Структура бактериальных сообществ основных типов растений верхового болота
Аннотация
Прямым методом и методом посева обнаружены высокие концентрации бактерий на растениях Carex nigra, Eriophorum vaginatum, Drosera rotundifolia и Ledum palustre. Установлена корреляция между численностью бактерий, видами и органами исследуемых растений. Выявлено доминирование протеобактерий в филлосфере, бацилл и актиномицетов — в ризоплане и ризосферной почве. В филлосфере преобладали представители родов Pseudomonas и Erwinia. Установлены высокие показатели азотфиксирующей активности бактериальных популяций в ризосферной почве, достигающие максимума под росянкой.
Enter the password to open this PDF file:
Литература
Головненко А.В., Панкратов ТА., Добровольская Т.Г., Кухаренко О. С. Торфяные почвы как банк бактериального разнообразия // Роль почв в биосфере: Тр. Ин-та экол. почвовед. МГУ им. М.В. Ломоносова. Выл. 10. М., 2010.
Добровольская Т.Г. Структура бактериальных сообществ почв. М., 2002.
Добровольская Т.Г., Головненко А.В., Звягинцев Д. Г. Анализ экологических факторов, ограничивающих деструкцию верхового торфа // Почвоведение. 2014. №3.
Добровольская Т.Г., Хуснетдинова К.А., Манунарова Н.А., Головненко А.В. Структура эпифитных бактериальных сообществ сорных растений // Микробиология. 2017. Т. 86, № 2.
Звягинцев Д.Г., Добровольская Г.Г., Лысак Л.В. Растения как центры формирования бактериальных сообществ // Журн. общ. биол. 1993. Т. 54, № 2.
Котиков Ф.П., Умаров М.М. Азотфиксация в лесах южной тайги // Лесоведение. 1982. № 6.
Лысак Л.В., Добровольская Г.Г., Скворцова И.Н. Методы оценки бактериального разнообразия почв и идентификации почвенных бактерий М., 2003.
Методы почвенной микробиологии и биохимии. М., 1991.
Мигловец М.Н. Эмиссия метана в растительных сообществах мезоолиготрофного болота средней тайги // Теорет. и приклад, экол. 2014. № 1.
Определитель бактерий Берджи. Т. 1, 2. М., 1997.
Панкратов Г А., Белова С.Э., Дедыш С.Н. Оценка филогенетического разнообразия прокариотных микроорганизмов в сфагновых болотах методом FISH // Микробиология. 2005. Т. 74, № 6.
Разгулин С.М. Фиксация атмосферного азота в различных типах леса южной тайги // Лесоведение. 1995. № 4.
Умаров М.М., Кураков А.В., Степанов А.Л. Микробиологическая трансформация азота в почве. М., 2007.
Albino U., Saridakis D.P., Ferreira М.С. et al. High diversity of diazotrophic bacteria associated with the carnivorous plant Drosera villosa var. villosa growing in oligotrophic habitats in Brazil // Plant Soil. 2006. Vol. 287.
Jacques M.A., Morris C.E. A review of issues related to the quantification of bacteria from the phyllosphere // FEMS Microbiol. Ecol. 1991. Vol. 18.
Manucharova N.A., Vlasenko A.N., Tourova T.P. et al. Thermophilic Chitinolytic Microorganisms of Brown Semidesert Soil // Microbiology. 2008. Vol. 77, N 5.
Opelt K., Berg G. Diversity and antagonistic potential of bacteria associated with bryophytes from nutrientpoor habitats of the Baltic sea coast // Appl. Environ. Microbiol. 2004. Vol. 70, N 11.
Pouliot R., Rochefort L., Karofeld E., Mercier C. Initiation of Sphagnum moss hummocks in bogs and the presence of vascular plants: Is there a link? // Acta Oecol. 2011. Vol. 37.
Redford A.J., Fierer N. Bacterial succession on the leaf surface: a novel system for studying successional dynamics // Microb. Ecol. 2009. Vol. 58 (1).
Tsitko I., Lusa M., Lehto J. et al. The Variation of Microbial Communities in a Depth Profile of an Acidic, Nutrient-Poor Boreal Bog in Southwestern Finland // Open J. Ecol. 2014. N4.
Принята к публикации: 27.04.2018
Дата публикации в журнале: 30.03.2019
Ключевые слова: верховое болото; растения; бактерии; численность; таксономический состав; нитрогеназная активность
Доступно в on-line версии с: 30.03.2019
Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Юрченко Е.Н., Костина Н.В. Структура бактериальных сообществ основных типов растений верхового болота. // Вестник Московского Университета. Серия 17. Почвоведение. 2019. № 1. c.42-46
Источник
ИСТИНА
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных
Микробные сообщества в разных микролокусах верхового торфяника НИР
Microbial communities in different microlocuses of oligotrophic peatland
- Руководитель НИР: Добровольская Т.Г.
- Участники НИР: Головченко А.В., Грачева Т.А., Лысак Л.В., Манучарова Н.А., Семенова Т.А., Степанова Д.А., Якушев А.В.
- Подразделение: Кафедра биологии почв
- Срок исполнения: 11 января 2016 г. — 31 декабря 2018 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 16-04-00452
- Номер ЦИТИС: 116021860173-0
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Почва и почвенный покров России как основа её устойчивого развития.
- ПН России: Рациональное природопользование
- Рубрики ГРНТИ:
- 34.27.23 Экология микроорганизмов
- Ключевые слова: такономический состав, филлосфера, микрорельеф, микробные сообщества, биомасса, олиготрофный торфяник, численность, микролокусы, ризосфера
microlocus, number, biomass, taxonomic composition, rhizosphere, oligotrophic peatland, microbial communities, microrelief, fillosfery - Описание:
Несмотря на то, что в последнее время микробиологи уделяют достаточно много внимания изучению микробного мира болотных экосистем, остается еще очень много невыясненных вопросов, на которые предстоит ответить, учитывая глобальную роль болот в поддержании гомеостаза биосферы и сохранении микробного разнообразия. Установлено, что болотные экосистемы – это кладезь микроорганизмов. В верховых торфяниках содержится огромная микробная биомасса, составляющая десятки т/га, а микроорганизмы обнаруживаются по всему многометровому профилю и являются жизнеспособными. До недавнего времени многие исследователи рассматривали развитие болотных экосистем как процесс эволюции их растительности, находящийся под влиянием климатических факторов. Однако, современные исследования в области микробиологии болот, говорят о высокой структурно-функциональной взаимосвязи между растениями и микроорганизмами, и позволяют характеризовать болото как сложную растительно-микробную систему, в которой каждый компонент играет свою специфическую роль. Следует, однако, отметить, что микробные сообщества верховых болот изучались преимущественно в сфагновых мхах, их очёсах и торфянистых горизонтах, что закономерно, так как сфагновые мхи – основные торфообразователи верховых болот. Но, кроме мхов, на этих болотах растут уникальные по своим свойствам кустарнички и травянистые растения, приспособленные к выживанию в олиготрофных условиях. Болотные кустарнички и полукустарники из семейства Вересковых вступают в симбиоз с грибами и образуют микоризу. Не известно – какие микроорганизмы обитают в микоризосфере, а также в филлосфере и ризосфере таких уникальных растений как пушица влагалищная, шейхцерия болотная, росянка круглолистная и т.д. Не установлено, в каком состоянии находятся в этих микронишах бактерии – выживают или активно функционируют. При исследовании микробных сообществ болот необходимо учитывать микрорельеф, который состоит из кочек, гряд, мочажин и т.п. Элементы микрорельефа болот можно рассматривать как варианты экониш, которые определяют состав растительности, структуру и функционирование микробных сообществ в торфяной толще под растительным покровом. Если почвоведами описаны и изучены свойства торфа и определена эмиссия углерода из этих форм рельефа, то микробиологи не изучали и не сравнивали микробный пул и таксономический состав микроорганизмов в разных элементах микрорельефа. Таким образом, судить о микробном обилии и разнообразии, не учитывая многочисленных микролокусов, сформировавшихся в болотных экосистемах, представляется нелогичным. Иными словами, необходим микролокусный подход к изучению микробных сообществ болот, который не только повысит уровень учета микробного разнообразия, но и позволит сформулировать выводы о направлениях эволюции микробных сообществ болотных экосистем и их адаптации к существованию в олиготрофных условиях.
Despite the fact that the last time microbiologists pay a lot of attention to the study of the world of microbial ecosystems, there are still many outstanding questions that we must answer in considering the global role of wetlands in maintaining the homeostasis of the biosphere and preservation of microbial diversity. It is established that wetland ecosystems are a storehouse of microorganisms. In the peat peat contains a large microbial biomass, a component of tens t/ha, and micro-organisms found around the heavy profile and are viable. Until recently, many researchers have considered the development of wetland ecosystems as the evolution of their vegetation under the influence of climatic factors. However, modern research in the field of Microbiology of wetlands, show high structural and functional relationships between plants and microorganisms, and allow to characterize marsh as a complex plant-microbe system in which every component plays its specific role. However, it should be noted that the microbial community of raised bogs was studied mainly in sphagnum mosses, their tow and peaty horizons, which is natural, as sphagnum mosses are the principal peat – forming plants of raised bogs. But, in addition to moss, these marshes are unique in their properties shrubs and herbaceous plants adapted to survival in oligotrophic environments. The swamp, the bushes and shrubs of the Heather family enter into symbiosis with fungi to form mycorrhiza. Not known – what organisms live in minoriteter, and phyllosphere and the rhizosphere of these plants as vaginal cottongrass, scheuchzer bog, sundew rotundifolia, etc. are Not installed, the condition of these microniche bacteria survive or are actively functioning. In the study of microbial communities of wetlands must take into account the microrelief, which consists of hummocks, ridges, hollows, etc. Elements of the microrelief of swamps can be considered as options aconis that determine the composition of vegetation, structure and function of microbial communities in peat under thicker vegetation cover. If the soil scientists described and studied properties of peat and the carbon emissions from these landforms, the microbiologists did not study and did not compare the microbial pool and the taxonomic composition of organisms in different elements of microrelief. Thus, to judge the microbial abundance and diversity, without taking into account the numerous microlocation formed in swamp ecosystems is illogical. In other words, microlocally approach to the study of microbial communities of wetlands, which not only improve the accounting level of microbial diversity, but also allow to draw conclusions about the directions of evolution of microbial communities of wetland ecosystems and their adaptation to life in oligotrophic conditions.
Целью заявляемого проекта является исследование микробных сообществ в разных микролокусах верхового торфяника. Главная фундаментальная задача предполагаемого проекта – повысить учет микробного разнообразия болотных экосистем за счет микролокусного подхода к их изучению. Трехлетние исследования будут проведены согласно очередности изучения микролокусов. В первый год будут проанализированы микролокусы, обусловленные микрорельефом верховых болот; во второй и третий год микролокусы, связанные с изучением микробных сообществ в филлосфере и ризосфере болотных сосудистых растений и кустарников. На всех этапах исследований предполагается проведение следующих мероприятий: отбор образцов; определение показателей обилия микроорганизмов (численности и биомассы); анализ таксономического состава сапротрофного микробного комплекса, выявление и идентификация доминантов на основании, как фенотипических свойств, так и молекулярно-биологических методов; определение общей численности, отдельных групп и таксонов прокариот методом флуоресцентной in situ гибридизации; получение библиотек клонов гена 16S рРНК отдельных групп бактерий с использованием специфических праймеров; оценка физиологического состояния и активности бактериальных сообществ комплексным структурно-функциональным методом.
Нами были проведены исследования по изучению численности и таксономической структуры бактериальных комплексов на кочках и на ровных поверхностях олиготрофной остаточно-эутрофной почвы. Было установлено, что численность бактерий, определенная методом посева, на 2 порядка выше в кочках, чем на ровных поверхностях. На основании как фенотипических, так и молекулярно-биологических методов выявлено доминирование протеобактерий во всех элементах микрорельефа. Бактерии гидролитического блока были представлены бациллами и актиномицетами. При использовании комплексного структурно-функционального метода была установлена потенциальная способность гидролитического комплекса очеса сфагнума кочки гидролизовать более широкий спектр полимеров, чем на ровных поверхностях. В бактериальных комплексах кочки была также выше метаболическая готовность к росту на полимерах и доля быстрорастущих бактерий.
Источник финансирования НИР
Этапы НИР
# Сроки Название 1 11 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Микробные сообщества в микролокусах, обусловленных микрорельефом верховых болот Результаты этапа: В исследуемом верховом торфянике была определена площадная представленность различных элементов микрорельефа. По результатам нивелировки мочажины занимают 37%, ровные местоположения – 39%, кочки – 24% от площади торфяника. Проведен анализ бактериальных комплексов в разных элементах микрорельефа исследуемого торфяника, включающий определение численности, таксономического состава, физиологического состояния и соотношения эколого-трофических групп. Определена годовая динамика эмиссии СО2. Установлено, что показатели обилия прокариотного комплекса, определенные прямым люминесцентно-микроскопическим методом, в 3–4 раза больше в сфагновых дернинах кочек, чем в сфагновых дернинах ровных поверхностей. Численность бактерий, установленная методом посева, также на 2 порядка выше в кочках. В бактериальных сообществах сфагнума, растущего на кочках, доминировали протеобактерии родов Pseudomonas, Acinetobacter, Dyella, Burkholderia. Доля бактерий гидролитического комплекса, представленых бациллами и актиномицетами, варьировала от 2 до 20%. На ровных поверхностях, при выраженном преобладании протеобактерий, доля гидролитиков достигала 40%. Было показано, что способность к гидролизу полимеров (хитина, целлюлозы, кератина) и доля r-стратегов выше в сфагнуме кочек, чем в сфагнуме с ровных поверхностей. Скорость эмиссии СО2 растет в ряду: мочажины – ровная поверхность – кочки. В теплое время года (май-октябрь) кочки эмиссируют СО2 в 3 раза, а ровные поверхности – в 2 раза больше, чем мочажины. В холодный период соотношение для ровных поверхностей и мочажин сохраняются, но поток диоксида углерода с кочек в 5 раз больше чем с мочажин (при значительно меньших скоростях эмиссии, чем в теплое время). 2 22 марта 2017 г.-31 декабря 2017 г. Микробные сообщества в филлосфере и ризосфере болотных сосудистых растений и кустарников Результаты этапа: Проанализированы микробные сообщества в микролокусах, связанных с растениями верховых болот (филлосфера, ризоплана и ризосферная почва). На исследуемых растениях верховых болот были обнаружены все группы микроорганизмов – грибы, дрожжеподобные клетки, бактерии. Грибы были представлены как мицелием, так и спорами. Плотность микробных популяций определялась как видом растения, так и его вегетативным органом. Максимальные показатели обилия микроорганизмов были выявлены для осоки – представителя травянистых растений. Микробная биомасса на вегетативных органах растений верховых болот варьировала от 0,10 до 2 мг/г. На листьях и стеблях в структуре микробной биомассы была высокой доля бактерий, спор грибов и дрожжеподобных клеток (до 95%), на корнях растений доминировал грибной мицелий. Поверхность корней болотных растений заселена микроорганизмами, численность которых сравнима с таковой в верховом торфе. Максимальные показатели обилия микроорганизмов были выявлены в ризоплане багульника и осоки. Микробная биомасса в ризоплане растений составила в среднем 0,75 мг/г и была представлена преимущественно биомассой грибного мицелия. Доля бактерий не превышала 20%. Показатели обилия и видового разнообразия микобиоты, выявленные для ризосферной почвы были в несколько раз выше, чем на корнях растений. Микобиота кустарничков была богаче, чем микобиота исследуемых травянистых растений. Анализ таксономической структуры бактериальных комплексов позволил установить следующие закономерности – в филлосфере всех исследованных растений доминировали грамотрицательные бактерии, в ризосферной почве – бациллы и актиномицеты. Идентификация доминирующих родов протеобактерий на основании метода 16S рРНК позволила нам выявить преобладание родов Pseudomonas и Erwinia в филлосфере осоки и пушицы. Установлено снижение физиологического разнообразия гидролитического блока бактерий от вересковых растений ко мхам. Среди вересковых минимальные значения зафиксированы у багульника. Определена азотфиксирующая активность бактериальных комплексов в ризосферной почве исследуемых растений. Максимальной нитрогеназной активностью обладали бактериальные популяции вересковых растений, минимальной – бактериальные популяции травянистых растений (осока, пушица). 3 8 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Микробные сообщества в микролокусах, связанных с растениями верховых болот и в регрессионных пятнах. Результаты этапа: На исследуемых растениях в начале вегетации люминесцентно-микроскопическим методом удалось обнаружить грибы, дрожжеподобные клетки, бактерии. Грибы представлены как мицелием, так и спорами. На листьях и стеблях длина грибного мицелия варьировала от 56 до 566 м/г, численность спор и дрожжеподобных клеток – от 3 до 24 млн. спор/г, бактерий – от 0,5 до 4 млрд. клеток/г. На корнях растений численность спор и дрожжеподобных оказалась ниже, чем на листьях и стеблях, а длина грибного мицелия и численность бактерий – выше. Численность микроорганизмов, как показал двухфакторный дисперсионный анализ, определялась видом растения и его вегетативным органом. Максимальные показатели обилия большинства учитываемых групп микроорганизмов выявлены для осоки, минимальные – для росянки. Микробная биомасса на вегетативных органах растений верховых болот варьировала от 0,10 до 2 мг/г. На листьях и стеблях в структуре микробной биомассы оказались высокими доли бактерий, спор грибов и дрожжеподобных клеток, на корнях растений доминировал грибной мицелий. Почва под исследуемыми растениями оказалась субстратом, в котором насыщенность микробными группировками выше, на вегетативных органах растения. Установлена высокая численность бактерий на вегетативных органах вересковых растений и в почве под ними. Анализ таксономического состава доминирующих родов бактерий на разных органах вересковых растений выявил их принадлежность к подклассу гамма-протеобактерий и филуму Bacteroidetes. Использование современного молекулярно-биологического подхода с применением метабаркодинга позволило обнаружить в почве под исследуемыми растениями широкий спектр бактерий, в котором преобладали ацидобактерии и альфа-протеобактерии. Выявлены представители разных родов ацидофильных и метанотрофных бактерий в почве, что подтверждает их приуроченность к кислым сфагновым болотам. Показано, что физиологическое разнообразие гидролитического бактериального блока филлосферы, существенно выше у вересковых растений, чем у мхов, растущих рядом. Установлена высокая нитрогеназная активность бактериальных сообществ почв под исследуемыми растениями. Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, . ). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку «Добавить».
Источник