Микробиом почв Кингисеппского месторождения фосфоритов при разных типах горнотехнической и биологической рекультивации

Микробиом почв Кингисеппского месторождения фосфоритов при разных типах горнотехнической и биологической рекультивации

Автор: Кимеклис А.К., Дмитракова Я.А., Першина Е.А., Иванова Е.А., Зверев А.О., Гладков Г.В., Кичко А.А., Андронов Е.Е., Абакумов Е.В.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Микробные сообщества почв

Статья в выпуске: 1 т.55, 2020 года.

Бесплатный доступ

Микробный состав нарушенных почвенных покровов после рекультивации может указывать на степень восстановления и характер протекающих в них процессов, а также на пригодность таких почв для дальнейшего использования в сельскохозяйственном обороте. Кингисеппский карьер по добыче фосфоритов разрабатывался в 1960-е годы, а в конце 1970-х была проведена его горнотехническая рекультивация. Уникальность этого объекта в том, что мониторинг почвенных показателей здесь ведется уже на протяжении 29 лет, а при рекультивации использовались три разные древесные породы - ель, лиственница и сосна, причем на участке с елью глыбистую массу разравнивали с внесением торфяно-минеральной смеси, тогда как при высаживании лиственницы и сосны использовали минеральный субстрат без торфа. Однако анализ микробного состава почвенного покрова на рекультивационных площадках до сих пор не проводился. В представленном исследовании мы показали, что структура изученного почвенного микробиома не зависела от физико-химических параметров почв, разнообразие почвенного микробиома не коррелировало с основными минеральными элементами питания, а доминирующая растительная порода существенно не повлияла на структуру микробиома...

Еще

Месторождение фосфоритов, горнотехническая рекультивация, метагеном, микробиом почв, биологическая активность, высокопроизводительное секвенирование, 16s ррнк, почвообразование

Короткий адрес: https://sciup.org/142223777

IDR: 142223777   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.137rus

Список литературы Микробиом почв Кингисеппского месторождения фосфоритов при разных типах горнотехнической и биологической рекультивации

  • Дмитракова Я.А., Абакумов Е.В., Першина Е.А., Иванова Е.А., Андронов Е.Е. Динамика растительного сообщества и микробиома хроносерий посттехногенных почв в известняковом карьере в условиях рекультивации. Сельскохозяйственная биология, 2018, 53(3): 557-569 ( ). DOI: 10.15389/agrobiology.2018.3.557rus
  • Bing-yuan H., Li-xun K. Mine land reclamation and eco-reconstruction in Shanxi province I: mine land reclamation model. The Scientific World Journal, 2014, 2014: 483862 ( ). DOI: 10.1155/2014/483862
  • Сумина О.И. Формирование растительности на техногенных местообитаниях Крайнего Севера России. Автореф. канд. дис. СПб, 2011.
  • Абакумов Е.В., Гагарина Э.И. Почвообразование в посттехногенных экосистемах карьеров на Северо-Западе Русской равнины. СПб, 2006.
  • Valdez-Hernández M., Gil-Medina R., López-Martínez J.O., Torrescano-Valle N., Cabanillas-Terán N., Islebe G.A. Succession and the relationship between vegetation and soil in the Marl Quarries of the Yucatan Peninsula, Mexico. Forests, 2019(2), 10: 116 ( ). DOI: 10.3390/f10020116
  • Fierer N. Embracing the unknown: disentangling the complexities of the soil microbiome. Nature Reviews Microbiology, 2017, 15: 579-590 ( ).
  • DOI: 10.1038/nrmicro.2017.87
  • Sergaki C., Lagunas B., Lidbury I., Gifford M.L., Schäfer P. Challenges and approaches in microbiome research: from fundamental to applied. Frontiers in Plant Science, 2018, 9: 1205 ( ).
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.01205
  • Torsvik V., Øvreas L. Microbial diversity and function in soil: from genes to ecosystems. Current Opinion in Microbiology, 2002, 5(3): 240-245 (
  • DOI: 10.1016/s1369-5274(02)00324-7)
  • Wei Y.J., Wu Y., Yan Y.Z., Zou W., Xue J., Ma W.R., Wang W., Tian G., Wang L.Y. High-throughput sequencing of microbial community diversity in soil, grapes, leaves, grape juice and wine of grapevine from China. PLoS One, 2018, 13(3): e0193097 ( ).
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0193097
  • Soliman T., Yang S.Y., Yamazaki T., Jenke-Kodama H. Profiling soil microbial communities with next-generation sequencing: the influence of DNA kit selection and technician technical expertise. PeerJ, 2017, 5: e4178 ( ).
  • DOI: 10.7717/peerj.4178
  • Janssen P.H. Identifying the dominant soil bacterial taxa in libraries of 16S rRNA and 16S rRNA Genes. Applied and Environmental Microbiology, 2006, 72(3): 1719-1728 ( ).
  • DOI: 10.1128/AEM.72.3.1719
  • Hua J., Feng Y., Jiang Q., Bao X., Yin Y. Shift of bacterial community structure along different coastal reclamation histories in Jiangsu, Eastern China. Scientific Reports, 2017, 7(1): 10096 ( ).
  • DOI: 10.1038/s41598-017-10608-3
  • Lauber C.L., Hamady M., Knight R., Fierer N. Pyrosequencing-based assessment of soil pH as a predictor of soil bacterial community structure at the continental scale. Applied and Environmental Microbiology, 2009, 75(15): 5111-5120 ( ).
  • DOI: 10.1128/AEM.00335-09
  • Karimi B., Terrat S., Dequiedt S., Saby N.P.A., Horrigue W., Lelièvre M., Nowak V., Jolivet C., Arrouays D., Wincker P., Cruaud C., Bispo A., Maron P.-A., Bouré N.C.P., Ranjard L. Biogeography of soil bacteria and archaea across France. Science Advances, 2018, 4(7): eaat1808 ( ).
  • DOI: 10.1126/sciadv.aat1808
  • Valencia E., Gross N., Quero J.L., Carmona C.P., Ochoa V., Gozalo B., Delgado-Baquerizo M., Dumack K., Hamonts K., Singh B.K., Bonkowski M., Maestre F.T. Cascading effects from plants to soil microorganisms explain how plant species richness and simulated climate change affect soil multifunctionality. Global Change Biology, 2018, 24(12): 5642-5654 ( ).
  • DOI: 10.1111/gcb.14440
  • Hu L., Robert C.A.M., Cadot S., Zhang X., Ye M., Li B., Manzo D., Chervet N., Steinger T., van der Heijden M.G.A., Schlaeppi K., Erb M. Root exudate metabolites drive plant-soil feedbacks on growth and defense by shaping the rhizosphere microbiota. Nature Communications, 2018, 9(1): 2738 ( ).
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05122-7
  • Hartman K., van der Heijden M.G.A., Wittwer R.A., Banerjee S., Walser J.C., Schlaeppi K. Cropping practices manipulate abundance patterns of root and soil microbiome members paving the way to smart farming. microbiome, 2018, 6(1): 14 ( ).
  • DOI: 10.1186/s40168-017-0389-9
  • Pershina E.V., Ivanova E.A., Korvigo I.O., Chirak E.L., Sergaliev N.H., Abakumov E.V., Provorov N.A., Andronov E.E. Investigation of the core microbiome in main soil types from the East European plain. Science of the Total Environment, 2018, 631-632: 1421-1430 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.03.136
  • Thavamani P., Samkumar R.A., Satheesh V., Subashchandrabose S.R., Ramadass K., Naidu R., Venkateswarlu K., Megharaj M. Microbes from mined sites: harnessing their potential for reclamation of derelict mine sites. Environmental Pollution, 2017, 230: 495-505 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.envpol.2017.06.056
  • Abakumov E.V., Gagarina E.I., Lisitsyna O.V. Land reclamation in the Kingisepp area of phosphorite mining. Eurasian Soil Science. 2005, 38(6): 648-655.
  • Растворова О.Г. Физика почв - практическое руководство. Л., 1983.
  • Растворова О.Г., Андреев Д.П., Гагарина Э.И., Касаткина Г.А., Федорова Н.Н. Химический анализ почв. СПб, 1995.
  • ГОСТ Р 54650-2011. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. M., 2011.
  • ГОСТ 26489-85. Почвы. Определение обменного аммония по методу ЦИНАО. М., 1985.
  • ГОСТ 26951-86. Почвы. Определение нитратов ионометрическим методом. М., 1986.
  • Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Гавриленко Е.Г. Особенности определения углерода микробной биомассы методом субстрат индуцированного дыхания. Почвоведение, 2011, 11: 1327-1333.
  • Андронов Е.Е., Петрова С.Н., Чижевская Е.П., Коростик Е.В., Ахтемова Г.А., Пинаев А.Г. Влияние внесения генетически модифицированного штамма Sinorhizobium meliloti Ach-5 на структуру почвенного сообщества микроорганизмов. Микробиология, 2009, 78(4): 525-534.
  • Lane D.J. 16S/23S rRNA sequencing. In: Nucleic acid techniques in bacterial systematic /E. Stackebrandt, M. Goodfellow (eds.). John Wiley and Sons, New York, 1991: 115-175.
  • Muyzer G., de Waal E.C., Uitterlinden A.G. Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA. Applied and Environmental Microbiology, 1993, 59(3): 695-700.
  • Yu Y., Lee C., Hwang, S. Analysis of community structures in anaerobic processes using a quantitative real-time PCR method. Water Science and Technology, 2005, 52(1-2): 85-91 ( ).
  • DOI: 10.2166/wst.2005.0502
  • Gardes M., Bruns T.D. ITS primers with enhanced specificity for basidiomycetes - application to the identification of mycorrhizae and rusts. Molecular Ecology, 1993, 2(2): 113-118 ( ).
  • DOI: 10.1111/j.1365-294X.1993.tb00005.x
  • Bates S.T., Berg-Lyons D., Caporaso J.G., Walters W.A., Knight R., Fierer N. Examining the global distribution of dominant archaeal populations in soil. The ISME Journal, 2011, 5(5): 908-917 ( ).
  • DOI: 10.1038/ismej.2010.171
  • Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics, 2014, 30(15): 2114-20 ( ).
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btu170
  • Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J., Bittinger K., Bushman F.D., Costello E.K., Fierer N., Peña A.G., Goodrich J.K., Gordon J.I., Huttley G.A., Kelley S.T., Knights D., Koenig J.E., Ley R.E., Lozupone C.A., McDonald D., Muegge B.D., Pirrung M., Reeder J., Sevinsky J.R., Turnbaugh P.J., Walters W.A., Widmann J., Yatsunenko T., Zaneveld J., Knight R. QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nature Methods, 2010, 7: 335-336 ( ).
  • DOI: 10.1038/nmeth.f.303
  • Edgar R.C. Search and clustering orders of magnitude faster than BLAST. Bioinformatics, 2010, 26(19): 2460-2461 ( ).
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btq461
  • Caporaso J.G., Bittinger K., Bushman F.D., DeSantis T.Z., Andersen G.L., Knight R. PyNAST: a flexible tool for aligning sequences to a template alignment. Bioinformatics, 2009, 26(2): 266-267 ( ).
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btp636
  • DeSantis T.Z., Hugenholtz P., Larsen N., Rojas M., Brodie E.L., Keller K., Huber T., Dalevi D., Hu P., Andersen G.L. Greengenes, a chimera-checked 16S rRNA gene database and workbench compatible with ARB. Applied and Environmental Microbiology, 2006, 72(7): 5069-5072 ( ).
  • DOI: 10.1128/AEM.03006-05
  • Chao A. Non-parametric estimation of the number of classes in a population. Scandinavian Journal of Statistics, 1984, 11: 265-270.
  • Shannon C.E., Weaver W. The mathematical theory of communication. Urbana, University of Illinois Press, 1949.
  • Faith D.P. Conservation evaluation and phylogenetic diversity. Biological Conservation, 1992, 61(1): 1-10 (
  • DOI: 10.1016/0006-3207(92)91201-3)
  • Lozupone C., Knight R. UniFrac: a new phylogenetic method for comparing microbial communities. Applied and Environmental Microbiology, 2005, 71(12): 8228-8235 ( ).
  • DOI: 10.1128/AEM.71.12.8228-8235.2005
  • Vázquez-Baeza Y., Pirrung M., Gonzalez A., Knight R. EMPeror: a tool for visualizing high-throughput microbial community data. GigaScience, 2013, 2(1): 16 ( ).
  • DOI: 10.1186/2047-217X-2-16
  • Mantel N. The detection of disease clustering and a generalized regression approach. Cancer Research, 1967, 27(2 Part 1): 209-220.
  • Mann H.B., Whitney D.R. On a test of whether one of two random variables is stochastically larger than the other. The Annals of Mathematical Statistics, 1947, 18(1): 50-60.
  • Tláskal V., Zrůstová P., Vrška T., Baldrian P. Bacteria associated with decomposing dead wood in a natural temperate forest. FEMS Microbiology Ecology, 2017, 93(12): fix157 ( ).
  • DOI: 10.1093/femsec/fix157
  • Liu J., Xu G., Dong W., Xu N., Xin F., Ma J., Fang Y., Zhou J., Jiang M. Biodegradation of diethyl terephthalate and polyethylene terephthalate by a novel identified degrader Delftia sp. WL-3 and its proposed metabolic pathway. Letters in Applied Microbiology, 2018, 67(3): 254-261 ( ).
  • DOI: 10.1111/lam.13014
  • Liu Y., Tie B., Li Y., Lei M., Wei X., Liu X., Du H. Inoculation of soil with cadmium-resistant bacterium Delftia sp. B9 reduces cadmium accumulation in rice (Oryza sativa L.) grains. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2018, 163: 223-229 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.ecoenv.2018.07.081
  • Wang R., Zhang H., Sun L., Qi G., Chen S., Zhao X. Microbial community composition is related to soil biological and chemical properties and bacterial wilt outbreak. Scientific Reports, 2017, 7: 343 ( ).
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00472-6
  • Awasthi M.K., Li J., Kumar S., Awasthi S.K., Wang Q., Chen H., Wang M., Ren X., Zhang Z. Effects of biochar amendment on bacterial and fungal diversity for co-composting of gelatin industry sludge mixed with organic fraction of municipal solid waste. Bioresource Technology, 2017, 246: 214-223 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.biortech.2017.07.068
  • Shen Y., Ji Y., Li C., Luo P., Wang W., Zhang Y., Nover D. Effects of phytoremediation treatment on bacterial community structure and diversity in different petroleum-contaminated soils. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2018, 15(10): 2168 ( ).
  • DOI: 10.3390/ijerph15102168
  • Jurburg S.D., Natal-da-Luz T., Raimundo J., Morais P.V., Sousa P., van Elsas J.D., Salles J.F. Bacterial communities in soil become sensitive to drought under intensive grazing. Science of The Total Environment, 2018, 618: 1638-1646 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.10.012
  • Lopes A.R., Bello D., Prieto-Fernández Á., Trasar-Cepeda C., Manaia C.M., Nunes O.C. Relationships among bulk soil physicochemical, biochemical, and microbiological parameters in an organic alfalfa-rice rotation system. Environmental Science and Pollution Research, 2015, 22(15): 11690-11699 ( ).
  • DOI: 10.1007/s11356-015-4410-1
  • Чирак Е.Л., Першина Е.В., Дольник А.С., Кутовая О.В., Василенко Е.С., Когут Б.М., Мерзлякова Я.В., Андронов Е.Е. Таксономическая структура микробных сообществ в почвах различных типов по данным высокопроизводительного секвенирования библиотек гена 16S-рРНК. Сельскохозяйственная биология, 2013, 3: 100-109 ( ).
  • DOI: 10.15389/agrobiology.2013.3.100rus
  • Ren C., Sun P., Kang D., Zhao F., Feng Y., Ren G., Han X., Yang G. Responsiveness of soil nitrogen fractions and bacterial communities to afforestation in the Loess Hilly Region (LHR) of China. Scientific Reports, 2016, 6: 28469 ( ).
  • DOI: 10.1038/srep28469
  • Wu B., Hou S., Peng D., Wang Y., Wang C., Xu F., Xu H. Response of soil micro-ecology to different levels of cadmium in alkaline soil. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2018, 166: 116-122 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.ecoenv.2018.09.076
  • Yun Y., Wang H., Man B., Xiang X., Zhou J., Qiu X., Duan Y., Engel A.S. The relationship between pH and bacterial communities in a single karst ecosystem and its implication for soil acidification. Frontiers in Microbiology, 2016, 7: 1955 ( ).
  • DOI: 10.3389/fmicb.2016.01955
  • Arocha-Garza H.F., Canales-Del Castillo R., Eguiarte L.E., Souza V., De la Torre-Zavala S. High diversity and suggested endemicity of culturable Actinobacteria in an extremely oligotrophic desert oasis. Journal of Life and Environmental Sciences, 2017, 5: e3247 ( ).
  • DOI: 10.7717/peerj.3247
  • Rosenfeld C.E., James B.R., Santelli C.M. Persistent bacterial and fungal community shifts exhibited in selenium-contaminated reclaimed mine soils. Applied and Environmental Microbiology, 2018, 84(16): e01394-18 ( ).
  • DOI: 10.1128/AEM.01394-18
  • Leff J.W., Fierer N. Bacterial communities associated with the surfaces of fresh fruits and vegetables. PLoS ONE, 2013, 8(3): e59310 ( ).
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0059310
  • Masse J., Prescott C.E., Renault S., Terrat Y., Grayston S.J. Plant community and nitrogen deposition as drivers of alpha and beta diversities of prokaryotes in reconstructed oil sand soils and natural boreal forest soils. Applied and Environmental Microbiology, 2017, 83(9): e03319-16 ( ).
  • DOI: 10.1128/AEM.03319-16
  • Lladó S., Baldrian P. Community-level physiological profiling analyses show potential to identify the copiotrophic bacteria present in soil environments. PLoS ONE, 2017, 12(2): e0171638 ( ).
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0171638
  • Hou Q., Wang C., Guo H., Xia Z., Ye J., Liu K., Yang Y., Hou X., Liu H., Wang J., Du B., Ding Y. Draft genome sequence of Delftia tsuruhatensis MTQ3, a strain of plant growth-promoting Rhizobacterium with Antimicrobial Activity. Genome Announcements, 2015, 3(4): e00822-15 ( ).
  • DOI: 10.1128/genomeA.00822-15
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp