Актиномицетные сообщества каштановых почв степных пастбищ Бурятии

Неотъемлемой составной частью микробиоценозов являются актиномицеты. Как отмечают некоторые авторы [9, 10, 11], они занимают значительное место в комплексе прокариотных организмов почв аридных районов. В трофической цепи экосистемы актиномицеты в основном осуществляют функции микробов-редуцентов. Продуцируя разнообразные ферменты, они осуществляют разложение таких устойчивых полимеров, как целлюлоза, лигнин, хитин и др. Отдельные их представители принимают участие в синтезе и минерализации гумусовых веществ в почве [13]. Актиномицеты способны также синтезировать антибиотики, необходимые для защиты растений от патогенных микроорганизмов, а также ряд биологически активных веществ (витамины, аминокислоты, ауксины и др.), широко используемых в растениеводстве. Эти вещества стимулируют прорастание семян, влияют на ростовые процессы растений и тем самым повышают урожайность.

В литературе представлен ряд фундаментальных работ, посвященных биологии, систематике, а также особенностям географического распределения актиномицетов в различных типах почв [3, 4, 5, 7, 8]. Однако практически нет работ, посвященных исследованию почвенных актиномицетов в Забайкалье.

В связи с этим изучение распространения и деятельности почвенных актиномицетов Забай- калья актуально и представляет большой научный и практический интерес.

Основной целью нашей работы было исследование численности и ферментативной активности актиномицетов каштановых почв степных пастбищ Бурятии.

Объекты и методы исследования – растительные (живая фитомасса, мертвая фитомасса) и почвенные образцы степных пастбищ Бурятии. Исследуемые пастбища (далее – участки) расположены на территории Иволгинско-го и Мухоршибирского районов Бурятии, на высоте 598-686 м над уровнем моря с координатами 51⁰08^/-51⁰36^/с.ш. и 107⁰03-107⁰768^/в.д.

Методика исследования включала проведение полевых работ и лабораторных исследований. Для выделения и учета численности ак-тиномицетов в почвенных и растительных образцах использовали метод предельных разведений на крахмало-аммиачной среде состава (г/л):K 2 HPO 4 – 1; MgSO 4 *7H 2 O – 1; NaCl-1; (NH 4 )SO 4 – 2; CaCO 3 – 3; крахмал растворимый – 10; агар – 20 c рН 70. Значения рН среды устанавливали с помощью фосфатного буфера. Время инкубации 7-15 дней при температуре 28 °С [12].

Морфологические признаки актиномицетов изучали, используя микроскоп Axiostar plus Zeissс увеличением в 1000 раз.

Предварительную принадлежность актино-мицетов к роду Streptomycetes определяли согласно «Определителю бактерий Берджи».

Для выявления амилазной активности акти-номицетов использовали среду следующего состава (г/л): пептон – 10; KH 2 PO 4 – 5; растворимый крахмал – 2; агар – 15; рН среды 6,8-7,0. Продолжительность культивирования 5-10 суток. Гидролиз крахмала определяли путем обработки среды с выросшими колониями актино-мицетов раствором Люголя. Протеазную активность определяли на среде МПБ с добавлением желатины. Продолжительность культивирования 7-10 суток при комнатной температуре. Разжижение желатины отмечали визуально, указывая интенсивность и форму разжижения. Для количественной оценки протеазной активности выделенных культур использовали метод тринитрофилирования (Haabeb, 1964). За единицу протеазной активности принимали количество ферментов, образовавших 1 мкмоль/мл тирозина за 1 мин в условиях опыта.

О наличии каталазной активности исследуемых культур судили по образованию пузырьков кислорода, наблюдаемых через 1-5 минут после внесения бактерий в каплю 3% перекиси водорода на предметном стекле.

Результаты исследования. Во всех почвах мицелиальные бактерии-актиномицеты преобладают над всеми бактериями, вырастающими на среде КАА. Анализ распределения актиноми-цетов по компонентам вертикально-ярусной структуры исследуемых биогеоценозов позволил выявить некоторые закономерности их в пространственном размещении. По мере возрастания их численности отмечен следующий ряд: зеленая надземная фитомасса, мертвая надземная фитомасса и почва. В живой фитомассе исследуемых растительных образцов актиномице-ты практически не обнаружены. Видимо, это обусловлено их экологической стратегией. Некоторые исследователи [6] отмечают высокую чувствительность актиномицетов к фитонцидам растений и поэтому в большом количестве, как утверждают данные авторы, они появляются на более поздних этапах разложения растительных остатков. Численность актиномицетов в мертвой фитомассе (подстилке) составила 10-104 КОЕ/г. При переходе от наземного яруса (живая фитомасса, мертвая фитомасса) к подземной (почва) наблюдается увеличение численности актино-мицетов на 1-3 порядка. Почвенные образцы исследуемых участков по всему профилю достаточно обогащены данной группой микроорганизмов, численность их варьировала от 103 до 105 КОЕ/г. Вниз по профилю наблюдается снижение содержания актиномицетов на 1-2 порядка. Однако в карбонатном горизонте некоторых почвенных образцов (4 и 5 участков) отмечено высокое содержание актиномицетов. Как отмечают некоторые авторы [1], карбонатные породы являются одним из характерных местообитаний актиномицетов.

■ BICa

■ B2Ca

Рис 1. Численность актиномицетов в исследуемых почвенных образцах по всему профилю, КОЕ/г

Выделено 17 культур актиномицетов. Таксономический состав в основном представлен одним родом Streptomyces.

Колонии выделенных культур представлены преимущественно округлыми формами (0,3– 1,0 см), с бугристым, выпуклым или кратерообразным профилем, складчатой или шероховатой поверхностью, ризоидным, волнистым и гладким краем. Колонии имели неодинаково окрашенный субстратный (бежевый, темно- и красно-коричневый, фиолетово-багровый, желто- и оранжево-коричневый, белый, бледно-желтый цвет) и воздушный (мучнисто-белый, бежевый, бархатистый фиолетово-багровый, бледнорозовый, коричнево-красный цвет) мицелии. Для воздушного мицелия большинства выделенных актиномицетов характерен мучнистый или бархатистый белый налет.

При микроскопировании актиномицеты представлены фрагментированным мицелием толщиной от 0,4 до 1,0 мкм и кокковидными и палочковидными элементами (1–4 мкм).

Важным показателем биогеохимической активности микроорганизмов является исследование их ферментативной активности. Среди микробиологических ферментов объектом интен- сивных микробиологических исследований в последние десятилетия являются протеазы в виду их слабой изученности. Наблюдалась довольно интенсивная протеолитическая активность у всех выделенных культур актиномице-тов и данные соответствовали 0,017-0,257 ед.а. (рис. 1).

Проведено исследование также амилазной и каталазной активности выделенных культур ак-тиномицетов. Амилазной активностью обладали 83% из всех выделенных культур. При выявлении амилазной активности зона гидролиза крахмала варьировала от 1 мм до 170 мм и в среднем составила 75 мм от края штриха.

Каталазная активность обнаружена практически у всех культур (94,2%) актиномицетов и выражена в разной степени.

Таким образом, высокая численность акти-номицетов по всему почвенному профилю и достаточно высокая их ферментативная активность дают возможность им принимать активное участие в аккумуляции и трансформации биогенных элементов и тем самым обеспечивать стабильность и функционирование экосистемы в целом.

Рис. 1. Протеазная активность культур актиномицетов