Структура прокариотного комплекса в растительных и почвенных субстратах эвтрофного болота

Аннотация

Проведены исследования прокариотного комплекса, ассоциированного с растениями эвтрофногочерноольхово-таволгового болота (Западнодвинский р-н, Тверская обл.).Анализировали филлоплану (листья, стебли), ризоплану (корни) и ризосферную почву шестирастений (белокрыльника болотного (Callapalūstris L.), таволги вязолистной (Filipendulaulmaria (L.) Maxim.), осоки дернистой (Carexcespitosa L.), крапивы двудомной (Urticadioica L.), папоротника женского (Athyriumfilix-femina (L.) RothexMert.), камыша лесного (Scirpussylvaticus L.). Показатели обилия одноклеточных и мицелиальных бактерий в растительных и почвенных субстратах выявляли методом люминесцентной микроскопии и посева. Таксономический состав культивируемых бактерий определяли по фенотипическим признакам и результатам секвенирования нуклеотидных последовательностей 16S рРНК. Установлено, что безразмерная универсальная характеристика прокариотных сообществ — индекс K (отношение численности бактерий по данным микроскопия и посева) и показатель альфа-разнообразия — индекс Шеннона увеличиваются в ряду:филлоплана<ризоплана<ризосферная почва. Из анализируемых субстратов были выделены и диагностированы представители 4 филумов, 23 родов и 63 видов культивируемых бактерий, 27 из которыхмицелиальные. Выявлено, что микролокусы осоки характеризовались максимальным обилием и разнообразием бактерий. Микролокусы таволги являются перспективными объектами для выделения стрептомицетов с антагонистическим потенциалом в отношении фитопатогенных грибов, вызывающих различные заболевания сельскохозяйственных растений. Показано, что ризосфернаяпочва под растениями эвтрофного болотаявляется субстратом для выделения бактерий рода Stenotrophomonas—эффективных биоинокулянтов для стимулирования роста растений и микробиологического средства биоконтроля.

Литература

1.    Ганнибал Ф.Б.Мелкоспоровые виды рода Alternaria на злаках // Микология и фитопатология. 2004. Т. 38,вып. 3.С. 19–28.
2.    Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.П., Свешникова М.А. и др. Определитель актиномицетов. Роды Sreptomyces, Streptoverticillium, Chainia. М., 1983. 248 с.
3.    Головченко А.В., Полянская Л.М., Добровольская Т.Г. и др. Особенности пространственного распределения и структуры микробных комплексов болотно-лесных экосистем // Почвоведение. 1993. № 10. С. 78–89.
4.    Головченко А.В., Харлак А.Л., Глухова Т.В. Оценка микробного пула растений верховых болот // Вестн. Томск. ун-та. Биология. 2018. № 43.C. 25–43.
5.    Головченко А.В., Дмитриенко Ю.Д., Добровольская Т.Г. и др. Численность, таксономическая структура и активность бактериальных комплексов низинных торфяников Томской области // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2020. № 4.С. 43–51. https://doi.org/10.3103/S0147687420040031
6.    Григорян Л.Н., Батаева Ю.В. Экологические особенности и биотехнологические возможности почвенных актинобактерий (обзор) // Теорeтическая и прикладная экология. 2023. № 2. С. 6–19. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2023-2-006-019
7.    Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Лысак Л.В. и др. Методы оценки численности и разнообразия бактериальных и актиномицетных комплексов торфяных почв // Физикохимия и биология торфа: учебное пособие. Томск, 2010. 100 с.
8.    Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Кухаренко О.С. и др. Структура микробных сообществ верховых и низинных торфяников Томской области // Почвоведение. 2012. № 3.С. 317–326. https://doi.org/10.1134/S1064229312030039
9.    Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Юрченко Е.Н. и др. Структура бактериальных сообществ основных типов растений верхового болота // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2019а. № 1. С. 42–46. https://doi.org/10.3103/S0147687419010046
10.    Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Юрченко Е.Н. и др. Численность, таксономическая структура и функции бактериальных комплексов вересковых растений верховых болот // Микробиология. 2019б. Т. 88, № 5. С. 596–604. https://doi.org/10.1134/S0026261719050060
11.    Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Лысак Л.В. и др. Таксономическая структура бактериальных сообществ ризосферной почвы под растениями верховых болот // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2020. № 2. С. 45–54. https://doi.org/10.3103/S0147687420020039
12.    Кожевин П.А. Микробные популяции в природе. М., 1989. 175 с.
13.    Лысак Л.В., Лихачева А.А., Алферова И.В. Методы выделения и изучения почвенных актиномицетов, продуцентов антибиотиков. М., 2005. 80 c.
14.    Мегарран Э. Экологическое разнообразие и его измерение. М., 1992. 181 с.
15.    Методы почвенной биохимии и микробиологии. М., 1991. 304 с.
16.    Мигловец М.Н., Загирова C.B., Михайлов O.A. Эмиссия метана в растительных сообществах мезоолиготрофного болота средней тайги // Теоретическая и прикладная экология. 2014. № 1.С. 93–98.
17.    Мир растений. Грибы. М., 1991. С. 379–380.
18.    Мировая реферативная база почвенных ресурсов. Международная система почвенной классификации для диагностики почв и составления легенд почвенных карт. 4-е издание. М., 2024. С. 102.
19.    Растительные ресурсы СССР: Цветковые растения, их химический состав, использование. Л., 1987. 328 с.
20.    Сазанова К.Н., Шарипова С.Х., Рыжов В.М. и др. Антимикробная активность извлечений из цветков лабазников вязолистного и шестилепестного // Фармация. 2018. Т. 67, № 6. С. 46–51.https://doi.org/10.29296/25419218-2018-06-09
21.    Семенов М.В., Никитин Д.А., Степанов А.Л. и др. Структура бактериальных и грибных сообществ ризосферного и внекорневого локусов серой лесной почвы // Почвоведение. 2019. № 3. С. 355–369. https://doi.org/10.1134/S0032180X19010131
22.    Соколов Н.С., Шарипова С.Х., Сазанова К.Н. и др. Сравнительная антимикробная активность водных извлечений из надземных органов лабазника вязолистного (Filipendulaulmaria (L.) Maxim.) и лабазника шестилепестного (FilipendulahexapetalaGilib.) // Аспирантский вестник Поволжья. 2022. Т. 22, № 4. C. 63–68.https://doi.org/10.55531/2072-2354.2022.22.4.63-68
23.    Тец В.В.Пангеном // Цитология. 2003. Т. 45, № 5. С. 526–531.
24.    Широких И.Г., Широких А.А., Ашихмина Т.Я. Оценка антагонистического потенциала и антибиотической устойчивости актиномицетов, выделенных из двух желтоземов юго-восточного Китая // Почвоведение. 2018. № 7. С. 859–867. https://doi.org/10.1134/10.1134/1064229319100132
25.    Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И. и др. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004. 342 с.
26.    Щербаков А.В., Брагина А.В., Кузьмина В.Ю. и др. Эндофитные бактерии сфагновых мхов как перспективные объекты сельскохозяйственной микробиологии // Микробиология. 2013. Т. 82, № 3. С. 312–322.https://doi.org/10.7868/S0026365613030130
27.    Якуткин В.И. Болезни подсолнечника в России и борьба с ними // Приложение к журналу «Защита и карантин растений». 2011. № 3. 22 c.
28.    Albino U., Saridakis D.P. Ferreira M.C. et al.High diversity of diazotrophic bacteria associated with the carnivorous plant Droseravillosa var. villosa growing in oligotrophic habitats in Brazil // Plant Soil. 2006. Vol. 287. P. 199–207. https://doi.org/10.1007/s11104-006-9066-7
29.    Bringel F., Couée I. Pivotal roles of phyllosphere microorganisms at the interface between plant functioning and atmospheric trace gas dynamics // Frontiers in Microbiology. 2015. Vol. 6. P. 2–7.https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00486
30.    Dake X.U., Xiuying XI.A, Na X.U. et al.Isolation and identification of a novel endophytic bacterial strain with antifungal activity from the wild blueberry Vaccinium uliginosum // Annals of Microbiology. 2007. Vol. 57, № 4. P. 673–676. https://doi.org/10.1007/BF03175372
31.    Mason C.J., Zeldin E.L., Currie C.R.et al. Populations of uncultivated American cranberry in sphagnum bog communities harbor novel assemblages of Actinobacteria with antifungal properties // Botany. 2014. Vol. 92. P. 589–595.https://doi.org/ 10.1139/cjb-2014-0025
32.    Raaijmakers J.M., Paulitz T.C., Steinberg C.et al.The rhizosphere: a playground and battlefield for soilborne pathogens and beneficial microorganisms // Plant and Soil. 2009. Vol. 321. P. 341–361. https://doi.org/10.1007/s11104-008-9568-6
33.    Rubella S., Goswami R.S., Kistler H.C. et al.Heading for disaster: Fusarium graminearum on cereal crop // Molecular Plant Pathology. 2004. № 5. P.515–525. https://doi.org/10.1111/j.1364-3703.2004.00252.x
34.    Ryan R.P., Monchy S., Cardinale M. et al. The versatility and adaptation of bacteria from the genus Stenotrophomonas // Nat. Rev. Microbiol. 2009. Vol. 7.P. 514–525.https://doi.org/10.1038/nrmicro2163
35.    Saito A., Ikeda S., Ezura H. et al. Microbial community analysis of the phytosphereusing culture-independent methodologies // Microbes Inviron. 2007. Vol. 22, № 2. P. 93–105.https://doi.org/10.1264/jsme2.22.93
36.    Stępniewska Z., Goraj W., Kuźniar A.et al. Enrichment culture and identification of endophytic methanotrophs isolated from peatland plants // Folia Microbiol. 2017. Vol. 62. P. 381–391. https://doi.org/10.1007/s12223-017-0508-9
37.    Thompson J.D., Higgins D.G., Gibson T.J. Improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice // Nucleic Acids Res. 1994. Vol. 22, № 22. P. 4673–4680.https://doi.org/10.1093/nar/22.22.4673
38.    Timofeeva A.M., Galyamova M.R., Sedykh S.E. Plant growth-promoting soil bacteria: nitrogen fixation, phosphate solubilization, siderophore production, and other biological activities // Plants. 2023. Vol. 12.P. 4074. https://doi.org/10.3390/plants12244074
39.    Ulrich K., Kube M., Becker R. et al. Genomic analysis of the endophytic Stenotrophomonas strain 169 reveals features related to plant-growth promotion and stress tolerance // Frontiers in Microbiology. 2021. Vol. 12. P. 687463. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.687463
40.    Yurgel S.N., Douglas G.M., Dusault A.et al. Dissection community structure in wild blueberry root and soil // Front. Microbiol. 2018. Vol. 9. P. 1187. P. 1–14. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01187