Почвообитающие микроскопические грибы: география и экология
На правах рукописи
АЛЕКСАНДРОВА Алина Витальевна ПОЧВООБИТАЮЩИЕ МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ГРИБЫ:
ГЕОГРАФИЯ И ЭКОЛОГИЯ Специальность 03.02.12 – «Микология»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
Москва – 2013
Работа выполнена на кафедре микологии и альгологии Биологического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова
Научный консультант: Ирина Ивановна Сидорова доктор биологических наук, профессор, Биологический факультет Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова, профессор кафедры микологии и альгологии
Официальные оппоненты: Александр Елисеевич Коваленко доктор биологических наук, профессор, ФГБУН Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН, заместитель директора по научной работе, заведующий лабораторией систематики и географии грибов Ольга Евгеньевна Марфенина доктор биологических наук, профессор, Факультет почвоведения Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова, ведущий научный сотрудник кафедры биологии почв Светлана Михайловна Озерская доктор биологических наук, ФГБУН Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, заведующая лабораторией мицелиальных грибов отдела «Всероссийская коллекция микроорганизмов» (ВКМ)
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук, Москва
Защита диссертации состоится 11 октября 2013 года в 15:30 на заседании Диссертационного совета Д 501.001.46 при Биологическом факультете МГУ по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Биологический факультет (аудитория 389).
С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке МГУ имени М.В.Ломоносова Отзывы (в двух экземплярах) просим отправлять по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Биологический факультет, кафедра физиологии растений, ученому секретарю Диссертационного совета Д 501.001.46.
Тел./факс: (495) 939-39- Просим высылать также электронную копию отзыва на e-mail: [email protected] Автореферат разослан « » сентября 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, к. б. н. М.А. Гусаковская
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Микроскопические грибы обязательно присутствуют во всех биоценозах, они являются одним из основных звеньев детритных цепей и выполняют в экосистемах ряд ключевых функций. Основные из них – это участие в процессах разложения органического вещества и круговоротах биогенных элементов, в процессах почвообразования, а также регуляции видовой структуры и функциональной активности других почвообитающих организмов. Биомасса грибов во многих экосистемах сравнима с массой корней высших растений, доля их от общей биомассы микроорганизмов во многих экосистемах составляет от 50 до 90% (Мирчинк, 1988;
Lodge, 1993;
Dighton, 2007).
Интерес к этой группе организмов очень велик в связи с их практической значимостью для человека. Микромицеты являются основными агентами биоповреждений, вызывают болезни растений и могут представлять опасность для здоровья людей и животных. С другой стороны, микроскопические грибы продуцируют биологически активные вещества, которые в последние годы выходят на первое место среди метаболитов, используемых в фармакологии (Berdy, 2012). Их используют в качестве агентов биологического контроля в защите растений, продуцентов ферментов, органических кислот и т. д.
Несмотря на экологическую значимость почвенных микромицетов, они остаются недостаточно изученной группой организмов. Это связано, в первую очередь, с методическими трудностями работы с ними и сложностью наблюдения непосредственно в среде обитания. Ежегодно описывают более тысячи видов грибов (Hibbett et al., 2011), значительная часть которых связана с почвой. Сведений о географическом распространении и видовом составе в отдельных регионах также недостаточно. В экологии почвенных грибов остается много неисследованных вопросов.
География грибов, и особенно микромицетов, является одной из наименее разработанных областей биогеографии. С одной стороны, отличие их состава в почвах различных регионов было показано еще в первых работах (Waksman, 1917), академиком Е.Н. Мишустиным был предложен биогеографический закон распространения микроорганизмов (Мишустин, 1966) и начато изучение эколого-географических закономерностей в распространении почвенных микроскопических грибов (Мишустин, Пушкинская, 1960;
Сизова, 1977). С другой, предполагается, что микромицеты должны подчиняться закону микробной экологии «все есть всюду, среда отбирает», и определяющими являются конкретные условия микроместообитания (Wicklow, 1981;
Christensen, 1989). Было показано значение биотопов в зональных условиях для формирования комплексов микромицетов (Christensen, 1981;
Мирчинк, 1982, 1988). Однако все больше свидетельств из области микробной экологии и географии говорят о том, что и микроорганизмы имеют определенные ареалы, подобные ареалам крупных организмов, но, как правило, они более обширны (Чернов, 2001;
Foissner, 2006;
Martiny et al., 2006;
Fontaneto, 2011). Обобщение данных о распространении видов крупных родов, таких как Penicillium (Сизова, 1953;
Christensen et al., 2000), Aspergillus (Klich, 2002), Fusarium (Summerell et al., 2010), показало, что многие виды приурочены к определенным широтным поясам, но есть и космополитные виды, встречающиеся повсеместно.
Детальное изучение таких видов часто показывает, что на самом деле это комплексы морфологически сходных видов, каждый из которых имеет свой ареал (Lumbscha et al., 2008;
Коваленко и др., 2011).
Объем накопленных сведений о распространении почвообитающих микромицетов на данный момент остается недостаточным. Из-за слабой изученности сведения о составе почвенных грибов многих регионов крайне фрагментарны, а для некоторых весьма обширных областей и ряда стран вообще отсутствуют. Обобщение данных, приведенных в литературе, затруднено тем, что сбор материала и анализ осуществляли разными, часто несравнимыми методами, а также произошедшими изменениями в номенклатуре и понимании объема отдельных родов и разделении криптических видов (Cannon, 1997).
Современное состояние изученности этой важной группы организмов и необходимость заполнения «белых пятен» определяют актуальность представленной работы.
Основная цель исследования – выявление таксономического разнообразия и структуры комплексов почвообитающих микромицетов различных местообитаний, анализ географических закономерностей распространения, изучение факторов, влияющих на формирование комплексов почвенных грибов.
Для выполнения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучение таксономической структуры комплексов культивируемых микромицетов почв и связанных с ней субстратов различных географических регионов в зональных и интразональных местообитаниях, а также в искусственной гермозамкнутой системе.
2. Анализ закономерностей географического распределения видов и таксономических групп почвенных грибов.
3. Изучение факторов, влияющих на формирование комплексов микромицетов в почвах: а) биотических связей микро- и макромицетов в лесных почвах;
б) сукцессионных изменений (зарастание заброшенных сельскохозяйственных угодий, вырубка и восстановление леса);
в) форических связей с мелкими млекопитающими.
4. Создание коллекции культур сапротрофных почвенных микромицетов и исследование их свойств, полезных для биотехнологии.
Научная новизна. Впервые по унифицированной методике были проведены сбор и обработка материала, позволившие получить данные о встречаемости культивируемых микромицетов из 12 географических регионов Евразии. Выявлено 562 вида из 171 рода, относящихся к различным таксономическим группам.
Сравнимыми методами собран и обработан обширный материал из девяти регионов России от Европейской части до Дальнего Востока. Список обнаруженных в результате работы почвообитающих микроскопических грибов на территории 9 регионов России включает 393 вида из 132 родов.
Впервые получены данные о микроскопических грибах Монголии и Южного Вьетнама. Составлен список почвенных грибов лесных местообитаний Северной Монголии, насчитывающий 117 видов из 45 родов. На территории пяти особо охраняемых территорий Южного Вьетнама выявлено 303 вида рода культивируемых микромицетов. Проведено сравнение комплексов микромицетов горных и равнинных тропических лесов этого региона.
Интеграция анаморфных грибов в общую филогенетическую систему и помещение большей части представителей этой группы на соответствующие им места среди сумчатых и базидиальных позволили провести анализ географического распространения микромицетов не только на видовом и родовом уровне, но и на уровне таксонов более высоко ранга, от порядка и выше. В результате впервые выявлены особенности структуры видового состава почвенных микромицетов тропических лесов в сравнении с этими грибами умеренных лесов. Обнаружено: 1) более высокое видовое и таксономическое разнообразие изучаемых микромицетов в целом;
2) низкое видовое богатство и численность представителей отдела Zygomycota;
3) значительная доля микромицетов из порядка Hypocreales;
4) заметное участие грибов порядка Xylariales в общем видовом богатстве почвообитающих микромицетов;
5) высокое разнообразие представителей рода Aspergillus и связанных с ними телеоморф;
6) сравнительно большое количество микромицетов, известных как потенциальные возбудители болезней растений;
7) большое разнообразие и обилие морфологических форм грибов, не дающих спороношения на универсальных питательных средах.
Из почв южного Вьетнама были выделены культуры двух видов анаморфного рода Heterocephalum, формирующие телеоморфную стадию, которая ранее для этого рода известна не была.
Показана зависимость численности и видового богатства доминирующих видов микромицетов от присутствия в лесной почве мицелия макромицетов.
Показана возможность распространения пропагул сапротрофных микроскопических грибов мелкими млекопитающими.
На основании 10-летнего мониторинга состава микромицетов, заселяющих Российский сегмент Международной космической станции (РС МКС), установлены особенности формирования их комплексов в гермозамкнутых помещениях.
Практическая значимость работы. Отработана стандартизованная методическая схема сбора и обработки материалов для характеристики комплекса почвенных микромицетов изучаемых природных местообитаний, основанная на принципах, предложенных Т.Г. Мирчинк (1981), позволившая получить сравнимые данные о видовом богатстве и таксономической структуре почвообитающих грибов различных местообитаний.
Разработан способ выделения сапротрофных микромицетов со шкурок мелких млекопитающих, позволяющий более полно выявлять их видовое богатство на изучаемой территории.
Собрана коллекция сапротрофных почвообитающих микромицетов из различных регионов, насчитывающая в данный момент более 1800 культур потенциальных продуцентов биологически активных веществ, агентов, используемых для биологической защиты растений и для биодеградации отходов. Наиболее перспективные виды из нее депонированы во «Всероссийскую коллекцию микроорганизмов» (ВКМ) Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина (ИБФМ РАН, г. Москва) и в коллекцию Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» (ГНЦ ПМБ РАМН, г. Оболенск), совместно с которым ведется работа по поиску продуцентов биологически активных веществ с антибактериальными, антимикотическими и инсектицидными свойствами.
В ходе исследования выявлены перспективные продуценты новых биологически активных веществ, обладающих москитоцидными свойствами, на которые получены патенты Российской Федерации № 2391389 от 10.06.2010 и № 2391390 от 10.06.2010.
Из числа протестированных микромицетов отобраны штаммы – биодеструкторы термопластичного полиуретана, поливинилового спирта, латексов на основе акриловой кислоты и севиленов. На них получены патенты Российской Федерации № 2415914 от 10.04.2011, № 2415917 от 10.04.2011 и № 2415915 от 10.04.2011.
Полученные данные используются при чтении специальных курсов лекций и проведении практических занятий для студентов кафедры микологии и альгологии Биологического факультета МГУ.
Основные защищаемые положения диссертации 1. Дана характеристика комплексов культивируемых почвообитающих микроскопических грибов зональных и интразональных местообитаний из географических регионов Евразии. На территории России исследованы южно таежные, среднетаежные, таежные и горные леса, степные местообитания, пещеры и местообитания, измененные гидротермальной деятельностью. В Северной Монголии изучены горные таежные леса, в Южном Вьетнаме равнинные и горные полидоминантные тропические леса. В ходе работы выявлено 562 вида из 171 рода, относящихся к различным таксономическим группам.
2. Анализ их распространения позволил выявить закономерные отличия видового состава почвенных микромицетов в тропических регионах от такового в зонах с умеренным климатом. Это относительно более высокое видовое и таксономическое разнообразие изучаемых микромицетов в целом;
низкое видовое богатство и численность представителей отдела Zygomycota;
значительная доля микромицетов из порядка Hypocreales;
заметное участие грибов порядка Xylariales в общем видовом богатстве почвообитающих микромицетов;
высокое разнообразие представителей рода Aspergillus и связанных с ними телеоморф;
сравнительно большое количество микромицетов, известных как потенциальные возбудители болезней растений;
большое разнообразие и обилие морфологических форм грибов, не дающих спороношения на универсальных питательных средах.
3. В интразональных местообитаниях складываются комплексы микромицетов, более сходные с таковыми из зон с соответствующими климатическими особенностями. Так, в горных лесах Южного Вьетнама отмечено больше видов, характерных для умеренных широт. На термальных площадках Кроноцкого заповедника (Камчатка) значительна доля видов, характерных для аридных и тропических почв. В пещерных грунтах наиболее характерны виды типичные для северных тундровых почв.
4. Особенности формирования комплексов видов микромицетов зависят как от географического положения и особенностей местообитания, так и от биотических связей, в частности, наличия в почве мицелия определенных видов макромицетов.
5. Показано наличие форических связей сапротрофных почвообитающих микромицетов с мелкими млекопитающими, что может быть одним из механизмов, обеспечивающих поддержание пула грибов и способствующих распространению их спор.
6. Доля видов микроскопических грибов, способных продуцировать биологически активные метаболиты, выше в регионах с тропическим климатом.
Апробация работы. Основные положения и материалы работы были доложены на региональных, всероссийских и международных конференциях, совещаниях и съездах, среди которых: Международная конференция «Ленинские горы 95» (Москва: 1995), Международная конференция, посвященная 100-летию организации исследований по микологии и криптогамной ботанике (Санкт-Петербург, 2000), Международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2002), I, II и III Съезды микологов России «Современная микология в России» (Москва, 2002, 2008, 2012), II Международная конференция «Биотехнология – охране окружающей среды» (Москва, 2004), Международная конференция «Человечество и окружающая среда» (Москва, 2004), Международная конференция «Грибы в природных и антропогенных экосистемах» (Санкт Петербург, 2005), IV Международная конференция «Биотехнология – охране окружающей среды» (Москва, 2006), Международная конференция «Грибы и водоросли в биоценозах – 2006» (Москва, 2006), Международная конференция «Биоразнообразие экосистем Внутренней Азии» (Улан-Уде, 2006), Третий Всероссийский конгресс по медицинской микологии (Москва, 2007), XV Congress of European Mycologists (Санкт-Петербург, 2007), Международная конференция «Высшие базидиальные грибы: индивидуумы, популяции, сообщества» (Москва, 2008), Междисциплинарный микологический форум (Москва, 2009), V Международная конференция «Изучение грибов в биогеоценозах» (Пермь, 2009), Всероссийская научная конференция с международным участием «Роль ботанических садов и охраняемых природных территорий в изучении и сохранении разнообразия растительности и грибов» (Ярославль, 2011), VIII Международная конференция «Проблемы лесной фитопатологии и микологии» (Ульяновск, 2012), Международная конференция «Биогеография: методология, региональный и исторический аспекты» (Москва, 2012), VI Всероссийская микологическая школа «Мицелиальный образ жизни и эколого-трофические группы грибов» (Москва, 2012), ежегодное собрание микологов, посвященное памяти Л.И. Курсанова «Курсановские чтения» (Москва, 2012) и другие.
Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом многолетних исследований (1994-2013 гг.), выполненных лично автором, при проведении работ под его руководством или в рамках совместной деятельности. Автор принимал участие на всех этапах работы, ему принадлежит формулирование проблемы, постановка цели и задач, планирование и проведение большей части полевых сборов материала, идентификация микромицетов, обработка и интерпретация полученных данных.
Публикации по теме диссертации. По материалам диссертации опубликовано 140 печатных работ, из них 42 статьи в журналах из перечня, рекомендованного ВАК, 16 – статьи в других журналах, сборниках и главы в коллективных монографиях, 82 – материалы и тезисы конференций, 5 патентов.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах, содержит 35 рисунков и 53 таблицы. Состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов, списка публикаций автора по теме диссертации и списка цитированной литературы, 4-х приложений на 20 страницах. Библиография включает 490 литературных источников, их них 284 на иностранных языках.
Благодарности.
Работа выполнена на кафедре микологии и альгологии Биологического факультета МГУ. В первую очередь особую благодарность выражаю своим учителям, которых, к сожалению, уже нет с нами, – д. б. н., проф. Льву Лукичу Великанову и к. б. н., доц. Татьяне Петровне Сизовой, постаравшимся передать мне не только свои знания, но и заразившим своим интересом к почвенной микологии. Выражаю искреннюю благодарность моему научному руководителю д. б. н., проф. Ирине Ивановне Сидоровой, которая постоянно поддерживала и помогала мне на протяжении всей моей работы.
Автор глубоко признательна заведующим кафедрой микологии и альгологии д. б. н., проф. Ю.Т. Дьякову и д. б. н., проф. А.В. Куракову за всестороннюю поддержку моей работы. Всем сотрудникам кафедры, и особенно к. б. н., доц. Е.Ю. Ворониной, к. б. н. И.Д. Инсаровой, М.А. Побединской, к. б. н. Е.Ю. Благовещенской, а также сотрудникам Беломорской биостанции МГУ к. б. н. Е.Н. Бубновой и к. б. н.
О.П. Коноваловой за поддержку и помощь в работе, за участие в обсуждении результатов.
Автор искренне благодарит сотрудника ИПЭЭ РАН д. б. н. А.В. Тиунова, который стал инициатором моих исследований во Вьетнаме, и оказывал поддержку и помощь в обсуждении работы;
сотрудника ИПЭЭ РАН Б.А. Борисова за помощь в сборе материалов и ценные советы;
сотрудников ФБУН ГНЦ ПМБ (г. Оболенск) д. б. н. В.Е. Лиховидова, д. б. н. Л.И. Володину и к. б. н. В.В. Юскевич за предоставленную возможность ознакомится с огромным разнообразием энтомопатогенных микромицетов и проведение исследований биологической активности полученных изолятов;
д. б. н., проф.
М.В. Бибикову, сделавшую возможными исследования биологической активности микромицетов из почв Республики Бурятия. д. б. н. О.Л. Легонькову и к. б. н. М.С. Федотову, проводивших работы с микромицетами-деструкторами полимеров;
сотрудников ВКПМ ФГУП ГосНИИгенетика к. б. н. Ю.А. Рыбакова и к. б. н. Л.Н. Борщевскую, за проведение молекулярно-генетических исследований особо интересных культур;
всех сотрудников Всероссийской коллекции микроорганизмов (ВКМ), оказывавших существенную помощь в депонировании культур грибов. Автор особо благодарит к. б. н. Т.А. Алехову, под руководством которой ведутся микробиологические исследования на РС МКС.
Сбор материала в полевых условиях был бы невозможен без помощи сотрудников полевых стационаров и заповедников, в которых проходили исследования, автор выражает им искреннюю благодарность.
Работы в Северной Монголии стали возможны благодаря поддержке проф. Монгольского Государственного Университета др. Р. Самьи, проф.
Геттингенского университета др. М. Мюленберга, а также А. Энкхмы и др.
Р. Сунджидмы.
Автор выражает благодарность администрации и сотрудникам Совместного Российско–Вьетнамского Тропического центра, организовавших комплексную работу по изучению биологического разнообразия и экологии лесов Вьетнама. Особый вклад внесли содиректора головного отделения Чинь Куок Кхань (до 2012 г.), Нгуен Хонг Зы и А.Н. Кузнецов, содиректора Южного отделения Нгуен Тхи Нга и В.Л. Трунов. Неоценимую помощь в работе оказали Нгуен Данг Хой, Нгуен Ван Тхинь, Ву Мань, А.Н. Аничкин и А.Б. Васильева.
Очень приятно было работать вместе с Фам Тхи Ха Занг. Отдельную благодарность хотелось бы высказать администрации и сотрудникам лесных станций особо охраняемых территорий Вьетнама, обеспечившим возможность исследований и комфортные условия работы.
Автор выражает огромную признательность студентам и аспирантам, принимавшим участие и оказавшим неоценимую помощь на разных этапах работы А.Л. Заяц, Л.А. Демидовой, С.С. Романовой, Т.А. Дархановой, Н.И. Чигиневой, Д.Д. Мовчану, П.В. Павловой, К.А. Калашниковой, И.И. Жарковой. Ряд разделов работы выполнен при поддержке грантов РФФИ, программы «Ведущие научные школы» и в рамках международных проектов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, выдвинуты основные положения, выносимые на защиту, приведены данные о научной новизне и практическом значении работы.
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В обзоре рассмотрены история изучения микроскопических почвообитающих грибов, методические проблемы, связанные с их исследованиями, вопросы экологии, географии и практического использования.
Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектами исследования стали культивируемые почвообитающие микроскопические грибы, выделяемые методами посева на твердые питательные среды.
Для изучения их разнообразия и распространения было собрано и проанализировано более 1000 образцов почвы и связанных с ней растительных субстратов из различных местообитаний девяти регионов России, одного в Северной Монголии и пяти охраняемых природных территорий Южного Вьетнама, расположенных в горной и равнинной частях (рис. 1). Их характеристика и количество проанализированных образцов приведены в таблице 1.
Наиболее подробно изученные в отношении почвообитающих грибов стационары – Звенигородская биологическая станция (ЗБС) МГУ им.
С.Н. Скадовского (ЗБС) в Московской обл. и полевой стационар «Крутицы» группы популяционной экологии Института проблем экологии и эволюции им.
А.Н. Северцова РАН (ИПЭЭ РАН) в Тверской обл. – были выбраны как модельные площадки для изучения факторов, влияющих на формирование комплексов почвенных микроскопических грибов.
В Южном Вьетнаме исследования были выполнены на базе Южного отделения Совместного Российско-Вьетнамского Тропического Научно Исследовательского и Технологического Центра в рамках раздела «Микобиота Вьетнама» темы «Эколан Э-1.2. – Структурно-функциональная организация тропических лесных экосистем и оценка современного состояния биологического разнообразия растительного и животного мира».
Изучение видового богатства развивающихся в пещерах почвообитающих грибов было начато в 2004 – 2006 гг. в Старицких (Тверская обл.) и Никитских (Московская обл.) каменоломнях и продолжено в 2010- гг. в пещерах Абхазии, окрестностях г. Сочи и на южном Урале (Республика Башкирия).
Образцы для мониторинга видового состава микроорганизмов на Российском сегменте международной космической станции (РС МКС) были получены с помощью специально разработанной укладки «Биопробы», содержащей устройство для взятия мазков с конструкционных поверхностей.
Также были проанализированы образцы пыли, собираемой пылесосом и оседающей на воздушных фильтрах.
Материал был собран и обработан по стандартизованной схеме, позволяющей проводить сравнительный анализ материалов разного происхождения.
Сбор проб проводили на однородных площадках, характеризующих исследуемые местообитания, в 10 точках. В каждой брали образец из верхнего горизонта почвы весом не менее 30 г. и подстилки или опада – 15 г. Таким образом, в каждом из сравниваемых местообитаний было отобрано 20 образцов субстратов для выделения микроскопических грибов. До обработки образцы хранили в высушенном состоянии.
Образцы шерсти мелких млекопитающих брали у зверьков, пойманных в ловушки для живоотлова на линиях стандартного учета. Чистыми ножницами состригали со спинки и брюшка по одному пучку и помещали в микропробирки.
Выделение микромицетов из собранных образцов было проведено на кафедре микологии и альгологии Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова методом посева из серийных разведений С. Ваксмана на агаризованные питательные среды в модификации Д.Г. Звягинцева (Методы.., 1991). Использованы среды: Чапека с содержанием сахарозы 0,3% и сусло-агар, сочетание этих сред позволяет выявить довольно широкий спектр видов микромицетов и легко дифференцировать морфологические типы колоний в посеве. Для подавления роста бактерий использовали антибиотики широкого спектра действия, чтобы избежать потери видов, не развивающихся на кислых средах (Mortierella spp.). В некоторых случаях, когда стояла задача изучения микромицетов определенных трофических групп, были использованы селективные среды (Гетчинсона для целлюлозолитиков, голодный агар с культурой нематод для хищных грибов и др.). Для образцов из большей части мест было использовано разведение в 1000 раз. Высев на чашки Петри проводили в пятикратной повторности, на 7-е сутки роста подсчитывали количество колоний каждого морфологического типа и выделяли их в чистую культуру для дальнейшей идентификации, дополнительно чашки -й просматривали на 14 день для выделения медленно растущих видов. Шерсть зверьков наносили равномерно пинцетом непосредственно на поверхность сред в чашках Петри (всего использовали по две чашки на образец). Высев микромицетов из укладки «Биопробы», спускаемой с РС МКС, осуществляли, проводя плотный зигзаг пробоотборником по поверхности среды в чашках.
Представленность видов оценивали по показателям пространственной частоты встречаемости и относительного обилия видов (Мирчинк 1988;
Bills et al., 2004;
Zak, Willig, 2004). Статистическую обработку проводили с использованием программ Excel, Statistica 8.0, РСО3 (Anderson, 2003) и EstimateS (Colwell, 2006).
1- ЗБС, 2- Крутицы, 3- Мирное, 4- Бурятия, 5- Аскания-Нова, 6- Шульган-Таш, 7- Ростовский заповедник, 8- Богдинско Баскунчакский заповедник, 9- Кроноцкий заповедник, 10- Конин Нуга, 11- Кат Тьен, 12- Чу Янг Син Рисунок 1. Основные районы сбора образцов для изучения видового состава культивируемых почвообитающих микромицетов Таблица Характеристика районов исследования и объем собранного материала Место работы Географическое Период Число Местообитания и типы почвы положение работ образцов Московская область, 55° 41' с. ш., 1995 – Зона хвойно-широколиственных Звенигородская биологическая 36° 43' в. д. 2012 гг. лесов станция (ЗБС) МГУ им. С. Н. Еловые и смешанные леса Скадовского Почвы дерново-подзолистые Полевой стационар Крутицы, 56° 18' с. ш., 1998 – Зона южно-таежных лесов Тверская область 34° 52' в. д. 2011 гг. Еловые леса разных типов Почвы подзолистые Енисейская экологическая 62° 20' с. ш., 2009 г. Зона среднетаежных лесов станция Мирное, 89° 00' в. д. Темнохвойная тайга Красноярский край Палево-глубокоподзолистые почвы Заиграевский и 51° 53 с. ш., 2005 – Зона таежных лесов Прибайкальский районы, 107° 48 в. д. 2006 гг. Хвойные леса разных типов Республика Бурятия 52° 05 с. ш., Почвы перегнойно-подзолистые 107°28 в. д.
Степные заповедники Степная зона Аскания-Нова, Херсонская 46° 27 с. ш., 2004 г. Типчаково-ковыльная степь область, Украина солонцеватые южные черноземы 33° 52 в. д. Шульган-Таш, Республика 2010 г. Горно-лесной и степной пояс 53° 02 с. ш., Башкирия Луговые местообитания 57° 03 в. д.
Почвы черноземовидные Ростовский заповедник, 46° 27 с. ш., 2010 г. Полынно-типчаково-ковыльные Ростовская область 43° 03 в. д. ассоциации Почвы лугово-каштановые с признаками солонцеватости Богдинско-Баскунчакский, 48° 12 с. ш., 2010 г.
Астраханская область 46° 52 в. д. Полынные и типчаковые степи Почвы бурые полупустынные, солоди и солончаки Кроноцкий заповедник, 54° 40 с. ш., 1992 г. Зона таежных и горных лесов полуостров Камчатка 161° 00 в. д. Горные кустарнички, луга и тундры, термальные местообитания Почвы вулканические слоистопепловые и термально измененные Биостанция Конин Нуга 49° 07' с. ш., 2007 г. Зона таежных и горных лесов Монгольского Государственного 107° 15' в. д. Темнохвойная тайга и Университета, Западный светлохвойный подтаежный лес Хэнтэй, Северная Монголия Почвы перегнойно-подзолистые Южный Вьетнам Зона тропических лесов Равнинная часть Равнинные полулистопадные Национальный парк Кат полидоминантные леса 11° 25' с. ш., 2009, Тьен, провинция Донг Най Почва темноцветная ферраллитно 107° 25' в. д. 2011 гг.
маргалитная Заповедник Донг Най, Первичные диптерокарповые леса 11° 18' с. ш., 2011 г. провинция Донг Най Почвы красно-желтые ферраллитные 107° 04' в. д.
Предгорные частично нарушенные Лесхоз Лок Бао, провинция 11° 50' с. ш., 2012 г. полидоминантные леса Лам Донг 107° 38' в. д. Почвы красно-желтые ферраллитные Южный Вьетнам Зона горных тропических лесов Горная часть 12° 10' с. ш., 2011 г. Горный хвойно-широколиственный 108° 41' в. д.
Национальный парк Би Дуп– лес, сухое сосновое редколесье 1500 м над у. м.
Нуй Ба, провинция Лам Донг Почва горная ферраллитная Национальный парк Чу Янг 2012 г. Горный полидоминантный 12° 22' с. ш., Син, провинция Дак Лак тропический лес 108° 22' в. д.
Почва горная ферраллитная 1900 м над у. м.
Пещеры Старицкие каменоломни, Тверская область 2004 г.
Никитские каменоломни, Московская область 2006 г.
Пещеры заповедника Шульган Таш (Каповая, 2010 – Молочная) 2011 гг. Пещерные грунты со стен и пола Пещера Киндерлинская, Республика пещер Башкортостан Пещеры Абхазии (Голова Отапа, Арбекила, Нижняя Шакуранская, Ыгри) Пещеры окрестностей Сочи (Воронцовская, Соколова, Колокольная, пещера Гигантов, Барибана, Ахунская, Псахо) Идентификацию микромицетов проводили на средах, рекомендованных в руководствах по конкретным группам грибов. Использовали как общепринятые определители, так и статьи, посвященные обработке отдельных родов и описанию новых видов. Наименования видов и систематическое положение дано по базам данных: The MycoBank Fungal databases (http://www.mycobank.org) и CABI Bioscience Databases (http://www.indexfungorum.org).
Коллекция культур микроскопических грибов, составленная в результате работы, включает более 1800 изолятов 501 вида из 170 родов.
Культуры сохраняются в сухом состоянии на инертном носителе (силикагеле) и в замороженном состоянии при -70 С. Наиболее интересные депонированы в ВКМ и коллекцию ГНЦ ПМБ, где проводят работы по поиску культур почвенных грибов, образующих вещества, активные против патогенных организмов (грибов, бактерий, насекомых), в том числе и возбудителей особо опасных инфекций человека.
Молекулярные исследования грибов рода Heterocephalum с неизвестным таксономическим положением и впервые найденной телеоморфной стадией были проведены с моноспоровыми культурами. Для анализа были использованы участки ядерной ДНК, кодирующие фрагмент большой субъединицы рибосомы (LSU, D1/D2), участок с межгенными транскрибируемыми спейсерами и 5.8 S рибосомальной РНК (ITS1 – 5.8 S – ITS2) и два участка гена -тубулина.
Амплификацию с праймерами NL-1, NL-4 (Naumova et al., 2010) участка большой субъединицы D1/D2, а также амплификацию с праймерами ITS1 и ITS4 (White et al., 1990) ITS-областей проводили сотрудники ВКПМ ФГУП ГосНИИГенетика. Амплификацию с праймерами ITS5 и ITS4 (White et al., 1990) ITS-областей и к -тубулину (Bt1a, Bt1b, Bt2a, Bt2b (Glass, Donaldson, 1995)) проводили на кафедре микологии и альгологии МГУ.
Секвенирование ДНК проводили с помощью набора реактивов BigDye®Terminator v3.1 Cycle Sequencing с последующим анализом продуктов реакции на автоматическом секвенаторе AppliedBiosystems 3730 xl в компании ЗАО «Евроген».
Для нахождения сходных нуклеотидных последовательностей по результатам секвенирования и определения степени идентичности последовательностей использовали программу BLAST (http://blast.ncbi.nlm.nih.
gov). Для построения филогенетических деревьев были использованы оригинальные последовательности и последовательности аналогичных участков родственных видов, полученные из базы данных GeneBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov). Для выравнивания и построения филогенетических деревьев использовали метод ближайшего соседа (NJ) в программе Mega 5 (Tamura, 2007).
Глава 3. ВИДОВОЕ БОГАТСТВО И ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА КОМПЛЕКСОВ ПОЧВЕННЫХ МИКРОМИЦЕТОВ ИЗУЧЕННЫХ МЕСТООБИТАНИЙ 3.1. Московская область Работы в Московской области были проведены в период с 1995 – 2012 гг.
на Звенигородской биологической станции МГУ им. С. Н. Скадовского. Она находится в подзоне хвойно-широколиственных лесов, преобладают еловые и смешанные леса различных типов с широколиственными элементами, на подзолистых и дерново-подзолистых почвах.
В результате исследований составлен список и проанализирована структура комплексов микромицетов в почвах основных растительных формаций биостанции. На данный момент он включает 225 видов, относящихся к 78 родам. Большая часть (196 видов) относится к отделу Ascomycota, причем из них 189 (84%) – это анаморфные виды и только 7 видов (3%) образуют в культуре телеоморфы. Отдел Zygomycota представлен 27 видами (12%). Из отдела Basidiomycota было выявлено 2 вида (1%), формирующие в культуре спороношение.
К наиболее распространенным (отмечены как доминанты в большей части мест на разных сроках) видам в лесных местообитаниях биостанции можно отнести: Absidia cylindrospora, Cladosporium cladosporioides, Geomyces pannorum, Mucor hiemalis, Paecilomyces carneus, Penicillium albidum, P. brevicompactum, P. janczewskii, P. raistrickii, P. simplicissimum, P. spinulosum, Thysanophora penicillioides, Tolypocladium inflatum, Trichoderma asperellum, T. polysporum, Umbelopsis isabellina, U. ramanniana и U. vinacea.
Индексы разнообразия Шеннона, рассчитанные по массивам данных, полученных в результате анализа серий из 10 образцов, не очень высоки и составляют от 1.75 до 2.92 при выровненности видового обилия от 0.57 до 0.86.
Многолетние исследования этой территории и накопленная информация о видовом богатстве и представленности культивируемых на используемых средах почвенных микроскопических грибов позволили провести в этом месте работы по изучению влияния некоторых факторов на формирование комплексов микромицетов почв, таких как активно развивающийся в почве мицелий базидиальных макромицетов и санитарная рубка леса (см. разделы 5. и 5.2).
3.2. Тверская область В Тверской области работы проведены в Старицком районе на полевом стационаре Крутицы группы популяционной экологии Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН (ИПЭЭ РАН). Эта территория находится в подзоне южной тайги и леса здесь носят более северный характер, по сравнению с ЗБС – они представлены различными вариантами коренных ельников и вторичными смешанными лесами на подзолистых почвах. В этом месте с 1995 г. проводят исследования сообществ мелких млекопитающих, а с 1998 по 2011 гг. – комплексов микроскопических грибов в лесных почвах и подстилке, отбор проб проводили в разные сезоны с мая по сентябрь.
Видовой состав и таксономическая структура микромицетов, выявленных на стационаре «Крутицы», близки к таковым в лесах Звенигородской биостанции. Список включает 202 вида, относящихся к 76 родам. К отделу Ascomycota относится большая часть видов (176), из них 156 (77%) – анаморфные виды и 20 (10%) в культуре образуют телеоморфы. Отдел Zygomycota представлен 23 видами (11%), из отдела Basidiomycota было выявлено 3 вида (2%).
Наиболее обычны Absidia caerulea, Beauveria bassiana, Clonostachys candelabrum, Geomyces pannorum, Mucor hiemalis, Penicillium brevicompactum, P. janczewskii, P. raistrickii, P. simplicissimum, P. spinulosum, P. thomii, Pochonia bulbillosa, Trichoderma asperellum, T. polysporum, Umbelopsis isabellina, U. ramanniana и U. vinacea.
Индекс разнообразия Шеннона, рассчитанный по массиву данных, полученных в результате анализа серий из 10 образцов, колеблется в пределах от 1.83 до 3.03, при выровненности видового обилия от 0.62 до 0.82.
Эта территория исследовалась достаточно подробно в течение более десяти лет. Это позволило проанализировать изменения в составе и структуре комплексов микромицетов в ходе восстановительной сукцессии, начавшейся при зарастании сельскохозяйственных угодий, и в результате рубки леса.
Проводимые на стационаре зоологические работы представили возможность исследовать форические связи между почвенными грибами и мелкими млекопитающими (см. раздел 5.4).
3.3. Красноярский край Работы в центральной Сибири проведены на экологической станции Мирное ИПЭЭ РАН, в Туруханском районе Красноярского края. Она расположена в таежной зоне на правом берегу реки Енисей, в охранной зоне Центрально-Сибирского государственного биосферного заповедника и имеет статус регионального заказника. Леса в основном представлены темнохвойной тайгой и кедрово-еловой с участием лиственницы и березы (Pinus sibirica, Picea obovata, Larix sibirica, Betula spp.), почвы преимущественно палево глубокоподзолистые.
Здесь в 2009 г. было проведено разовое исследование. Для более полного выявления видового богатства микромицетов были проанализированы не только образцы почвы и подстилки из наиболее характерной растительной формации, но и шерсть мелких млекопитающих, посещающих различные микроместообитания, недоступные для изучения.
Всего в результате анализа 20 образцов почвы и подстилки и 31 образца шерсти было выявлено 63 вида из 29 родов микромицетов. Большая часть (54) относится к отделу Ascomycota, из них 53 вида (84%) к анаморфным грибам, только 1 (2%) образует телеоморфу. Отдел Zygomycota представлен 9 видами (14%).
К доминирующим видам, по результатам исследования, относились Absidia glauca, Beauveria bassiana, Geomyces pannorum, Penicillium brevicompactum, P. raistrickii, P. simplicissimum, P. thomii, Pochonia bulbillosa, Tolypocladium inflatum, Trichoderma polysporum, Umbelopsis isabellina, U. ramanniana и U. vinacea. Это типичные виды, характерные для почв и подстилок хвойных лесов умеренной зоны.
Из образцов почвы и подстилки было выделено 48 видов, с шерсти зверьков – 30, из них только 15 были общими. Таким образом, анализ шерсти позволил выявить дополнительно 15 видов, не отмеченных при анализе стандартных образцов. Индексы разнообразия и количественные показатели приведены в таблице 2.
Таблица Количественные характеристики и показатели разнообразия комплексов почвенных микромицетов, выявленные методом посева из серийных разведений, в темнохвойном таежном лесу на территории экологической станции Мирное (Туруханский р-н., Красноярский край) Верхний Лесная Шерсть горизонт подстилка зверьков почвы Количество обработанных образцов 10 10 Количество выделенных колоний 923 795 Количество КОЕ микромицетов (тыс./г воздушно-сухого субстрата ± 165 ± 62 141 ± 57 32 ± стандартное отклонение) Количество обнаруженных видов (S) 41 40 Среднее количество видов в образце 11 (8 – 14) 14 (11 – 17) 6 (4 – 8) (пределы варьирования) Индекс разнообразия Симпсона (1/D) 8.59 14.21 6. Индекс разнообразия Шеннона (Н) 2.71 3.03 2. Выровненность (ЕН) 0.73 0.82 0. 3.4. Республика Бурятия Другой точкой изучения в Центральной Сибири стали таежные леса в Заиграевском и Прибайкальском районах Республики Бурятия. Материал здесь был собран в 2005-2006 гг. в елово-пихтовом и сосновом лесах с участием мелколиственных пород на перегнойно-подзолистых почвах.
В исследованных местообитаниях выявлено 85 видов, относящихся к родам. Из них к отделу Ascomycota относятся 80, причем 76 (89%) анаморфные виды и 4 (5%) образуют телеоморфу в культуре. Отдел Zygomycota представлен 5 видами (6%).
Преобладали в изученных лесах Aspergillus ustus, Beauveria bassiana, Clonostachys rosea, Geomyces pannorum, Mortierella elongata, Penicillium aurantiogriseum, P. janczewskii, P. simplicissimum, Talaromyces aculeatus, T. funiculosus и Trichoderma atroviride.
Количество КОЕ почвообитающих микромицетов колебалось в широких пределах от 15 ± 10 (ст. откл.) до 110 ± 81 тыс. на 1 г воздушно-сухой почвы.
Индексы разнообразия Шеннона показывали средние значения и составляли от 2.32 до 2.97 при выровненности видового обилия от 0.70 до 0.86. Обратная форма индекса доминирования Симпсона принимала значения от 5.86 до 16.04.
В Бурятии проводили изучение видового состава хищных нематофаговых гифомицетов. Выявлено 9 видов, 5 из которых относятся к роду Arthrobotrys, вида идентифицированы как представители рода Dactylaria, по 1 виду относятся к родам Gamsylella и Dactylella. Наиболее часто выделяли Arthrobotrys oligospora и A. cladodes.
3.5. Заповедники степной зоны В степной зоне было изучено видовое богатство культивируемых почвообитающих микромицетов для четырех особо охраняемых природных территорий. В 2004 г. были исследованы образцы, полученные из заповедника Аскания-Нова (Украина), в 2010 г. – из заповедников Ростовский (Ростовская обл.), Богдинско-Баскунчакский (Астраханская обл.) и Шульган-Таш (Республика Башкирия).
Первые три заповедника расположены на равнинных территориях, почвенные пробы были отобраны под наиболее типичными вариантами степной растительности (типчаково-ковыльная, полынная степь) на разных вариантах черноземов и темнокаштановых почв, в отдельных случаях с признаками засоления. Заповедник Шульган-Таш расположен в горно-лесной зоне, где, в зависимости от экспозиции склона, встречаются как лесные, так и лугово-степные местообитания. Материал был собран в каменистых степях и лугах, на черноземовидных горных почвах.
В степных местообитаниях этих заповедников выявлено 138 видов из родов. Ascomycota представлены 125 видами, из них 113 (82%) – анаморфные и 12 (9%) формировали телеоморфы в культуре, отдел Zygomycota представлен видами (9%).
Как наиболее типичные виды можно отметить Botryotrichum piluliferum, Cladosporium herbarum, Clonostachys rosea f. rosea, Geomyces pannorum, Gliomastix murorum, Mucor circinelloides, Penicillium brevicompactum, P. citreonigrum, P. citreonigrum, P. ochrochloron, P. janczewskii, P. viridicatum, P. roseopurpureum, P. westlingii, Purpureocillium lilacinum и Stachybotrys chartarum.
Часто встречались Aspergillus alliaceus, A. lentulus и A. ustus. Доля грибов, обладающих целлюлозолитической активностью, также довольно высока, отмечены Botryotrichum piluliferum, Cephalotrichum stemonitis, Stachybotrys chartarum, Torula herbarum, Chaetomium sp., Rhinocladiella sp. Из хищных гифомицетов обнаружен Arthrobotrys oligospora. Интересно отметить, что из лугово-каштановых почв Ростовского и бурых полупустынных Богдинско Баскунчакского заповедников выделен довольно редкий вид – Trichoderma saturnisporum, отмеченный ранее нами в черноземной почве степей Калмыкии (Александрова, Великанов, 1999).
Видовой состав почвенных микромицетов степных заповедников отличает большая доля в видовом разнообразии представителей рода Aspergillus, высокое обилие клейстотециальных (Eupenicillium, Talaromyces, Neosartorya) и склероциальных форм родов Aspergillus (A. alliaceus, A. candidus, A. ochraceus) и Penicillium (P. citreonigrum, P. miczynskii).
3.6. Камчатка На полуострове Камчатка работа была проведена в 1992 г. на территории Кроноцкого заповедника в районе кальдеры вулкана Узон и Долины гейзеров.
Местообитания представлены горными тундровыми, луговыми, кустарничковыми и стланиковыми сообществами, а также участками, измененными поствулканической активностью. Почвы слоистопепловые вулканические и гидротермально преобразованные.
Специфические экологические условия, сочетающие холодный климат, локальный подогрев снизу и своеобразный химический состав почв, создают огромное разнообразие местообитаний на сравнительно небольшой территории, что дает возможность сравнить комплексы микромицетов, сформировавшиеся под воздействием экстремальных факторов.
В исследованных местообитаниях обнаружено 117 видов микромицетов, относящихся к 49 родам. К отделу Ascomycota относится 101 вид, из них анаморфный вид (78%) и 10 видов (9%) образовывали телеоморфы. Отдел Zygomycota представлен 16 видами (14%).
Доминировали в местообитаниях, не затронутых геотермальной деятельностью, виды, типичные для почв умеренной зоны: Penicillium chermesinum, P. chrysogenum, P. thomii, Talaromyces purpurogenus, Trichoderma hamatum, T. harzianum и Umbelopsis vinacea.
На термальных площадках преобладали виды, многие из которых характерны для более южных регионов: Aspergillus flavus, A. fumigatus, A. ustus, Fennellia nivea, Fusarium solani, Lecanicillium muscarium, Penicillium aculeatum, P. decumbens, P. miczynskii, P. ochrochloron, Talaromyces funiculosus, Purpureocillium lilacinum и Trichoderma koningii.
Участие видов рода Рenicillium на термальных площадках снижалось по сравнению с их участием в почвах неизмененных местообитаний, в то же время росло видовое богатство и обилие Аspergillus. На отдельных площадках в Долине гейзеров были отмечены только виды этого рода.
Еще одним признаком, приближающим эти почвы к южным, является большое количество и разнообразие выявленных микромицетов, формирующих плодовые тела: Melanospora sp., Microthecium retisporum (описан из почвы Японии), 6 видов рода Chaetomium (причем C. humicolum и C. trilaterale описаны из Северной Африки), Corynascus sepedonium.
Кроме того, в почвах термальных ландшафтов велика численность грибов, устойчивых к тяжелым металлам в высоких концентрациях (Лебедева, 1992;
Марфенина, 2005), например, Aspergillus fumigatus, Isaria farinosa, Talaromyces funiculosus, T. purpurogenus, Purpureocillium lilacinum, что может быть связано с накоплением соединений Hg, Pb и Mn, выносимых теплыми источниками.
Индекс разнообразия Шеннона (табл.3) не сильно различается для исследованных участков, однако в местообитаниях, не затронутых поствулканической деятельностью, этот индекс немного выше, а на термальных площадках кальдеры Узон – самый низкий. Выровненность видового обилия в комплексах микромицетов довольно большая и тоже различается незначительно, в Долине гейзеров она несколько больше.
Таблица Количественные характеристики и показатели разнообразия комплексов почвенных микромицетов, выявленные методом посева из серийных разведений, в различных местообитаниях Кроноцкого заповедника (полуостров Камчатка) Фоновые Термальные Термальные местообитания площадки площадки кальдеры Узон Долины гейзеров Количество обработанных образцов 60 60 Количество выделенных колоний 3614 2409 Количество КОЕ микромицетов (тыс./г воздушно-сухого субстрата, пределы 49 – 190 5 – 87 1.5 – варьирования) Количество обнаруженных видов (S) 74 51 Среднее количество видов в образце 9 (2 – 16) 5 (2 – 15) 4 (1 – 6) (пределы варьирования) Индекс разнообразия Симпсона (1/D) 17.58 14.17 16. Индекс разнообразия Шеннона (Н) 3.34 3.03 3. Выровненность (ЕН) 0.77 0.77 0. 3.7. Северная Монголия Исследования в Северной части Монголии были проведены в рамках совместных работ с Монгольским Государственным Университетом на территории биостанции Конин Нуга (Западный Хэнтэй). Материал собран в 2007 г. в среднегорном высотном поясе в темнохвойном пихтово-кедровом и светлохвойном лиственнично-березовом лесу на перегнойно-подзолистых почвах.
Видовое богатство почвообитающих микромицетов исследованных лесов довольно велико, уже при однократном исследовании удалось выявить видов из 45 родов. К отделу Ascomycota относится 99 видов, из них анаморфный вид (81%) и 5 видов (4%) образовывали телеоморфы. Отдел Zygomycota представлен 18 видами (15%).
В темнохвойной тайге доминировали следующие виды, характерные для кислых лесных почв под хвойными породами: Hormonema sp., Penicillium chermesinum, P. expansum, P. griseoroseum, P. raistrickii, P. viridicatum, Umbelopsis isabellina, U. ramanniana. В светлохвойной тайге разнообразие почвенных грибов несколько выше, в группу доминирующих попадают Aspergillus ochraceus, Beauveria bassiana, Humicola grisea, Penicillium decumbens, P. raistrickii, P. thomii, Phoma lingam, Talaromyces aculeatum, Umbelopsis isabellina, U. ramanniana. На каменистых обнажениях (курумах), вкрапленных в светлохвойный лес, разнообразие также довольно велико, в группу доминирующих входит несколько отличный набор видов: Beauveria bassiana, Fusarium tricinctum, Penicillium citrinum, P. commune, P. echinulatum, P. raistrickii, P. simplicissimum, P. thomii, Phoma fimeti, Umbelopsis isabellina.
Индексы разнообразия, рассчитанные по массиву данных, полученных в результате анализа 10 проб, довольно высоки от 2.86 до 3.61, выровненность от 0.71 до 0.83 (табл. 4).
Таблица Количественные характеристики и показатели разнообразия комплексов почвенных микромицетов, выявленные методом посева из серийных разведений, в кедрово пихтовом и лиственнично-березовом лесу на территории биостанции Конин Нуга (западный Хэнтэй, Северная Монголия) Лиственнично Кедрово-пихтовый лес березовый лес Почва Подстилка Почва Подстилка Количество обработанных образцов 10 10 10 Количество выделенных колоний 1444 1665 1784 Количество КОЕ микромицетов (тыс./г воздушно-сухого субстрата 145 ± 27 167 ± 46 178 ± 48 145 ± ± стандартное отклонение) Количество обнаруженных видов 49 58 67 (S) Среднее количество видов в 16.1 (10 – 16.6 (11 – 20) 16.7 (13 – 19) 15.7 (8 – 19) образце (пределы варьирования) 19) Индекс разнообразия Симпсона 13.29 9.37 22.56 24. (1/D) Индекс разнообразия Шеннона (Н) 3.07 2.86 3.51 3. Выровненность (ЕН) 0.79 0.71 0.83 0. 3.8. Южный Вьетнам Микроскопическим грибам тропиков последние годы уделяется все больше внимания (McKenzie, 2001;
Hawksworth, 2002;
Bills et al., 2004;
Gams, 2007;
Mueller, Schmit, 2007). Они отличаются большим разнообразием, где наряду с космополитными видами, имеющими широкое распространение, велика доля уникальных (Bills et al., 2004). По экспертным оценкам, регионы юго-восточной Азии должны иметь очень высокое видовое богатство грибов со значительной долей эндемичных видов (Mueller, Schmit, 2007).
Леса, в которых проводились исследования, можно свести к двум типам:
равнинные и горные. Они отличаются климатическими особенностями. В горных лесах ниже среднегодовая температура воздуха (менее 20°С, в равнинных – 26 – 28° С), больше годовое поступление осадков и менее выражен сухой сезон. Основные древесные породы также различаются: в равнинных лесах преобладают представители семейств Dipterocarpaceae, Lythraceae и Fabaceae, а в горных – Fagaceae, Lauraceae и др., а также голосеменные Podocarpus, Pinus.
Список выявленных в результате работы почвообитающих микромицетов Вьетнама включает 303 вида из 101 рода. Большая часть – 286 относится к отделу Ascomycota, причем 263 – анаморфные виды (87%) и 23 (8%) образуют телеоморфы в культуре. Отдел Zygomycota представлен 16 видами (5%), из отдела Basidiomycota был выявлен 1 вид (0.3%).
Равнинные леса. В группу видов, доминирующих в комплексах почвенных микромицетов хотя бы одного из изученных местообитаний в равнинных лесах попадают 48 видов: Alternaria alternata s. lat., Aspergillus aculeatus, A. flavipes, A. japonicus, A. melleus, A. phoenicis, A. raperi, A. sydowii, Aureobasidium pullulans var. melanogenum, Cladosporium cladosporioides, C. oxysporum, Clonostachys byssicola, Eupenicillium shearii, Fusarium merismoides, F. solani, Gliocladium penicillioides, Gongronella butleri, Gonytrichum macrocladum, Heterocephalum aurantiacum, Idriella lunata, Microdochium bolleyi, Microsphaeropsis paliformis, Penicillium atrofulvum, P. brevicompactum, P. canescens, P. citrinum, P. daleae, P. decumbens, P. dierckxii, P. herquei, P. implicatum, P. miczynskii, P. ochrochloron, P. sclerotiorum, P. tropicoides, Pestalotiopsis spp., Phoma leveillei, Рochonia chlamydosporia, Рseudallescheria boydii, Purpureocillium lilacinum, Talaromyces aculeatus, T. diversus, T. flavus, T. ruber, T. rugulosus, T. verruculosus, Trichoderma harzianum, Trichosporon sporotrichoides. Это либо виды-космополиты, либо виды, распространенные преимущественно в регионах с жарким климатом.
Особо следует отметить виды Purpureocillium lilacinum и Trichoderma harzianum, доминирующие в 10 из изученных местообитаний. Первый преобладал только в низинных лесах, в горных встречался значительно реже.
Второй довольно часто встречался повсеместно.
Горные леса. В группу видов, доминирующих в комплексах почвенных микромицетов хотя бы одного из изученных местообитаний в горных лесах, попадают только 26 видов: Aspergillus phoenicis, Chaetomium fusiforme, Paecilomyces clavisporus, Penicillium aurantiacobrunneum, P. citreonigrum, P. citrinum, P. glabrum, P. implicatum, P. johnkrugii, P. lapidosum, P. raciborskii, P. sclerotiorum, P. spinulosum, Talaromyces funiculosus, T. loliensis, T. purpurogenus, P. waksmanii, P. wellingtonense, P. westlingii, Pestalotiopsis spp., Phoma leveillei, Trichoderma ghanense, T. hamatum, T. harzianum, Umbelopsis angularis, U. isabellina, светлоокрашенные и темноокрашенные стерильные формы. Виды Penicillium waksmanii и Trichoderma harzianum доминировали в трех местообитаниях, остальные – только в 1-2 местах. Обращает на себя внимание преобладание в этой группе видов рода Penicillium, род Aspergillus представлен только одним видом. Грибы из порядка Hypocreales среди доминирующих отсутствуют.
Сравнение комплексов. Биологическое разнообразие почвообитающих микромицетов несколько выше в равнинных лесах (Кат Тьен, Донг Най).
Видовое богатство в этих местах составляет 237 видов из 303, выявленных в ходе работ. В горных лесах (Би Дуп, Чу Янг Син) обнаружено только видов. При изучении серии из 10 образцов почвы и 10 образцов опада, взятых с однородной площадки, в равнинных лесах выделяется от 34 до 61 вида (10 – на образец). В горных лесах при анализе такого же количества образцов, выделяется от 18 до 39 видов (4 – 14 на образец). Гетерогенность видового состава в образцах с одной площадки также выше в равнинных лесах, что наглядно демонстрируется при построении кривых накопления видов (рис. 2).
Также выше и таксономическое разнообразие, так, например, отдел Ascomycota, объединяющий подавляющее количество обнаруженных видов, включает грибы 24 порядков в равнинных лесах и грибы только из 13 порядков в горных лесах.
Индексы видового разнообразия Шеннона во всех исследованных местообитаниях и типах субстрата колебались от 1.93 (почва горного леса, Би Дуп) до 3.31 (почва низинного леса, Кат Тьен). Обратная форма индекса Симпсона демонстрирует больший размах от 3.98 до 17.31 в тех же точках.
Выровненность видового обилия везде довольно высока (0.57 – 0.83).
Численность КОЕ микроскопических грибов в почве и листовом опаде изученных местообитаний колеблется в очень широких пределах в зависимости от типа субстрата и сезона. В низинных лесах она составила в почве от 30 до 149 тыс./г воздушно-сухого субстрата, а в листовом опаде – от 130 до 2815. В горных лесах она несколько ниже – от 22 до 378 в почве и от 48 до 524 в листовом опаде.
Количество обнаруженных видов ЛБ ЛБ12 Jack ЧЯСН ЧЯСН12 Jack 10 ЧЯСВ ЧЯСВ12 Jack 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Последовательность образцов Рисунок 2. Экстраполяция видового богатства комплексов почвообитающих микромицетов, выявляемых при анализе лесной почвы и опада тропических предгорного 650 м над у. м.
(ЛБ), среднегорного 1000 м над у. м. (ЧЯС Н) и горного 1900 м над у. м. (ЧЯС В) лесов.
Сплошные линии – кривые накопления (алгоритм Мао – Тау), зависимости выявленного видового богатства от количества проанализированных образцов, вертикальными линиями обозначены границы 95% доверительного интервала.
Пунктирные линии – кривые зависимости оценки полного видового богатства методом «складного ножа» второго уровня (Jack2) от количества проанализированных образцов.
Оценка степени изученности используемыми методами видового состава микромицетов была проведена в программе EstimateS 8.0 (Colwell, 2006) с помощью построения кривых разряжения Колдуэлла-Мао (потенциальные кривые накопления, построенные методом экстраполяции) и расчета индексов оценки видового богатства алгоритмом «складного ножа» второго уровня (Jack2) (рис. 2). Показано, что для предгорного леса оно выявлено на 70%, для среднегорного на 66%, а для горного на 65%.
Структуры комплексов почвенных микроскопических грибов равнинных и горных лесов Южного Вьетнама имеют свои особенности.
Ординация (рис. 3) демонстрирует расхождение комплексов по типу местообитания (ось 1 – 35% варьирования) и по сезонам (ось 2 – 23% варьирования).
Общими для них оказались только 72 вида из 303. В равнинных лесах более выражены особенности, характерные для комплексов микромицетов тропиков: относительно высокое общее видовое разнообразие;
крайне низкое видовое богатство и обилие представителей отдела Zygomycota;
значительная доля микромицетов из порядка Hypocreales;
заметный вклад в видовое богатство видов порядка Xylariales;
относительно высокое разнообразие представителей рода Aspergillus и связанных с ним телеоморф;
сравнительно большое количество микромицетов, известных как потенциальные возбудители болезней растений;
высокое разнообразие и обилие грибов, не дающих спороношения на универсальных питательных средах. В равнинных лесах наблюдаются преимущественно виды, имеющие циркумэкваториальное распространение, а в горных лесах больше видов, характерных для умеренных широт.
Рисунок. 3. Ординация ком 30. плексов микромицетов мето 3 дом главных компонент (РСО3, 20. Bray-Curtis dissimilari-ties) по данным присутствия видов в 10. тропических равнинных лесах – 1 – Кат Тьен (2009 сухой 0. сезон);
2 – Кат Тьен ( влажный сезон);
3 – Донг Най -10. 4 (2011 сухой сезон);
в -20. тропическом предгорном лесу – 4 – Лок Бао (2012 начало -30. влажного сезона);
и горных лесах – 5 – Би Дуп (2011 влаж -40. ный сезон);
6 – Чу Янг Син (2012 начало влажного сезона) -50. -40.0 - 30.0 -20.0 -10.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50. Динамика комплекса грибов почвы и опада. Основная функциональная роль почвообитающих микромицетов – это участие в процессах разложения растительных остатков. По результатам, полученным в ходе работ, можно предположить, что в горных лесах, где более высокая влажность и менее выражена сезонность, вклад грибов в деструкцию опада выше, чем в равнинных лесах.
В муссонных лесах с выраженной сезонностью поступление опада идет преимущественно в сухой период, когда деятельность грибов ограничена низкой влажностью субстрата. При этом для почвы наиболее характерны почвенные сапротрофы, представители родов Penicillium и Aspergillus, а на листовом опаде формируется другая группировка видов, преимущественно связанных с растениями (фитопатогенные и эпифитные). Они начинают процессы разложения, но для их дальнейшего протекания должно произойти заселение листьев в опаде почвенными видами, скорость этого зависит от доступности воды.
По степени сходства комплексов микромицетов почвы и листового опада изучаемых местообитаний можно судить о ходе процессов разложения. Так, исследование, проведенное весной 2011 г., показало, что грибы почвы и опада в низинном лесу довольно четко различаются (рис. 4), процессы разложения находятся на начальных стадиях и почвенные грибы еще не перешли на опад. В полидоминантном горном тропическом лесу (1100 м над уровнем моря) комплексы микромицетов почвы и опада отличаются меньше, почвенные виды начали заселять упавшие листья. В горном криволесье (1990 м над уровнем моря) комплексы видов микромицетов почвы и опада сходны между собой. В месте, где температуры были ниже, а влажность выше, процессы разложения опада проходили несколько по-другому, чем в более низких лесах, на момент сбора образцов почвенные грибы здесь уже начали активно колонизировать опад на поверхности почвы.
T ree Diagram for 7 Variables Ward`s method Обозначения: ЛБ s – Лок Бао 1-Pearson r (600 м), почва;
ЛБ l – Лок Бао 1. (600 м), опад;
ЧЯС НЛ s – Чу 1. Янг Син (1100 м), почва;
ЧЯС 1. НЛ l – Чу Янг Син (1100 м), Linkage Distance опад;
ЧЯС ВЛ s – Чу Янг Син 1. (1900 м), почва;
ЧЯС ВЛ l – 1. Чу Янг Син (1900 м), опад;
0. ЧЯС ВЛ ер – Чу Янг Син (1100 м), «воздушная почва» 0. 0. 0. ЧЯС ВЛ l ЧЯС ВЛ ер ЧЯС НЛ s LBs ЧЯС ВЛ s ЧЯС НЛ l LBl Рисунок 4. Дендрограмма сходства комплексов микромицетов, рассчитанных по данным частоты встречаемости (Метод Варда, корреляция Пирсона) в почве и опаде изученных местообитаний Национального парка Чу Янг Син и лесхоза Лок Бао (2012) В условиях равнинных лесов в сухой сезон развитие грибов на опаде тормозится недостатком влаги, а в начале влажного сезона количество опада значительно сокращается за счет деятельности насекомых, в первую очередь, термитов, быстро уносящих и перерабатывающих основную долю листового опада (Аничкин, Тиунов, 2011). Можно предположить, что вклад микроскопических грибов в деструкцию растительных остатков в равнинных лесах несколько меньше, чем в горных, где выше доступность воды в течение всего сезона и ниже численность насекомых, утилизирующих опад.
Таким образом, в работе показана зависимость структуры комплексов и функциональной роли почвообитающих микроскопических грибов тропических лесов Южного Вьетнама от климатических факторов, обусловленных высотой местообитания над уровнем моря.
Описание телеоморфных стадий анаморфного рода Heterocephalum Thaxt.
При изучении почвенных грибов Южного Вьетнама были выделены культуры двух видов анаморфного рода Heterocephalum, формирующие телеоморфную стадию, которая ранее для него отмечена не была.
Heterocephalum aurantiacum Thaxt. – VKM 4206 (номер коллекции ВКМ). Выделен 13.01.2010 из листового опада с преобладанием листьев диптерокарпуса Dipterocarpus alatus (Dipterocarpaceae) и других пород – Irvingia malayana (Irvingiaceae), Haldina cordifolia (Rubiaceae) и Lagerstroemia calyculata (Lythraceae) на прирусловом валу реки Донг Най в национальном парке Нам Кат Тьен, южный Вьетнам.
Heterocephalum taiense Persiani et Maggi – VKM 4207. Выделен 15.01.2010 из ферраллитно-маргалитной темноцветной почвы под полулистопадным тропическим лесом на выветренных базальтах, на участке, не затапливаемом во время сезона дождей, в национальном парке Нам Кат Тьен, южный Вьетнам.
Изученные штаммы отличались между собой только цветом спороношения: H. aurantiacum – ярко-желтый до оранжевого, а H. taiense – белый до слабо-желтоватого (рис. 5). На основании именно этого признака и были разграничены эти виды. Все авторы, работающие с анаморфными стадиями этих грибов (Onofri et al., 1986;
Persiani, Maggi, 1986;
Yaguchi et al., 1996), отмечали отсутствие заметных отличий по морфометрическим признакам. Нам также не удалось обнаружить достоверные отличия по промерам всех структур бесполого и полового спороношения. Отсутствие таких отличий, в сочетании с идентичными последовательностями кодирующими ген 5.8 S рРНК и внутренние транскрибируемые спейсеры ITS и ITS2, позволяет сделать предположение, что мы имеем дело с цветовыми формами одного вида, а не самостоятельными видами. Однако для подтверждения этого необходимо исследование большего количества штаммов, обязательно включая типовые, по которым были описаны данные виды.
Морфологических отличий между телеоморфными стадиями, сформированными обоими изолятами, отмечено не было.
Плодовые тела – отдельные клейстотеции, от телесного и розового до красно-коричневого цвета, обычно располагаются под слоем воздушного мицелия, видны невооруженным глазом, круглые, достигают в диаметре 172.2 – 436.8 µm {267.8 ± 60.5 µm (n 45)} (здесь и далее, среднее ± стандартное отклонение, в скобках указана выборка), созревают на 14 – 56–й день в зависимости от состава питательной среды. Инициальная гифа плодового тела закрученная. Перидий имеет несколько слоев, представлен плотным сплетением септированных пигментированных гиф, которые в световом микроскопе имеют желтый или темнокоричневый цвет. Снаружи перидий может быть оплетен рыхлой сетью септированных вегетативных гиф, которая быстро исчезает при созревании плодовых тел, и тогда они голые. Сумки круглые, 8-споровые, быстро исчезающие, достигают в диаметре 6.9 – 11.5 µm {9.4 ± 1.1 µm (n 35)}. Аскоспоры бесцветные, эллипсоидальные с двумя гребнями, длина аскоспор с ребрами 4.2 – 5.8 µm {5 ± 0.4 µm (n 48)}, длина аскоспор, не считая ребер, 2.9 – 4.7 µm {3.7 ± 0.3 µm (n 59)}, ширина аскоспор 2.0 – 3.4 µm {2.8 ± 0.3 µm (n 51)}. Орнаментация аскоспор бородавчатая, края ребер широкие, зубчатые, могут слегка загибаться внутрь бороздки или кнаружи от нее.
Характерные особенности: плодовые тела светлоокрашенные, практически голые, клейстотеции с тонким перидием из нескольких слоев плотно переплетенных гиф. Аскоспоры двояковыпуклые с двумя сильно выдающимися экваториальными гребнями, орнаментация в виде сливающихся бородавочек выражена как на обеих сторонах аскоспор, так и в ложбине между ребрами.
Сходные плодовые тела и аскоспоры имеют несколько видов из семейства Trichocomaceae. Представители рода Emericella имеют похожее строение оболочки перитеция и форму аскоспор, но они окрашены в яркие красно-коричневые или фиолетовые цвета и окружены многочисленными стекловидными клетками. Виды рода Neosartorya имеют светлую окраску и сходное строение аскоспор, но перидий клейстотециев образован из одного или нескольких слоев рыхло переплетенных гиф.
Таким образом, видно, что не только уникальная анаморфная стадия, но и сочетание признаков строения полового спороношения специфичны для этого рода и отличают его от других представителей семейства Trichocomaceae.
Физиологические особенности. Изучение особенностей роста культур этих грибов на разных средах показало, что они усваивают широкий спектр источников углерода и азота, но дают очень слабый рост на средах с сахарозой в качестве единственного источника углерода. Наиболее обильный мицелий и спороношение развивались на средах с целлюлозой. Оба изолята проявили осмотолерантные свойства, хорошо развивались на средах с высокой концентрацией глюкозы до 400г/л и NaCl до 2M/л, что соответствует показателям активности воды до 0.86. Так же эти грибы могли развиваться на средах со значением показателя рН от 2 до 10, оптимальными были значения, близкие к нейтральным. Наиболее подходящая температура для образования плодовых тел – 22–25С, а для роста – 28С.
Все выделенные из аскоспор моноспоровые изоляты формировали фертильные клейстотеции, что позволяет утверждать, что данный гриб, скорее всего, является гомоталличным.
Проверка антагонистических свойств изучаемых культур не выявила противобактериальной активности в отношении использованных тестов, но показала их способность влиять на отдельные изоляты почвенных грибов.
Филогенетическое положение. В результате изучения голоморфы Heterocephalum мы выяснили, что гриб относится к семейству Trichocomaceae порядка Eurotiales класса Eurotiomycetes на основании строения плодовых тел и методом сравнения нуклеотидных последовательностей, проведенного как по консервативным, так и вариабельным участкам генома (LSU D1/D2;
ITS областей и гена -тубулина). Оба вида оказались близкими к видам рода Aspergillus из секции Sparsi, для которых не отмечена телеоморфная стадия.
Рядом расположена клада, в которую входят виды рода Emericella, имеющие такое же строение плодового тела и аскоспор, но отличающиеся наличием стекловидных клеток и окраской перитеция и аскоспор.
H. aurantiacum анаморфное H. taiense анаморфное спороношение спороношение H. taiense, конидиальная H. aurantiacum, H. taiense, конидии головка клейстотеции H. aurantiacum, молодые и зрелые аскоспоры Рисунок 5. Анаморфная и телеоморфная стадии Heterocephalum aurantiacum и H. taiense 3.9. Пещеры Для изучения видового богатства развивающихся в пещерах почвообитающих грибов было проанализировано 83 образца, отобранных в гротах из 17 пещер.
Обнаружено 93 вида микроскопических грибов из 39 родов.
Подавляющее большинство – анаморфные Ascomycota 81 вид (87%), лишь видов (5%) телеоморфные. Отдел Zygomycota представлен 7 видами (8%).
Наиболее характерны (отмечены более чем в трети проанализированных образцов) для пещер следующие виды: Aureobasidium pullulans, Clonostachys solani, Eupenicillium javanicum, Geomyces pannorum, Mortierella alpina, M. hyalina, Mucor hiemalis, Penicillium aurantiogriseum, P. chrysogenum, P. crustosum, P. expansum, P. glandicola, P. sclerotiorum, Talaromyces flavus, Trichoderma harzianum, T. polysporum и Wardomyces anomalus.
Особо следует отметить вид Geomyces pannorum, присутствующий, как правило, с высоким обилием практически во всех изученных гротах. Часто встречались Aureobasidium pullulans, Trichoderma polysporum и виды рода Mortierella (M. alpina, M. hyalina). Wardomyces anomalus был отмечен только при инкубировании посева при температуре +10°С. Эти грибы отличаются психротолерантными свойствами и, по-видимому, являются аборигенными обитателями пещер, способными активно развиваться в условиях низких температур и недостатка органических веществ. Относительно других видов можно предположить, что они, вероятно, были занесены с поверхности.
Наиболее характерные виды (Geomyces pannorum и Aureobasidium pullulans) являются типичными для тундровых почв северных территорий (Кирцидели и др. 1999, 2001, 2010, 2011).
Глава 4. СРАВНЕНИЕ ТАКСОНОМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ КОМПЛЕКСОВ ПОЧВЕННЫХ МИКРОМИЦЕТОВ РАЗЛИЧНЫХ ПРИРОДНЫХ ЗОН Полученные сопоставимыми методами данные позволили провести сравнительный анализ таксономической структуры комплексов культивируемых почвообитающих микромицетов регионов, расположенных в разных природных зонах.
Наибольшее количество материала собрано в средней полосе в пределах 49-56 с. ш., где работы проводили в хвойно-широколиственных и южно таежных лесах Московской и Тверской областей, на полуострове Камчатка, а также в горно-таежных лесах Северной Монголии. Таксономический состав в исследованных местообитаниях имеет много сходных черт. Самой северной точкой был стационар Мирное, расположенный в среднем течении Енисея (6220 с. ш.) в подзоне средней тайги. Наиболее близкой к экватору точкой проведения работ стали заповедные территории Южного Вьетнама (11 – 12° с. ш.), где материал был собран в равнинных и горных тропических лесах.
Доли представителей разных отделов грибов в видовом богатстве изученных регионов c умеренным климатом отличаются не сильно (рис. 6):
преобладают представители отдела Ascomycota (85–89%), доля отдела Zygomycota колеблется от 11 до 15%. Микобиота Вьетнама отличается меньшей долей зигомицетов (только 5%). Это выражено в большей степени в равнинных лесах и меньше в горных. Аналогичное снижение доли Zygomycota наблюдается на термальных площадках в Кроноцком заповеднике.
Другой особенностью микобиоты микромицетов тропических лесов является значительное разнообразие культур, не дающих спороношения на питательных средах. При анализе серии из 10 образцов, отобранных в умеренной зоне, выделялось от 2 до 8 различных морфологических типов, во Вьетнаме – до 32.
60 Basidiomycota 50 Ascomycota Zygomycota Е М ЗБС Тв К Кн Ктп ЮВ ЮВ р ЮВ г Рисунок 6. Доля (%) культивируемых представителей разных отделов в видовом богатстве почвообитающих микромицетов изученных регионов Обозначения: Е – Енисейская экологическая станция «Мирное», Красноярский край;
М – Биостанция «Конин Нуга», Западный Хэнтэй, Северная Монголия;
ЗБС – Московская область, Звенигородская биологическая станция;
Тв – Полевой стационар «Крутицы», Тверская область;
К – Кроноцкий заповедник, полуостров Камчатка, все местообитания;
К н – Кроноцкий заповедник, полуостров Камчатка, фоновые местообитания;
К тп – Кроноцкий заповедник, полуостров Камчатка, термальные площадки;
ЮВ – Южный Вьетнам, все местообитания;
ЮВ р – Южный Вьетнам, равнинная часть;
ЮВ г – Южный Вьетнам, горная часть.
Доли представителей разных порядков отдела Ascomycota в видовом богатстве изученных регионов (рис. 7) несколько отличаются. Во всех местах преобладают представители Eurotiales, на втором месте идут Hypocreales, далее Sordariales или Pleosporales. В тропических лесах возрастает относительная доля представителей Hypocreales при сокращении таковой у Eurotiales, и существенную роль начинают играть виды из порядка Xylariales, практически отсутствующие в умеренной зоне. Видовой состав ведущих порядков также меняется, во Вьетнаме выше их родовое богатство: в Eurotiales добавляются представители родов Hamigera, Rasamsonia;
в Hypocreales – Gliocladiopsis, Tubercularia, Stilbella, Rhizostilbella и др.
Рисунок 7. Доля (%) представителей разных порядков другие порядки отдела Ascomycota Xylariales от общего видового Dothideales богатства почвооби Capnodiales тающих микромице Pleosporales тов в изученных Sordariales Hypocreales регионах Eurotiales (обозначения аналогичны рис. 6) Е М ЗБС Тв К Кн К тп ЮВ ЮВ р ЮВ г Соотношение количества видов представителей ведущих родов Aspergillus и Penicillium в видовом богатстве изученных регионов представлены на рисунке 8. Отмечено увеличение относительного вклада представителей рода Aspergillus и связанных с ним телеоморф в тропиках и местообитаниях с экстремальными условиями (термальные площадки Кроноцкого заповедника). Это согласуется с данными Клич (Klich, 2002).
100% Рисунок 8.
Соотношение 90% количества видов (%) 80% родов Aspergillus и 70% Penicillium в видовом 60% богатстве Penicillium 50% Aspergillus почвообитающих 40% микромицетов 30% изученных регионов (обозначения 20% аналогичны рис. 6) 10% 0% Е М ЗБС Тв К Кн К тп ЮВ ЮВ р ЮВ г Состав видов рода Penicillium, выявленных в тропических лесах Вьетнама, отличается значительным количеством видов из подрода Biverticillium, связанных с телеоморфой Talaromyces. Тенденцию увеличения видового богатства этой группы к югу заметила еще Т.П. Сизова (1953).
Ординация видовых составов микромицетов изученных мест методом главных компонент (рис. 9) демонстрирует объединение большинства изученных таежных лесов и обособленность тропического. Первая ось описывает 23% варьирования, а вторая 17%.
Обособленность самой северной точки (Енисейского стационара Мирное) показывает своеобразие видового состава этого места (сравнительно невысокое видовое разнообразие, самая высокая доля представителей порядка Eurotiales, самая низкая – Hypocreales, много Dothideales). Это может быть связано как со своеобразием условий, так и с недостаточной изученностью места.
1 – Мирное, Красноярский край 2 – Конин Нуга, Северная Монголия 3 – ЗБС, Московская обл.
4 – Крутицы, Тверская обл.
5 – Кроноцкий заповедник, Камчатка 6 – Южный Вьетнам - 9 7 – Республика Бурятия - 8 – Степные заповедники 9 – Пещеры - - -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Рисунок 9. Ординация видовых составов почвообитающих микроскопических грибов изученных регионов. Метод главных координат, мера отличия Брея-Куртиса (Bray Curtis dissimilarities), присутствие-отсутствие видов, программа РСО3 (Anderson, 2003) Распространение отдельных видов. Комплексы культивируемых почвообитающих микроскопических грибов природных местообитаний различных регионов включают как космополитные виды, имеющие широкое распространение, так и виды приуроченные к определенным местообитаниям.
Во всех исследованных точках были отмечены Penicillium aurantiogriseum, P. simplicissimum, P. thomii, Trichoderma hamatum, T. harzianum.
Только во Вьетнаме выявлено 147 видов, среди которых как наиболее частые можно отметить Acremonium pteridii, Chaetomium malaysiense, Clonostachys byssicola, Nodulisporium gregarium, Scopulariopsis carbonaria, Talaromyces erythromellis, Talaromyces loliensis, Talaromyces primulinus.
Высокую встречаемость во Вьетнаме имели Penicillium citrinum, P. ochrochloron, Purpureocillium lilacinum. Также отмечено высокое разнообразие и обилие микромицетов, известных как потенциальные возбудители болезней растений из родов Colletotrichum, Curvularia, Fusarium, Graphium, Pestalotiopsis, Phoma, Tubercularia и др.
В результате впервые выявлены особенности таксономической структуры комплексов микромицетов тропических лесов, в сравнении с комплексами умеренных лесов: относительно высокое общее видовое разнообразие;
крайне низкое видовое богатство и обилие представителей отдела Zygomycota;
значительная доля микромицетов из порядка Hypocreales;
заметный вклад в видовое богатство видов порядка Xylariales;
относительно высокое разнообразие представителей рода Aspergillus и связанных с ним телеоморф;
сравнительно большое количество микромицетов, известных как потенциальные возбудители болезней растений;
высокое разнообразие и обилие морфологических форм грибов, не дающих спороношения на используемых питательных средах.
Глава 5. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ ПОЧВООБИТАЮЩИХ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ 5.1. Свободный мицелий макромицетов в лесных почвах Мицелий макромицетов доминирует в почве и подстилке и занимает в лесных экосистемах значительные участки. Биомасса свободного мицелия довольно велика и составляет от 1 – 2 до 50 – 60 мг/г почвы, а при пересчете на площадь от 1.5 – 2 т до 6 т/га (Великанов и др., 2005) и может достигать более 7 т/га (Fogel, Hunt, 1979). Свободный почвенный мицелий как сапротрофных, так и микоризообразующих макромицетов формирует вокруг себя специфическую микросреду обитания с измененными по сравнению с окружающей почвой свойствами – гифосферу (Thornton, 1953;
Великанов, Сидорова, 1983;