ОЦЕНКА ВИДОВОГО СОСТАВА МИКОБИОТЫ И АКТИВНОСТИ ОКСИДАЗ В ЕСТЕСТВЕННЫХ И АНТРОПОГЕННО НАРУШЕННЫХ ПОЧВАХ АЗЕРБАЙДЖАНА

ASSESSMENT OF MYCOBIOTA SPECIES COMPOSITION AND OXIDASE ACTIVITY IN NATURAL AND ANTHROPOGENICALLY DISTURBED SOILS OF AZERBAIJAN

Aliyeva Lala Arif

PhD in Biology, Senior Researcher, Institute of Microbiology, Ministry of Science and Education of the Republic of Azerbaijan,

Republic of Azerbaijan, Baku

Irada Khalid Babayeva

PhD in Biology, Associate Professor, Head of Laboratory, Institute of Microbiology, Ministry of Science and Education of the Republic of Azerbaijan, Republic of Azerbaijan, Baku

Vusala Kamaladdin Isayeva

PhD in Biology, Senior Researcher, Institute of Microbiology, Ministry of Science and Education of the Republic of Azerbaijan,

Republic of Azerbaijan, Baku

АННОТАЦИЯ

В проведённых исследованиях были изучены почвы различных районов Азербайджана, отличающиес я по степени и характеру антропогенного воздействия. Оценка проводилась по видовому составу микобиоты и активности оксидазных ферментов. Установлено, что в формировании микобиоты исследованных почв участвуют 48 видов грибов. Видовое разнообразие и распределение грибов по биотопам зависят от степени загрязнения и его источника. Во всех случаях отмечено, что в относителъно чистых почвах видовое разнообразие грибов значительно выше.

ABSTRACT

This study examined soils from various regions of Azerbaijan, differing in the degree and nature of anthropogenic impact. The mycobiota composition and oxidase enzyme activity were assessed. It was found that 48 fungal species contribute to the formation of the mycobiota in the studied soils. The species diversity and distribution of fungi across biotopes depend on the degree of pollution and its source. In all cases, it was noted that relatively clean soils had significantly higher fungal species diversity.

Ключевые слова: чистые и загрязнённые почвы, микобиота, оксидазы.

Keywords: clean and contaminated soils, mycobiota, oxidases.

Почва является одним из ключевых компонентов биосферы и играет важнейшую роль в обеспечении потребностей живых организмов, прежде всего человека, в продуктах питания, то есть обладает выраженной агроэкологической функцией. Эта функция определяется совокупностью количественных и качественных параметров, среди которых биологические показатели считаются наиболее значимыми[6].  Благодаря активности микробиоты в почве происходят такие процессы, как разложение растительных остатков, синтез и минерализация гумуса, превращение трудноусвояемых питательных веществ в доступные формы, фиксация атмосферного азота и др. [5]. 

Сохранение жизнеспособности биологических систем Земли, а также поддержание здоровья живых организмов, включая человека, напрямую связано с состоянием почвенных экосистем[4].  Однако растущее антропогенное давление на окружающую среду приводит к существенным изменениям физико-химических и биологических характеристик почвы. Эти изменения затрагивают прежде всего микроорганизмы, обитающие в почве, и отражаются на их видовой структуре, численности и функциональной активности. Известно, что биологическая активность почвы определяется суммарной деятельностью её живых организмов — прежде всего грибов и бактерий[10]. Поэтому оценка биологического состояния почвы по составу микробиоты является важным индикатором.

Целью представленной работы явилась оценка микромицетов, выделенных из почв различных регионов Азербайджана — как чистых, так и подвергшихся антропогенному воздействию по следующим параметрам: видовой состав грибной биоты и активность фенолоксидаз, играющих важную  роль в почвообразовательных процессах.

Почвенные образцы были собраны преимущественно в северо-восточной части Азербайджана и на Апшеронском полуострове (регион Большого Кавказа). В исследование включены как относительно чистые почвы, так и почвы, подвергшиеся антропогенному и техногенному воздействию (в том числе нефтяному загрязнению). Отобранные образцы анализировали по видовому составу микобиоты, а также по активности пероксидазы и полифенолоксидазы у выделенных из почвы грибов.

Глубина отбора составляла 0–20 см. Всего было отобрано свыше 300 образцов, при этом учитывался сезонный фактор.

Для получения чистых культур использовались стандартные твёрдые питательные среды: агаризованный солодовый экстракт, среда Чапека , картофельный агар, агар Сабуро.

Выделение, очистка и хранение культур проводились по общепринятым микробиологическим методам [2, 9].  Чистота культур контролировалась микроскопом (микроскоп МБИ-7).

Идентификация грибов осуществлялась по культурально-морфологическим признакам с использованием стандартных определителей микромицетов [1, С.7-8].

Активность пероксидазы, а также других оксидаз (полифенолоксидазы и каталазы) в почве определяли по стандартным методикам, разработанным Ф.Х.Хазиевым[3]. Ферментативная активность выражалась в количестве пурпургаллина (в мг), приходящегося на 1 грамм почвы.

Биосфера как глобальная экосистема является средой для обитания и питания множества живых организмов. Однако в результате нерационального использования природных ресурсов многие территории подвергаются загрязнению различного характера. Это приводит к накоплению в почве тяжёлых металлов, вредных и токсичных соединений, других загрязняющих веществ. Подобные изменения нарушают жизнедеятельность организмов, прежде всего высших растений, структуру естественной биоты почвы, формирование новых, изменённых микробиологических комплексов. Такие техногенные воздействия также способствуют формированию в почве специфической микобиоты, отличающейся от естественной. Определение этих изменений играет важную роль для анализа состояния почвы и управления процессами её восстановления. Для оценки влияния загрязнения были проанализированы почвы различных типов.

В результате было выделено 62 штамма микроскопических грибов, которые принадлежали 41 виду. Из них 3 вида относились к роду Alternaria (A.alternata, A.chlamydospora и A.solani) 6 видов к Aspergillus (A.flavus, A.fumigatus, A.nidulans, A.niger, A.oryzae и A.ustus), 2 вида - Cladosporium (C.cladosporides и C.herbarum), 4 вида к Fusarium (F.dimerum, F.culmorum, F.moniliforme  и F.solani), 12 видов к Penicillium (P.adametzii, P.citrinum, P.cuclopium,  P.expansum, P.frequentans, P.funiculosum, P.implicatum, P.jensenii, P.melinii, P.rubrum, P.thomii P.wortmanii), 3 вида к Trichoderma (T.asperellum, T.harzianum и T.viride) и др.

При анализе видового состава микромицетов в разных биотопах установлено, что  всех случаях число видов грибов снижается в загрязнённых почвах по сравнению с относительно чистыми. Наиболее сильное сокращение отмечено в почвах, загрязнённых нефтью. Кроме того, в зависимости от антропогенного воздействия изменяется и эколого-трофическая структура микокомплекса, характерная для каждого биотопа, что проявляется в снижении удельного веса сапротрофности в микокомплексе относительно чистых почв и увеличении политрофности. Аналогичная ситуация прослеживается и в отношении токсинов, являющихся проявлениями эколого-трофической специализации.

При анализе видового состава грибов из разных участков выяснилось, что во всех случаях с ростом числа зарегистрированных видов грибов снижается видовой состав микоразнообразия, характерный для соответствующих почв, что наиболее выражено в нефтезагрязненных почвах. Кроме того, в зависимости от антропогенного воздействия изменяется и эколого-трофическая структура микокомплекса, характерная для каждого биотопа, что проявляется в снижении удельного веса сапротрофности в микокомплексе относительно чистых почв и увеличении политрофности. Аналогичная ситуация повторяется и в отношении токсинов, являющихся проявлениями эколого-трофической специализации.

Хотя во всех случаях в результате антропогенного воздействия видовой состав микобиоты снижается, в формировании микобиоты каждой территории, наряду с общими видами, число которых колеблется в пределах 2–4 видов для каждого биотопа, участвуют и специфические виды, то есть для каждой изучаемой в результате антропогенного воздействия территории характерен микокомплекс, несущий в себе в определенном смысле признаки специфичности.

Было выявлено, что среди основных источников ферментативной активности почв особую роль играют грибы, являющиеся активными продуцентами пероксидазы, а также полифенолоксидазы и каталазы. В зависимости от вида, для каждого вида гриба наблюдается определeнная закономерность, поскольку добавление в среду органических и неорганических источников азота по отдельности и в различных сочетаниях приводит к повышению активности пероксидазы у одних, снижению – у других и полному прекращению – у остальных. Количественный показатель снижения и повышения формируется в зависимости как от биологических свойств грибов, так и от природы источников азота.

Установлено, что микромицеты, синтезирующие фермент пероксидазу, отличаются друг от друга как по характеру распространения в почвах, так и по уровню активности, поскольку число активных штаммов микромицетов, зарегистрированных в почвах, распространенных на лесных территориях, колеблется в пределах 20–52%, а синтез пероксидазы у них происходит индуктивным путем, но индуктор каждого гриба в определенном смысле специфичен. Общая пероксидазная активность микромицетов, распространенных в антропогенно нарушенных, особенно нефтезагрязнённых почвах, выше, чем у микромицетов, распространенных в относительно чистых почвах. Следовательно, роль пероксидазы, синтезируемой грибами, распространенных в антропогенно-нарушенных почвах, характеризуется более активным участием в деградации ксенобиотиков, вызывающих загрязнение.

Таким образом, в результате проведенных исследований собраны фактические данные, которые служат расширению знаний об активности фермента пероксидазы как почв, так и микромицетов, распространенных в этой же почве.

Список литературы:

1. Вишневский, М. Грибы : атлас-определитель. 2-е изд. -Москва : Манн, Иванов и Фербер, 2023. — 96 с.
2. Нетрусов, А.И. Егорова М.А., Захарчук Л.М. и др. Практикум по микробиологии. - М.:Издательский центр «Академия»,  -2005,  -608с.
3. Хазиев Ф. Х. Ретроспективы и проблемы почвенно-энзимологических исследований в Башкортостане // Вестник Академии наук Республики Башкортостан. 2014. №3. C.5-14
4. Chen, Q., Song, Y., An, Y. et al. Soil Microorganisms: Their Role in Enhancing Crop Nutrition and Health.// Diversity, 2024,  16(12), 734. https://doi.org/10.3390/d16120734
5. Deveau, A., Bonito, G., Uehling, J. et al.  Bacterial–fungal interactions: ecology, mechanisms and challenges// FEMS Microbiology Reviews, 2018, v. 42, iss. 3, p.335–352, https://doi.org/10.1093/femsre/fuy008
6. Ghannem, S., Bacha, O., Fkiri, S. et al.   Soil and Sediment Organisms as Bioindicators of Pollution.// Ecologies, 2024, v.5(4), -p. 679-696. 
7. Kirk, P.M., Cannon, P.F., Minter, D.W., Stalpers, J.A. Dictionary of the fungi, 10th edn. CABI publishing – Wallingford(UK), 2008, 784p. 
8. Li D.W., Magyar D., Kendrick B. Color Atlas of Fungal Spores. A laboratory identification Guide. -ACGIH,  2023, 862p.
9. Maheshwari, R. Fungi: Experimental Methods In Biology, 2th Edition. -CRC Pres, 2016, 358p.
10. Wang X, Chi Y, Song S. Important soil microbiota's effects on plants and soils: a comprehensive 30-year systematic literature review.//Front Microbiol., 2024, 25, 15:1347745. doi: 10.3389/fmicb.2024.1347745.