Фундаментальные основы экологической роли грибов приземных слоев воздуха в формировании почвенной микобиотыНИР

The fundamental basis of the ecological role of fungi from surface layers of air in the formation of soil mycobiota

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 5 марта 2015 г.-31 декабря 2015 г. этап 2015 года
Результаты этапа: В соответствии с задачами проекта проведен выбор площадок для проведения исследований, в качестве которых выбраны участки: лесной (березняк), с травянистым покровом, придорожный участок с газонно-злаковой растительностью. Отработаны методики: определения численности грибных диаспор в приземном воздухе, биоморфологической структуры аэромикоты, доли жизнеспособных пропагул, функционального разнообразия, а также приемы отбора приземной пыли для характеристики аэромикоты. При подборе люминесцентных красителей показано, что наиболее оптимальным для определения общей грибной биомассы, ее структуры и доли жизнеспособных клеток является окрашивание грибных пропагул калькофлюором белым в сочетании с этидиумом бромидом. Отработана методика определения живой грибной биомассы по содержанию эргостерола. Однако, при имеющемся небольшом объеме оседающей пыли точность определения - низкая. Предложено использовать отработанную методику определения функционального разнообразия, которая можно применить для анализа грибного аэропланктона, поступающего в почву с талыми водами и для проб летней пыли большего объема. Для сезонного анализа, содержащегося в приземном воздухе и оседающего на почву аэропланктона, был проведен ежемесячный отбор проб пыли в слое воздуха на разных высотах (0,2м, 0,75м, 1,5м) и при седиментации на поверхности почвы. Описана динамика численности КОЕ культивируемых грибов с наименьшей их численностью в зимне-весенний период и увеличением в летне-осенний (до 700-800 КОЕ/м3). Основной вклад вносят темноокрашенные грибы, содержание которых обычно выше в придорожной зоне, особенно в приземном слое. Впервые методом прямого учета показано, что содержание диаспор грибов в приземном воздухе на порядки выше, чем при выделении на питательные среды и составляет до сотен тысяч грибных диаспор в кубическом метре воздуха. Основная часть (до 98%) грибных зачатков в воздухе была представлена спорами. Впервые установлено, что число грибных диаспор, которые могут оседать на поверхность почвы может составлять до млн диаспор на м2/сутки. Минимальным поступление биомассы грибных диаспор (0,04-0,06 мг/м2) отмечалось в зимние месяцы и в самом начале весны. Наибольшее поступление грибной биомассы (миллиграммы/м2/сутки) отмечалось в конце лета. Отмечены различия в динамке поступления биомассы грибного аэропланктона в разных биотопах. На лесном участке, в отличие от травянистого, отмечен второй максимум грибных диаспор в оседающей пыли в октябре, что может быть связано с завершением листопадного периода. В летний (июль, август) и осенний периоды (сентябрь) проведен анализ суточной седиментации грибных диаспор. На лесном участке седиментация преобладала ночью, на открытой травянистой площадке эта динамика не была четко выражена. Установлено, что содержание крупных (>5мкм) темноокрашенных спор грибов, рассматриваемых как аллергенные для человека, возрастает на исследованных площадках в летне-осенний период, причем их содержание выше в придорожной зоне, где составляет до 30% от всех диаспор.
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Характеристика сезонной динамики количественного и качественного состава грибов, поступающих на поверхность почвы при седиментации, а также при выпадении осадков
Результаты этапа: Содержание грибов в приземном воздухе в течение года имеет выраженную сезонную динамику. Высокие значения численности грибов отмечаются в летне-осенний период (май-октябрь), когда происходит активная вегетация растительности, а также в период осеннего листопада. Численность грибов в приземном воздухе на разных уровнях (0,25м, 0,75м и 1.5м) от поверхности почвы в большинство сроков исследования, достоверно не отличалась. Однако, отмечено, что наибольшая численность грибов в приземном воздухе (до 3 тыс. КОЕ /м3) может регистрироваться в самом приземном слое поздней осенью и в начале зимы, когда разлагаемый грибами опад, еще не перекрыт снежным покровом. При учете прямым методом число грибных спор, содержащихся в воздухе, существенно выше и может составлять до сотни тысяч спор/м3. Динамика общей численности сходна с таковой при определению по КОЕ. Содержание меланинсодержащих грибов, известных как аллергенные для человека, во всех слоях воздуха было выше в осенние месяцы (сентябрь, октябрь), а также в июне 2016г. Наибольшие значения содержания темноокрашенных грибов отмечались в придорожной зоне, где в сентябре и октябре составляли 750-1100 КОЕ/м3, а в березняке 600 и 350 КОЕ/м3, при условно безопасном общем уровне КОЕ в 500 КОЕ/м3. По нашим данным число оседающих на почву грибных спор - высоко и составляет до сотен тысяч на м2/сутки. Поступление спор на поверхность почвы также имеет выраженную сезонную динамику: наибольшее значения седиментации (130 – 81 тыс. спор/м2/сутки) отмечали с августа по декабрь, а в зимне-весенние месяцы поступление снизилось до 20 – 40 тыс. спор/м2/сутки. Такая динамика седиментации грибных спор отмечалась в обоих биотопах. Однако в лесном - она четче, а численность оседающих на почву грибных спор существенно (в 1,5-2 раза) выше, чем на газонном участке. Выпадение осадков существенно влияет на численность грибного аэропланктона в приземном воздухе. Однако степень этих изменений при учете разными методами отличалась. При выделении на питательные среды максимальное снижение численности отмечалось не более чем в 1,5 раза и в течение 1,5 часов, а при прямом учете снижение численности грибного аэропланктона составляло 4-6 раз и сохранялось не менее 2,5 часов. Определение содержания грибной биомассы, ее биоморфологической структуры, таксономического состава аэромикоты, поступающей с осадками на поверхность почвы показало, что число поступающих на почву с дождем спор может составлять сотни тысяч м2. Уровень поступления спор на почву на лесном участке - выше, чем на придорожном. При учете по КОЕ такие отличия предварительно отмечаются и для снегового покрова. При выделении на питательные среды в осадках преимущественно выделялись эвритопные виды микромицетов. Исследование методом пиросеквенирования отдельных проб пыли, полученных из талых вод, показало, что в их составе на почву поступает существенное более разнообразный пул грибных пропагул. Проведены предварительные сравнительные исследования численности, биомассы и состава грибного аэропланктона в северной части ЕТР (Мурманская обл.). Общая численность диаспор в приземном воздухе была выше, чем в на площадках в г.Москве. Наибольшая численность грибного аэропланктона отмечена на лесной территории, где в среднем составляла до 227±38 тыс/м3, а на прибрежном участке - 139±21 тыс/м3. Проведено обобщение теоретических и экспериментальных работ, посвященных моделированию динамики биоаэрозолей в приземном слое атмосферы. Акцент сделан на тех процессах и количественных закономерностях, которые важны для расчёта динамики грибного аэрозоля, состоящего из спор и вегетативных клеток различного диаметра.
3 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. этап 2017 года
Результаты этапа: В соответствии с целью проекта осуществлен мониторинг количественных и качественных характеристик грибных аэрозолей в приземных слоях воздуха в двух разных биотопах – лесном (березняке и на открытой площадке), и на придорожном участке (г. Москва). Содержание культивируемых грибов в течение года имеет выраженную сезонную динамику с минимумом (от 10±5 КОЕ/м3) зимой и максимумом (до 1250±660 КОЕ/м3) во второй половине лета – начале осени, и сходно в приземном воздухе на высотах 25см, 75 см, 150 см (за исключением позднеосенних сроков). Прямым методом люминесцентной микроскопии оценены реальные концентрации грибного аэропланктона, на 2-3 порядка превышающие число выделяемых на средах, - от 47•10^3±15•10^3 спор/м3 зимой до 165•10^3±19•10^3 спор/м3 в октябре. Основная часть (до 98%) грибных пропагул в воздухе представлена спорами, в основном, мелких размеров <5 мкм, оцениваемых как принадлежащие родам Penicillium/Aspergillus, что коррелирует с результатами посевов. Но осенью в воздухе накапливаются крупные споры (5-20 мкм), особенно в придорожной зоне, где, по данным посева, много темноокрашенных грибов родов Cladosporium, Alternaria, Epicoccum и др. Нами оценены объемы оседающих на поверхность почвы грибных аэроспор. Наибольшее количество грибных пропагул – до 130•10^3±14,5•10^3 спор/м2/сут - оседает также в конце лета-начале осени. В лесном биотопе оседает в 1,5-2 раза больше грибных пропагул, чем у дороги. В почву из воздуха при седиментации поступает грибной биомассы от 0,04-0,06 мг/м2/сут в конце зимы-начале весны до 4,1±0,4 мг/м2/сут в конце лета. Дополнительно с жидкими осадками в почву может вымываться из воздуха еще до 0,22 мг/м2. При очищении приземного воздуха с дождевой водой на почву может попадать до 97•10^3±9•10^3 спор/м2 в березняке и до 47•10^3±27•10^3 спор/м2 на травянистом участке. Очищение воздуха дождевыми осадками весьма эффективно и приводит к устойчивому снижению до 4-6 раз исходной концентрации грибного аэропланктона не менее, чем на 2,5 часа. Вымываются дождем из воздуха преимущественно споры крупных размеров (по прямому учету до 40 % в березняке и до 60% у дороги осенью), среди которых обильны темноокрашенные грибы родов Cladosporium, Alternaria. Оседание и вымывание с дождем этих грибов из приземных слоев атмосферы можно рассматривать как важный аспект очищения воздуха от биозагрязнений. В период весеннего снеготаяния на поверхность почвы может поступать весьма насыщенный и разнообразный пул грибных пропагул, аккумулирующихся в снеговом покрове. Методом ПЦР-Real Time показано, что с накопившейся в талых водах пылью в почву привносится пул, по числу грибных генов (7,7-8,77•10^9 копий генов/г субстрата) сопоставимый с содержанием в разных зональных почвах России. При секвенировании проб пыли из снега на приборе Ion Torrent выявлены отличия таксономического состава грибов в разных биотопах. В березняке в снегу накапливается больше тремелловых базидиомицетовых грибов, среди доминирующих аскомицетов обильны эуротиевые грибы родов Verrucaria, Capronia, Exophiala и дотидеомицеты родов Alternaria и Pringsheimia. У дороги из снега в почву поступают зигомицеты, из базидиальных – агариковые (род Ganoderma), а среди аскомицетов доминируют сордариевые грибы родов Chloridium, Clonostachys, Fusarium, Volutella, обильны также эуротиевые родов Paecilomyces и Penicillium. При этом до 60% выявленного разнообразия аскомицетов в талых водах обнаруживалось и методами посева. В модельном эксперименте в почвенных условиях методом агаровых блоков выявлен высокий потенциал приживаемости спор (более 50%) эвритопных видов Penicillium chrysogenum, Alternaria alternata, Clonostachys rosea, Trichoderma harzianum, Sporothrix sp., и потенциально патогенных Aspergillus flavus, A.fumigatus. В придорожной почве отмечена активация прорастания C.rosea, Aspergillus sp., но ингибирование развития видов P.aurantiogriseum, A.niger, и также T.harzianum.

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".