Biomass and Functional Diversity of Microbial Communities in Catenas of Virgin and Arable Gray Soils and Chernozems

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The biomass and functional diversity of microbial communities were studied in the watershed, transit, and accumulative positions in catenas of virgin gray soils (Luvic Retic Phaeozems) and chernozems (Haplic Chernozems) of the “Belogorye” nature reserve and arable variants outside the reserve. Microbial biomass was determined by the substrate induced respiration (SIR) and the determination of the content of phospholipids. Multisubstrate testing of respiratory responses in the MicroResp system after the addition of amino acids, carboxylic acids and carbohydrates was carried out. It was established that in the virgin chernozem, microbial biomass decreased in from the watershed towards the accumulative part of the slope; in the gray forest soil, minimal values were in the transit part of the catena. In the plowed horizon of agrochernozems, it was close in all parts of the catena and 2–3.5 times less than in virgin chernozems. For the agro-gray soils, an increase in microbial biomass was fixed in the soils of the transit and accumulative parts of the catena. Cluster analysis of respiratory responses in the 0–10 and 10–20 cm layers identified two groups of the most demanded substrates. The first group in both layers included citric and ketoglutaric acids, the second – fructose and succinic acid. Ascorbic acid, sucrose, and glutamine were included in the first group in the 0–10 cm layer and in the second group (along with asparagine and glycine) in the 10–20 cm layer. In all virgin and arable catenas, an increase in metabolic diversity was noted from the watershed to the accumulative part of the catena. At the same time, plowing led to its decrease in the 0–10 cm layer: up to 1.5 times in chernozems and up to 4 times in gray soils. In the 10–20 cm layer, similar trend was observed, except for the agro-gray soil in the transit part of the catena, where the number of significant responses increased 3.6 times in comparison with the virgin variant.

全文:

受限制的访问

作者简介

K. Dushchanova

Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science of the Russian Academy of Sciences

Email: nkashirskaya81@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7980-9560
俄罗斯联邦, Pushchino, 142290

P. Ukrainskiy

Belgorod State National Research University

Email: nkashirskaya81@gmail.com
俄罗斯联邦, Belgorod, 308015 Russia

N. Kashirskaya

Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: nkashirskaya81@gmail.com
俄罗斯联邦, Pushchino, 142290

T. Khomutova

Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science of the Russian Academy of Sciences

Email: nkashirskaya81@gmail.com
俄罗斯联邦, Pushchino, 142290

A. Borisov

Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science of the Russian Academy of Sciences

Email: nkashirskaya81@gmail.com
俄罗斯联邦, Pushchino, 142290

参考

  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

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig.1

下载 (326KB)
索引源数据
3. Fig.2

下载 (311KB)
索引源数据
4. Fig.3

下载 (246KB)
索引源数据
5. Fig.4

下载 (416KB)
索引源数据
6. Fig.5

下载 (232KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

##common.cookie##