10 марта 2016г.
Плодородие почвы напрямую зависит от почвенной биоты (например, разложение биополимеров, необходимое для образования почвенного гумуса от которого, в значительной степени зависит плодородие почв). Разложение растительных остатков происходит в результате взаимодействия почвенных микроорганизмов и животных. В костяк сапрофагической мезофауны входят двупарноногие многоножки – кивсяки и дождевые черви. Почвенные животные-сапрофаги в ассоциации с микроорганизмами гидролизуют биополимеры растительных остатков и формируют плодородие почвы способствуя образованию гумуса. Изучение физиологического состояние и экологических стратегий кишечных микроорганизмов этих животных позволяют понять механизм таких взаимодействий. Есть данные по исследованию состава кишечного сообщества (Битюцкий, Соловьева, Лукина и др., 2005; Lavelle et al., 1997) и ферментативной активности (Хомяков, Харин, Нечитайло и др.,2007; Parle, 1963; Lee, 1985; Marinissen, Dexter, 1990; Anderson, 2000; Lavelle et al., 1997), однако информации о физиологическом состояние не достаточны, чтобы сделать научно обоснованных рекомендаций по зоомелиорации почв, по созданию препаратов микроорганизмов - пробиотиков для животных.
Впервые проводится исследование новым комплексным методом позволяющим изучить влияние прохождения через кишечник дождевых червей на физиологическое разнообразие микробного сообщества, на состав и физиологическое состояние его членов и на преобладающую в сообществе экологическую стратегию. Непосредственным объектом исследования этим методом являются ассоциации бактерий, возникающие при инокуляции почвенной суспензии различных жидких питательных сред. Таким образом, изучая на уровне ассоциаций микроорганизмов посредством пассажа, представляется возможным дополнить данные, полученные при изучение на видовом и на уровне целого сообщества.
Все подходы к изучению микробных организмов напрямую зависят от задач, которые ставятся перед исследователем. Так, например, для многих из них достаточно качественной характеристики роста, т.е. происходит ли он в культуре или же нет. Количественно, рост обычно изображают в виде графика зависимости биомассы от времени.
Целью же данного исследования было сравнить закономерности изменения бактериального гидролитического комплекса
при прохождении через желудочно-кишечный тракт кивсяков
Сilindroiulus caeroleocinctus и червей
Aporrectodea caliginosa. Задачи - сравнение в корме и экскрементах преобладающей экологической стратегии роста, физиологическое разнообразие, состав и физиологическое состояние
членов транзитных бактериальных сообществ. Для реализации поставленной цели был применѐн
новый комплексный структурно-функциональный метод характеристики микробный популяций в природе
(Якушев, 2015).
Существуют различные
параметры роста, такие как удельная скорость
роста, время удвоения биомассы, лаг-период, или фаза задержки роста, метаболический коэффициент, экономический коэффициент. Остановимся чуть подробнее на одном из ключевых параметров - удельной
скорости роста.
Формула удельной скорости роста выглядит следующим
образом dx/dt= µx , где dx увеличение биомассы, за бесконечно малый промежуток времени
dt, х - обилие
(это может быть количество клеток, биомасса
одной особи, КОЕ и др), а µ - удельная
скорость роста, измеряется в единицах обратных
единицам времени (1/t).
Интегрируя получаем следующие уравнения: ln x = ln x0 +µt
ln( x/x0)=µt x=x0eµt
Рост подчиняющийся этому закону, называется экспоненциальным или логарифмическим. Необходимо отметить, что данный закон выполняется, если условия окружающей
среды и состав биомассы остаются постоянными. Удельная скорость роста является
основным параметром, характеризующим скорость
роста. Для выражения и расчета удельной
скорости в данной работе использовался метод Перта сведенный
к алгебраическим преобразованиям (Якушев,
2015). После преобразований в программе STATISTICA проводился обсчет полученных данных по уравнению
ln x = ln x0 +µt и численное
выражение удельной скорости роста, как коэффициент пред X, а так же коэффициента гамма (свободного челна с обратным
знаком) - показатель метаболической готовности к росту.
Помимо кинетических характеристик методом
посева в работе
учитывалось изменение биоразнообразие для дождевых
червей и для серых кивсяков.
В ходе исследования было установлено, что при пассаже у кивсяков и дождевых червей
наблюдаются общие изменения
в бактериальном комплексе: увеличение обилия
бактерий на фоне снижения таксономического биоразнообразия. В тоже время наблюдаются и особенности: наблюдается снижение физиологического разнообразия
бактерий – гидролитиков (числа сред с полимера, на которых
регистрируется рост) у кивсяков, отсутствующие у дождевых
червей. У дождевых
червей в результате пассажа увеличивается доля бактерий с большими значениями максимальной удельной скорости
роста, что указывает
на увеличение r-стратегов в бактериальном транзитном сообществе при пассаже. У кивсяков
наблюдается обратная
закономерность. У дождевых червей физиологическое состояние,
т.е. метаболическая готовность ассоциаций к росту на полимерах, не изменилось
при пассаже через кишечник. У кивсяков
же наблюдается незначительное уменьшение по сравнению с кормом. Причина различий
в реакции бактерий
на пассаж кроется
в различие пищеварительных систем исследованных животных.
Комплексный метод хорошо
зарекомендовал себя в качестве
способа выделения большего
числа видов микроорганизмов из природных
местообитаний, по сравнению с традиционным посевом на «универсальные среды». Что делает его применение перспективным при поиске новых полезных микроорганизмов в природе.
Список литературы
1.
Битюцкий Н.П., Соловьева А.Н., Лукина Е.И., Лапшина И. Н., Власов Д.Ю., Кудряшова
Н.В. Влияние дождевых червей
на модификацию популяции
микроорганизмов и активность ферментов в почве.
М.: Наука, 2005.
2.
Бызов Б.А. Зоомикробные взаимодействия в почве.
М: ГЕОС, 2005.
3. 
Хомяков Н. В., Харин С. А., Нечитайло Т. Ю., Голышин П. Н., Кураков А. В., Бызов Б. А., Ззвягинцев Д. Г. Реакция микроорганизмов на воздействие пищеварительной жидкости дождевых червей. М.:Наука, 2007.
4. Якушев А. В., Комплексный структурно_функциональный метод характеристики микробных популяций*, ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 4, с. 429–446
5.
Anderson J.M. Food web functioning and ecosystems processes: problems and perception of scaling // Invertebrates as Webmasters in Ecosystems. D.C. Coleman, P.F. Hendrix (eds.).
CABI Publishing, 2000. P. 3-24.
6.
Lavelle P., Bignell D., Lepage M., Wolters
V, Roger P., Ineson P., Heal O.W., Dhillion
S. Soil function in a changing
world: the role of invertebrate ecosystem engineers
// Eur. J. Soil Biol. 1997. V. 33, № 4. P. 159-193.
7.
Lee K.E., Pankhurst C.E.
Soil organisms and sustainable
productivity // Austr. J.
Soil Lee K.E. Earthworms. Their Ecology and Relationships with Soils and Land Use. Academic Press (Harcourt Brace Jovanovich, Publishers), Sydney-Orlando-San Diego-New York-London-Toronto-Montreal-Tokyo, 1985.
8.
Marinissen J.C.Y., Dexter A.R. Mechanisms of stabilization of earthworm casts and artificial casts // Biol. Fertil. Soils. 1990. № 9. P. 163-167.
9.
Parle J.N. A microbial
study of earthworms casts // J. General Microbiol.1963. V. 31. P. 13-22.
10. Pirt S.J. Principles of microbe and cell cultivation // Blackwell Scientific Publications Oxford London Edinburgh Melbourne. 1975.
