Фракционирование изотопов углерода и азота (13С/12С и 15N/14N) макромицетами верхнего олиготрофного болота «Старосельский Мох»

Аннотация

С использованием метода масс-спектрометрии стабильных изотопов углерода и азота впервые охарактеризованы особенности изотопного состава сапротрофных и микоризных грибов-макромицетов, произрастающих на олиготрофном верховом болоте. С применением молекулярно-генетических методов получены первые данные о присутствии свободнорастущего мицелия грибов, образующих микоризу экто- и арбускулярного типов на безлесных территориях верхового болота. Показано, что изотопный состав плодовых тел микоризных и сапротрофных грибов верхового болота различается незначительно. Плодовые тела сапротрофных грибов, растущих на поверхности мохового покрова, были обогащены ¹³С, но не ¹⁵N по сравнению со сфагнумом. Различия в изотопном составе отдельных частей плодовых тел макромицетов (ткани гименофора, ножки) при произрастании на верховом болоте практически отсутствуют. Мицелий микоризных грибов верхового болота обогащен ¹⁵N по сравнению с тканями растений-хозяев от 1,4 до 9,5‰, что значительно превышает аналогичные значения, показанные ранее для лесных экосистем.

Литература

1. Головченко А.В., Кураков А.В., Семенова Т.А. и др. Обилие, разнообразие, жизнеспособность и факторная экология грибов в торфяниках // Почвоведение. 2013. № 1.

2. Головченко А.В., Тихонова Е.Ю., Звягинцев Д.Г. Численность, биомасса, структура и активность микробных комплексов низинных и верховых торфяников // Микробиология. 2007. Т. 76, № 5.

3. Зуев А.Г., Розанова О.Л., Цуриков С.М. и др. Трофическое фракционирование изотопов углерода и азота (13 C/12 C и 15 N/14 N) грибоядными личинками двукрылых // Известия РАН. Сер. биол. 2019. Т. 46, № 5.

4. Макаров М.И. Изотопный состав азота в почвах и растениях: использование в экологических исследованиях (обзор) // Почвоведение. 2009. № 12.

Makarov M.I. The nitrogen isotopic composition in soils and plants: its use in environmental studies (a review) // Eurasian Soil Science. 2009. Vol. 42, № 12.

5. Романова Л.И. Корневая гипоксия как фактор, лимитирующий рост и развитие сосны при заболачивании // Биоценотические исследования в очагах массового размножения сибирского шелкопряда. 2002. Т. 6.

6. Смагин А.В., Смагина М.В., Вомперский С.Э. и др. Генерирование и выделение парниковых газов в болотах // Почвоведение. 2000. № 9.

Smagin A., Smagina M., Vomperskii S. et al. Generation and emission of greenhouse gases in bogs // Eurasian Soil Science. 2000. Vol. 33, № 9.

7. Чернова Н.А., Велисевич С.Н. Структура болотных фаций как фактор морфогенеза жизненных форм сосны кедровой сибирской // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии: сборник научных статей по материалам Четырнадцатой международной научно-практической конференции (Барнаул, 25–29 мая 2015 г.). Барнаул, 2015.

8. Шубин В.И. Микотрофность древесных пород, ее значение при разведении леса в таежной зоне // Петрозаводск, 1973.

9. Agerer R. Exploration types of ectomycorrhizae: A proposal to classify ectomycorrhizal mycelial systems according to their patterns of differentiation and putative ecological importance // Mycorrhiza. 2001. Vol. 11, № 2.

10. Andersen R., Chapman S., Artz R. Microbial communities in natural and disturbed peatlands: a review // Soil Biol. and Biochem. 2013. Vol. 57.

11. Bragazza L., Iacumin P., Siffi C. et al. Seasonal variation in nitrogen isotopic composition of bog plant litter during 3 years of field decomposition // Biology and Fertility of Soils. 2010. Vol. 46, № 8.

12. Courty P.-E., Bréda N., Garbaye J. Relation between oak tree phenology and the secretion of organic matter degrading enzymes by Lactarius quietus ectomycorrhizas before and during bud break // Soil Biology and Biochemistry. 2007. Vol. 39, № 7.

13. Fox J., Weisberg S., Adler D. et al. Package «car» // Vienna: R Foundation for Statistical Computing. 2012. Vol. 16.

14. Griffin D.M. Ecology of soil fungi. Chapman & Hall. London. UK. 1972.

15. Henn M.R., Chapela I.H. Ecophysiology of 13C and 15N isotopic fractionation in forest fungi and the roots of the saprotrophic-mycorrhizal divide // Oecologia. 2001. Vol. 128, № 4.

16. Hobbie E.A., Ouimette A.P., Schuur E.A. et al. Radiocarbon evidence for the mining of organic nitrogen from soil by mycorrhizal fungi // Biogeochemistry. 2012. Vol. 114, № 1–3.

17. Hobbie E.A., Sánchez F.S., Rygiewicz P.T. Controls of isotopic patterns in saprotrophic and ectomycorrhizal fungi // Soil Biology and Biochemistry. 2012. Vol. 48.

18. Hobbie E.A., Weber N.S., Trappe J.M. Mycorrhizal vs saprotrophic status of fungi: The isotopic evidence // New Phytologist. 2001. Vol. 150, № 3.

19. Kuyper T.W. Carbon and energy sources of mycorrhizal fungi: Obligate symbionts or latent saprotrophs? // Mycorrhizal Mediation of Soil. 2017.

20. Kvet J., Westlake D., Dykjova D. et al. Primary production in wetlands // The production ecology of wetlands. Cambridge, UK, 1998.

21. Lenth R.V. emmeans: Estimated Marginal Means, aka Least-Squares Means. The University of Iowa City. USA. 2021.

22. Martin K.J., Rygiewicz P.T. Fungal-specific PCR primers developed for analysis of the ITS region of environmental DNA extracts // BMC Microbiology. 2005. Vol. 5, № 1.

23. Mazei Y.A., Tsyganov A.N., Bobrovsky M.V. et al. Peatland development, vegetation history, climate change and human activity in the Valdai uplands (Central European Russia) during the Holocene: A multi-proxy palaeoecological study // Diversity. 2020. Vol. 12, № 12.

24. Mikusinska A., Persson T., Taylor A.F.S. et al. Response of ectomycorrhizal extramatrical mycelium production and isotopic composition to in-growth bag size and soil fauna // Soil Biology and Biochemistry. 2013. Vol. 66.

25. Miller S.P., Sharitz R. Manipulation of flooding and arbuscular mycorrhiza formation influences growth and nutrition of two semiaquatic grass species // Functional Ecology. 2000. Vol. 14, № 6.

26. Muthukumar T., Udaiyan K., Shanmughavel P. Mycorrhiza in sedges — an overview // Mycorrhiza. 2004. Vol. 14, № 2.

27. Olsson P., Thingstrup I., Jakobsen I. et al. Estimation of the biomass of arbuscular mycorrhizal fungi in a linseed field // Soil Biology and biochemistry. 1999. Vol. 31, № 13.

28. R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. Vienna, 2019.

29. Schäfer H., Dannoura M., Ataka M. et al. Decomposition rate of extraradical hyphae of arbuscular mycorrhizal fungi decreases rapidly over time and varies by hyphal diameter and season // Soil Biology and Biochemistry. 2019. Vol. 136.

30. Smith S.E., Read D.J. Mycorrhizal symbiosis. Academic press as imprint of Elsevier. London. UK. 2010.

31. Stenström E. The effects of flooding on the formation of ectomycorrhizae in Pinus sylvestris seedlings // Plant and Soil. 1991. Vol. 131, № 2.

32. Stevens B.M., Propster J.R., Öpik M. et al. Arbuscular mycorrhizal fungi in roots and soil respond differently to biotic and abiotic factors in the Serengeti // Mycorrhiza. 2020. Vol. 30, № 1.

33. Taylor A.F.S., Fransson P.M., Högberg P. et al. Species level patterns in 13C and 15N abundance of ectomycorrhizal and saprotrophic fungal sporocarps // New Phytologist. 2003. Vol. 159, № 3.

34. Thormann M.N. Diversity and function of fungi in peatlands: a carbon cycling perspective // Canadian Journal of Soil Science. 2006. Vol. 86, Special Issue.

35. Turner S.D., Amon J.P., Schneble R.M. et al. Mycorrhizal fungi associated with plants in ground-water fed wetlands // Wetlands. 2000. Vol. 20, № 1.

36. Van Geel M., Jacquemyn H., Peeters G. et al. Diversity and community structure of ericoid mycorrhizal fungi in European bogs and heathlands across a gradient of nitrogen deposition // New Phytologist. 2020. Vol. 228, № 5.

37. Wallander H., Ekblad A., Godbold D.L. et al. Evaluation of methods to estimate production, biomass and turnover of ectomycorrhizal mycelium in forests soils — A review // Soil Biology and Biochemistry. 2013. Vol. 57.

38. Wickham H. Data manipulation with dplyr 2014 // R user conference. 2014. Vol. 30.

39. Wickham H. ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis. N.Y., 2016.

40. Zhang Y., Guo L.D. Arbuscular mycorrhizal structure and fungi associated with mosses // Mycorrhiza. 2007. Vol. 17, № 4.

41. Zuev A.G., Khmeleva M.V., Tiunov A.V. Collecting fungal mycelium using in-growth mesh bags: Effects of the sand particle size and seasonality // Pedobiologia. 2019. Vol. 77.