Скачать 83.45 Kb.
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт фундаментальной биологии и биотехнологии Базовая кафедра биотехнологии Реферат Биология 020201.65 Микробные сообщества криогенных почв послепожарных сукцессий лиственничников Центральной Эвенкии Магистр _________ Е.А. Ворожцова Научные руководители _________ С.Ю. Евграфова _________ С.В. Прудникова Красноярск 2012 СодержаниеСодержание 2 1. Микрофлора криогенных почв 3 2. Влияние пожаров на структуру микробоценозов 5 3. Устойчивость почвенных экосистем 6 1. Микрофлора криогенных почвВ настоящее время все больше исследований посвящается обнаружению и изучению метаболической активности микробиоты в условиях низких (отрицательных и близких к 0С) температур. Причем, если раньше основное внимание уделялось водным арктическим экосистемам, полярным льдам и многолетнемерзлым почвам, то в последнее время все больший интерес вызывает жизнедеятельность микроорганизмов в сезоннопромерзающих и длительно-сезоннопромерзающих почвах[1]. Этот интерес вызван многочисленными данными, показывающими, что в замерзших почвах идет интенсивное выделение углекислого газа, по всей видимости, являющееся следствием жизнедеятельности микрофлоры. Предполагается, что вклад зимнего и летнего дыхания почвенной микрофлоры в годовую эмиссию СО2 примерно одинаков, но в летний период это сложно проследить вследствие жизнедеятельности высших растений, почвенных водорослей и т.п. Микробиологами предложено выделять два основных класса микроорганизмов, способных к росту и активности при температуре ниже 5˚С. Первый класс, приспособленный к устойчивым холодным условиям, представлен стенотермными бактериями, выделенными из морей и некоторых ледяных пещер. Эти организмы имеют максимальную температуру роста ниже 20˚С и весьма чувствительны к температурам, превышающим этот максимум. Второй класс микроорганизмов, обитающих в неустойчивых холодных условиях, отличается более широкой областью температур роста и активности, которые нередко на 20-30˚С превышают максимальную температуру окружающей среды. Изучая микрофлору промерзающих почв, исследователи чаще всего сталкиваются с микроорганизмами, которые принято называть психрофилами или психротрофами, с оптимумом роста при +15˚С, максимумом при +20˚С и минимумом при 0˚С и ниже [2]. Однако, существуют данные, показывающие рост и метаболическую активность бактерий при –10-15˚С. Поскольку точные температурные диапазоны до сих пор не определены, предложено говорить о «психроактивности» микроорганизмов. Приуроченности психроактивной микрофлоры к определенным таксономическим группам обнаружено не было. Слабовой О.И. и др. (1993) было показано, что психроактивные культуры были обнаружены среди олиготрофных бактерий из разных родовых таксонов. Возможно существование коррелятивных связей между олиготрофностью и психроактивностью микроорганизмов. В условиях севера Средней Сибири (Центральная Эвенкия) основная функция микробных комплексов криогенных почв – разложение органических веществ – осуществляется в короткий вегетационный период, когда преобладают температуры выше 0°С. Поэтому следует ожидать определённые особенности в структуре, динамике и функциональной активности микроорганизмов в почвах региона. Преобладание в регионе на протяжении большей части года низких температур воздуха и почв предполагает адаптацию микроорганизмов к низким температурам окружающей среды. Лабораторными исследованиями установлено, что основная часть бактерий хорошо развивается при пониженных температурах. В микробных комплексах почв основную массу составляют олиготрофные и олигонитрофильные микроорганизмы, способные утилизировать элементы минерального питания и азот из рассеянного состояния. Эти группы бактерий важны для экосистем, поскольку препятствуют потере почвой азота, вовлекая в круговорот малейшие количества аммиака. Развиваясь в условиях низкого содержания азота и минеральных элементов, именно эти микроорганизмы доводят до конца минерализацию органических остатков. Микробиологические анализы доминирующих в почвах Эвенкии бактерий показывают, что преимущественное распространение здесь имеют неспоровые формы, обладающие полифункциональным ферментативным аппаратом. Такая тенденция определяется биоклиматическими условиями природных экосистем высоких широт [3]. 2. Влияние пожаров на структуру микробоценозовЛеса постоянно испытывают воздействие различных факторов, приводящее к нарушениям в природном балансе. Одним из таких факторов, особенно сильно влияющим на лесные экосистемы являются пожары. Микробные сообщества, осуществляющие различные процессы разложения и питания, играют важную роль в процессах восстановления и устойчивости лесов к подобным воздействиям. Пожары чрезвычайно сильно влияют на лесные экосистемы. Температуры поверхности во время прохождения пожара достигают 1000 °С, что значительно меняет физико-химические свойства почвы. Уничтожение растительности и подстилки снижает альбедо (рассеивающая способность), что в свою очередь ведет к еще большему повышению поверхностных температур. Пожары оказывают огромное влияние на почвенные микробоценозы. Кроме того их косвенное влияние продолжается в течение десятилетий, во время протекания вторичной сукцессии. Однако, даже в пределах одной экосистемы отклик почвенной микробиоты на воздействие пожара может быть различным. Во-первых, он зависит от типа и интенсивности пожара. Во-вторых, степень его воздействия также зависит от периодичности его возникновения. При нормальном развитии лесных сообществ частота прохождения пожара на одном и том же участке может варьировать от 40-100 и до 200лет. Кроме того большое значение имеют максимальные температуры во время пожара, и их перенос в поверхностные и глубинные слои почвы. Общее влияние интенсивности пожара на микробные сообщества очень сильно варьирует в зависимости от видового состава этих сообществ. 3. Устойчивость почвенных экосистемПочвы во многом определяют устойчивость биосферы. Устойчивость почв к различным воздействиям определяется их способностью возвращаться к нормальному функционированию и противостоять различным стрессам. Познание процессов самоочищения и механизмов устойчивости почв является необходимым для поисков путей сохранения биосферы. Изучение изменения структуры и активности микробного сообщества почв при различных воздействиях является попыткой понять функционирование природной системы и предотвратить нежелательные изменения в ней в связи с возрастающим антропогенным вмешательством. Почвы – важнейшие природные системы – несомненно, обладают устойчивостью. Устойчивость – это свойство, внутренне присущее системе, которое позволяет ей выдерживать изменения, создаваемые внешними воздействиями, или сопротивляться им. Экосистемы сложились в процессе длительной эволюции и приспособления видов и популяций организмов друг к другу и окружающей среде. Они являются слаженными устойчивыми механизмами, способными путём саморегулирования противостоять как изменениям в среде, так и в численности организмов. Различные подходы для оценки устойчивости природных систем дают представление о сложности объекта, межфакторных связях, его определяющих, а также региональных и глобальных уровнях их изучения. Отсюда методы оценки устойчивости почв как природной системы должны опираться на более чувствительные параметры, характеризующие состояние почв. В настоящее время понятие устойчивости почв не получило пока однозначного определения. Однако исследования в этом направлении можно условно разделить на почвенные и почвенно-микробиологические. На практике оценка устойчивости почв представляется, как правило, широким набором многих имеющихся методов определения почвенных показателей. Не умаляя значения физико-химических и геохимических показателей почвы для оценки их устойчивости, обращает на себя внимание использование для этой цели микробиологических показателей почвы. Именно «живое» вещество представляет интерес для оценки устойчивости почв, в том числе и на ранних стадиях нарушения. Функционирование почвенной системы обусловлено в значительной степени деятельностью микроорганизмов. Микроорганизмы почвы составляют около 85% всей биомассы почвенных организмов и привносят около 90% всего потока CO2 суши. И хотя микробная биомасса составляет лишь 1-5% от почвенного органического вещества, но это «игольное ушко», через которое проходит весь органический материал, поступающий в почву. Такие особенности почвенных микроорганизмов, а также их чувствительность к любым нарушениям в почве позволяют исследователям использовать почвенно-микробиологические характеристики для оценки состояния почвы. Предположительно устойчивость почвы во многом может определяться устойчивостью почвенного микробного сообщества. Показателем устойчивости микробного сообщества почвы может служить отношение скорости дыхания микроорганизмов к их биомассе, оно получило название микробного метаболического коэффициента [4]. Теоретически предполагается, что чем ниже величина отношения дыхания сообщества к его биомассе, тем устойчивее данная экосистема. Величина метаболического коэффициента должна быть выше в молодых или нарушенных экосистемах, чем в старых или стабильных. За последние годы исследования почв, в которых определяли величину метаболического коэффициента и его связь с различными воздействиями, существенно возросли. Использование метаболического коэффициента в экологических исследованиях перспективно, так как это: 1) показатель физиологического статуса микробного сообщества; 2) легкоизмеряемый биоиндикатор, чувствительный к нарушениям в почве; и предположительно, 3) параметр, по величине которого можно количественно оценить продолжительность и «глубину» нарушений в экосистеме. В наших исследованиях мы будем рассматривать устойчивость почв через функционирование почвенных микробных сообществ, используя для этого интегральный показатель их состояния – микробный метаболический коэффициент. Величину метаболического коэффициента, представляющего собой отношение скорости базального дыхания микроорганизмов (БД) к микробной биомассе (Смик), в литературе обозначают сокращённо qCO2. Для расчетов этого коэффициента используют значения микробной биомассы, определяемой физиологическим или респирометрическим, фумигационным, кинетическим или калориметрическим методами. В некоторых работах величину метаболического коэффициента определяют как соотношение скоростей базального (БД) и субстрат-индуцированного (СИД) дыханий, и в этом случае его величина выражается в безразмерных единицах, получивших сокращённое обозначение QR. Метаболический коэффициент определяется величинами, входящими в формулу его расчёта. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Mahsa Haei Effects of soil frost on growth, composition and respiration of the soil microbial decomposer community / Soil Biology & Biochemistry 43 (2011) 2069-2077 http://dx.doi.org/10.1016/j.soilbio.2011.06.005 2 Garwai Leung Characterisation of cold-tolerant fungi from a decomposing High Arctic moss / Soil Biology & Biochemistry 43 (2011) 1975-1979 http://dx.doi.org/10.1016/j.soilbio.2011.05.003 3 Holm Bach L. Tree influence on soil microbial community structure/ Soil Biology & Biochemistry (2010) p1934-1943 http://dx.doi.org/10.1016/j.soilbio.2010.07.002 4 Thomas Wutzler Soil microbial biomass and its activity estimated by kinetic respiration analysis Statistical guidelines / Soil Biology & Biochemistry 45 (2012) 102-112 http://dx.doi.org/10.1016/j.soilbio.2011.10.004 |
Методические рекомендации по написанию и защите Биология; специальность 020201. 65 «Биология»; 020803. 65 «Биоэкология»; направление 020400. 68 «Биология» (магистратура) | Рабочая программа дисциплины направление подготовки 020201 «Биология (специалитет)» Программа дисциплины предназначена для студентов 4 курса факультета естественных наук, направление подготовки 020201 «Биология (специалист)».... | ||
Программа для студентов биологического факультета специальности 020201... Предназначено для самостоятельной работы студентов биологического факультета специальности 020201 «Биология», рейтингового контроля... | Учебно-методический комплекс дисциплины сд. 8, Сд. Ф. 8 Анатомия... «Биология с дополнительной специальностью География» 050103. 00 «География с дополнительной специальностью Биология» | ||
Методические рекомендации по написанию и защите выпускных квалификационных... ... | Учебно-методический комплекс предназначен для студентов I курса факультета... Учебно-методический комплекс предназначен для студентов I курса факультета естественных наук, направление подготовки 020201 «Биология... | ||
Учебно-методические материалы по дисциплине «Введение в биотехнологию»... ... | Учебно-методический комплекс по дисциплине дс. 2, Дс. Ф. 3 Экология животных Программа предназначена для подготовки студентов третьего и четвертого курсов естественно-географического факультета Мурманского... | ||
Учебно-методический комплекс по дисциплине дс. 2 Экология животных опд. Р. 1 Программа предназначена для подготовки студентов третьего и четвертого курсов естественно-географического факультета Мурманского... | Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов специальности... | ||
Российской федерации Учебно-методический комплекс. Рабочая учебная программа для студентов специальности 020201. 65 Биология | Программа по курсу дисциплины «Эволюционное учение» Курс реализуется в рамках специалитета «Биология» (020201. 65), относится к общепрофессиональным дисциплинам (опд. Ф 2) | ||
Учебно-методический комплекс пересмотрен на заседании кафедры : Протокол от «25» Иностранный язык (английский) Специальность — 020201. 65 Биология Форма подготовки очная | Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф. 09 Общая биология... Целью изучения дисциплины является ознакомление студентов с основными отличиями органического мира от неживой природы, с уникальностью... | ||
Рабочая программа для студентов специальности 020201. 65 «Биология» Министерство образования и науки российской федерации фгбоу впо «тюменский государственный университет» | Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов специальности 020201. 65 биология Рассмотрено на заседании умк именит департамент биологии «24» сентября 2011 г., № протокола 1 |