Сравнение влияния пассажа через кишечник пашенных червей Aporrectodea caliginosa и серых кивсяков Cylindroiulus caeruleocinctus на бактериальное сообщество (стр. 1 )

Московский Государственный Университет им.

Факультет Почвоведения

       Кафедра биологии почв        

Сравнение влияния пассажа через кишечник пашенных червей Aporrectodea caliginosa и серых кивсяков Cylindroiulus caeruleocinctus на бактериальное сообщество.

Comparison of the influence of the passage through the gut of earthworms Aporrectodea caliginosa and millipede Sarmatoiulus kessleri on the bacterial community.

Квалификационная работа студента 4-го курса

Фролова Олега Алексеевича

Научный руководитель:

к. б.н.

Оппонент:

Москва 2015

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ        3

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ        6

1.Взаимодействие дождевых червей  и микроорганизмов        6

2. Взаимодействие кивсяков и микроорганизмов        27

3. Основы кинетики микробного роста        28

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ        38

1. Объекты исследования        38

2. Методы исследования.        38

3. Описание эксперимента        40

4. Результаты        41

5. Заключение        70

Выводы        71

III. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ        72

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность.

       Плодородие почвы напрямую зависит от почвенной биоты (например, разложение биополимеров, необходимое для образования почвенного гумуса от которого, в значительной степени зависит плодородие почв). Разложение растительных остатков происходит в результате взаимодействия почвенных микроорганизмов и животных. Изучение физиологического состояние и экологических стратегий кишечных микроорганизмов позволяют понять механизм таких взаимодействий. Одним из наиболее значимых представителей почвенных  животных для плодородия являются кивсяки, перерабатывающие опад, и дождевые черви, активно питащиеся органикой в гумусовом и нижележащих горизонтах. Есть данные по исследованию состава кишечного сообщества (Битюцкий, Соловьева, Лукина и др., 2005; Lavelle et al., 1997; Kцnig.,  2006; ) и ферментативной активности (Хомяков, Харин, Нечитайло и др.,2007; Parle, 1963; Lee, 1985; Marinissen, Dexter, 1990; Anderson, 2000; Lavelle et al., 1997), есть работы посвященные исследованию влияния кишечной жидкости на микробные сообщества (Khomyakov, Kharin, Nechitailo и др., 2007), однако информации о физиологическом состояние не достаточны.

Новизна

Впервые проводится исследование новым комплексным методом позволяющим изучить влияние прохождения через кишечник дождевых червей и кивсяков на изменение физиологического разнообразия гидролитического бактериального блока при пассаже через кишечник с изменением доминирующей экологической стратегии среди его членов и их физиологического состояния, путём расчёта кинетических параметров  инициированных микробных сообществ. Непосредственным объектом исследования этим методом являются ассоциации бактерий, возникающие  при инокуляции почвенной суспензии различных жидких питательных сред. Таким образом, изучая на уровне ассоциаций микроорганизмов посредством пассажа, представляется возможным дополнить данные, полученные при изучение на видовом и на уровне целого сообщества.

Практическая значимость.

Практическая значимость данного исследования связана  с разработкой на основе физиологических параметров инициированных сообществ критериев оценки последствий влияние присутствия беспозвоночных на микробное сообщество, что  важно для разработки микробиологических стандартов качества вермикомпостов, экологической оценки состояния микробного сообщества при зоомелиорации почв.  Дальнейшая отработка методики выделения микроорганизмов инициированных микробных сообществ, образовавшихся из исходного кишечного сообщества будет полезна при поиске микроорганизмов потенциальных компонентов препаратов пробиотиков для животных и устойчивых бактериальных ассоциаций способных к разложению определенных веществ.

Цель.

       Изучение транзитных бактериальных популяций кишечника Aporrectodea caliginosa и Cylindroiulus caeruleocinctus: сравнение в корме и экскрементах преобладающей экологической стратегии роста, физиологическое разнообразие, состав и физиологическое состояние его членов.

Задачи:

Отбор пашенных червей Aporrectodea caliginosa и кивсяков Cylindroiulus caeruleocinctus Содержание и получение свежих экскрементов. Сравнение физиологического состояния бактерий в свежих копролитах и почве (корм червей), экскрементах и подстилке (корм кивсяков) Сравнение преобладающей экологической стратегии роста бактерий в корме и копролитах, экскрементах и подстилке. Сравнение физиологического биоразнообразия гидролитиков. Проведение сравнения полученных различий с использованием статистических методов и их интерпритация.

       Благодарности:

       За идентификацию многоножек д. б.н. Головачу Сергею Ильичу и к. б.н. Семенюк Ирине Игоревне.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.Взаимодействие дождевых червей  и микроорганизмов

В основе взаимодействия дождевых червей  и микроорганизмов лежат несколько основных принципов.

1. Дождевые черви осуществляют отбор микробных популяций и модифицируют микробные сообщества, пассируя пищевые субстраты через свой пищеварительный тракт. Переваривание микроорганизмов животными основано на "киллерном" эффекте, который - видо - и даже штаммоспецифичен. Киллерный механизм – способ пищеварения животных, основанный на гибели клеток микроорганизмов, вызванной пищеварительными вещества не пищеварительными ферментами.

2. Кишечник дождевых червей - специфическое местообитание в почве, отличающееся по составу и активности микробов. Функциональная роль кишечных симбионтов беспозвоночных, в том числе и у дождевых червей,  во многом аналогична таковой у позвоночных.

3. Регуляция по трофическому механизму основана на мобилизации животными питательных веществ, связанных в микробных клетках, их экскреции и высвобождению в почву микроорганизмов, размножающихся в кишечнике. Регуляция по метаболическому механизму предполагает физиологический отклик микробов на метаболиты животных, обладающих свойствами физиологически активных веществ.

       Метаболический механизм объясняет быструю реакцию микробов на воздействие животных, не пропорциональную количеству потребленной биомассы.

4. Взаимодействие червей и микроорганизмов, да и зоомикробные взаимодействия вообще во многом определяют протекание основных почвенных процессов и состояние биотического сообщества в целом. Эффекты от взаимодействий микроорганизмов и животных реализуются в процессах разложения и минерализации органического вещества, мобилизации-иммобилизации и др. Взаимодействия определяют судьбу популяций микроорганизмов и фауны: состав, обилие, активность. Следствием взаимодействий является формирование микробных сообществ, динамика биомассы и продукция микроорганизмов, транспорт микробов и их профильное распределение, генетический обмен между микробами.

Микроорганизмы как источник пищи для дождевых червей.

       Принципиальной пищей червей являются микроорганизмы: грибы, простейшие и бактерии. Этому есть ряд прямых и косвенных свидетельств. Беспозвоночные животные вообще и черви в частности не поселяются на свежем растительном опаде (основная гипотеза - наличие репеллентов в составе растительных тканей) (Mindermann, Daniels, 1967). Животные не способны к деполимеризации растительных полимеров, которые преобладают в почвенном органическом веществе (Паников и др., 1985; Варне и др., 1992). Целлюлазная активность пищеварительного тракта почвенных животных очень низка (Siepel, de Ruiter-Dukman, 1993; Lattaud et al., 1998). Даже термиты и фитофаги переваривают целлюлозу благодаря симбиотическим целлюлозолитическим бактериям и простейшим или с помощью ферментов перевариваемых грибов (Martin, 1984).

       Следовательно  все животные и дождевые черви в частности облигатно зависят от микроорганизмов как источника незаменимых аминокислот, которые сами синтезировать не могут (Бигон и др., 1989). В почве ресурс аминокислот и сосредоточен в микробной биомассе (Покаржевский и др., 1984). Животные нуждаются в органическом азоте и фосфоре, запас которых сосредоточен в почве в микробной биомассе (Покаржевский и др., 1984).

Микроорганизмы - один из главных источников пищи. Материал микробных клеток может поступать в пищу экзогенно - с кормом и эндогенно - за счет использования метаболитов микробных симбионтов, реутилизации продуктов обмена животного и тел микробных симбионтов. До сих пор, однако, не удается количественно оценить вклад этих потоков в питании.
Наиболее исследованным с точки зрения пищевых предпочтений в отноше-

нии микроорганизмов является компостный червь Eisenia fetida. Есть косвен-

ные свидетельства важной роли микроорганизмов в жизнедеятельности червей.

       В промытом водой компосте Е. fetida рос медленнее, чем в непромытом; в термически обработанном компосте медленнее, чем в нативном. Стерильно выведенную из коконов молодь Е. fetida стерилизовали с поверхности карбенциллином и содержали в целлюлозной среде, обогащенной одной из 18 культур бактерий, грибов и актиномицетов. Через 6 недель во многих вариантах черви погибли. Исключение составили варианты с культурами бактерий Citrobacter freundii и Pseudomonas sp. Черви, питающиеся грибами Aspergillus flavus, А. fumigatus, Fusarium sp. и Penicillum sp., погибли через 10-40 дней. При питании Ascobolus sp. и Trichoderma sp. отмечалась потеря в весе червей, но не гибель.

       Только на грибах Arthrobotrys sp. и Cladosporium herbarum отмечали прибавку в весе. В течение 14 недель черви росли соответственно со скоростью 0,5 и 0,8 мг/сут. (Morgan, 1980). В аналогичном эксперименте стерильно выведенную молодь Е. fetida кормили стерилизованными субстратами, инокулированными чистыми культурами бактерий, актиномицетов и грибов. Из бактерий наиболее "питательными" оказались Acinetobacter calcoaceticus, Alcaligenes faecalis, Nocardia salmonicolor. Снижение веса червей и даже смертность наблюдали при кормлении культурами Arthrobacter simplex, A. tumescens, Micrococcus luteus, Pseudomonas fluorescens, Flavobacterium sp. Грибы также отличались по