Микробные комплексы филлосферы как индикаторы состояния древостоев-эдификаторов

Введение . Микробные реакции на воздействие различных нарушающих факторов проявляются быстро и достаточно отчетливо, что позволяет в короткие сроки выявить наиболее нарушенные экологические зоны, экосистемы и отдельные компоненты, прогнозировать их состояние при сохранении или устранении антропогенного фактора [2, 3, 5, 7, 11, 12].

Из приведенных в литературе материалов очевидно, что наиболее полно микробиологическая индикация и диагностика исследована для почвенных и ризосферных биогоризонтов лесных экосистем и связана в большей степени с антропогенными (техногенными) нарушениями корнеобитаемой зоны фитоценоза. Однако верхняя часть фитоценозов филлосфера также подвергается мощному антропогенному влиянию поллютантов промышленных предприятий, радиоактивному загрязнению и дополнительному воздействию насекомых-вредителей и микроорганизмов фитопатогенов. Поэтому ассоциации эпифитных микроорганизмов, обитающих на поверхности листовых пластинок и корней, принимают на себя первый «удар» техногенеза, выполняют функцию защитников и индикаторов состояния дерева. При этом индикаторная роль микроорганизмов филлосферы древесных видов растений изучена слабо.

Цель исследования : изучение формирования микробных комплексов филлосферы на ценоти-ческом, популяционном и видовом уровне как индикаторов состояния древостоев-эдификаторов при разного рода внешних воздействиях .

Объекты и методы исследования. Объектом исследования в зоне КАТЭКа Красноярского края были микробные сообщества филлосферы сосновых насаждений Дороховского, Пионерского, Захаринского боров и Ададымских березовых насаждений. Эпифитные микроорганизмы изучались также на культурах сосны и лиственницы. Все указанные участки расположены в 5–7 км от факела техногенных выбросов Назаровской ГРЭС; вне сферы влияния поллютантов находятся Ададымские березовые насаждения и культуры сосны южного склона хребта Арга. Сбор материала для микробиологического анализа проводился в период вегетации взрослых деревьев и культур в 2012–2014 гг. Образцы хвои отбирались на тридцати модельных деревьях. Всего проанализировано 90 образцов.

В Хакасии отбирали образцы для микологического анализа офиостомовых грибов фил-лосферы в зоне лесостепных лиственничников, отличающихся повышенной теплообеспеченно-стью, оптимальной для развития короеда Ips cembrae – основного переносчика микромице-тов. Образцы пораженной древесины собирали также на гарях в сосновых и сосноволиственничных древостоях Нижнего Приангарья.

Объектом исследования в лесопитомниках Маганского и Уярского лесничеств Красноярского края являлась эпифитная микрофлора здоровой и больной хвои двух древесных пород: сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris ) и ели сибирской ( Picea obovata ).

При анализе эпифитной микрофлоры брали навеску 1 г хвои и делали смыв стерильной водой на качалке типа АВУ-6с в течение 10 мин. Для выявления грибов смыв с хвои (0,1 мл) высевали методом Коха на плотную среду Чапека. Бактерии определяли на рыбо-пептонном агаре (РПА), актиномицеты – на крахмало-аммиачном агаре. Культивирование проводили при температуре 25 ° С. Микробиологический посев проводился в 3-кратной повторности. Достоверность результатов посева обеспечивают 270 определений. Данные обрабатывались при помощи Microsoft Excel 97 и Statistica 5. Все данные достоверны при уровне значимости p = 0,05.

Выросшие колонии микроорганизмов микро-скопировали при увеличении в 1350 раз. Проводили количественный учет колоний споровых и неспоровых бактериальных форм, дрожжей, мицелиальных грибов, актиномицетов. С помощью метода Грегерсона (Gregersen) устанавливали способность бактериальных форм окрашиваться по Граму.

Идентификацию выделенных культур эпифитных микроорганизмов осуществляли по морфологическим, культуральным и физиоло- гическим признакам с использованием определителей [4, 6, 8, 10].

Виды офиостомовых грибов идентифицировали на основании морфологических признаков анаморф и телеоморф [1].

Результаты исследования и их обсуждение. При анализе микрофлоры филлосферы древостоев Дороховского (зона интенсивного влияния ГРЭС) и Захаринского (в 70–80 км от ГРЭС) боров установлено, что число микробных клеток на 1 г хвои в Дороховском бору в два раза больше, чем в Захаринском (табл. 1). Существенные различия отмечаются в качественном составе микроорганизмов. Эпифиты Захарин-ского бора на 96 % представлены неспорообразующими Гр(-) бактериями, близкими по таксономическому положению к роду Pseudomonas . В Дороховском бору 70 % эпифитов составляют пигментные формы. Эпифитная микрофлора Ададымских березовых насаждений в численном отношении значительно превосходит микрофлору Дороховского и Захаринского боров и достигает 52 840 тыс. КОЕ на 1 г хвои. Объясняется это различие разным фитонцидным действием на микрофлору лиственных и хвойных пород. В составе микроорганизмов на листьях березовых насаждений возрастает до 30 % количество спорообразующих бактерий преимущественно рода Bacillus .

Численность эпифитных микроорганизмов культур сосны и лиственницы в зоне активного техногенеза превосходит таковую на контрольном участке в 7–9 раз . Здесь доминируют спороносные бактерии (92 % на сосне и 96 % на лиственнице), а на культурах сосны контрольного участка – неспорообразующие формы (90 %). Такая существенная разница в составе микро-боценозов филлосферы объясняется влиянием частиц техногенных выбросов. За счет увеличения в микробных комплексах спорообразующих форм микроорганизмов повышается их устойчивость к высоким концентрациям техногенных загрязнителей, в составе которых преобладают соединения кальция, железа, магния, марганца, стронция, бария и кадмия.

При учете биомассы эпифитных микроорганизмов и исследовании физиологической активности доминантных культур отмечено, что по мере приближения насаждений к источнику загрязнения (Назаровская ГРЭС) биомасса микроорганизмов возрастает, а физиологическая активность по отношению к азоту снижается. Снижение ферментативной активности микро- организмов следует расценивать как вреадап-тивную реакцию на те компоненты, которые попадают на поверхность древостоев в результате осаждения поллютантов.

При исследовании филлосферы древесных насаждений в лесных экосистемах Сибири вместе с эпифитными бактериями в качестве индикаторных микроорганизмов для оценки состояния дерева использовали офиостомовые грибы, ассоциированные в природе с насекомыми-ксилофагами [1, 9]. Установлено, что грибы синевы древесины являются обязательным компонентом грибных сообществ в ходах короеда-типографа и черного пихтового усача, доминируя среди других мицелиальных форм на первых этапах сукцессии грибов в поврежденных растительных тканях ели и пихты. В дефолии-рованных сибирским шелкопрядом древостоях ели и пихты сибирской грибы синевы древесины являются обязательным компонентом и основой микобиоты черного пихтового усача и короеда-типографа. Зарегистрированная частота встречаемости грибов свидетельствует об эпидемическом уровне их распространения в популяции вредителя на поврежденных участках (табл. 2). В исследуемом районе (Нижнее Приангарье) черный пихтовый усач переносит комплекс грибов синевы древесины, представленный главным образом видами Ophiostoma curvicollis, Ophiostoma sp. и Leptographium sp. Общая частота встречаемости этого комплекса в ходах вредителя достигла 90–100 % на пробных пло- щадях в дефолиированных шелкопрядом древостоях и не превышала 60 % на контрольном участке в ненарушенном древостое. Исследование видового состава и численности микро-мицетов коры ели и пихты позволяет говорить о зависимости этих показателей от вида и степени дефолиации кроны растения-хозяина и таким образом может являться адекватным индикатором состояния дерева на ранних стадиях его поражения.

В ситуации, когда есть визуальные признаки поражения деревьев фитопатогенами (инфицированная и здоровая хвоя) комплексы эпифитных микроорганизмов существенно различаются по качественному и количественному составу. Анализ микрофлоры здоровой и пораженной хвои сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris ) в лесопитомниках свидетельствует, что мицелиальные грибы являются постоянными ее обитателями, но представлены в разном соотношении с преобладанием на больной хвое. Максимальная численность эпифитных микроорганизмов на здоровой (283 · 10³ КОЕ) и пораженной (127 · 10³ КОЕ) хвое приходится на первую декаду июня и затем плавно понижается (рис.). Новый скачок численности, но меньший по уровню, у здоровой хвои регистрируется в сентябре – 33 · 10³ КОЕ, а у больной хвои – в августе (115 · 10³ КОЕ). У здоровой хвои в первой декаде июня и в третьей декаде сентября дрожжи являются доминирующей культурой: их доля 97,5 и 47,5 % соответственно.

Мицелиальные грибы Дрожжевые грибы Актиномицеты Споровые бактерии Неспоровые бактерии

Динамика численности эпифитной микрофлоры сосны обыкновенной

Таблица 1

Район	Число клеток на 1 г хвои или листьев	Биомасса, мг/г хвои или листьев	Преобладающая форма	Положительная реакция, %
				на органический азот	на неорганический азот	на крахмал	на желатину	на каталазу
Ададымс-кие насаждения	52840	0,21	Спорообразующие (30 %)	84	82	67	36	73
Захаринский бор	1400	0,012	Неспоровые (96 %)	57	64	72	36	63
Дороховский бор	2900	0,013	Пигментные (70 %)	37	46	6	13	7
Хребет Арга	2100	0,005	Неспоровые (86 %)	44	42	22	11	10
Культуры сосны	14500	0,05	Спорообразующие (92 %)	10	25	17	14	12
Культуры лиственницы	18400	0,06	Спорообразующие (96 %)	40	30	26	21	18

Численность, биомасса и физиологическая активность эпифитных микроорганизмов

Частота встречаемости грибов синевы древесины в тканях пихты сибирской, поврежденной черным пихтовым усачом

Таблица 2

Тип леса	Период дефолиации	Встречаемость грибов, %
		общая	Leptographium sp .	Ophiostoma sp.	O. curvicollis
Контроль	0	60	60	0	0
ПОР	1994–1995 гг.	96	68	28	60
ПОР	1995–1996 гг.	100	88	52	16
ПМЗ	1995 г.	100	100	63	29
ПРО	1994–1995 гг.	84	68	52	48

Примечание: ПОР – пихтарник осочково-разнотравный; ПРО – пихтарник разнотравно-осочковый; ПМЗ – пихтарник мелкотравно-зеленомошный.

Вестник КрасГАУ. 2016. №9

Заключение. Результаты анализа микробных комплексов филлосферы древесных пород в зоне активного антропогенного (техногенного) воздействия показывают, что микробные комплексы служат инструментом индикации и мониторинга состояния фитоценоза на ранних стадиях его поражения.

Численность эпифитных микроорганизмов, соотношение спороносных и неспоровых форм, наличие пигментированных бактерий являются критериями степени техногенного воздействия Назаровской ГРЭС на древостои.

Негативное состояние насаждений в результате нарушающих воздействий (дефолиация сибирским шелкопрядом) диагностируется высокой частотой встречаемости комплекса офиостомовых грибов, ассоциированных с насекомыми-ксилофагами.

Структурные изменения в количественном соотношении различных групп эпифитных микроорганизмов на здоровой и пораженной инфекцией хвое связаны не только с фенофазой роста и развития деревьев, но и с их фитонцидной активностью.