Экофизиологические особенности бактериальных сообществ верховых болот

Экофизиологические особенности бактериальных сообществ верховых болот
А.В. Якушев, Т.Г. Добровольская, А.В. Головченко, Е.Н. Юрченко
кафедра биологии почв факультета почвоведения МГУ, Москва
Чтобы грамотно управлять минерализацией и гумификацией в почвах, необходимо точно знать, почему так медленно бактерии разлагают органическое вещество в верховых болотах, по сравнению с
низинными. Для этого, накопленные учёными данные по составу бактериальных сообществ, должны быть дополнены новыми экофизиологическими характеристиками (физиологическое разнообразие
сообществ, физиологическое состояние членов, преобладающие среди членов сообществ экологические стратегии). Для этого авторами разработан новый комплексный структурно-функциональный метод
характеристики микробных популяций, основанный на изучении микроорганизмов in situ не на уровне таксонов или крупных функциональных групп, а на основе кинетики роста микробных ассоциаций в
селективных условиях в жидких питательных средах. Метод основан на анализе параметров математической модели роста периодической культуры. Кинетические параметры таких ассоциаций отражают
метаболическую готовность микроорганизмов к росту на питательной среде, их физиологическое состояние и разнообразие. В результате полученные параметры определяются особенностями
экологических стратегий микроорганизмов. В работе сравнивались олиготрофная и евтрофная торфяные почвы с постоянной пробной площади Западно-Двинского лесо-болотного стационара ФГБУН
Института лесоведения РАН и урочищ «Полынянка» и «Таган» Васюганского болота в Томской области.
В верховых торфах ниже физиологическое разнообразие бактериальных
сообществ (в том числе гидролитических комплексов)
Комплексный структурно-функциональный метод
1 серия опытов
Mean; Whisker: Mean±SE
0-5 см
2 серия опытов
Низинный торф
Верховой торф
X-концентрация клеток
Участок кривой
роста используемый
для расчёта
1,2
x
кинетических
параметров
1,0
бактериальных 0,8
ассоциаций
Физиологическое
состояние в
лаг-фазе
 x0  (1   0   0  e
 m t
0,6


m
2
2
2 15-24 см
15-24 см
15-24 см
100 см1
100 см1
100 см
50
55
60
65
0,2
10
20
30
40
t-время, ч
50
60
70
80
75
80
85
90
95
100 см
  100  ln( 0 )
100 см1
10050
Физиологическое разнообразие, % сред, на которых
зафиксирован рост бактерий
Чем больше γ, тем больше
метаболическая готовность
бактерий в торфе к росту
dx
m 
xdt
70
Горизонты
8-15 см
3
5-15 см
Больше максимальная удельная скорость роста,
больше бактерий r-стратегов в торфе
0,4
0,0
0
)
0-5 см
8-15 см
3
55
60
65
70
75
80
85
90
100 см
95
10050
Физиологическое разнообразие, % сред, на которых
зафиксирован рост бактерий
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Физиологическое разнообразие, % сред, на которых
зафиксирован рост бактерий
Mean; Whisker: Mean±SE
0-5 см
Низинный торф
Верховой торф
4
0-5 см
В верховых торфах меньше
доля бактерий r-стратегов,
чем в низинных
8-15 см
Горизонты
Культуральная
планшета
с жидкими
«селективными
средами»
0-5 см
3
5-15 см
15-24 см
2
15-24 см
100 см
1
100 см
0
Максимальная удельная скорость роста ассоциаций
на питательных средах, ч-1
Низинный торф
Верховой торф
0-5 см
4
В верховых торфах меньше
метаболическая готовность
к росту
0-5 см
8-15 см
3
5-15 см
Горизонты
Рост ассоциаций
в жидких средах
определяется
по оптической
плотности
на имунно –
ферментном
анализаторе
4
8-15 см
3
Горизонты
Образец
0-5 см
4
0-5 см
Горизонты
Почва
Mean; Whisker: Mean±SE
0-5 см
4
Суспензия
Посев бактерий на
агаризованную среду
3 серия опытов
Mean; Whisker: Mean±SE
15-24 см
2
15-24 см
100 см
1
100 см
95,0
96,0
95,5
97,0
96,5
98,0
97,5
99,0
98,5
100,0
99,5
Метаболическая готовность к росту (гамма)
Бактериальные комплексы верховых торфов отличаются от комплекса низинных торфов меньшей готовностью к быстрому разложению полимеров. Ассоциации верховых торфов
даже в благоприятных условиях не способны к быстрому росту (меньше значения μm). Ассоциации медленнее реагируют на появление пищевых субстратов (γ меньше). Все это
указывает на наличие внутренних, связанных со структурой микробных ассоциаций, причин медленного разложения верхового торфа, медленно разлагающегося даже после осушения в
отличие от внешних причин (недостаточная аэрация, отсутствие почвенных животных и т. д.) в низинном торфе, быстро минерализирующемся при снятии внешних ограничивающих
разложение факторов (при осушении).