Биоразнообразие и ценотические связи почвенных микроорганизмов в наземных экосистемахНИР

Biodiversity and coenotic connections of soil microorganisms in terrestrial ecosystems

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Этап 2016 года
Результаты этапа: ГОРОДСКИЕ ПОЧВЫ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ, ТЕПЛОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ, РАЗЛОЖЕНИЕ ОПАДА, БАКТЕРИИ, УЛЬТРАМИКРОБАКТЕРИИ, МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ГРИБЫ, ДРОЖЖИ, СУКЦЕССИЯ Объектом исследования выступили микробные сообщества, развивающиеся в почвах урбанизированных территорий Москвы и Московской области, различающихся по уровню антропогенного воздействия. Цель работы – проведение комплексных исследований бактериальных и грибных (в том числе дрожжевых) сообществ городских почв с использованием современных методов почвенной микробиологии. В процессе работы использовались как классические (посев на твердые питательные среды, люминесцентная микроскопия, определение ферментной активности и др.), так и разработанные на кафедре метод мультисубстратного тестирования и применяемый для обнаружения ультрамикробактерий (клеток с линейными размерами менее 200 нм) метод фильтрации почвенной суспензии через ядерные мембранные фильтры-насадки. В результате исследования получены данные о значительных изменениях в структурно-функциональной организации бактериальных сообществ городских загрязненных почв, что отражается на реализации экологических функций почв. Обнаружено высокое содержание ультрамикробактерий в загрязненных городских почвах и их большая жизнеспособность по сравнению с клетками обычных размеров, что свидетельствует в пользу гипотезы о переходе бактерий в данное состояние как возможном защитном механизме. Впервые подробно изучено влияние теплового загрязнения на почвенное дрожжевое сообщество, которое выражается в подъеме численности и разнообразия и снижении доли краснопигментированных видов, что может указывать на достаточно благоприятные условия для развития дрожжевых грибов. Обнаружено снижение видового богатства микроскопических мицелиальных грибов в урбаноземах по сравнению с фоновыми почвами, которое может быть отчасти восстановлено только регулярным внесением природных растительных субстратов. При этом для сообществ целлюлозолитических грибов, формирующихся при повышении почвенных температур, выявлено расширение спектра доминирующих и типичных, частых видов по сравнению с сообществами контрольных почв с естественным температурным режимом. Полученные результаты могут быть использованы в целях биодиагностики состояния городской среды и биоиндикации отдельных видов антропогенного воздействия.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Этап 2017 года
Результаты этапа: Проведенное комплексное исследование почв Восточной Антарктики с гиполитными и поверхностными органогенными горизонтами, а также эндолитных почвоподобных тел позволило выявить некоторые особенности прокариотных комплексов, формирующихся в этих почвах. Исследованные почвы характеризовались невысокими показателями общей численности бактерий, как правило, не выше сотен млн. клеток в 1 г почвы. Выявленное высокое содержание жизнеспособных клеток (60% и выше), свидетельствует о высокой устойчивости бактерий к воздействию низких температур, а также смене режиму размораживания-оттаивания и высыхания почвы. В почвах со сформировавшимся профилем было четко выражено уменьшение численности бактерий вниз по профилю. Выше численность бактерий была в органогенных горизонтах – каменная мостовая, обильно покрытая обрастаниями водорослей и мхов, а также в горизонте, формирующемся непосредственно под каменной мостовой, которая создает для бактерий своеобразный «тепличный эффект». Особенностью прокариотных комплексов исследованных почв было присутствие значительных количеств фильтрующихся форм прокариот во всех исследованных образцах почв и почвоподобных тел. Численность их достигала сотен млн. клеток в 1 г почвы, а содержание в разных горизонтах исследованных почв колебалось от 15 до 90% от общей численности бактерий и было выше в образцах, отобранных из каменных мостовых и горизонтов В1, то есть местообитаний наиболее сильно подверженных воздействию низких температур, а также смене режиму размораживания-оттаивания. Эти результаты согласуются с данными о высокие доли клеток бактерий мелкого размера в вечномерзлых почвах, полученных методом дифференциального центрифугирования (Соина и др., 2012). Полученные данные о значительной численности и содержании фильтрующихся форм бактерий в исследованных почвах, высокой потенциальной жизнеспособности, морфологическом и филогенетическим разнообразии, позволяют предположить, что именно они могут быть в исследованных почвах тем пулом клеток, который позволяет бактериям сохраняться в неблагоприятных условиях внешней среды: низкие температуры, постоянное замораживание-оттаивание, недостаток органических субстратов, высыхание почвы и т.п. Этот факт свидетельствует также о высоком уровне адаптивных возможностей бактерий к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды, складывающихся в условиях Антарктиды. Впервые показано, что численность бактерий в исследованных почвах Восточной Антарктики была значительно (на 1 - 2 порядка) ниже, чем в почвах умеренного пояса и не превышала 108 клеток в 1 г. Показатели численности значительно варьируют по профилю: максимальные показатели зарегистрированы в верхних органогенных горизонтах, минимальные – в нижних минеральных горизонтах почв. Впервые показано, что значительная часть бактерий в исследованных почвах Антарктики фильтрующимися формами прокариот, численность которых достигает 300 млн. клеток в 1 г почвы, а содержание достигает 50%. При помощи ПЭМ выявлено значительное морфологическое разнообразие ФФП. Изучение таксономического разнообразия прокариотных комплексов исследованных почв на уровне филумов выявило преобладание домена Bacteria над доменом Archaea. Среди домена Bacteria доминирует филум Proteobacteria, ниже доля филумов Actinobacteria, Planctomycetes, Acidobacteria. ФФП были представлены теми же филумами. По ходу сукцессии, инициированной увлажнением, минимальные показатели общей численности прокариот зарегистрированы в начальной (нулевой) точке, а максимальные показатели – на 14 сутки, далее (до 60 суток) происходило их плавное снижение. Максимальное содержание ФФП отмечено в начальной точке сукцессии, далее происходило снижение этого показателя, что сопровождалось увеличением содержания клеток более крупного размера. Показатели потенциальной активности азотфиксации, денитрификации и продуцирования углекислого газа и метаногенеза в исследованных примитивных почвах Антарктики были ниже, чем в почвах умеренного пояса. Максимальных значений эти показатели достигали в верхних горизонтах с высокой численностью бактерий и обильным разрастанием водорослевых корочек. Коллекции бактерий, мицелиальных грибов и дрожжей были пополнены редкими и эврибионтными видами, выделенными из почв Антарктиды.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Этап 2018 года
Результаты этапа: Изучен таксономический состав прокариотных сообществ экстремально ксерофитных местообитаний Земли: пустынных и засоленных почв, почв и мерзлых осадочных пород холодных полярных регионов. В частности, исследованы гетеротрофные бактериальные сообщества мерзлой осадочной породы Канадской Арктики (дельта р. МакКензи), не таявшей около 1 млн лет, и карбонатной слаборазвитой каменистой почвы о. Кипр. Получена эколого-физиологическая характеристика репродуцирующих бактериальных комплексов, населяющих песчаные грунты пустынь Гибсона (Австралия) и Сахары (Египет): уточнена таксономическая структура культивируемых гетеротрофных бактериальных комплексов, исследована репродуктивная активность выделенных бактериальных культур в градиенте температуры и кислотности среды, изучено влияние солевого состава среды, воздействие антибиотиков. Показано, что содержание бактерий в исследованных образцах экстремально ксерофитных местообитаний варьирует в диапазоне от 2,6 × 10^6 до 5,1 × 10^9 клеток/г, что свидетельствует о достаточно высокой обогащенности этих экотопов бактериями вне зависимости от генезиса; содержание в них культивируемых гетеротрофных форм варьирует от 10^6 до 10^9 КОЕ/г, составляя в среднем (7-7,5) × 10^6 КОЕ/г. Гетеротрофные бактерии как холодных, так и высокотемпературных экстремальных ксерофитных местообитаний проявляют факультативно-психрофильные свойства и способность репродуцировать в широком диапазоне температур. Выделенные и исследованные штаммы бактерий относятся к группе алкалофильных организмов, но отличаются широким диапазоном устойчивости к рН среды, а оптимальные для роста условия рН не коррелируют с рН соответствующих образцов почв и грунтов. Штаммы-изоляты преимущественно умеренно галотолератны, корреляции между солеустойчивостью и степенью засоления экотопов не выявлено. По степени ингибирующего воздействия на бактериальные культуры исследованные соли составляют следующий убывающий ряд: NaHCO3, NaCl, KCl, MgSO4. Штаммы, устойчивые к действию антибиотиков разных классов (в том числе, спектру), выявлены в составе всех исследованных бактериальных сообществ. Таким образом, независимо от географического положения и генезиса бактериальные комплексы почв и грунтов экстремально ксерофитных местообитаний характеризуются полиэкстремотолерантностью: жизнеспособны и метаболически активны в широком диапазоне воздействия физико-химических и биотических факторов. Исследована сравнительная устойчивость к антибиотикам штаммов бактерий, выделенных из ксерофитных местообитаний: почв экологически чистых экстремально холодных экотопов Арктики и Антарктиды, а также пустынных почв пустыни Негев (Израиль), пустыни Тар (Индия), поверхностных песков пустынь Сахара и Намиб (Африка), пустыни Гиббсона (Австралия) и Мохаве (США), - в сопоставлении с устойчивостью к антибиотикам штаммов, выделенных из антропогенно загрязненных почв: (район Хайдарканского ртутного месторождения, Подмосковье). Во всех типах экосистем около 70% штаммов обладали устойчивостью к двум и более антибиотикам. В каждой экосистеме выявлены группы штаммов, обладающих уникальным для данного местообитания спектром устойчивости, причем среди штаммов из Антарктиды и Хайдаркана выявлено максимальное число групп с такими уникальными спектрами. Изучена жизнеспособность и бактериальных сообществ экстремально ксерофитных местообитаний Земли после воздействия облучением высокоэнергичными электронами (ВЭЭ) (~1 MeV) в условиях низкой температуры (-130 C) и низкого давления (1 торр) (астробиологическая модель марсианского грунта, малых космических тел или условий открытого космоса). Показано, что облучение ускоренными электронами в приложенных дозах (до 100 кГр) было недостаточным для стерилизации исследованных природных образцов. Полученные данные свидетельствуют о том, что жизнеспособные микроорганизмы земного типа могут сохраняться в анабиотическом состоянии не менее 1,3 и 20 миллионов лет в реголите современного Марса в подповерхностном слое и на глубине 5 м соответственно, либо во льду Европы на глубине 10 см в течение не менее ~ 170 лет или не менее 400 тысяч лет в открытом космосе в составе метеоритов. Установлено, что бактерии в естественной среде обитания обладают значительно более высокой устойчивостью к облучению in situ ускоренными электронами по сравнению с их стабильностью в чистых изолированных культурах. Благодаря защитным свойствам гетерофазной среды и взаимодействию между микробными популяциями даже радиочувствительные микроорганизмы способны выдерживать очень высокие дозы ионизирующего излучения.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Этап 2019 года
Результаты этапа:
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. этап 2020 года
Результаты этапа:

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".