2. ig N I |g N II

   Время, сут

   тип. Учитываемая методом посева группа г-стратегов по­лучает селективные преимущества в системе и становится глав­ной, разнообразие в сообществе непрерывно падает, коэффициент К приближается к единице. Такую ситуацию можно наблюдать в экосистеме, где основная масса бактерий подавляется введен­ным извне антибиотиком, а одна из групп бактерий (г-стратегов) устойчива к нему.

IVтип. Селективное преимущество приобретает группа К-стра- тегов. Может происходить резкое падение численности всех групп микроорганизмов, но учитываемая методом посева груп­па r-стратегов падает быстрее, чем общая численность. При этом общее разнообразие микробов в системе уменьшается, а коэф­фициент К растет. Эта ситуация возникает при воздействии на экосистему экстремальных условий, когда преимущество полу­чают устойчивые формы (например, споры, цисты, некульти- вируемые формы).

За исключением последней ситуации (IV тип сукцессии), во всех случаях наблюдается взаимосвязь между ростом коэффици­ента К и увеличением количества К-стратегов, что позволяет применять этот показатель как индикатор изменений, происхо­дящих в комплексе почвенных микроорганизмов.

Однако имеются системы, где отсутствуют «поздние» стадии сукцессии, и нарастание разнообразия здесь связано не с разви­тием К-стратегов, а с развитием различных групп г-стратегов (ри- зоплана). Чтобы иметь точное представление о направлении сук­цессии, нужно знать динамику коэффициента К во времени. Для анализа различных экосистем сопоставление коэффициентов К должно проводиться с указанием абсолютных значений числен­ности микроорганизмов и этапа сукцессий, к которым относятся сопоставляемые значения.

Охарактеризовать изменение грибов в процессе сукцессии очень важно, так как они часто являются главным активным ком­понентом почвенной биоты. Актиномицеты объединяются с гри­бами; обе группы являются мицелиальными микроорганизмами и в их экологии много общего.

Методы изучения грибов и актиномицетов, как и бактерий, связаны либо с прямой микроскопией почвы, либо с посевами на питательные среды.

Учет длины гиф актиномицетов проводится на препаратах, окрашенных акридином оранжевым вместе с бактериями. Гифы грибов и их споры учитываются в люминесцентном микроскопе при их окрашивании калькофлуором белым.

Посев грибов обычно производят на подкисленную среду Ча­пека, сусло-агар или другие среды для грибов. Основная труд­ность при интерпретации метода посева состоит в том, что нельзя разграничить колонии, выросшие из мицелия или из спор. Очень информативным оказалось совокупное использование данных пря­мого микроскопического метода и посева на питательную среду.

Необходимо отметить большое (в 5 раз) возрастание длины мицелия грибов в течение первой недели после внесения в почву глюкозы. В остальных вариантах наблюдается 1,5-2-кратное уве­личение длины мицелия.

Возрастание числа колоний по посеву наступает либо почти сразу (со вторых суток), либо после небольшого снижения пока­зателя численности, которое можно объяснить тем, что в иссле­дованном образце до его увлажнения и внесения питательных веществ грибы находились в состоянии спор.

Чем больше возрастает численность грибов по посеву после внесения питательных веществ, тем медленнее происходит или не происходит ее снижение на поздних этапах сукцессии. При резком уменьшении длины мицелия грибов по прямому методу это может свидетельствовать о начале процесса массового споро­образования, приуроченного к более поздним стадиям микроб­ной сукцессии.

Одному и тому же числу колоний по методу посева могут со­ответствовать различные «состояния» комплекса почвенных гри­бов, а сам метод посева недостаточно характеризует их сукцес­сию, если иметь в виду определение численности.

С помощью посева с успехом изучают видовой состав почвен­ных грибов. По мере прохождения сукцессии в почвах на расти­тельных остатках и корнях растений выделяются различные фуп­пы фибов. Микологи сделали много подобных описаний. Кроме простой констатации факта наличия тех или иных видов на раз­личных стадиях сукцессии в почве проводится оценка структуры комплекса почвенных фибов по ряду параметров: частоте встре­чаемости, обилию видов, наличию доминантных и случайных форм для каждой стадии сукцессии, индексу видового разнооб­разия, сходству и др. Все эти подходы трудоемки и требуют на­личия специалиста по систематике фибов, к тому же видовая структура не вскрывает закономерностей функционирования почвенных фибов. Анализ специфики видового состава — это лишь один из возможных подходов в исследовании сукцессий. Смена видов — следствие изменения природы процессов, проис­ходящих в почве.

Для понимания стратегии фибов в почве большую ценность имеет знание параметров кинетики их роста.

Существует мнение, что фибы с высокой скоростью роста являются типичными первичными колонизаторами новых субст­ратов. Однако детально, с привлечением конкретных показате­лей роста этот вопрос почти не обсуждался. Методика определе­ния обычных параметров кинетики роста бактерий разработана.

Гораздо сложнее обстоит дело с мицелиальными микроорганиз­мами, рост которых происходит в жидкой среде в виде комочков мицелия, что не позволяет определять удельную скорость роста ц и концентрацию субстрата, обеспечивающую половину макси­мальной удельной скорости роста К_%. Было предложено опреде­лять параметры кинетики роста грибов и актиномицетов на твер­дой среде. Этот способ привлекает исследователей еще и тем, что рост на твердых средах (формирование колоний) в адгезирован- ном состоянии типичен для микроорганизмов, развивающихся в почве, а в настоящее время установлено изменение параметров роста микроорганизмов при переходе из свободного в адгезиро- ванное состояние.

Грибная колония после непродолжительного промежутка экс­поненциального роста переходит к линейному росту, который осуществляется за счет активной зоны, расположенной анало­гично индивидуальной гифе на периферии колонии. Перт пред­ложил модель для количественной характеристики роста коло­ний мицелиальных микроорганизмов, выделив в их строении две зоны: центральную и периферическую (со). Рост колонии идет за счет периферической зоны (со) так, что колония увеличивается в длину с постоянной скоростью (К_г):

К_г=/и со,

где /л — удельная скорость роста, со — ширина зоны активного ро­ста колонии, К_г — радиальная скорость роста колонии, которая определяется изменением радиуса колонии за единицу времени.

Для установления ценности экологических исследований по­казателя К_т изучали рост грибов с различными экологически­ми свойствами: Mortierella ramanniana и Mucor circinelloides. М. circinelloides встречается на первых стадиях разложения под­стилки и преобладает в почвах с высоким содержанием органи­ческого вещества. Mort. ramanniana выделяется в конце разложе­ния подстилки и из верхних почвенных горизонтов. Максимальная радиальная скорость роста у М. circinelloides была на порядок выше (0,530 мм/ч), чем у Mort. ramanniana (0,054 мм/ч). Наблюдается зависимость скорости роста грибов от концентрации субстрата. Так, максимальная радиальная скорость роста у М. circinelloides наблюдалась при 10%, а для Mort. ramanniana — при 0,005% глю­козы в среде, т.е. при резко различных концентрациях субстрата.

Таким образом, показатели скорости роста, определенные для М. circinelloides и Mort. ramanniana, соответствуют свойствам, проявляемым этими грибами в природе.

40 -

3210^:

70W

W 10'

123 456783 10 II Номер класса по к_г

50-

77-1 О¹

1 2 3 и 5 6 7 8 9 10 II Номер класса по К_г

Рис. 136. Распределение колоний микромицстов в черноземе (а) и в дер­ново-подзолистой почве (б) по классам значений радиальной скорости роста и общее число колоний грибов в 1 г почвы (в). Варианты:

/, 4— начальный момент сукцессии; 2 — 7-е сутки после увлажнения; 3, 5— 2-е сутки после внесения глюкозы; б — 7-е сутки после внесения глюкозы

sew³

5В-№

Интегральный показатель радиальной скорости роста комп­лекса почвенных грибов, выделяющихся на разных этапах сук­цессии, также может служить индикатором стадии сукцессии. Результаты изучения динамики показателя К_т для сахаролитиче­ских и целлюлозолитических грибов различны (рис. 136). Вне­сение в почву глюкозы вызывает 4-5-кратное увеличение К_г сахаролитических грибов, а внесение целлюлозы несколько со­кращает скорость роста данной группы, но в 2-3 раза увеличивает

скорость роста целлюлозолитических грибов. Однако К_г целлю- лозолитиков значительно ниже, чем у группы сахаролитических грибов. В ходе сукцессии происходят истощение питательных субст­ратов и активизация развития иных группировок, что ведет к относительному снижению роли двух упомянутых групп грибов и понижает среднюю радиальную скорость роста. Следователь­но, Kf является параметром весьма чувствительным к варьиро­ванию условий среды и характеризует изменение комплекса почвенных грибов во времени, являясь еще одним важным пока­зателем стадий микробной сукцессии в почве. Оказалось, что влияние внесения глюкозы в разных типах почв проявляется по- разному. Так, при внесении глюкозы в чернозем К, увеличивает­ся в 4-5 раз, а при внесении в дерново-подзолистую почву — толь­ко в 1,5 раза. Скорее всего это объясняется тем, что эквивалентное по весу внесение легкодоступного субстрата в различные почвы приводит к мобилизации имеющихся в них неэквивалентных резервов питания. Известно, что запас органического вещества в черноземе значительно больше, чем в дерново-подзолистой поч­ве. Кроме того, глюкоза при внесении в почву в рассматривае­мой концентрации (0,1%) расходуется очень быстро — за 1 сут­ки. Максимальный рост мицелия грибов наблюдается значительно позднее — на 3-7-е сутки. Глюкоза является более эффективной «затравкой», чем простое увлажнение или внесение целлюлозы. В процесс также включается использование собственных почвен­ных органических веществ. Большая эффективность глюкозы означает, что в ее присутствии в почве создаются более высокие концентрации простых органических соединений, которые и бла­гоприятствуют интенсивному развитию грибов с высокими зна­чениями радиальной скорости роста. Поэтому внесение 1%-го раствора глюкозы в чернозем и дерново-подзолистую почву вы­зывает одинаковый по направлению, но разный по абсолютной величине сдвиг средней радиальной скорости роста комплекса почвенных микромицетов.

При этом происходит перестройка структуры комплекса, при­чем одному и тому же значению К_х в двух почвах может соответст­вовать разное распределение микромицетов по скоростям роста. Для того чтобы изучить это распределение, было выбрано 15 клас­сов значений радиальной скорости роста колоний грибов, кото­рые захватывали весь диапазон встретившихся в опыте К_т отдель­ных колоний

Сопоставление К_г с распределением микромицетов по скоро­стям роста показывает, что одному и тому же К_г = 0,25 мм/ч, ко­торое наблюдается в черноземе на 7-е сутки после увлажнения, а в дерново-подзолистой почве — на 7-е сутки после увлажнения и внесения глюкозы, соответствует разное распределение грибов по классам (см. рис. 136). В дерново-подзолистой-почве доми­нирует класс с низкими значениями Л"_г = 0,10 мм/ч, а в чернозе­ме — класс с более высокими К_т = 0,22 мм/ч, что совпадает со средним К_х Следовательно, в двух различных типах почв отмеча­ется неодинаковая структура комплексов микромицетов по по­казателям скорости роста. Кроме того, было выяснено, что низ­кие значения К_т связаны с преобладанием одного или нескольких классов медленнорастущих фибов (рис. 136, б, в). Эта общая для обеих почв закономерность изменяется при переходе К_х в об­ласть высоких значений. В этом случае распределение колоний по классам в черноземе становится более равномерным. Среднее значение К_т совпадает или близко к значению К_г класса, имею­щего максимум колоний (рис. 136, б).

В обеих почвах была выявлена тенденция к усложнению струк­туры, увеличению разнообразия при повышении среднего К_т. Оценку разнообразия сообщества проводили с помощью коэф­фициента Шеннона по формуле:

и ^Г п Pi

где Pi — -=~—, N— доля колонии микромицетов /-го класса.

Более высокому значению К_г соответствует более высокое значе­ние коэффициента Шеннона (рис. 137).

При посеве на питательную среду учитывается суммарное ко­личество грибных зачатков (споры, мицелий). Для того чтобы определить, происходит ли при повышении разнообразия сооб­щества развитие всех фибов или только тех, у которых высокие значения К_т, необходимо знать общую численность фибов, оп­ределяемую по методу посева, и распределение колоний по ско­рости роста в последовательные промежутки времени. Часто даже может и не происходить изменений в общем количестве фибов, но перестройка в комплексе микромицетов тем не менее наблю­дается: снижается численность микромицетов с низкими значе­ниями К_т, а с высокими — увеличивается (см. рис. 136). При ини­циации сукцессии происходит прорастание фибных зачатков всех микромицетов, затем фибы с низкими значениями К_т подавля­ются тем сильнее, чем выше нарастает численность фибов с вы­сокими значениями К_т.

а — распределение микромицетов по значениям радиальных скоростей роста r дерново- подзолистой почве на 7-е сутки после внесения глюкозы (/) и в черноземе после увлажне­ния (2). Структура комплекса почвенных грибов при внесении глюкозы в черноземе (6) и в дерново-подзолистой почве (в) по показателям радиальной скорости роста в начальный момент времени (!) и при максимальном значении К_гср (J); для б: 1— = 0,13 мм/ч, Н = 1,3; 2 — К, _ср = 0,54 мм/ч, Н = 3,3; для «: /- К, _tp = 0,16 мм/ч,' Н = 1,5; 2 —

К_г, мм/ч

К_г, мм/ч

Рис. 137. Показатели развития микромицетов:

А;_С1)=0,26 мм/ч, Н = 2,3

В ходе общей сукцессии микроорганизмов в почве после обиль­ного развития грибов происходит развитие комплекса почвенных бактерий и актиномицетов (рис. 138). Почвенные грибы развива­ются на первых этапах микробной сукцессии, и их максимальная биомасса на два порядка превышает биомассу почвенных бактерий и

Рис. 138. Сукцессия бактерий (/), ак­тиномицетов (2) и грибов (J) в двух разновидностях дерново-подзолистой почвы:

а — число клеток бактерий на I г почвы, б — длина мицелия фибов (м/г), с — длина мицелия акти­номицетов (м/i)

актиномицетов, что позволяет считать грибы абсолютными до­минантами. Грибной мицелий обладает на 1-2 порядка большей линейной скоростью роста (50-1000 мкм/ч) по сравнению с акти- номицетами (1-10 мкм/ч), грибы более эффективно колонизуют субстрат. Развитие бактерий и актиномицетов на поздних этапах сукцессии обеспечивается за счет использования отмирающего грибного мицелия. Широко распространенную у актиномицетов хитиназную активность логично связывать с высоким содержа­нием хитина в клеточной стенке грибного мицелия.

Все подходы, использованные для грибов, в настоящее время применяются для актиномицетов. Отметим, что актиномицеты — очень своеобразная и особая в экологическом отношении группа почвенных микроорганизмов, хотя в систематическом отноше­нии они в настоящее время занимают довольно скромное поло­жение как ветвь грамположительных бактерий. Мицелиальное строение придает им особые экологические особенности и де­лает их отличными от прочих прокариот. От грибов их отличает то, что они являются прокариотами с более тонким мицелием (тоньше в 5-10 раз) и относительно низкой скоростью роста.

a Igc		a	Igi
-2,8	i	V	-	2,9
-2,4	il	l 2 ffiCC-	/	2,7
-2,0				15
- V	P			13
1,2		V X. I		2,1

99 V

9.1

01

п ?

ш

Таким образом, К и К_г являются важными количественными критериями, которые позволяют регистрировать сукцессионные изменения в комплексе почвенных микроорганизмов. С помо­щью этих показателей и анализа динамики микробных группи­ровок оказалось возможным показать, что после внесения раз­личных органических веществ в одной и той же почве могут складываться сообщества разной степени зрелости. Внесение глю­козы создает наиболее незрелую стадию микробной сукцессии,

внесение целлюлозы — более зрелую. По мере удаления от мо­мента внесения органического вещества в почву возникает все более зрелая система.

Рассмотрим группировки микроорганизмов и характерные показатели для почвы, в которую внесены глюкоза или целлюло­за. Показаны границы варьирования численности микроорганиз­мов различных групп, минимумы и максимумы численности раз­ных групп микроорганизмов (табл. 18). Видно, что I и II группы резко различны по всем показателям. В этих группах скорость роста также различна (табл. 19). Результаты определений показа­ли, что 1 группа обладает признаками г-стратегии: высокими по­казателями удельной скорости роста, приуроченностью макси­мума развития к начальным этапам (отсутствие фазы задержки роста), широкой амплитудой колебаний численности, приуро­ченностью максимума численности к одному промежутку време­ни, которая может рассматриваться как отсутствие жесткой кон­куренции между ними, активным освоением легкодоступного субстрата, быстротой роста на обычных питательных средах.

Таблица 18