ИСТИНА

Актуальность и практическая значимость сохранения болот связана как с проблемой сохранения биоразнообразия на планете, так и с сохранением больших природных запасов углерода, способных при их высвобождении в атмосферу вызвать усиление глобального «парникового эффекта». Выбор основным объектом исследования верховых болот связан с тем, что на территории нашей страны по площади и запасам торфа они преобладают над всеми другими типами болот. Кажется парадоксальным, что верховые торфяники, обладая высокими запасами жизнеспособной микробной биомассы, характеризуются низкими темпами минерализации торфа. Несмотря на то, что анализ бактериальных сообществ торфяных почв проводится уже более полувека, остается еще много вопросов, на которые предстоит ответить микробиологам. В последние годы появился ряд работ по изучению бактериальных сообществ торфяных почв в которых обобщены результаты анализа причин медленной деструкции торфа [1,2,3]. На основании этих работ можно заключить, что процессы микробной деструкции в верховых болотах блокированы совместным действием множества неблагоприятных факторов: высокой степенью обводнённости, низкими температурами, кислотностью, анаэробиозом, токсичностью сфагнолов и т.д. Поэтому целью данного исследования было выявить отличительные особенности микробного комплекса верховых болот (торфяных горизонтов и очёса мха сфагнума) по сравнению с микробными сообщества минеральных почв и низинных болот. В задачи исследования входило: 1. Изучение особенностей таксономического состава гетеротрофных бактерий верховых болот 2. Изучение физиологического разнообразия бактериального комплекса 3. Изучение особенностей физиологического состояния членов сообщества 4. Изучение преобладающей среди членов микробного сообщества экологической стратегии. Для реализации поставленных задач был применён единый подход, реализованный на базе комплексного структурно-функционального метода характеристики микробных популяций в природе [4]. Водная суспензия почв вносилась в ячейки культуральной планшеты, с внесёнными в них различными питательными средами. Кривые периодического роста возникших на различных средах бактериальных ассоциаций детектировали по оптической плотности сред. На основании калибровочной прямой производился пересчёт оптической плотности в концентрацию клеток в среде. В конце роста были сделаны посевы на агаризованную ГПД среду, чтобы выяснить состав ассоциаций, развившихся на полимерах. Кинетика роста ассоциаций на полимерах описывалась математической моделью периодической культуры. Новизна подхода заключается в изучении микроорганизмов in situ не на уровне таксонов или крупных функциональных групп, а на основе кинетики роста микробных ассоциаций в селективных условиях в жидких питательных средах. Метод основан на анализе параметров комплексной модели роста периодической культуры. Кинетические параметры таких ассоциаций отражают метаболическую готовность микроорганизмов к росту на питательной среде и их физиологическое состояние. Способность к росту на различных средах - их физиологическое разнообразие. В результате полученные параметры определяются особенностями экологических стратегий 272 микроорганизмов. Посев на плотную среду из исходного инокулята позволяет охарактеризовать таксономический состав доминантов почвенного сообщества. Посев из ассоциаций, сформировавшихся на селективных питательных средах, характеризует состав синтрофных группировок, выполняющих определенную функцию в природе. Данный метод является значительно более информативным по сравнению с классическими методами посева на селективные питательные. Наша гипотеза состоит в том, что доля метаболически готовых к росту на различных питательных средах ассоциаций (воспринимаемые нами как целое), отражает действительную метаболическую готовность к потреблению полимеров in situ. Наша гипотеза состоит в том, что доля быстрорастущих ассоциаций отражает долю быстрорастущих бактерий (r-стратегов) в сообществе очёса. Объектами исследования выступали образцы очёса мха сфагнума и торфа из горизонтов верховых (рН солевой 2.5-4, степень разложенности 5-10%) и низинных торфяных почв (рН солевой 5.6-6.1, зольность 7-13%), отобранные в июне и августе 2010 г. до глубины 1 м на территории постоянной пробной площади Западно-Двинского лесоболотного стационара Института лесоведения РАН в Тверской области (олиготрофная остаточно-эутрофная торфяная почва) и до глубины 3 м в июне-августе 2009 г. из болотных массивов Западной Сибири (Томская обл.): олиготрофного "Полынянка" 57°03' с.ш., 82°42' в.д. (рН солевой 2.6-5.2, зольность 3-6%) и евтрофного "Таган" 56°21' с.ш., 84°47-48' в.д. (рН солевой 5.7-6.2, зольность 9-14%). Для сравнения анализировались горизонты автоморфных почв: А пах чернозема выщелоченного, агроторфяной почвы, дерново- подзолистой почвы (Московская обл.), горизонт лиственной подстилки, отобранной в лесополосе на территории г. Моквы. При инокуляции жидких питательных сред суспензиями торфов всегда формировались ассоциации, активно растущие на легкоразлагаемых полимерах крахмале, пектине, ксилане, ксилозе, твин-20, казеине. Редко потребляются труднодоступные полимеры целлюлоза и хитин. Бактериальные ассоциации верховых торфов отличаются от автоморфных почв в большей степени, чем ассоциации низинных торфов, которые потенциально готовые к быстрому разложению полимеров. Ассоциации верховых торфов даже в благоприятных условиях не способны к быстрому росту (меньше значения максимальной удельной скорости роста /лт). Ассоциации медленнее реагируют на появление пищевых субстратов (метаболическая готовность к росту у больше). Но у них более эффективный метаболизм (больше Y - «урожай» на питательных средах). Все это указывает на наличие внутренних, связанных со структурой микробных ассоциаций, причин медленного разложения верхового торфа, медленно разлагающегося даже после осушения в отличие от внешних причин (недостаточная аэрация, отсутствие почвенных животных и т. д.) в низинном торфе, быстро минерализирующемся при снятии внешних ограничений (осушение). Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 13-04-00536-а в части анализа торфяных почв и гранта РНФ № 14-14-00625 в части анализа дерново-подзолистой почвы. Литература 1. Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Кухаренко О.С., Якушев А.В., Семенова Т.А., Инишева Л.И. Структура микробных сообществ верховых и низинных торфяников Томской области // Почвоведение, 2012, № 3, с. 317-326. 2. Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Якушев А.В., Манучарова Н.А., Юрченко Е.Н. Влияние механического измельчения сфагнума на структуру и физиологическое состояние бактериальных сообществ // Микробиология. 2014. том 83. № 6. С. 712-721. 3. Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Звягинцев Д.Г. и др. Функционирование микробных комплексов верховых торфяников - анализ причин медленной деструкции торфа / Товарищество научных изданий КМК, Москва, 2013. С. 128. 273 4. Якушев А.В. Комплексный структурно-функциональный метод характеристики микробных популяций //Почвоведение. 2015. № 4. с. 429-446.