Степанов Алексей Львович

Из горно-лесных серых, темно-серых лесных почв и чернозема типичного было выделено сто пятьдесят штаммов стрептомицетов. Выделенные штаммы проанализированы на антимикробную активность на питательных средах и в серой лесной почве in Vitro против двадцати трех коллекционных патогенных тест-культур грибов и бактерий. Четыре биологически активных изолята с широким спектром действия были идентифицированы и депонированы во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов Национально-исследовательского центра «Курчатовский институт» под номерами Streptomyces xiamenensis TB ВКПМ Ас-2204, Streptomyces anulatus TG ВКПМ Ас-2203, Streptomyces sindenensis TK ВКПМ Ас-2205, Streptomyces flavovirens TT ВКПМ АС-2202. Исследование влияния предпосевной обработки семян пшеницы 15-суточными культуральными жидкостями штаммов S. xiamenensis TB ВКПМ Ас-2204, S. anulatus TG ВКПМ Ас-2203, S. sindenensis TK ВКПМ Ас-2205 на показатели всхожести и зараженность инфекцией F. graminearum выявило, что они ингибировали рост патогенного гриба, улучшали показатели энергии прорастания и всхожести пшеницы. Полученные штаммы почвенных актиномицетов могут быть использованы в биотехнологии при создании новых биоинокулянтов для борьбы с фитопатогенными бактериями и грибами, стимулирования роста растений, биоремедиации почв при экологическом земледелии.
Методом ВЭЖХ идентифицированы специализированные антимикробные метаболиты моноспоровых суспензий штаммов, такие как антибиотики N-Butylbenzenesulfonamide, 1-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-ol, 2-[(3S)-1-(Cyclohexylmethyl)-3-pyrrolidinyl]-1H-benzimidazole-5-carbonitrile, Cyclo(leucylprolyl), Cyclo(phenylalanyl-prolyl), антисептики Cetrimonium и Carvone, фитогормон Indole-3-acetic acid.
Наблюдение за динамикой развития интродуцируемых исследуемых актинобактерий в почвенных образцах показало высокую активность стрептомицетов, использующих хитин. Анализ разнообразия прокариотного комплекса исследуемых образцов почв методом высокопроизводительного секвенирования консервативного участка гена 16S рРНК выявил при интродукции S. xiamenensis TB ВКПМ Ас-2204 его контролирующую роль микробного сообщества за счет антибиотикообразующей активности.

В работе представлены результаты оценки влияния степени смытости почвы на показатели обилия и разнообразия культивируемых грибов и актиномицетов в разные сезоны годового цикла. Объекты исследования — дерново-подзолистые почвы (Umbric Retisols (Abruptic)) разной степени смытости, расположенные на склоне юго-восточной экспозиции (Московская область, Солнечногорский район), длительное время используемом для возделывания сельскохозяйственных культур. Показатели микробного обилия определяли чашечным методом, идентификацию проводили на основании фенотипических признаков. Показано, что ухудшение физических и агрохимических показателей почвы, происходящее в результате эрозионных процессов, приводит к изменению микробиологических показателей. Установлено уменьшение численности и видового богатства грибов и актиномицетов с усилением степени смытости почвы. Обнаружены существенные различия в таксономическом составе микробных сообществ несмытой и смытых почв: коэффициент видового сходства Серенсена не превышает 0,42 для грибов и 0,30 для актиномицетов. Выявлены таксономические единицы мицелиальных микроорганизмов. Среди грибов — это представители родов Aspergillus, Cladosporium и Scopulariopsis, среди актиномицетов — Streptomyces malachitospinus, S. candidus и Micromonospora aurantiaca.

В работе оценено влияние эрозионных процессов на агрохимические и микробиологические свойства почвы в разные сезоны годового цикла. Объекты исследования — агросерая почва разной степени смытости (несмытая, слабо- и среднесмытая) и серая почва под древесными лесными насаждениями (Юг Московской области). Установлено, что содержание в почве щелочногидролизуемого азота, обменного калия и подвижных форм фосфора зависело как от степени смытости почвы, так и от сезонных колебаний. Анализ химического состава почвенного органического вещества показал, что в летний период происходило увеличение карбоксильных, карбонильных и ароматических компонентов, а в другие периоды — углеводных фракций. В агросерой почве запасы бактериальной биомассы варьировали от 27 до 96 кгга‒1, грибной биомассы — от 10 до 357 кгга‒1, их динамику в большей степени определяла степень смытости и в меньшей степени — сезон. С увеличением степени смытости происходило убывание как грибной, так и бактериальной биомассы в ряду несмытая>слабосмытая>среднесмытая. Смытые почвы относительно несмытой теряли в среднем 50% бактериальной и 59% грибной биомассы. В серой почве запасы бактериальной биомассы варьировали по сезонам от 43 до 107 кгга‒1, грибной биомассы – от 171 до 621 кгга‒1. Серая почва под лесом по микробному пулу превосходила все варианты агросерой почвы, а также характеризовалась высоким содержанием мицелия, как актиномицетного, так и грибного. В исследуемых почвах уровень потенциального дыхания (СИД) превышал уровень актуального дыхания (БД) в 2–33 раза. Наиболее активно микробная биомасса откликалась на внесение глюкозы в среднесмытой почве в весенний и летний периоды.

Биоразнообразие — один из главных индикаторов здоровья почвы, оно демонстрирует не только многообразие живых организмов, присутствующих в почве, но и их способность поддерживать экологические или экосистемные функции почв, поскольку высокое биологическое разнообразие обеспечивает принцип функциональной избыточности почвенной биоты, когда одни виды исчезают из-за неблагоприятных условий, их функции могут выполнять другие, сохраняя устойчивость экосистемы в целом. Изучение и оценку почвенного биоразнообразия следует рассматривать как фактор воздействия и управления экосистемными функциями почв, сохранения и поддержания плодородия почв, устойчивого землепользования и, в конечном итоге, продовольственной безопасности.

Дана оценка метаболического потенциала почв, загрязненных углеводородами нефти, к процессам, направленным на деструкцию труднодоступных соединений и трансформацию окисленных и восстановленных форм азота при внесении биочара или минеральных легкорастворимых солей. Установлено, что внесение органического компонента биочара или минеральных легкорастворимых солей хлорида и нитрата калия к загрязненным почвенным образцам приводило к значимому возрастанию числа копий функциональных генов (xylE, alkB), маркирующих способность сообщества к биодеградации углеводородов нефти и сокращению остаточных нефтепродуктов. С применением молекулярно-биологических и биоинформатических методов показано, что наибольшее количество генов, кодирующих способность сообщества к биодеградациии бензоата и ксилена в нефтезагрязненном черноземе, принадлежит вариантам с внесением хлоридакалия.Внесение биочара в загрязненный нефтепродуктами подзол способствовало увеличению числа копий генов nifH,amoA иnirK (маркирующих нитрогеназу, аммоний-монооксигеназу и нитритредуктазу, соответственно) при одновременном снижении активности эмиссии закиси азота, что может быть учтено при разработке эффективных стратегий биоремедиации нефтезагрязненных территорий.

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.

Актиномицеты являются одной из ключевых экологических групп почвенных микроорганизмов, играющей важную роль в трансформации органического вещества и поддержании биогеохимических циклов в тропических экосистемах. Целью данного исследования являлась характеристика структуры актиномицетных комплексов и физиологических свойств культивируемых представителей в аллювиальных и гумусно-ферраллитных почвах, а также в сопряженном растительном опаде особо охраняемых природных территорий Южного Вьетнама — заповедников Бидуп и Каттьен. В работе использовалось сочетание культуральных и молекулярно-генетических методов, включающих учет численности культивируемых актиномицетов, анализ устойчивости выделенных штаммов к абиотическим факторам, определение их ферментативной активности, а также высокопроизводительное секвенирование библиотек генов 16S рРНК для оценки таксономической структуры прокариотных сообществ insitu. Численность культивируемых актиномицетов варьировала от 1,2×10⁵ до 6,0×10⁶ КОЕ×г^‒1, а доля представителей филума Actinomycetota составляла 11,2–58,8%. Показано, что актинобактерии являются одной из доминирующих групп в почвах исследуемых экосистем, при этом их структура существенно различается между почвами и растительным опадом. Растительный опад характеризовался более сходной структурой актиномицетных комплексов независимо от высотного положения, тогда как почвы демонстрировали выраженную дифференциацию. Выделенные актиномицеты обладали широким диапазоном устойчивости к стресс-факторам и высокой гидролитической активностью, что указывает на их значимую роль в функционировании тропических почвенных экосистем.