Мультисубстратное тестирование природных микробных сообществ - Горленко М.В.
ISBN 5-317-01228-7
Скачать (прямая ссылка):
>
Рис. 7. Изменение ранговых распределений в зависимости от разведения.
Макроуровень: Зональные типы почв
Применение МСТ позволяет количественно и качественно описать изменение
СПС и динамику функционального биразнообразия в пространстве. На основе
технологии "BIOLOG" Гарланду и Миллсу в 1991 году удалось
охарактеризовать и классифицировать ряд гетеротрофных микробных сообществ
из почвы, природных вод и ризосферы (Garland, Mills, 1991). Применение
метода главных компонент для анализа многомерных данных, отражающих
потребление 95 субстратов различными сообществами, позволило провести на
основании этих данных вполне удовлетворительную дифференциацию сообществ
и показало перспективность метода для качественного описания микробных
сообществ. Нами в 1993 году было проведено исследованию по описанию 5
зональных типов почв с помощью МСТ (Горленко, Кожевин, 1994). Были
выделены количественные и качественные различия в потреблении субстратов,
позволяющие говорить о наличии у каждого типа почвы характерного спектра
ассимиляции.
Различия между микробными сообществами различных зональных типов почв
четко выявляются при использовании кластерного анализа, что позволило
построить таксономическое дерево для зональных типов почв (рис. 8). При
этом наиболее адекватная картина была получена когда в качестве
таксономического расстояния использовали расстояние Пирсона, а в качестве
метода кластеризации метода Варда. Хорошо просматривается зональный тренд
север-юг, разделяющий почвы на две группы.
Количественное сравнение свойств пахотных горизонтов зональных типов почв
на основе параметров функционального биоразнообразия возможно с
использованием параметров рангового распределения b и d, которые по своей
природе является абсолютным. Распределение почв в пространстве
коэффициентов ранговых распределений (рис. 9) так же Дает четкий тренд,
который совпадает с географическим. Столь адекватное описание свойств
почв на основании параметров Функционального биоразнообразия позволяет
предположить возможность использования этого подхода для оценки качества
и бонитировки почв, что будет продемонстрировано далее.
3 1
Коричневая Солонец fvlaCI) Каштановая Горно-каштановая Чернозем Серая
Лесная Подзол ДПП
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
Таксономическое расстояние
Рис.8. Классификация зональных почв на основании кластерного анализа СПС.
0,030 -0,025 -0,020 -0,015-0,010-0,005 0,000
зона благополучия
Рис.9. Классификация почв на основании ранговых распределений: 1 -черно-
зем, д.глеевая,каштановая,2-с. .лесная, ДПП,3-подзол,солонец, 4-солончак.
Мезоуровень: катены, профили Положение микробных сообществ в почвенном
профиле определяет их структурные и функциональные
характеристики.Стратиграфический подход к анализу микробных сообществ в
разных типах позволил выявить целый ряд закономерностей в
пространственной организации микробных комплексов. Было показано, что
принципы вертикальной дифференциации сообществ, закономерные для
растительного и животного мира, распространяются и на микроорганизмы
(Звягинцев и др., 1999; Taylor et al., 2002)
С помощью метода МСТ нами проведено изучение микробных сообществ почв в
пределах одного типа (серые лесные почвы Владимирского ополья) и
построение классификации этих естественных почвенных местообитаний.
Основанная исключительно на микробиологических данных, такая
классификация оказалась возможной даже на уровне ниже почвенного типа и с
учетом стратификации по генетическим горизонтам. Сравнение описанной
классификации с традиционной, получаемой преимущественно на основании
абиотических характеристик, может оказаться полезной как для биологов
почв, так и для почвоведения в целом.
Почвенный покров Владимирского ополья обладает выраженной комплексностью,
что позволяет предположить существенные вариации биологической
активности, обусловленные структурными и функциональными различиями
микробных сообществ изученных почвенных разностей.
Нашей целью было выявление и оценка функциональных особенностей
микробного комплекса в пространстве почвенных горизонтов и почвенных
подтипов на примере серых лесных почв. Предполагалось построение
классификации этих местообитаний на основании информации о функциональном
биоразнообразии почвенного микробного сообщества. В исследовании
использовались образцы горизонтов агросерой карбонатной среднесуглинистой
почвы на покровном углинке (CJIK), агросерой почвы со вторым гумусовым
горизонтом (СНГ), агросерой оподзоленной почвы (CJIO).
Метод мультисубстратного тестирования (МСТ) позволил получить
функциональные портреты микробных комплексов
3 3
исследуемых почв на основе данных о потреблении 47 субстратов. Все
горизонты четко различаются по своим способностям использовать источники
легко доступного углерода.
Кластерный анализ спектров потребления субстратов (рис. 10) позволил
выявить естественную классификационную структуру изученных образцов на
основе микробиологического фактора. Структура дендрограммы подчеркивает
