• Научные исследования

09.06.2025

Сравнительный анализ видового состава микромицетов каштановой почвы и чернозема выщелоченного

Все типы почвы заселены сообществами микроорганизмов, относящихся к разным царствам и отделам. Они формируют фитосанитарное состояние почвы и наряду с погодными условиями, технологиями земледелия отвечают за ее биологическую активность. Микроскопические почвенные организмы выполняют важные функции в разложении остатков биоценоза, синтезе и деструкции гумуса, формировании фитосанитарного состояния почвы и накоплении в ней биологически активных веществ, превращении труднодоступных форм питательных веществ в усвояемые для растений формы, фиксации молекулярного азота атмосферы.

Важной и необходимой составляющей почвенной микрофлоры являются микроскопические грибы — микромицеты. Они обладают широким набором различных ферментов, с помощью которых одни грибы (сапротрофы) способствуют большинству процессов преобразования органического вещества, а другие (фитопатогены) вызывают болезни растений. Так, например, к полезной микофлоре относятся грибы рода Trichoderma spp., которые выделяют вещества, способствующие разложению растительных остатков, и токсины-антибиотики, подавляющие развитие фитопатогенной микобиоты, то есть они обладают супрессивностью. Некоторые грибы рода Fusariumspp., выделяя токсины, вызывают корневые гнили и увядание растений. Грибы Aspergillusspp. и Mucorspp., попадая на семена сельскохозяйственных культур, приводят к их плесневению при хранении.

Биологическое разнообразие почвенной микофлоры (количественный и видовой состав) зависит от климатических условий, уровня увлажнения территории, произрастающей растительности, а также типа почвы. Так, в дерново-подзолистой почве (г. Пермь) отмечено присутствие родов Penicillium spp., Trichoderma spp., Mortierella spp., Mucor spp. и Rhyzopus spp. с преобладанием представителей рода Mucor spp., содержание которых превысило другие роды грибов в 3–15 раз.

В серых лесных почвах видовой состав микроскопических грибов более разнообразен. Из почвенных образцов выделены представители 9 родов, 4 из них являются фитопатогенными: Mucor spp., Chaetomium spp., Alternaria spp., Aspergillus spp., Penicillium spp., Trichoderma spp., Fusarium spp., Rhizopus spp., Verticillium spp.

Изучение видового состава и структуры микробиома почв в широколиственных и смешанных лесах в Воронежской области свидетельствовало о более высоком биологическом разнообразии микромицетов по сравнению с дерново-подзолистой и серыми лесными почвами. Из образцов почвы выделены микроскопические грибы из 20 родов, относящихся к отделам Ascomycota и Zygomycota. Преобладанием по числу видов и частоте встречаемости отличался род Penicillium spp.

В черноземе выщелоченном (г. Краснодар, х. Октябрьский), по данным автора, в 2020–2022 гг. содержались микромицеты 6 родов: Trichoderma spp., Cladosporium spp., Реnicillium spp., Aspergillus spp., Fusarium spp., Mucor spp., с преобладанием Trichoderma spp. и Fusarium spp.

Данные исследований биологического разнообразия микромицетов свидетельствуют о том, что общими для всех вышеуказанных типов почвы являются грибы-супрессоры Trichodermaspp., условно-патогенные грибы родов Реnicillium spp. и Mucor spp.

При изучении видового состава разных подтипов каштановых почв установлено, что в светло-каштановых почвах Поволжья наибольшая частота встречаемости отмечена у микромицетов родов Реnicillium spp. и Aspergillus spp., что составляло 60% от общего количества выделенных микромицетов. В этих почвах отмечено присутствие представителей родов Mortierilla spp., Verticillium spp., Gliocladiumspp. и др. В каштановых почвах Ленкоранской области Азербайджана, как показано исследованиями зарубежных ученых, доминирующими являются микромицеты родов Aspergillus spp., Fusarium spp., Mucor spp., Chaetomium spp.

Таким образом, для разных подтипов каштановых почв общими являются представители рода условно-фитопатогенных грибов Aspergillus spp.

Как следует из приведенных литературных данных, у некоторых микромицетов отмечается экологическая пластичность, которая является одним из показателей их адаптивного потенциала. Такие роды микроскопических грибов обладают приспособительными свойствами к изменяющимся условиям среды, что позволяет им существовать в разных климатических и почвенных условиях и способствует их широкому распространению.

Информации о видовом и количественном составе микромицетов каштановых маломощных почв в регионах Российской Федерации, а также о разнице между этим типом почвы и другими в доступной литературе крайне недостаточно.

Цели исследований — определение видового и количественного состава почвенных микромицетов, находящихся в каштановой среднемощной почве и черноземе выщелоченном, их частоты встречаемости и экологической пластичности, а также установление доминантных видов микромицетов в изученных типах почвы.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили в 2023–2024 гг. в лабораторных условиях отдела селекции рапса и горчицы Федерального научного центра «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур им. В.С. Пустовойта». Объектами исследования служили микроскопические грибы, содержащиеся в разных типах парующей почвы в регионах Южного федерального округа, — каштановой (Котельниковский р-н, Волгоградская обл.) и чернозема выщелоченного (х. Октябрьский, г. Краснодар). Эти типы почвы выбраны в связи с тем, что производители возделывают на них схожий спектр сельскохозяйственных культур — зерновые, а также такую масличную культуру семейства капустных, как горчица сарептская яровая.

Вместе с этим интерес вызван и разницей между ними, которая состоит в первую очередь в содержании гумуса в пахотном слое: в каштановой почве его в два раза меньше по сравнению с черноземом выщелоченным — 1,5–2,1% против 3,08–4,03%. Содержание макроэлементов в каштановой почве: азота — 0,3–0,9; подвижного фосфора — 0,6–1,4; обменного калия — 17,4–26,6 мг / 100 г почвы; в черноземе выщелоченном — 17,5–29,0, 10,0–20,0 и 35,0–42,0 мг / 100 г почвы соответственно.

Емкость поглощения каштановой почвы составляет всего 20–30 мг-экв на 100 г почвы, чернозема выщелоченного — 40–50 мг-экв на 100 г почвы. Гидротермический коэффициент (ГТК) в южной части Волгоградской области — 0,3–0,9, на х. Октябрьский — 0,8–1,2.

Отборы проб для проведения микробиологического анализа производили на глубину почвы до 20,0 см, так как в этом слое в большинстве типов почв протекают основные биохимические процессы превращения органического вещества, создаются более благоприятные условия влажности и аэрации и содержится основное количество всех почвенных микроорганизмов.

Пробы почвы брали стерильными инструментами в пяти точках на участках, освобожденных от растительности. Далее все пробы объединяли, из среднего образца отбирали 1 г. В эту навеску добавляли небольшое количество стерильной водопроводной воды, доведя до пастообразного состояния, и растирали пестиком в ступке в течение 5 мин. Первое разведение осуществляли в стерильной посуде, добавляя стерильную воду в соотношении 1:10 к весу почвы. Затем в течение 10 мин. вертикально встряхивали почвенную суспензию первого разведения в пробирках с резиновыми пробками. После этого стерильной пипеткой отбирали 1 мл и переносили в пробирку с 9 мл стерильной водопроводной воды. В этом случае получали второе разведение (1:100), содержащее 0,01 г почвы в 1 мл суспензии.

Таким же образом готовили третье разведение (1:1000), содержащее 0,001 г почвы в суспензии. Подготовленное третье разведение использовали для посева суспензии на поверхность твердой питательной среды Чапека в количестве 0,2 мл на одну чашку Петри. Одинаковое количество суспензии на каждую чашку Петри отмеряли при помощи одноканального дозатора. Суспензию распределяли по поверхности среды стерильным фарфоровым шпателем. Культивирование микромицетов проводили при температуре воздуха 25 °С в течение 10 сут., подсчитывали количество колоний в каждой чашке, производили расчет на 1 г сухой почвы. Идентифицировали микромицеты с использованием микроскопа Motic ВА300 компании Motic (Китай) при увеличении 400х.

При оценке видового состава почвенных микромицетов для установления доминантных видов определяли их обилие (плотность, долю) вида — соотношение количества колониеобразующих единиц (КОЕ) конкретного вида гриба к общему количеству КОЕ всех видов, выраженное в процентах, а также пространственную частоту встречаемости, которую подразделяли на низкую (до 30%), среднюю (31–60%) и высокую (61% и более).

Доминантность видов микромицетов определяли по их обилию: абсолютные доминанты — свыше 50% от всех имеющихся форм, доминанты первого ранга — 26–50%, доминанты второго ранга — 5–25%.

В ходе исследований оценивали экологическую пластичность выделенных микромицетов, которая подразумевает их способность существовать в определенном диапазоне какого-либо экологического фактора (температуры, влажности почвы, содержания в ней макро- или микроэлементов). Статистически значимым считалось значение с р ≤  0,05, р  ≤  0,01. Достоверность коэффициентов корреляции определяли методом Р. Фишера.

Результаты и обсуждение

В результате исследований из образцов каштановой почвы и чернозема выщелоченного выделены микромицеты и бактерии (в том числе и актиномицеты) (табл. 1). Помимо этого, в образцах каштановой почвы выявлены представители класса грибоподобных организмов Oomycetes — род Pythiumspp. (возбудители черной ножки растений), численность которых составила 5,0 х 10³ КОЕ/г. Количество КОЕ остальных установленных групп микроорганизмов в черноземе выщелоченном превысило таковое в каштановой почве: микромицетов — на 18,5 х 10³ КОЕ/г, актиномицетов — на 12,0 х 10³ КОЕ/г, других типов бактерий — на 12,5 х 10³ КОЕ/г.

При изучении видового состава микромицетов парующей каштановой почвы в лабораторных условиях установлена их принадлежность к разным группам трофической специализации: патогенные, условно-патогенные для растений и сапротрофные. Все выделенные микромицеты относились к двум отделам царства грибов — Ascomycota и Mucoromycota (табл. 2).

Первый учет численности микромицетов и грибоподобных организмов на твердой питательной среде Чапека в чашках Петри стало возможным провести на третьи сутки после закладки опыта. В это время отмечен рост мицелия видов рода Pythiumspp. Далее учеты проводили каждые сутки, последний учет — через 10 сут.

Наиболее многочисленным являлся отдел Ascomycota: 91% видов от общего количества выявленных видов микромицетов относился к этому отделу. Установлено, что доминирующее положение по численности занимали грибы Penicillium spp., относящиеся к условно-патогенным ввиду того, что при попадании на семена сельскохозяйственных культур во время уборки урожая они способны вызывать их плесневение. Показатель обилия Penicillium spp. в каштановой почве составил 37%, что позволяет отнести их к доминантам первого ранга (рис. 1). Наиболее многочисленным являлся вид Penicillium lanosocoeruleum Thom.

Роды фитопатогенных грибов Cladosporium spp., Fusarium spp., Botryotinia spp. и сапротрофных Acremonium spp., Mortierella spp. относились к доминантам второго ранга, показатель их обилия составлял 6–18%. Отмечено, что внутри рода Fusarium spp. количественным преимуществом выделялся вид Fusarium oxysporum Schlecht. emend. Snyd. et Hans. (обилие вида 6%).

Доля видов родов Alternaria spp., Aspergillus spp. и Mucor spp. была минимальной — 2–4% от общего количества выделенных видов микромицетов.

С целью изучения пространственной частоты встречаемости микромицетов были отобраны образцы почвы на 24 участках Котельниковского района. Высокая частота встречаемости отмечена у родов Penicillium spp. (83%) и Fusarium spp. (67%), средняя — у Cladosporium spp., Acremonium spp., Botryotinia spp. и Mortierella spp. (33–58%), низкая — у Alternaria spp., Aspergillus spp. и Mucor spp. (8–25%) (рис. 2).

Следовательно, наибольшая плотность видов и пространственная частота встречаемости отмечены у рода грибов Penicillium spp., которые, по данным исследований автора, приспособились к существованию в условиях недостатка продуктивной влаги и низкого содержания макроэлементов в почве.

При изучении образцов парующего чернозема, выщелоченного в годы исследований, установлено, что выделенные микромицеты по трофической специализации подразделялись на патогенные, условно-патогенные и сапротрофные и относились к двум отделам — Ascomycota и Mucoromycota (табл. 3).

Первый учет численности микромицетов в лабораторныхь условиях на твердой питательной среде Чапека в чашках Петри стало возможным провести на четвертые сутки после закладки опыта. В это время отмечен рост мицелия видов рода Penicillium spp. и Mucor spp. Далее учеты проводили каждые сутки, последний учет — через 10 сут.

Наиболее многочисленным являлся отдел Ascomycota: 96% видов от общего количества относились к этому отделу. Биологическое разнообразие микобиоты в черноземе выщелоченном значительно ниже по сравнению с каштановой почвой — 6 родов против 9. Установлено, что доминирующее положение по численности занимали грибы-супрессоры Trichoderma spp. и патогенные грибы Fusarium spp. Показатель их обилия составил в среднем в годы исследований 36% и 45%, что позволяет отнести их к доминантам первого ранга (рис. 3).

Отмечено, что внутри рода Trichoderma spp. наиболее многочисленными являлись виды T. viride и T. Citrinoviride — 13% и 14% соответственно, а внутри рода Fusarium spp. — вид Fusarium oxysporum Schlecht. emend. Snyd. et Hans. (24% от всех выявленных видов этого рода).

Род фитопатогенных грибов Cladosporium spp. относился к доминантам второго ранга, показатель его обилия составлял 11%. Доля видов родов Penicillium spp., Aspergillus spp. и Mucor spp. была минимальной — 1–4% от общего количества выделенных видов микромицетов.

При изучении пространственной частоты встречаемости микромицетов были отобраны образцы почвы на 20 участках (х. Октябрьский). Высокая частота встречаемости отмечена у родов Trichoderma spp., Fusarium spp. (по 100%) и Penicillium spp. (75%). У родов Cladosporium spp., Aspergillus spp. и Mucor spp. пространственная частота встречаемости была средней, составив 50%, то есть эти роды встречались в половине образцов почвы (рис. 4).

Исходя из данных исследований, наибольшая плотность (обилие) видов и пространственная частота встречаемости в черноземе выщелоченном отмечены у родов Trichoderma spp. и Fusarium spp. Следовательно, оптимальные условия для жизнедеятельности этих микромицетов складываются в условиях высокой емкости поглощения влаги и достаточно высокого содержания макроэлементов в почве, которое превышает каштановую почву по содержанию азота в 32–58 раз, фосфора — в 14–16 раз, калия — в 1,5–2 раза.

Оценка соотношения родов микромицетов по трофической специализации в разных типах почвы показала, что в каштановой почве большинство выделенных родов относилось к патогенным (44% от общего количества родов), а в черноземе выщелоченном — условно-патогенным (50%) (табл. 4).

Таким образом, в обоих типах изучаемой почвы выявлены микромицеты родов Cladosporium spp., Fusarium spp., Penicillium spp., Aspergillus spp. и Mucor spp., что позволяет сделать вывод об их экологической пластичности и приспособленности к разным условиям увлажнения среды и разному уровню минерального питания и отнести их к эврибионтам.

Грибы родов Acremonium spp., Mortierella spp., Trichoderma spp., а также грибоподобные организмы рода Pythium spp., по данным исследований автора, возможно отнести к стенобионтам, так как процессы их жизнедеятельности протекают в ограниченных условиях среды.

Выводы

В годы исследований в образцах каштановой почвы видовое разнообразие микромицетов было выше по сравнению с черноземом выщелоченным: в каштановой почве выявлены 9 родов по сравнению с черноземом выщелоченным — 6 родов микроскопических грибов. Однако по количественному содержанию микромицетов чернозем выщелоченный превышал каштановую почву практически в 2 раза: 38,0 х 10³ КОЕ/г против 20,0 х 10³ КОЕ/г почвы.

Выявлены роды грибов, общие для каштановой почвы и чернозема выщелоченного (являющиеся эврибионтами): Cladosporiumspp., Fusariumspp., Penicillium spp., Aspergillus spp. и Mucorspp. Наличие этих родов микромицетов в разных по структуре и содержанию макроэлементов типах почвы свидетельствует об их экологической пластичности и выработанной способности приспосабливаться к разным условиям увлажнения и типам почвы.

В образцах каштановой почвы не встречались грибы Trichoderma spp., а в образцах чернозема выщелоченного — грибы Acremonium spp., Mortierella spp. и грибоподобные организмы рода Pythium spp., что позволяет отнести их к стенобионтам.

Доминантами второго ранга в каштановой почве являлись грибы рода Penicillium spp. с показателем обилия 37%. В черноземе, выщелоченном к доминантам второго ранга относились грибы родов Fusarium spp. и Trichoderma spp., их обилие составило 45% и 36% соответственно.

Наибольшая пространственная частота встречаемости почвенных микромицетов в условиях Котельниковского р-на (Волгоградская обл.) отмечена у рода Penicillium spp. (83%), в условиях х. Октябрьского (г. Краснодар) — у Trichoderma spp. и Fusarium spp. (по 100%).

Оценка соотношения родов микромицетов по трофической специализации показала, что в каштановой почве большинство выделенных родов относилось к патогенным (44% от общего количества родов), а в черноземе выщелоченном — условно-патогенным (50%).

Об авторах

Оксана Анатольевна Сердюк, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

oserduk@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-8899-2179

Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур им. В.С. Пустовойта, ул. им. Филатова, 17, Краснодар, 350038, Россия