CC BY
74
УДК 631.461
А. В. Головченко, Т. Г. Добровольская, Т. А. Семенова, О. Ю. Богданова, О. С. Кухаренко
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СТРУКТУРУ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ ВЕРХОВОГО ТОРФЯНИКА (МОДЕЛЬНЫЙ ОПЫТ)
В годичном модельном опыте осуществляли мониторинг численности и таксономической структуры бактериальных и грибных комплексов в монолитах верхового торфяника при температуре 20-24 0С и 4-6 0С люминесцентно-микроскопическим методом и методом посева. Было установлено, что низкие температуры не оказали существенного влияния на показатели обилия, морфологическую и таксономическую структуру грибных комплексов. Они стимулировали развитие базидиомицетов и темноокрашенного мицелия. Среди бактерий гидролитического комплекса наиболее приспособленными к условиям низких температур оказались бациллы. Грибы находились в торфянике преимущественно в виде мицелия, а спорообразующие бактерии - в виде вегетативных клеток, т. е. в активной форме, кроме того, они оказались адаптированными к низким температурам, что позволяет им осуществлять деструкцию растительных полимеров.
Ключевые слова: верховой торфяник, модельный опыт, низкие температуры, мониторинг, бактерии, грибы, численность, таксономическая структура.
Верховые торфяники представляют собой весьма специфическую среду обитания микроорганизмов, в которой процессы деструкции блокированы анаэробиозом, низкими температурами, кислотностью, дефицитом биогенных элементов, токсичностью «сфаг-нолов» [1—5]. Несмотря на то, что вопрос о замедленной деструкции верхового торфа изучается уже в течение многих десятилетий, до сих пор нет ответа на многие вопросы, в том числе - какие главные экологические факторы являются лимитирующими для каждой из групп микроорганизмов, участвующих в разложении сфагнума.
В торфяниках - огромные запасы влаги, они характеризуются низкой теплопроводностью и относятся к холодным почвам [6]. Температурные колебания в течение суток наблюдаются только в верхних слоях. На глубине температура более постоянная и составляет 4-8 °С.
Известно, что большинство бактерий, выделяемых из северных почв, в том числе и торфяных, являются психротолерантными. Они способны расти в широком диапазоне температур от 3 до 30 °С [7-11]. Адаптация грибов к низким температурам хорошо прослеживается на примере роста и развития изолятов из Арктики, характеризующихся бедностью родового и видового состава, утратой спороношения и снижением максимальной скорости роста [12]. В то же время численность микромицетов, выделенных из вечномерзлых отложений Арктики и Антарктики, была выше при 4 °С, чем при 25 °С [13]. В модельных опытах по разложению сфагнума при разных температурах также было показано, что деструкция сфагнового торфа из бореальных торфяников Канады, осуществляемая как грибами, так и бактериями, происходит более активно при температуре 14 °С, чем при 20 °С [14].
Цель нашей работы - изучить влияние температуры на численность и структуру бактериальных и гриб-
ных комплексов в верховом торфянике в условиях модельного опыта.
Объекты и методы исследования
Объект исследования - верховой торфяник под сосняком андромедово-пушицево-сфагновым - одна из постоянных пробных площадей Западно-Двинского стационара Института лесоведения РАН. Из этого торфяника осенью 2007 г. были взяты два монолита, объемом 15x15x30 см. Один из монолитов в течение года хранили при комнатной температуре (20-24 °С), другой при температуре холодильника (4-6 °С). На 0, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 270 и 365-е сутки из этих монолитов отбирали и анализировали одновременно образцы из слоев Т0 (5-10 см), Т1 (10-14 см) и Т2 (14-30 см). Все слои торфяника представлены сфагновым верховым торфом, степень разложения которого составляет 5-12 %. Степень разложения торфа в процессе мониторинга выявляли по ботаническому составу (ГОСТ 28245-89).
Общую численность и биомассу микроорганизмов определяли прямым методом с использованием люминесцентной микроскопии [15]. Предварительно десорбировали клетки на ультразвуковом диспергаторе УЗДН-1 (22 кГц; 0.44 А; 2 мин). Для количественного учета клеток почвенных бактерий и мицелия актиномицетов препараты окрашивали водным раствором акридина оранжевого, а для окраски мицелия и спор грибов применяли калькоф-луор белый. Расчеты прокариотной биомассы проводили, учитывая, что биомасса сухого вещества для одной бактериальной клетки объемом 0.1 мкм3 составляет 2х10-14 г, 1 м актиномицетного мицелия диаметром 0.5 мкм 3.9х10-8 г [16]. Эукариотную микробную биомассу вычисляли с учетом замеренного нами диаметра спор и мицелия грибов по формуле (для мицелия - 0.628 (г1)2 х10-6 г, для спор -
0.836 (г2)3х10-12 г, где г1 - радиус мицелия, г2 - радиус грибной споры) [17]. Во всех исследуемых об-
разцах на всех стадиях сукцессии осуществляли контроль влажности.
Численность и таксономический состав микроми-цетов изучали методом посева на подкисленную ага-ризованную среду Чапека [15]. Посевы инкубировали 7-14 дней при температуре 24 °С. Видовую идентификацию проводили по общепринятым определителям [18, 19] и интернет-ресурсам (і^ехГи^о-rum.org и др.). Частоту встречаемости (ЧВ) характеризовали числом образцов, в которых был обнаружен данный род или вид микроскопических грибов, к общему числу исследованных образцов.
Для учета бактерий использовали глюкозо-пептон-но-дрожжевую среду (ГПД). Перед посевом торфяные суспензии обрабатывали на ультразвуковом дис-пергаторе УЗДН-1 (22 кГц; 0.44 А; 2 мин). Для ингибирования грибов в среду добавляли 50 мг нистатина на 0.5 л среды. Чашки инкубировали при комнатной температуре (20-24 °С) и в холодильнике (4-6 °С). Данные по общей численности микроорганизмов выражали количеством колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 г торфа. Основных представителей выделяли в чистую культуру. Идентификацию выделенных
^ N
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
-1.0
сут
штаммов до рода проводили на основании морфологических, культуральных и хемотаксономических признаков, используя определители [20, 21]. Для определения соотношения вегетативных клеток и спор бацилл проводили прогревание суспензий перед посевом при 80 °С в течение 10 мин. Для выявления использования бактериями различных органических веществ суспензии высевали на среды с крахмалом, пектином, карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ) и хитином. Учет результатов осуществляли в соответствии с рекомендациями, описанными в руководстве [21].
Результаты
Длина грибного мицелия в верхних слоях монолитов (Т0 и Т1) варьировала от 3 до 21 км/г, в слое Т2 ее значения были на порядок ниже. В Т0 значения этого показателя обилия были выше (почти в 2 раза) при низкой температуре, чем при температуре 20-24 °С практически на всех этапах сукцессии. В слое Т1 была выявлена обратная тенденция - длина мицелия была в 1.5 раза выше при комнатной температуре, чем при температуре холодильника. В слое Т2 на одних этапах сукцессии плотность мицелия была выше при комнатной температуре, на других - при температуре 4-6 °С (рис. 1).
Рис. 1. Динамика длины грибного мицелия (И - м/г сухого торфа) в слоях верхового торфяника в различных вариантах опыта. Здесь и далее варианты опыта: 1 - монолит при температуре 20-25 °С; 2 - монолит при температуре 4-6 °С
Численность грибных спор варьировала в зависимости от температуры и стадии сукцессии от 50 до 200 млн спор/г. Количество грибных спор было примерно одинаковым при разных температурных режимах. Более четко различались по численности спор слои монолита в обоих вариантах опыта - она была выше в слое Т2. В этом же слое численность спор, так же как и длина мицелия, была более подвержена флуктуациям, чем в верхних слоях.
Таким образом, динамику длины грибного мицелия и численности спор грибов в большей степени определяли слой монолита и этап сукцессии. Показатели обилия грибов при разных температурах характеризовались близкими значениями. Однако в процессе годового мониторинга в монолитах, хранящихся при разных температурах, менялось соотношение групп грибов. Так, при низкой температуре во всех слоях возрастало относительное обилие темноокрашенного
мицелия (табл. 1), а в очесе сфагнового мха и в слое температуре, чем при температуре 20-24 °С. На анало-Т2 увеличивалась не только доля, но и средние значе- гичную закономерность указывают и микологи, изу-
ния его длины. Они были выше в 2-8 раз при низкой чавшие грибы в вечномерзлыгс отложениях Арктики и
Т аблица 1
Относительное обилие тёмноокрашенного мицелия (%) в слоях верхового торфяника в процессе годового мониторинга при разных температурных режимах
§ 'н М w Т0 Т1 Т2
20-24 °С 4-6 °С 20-24 °С 4-6 °С 20-24 °С 4-6 °С
30 9 9 11 20 22 25
60 22 12 13 27 17 18
90 27 31 27 28 17 50
120 14 22 19 39 10 58
150 4 17 10 34 22 47
180 4 18 6 13 28 50
270 10 15 0 0 0 0
365 5 18 0 0 0 0
Антарктики [13]. По данным этих авторов около 70 % изолированных из мерзлоты штаммов микромицетов с меланиновым пигментом были выделены при 4 °С, что свидетельствует об адаптации грибов к экстремальным температурам.
Базидиомицеты, являющиеся энергичными деструкторами лигнино-целлюлозного комплекса, обнаруживали на всех этапах сукцессии при экспозиции монолита в холодильнике, причем доля этой группы в процессе годового мониторинга постепенно нарастала и к концу опыта достигала максимальных значений. Низкие температуры стимулировали развитие базидиомицетов только в верхнем слое монолита (в течение всего опыта длина мицелия была в 2-7 раз выше при температуре 4-6 °С, чем при 20-24 °С). В слоях Т1 и Т2 не было выявлено четких закономерностей между плотностью мицелия и температурой, так как на одних этапах годовой сукцессии длина мицелия была выше при комнатной температуре, на других - варианты опыта характеризовались величинами одного порядка.
Биомасса почвенных грибов была максимально» в слое ТО и варьировала в зависимости от температурного режима и этапа сукцессии от 10 до 70 мг/г (рис. 2). В этом слое на всех этапах сукцессии оне была выше при низкой температуре. Увеличение пула грибов в ТО происходило быстрее при низкой температуре - уже через месяц фиксировали пятикратное превышение биомассы, тогда как при комнатной температуре наблюдали существенный прирост биомассы (в 3 раза) только к концу второго месяца. В слоях Т1 и Т2 четкой корреляции между грибной биомассой и температурой не выявлено - на одних этапах она была выше при комнатной температуре, на других - при температуре холодильника (рис. 2).
При снижении температуры не изменялась морфологическая структура грибного комплекса. Также как и при комнатной температуре, при температуре 4-6 °С в ней доминировал его активный компонент -мицелий. Его доля составляла 88-99 %. На долю спор
приходилось соответственно от 1 до 12 %. Иную морфологическую структуру грибного комплекса наблюдали только в слое Т2 на последних стадиях годовой сукцессии - в обоих вариантах опыта в ней преобладали споры.
Численность микромицетов, определенная методом посева, варьировала от 5 до 21 тыс. КОЕ/ г торфа в зависимости от варианта опыта, стадии сукцессии и слоя монолита. В слое Т0 не было выявлено четких закономерностей в динамике численности мик-ромицетов при разных температурных режимах. На одних этапах сукцессии показатели обилия были выше при комнатной температуре, на других - при температуре холодильника. В слоях Т1 и Т2 низкие температуры стимулировали развитие микромицетов в течение первых трех месяцев, так как численность на этих этапах сукцессии была в 2-3 раза выше в слое Т1 и 8-10 раз - в слое Т2 при температуре 4-6 °С, чем при температуре 20-24 °С. В остальные сроки показатели обилия микромицетов в различных вариантах
§ 75 <§ 60 I 45 я 30
8 15
Т1
с
s
Т2
75
60-
45-
30-
15
0 30 60 90 120 150 180 270 365 сут
: i г 2
Рис. 2. Динамика грибной биомассы в слоях верхового торфяника в различных вариантах опыта
опыта отличались мало (в слое Т1) либо были выше при комнатной температуре (в слое Т2).
Таксономический состав микромицетного комплекса анализируемых слоев верхового торфяника включает 35 видов из 17 родов. По частоте встречаемости доминировали микромицеты из рода Pénicillium (из них в первую очередь P. miczynskii Zal. и P montanense Christ. & Backus), а также представители родов Oidiodendron, Trichosporiella. Высоким был процент обнаружения представителей рода Zygodesmus, Verticillium. К редко встречающимся были отнесены микромицеты родов Aureobasidium, Aspergillus, а также стерильный и неидентифициро-ванный мицелий. Спектр случайных родов оказался самым представительным. Некоторые виды из родов Penicillium и Oidiodendron попадали также в классы обилия с частотой встречаемости 30-60 % и 10-30 % (табл. 2).
В исследуемом торфянике преобладали светлоокрашенные микромицеты из семействаMoniliaceae (роды Penicillium, Trichoderma, Aspergillus и др.), что является типичным для микромицетных комплексов торфяников. При этом относительное обилие темноокрашен-ных микромицетов из семейства Dematiaceae (роды Aureobasidium, Oidiodendron и др.) варьировало в зависимости от стадии сукцессии, слоя и температурного режима в широких пределах от 0 до 94 %. В целом их доля была несколько выше в образцах торфа при комнатной температуре.
Видовое разнообразие микромицетов в обоих вариантах опыта было сходным, различия заключались в представленности тех или иных видов в пробе. Так, одни виды чаще выделялись при пониженной температуре (O. tenuissimum, T. cerebriformis, некоторые виды рода Penicillium и стерильный мицелий), частота встречаемости других видов была выше при комнатной температуре (Aspergillus versicolor (Vuill.) Tiraboschi, Verticillium sp.,Mucor circinelloides Tiegh., некоторые виды рода Penicillium). Для целого ряда видов не отмечено влияния температурного режима на их встречаемость и обилие в исследуемых образцах (табл. 3).
Таким образом, низкая температура не снижает численность и не уменьшает видовое разнообразие микромицетов. В структуре микромицетного комплекса при смене температурного режима изменяется лишь относительное обилие и частота встречаемости видов.
Большинство выделенных микромицетов относится к группе медленнорастущих целлюлозолитиков. Быстрорастущие микромицеты-сахаролитики (в первую очередь мукоровые грибы), основу питания которых составляет легкодоступная органика, встречались единично.
Численность бактериальных клеток, определенная люминесцентно-микроскопическим методом, варьировала в исследуемых образцах от 5 до 56 млрд в зависимости от варианта опыта, стадии сукцессии и
T аблица 2
Таксономическая структура микромицетного комплекса, выделенного из исследуемого торфяника в процессе годового мониторинга
Классы обилия по ЧВ Родовая принадлежность
Доминирующие (>60 %) Penicillium, Oidiodendron, Trichosporiella
Частые (30-60 %) Zygodesmus, Verticillium, Penicillium, Oidiodendron
Редкие (10-30 %) Aureobasidium, Aspergillus, Penicillium, стерильный и неидентифицированный мицелий
Случайные (< 10 %) Aphanocladium, Cladosporium, Geomyces, Gliocladium, Mucor, Paecilomices, Tolypocladium, Trichoderma
слоя монолита. Динамику бактерий в большей степени определяла температура. При ее снижении с 20-24 °С до 4-6 °С бактериальный титр практически на всех этапах сукцессии уменьшился в 2-4 раза. Только в слое Т0 в течение первых пяти месяцев эксперимента численность бактерий не зависела от температурного режима и характеризовалась величинами одного порядка (рис. 3).
Не удалось выявить четкой корреляции между температурным режимом и актиномицетным мицелием из-за мозаичности его распределения по профилю. Однако на некоторых этапах сукцессии в слоях Т0 и Т1 его длина была в 2-6 раз меньше при температуре холодильника, чем при комнатной температуре.
Прокариотная биомасса варьировала в исследуемых образцах от 0.1 до 1.2 мг/г. Ее динамику в опыте определяла бактериальная составляющая, на долю которой в прокариотном комплексе приходилось от 83 до 100 %.
Численность бактерий, определенная на среде ГПД, варьировала в зависимости от варианта опыта, стадии сукцессии и слоя монолита в пределах порядка. Она была максимальной в слое Т1 и на отдельных этапах сукцессии достигала 26 и 50 млн КОЕ/г. В слоях Т0 и Т2 численность бактерий была значительно меньше и колебалась от 1 до 12 млн КОЕ/г торфа. Экспозиция монолита торфяника при температуре 4-6 °С не привела к уменьшению численности бактерий.
Слои торфяника четко отличались по таксономической структуре исследуемого бактериального комплекса и ее динамике в процессе годового мониторинга. В верхнем слое Т0 на всех этапах сукцессии доминировали протеобактерии. Вторым доминантом в бактериальном комплексе исходно были актинобактерии. При снижении температуры их доля резко уменьшалась и они переходили в разряд минорных компонентов.
В слоях Т1 и Т2 таксономическая структура бактериального блока была иная, чем в Т0. На всех эта-
Т аблица 3
Частота встречаемости видов микромицетов, выделенных из исследуемого торфяника в процессе годового мониторинга при разных температурных режимах
№ Видовая принадлежность 20-24“С 4-6 “С
1 Aphanocladium sp. 3.7 0
2 Aspergillus versicolor (Vuill.) TiraЪoschi 2З.9 11.1
3 AureoЪasidium pullulans (de Bary) Arnaud 11.1 11.1
4 Cladosporium cladosporioides (Fresen.) de Vries 3.7 0
З Geomyces pannorum (Link) Sigler & Carmich. 7.4 3.7
6 Gliocladium sp. 3.7 3.7
7 Mucor circinelloides Tiegh. 7.4 0
S Mycelia sterilia (Mon.) 3.7 7.4
9 Mycelia sterilia (Dem.) 3.7 2З.9
10 Oidiodendron giseum RoЪak 8З.2 8З.2
11 O. rhodogenum RoЪak 3.7 3.7
12 O. tenuissimum (Peck) Hughes 29.6 44.4
13 Paecilomyces victoriae (Svilv.) A.H.S. Br. & G. Sm. 3.7 0
14 Paecilomyces sp. 3.7 0
ІЗ Penicillium aurantiogriseum Dierckx 11.1 3.7
16 P. chrysogenum Thom 0 3.7
17 P. citreonigrum Dierckx 14.S 0
1S P. duclauxii Delacr. 3.7 0
19 P. lividum 22.2 11.1
20 P. miczynskii Zal. 66.7 З9.З
21 P. montanense Christensen & Backus ЗІ.9 З9.З
22 P. spinulosum Thom 33.3 29.6
23 P. thomii Maire 14.S 22.2
24 P. variaMle Sopp 3.7 3.7
2З Penicillium sp. 7.4 2З.9
26 Tolypocladium inflatum Gams 3.7 7.4
27 T. hamatum (Bonord.) Bainier 3.7 0
2S T. harzianum Rifai 7.4 7.4
29 T. koningii Oudem. 7.4 3.7
30 T. viride Pers. 3.7 0
31 Trichosporiella cere^iformis (Vr.& Kleine-Natr.) Gams ЗІ.9 70.3
32 Verticillium sp. З9.З 40.7
33 Zygodesmus fuscus Corda 40.7 ЗІ
34 Неидентиф. (Mon.) 3.7 3.7
ЗЗ Неидентиф. (Dem.) 3.7 18.3
пах сукцессии при комнатной температуре доминировали протеобактерии и бациллы, составляя примерно равные доли. Актинобактерии были минорными компонентами, либо вообще не выделялись. Низкая температура привела к доминированию в этих слоях спорообразующих бактерий. Их численность составляла в среднем 2-12 млн КОЕ/г.
Следует отметить, что, несмотря на довольно обширный список родов бактерий, выделенных на разных этапах сукцессии, большинство из них являются минорными компонентами исследуемого бактериаль-
ного комплекса. В течение всего годового мониторинга в нем доминировали представители родов Bacillus (фирмикуты), Aquaspirillum и Comamonas (протеобактерии) (табл. 4).
Предварительный прогрев торфяной суспензии перед посевом при температуре 80 °С в течение 10 мин позволил сделать заключение, что большая часть бацилл находится в активном состоянии, т. е. в виде вегетативных клеток. Их доля составляла 6570 %, на долю спор приходилось 30-35 % соответственно.
la N п.о 10.8 Юб го.4 Ю.2 100 9.8 . . 9.4 9.2
9 О
О 30 60 90 120 150 180 270 365 0 30 60 90 120 150 180 270 365 0 30 60 90 120 150 180 270 365 Сух
ТО ТІ Т2
1
» 2
Рис. 3. Динамика численности бактерий (И - клеток/г сухого торфа) в слоях верхового торфяника в различных вариантах опыта
В результате посева образцов из слоев Т1 и Т2 на среды с крахмалом, пектином, карбоксиметил-целлюлозой и хитином было показано, что на всех перечисленные средах доминировали бациллы, в качестве минорных компонентов выделялись стреп-томицеты. Зоны гидролиза на средах с крахмалом были обнаружены вокруг колоний всех выросших бацилл и актиномицетов. Гидролиз пектина осуществляли в основном бациллы группы Вас. Агтш-¡еМш. На среде с КМЦ доминировали бациллы вида РаетЪасШш роїутуха, колонии которых врастали вглубь агара и вызывали деструкцию целлюлозы. На среде с хитином вырастали те же бациллы, что и на средах с крахмалом и пектином. Все выделенные из торфяника культуры бацилл были способны к росту при температуре 4-6 °С, т. е. были адаптированы к температурам, которые характерны для торфяников.
Полученные нами данные согласуются с опубликованными ранее результатами работ, в которыгс изучали бактериальный состав верховыгс торфяников [22, 23]. Этими авторами бышо показано, что 2/3 клеток бацилл находятся в виде вегетативных клеток, т. е. в активном состоянии. В работе микробиологов из Нидерландов [24] таксономический состав бактерий в торфяниках определялся путем выделения РНК (а не ДНК) с целью выявления активной части микробного сообщества. В результате последующих за выделением РНК из почв гель-электрофореза, гибридизации, клонирования и секвенирования бышо показано, что специфические пробы на отдел ГігтісШ^ с низким
Таблица 4
Спектр родов бактерий, выделенных из исследуемого торфяника в процессе годового мониторинга
Филогенетическая группа Род бактерий
Proteobacteria Aquaspirillum, Comamonas, Pseudomonas, Alcaligenes, Methylobacterium, Caulobacter, Ancylobacter, Acinetobacter, Beijerinckia, Burkholderia
Actinobacteria Arthrobacter, Rhodococcus, Micrococcus, Curtobacterium, Cellulomonas, Promicromonospora, Streptomyces
Firmicutes Bacillus, Paenybacillus
Bacteroidetes Flavobacterium, Cytophaga
процентным содержанием суммы гуанина и цитозина (куда входят бациллы) составили около 50 % всей бак-териалыной РНК, т. е. активной части сообщества. Кроме того, в числе обнаруженных в торфяниках видов бацилл были названы виды Paenibacillus polymyxa и Bac. lentus, т. е. те же виды, которые были определены нами методом посева. Недавно из сфагнового торфяника быш выделен новый вид бацилл -Bacillus acidicola. Бактерии этого вида росли в диапазоне рН 3.5-7, температуре 15-45 °С и были способны к деструкции целлобиозы [25].
Таким образом, из проделанных опытов следует заключить, что низкая температура не оказывала существенного влияния на показатели обилия и морфологическую структуру грибных комплексов. Численность грибов при исследуемых температурах режимах характеризовались близкими значениями. На всех этапах годовой сукцессии, независимо от температурного режима, в слоях монолитов доминировал мицелий. При снижении температуры возрастало абсолютное и относительное обилие темноокрашенного мицелия. Низкие температуры стимулировали развитие ба-зидиомицетов только в очесе сфагнового мха.
При смене температурного режима с 20-24 °С на 4-6 °С не происходило существенной корректировки численности и видового разнообразия микромицетов, варьировала лишь доля и частота встречаемости отдельных видов.
Низкие температуры повлияли на показатели обилия бактерий, полученные прямым методом. При снижении температуры численность и биомасса бактерий уменьшалась в 2-4 раза практически на всех этапах сукцессии. В то же время численность бактерий сапротрофного комплекса не зависела от температурного режима, так как характеризовалась величинами одного порядка как при температуре 20-24 °С, так и при 4-6 °С.
В пределах исследуемого гидролитического комплекса бактерий верховых торфяников наиболее приспособленными к условиям низких температур оказались бациллы. Их относительная доля на протяжении всего мониторинга была выше при температуре 4-6 °С, чем при 20-25 °С и они находились преимущественно в активном состоянии. Актинобактерии оказались наиболее чувствительными к низким температурам, их доля резко уменьшалась при снижении температуры и они переходили из доминирующих в разряд минорных компонентов бактериального комплекса.
Таким образом, как грибы, так и бактерии гидролитического комплекса, обитающие в верховых торфяниках, адаптированы к низким температурам, которые характерны для этих местообитаний и могут осуществлять разложение растительных полимеров на определенных этапах сукцессии. Необходимы дальнейшие исследования по выявлению скорости деструкции торфа, осуществляемой грибами и бактериями при разных температурах.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ М10-04-00415 Ь и Федерального агентства по науке и инновациям (Госконтракт М 02.740.11.0325).
Список литературы
1. Заварзин Г. А. Лекции по природоведческой микробиологии. М.: Наука, 2003. С. 234-243.
2. Бамбалов Н. Н. Анализ биологических факторов разложения органического вещества в болотной среде // Сборник материалов пятой научной школы (11-14 сентября 2006). Томск: цНтИ, 2006. С. 18-27.
3. Moore O. The ecology of peat-forming processes: a review // Int. J. of Coal Geology. 1989. Vol. 12. P. 89-103.
4. Aerts R. et al. Plant-mediated controls on nutrient cycling in temperate fens and bogs // Ecology. 1999. Vol. 80. № 7. P. 2170-2181.
5. Freeman C., Ostle N. J., Fenner N., Kang H. A regulatory role for phenol oxidase during decomposition in peatlands // Soil Biol.Biochem. 2004. Vol. 36. P. 1663-1667.
6. Ефимов В. Н. Торфяные почвы и их плодородие. Л.: Агропромиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. 269 с.
7. Куличевская И. С. и др. Выявление представителей Planctomycetes в сфагновых болотах с использованием молекулярных и культуральных подходов // Микробиология. 2006. Т. 75. № 3. С. 389-396.
8. Кухаренко О. С., Добровольская Т. Г., Головченко А. В. и др. Структура гетеротрофного блока бактерий в тундровых почвах полуост-
рова Ямал // Почвоведение. 2009. № 4. С. 463-468.
9. Mannisto M. K., Haggblom M. M. Characterization of psychrotolerant heterotrophic bacteria from Finnish Lapland // System. and Appl. Microbiol. 2006. Vol. 29. P. 229-243.
10. Pankratov T. A., Serkebaeva Y. M., Kulichevskaya I. S. et al. Substrate-induced growth and isolation of Acidobacteria from acidic Sphagnum peat // The ISME Journal. 2008. № 2. P. 551-560.
11. Pankratov T. A., Tindall B. J., Liesack W., Dedysh S. N. Mucilaginibacterpaludis gen. nov., sp. nov. and Mucilaginibacter gracilis sp. nov., pectin-, xylan- and laminarin-degrading members of the family Sphingobacteriaceae from acidic Sphagnum peat bog // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2007. Vol. 57. P. 2349-2354.
12. Кирцидели И. Ю., Томилин Б. А. Почвенные микромицеты Архипелага Северная Земля // Микология и фитопатология. 1997. Т. 31. № 6. С. 1-6.
13. Кочкина Г. А., Иванушкина Н. Е., Карасев С. Г. и др. Микромицеты и актинобактерии в условиях многолетней естественной криоконсервации // Микробиология. 2001. Т. 70. № 3. С. 412-420.
14. Thormann M. N. et al. Microcosm tests of the effects of temperature and microbial species number on the decomposition of Carex aquatilis and Sphagnum fuscum litter from southern boreal peatlands // Can. J. Microbiol. 2004. Vol. 50. P. 793-802.
15. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д. Г. Звягинцева: МГУ, 1991. 303 с.
16. Кожевин П. А. и др. Динамика развития различных микроорганизмов в почве // Микробиология. 1979. Т. 48. № 4. С. 490-494.
17. Полянская Л. М. Микробная сукцессия в почве: автореф. дис. ... докт. биол. наук. М., 1996. 96 с.
18. Domsch K. H., Gams W. Compendium of soil Fungi. IHW-Verlag, 1993. 860 p.
19. Pitt J. I. The Genus Penicillium and its teleomorphic states Eupenicillium and Talaromyces. L.: Acad. Press, 1979. 634 p.
20. Определитель бактерий Берджи. М.: Мир, 1997. Т. 1, 2. 800 с.
21. Лысак Л. В. и др. Методы оценки бактериального разнообразия почв и идентификации почвенных бактерий. М.: МАКС Пресс, 2003. 120 с.
22. Martin N. J. et al. The bacterial population of a blanket peat // J. Appl. Bacteriol. 1982. Vol. 53. P. 35-48.
23. Wheatley R. E. et al. The aerobic bacterial flora of a raised bog // Soil Biol. Biochem. 1976. Vol. 8. P. 453-460.
24. Felske A., Wolterink A., Van Lis R., Akkermans A. D. L. Phylogeny of the main bacterial 16S rRNA sequences in drentse a grassland soils (the Netherlands) // Appl. Environ. Microbiol. 1998. Vol. 64. № 3. P. 871-879.
25. Albert R. A., Archambault J., Rossello-Mora R. et al. Bacillus acidicola sp. nov., a novel mesophilic, acidophilic species isolated from acidic Sphagnum peat bogs in Wisconsin // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2005. Vol. 55. P. 2125-213o.
Головченко А. В., кандидат биологических наук, ст. научный сотрудник.
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.
Ленинские горы, д. 1, стр. 12, ГСП-1, г. Москва, Россия, 119991.
E-mail: [email protected]
Добровольская Т. Г., кандидат биологических наук, ст. научный сотрудник.
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.
Ленинские горы, д. 1, стр. 12, ГСП-1, г. Москва, Россия, 119991.
E-mail: [email protected]
Семенова Т. А., кандидат биологических наук, ст. научный сотрудник.
Институт проблем эволюции и экологии РАН.
Пр. Ленинский, 35, г. Москва, Россия, 117071.
E-mail: [email protected]
Богданова О. Ю., студент.
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.
Ленинские горы, д. 1, стр. 12, ГСП-1, г. Москва, Россия, 119991.
E-mail: [email protected]
Кухаренко О. С., аспирант.
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.
Ленинские горы, д. 1, стр. 12, ГСП-1, г. Москва, Россия, 119991.
E-mail: [email protected]
Материал поступил в редакцию 12.02.2010
A. V Golovchenko, T. G. Dobrovolskaya, T. A. Semenova, O. Yu. Bogdanova, O. S. Kucharenko
THE TEMPERATURE INFLUENCE ON THE STRUCTURE OF MICROBIAL COMMUNITIES OF BOG PEATLAND
(MODEL EXPERIMENT)
In the annual model experiment was made the monitoring of quantity and taxonomical structure of the bacterial and fungal complexes in the monoliths of the bog peatland under temperature of20-24 oC and 4-6 oC, using the fluorescent-microscopic and plate methods. It was established, that low temperatures didn’t exert serious influence on the morphological, taxonomical structure and abundance levels of the fungal complexes. The temperatures stimulated the development of Basidiomycetes and dark-coloured mycelium. Among the bacterial hydrolytic complex, Bacillus were the most adapted to the low-temperature conditions. In the bog peatland, fungi were shaped as mycelium, and spore-forming bacteria were shaped as vegetative cells, that’s why they occurred to be in an active state. Also the fungi and spore-forming bacteria were adapted to low-temperature conditions and that helped them to decompose vegetative polymers.
Key words: bog peatland, model experiment, low temperature, monitoring, bacteria, fungi, abundance, taxonomical structure.
Golovchenko A. V
Moscow State University named after M. V. Lomonosov.
GSP-1, Leninskye Gory, 1, str. 12, Moscow, 119991.
E-mail: [email protected]
Dobrovolskaya T. G.
Moscow State University named after M. V. Lomonosov.
GSP-1, Leninskye Gory, 1, str. 12, Moscow, 119991.
E-mail: [email protected]
Semenova T. A.
Institute of Evolution and Ecology Problems RAS.
Pr. Leninsky, 35, Moscow, 117Q71.
E-mail: [email protected]
Bogdanova O. U.
Moscow State University named after M. V. Lomonosov.
GSP-1, Leninskye Gory, 1, str. 12, Moscow, 119991. E-mail: [email protected]
Kucharenko O. S.
Moscow State University named after M. V. Lomonosov.
GSP-1, Leninskye Gory, 1, str. 12, Moscow, 119991. E-mail: [email protected]
