Биомасса и функциональное разнообразие микробных сообществ в катенах целинных и пахотных серых почв и черноземов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Биомасса и функциональное разнообразие микробных сообществ исследованы в водораздельных, транзитных и аккумулятивных позициях катен целинных серых почв (Luvic Retic Phaeozems) и черноземов (Haplic Chernozems), заповедник “Белогорье”, и пахотных вариантов за пределами заповедника. Микробная биомасса оценивалась методом субстрат-индуцированного дыхания и по содержанию фосфолипидов. Проведено мультисубстратное тестирование дыхательных откликов в системе MicroResp в ответ на внесение аминокислот, карбоновых кислот и углеводов. Установлено, что в целинном черноземе микробная биомасса уменьшалась в направлении водораздел – аккумулятивная часть склона; в серой лесной почве минимальные значения были в транзитной части катены. В пахотном горизонте агрочерноземов она была примерно одинаковой на всех участках катены и в 2–3.5 раза меньше по сравнению с целинными черноземами. Для агросерых почв отмечено возрастание микробной биомассы в почвах транзитной и аккумулятивной частей катены. Кластерный анализ дыхательных откликов в слоях 0–10 и 10–20 см выявил две группы наиболее востребованных субстратов. Первая группа в обоих слоях включала лимонную и кетоглутаровую кислоты, вторая – фруктозу и янтарную кислоты. Аскорбиновая кислота, сахароза и глутамин входили в первую группу в слое 0–10 см и во вторую группу (вместе с аспарагином и глицином) в слое 10–20 см. Во всех катенах, как целинных, так и пахотных, было отмечено увеличение метаболического разнообразия от водораздела к аккумулятивной части катены. При этом распашка привела к его сокращению в слое 0–10 см: до 1.5 раза в черноземах и до 4 раз в серых почвах. В слое 10–20 см наблюдалась аналогичная тенденция, за исключением агросерой почвы в транзитной части катены, где число значимых откликов увеличивалось в 3.6 раза по сравнению с целинным вариантом.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

К. С. Дущанова

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: nkashirskaya81@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7980-9560
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, Московская область, 142290

П. А. Украинский

Белгородский государственный национальный исследовательский университет

Email: nkashirskaya81@gmail.com
Россия, ул. Победы, 85 Белгород, 308015 Россия

Н. Н. Каширская

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: nkashirskaya81@gmail.com
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, Московская область, 142290

Т. Э. Хомутова

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: nkashirskaya81@gmail.com
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, Московская область, 142290

А. В. Борисов

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: nkashirskaya81@gmail.com
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, Московская область, 142290

Список литературы

  1. Ананьева Н.Д., Благодатская Е.В., Орлинский Д.Б., Мякшина Т.Н. Методические аспекты определения скорости субстрат-индуцированного дыхания почвенных микроорганизмов // Почвоведение. 1993. № 11. С. 72–77.
  2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.
  3. Белякова О.И. Многолетняя динамика разложения растительного опада в основных экосистемах Центральной лесостепи. Автореф. … дис. кан. биол. наук. Воронеж, 2001. 27 с.
  4. Воробъева Л.А. Теория и практика химического анализа почв // М.: ГЕОС. 2006. 400 с.
  5. Горленко М.В., Кожевин П.А. Дифференциация почвенных микробных сообществ с помощью мультисубстратного тестирования // Микробиология. 1994. Т. 63. № 2. С. 289–293.
  6. Дущанова К.С., Хомутова Т.Э., Украинский П.А., Каширская Н.Н., Лисецкий Ф.Н., Борисов А.В. Биомасса и функциональное разнообразие почвенных микробных сообществ естественных и антропогенно-преобразованных экосистем (на примере почв заповедника “Белогорье”) // Почвоведение. 2022. № 4. С. 488–499. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040086
  7. Залепухин В.В. Теоретические аспекты биоразнообразия. Волгоград: Изд-во Волгогр. гос. ун-та, 2003.
  8. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. М.: Изд-во МГУ, 1987. 256 с.
  9. Касаткина Г.А., Федорова Н.Н., Русаков А.В. Почвы и почвенный покров заповедника “Белогорье” // Вестник СПбГУ. 2012. Вып. 1. Сер. 3. С. 121–138.
  10. Лойко Н.Г., Кряжевских Н.А., Сузина Н.Е., Демкина Е.В., Муратова А.Ю., Тураковская О.В., Козлова А.Н., Гальченко В.Ф., Эль-Регистан Г.И. Покоящиеся формы Sinorhizobium meliloti // Микробиология. 2011. Т. 80. № 4. С. 465–476.
  11. Мостовая А.С., Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Хохлова О.С., Русаков А.В., Шаповалов А.С. Изменение микробиологической активности серых лесных почв в процессе естественного лесовосстановления // Вестник Воронеж. гос. ун-та. 2015. Сер. Химия. Биология. Фармация. № 2. С. 64–72.
  12. Практикум по почвоведению / Под ред. И.С. Кауричева. М.: Колос, 1973. 279 с. Workshop on soil science / Edited by I.S. Kaurichev. M.: Kolos, 1973. 279 p.
  13. Рабочая группа IUSS WRB. 2015. Мировая реферативная база почвенных ресурсов 2014, исправленная и дополненная версия 2015. Международная система почвенной классификации для диагностики почв и создания легенд почвенных карт. Доклады о мировых почвенных ресурсах № 106. ФАО, Рим. 216 с.
  14. Русаков А.В. Почвенное разнообразие Ямской степи (заповедник “Белогорье”, Белгородская область) по “Классификации и диагностике почв России” (2004 г.) // Современные почвенные классификации и проблемы их региональной адаптации: материалы всероссийской научной конференции. Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2010. С. 33–37.
  15. Русаков А.В., Бакунович Н.О., Городилова Н.Ю., Яковенко М.В. Новые данные по характеристике почвенного покрова охраняемых участков заповедника “Белогорье” (Белгородская область) // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах: материалы IV Междунар. науч. конф. Белгород: Константа, 2010. С. 153–158.
  16. Рыжкова Е.П. Альтернативные ферменты как особая стратегия адаптаций у прокариот (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2017. Т. 53. № 5. С. 435–448.
  17. Семенов М.В., Манучарова Н.А., Краснов Г.С., Никитин Д.А., Степанов А.Л. Биомасса и таксономическая структура микробных сообществ в почвах правобережья р. Оки // Почвоведение. 2019. № 8. С. 974–985. https://doi.org/10.1134/S0032180X19110078
  18. Счастная Л.С., Касаткина Г.А. Почвенно-географические исследования в заповеднике “Лес на Ворскле” – “Белогорье” // Вестник СПб. ун-та. Сер.3. Биология. 2006. Вып. 1. C. 81–88.
  19. Украинский П.А., Щербаков К.В. Эрозионный рельеф участка Ямская степь (природный заповедник “Белогорье”) // Науки о земле. 2014. № 1–2. С. 84–91.
  20. Хомутова Т.Э., Демкина Т.С., Борисов А.В., Шишлина Н.И. Состояние микробных сообществ подкурганных палеопочв пустынно-степной зоны эпохи средней бронзы (XXVII–XXVI вв. до н. э.) в связи с динамикой увлажненности климата // Почвоведение. 2017. № 2. С. 239–248. https://doi.org/10.7868/S0032180X1702006X
  21. Юрцев Б.А. Мониторинг биоразнообразия на уровне локальных флор // Бот. журн. 1997. Т. 82. № 6. С. 60–70.
  22. Anderson J.P.E., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biol. Biochem. 1978. V. 10. № 3. P. 215–221.
  23. Campbell C.D., Chapman S.J., Cameron C.M., Davidson M.S., Potts J.M. A rapid microtiter plate method to measure carbon dioxide evolved from carbon substrate amendments so as to determine the physiological profiles of soil microbial communities by using whole soil // Appl. Environ. Microbiol. 2003. V. 69. P. 3593–3599.
  24. Campbell C.D., Chapman S.J., Cameron C.M., Davidson M.S., Potts J.M. A rapid microtiter plate method to measure carbon dioxide evolved from carbon substrate amendments so as to determine the physiological profiles of soil microbial communities by using whole soil // Appl. Environ. Microbiol.2003. V. 69. P. 3593–3599.
  25. Chapman S.J., Campbell C.D., Artz R.R.E. Assessing CLPPs Using MicroResp™ A Comparison with Biolog and multi-SIR // J. Soils Sediments. 2007. V. 7. P. 406–410. https://doi.org 10.1065/jss2007.10.259
  26. Degens B.P., Harris J.A. Development of a physiological approach to measuring the catabolic diversity of soil microbial communities // Soil Biol. Biochem. 1997. V. 29. P. 1309–1320.
  27. Findlay R. The use of phospholipid fatty acids to determine microbial community structure // Molecular Microbial Ecology Manual. 1996. V. 4.1.4. H. 1–17.
  28. Fraq M., Oszust K., Lipiec J. Community level physiological profiles (CLPP), characterization and microbial activity of soil amended with dairy sewage sludge // Sensors (Basel). 2012. V. 3. P. 3253–3268.
  29. Garland J.L., Mills A.L. Classification and characterization of heterotrophic microbial communities on the basis of patterns of community-level sole-carbon-source utilization // Appl. Environ. Microbiol. 1991. № 57. P. 2351–2359
  30. Oren A., Steinberger Y. Catabolic profiles of soil fungal communities along a geographic climatic gradient in Israel // Soil Biol. Biochem. 2008. V. 40. P. 2578–2587. https://doi.org10.1016/j.soilbio.2008.05.024
  31. Rutgers M., Wouterse M., Drost S.M., Breure A.M., Mulder C., Stone, Bloem J. Monitoring soil bacteria with community-level physiological profiles using Biolog™ ECO-plates in the Netherlands and Europe // Appl. Soil Ecol. 2016. V. 97. P. 23–35. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2015.06.007

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Точки отбора почвенных образцов: a – ключевой участок “Лес на Ворскле”; b – ключевой участок “Ямская степь”; С – серые целинные. АС – агросерые, Ч – черноземы целинные, АЧ – агрочерноземы. Малые индексы: в – водораздел, т – транзитная зона, а – аккумулятивная зона.

Скачать (326KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Микробная биомасса в катенах целинных и пахотных почв, оцененная методами С-ФЛ и С-СИД.

Скачать (311KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кластеризованная тепловая карта метаболического разнообразия микробных сообществ целинных и пахотных почв. a – слой 0–10 см, b – слой 10–20 см. По вертикали синим цветом обозначены аминокислоты, красным – карбоновые кислоты, зеленым – углеводы. По горизонтали показана кластеризация целинных и пахотных почв. Условные обозначения: С – серая целинная, АС – агросерая, Ч – чернозем целинный, АЧ – агрочернозем. Малые индексы: в – водораздел, т – транзитная зона, а – аккумулятивная зона.

Скачать (246KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кластеризованная тепловая карта изменений метаболического разнообразия микробных сообществ целинных и пахотных почв под влиянием распашки на различных участках катены. a – слой 0–10 см, b – слой 10–20 см. По вертикали синим цветом обозначены аминокислоты, красным – карбоновые кислоты, зеленым – углеводы. Условные обозначения: С – серая целинная, АС – агросерая, Ч – чернозем целинный, АЧ – агрочернозем. Малые индексы: в – водораздел, т – транзитная зона, а – аккумулятивная зона.

Скачать (416KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Положение микробных сообществ разных участков целинных и пахотных катен на плоскости главных компонент: абсолютные величины дыхательных откликов (a – слой 0–10 см, b – слой 10–20 см), нормированные величины дыхательных откликов (c – слой 0–10 см, d – слой 10–20 см). Условные обозначения: С – серая целинная, АС – агросерая, Ч – чернозем целинный, АЧ – агрочернозем. Малые индексы: в – водораздел, т – транзитная зона, а – аккумулятивная зона.

Скачать (232KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах