсивного развития A. terreus и P. chrysogenum.
При совместном культивировании на среде Гетчинсона с фильтровальной бумагой в качестве источника целлюлозы отмечалось интенсивное развитие T. viride, которая быстро утилизировала доступные ресурсы, что сопровождалось ее активной экспансией по площади питательной среды. При этом надо отметить, что культуры A. terreus и P. chrysogenum, чьи скорости роста были снижены до минимальных значений, тем не менее не были вытеснены из комплекса взаимодействующих видов полностью. Локально, на поверхности среды, а также и на стенках чашки Петри (на следовых количествах застывшей среды) отмечались и вторичные очаги роста мицелия данных видов, обусловленные спороношением.
В опытных вариантах, предполагающих внесение в питательную среду сиреневого альдегида в концентрации 0,25 % от массы среды, более конкурентоспособными проявили себя напротив, A. terreus и P. chrysogenum, подавившие развитие T. viride. Торможение развития триходермы стало заметным к третьим суткам совместного культивирования, хотя лаг-фаза развития протекала у этого вида довольно активно. Вероятно, за счет угнетения целлюло-золитической активности стала затрудненной ассимиляция ресурсов субстрата. Развитие же видов-конкурентов, способных за счет активизации окси-дазного комплекса к ассимиляции не только целлюлозы, но и метоксильных групп, а также фенольных структур лигнина, происходило весьма эффективно. Нельзя исключить и возможности неферментативного расщепления целлюлозы за счет активных форм кислорода и других радикалов, образующихся в ходе каскадных реакций, протекающих при деструкции сиреневого альдегида. Таким образом, проведенные исследования позволили продемонстрировать регулирующую роль со стороны лигниновых компонентов субстрата (метоксильных групп и фенолов), в формировании вектора конкурентных взаимоотношений типичных представителей почвенной микобиоты в модельных условиях [17-19].
Можно предположить, что присутствие продукта деструкции лигнина способно выступить как фактор отбора, определяющий конкурентный потенциал микобиоты и функциональную активность ее компонентов на разных стадиях почвообразовательного процесса. Учитывая, что сиреневый альдегид и сходные с ним фенольные соединения являются компонентами нерегулярной молекулы лигнина, высвобождаемыми в процессах гумификации, можно допустить существование аналогичных механизмов в естественных условиях.
Список литературы
1. Ball B. C., Hargreaves P. R., Watson C. A. A framework of connections between soil and people can help improve sustainability of the food system and soil functions // Ambio. 2018. Vol. 47, № 3. P. 269-283. doi:10.1007/s13280-017-0965-z. PMID: 29178061.
2. Guo F., Qin S., Xu L., Bai Y., Xing B. Thermal degradation features of soil humic acid sub-fractions in pyrolytic treatment and their relation to molecular signatures // Science of The Total Environment. 2020. doi:10.1016/j.scitotenv.2020.142318. PMID: 33370911.
3. Rhodes C. J. Temporal connection revealed from past usage of soil helps to bring awareness to policy workers of the need for the long-term preservation of soil quality
for environmental conservation. The understanding of indirect and temporal connections can be helped by // Sci Prog. 2017. P. 80-129. doi:10.3184/003685017X14876775256 165. PMID: 28693674.
4. Стручкова И. В., Лазарева Е. С., Смирнов В. Ф. Амилазная и оксидоредуктазная активность микодеструктора Aspergillus terreus при его росте на новых полимерных материалах // Вестник Нижегородского университета имени Н. И. Лобачевского. 2010. № 2 (2). С. 591-595.
5. Ahmad K. S. Remedial potential of bacterial and fungal strains (Bacillus subtilis, Aspergillus niger, Aspergillus flavus and Penicillium chrysogenum) against organochlo-rine insecticide Endosulfan // Folia Microbiol (Praha). 2020. Vol. 65, № 5. P. 801-810. doi:10.1007/s12223-020-00792-7. PMID: 32383069.
6. Hewedy O. A., Abdel Lateif K. S., Seleiman M. F. [et al.]. Phylogenetic Diversity of Trichoderma Strains and Their Antagonistic Potential against Soil-Borne Pathogens under Stress Conditions // Biology (Basel). 2020. Vol. 9, № 8. P. 189. doi:10.3390/ biology9080189. PMID: 32718102.
7. Lee S., Monnappa A. K., Mitchell R. J. Biological activities of lignin hydrolysate-related compounds // BMB Reports. 2012. Vol. 45, № 5. P. 265-274. doi:10.5483/ bmbrep.2012.45.5.265. PMID: 22617449.
8. Singh G., Singh S., Kaur K. [et al.]. Thermo and halo tolerant laccase from Bacillus sp. SS4: Evaluation for its industrial usefulness // Gen Appl Microbiol. 2019. Vol. 65, № 1. P. 26-33. doi:10.2323/jgam.2018.04.002. PMID: 29952346.
9. Henderson M. E., Farmer V. C. Utilization by soil fungi of p-hydroxybenzaidehyde, ferulic acid, syringaldehyde and vanillin // Gen Microbiol. 1955. Vol. 12, № 1. P. 37-46. doi:10.1099/00221287-12-1-37. PMID: 14354131.
10. Zhang D., Yan D., Cheng H. [et al.]. Effects of multi-year biofumigation on soil bacterial and fungal communities and strawberry yield // Environ Pollut. 2020. doi:10.1016/ j.envpol.2019.113415. PMID: 31672346.
11. Mhlongo S. I., Viljoen-Bloom M., Van Zyl W. H., Den Haan R. Lignocellulosic hydrolysate inhibitors selectively inhibit/deactivate cellulase performance // Enzyme and Microbial Technology. 2015. Vol. 81. P. 16-22. doi:10.1016/j.enzmictec.2015.07. 005. PMID: 26453468.
12. Бухало А. С. Высшие съедобные базидиомицеты в чистой культуре. Киев : Нау-кова думка, 1988. 144 с.
13. Закис Г. Ф. Функциональный анализ лигнинов и их производных. Рига : Зинатне, 1987. 230 с.
14. Folch J. A., Lees M., Sloane Stanley G. H. Simple Method for the Isolation and Purification of Total Lipides from Animal Tissues // The Journal of Biological Chemistry. 1957. Vol. 226. Р. 497-509.
15. Халафян А. А. Statistica 6. Статистический анализ данных. 3-е изд. М. : Бином-Пресс, 2007. 512 с.
16. Liu Y., Feng Y., Cheng D. [et al.]. Gentamicin degradation and changes in fungal diversity and physicochemical properties during composting of gentamicin production residue // Bioresour Technol. 2017. № 244. P. 905-912. doi:10.1016/j.biortech. PMID: 28847079.
17. Лыков Ю. С., Ильина Г. В., Ильин Д. Ю. Возможности стимуляции синтеза эрго-стерина мицелием ксилотрофных базидиомицетов в условиях глубинной культуры // Известия Пензенского государственного педагогического университета имени В. Г. Белинского. Естественные науки. 2011. № 25. С. 290-294.
18. Фенгел Д., Вегенер Г. Древесина (химия, ультраструктура, реакции) : пер. с англ. / под ред. А. А. Леоновича. М. : Лесная промышленность, 1988. 512 с.
19. Rhodes C. J. The imperative for regenerative agriculture // Sci Prog. 2017. Vol. 100, № 1. P. 80-129. doi:10.3184/003685017X14876775256165. PMID: 28693674.
References
1. Ball B.C., Hargreaves P.R., Watson C.A. A framework of connections between soil and people can help improve sustainability of the food system and soil functions. Ambio. 2018;47(3):269-283. doi:10.1007/s13280-017-0965-z. PMID: 29178061.
2. Guo F., Qin S., Xu L., Bai Y., Xing B. Thermal degradation features of soil humic acid sub-fractions in pyrolytic treatment and their relation to molecular signatures. Science of The Total Environment. 2020. doi:10.1016/j.scitotenv.2020.142318. PMID: 33370911.
3. Rhodes C.J. Temporal connection revealed from past usage of soil helps to bring awareness to policy workers of the need for the long-term preservation of soil quality for environmental conservation. The understanding of indirect and temporal connections can be helped by. Sci Prog. 2017:80-129. doi:10.3184/003685017X14876775256165. PMID: 28693674.
4. Struchkova I.V., Lazareva E.S., Smirnov V.F. Amylase and oxidoreductase activity of the mycodestructor Aspergillus terreus during its growth on new polymeric materials. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta imeni N.I. Lobachevskogo = Bulletin of Loba-chevsky University of Nizhni Novgorod. 2010;(2):591-595. (In Russ.)
5. Ahmad K.S. Remedial potential of bacterial and fungal strains (Bacillus subtilis, Aspergillus niger, Aspergillus flavus and Penicillium chrysogenum) against organochlorine insecticide Endosulfan. Folia Microbiol (Praha). 2020;65(5):801-810. doi:10.1007/ s12223-020-00792-7. PMID: 32383069.
6. Hewedy O.A., Abdel Lateif K.S., Seleiman M.F. [et al.]. Phylogenetic Diversity of Trichoderma Strains and Their Antagonistic Potential against Soil-Borne Pathogens under Stress Conditions. Biology (Basel). 2020;9(8):189. doi:10.3390/biology9080189. PMID: 32718102.
7. Lee S., Monnappa A.K., Mitchell R.J. Biological activities of lignin hydrolysate-related compounds. BMB Reports. 2012;45(5):265-274. doi:10.5483/bmbrep.2012.45.5.265. PMID: 22617449.
8. Singh G., Singh S., Kaur K. [et al.]. Thermo and halo tolerant laccase from Bacillus sp. SS4: Evaluation for its industrial usefulness. Gen Appl Microbiol. 2019;65(1):26-33. doi:10.2323/jgam.2018.04.002. PMID: 29952346.
9. Henderson M.E., Farmer V.C. Utilization by soil fungi of p-hydroxybenzaidehyde, feru-lic acid, syringaldehyde and vanillin. Gen Microbiol. 1955;12(1):37-46. doi:10.1099/00 221287-12-1-37. PMID: 14354131.
10. Zhang D., Yan D., Cheng H. [et al.]. Effects of multi-year biofumigation on soil bacterial and fungal communities and strawberry yield. Environ Pollut. 2020. doi:10.1016/ j.envpol.2019.113415. PMID: 31672346.
11. Mhlongo S.I., Viljoen-Bloom M., Van Zyl W.H., Den Haan R. Lignocellulosic hydroly-sate inhibitors selectively inhibit/deactivate cellulase performance. Enzyme and Microbial Technology. 2015;81:16-22. doi:10.1016/j.enzmictec.2015.07.005. PMID: 2645 3468.
12. Bukhalo A.S. Vysshie s"edobnye bazidiomitsety v chistoy kul'ture = Higher edible ba-sidiomycetes in pure culture. Kiev: Naukova dumka, 1988:144. (In Russ.)
13. Zakis G.F. Funktsional'nyy analiz ligninov i ikh proizvodnykh = Functional analysis of lignins and their derivatives. Riga: Zinatne, 1987:230. (In Russ.)
14. Folch J.A., Lees M., Sloane Stanley G.H. Simple Method for the Isolation and Purification of Total Lipides from Animal Tissues. The Journal of Biological Chemistry. 1957; 226:497-509.
15. Khalafyan A.A. Statistica 6. Statisticheskiy analiz dannykh = Statistica 6. Statistical data analysis. 3rd ed. Moscow: Binom-Press, 2007:512. (In Russ.)
16. Liu Y., Feng Y., Cheng D. [et al.]. Gentamicin degradation and changes in fungal diversity and physicochemical properties during composting of gentamicin production residue. Bioresour Technol. 2017;(244):905-912. doi:10.1016/j.biortech. PMID: 28847079.
17. Lykov Yu.S., Il'ina G.V., Il'in D.Yu. Possibilities of stimulation of ergosterol synthesis by mycelium of xylotrophic basidiomycetes under conditions of submerged culture.
Izvestiya Penzenskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta imeni V.G. Belinskogo. Estestvennye nauki = Proceedings of Penza State Pedagogical University named after V.G. Belinskiy. Natural sciences. 2011;(25):290-294. (In Russ.)
18. Fengel D., Vegener G. Drevesina (khimiya, ul'trastruktura, reaktsii): per. s angl. = Wood (chemistry, ultrastructure, reactions): translated from English. Moscow: Lesnaya promyshlennost', 1988:512. (In Russ.)
19. Rhodes C.J. The imperative for regenerative agriculture. Sci Prog. 2017;100(1):80-129. doi:10.3184/003685017X14876775256165. PMID: 28693674.
Информация об авторах / Information about the authors
Галина Викторовна Ильина
доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры биологии, биологических технологий и ветеринарно-санитарной экспертизы, Пензенский государственный аграрный университет (Россия, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30)
E-mail: ilyina.g.v@pgau.ru
Galina V. Ilyina
Doctor of biological sciences, professor, professor of the sub-department of biology, biological technologies and veterinary and sanitary expertise, Penza State Agrarian University (30 Botanicheskaya street, Penza, Russia)
Дмитрий Юрьевич Ильин
кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры биологии, биологических технологий и ветеринарно-санитарной экспертизы, Пензенский государственный аграрный университет (Россия, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30)
E-mail: ilyin.d.u@pgau.ru
Анна Андреевна Воробьёва аспирант, Пензенский государственный аграрный университет (Россия, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30)
E-mail: vorobieva.a.a@pgau.ru
Dmitry Yu. Ilyin
Candidate of biological sciences, associate professor, associate professor of the sub-department of biology, biological technologies and veterinary and sanitary expertise, Penza State Agrarian University (30 Botanicheskaya street, Penza, Russia)
Anna A. Vorobyova
Postgraduate student, Penza State Agrarian University (30 Botanicheskaya street, Penza, Russia)
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов / The authors declare no conflicts of interests.
Поступила в редакцию / Received 08.10.2021
Поступила после рецензирования и доработки / Revised 05.11.2021 Принята к публикации / Accepted 25.11.2021
