Влажность как экологический фактор формирования почвенного гидролитического микробного комплекса

• Автор: Ярославцев, Алексей Михайлович
• Шифр специальности: 03.02.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Содержание
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Отношение микроорганизмов к влажности субстратов
1ЛЛ Характеристика влажности субстратов
1.Л.2 Причины устойчивости микроорганизмов к низкой влажности среды
1.2 Влияние свойств почвенной влаги на развитие микроорганизмов
1.3 Гидролитичсские сообщества почв развивающиеся при внесении пектина или хитина
1.3.1 Разложение хитина
1.3.2. Разложение пектина
1.4 Влияние физико-химических характеристик почв гидролитические сообщества
1.5 Особенности анаэробного разложения хитина в почвах и связанного с ним
метаногенеза
1.6. Роль рассматриваемых полисахаридов и их производных в природе
1.6.1 Роль хитина и его производных в природных экосистемах
1.6.2 Роль пектина и его производных в природных экосистемах
ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объекты исследования
2.2 Методы исследования
2.2.1 Методы обнаружения матричного давления почвенной влаги в исследуемых образцах
2.2.2 Изучение эмиссии диоксида углерода из образцов исследуемых почв газовохроматографическим методом !
2.2.3 Определение численности разных групп микроорганизмов люминесцентномикроскопическим методом
2.2.4 Определение структуры прокариотного хитинолитического и пектинолитического микробных комплексов в почвах методом Fluorescence in situ hybridization
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Сравнительное исследование динамики эмиссии диоксида углерода из образцов чернозема и серой лесной почвы с в несением полисахаридов в зависимости от давления почвенной влаги
3.2 Разложение хитина в микроаэробиых условиях
3.2.1 Активность .трансформации хитина микробным комплексом почв в микроаэробиых условиях при различных уровнях влажности
3.2.2 Динамика эмиссии СН4 из образцов глее-елабоподзолистбй, дерново-подзолистой, серой лесной, каштановой почвы и чернозёма в ходе сукцессии, инициированной увлажнением и внесением хитина
3.3.2 Определение динамики численности и биомассы хитин разлагающих микроорганизмов при инкубации в микроаэробиых условиях
3.4 Анализ структурных и функциональных показателей при деструкции полисахаридов в почвах
3.5 Исследование прокариотного гидролитического сообщества почв с помощью флуоресцентной гибридизации in situ
3.6 Разделяюйщий градиентный гель электрофорез
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Такие полисахариды как хитин и пектин входят в состав матрикса клеточных стенок как эукариотических, так и прокариотических организмов и постоянно присутствуют в почве. Поступающие в почву полисахариды относительно быстро утилизируются микроорганизмами и активно участвуют в почвенно-химических реакциях. Они образуют комплексные соединения с ионами металлов, вступают в химические или адсорбционные взаимодействия с глинистыми минералами, способствуя созданию почвенной структуры. Содержание полисахаридов в почве, в зависимости от метода экстракции и типа почвы, колеблется в пределах от 0,06% до 3,0% от массы почвы и от 1% до 14% от массы органического вещества почв. Из литературы известно, что в почвы с растительными остатками ежегодно поступает от 2 до 14 т/га углеводов, значительная часть которых минерализуется или участвует, как структурные элементы, в формировании гуминовых кислот.
С ростом использования биополимеров в промышленности, сельском хозяйстве и медицине становится важным вопрос не только о синтезе, но и о деструкции больших количеств этих соединений. Поэтому представляется актуальным вопрос об активности и субстратной специфичности ' внеклеточных ферментов в природных системах, и таким образом об их участии в микробной реминерализации органического углерода.
Исследование деструкции полимеров в почве обычно проводились при усредненных значениях влажности и зачастую не отражали объективной картины происходящего в связи с активной динамикой влажности в почвах.
В связи с этим эксперимент предлагается провести на широком диапазоне влажности вплоть до переувлажнения почвы и создания анаэробных условий.
Целью диссертационной работы было исследование структурных и функциональных особенностей комплекса микроорганизмов,
осуществляющих деструкцию полисахаридов (хитина и пектина) в почвах Европейской части России при широком диапазоне влажностей.
В задачи исследования входит:
1) Сравнительное исследование динамики эмиссии диоксида углерода из образцов почв с хитином и пектином.
2) Изучение динамики численности и биомассы эукариотных и прокариотных микроорганизмов, развивающихся в исследуемых
микрокосмах в ходе сукцессии, инициированной увлажнением и внесением

полисахаридов.
3) Определение активности разложения хитина и пектина в условиях различных влажностей исследуемых почв.
4) Оценка филогенетического разнообразия и численности отдельных групп доменов Bacteria в природном и гидролитическом (пектинолитическом и хитинолитическом) прокариотном комплексе микрокосмов.
Научная новизна. Установлено, что, влажность имеет более значимое влияние на деятельность хитинолитического комплекса по сравнению с пектинолитическим. При деструкции полисахаридов с увеличением влажности почвы в микробном комплексе заметно возрастает роль прокариотных микроорганизмов, особенно - актиномицетов. Впервые с использованием метода FISH оценена численность' и выявлен
филогенетический состав метаболически активного гидролитического комплекса гумусовых горизонтов серой лесной, глее-слабоподзолистой почв и чернозема в зависимости от влажности. При оптимальной влажности в хитинолитическом и пектинолитическом прокариотном микробном
комплексе ' преобладали представители филогенетических групп
Actinobacteria и Fipnicutes. С увеличением влажности отмечается возрастание доли протеобактерий. С понижением влажности до влажности, близкой к
Как известно, в онтогенезе растений происходят изменения содержания общего пектина и соотношения растворимого пектина и протопектина, характерные для каждого вида растений. Так, у большинства плодов по мере созревания увеличивается количество растворимого пектина. У сахарной свеклы, напротив, в созревающих корнеплодах накапливается протопектин. Эти данные свидетельствуют о том, что роль пектиноваых веществ в жизнедеятельности растений разнообразна.
Растворимый пектин и протопектин локализованы в разных частях растительной клетки и выполняют различные функции. Протопектин входит в состав клеточной оболочки, из него в значительной мере состоят срединные пластинки; растворимый пектин находится в соке вакуоли и межклеточных слоях ткани зрелых плодов. Общее содержание пектиновых веществ, соотношение протопектина и растворимого пектина, а таюке их локализация в клетке различаются в зависимости от вида, возраста, условий роста и развития растений. Это обусловливает различие в их физико-химических свойствах (Донченко, 2007).
Рассмотрим теперь физические свойства пектина.
В чистом виде пектин - аморфный порошок с оттенками от белого до

желтого, коричневого или серого цвета. Он практически без запаха, обладает сильным гигроскопическим свойством, трудно растворяется в воде (растворим при нагревании), при .этом комкуется и слипается, при нагревании дает коллоидный раствор. На этом свойстве и основано его использование (Донченко, 2007).
Растворимость. Хорошим растворителем пектиновых веществ является вода. В водном растворе пектиновая молекула имеет форму спирали, карбоксильные группы которой расположены на соседних витках. (Донченко, 2007). Пектиновые вещества помимо воды хорошо растворяются в 84%-ной фосфорной кислоте и жидком аммиаке; в глицерине и формамиде они набухают (Шелухина, 1988). Во многих других органических и неорганических растворителях они практически нерастворимы.