Особливості формування мікробоценозів ризосфери рослин Українського степового природного заповідника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного

УДК 582.1 : 631.427.22.1: 633.1

03.00.07 - мікробіологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Особливості формування мікробоценозів ризосфери рослин

Українського степового природного заповідника

Елланська Наталія Едуардівна

Київ - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному ботанічному саду ім. М.М. Гришка НАН України

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор Головко Ераст Анатолійович, Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, завідувач відділу алелопатії.

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор Жданова Неллі Миколаївна, Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, завідувач відділу фізіології та систематики мікроміцетів

доктор біологічних наук, професор Дудка Ірина Олександрівна Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України, завідувач відділу мікології.

Провідна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, кафедра агромікробіології, м. Київ.

Захист відбудеться 19 лютого 2003 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.233.01 при Інституті мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України (03143, м. Київ, вул. Заболотного, 154).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, м. Київ, 03143, вул. Заболотного, 154.

Автореферат розісланий 15 січня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук Пуріш Л.М.

Анотації

Елланська Наталія Едуардівна. Особливості формування мікробоценозів ризосфери рослин Українського степового природного заповідника. - Рукопис.

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.07. - мікробіологія. - Інституті мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, Київ, 2003.

Наведено результати вивчення мікро- та мікобіоти ризосфери 47 степових рослин трьох відділень Українського степового природного заповідника: Михайлівської цілини, Хомутовського степу та Кам'яних Могил. Виявлено суттєві відмінності у динаміці чисельності мікроорганізмів основних таксономічних груп ризосфери степових рослин по сезонах вегетації. мікроорганізм степовий вегетація

На прикладі Михайлівської цілини показано кількісні та якісні зміни ґрунтової мікробіоти та біологічної активності ґрунту при незначному втручанні людини (режими викошування).

За допомогою екологічних показників (коефіцієнт Серенсена-Чекановського, індекси видового різноманіття Шеннона та домінування за Симпсоном) встановлено високу подібність між видовими складами мікроміцетів ризосфери степових рослин трьох відділень заповідника, відмінних за грунтово-кліматичними умовами.

Доведено, що для кожної рослинної формації характерна специфічна мікобіота, яка визначається кореневими виділеннями рослини та грунтово-кліматичними умовами.

Визначено алелопатичну активність ризосфери ряду досліджених рослин відділень заповідника. Встановлено відсутність фітотоксичного ефекту ризосферного ґрунту у більшості видів степових рослин.

Створено колекцію мікроскопічних культур, яка нараховує 305 штамів мікроміцетів та 211 штамів спороутворювальних бактерій.

Ключові слова: заповідники, степові рослини, мікроорганізми, мікобіота, еколого-систематичне узагальнення, алелопатія.

Элланская Наталия Эдуардовна. Особенности формирования микробоценозов ризосферы растений Украинского степного природного заповедника.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.07. - микробиология. - Институт микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного НАН Украины, Киев, 2003.

Работа посвящена изучению микро - микобиот ризосферы степных растений трех отделений Украинского степного природного заповедника: Михайловская целина, Хомутовская степь и Каменные Могилы. Проведен сравнительный анализ распределения неспоровых, спорообразующих бактерий, стрептомицетов и грибов в ризосфере степных растений по сезонам вегетации.

На примере Михайловской целины показано, что такое незначительное вмешательство человека, как кошение вызывает значительные изменения количественных и качественных показателей биологической активности почвы, ее микро - и микобиоты. При кошении снижалось количество гетеротрофных неспоровых и спорообразующих бактерий, а численность микромицетов соответственно увеличивалась.

На участках с разным уровнем антропогенного вмешательства идентифицировано 64 вида микромицетов, относящихся к 20 родам: Absidia, Acremonium, Alternaria, Aspergillus, Botrytis, Cladosporium, Cunningamella, Emericella, Eupenicillium, Eurotium, Fusarium, Gliocladium, Gloesporium, Mycelia, Mortierella, Penicillium, Rhizopus, Scopulariopsis, Sporocybe, Trichoderma. На заповедном участке выявлено 24 вида грибов. Наибольшим разнообразием отличался род Penicillium. Достаточно ограниченно были представлены виды родов Fusarium и Aspergillus (соответственно 2 и 3). Участок с периодическим кошением характеризовался некоторым увеличением количества видов (до 27 по сравнению с предыдущим вариантом) и видовой состав родов Aspergillus, Acremonium, Cladosporium, Fusarium частично изменяется. В качестве доминирующих появились виды Trichoderma state of Hypocrea aureoviridis и Gloesporium sp.

Еще большее (31) количество видов регистрировали на участке с постоянным кошением. Здесь также отмечали перераспределение видов в родах Aspergillus, Acremonium, Cladosporium, Fusarium, Penicillium, а виды р. Scopulariopsis, Sporocybe, Botrytis, Absidia, Cunningamella, Eupenicillium были характерны только для этого участка.

Среди видов, которые редко встречаются в грибной биоте Украины, следует отметить Acremonium rutilum, Mortierella stylosporа, Penicillium dierckxii.

При возрастании антропогенного влияния меняется и количество меланинсодержащих грибов - с 16,6% (на заповедном участке) до 25,8% (на участке с постоянным кошением).При этом возрастала фитотоксичность почвы, суммарная интенсивность "дыхания", снижалось количество азотобактера, как одного из показателей потенциального плодородия почвы.

Установлено, что видовой состав микроскопических грибов, изолированных из ризосферы 22 видов растений Михайловской целины, 12-ти Хомутовской степи и 13-ти Каменных Могил был представлен 65 видами 24 родами 2-х отделов (Zygomycota, Ascomycota) и группы митоспоровых грибов. Представители последних составляли преобладающее большинство и среди них самыми распространенными были виды Aspergillus, Fusarium, Trichoderma. Постоянно встречались виды рода Penicillium.

Сравнение видовых составов микромицетов ризосферы степных растений трех отделений заповедника позволило установить их подобность. При незначительном видовом разнообразии (индекс Шеннона составлял 1,76 - 1,92) были получены достаточно высокие показатели доминирования Симпсона (5,12 - 6,87).

Небольшое количество меланинсодержащих видов (15,7 - 19,0%) в ризосферной почве свидетельствует о низком уровне антропической трансформации исследованных территорий.

Доказано, что для каждой растительной формации характерена специфическая микобиота, которая определяется корневыми выделениями растений и почвенно-климатическими условиями.

Определена алелопатическая активность ризосферы степных растений отделений заповедника, что позволило отнести их к трем группам в зависимости от аллелопатической активности. Установлено, что характерной особенностью ризосферной почвы большинства исследованных видов степных растений является отсутствие фитотоксического эффекта на тестовую культуру (кресс-салат), что свидетельствует о высоком уровне сбалансированности фито- и микробоценозов заповедных территорий.

Создана коллекция микроскопических культур, изолированных из ризосферы степных растений, которая насчитывает 305 штаммов микромицетов и 211штаммов спорообразующих бактерий.

Ключевые слова: заповедники, степные растения, микроорганизмы, микобиота, эколого-систематическое обобщение, аллелопатия.

Ellanska Natalia Eduardivna. Features of formation plant of rhizosphere microbocenoses in Ukrainian Natural Steppe reserve - Manuscript.

Thesis on Candidate of Biological Science degree on speciality 03.00.07. - microbiology. - D.K. Zabolotny Institute of microbiology and virology, Kyiv, 2003.

The results of research of micro- and mycobiota rhizosphere of 47 steppe plants of three branches Ukrainian steppe natural reserve - Mykhailivska tsilyna, Khomutovskyi step and Kamyani Mohyly - are given. The essential differences in dynamics of number of microorganisms of basic taxonomical groups of the steppe plants rhizospheric on seasons vegetation are revealed. The changes of quantitative and qualitative parameters of earth microbiota and biological activity of a ground under antropogenic intervention (grass stand cutting) are shown on an example Mykhailivska tsilyna.

The high similarity between rhizospheric species micromycetes steppe three different on soil-climatic conditions of sections of reserve were established with the help of coefficient Serensen-Czekanowski. The rather high parameters of an index of domination on Simpson (5,12 - 6,87) were received on a background low species of variety (Shennon coefficient is 1,76 - 1,92) .

It is proved the characteristic specific complex mycobiota determined by roots secretes of a plant and soil-climatic conditions for everyone plants communities .

The allelopathic activity of rhizosphere of researched high plants of reserve's branches were determined. The absence phytotoxity of effect rhizosphere of a ground of the majority of kinds of steppe plants was established.

The collection of microscopic cultures including 305 strains micromycetes and 211 strains spore-forming bacteria was present.

Key words: reserve, steppe plants, microorganisms, mycobiota, ecological and taxonomical generalization, allelopathy.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Практично всі біогеоценози, що існують на земній поверхні, відчувають вплив людини. Особливо це актуально для цілинних степів, які були основним еколого-етнічним середовищем для формування і становлення українського етносу з часів появи тваринництва й землеробства у трипільців. Природні степові екосистеми репрезентують унікальну і досить специфічну рослинність та багатий тваринний світ. У процесі життєдіяльності цієї біоти сформувались найродючіші у світі чорноземні ґрунти (Український степовий..., 1998).

Ґрунт є місцезнаходженням численних та різноманітних у таксономічному відношенні мікробоценозів. Видовий склад мікро- та мікобіоти - важливий показник стану ґрунту як екосистеми. Вивчення мікробних угруповань на заповідних територіях на теперішній час має особливу актуальність у зв'язку зі змінами навколишнього середовища під дією антропогенних факторів.

На даний час більша частина територій степів знаходиться у сфері активного землекористування (вирощування культурних рослин, випасання худоби, сіножаті тощо). Деградація чорноземів, безповоротне зникнення природних степових ландшафтів, забруднення оточуючого середовища хімічними сполуками та радіонуклідами поглиблюють занепад степової біоти.

Все, що вдалося зберегти на Україні - це унікальні заповідні ділянки степу: Асканія - Нова, Стрільцівський і Провальський степи та Український степовий природний заповідник (УСПЗ), загальна площа яких становить менше 1% територій степової зони нашої країни.

Тому заповідні території, які зустрічаються у межах сільськогосподарських земель, можуть слугувати чистим екологічним контролем для окультурених ґрунтів у відповідних грунтово-кліматичних зонах і є дуже важливими з точки зору теорії та практики збереження біорізноманіття, відтворення та управління природними ресурсами (Grass, 1999).

Показовим у цьому відношенні є УСПЗ. Незважаючи на досить глибоке вивчення рослин, лишайників, водоростей та грибів цього заповідника, на сьогодні відсутні детальні відомості про ґрунтову мікобіоту (особливо відділення "Михайлівська цілина").

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась як складова частина науково-дослідної тематики відділу алелопатії Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України (м. Київ) протягом 1991-1999 років у відповідності з науковими темами "Еколого-алелопатичні основи функціонування степових рослинних угруповань і агроценозів" (№ держеєстрації 0193U019420, 1993-1997 рр.) та "Алелопатично активні сполуки вищих рослин та мікроорганізмів: скринінг, ідентифікація та створення на їх основі природних фіторегуляторів" (№ держеєстрації 0198U000781, 1998-2002 рр.).

Мета та завдання роботи. Метою роботи було вивчення формування мікробоценозів та встановлення особливостей їх розподілу у залежності від алелопатичної активності ризосфери рослин і визначення видового складу ґрунтових мікроміцетів відділень Українського степового природного заповідника. Для досягнення поставленої мети були поставлені такі завдання:

1. Визначити алелопатичну активність ризосфери степових рослин відділень УСПЗ.

2. Вивчити динаміку чисельності неспорових і спороутворювальних бактерій, стрептоміцетів та грибів під степовими угрупованнями та окремими видами рослин відділень УСПЗ.

3. Провести аналіз кількісних та якісних характеристик мікробних комплексів ризосфери окремих видів степових рослин заповідника.

4. Дослідити зміну чисельності мікроорганізмів основних таксономічних груп та показників біологічної активності ґрунту Михайлівської цілини при різних рівнях антропогенного втручання.

5. Виявити й проаналізувати видовий склад мікобіоти ризосфери вищих рослин заповідника та встановити особливості його формування під окремими видами рослин у різних відділеннях УСПЗ.

Об'єкт дослідження - формування мікро- та мікобіоти ризосферного ґрунту степових рослин відділень УСПЗ.

Предмет дослідження - мікроорганізми та гриби, виділені з ризосферного ґрунту степових рослин заповідника.

Методи досліджень - мікробіологічні, мікологічні, фізіологічні, екологічні, статистичні.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше проаналізований таксономічний склад та динаміка чисельності бактерій, стрептоміцетів та грибів і визначена алелопатична активність ризосфери 22 видів степових рослин Михайлівської цілини, 12 видів рослин і двох рослинних угруповань Хомутовського степу та 13 видів рослин Кам'яних Могил.

Вперше виявлені суттєві зміни у складі мікроорганізмів ґрунту в умовах антропогенного втручання (різні режими викошування) у Михайлівській цілині. При систематичному викошуванні відмічено різке зниження кількості неспорових та спороутворювальних бактерій; збільшується чисельність ґрунтових мікроміцетів і відбувається їх перерозподіл на видовому рівні. Відповідно змінюються і показники біологічної активності чорноземного ґрунту - зростає його фітотоксичність, інтенсивність "дихання", знижується кількість азотфіксувального виду Azotobacter chroococcum.

Вивчено видовий склад мікроскопічних грибів ризосфери 47 видів степових рослин відділень УСПЗ, які включають 65 видів у Михайлівській цілині, 56 видів у Хомутовському степу та 51 вид у Кам'яних Могилах.

Виявлено високу подібність видових списків мікроміцетів ризосфери рослин трьох відділень заповідника (значення коефіцієнта подібності S становили 0,74 - 0,81).

За показником спільності (по Жаккару) доведена залежність між видовим складом рослинності різних формацій та таксономічним складом ґрунтової мікобіоти у відділеннях Українського степового природного заповідника.

Вперше для степових ґрунтів визначено, що всі досліджені степові ґрунти характеризувались низькими показниками видового різноманіття (значення Н знаходились в межах 1,76-1,81). На цьому фоні вклад домінуючих видів був досить високим і становив 5,1 - 6,9 (коефіцієнт домінування С) .

Створено колекцію мікроскопічних культур, яка нараховує 305 штамів мікроміцетів та 211 штамів спороутворювальних бактерій.

Практичне значення отриманих результатів. Різнобічне вивчення заповідних природних екосистем дозволяє прогнозувати їх стан і закладає основу для створення оптимальної стратегії природокористування у регіонах, оточуючих заповідники.

Отримані наукові дослідження можуть бути використані у програмі моніторингу антропогенної трансформації та відродження степових ценозів Лісостепової та Степової зон України з метою збереження довкілля.

Колекція штамів мікроскопічних грибів та спороутворювальних бактерій, створена у ході виконання роботи, необхідна для пошуку продуцентів біологічно активних речовин.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є самостійною роботою автора. Дисертантом проаналізована відповідна література, здійснено відбір зразків ґрунту, проведено комплекс лабораторних досліджень, узагальнено одержані результати і сформульовано висновки. Отримані в роботі експериментальні дані опрацьовані статистично. Наукову концепцію, програму досліджень, а також друковані роботи підготовлено при безпосередній участі автора спільно з науковим керівником.

Визначення рослин проводили за допомогою співробітників Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України к.б.н. В.А. Дерев'янко та к.б.н. О.П. Ісайкіної. Ідентифікацію мікроміцетів здійснено під керівництвом к.б.н. І.О. Елланської (Інститут мікробіології й вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України).

У спільних публікаціях дисертант є повноправним членом колективу співавторів.

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертації доповідались й обговорювались на засіданнях відділу алелопатії та вченій раді Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України; міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених і спеціалістів "Шляхи раціонального використання земельних ресурсів України" (Чабани, 1995); VII молодіжній конференції ботаніків у Санкт-Петербурзі (2000); І міжнародній науковій конференції молодих дослідників "Теоретичні та прикладні аспекти інтродукції рослин і зеленого будівництва" (Київ, 2000); міжнародній науковій конференції, присвяченій 100-річчю від дня народження проф. Ю.Д. Клеопова "Ю.Д. Клеопов та сучасна ботанічна наука" (Київ, 2002).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 10 робіт, із яких 7 статей у фахових журналах та 3 тез.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, огляду літератури та експериментальної частини (6 розділів), заключення, висновків, списку використаної літератури, який містить 268 джерел (із них 47 іноземних).

Загальний обсяг роботи становить 154 сторінки, ілюстрована 18 таблицями та 19 рисунками.

Основний зміст роботи

1. Огляд літератури має чотири підрозділи, в яких, ґрунтуючись на критичному аналізі літературних джерел, відображено взаємовідносини мікроорганізмів і вищих рослин, значення мікроорганізмів в алелопатії рослин, екологічну роль мікроміцетів у ґрунтах та стан досліджень мікробоценозів заповідних степів.

2. Матеріали та методи досліджень

Проведено дослідження ризосферного ґрунту рослин трьох відділень Українського степового природного заповідника (УСПЗ)- Михайлівської цілини (Сумська область), Хомутовського степу та Кам'яних Могил (Донецька область).

У роботі наведена характеристика грунтово-кліматичних умов та рослинного покриву районів проведення досліджень.

Відбір зразків ґрунту здійснювали за загальноприйнятою методикою (Звягинцев, 1984).

Мікробіологічні аналізи проводили за загальноприйнятими методиками з використанням стандартних живильних середовищ. При ідентифікації чистих культур мікроміцетів використовували загальновизнані визначники вітчизняних та зарубіжних авторів (Booth, 1971; Билай, 1977; Ellis, 1976; Domsch et al.,1980; Hawksworth et al.,1995; Саттон, 2001).

При вивченні видового складу мікроорганізмів, вилучених із ризосфери степових рослин заповідника, визначали частоту їх трапляння (Одум, 1986; Мирчинк, 1988). Для порівняння видового складу мікроміцетів різних варіантів досліду вираховували коефіцієнт подібності Серенсена - Чекановського та коефіцієнта спільності по Жаккару (Методы..., 1982). Для визначення видового різноманіття та домінування використовували відповідно коефіцієнти біологічного різноманіття Шеннона та показник домінування Симпсона (Одум, 1986).

Для оцінки біологічної активності ризосферного ґрунту застосовували мікроорганізм Azotobacter chroococcum як один із показників його родючості (Гродзинский и др., 1990). Сумарне накопичення диоксиду вуглецю у ґрунті реєстрували за модифікованим газохроматографічним методом (Шроль, 1990).

Визначення алелопатичної активності ризосфери рослин проводили за допомогою методу прямого біотестування з використанням тест-об'єкту - крес-салату (Гродзинський и др., 1990).

Статистичну обробку результатів виконано за допомогою пакету прикладних програм Microsoft Office 2000. Розраховували стандартну похибку показників чисельності мікроорганізмів та алелопатичної активності ґрунту. Мікробіологічні, біологічні та алелопатичні дослідження проводили у трьох повторностях.

3. Біологічна активність ризосферного ґрунту рослин відділень УСПЗ

У результаті проведених досліджень визначено алелопатичну активність ризосфери 7 видів рослин Михайлівської цілини, 12 Хомутовського степу та 13 Кам'яних Могил, що дало змогу розділити їх на три групи, згідно з класифікацією Гродзинського (1973). До першої (найбільш активної) входили рослини, які зустрічаються в ценозах поодинці і домінантами не бувають.

У другу групу (менш активні) увійшли рослини, які утворюють монодомінантні куртини і можуть існувати на одному місці кілька десятиріч, доки не наступить автоінтоксикація.

До третьої групи (малоактивні) належить більшість найпоширеніших домінантів пізніх стадій сукцесійного процесу

Розподіл рослин по групах за алелопатичною активністю

Види рослин Група за алелопатичною активністю Місцезростання

Буквиця лікарська 1 КМ

Грудниця волохата 1 ХС,КМ

Деревій голий 1 КМ

Дрік красильний 1 МЦ

Залізняк бульбистий 1 ХС, КМ

Кермек широколистий 1 ХС, КМ

Ломиніс жигунець 1 ХС

Шавлія лучна 1 МЦ

Шавлія австрійська 1 ХС

Шавлія поникла 1 ХС

Шавлія степова 1 ХС

Холодок лікарський 1 МЦ

Карагана кущова 2 ХС

Кропива дводомна 2 МЦ

Материнка звичайна 2 МЦ, КМ

Молочай степовий 2 МЦ, ХС, КМ

Підмаренник справжній 2 КМ

Суниці зелені 2 МЦ

Чебрець Маршалів 2 ХС

Чина бульбиста 2 КМ

Волошка несправжньоблідолускова 3 КМ

Волошка несправжньошкіряста 3 КМ

Оман німецький 3 КМ

Тонконіг вузьколистий 3 МЦ

У ризосфері буквиці лікарської, волошки несправжньоблідолускової, волошки несправжньошкірястої, грудниці волохатої, материнки звичайної, молочаю степового, кермеку широколистого, кропиви дводомної, підмаренника справжнього та шавлії степової виявлено значну кількість Azotobacter chroococcum. Це дає підстави припустити позитивний вплив цих рослин у степових ценозах з точки зору активізації вільноіснуючого азотфіксувального мікроорганізму.

У більш південних відділеннях - Хомутовському степу та Кам'яних Могилах - стимулююча активність ризосфери рослин досягала вищих показників, ніж у Михайлівській цілині. Вірогідно, це пов'язано з кліматичними умовами, так як у південних районах влітку температура досить висока, а кількість опадів незначна, що сприяє накопиченню екзометаболітів рослин у їх ризосфері.

Характерною ознакою ризосферного ґрунту більшості досліджених видів степових рослин є відсутність фітотоксичного ефекту. Отже, степові рослинні угруповання характеризуються високим рівнем екологічної рівноваги за рахунок збалансованої взаємодії фіто-та мікробоценозів, саморегуляції відновлення й кругообігу фізіологічно активних речовин.

4. Мікроорганізми як один із факторів функціонування степової рослинності

При проведенні досліджень ризосфери рослин досліджених відділень УСПЗ виявлено суттєві відмінності у динаміці чисельності мікроорганізмів основних таксономічних груп.

Встановлено, що у Михайлівській цілині сезонна зміна чисельності неспорових та спороутворювальних бактерій була близькою до такої у грибів і значно відрізнялась від кількісного розподілу стрептоміцетів. Порівняння динаміки чисельності мікроорганізмів основних таксономічних груп у ризосфері степових рослин, які різняться за алелопатичним потенціалом, показало, що ризосфера більш активних рослин відрізнялась незначною кількістю стрептоміцетів та бактерій і відповідно великою чисельністю грибів. Це пов'язано з тим, що фенольні сполуки, які містяться у кореневих виділеннях та рослинних рештках алелопатично активних видів рослин сприяють розвитку грибів (Борисова, 1973), одночасно пригнічуючи стрептоміцети та бактерії.

За роки спостережень у Хомутовському степу відмічено значний вплив погодно-кліматичних умов на кількісний склад неспорових та спороутворювальних бактерій у ризосфері степових рослин. Гриби виявились більш резистентними до змін гідротермічного режиму ґрунту. Отримані результати підтверджують дані багатьох авторів (Лугаускас,1975; Аристовская, 1980; Головко, 1984; Звягинцев,1984 та інш.), що кількість та якість кореневих виділень вищих рослин є причиною відмінностей таксономічного складу ризосферної мікро - та мікобіоти досліджених степових рослин різних відділень УСПЗ.



а) мікроміцети б) спороутворювальні бактерій

в) неспорові бактерії г) стрептоміцети

Рис. 1. Сезонна динаміка чисельності мікроорганізмів у ризосфері степових рослин Михайлівської цілини (1994 р.): 1 - травень; 2 - липень; 3 - жовтень.

На основі отриманих даних зроблено висновок про те, що у ґрунтах лісостепової зони України, де знаходиться Михайлівська цілина, зміна чисельності мікроорганізмів відбувається більш плавно і не має періоду літнього спокою, на відміну від південних біогеоценозів (Хомутовський степ та Кам'яні Могили), де в окремі роки високі літні температури та недостатнє зволоження суттєво впливали на ґрунтову мікробіоту.

5. Вплив антропогенного втручання на ґрунтову мікробіоту Михайлівської цілини

У результаті проведених досліджень було встановлено, що при незначному втручанні людини (різні режими викошування: періодичне, систематичне та без викошування) відбуваються суттєві зміни у комплексах мікроорганізмів середньосуглинистих карбонатних чорноземів Михайлівської цілини. При режимі викошування знижувалась кількість неспорових та спороутворювальних бактерій, а чисельність мікроміцетів збільшувалась у однотипному профілі ґрунту, що напевне пов'язано зі змінами фітомаси негуміфікованої органічної речовини.

На ділянках із різним типом антропогенного втручання було ідентифіковано 64 види мікроміцетів, які відносились до 20 родів - Absidia, Acremonium, Alternaria, Aspergillus, Botrytis, Cladosporium, Cunningamella, Emericella, Eupenicillium, Eurotium, Fusarium, Gliocladium, Gloesporium, Mycelia, Mortierella, Penicillium, Rhizopus, Scopulariopsis, Sporocybe, Trichoderma. На заповідній ділянці виявлено 24 види, які відносяться до 10 родів. Найбільшим різноманіттям відрізнявся рід Penicillium (41,7%). Досить обмежено були представлені види родів Fusarium та Aspergillus (відповідно 2 та 3 види). Ділянка з періодичним викошуванням характеризувалась деяким збільшенням кількості видів (27) у порівнянні з попереднім варіантом, і видовий склад найбільш характерних родів у цьому випадку частково змінився. Це було притаманно видам родів Aspergillus, Acremonium, Cladosporium, Fusarium. Тобто, співвідношення основних родів грибів залишалося тим же, а видове - суттєво змінювалось за рахунок видів роду Penicillium, появою виду Trichoderma state of Hypocrea aureoviridis та Gloesporium sp. На ділянці з постійним викошуванням кількість видів зростає ще більше (31). Як і в попередніх варіантах у складі мікобіоти цієї ділянки у більшості випадків відбувався перерозподіл видів у родах Aspergillus, Acremonium, Cladosporium, Fusarium, Penicillium, а також з'являлися види р. Scopulariopsis, Sporocybe, Botrytis, Absidia, Cunningamella, Eupenicillium. Серед видів, що рідко зустрічаються у грибній біоті України слід відмітити Acremonium rutilum, Mortierella stylosporа, Penicillium dierckxii.

Кількість меланінвмісних грибів із наростанням антропогенного втручання збільшувалась з 16,6% (у заповідній ділянці) до 25,8% (на ділянці з постійним викошуванням).

Порівняння видових списків ризосферної мікобіоти заповідної цілини та ділянок, які періодично та систематично викошувались показало, що між ними існують достовірні відмінності (значення S становило 0,13).

Відповідно з перерозподілом основних груп мікроорганізмів змінювались й інші показники біологічної активності ґрунту. Так, при режимі викошування зростала його, сумарна інтенсивність "дихання", знижувалась кількість азотобактера, як одного з показників родючості ґрунту.

Показано, що у ґрунтовому розрізі, який був закладений на ділянці з постійним викошуванням, найбільша кількість досліджених груп мікроорганізмів зосереджена у верхньому горизонті (0-15 см). Отримані результати підтвердили дані літератури про те, що у верхніх горизонтах, де більше поживних речовин та краща аерація, умови для розвитку грунтової мікробіоти більш сприятливі. З глибиною кількість неспорових бактерій та грибів зменшувалась.

Розподіл по однотипному розрізу спороутворювальних бактерій носив дещо інший характер. На глибині 50-60 см їх чисельність різко зростала, що може бути пов'язано з наявністю серед цієї групи мікроорганізмів анаеробів та мікроаерофілів, для яких такі умови є сприятливими (рис. 2).

АБ



В

Рис.2. Розподіл мікроорганізмів по ґрунтовому розрізу Михайлівської цілини: А - гриби; Б - неспорові бактерії (капустяне середовище); В - спороутворювальні бактерії (середовище Мішустіна)

6. Гриби у ризосфері вищих рослин Українського степового природного заповідника

Описано видовий склад мікроміцетів ризосфери степових рослин кожного з трьох відділень УСПЗ. Виділено та ідентифіковано у Михайлівській цілині 65 видів (317 ізолятів), у Хомутовському степу - 56 видів (260 ізолятів), у Кам'яних Могилах - 51 вид (209 ізолятів), які відносяться до 25 родів відділів зигоміцетів, аскоміцетів та мітоспорових грибів. Останні займають домінуюче положення в списку. Для Михайлівської цілини характерною була наявність великого різноманіття видів. В інших відділеннях найбільш поширеними були види, що траплялися часто та постійно. У всіх трьох варіантах не відмічали випадкових видів із частотою трапляння <1%.

Видовий склад найбільш характерних родів у відділеннях заповідника суттєво не змінився. Це стосується видів роду Acremonium, Fusarium, Cladosporium, Penicillum та Trichoderma. У більш південних відділеннях - Хомутовському степу та Кам'яних Могилах - значно звузилось видове різноманіття представників відділу Zygomycota. У всіх відділеннях УСПЗ траплялись лише 6 представників відділу Ascomycota. Кількість меланінвмісних видів суттєво не відрізнялась і складала у Михайлівській цілині 19%, Хомутовському степу - 17,8%, у Кам'яних Могилах - 15,7% відповідно. Оскільки показник промислової меланізації мікобіоти становить 40% і більше (Жданова та інші, 1999, 2000), одержані нами дані свідчать про екологічну стабільність мікобіоти цього регіону. Видовий склад домінуючих видів звужувався з півночі на південь (з 6 до 3), але постійно висока частота трапляння була притаманна видам Fusarium oxysporum, Gliocladium roseum та Trichoderma viride .

Порівняння видових списків мікроскопічних грибів ризосферного ґрунту степових рослин відділень заповідника за методом Серенсена-Чекановського показало значну їх подібність.

Узагальнення екологічних даних щодо ґрунтових мікобіот свідчило, що на фоні незначного видового різноманіття характерними виявились високі показники індексу домінування. Згідно Одуму (1986), екосистеми, які підлягають періодичному антропогенному впливу, як правило, характеризуються більшим видовим різноманіттям, ніж ті, що перебувають у "рівновазі", де сильніше виражене домінування і знижена конкуренція (рис. 3).

Досліджені нами степові біогеоценози, незважаючи на відмінні грунтово-кліматичні умови, характеризуються досить подібним видовим складом ґрунтових грибів, що свідчить про стабільність цілинних степів як природних екологічних систем.



Рис. 3. Значення індексу Шеннона (Н) та ступеня домінування за Симпсоном (С); 1 - Михайлівська цілина; 2 - Хомутовський степ; 3 - Кам'яні Могили.

Застосування коефіцієнта схожості Жаккара (Кj) дало можливість встановити, що на формування видового складу мікроміцетів ризосфери степових рослин впливають кореневі виділення вищих рослин та грунтово-кліматичні умови. Для двох видів волошок (в. несправжньоблідолускової та в. несправжньошкірястої), які зустрічались у Кам'яних Могилах, був притаманний високий рівень схожості видових складів ґрунтових грибів (Кj становив 48,0%). Алелопатично активні види, такі як кермек широколистий, шавлія степова та грудниця волохата, характерні для флори близьких за грунтово-кліматичними умовами відділень УСПЗ - Хомутовський степ та Кам'яні Могили, залишають практично незмінним видовий склад ризосферної мікобіоти. У ризосфері залізняка бульбистого та молочаю степового, що зустрічалися у всіх трьох відділеннях заповідника, коефіцієнт схожості складав 17,0% та 13,6% відповідно. Отримані результати свідчать про те, що формування біогеоценоза протягом тривалого часу з домінуванням певних видів рослин призводить до відбору та накопиченню у ґрунті мікроскопічних грибів різного рівня стабільності.

Висновки

1. У результаті проведених досліджень встановлені особливості формування мікробоценозів ризосфери рослин відділень Українського степового природного заповідника - Михайлівської цілини, Хомутовського степу та Кам'яних Могил.

2. Вперше у відділеннях заповідника виявлено суттєві відмінності у динаміці чисельності мікроорганізмів основних таксономічних груп ризосфери степових рослин. У Михайлівській цілині сезонна зміна чисельності неспорових і спороутворювальних бактерій була близькою до такої у грибів, яка значно відрізнялась від кількісного розподілу стрептоміцетів. За період спостережень відмічено значний вплив погодно-кліматичних умов на кількісний склад мікробіоти Хомутовського степу.

3. Вперше на прикладі Михайлівської цілини показано, що таке незначне втручання людини як викошування викликає суттєві зміни кількісних та якісних показників ґрунтової мікробіоти. Різні режими викошування приводили до зниження кількості неспорових та спороутворювальних бактерій та збільшення чисельності мікроскопічних грибів і перерозподілу їх на рівні виду. Змінювались й інші показники біологічної активності ґрунту - зростала його фітотоксичність, сумарна інтенсивність "дихання", знижувалась кількість азотобактера, як одного з показників родючості ґрунту.

4. Вивчено видовий склад мікроскопічних грибів, вилучених із ризосфери 22 видів рослин Михайлівської цілини, 12 Хомутовського степу та 13 Кам'яних Могил. Він представлений 65 видами, які відносяться до 24 родів та 2 відділень - Zygomycota, Ascomycota та групи мітоспорових грибів. Останні складали переважну більшість. Серед них найпоширенішими були види роду Penicillium. Домінуючими видами у всіх відділеннях УСПЗ виявились Fusarium oxysporum, Gliocladium roseum та Trichoderma viride.

5. Порівняння видових списків мікроміцетів ризосфери степових рослин трьох відмінних за грунтово-кліматичними умовами відділень заповідника показало їх високу подібність (значення коефіцієнту подібності становили 0,74 - 0,81). На фоні низького видового різноманіття були одержані досить високі показники індексу домінування за Симпсоном (5,12 - 6,87).

6. У всіх відділеннях УСПЗ не відмічено випадкових видів (із частотою трапляння <1 %). Визначена кількість меланінвмісних видів (15,7-19%) є показником незначної антропічної трансформації досліджуваних територій.

7. Характерною ознакою ризосферного ґрунту більшості досліджених видів степових рослин є відсутність фітотоксичного ефекту, що свідчить про високий рівень збалансованості фіто-та мікробоценозів заповідних територій.

8. Визначено алелопатичну активність ризосфери 7 видів рослин Михайлівської цілини, 12 - Хомутовського степу та 13 - Кам'яних Могил, що дало змогу розділити їх на три групи. До першої (найбільш активної) входили всі види шавлій, буквиця лікарська, грудниця волохата, деревій голий, дрік красильний, залізняк бульбастий, кермек широколистий та холодок лікарський. У другу групу (менш активні) увійшли карагана кущова, кропива дводомна, материнка звичайна, молочай степовий, підмаренник справжній, суниці зелені, чебрець Маршалів та чина бульбиста; до третьої групи (малоактивні) - два види волошок, оман німецький та тонконіг вузьколистий.

9. Доведено, що для кожної з рослинних формацій характерна специфічна мікобіота, яка визначається видовим складом рослинності та грунтово-кліматичними умовами. Алелопатично активні види можуть протистояти несприятливим умовам існування у кожному з місцезнаходжень, залишаючи практично незмінним видовий склад ризосферної мікобіоти. Менш алелопатично активні види не здатні утримувати стабільність мікобіоти.

Список робіт, опублікованих за темою

1. Головко Э.А., Элланская Н.Э., Кострома Е.Ю., Шроль Т.С., Хохлова И.Г., Комащенко В.С. Функционально-структурный анализ микобиоты заповедника "Михайловская целина"// Мікробіол. журн., 1993.- Т.55, № 4- С. 3-8.

2. Елланська Н.Е., Головко Е.А., Дерев'янко В.А., Шроль Т.С., Хохлова І.Г. Еколого-фізіологічний аналіз мікробоценозів степової рослинності Українського заповідника "Михайлівська цілина"// Мікробіол. журн., 1997.- Т. 59, № 3. - С. 3-11.

3. Елланська Н.Е., Шроль Т.С., Хохлова І.Г. Біологічна активність степових рослин заповідника "Хомутовський степ" // Науковий вісник Чернівецького університету. Біологія. - 1999. - 39. - С. 66-72.

4. Головко Э.А., Биляновская Т.М., Воробей И.И., Макарчук О.Л., Элланская Н.Э. Аллелопатия культурных растений в аспекте проблем агрофитоценологии // Физиология и биохимия культ. растений, 1999- Т. 31, № 2.С. 103-114.

5. Елланська Н.Е. Вплив степових рослинних угруповань на формування структури мікроскопічних грибів // Інтродукція рослин, 2000. - № 1. - С. 57-59.

6. Елланська Н.Е., Головко Е.А., Дерев'янко В.А., Шроль Т.С., Хохлова І.Г. Алелопатичний моніторинг заповідника Кам"яні Могили // Інтродукція рослин, 2000. - № 3-4. - С. 168-170.

7. Ellanskaya N.E. Structure analysis of soil micromycetes in sections of the Ukrainian Natural Steppe Reserve // Зборника Машице сриске за ириродне науке /Proceedings for Natural Sciences, Matica Srpska Novi Sad, 2000. - N 98. P. 5-10.

8. Елланська Н.Е. Алелопатична активність рослин у степових фітоценозах Михайлівської цілини // Професор Ю. Клеопов та сучасна ботаніка (Матеріали читань, присвяч. 100-річчю від дня народження Ю.Д. Клеопова. - К., 2002. - С. 199-203.

9. Елланська Н.Е. Вплив антропогенних факторів на мікобіоту заповідника "Михайлівська цілина" // Шляхи раціонального використання земельних ресурсів України (Тези доповідей Міжнар. науково-практ. конф. молодих вчених і спеціалістів). - Чабани. - 1995. - С. 173.

10. Элланская Н.Э. Микромицеты почв Украинского природного степного заповедника // Тезисы VII Молод. конф. ботаников в Санкт-Петербурге. - Санкт-Петербург. - 2000. - С. 89-90.

Размещено на Allbest.ru

...