Оценка влияния физико-химических свойств почвы на структуру бактериального сообщества
Институты и факультеты
Главная \ Наука \ Научные издания КФУ \ Ученые записки Казанского университета \ Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки \ Архив

Оценка влияния физико-химических свойств почвы на структуру бактериального сообщества

Л.Р. Бикташева, А.А. Савельев, С.Ю. Селивановская, П.Ю. Галицкая

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

Физико-химические свойства почв определяют их важнейшие характеристики как среды обитания организмов. Они влияют на состояние почвенной флоры и фауны, в частности на разнообразие микробиома почв. В работе были определены гранулометрический состав, рН и содержание органического углерода в 25 почвенных образцах, относящихся к 8 различным типам. Установлено, что значения рН находились в диапазоне от 5.05 (образец № 4), до 7.29 (образец № 19), Сорг – от 0.72% (образец № 2) до 4.54% (образец № 19). Согласно анализу ГМС в большинстве образцов преобладали частицы размером 2–50 мкм и в двух образцах – размером более 50 мкм (образцы № 5, 6). Методом Illumina MiSeq оценен видовой состав и обилие бактерий в почвенных образцах. Всего в образцах выявлено 443 уникальных ОТЕ. К доминирующим таксонам на уровне типов относились Verrucomicrobia, Proteobacteria, Gemmatimonadetes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Acidobacteria, при этом в образцах № 18, 12, 19 и 23 также доминировал тип Chloroflexi. Методом MDS (Multidimensional Scaling) определены сходства и различия между почвенными образцами на основании: 1) их физико-химических характеристик и 2) бактериального разнообразия. Показано, что физико-химические характеристики не являются единственными детерминирующими факторами для структуры бактериального сообщества почв.

Ключевые слова: физико-химические характеристики почв, почвенное микробное сообщество, секвенирование нового поколения

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 17-7420183).

Литература

  1. Szoboszlay M., Dohrmann, A.B., Poeplau C., Axel D., Tebbe C.C. Impact of land-use change and soil organic carbon quality on microbial diversity in soils across Europe // FEMS Microbiol. Ecol. – 2017. – V. 93, No 12. – P. 1–12. – doi: 10.1093/femsec/fix146.
  2. Chmolowska D., Elhottová D., Krištůfek V., Kozak M., Kapustka F., Zubek S. Functioning grouped soil microbial communities according to ecosystem type, based on comparison of fallows and meadows in the same region // Sci. Total Environ. – 2017. – V. 599–600. – P. 981–991. – doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.04.220.
  3. Kang H. Gao H., Yu W., Yi Y., Wang Y., Ning M. Changes in soil microbial community structure and function after afforestation depend on species and age: Case study in a subtropical alluvial island // Sci. Total Environ. – 2018. – V. 625. – P. 1423–1432. – doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.12.180.
  4. Иванова Е.А., Першина Е.В., Кутовая А.В., Сергалиева Н.Х., Нагиева А.Г., Жиенгалиев А.Т., Проворов Н.А., Андронов Е.Е. Сравнительный анализ микробных сообществ контрастных почвенных типов в условиях различных фитоценозов // Экология. – 2018. – №. 1. – С. 34–44. – doi: 10.7868/S0367059718010043.
  5. Liu D., Huang Y., An Sh., Sun H., Bhople P., Chen Zh. Soil physicochemical and microbial characteristics of contrasting land-use types along soil depth gradients // Catena. – 2018. – V. 162. – P. 345–353. – doi: 10.1016/j.catena.2017.10.028.
  6. Sánchez-Marañón M., Miralles I., Aguirre-Garrido J.F., Anguita-Maeso M., Millán V., Ortega R., García-Salcedo J.A., Martínez-Abarca F., Soriano M. Changes in the soil bacterial community along a pedogenic gradient // Sci. Rep. – 2017. – V. 7, No 1. – Art. 14593, P. 1–11. – doi: 10.1038/s41598-017-15133-x.
  7. Fierer N., Jackson R.B. The diversity and biogeography of soil bacterial communities // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. – 2006. – V. 103, No 3. – P. 626–631. – doi: 10.1073/pnas.0507535103.
  8. Lauber C.L., Hamady M., Knight R., Fierer N. Pyrosequencing-based assessment of soil pH as a predictor of soil bacterial community structure at the continental scale // Appl. Environ. Microbiol. – 2009. – V. 75, No 15. – P. 5111–5120. – doi: 10.1128/AEM.00335-09.
  9. Jones R.T., Robeson M.S., Lauber C.L., Hamady M., Knight R., Fierer N. A comprehensive survey of soil acidobacterial diversity using pyrosequencing and clone library analyses // ISME J. – 2009. – V. 3, No 4. – P. 442–453. – doi: 10.1038/ismej.2008.127.
  10. Fierer N., Lauber C.L., Ramirez K.S., Zaneveld J., Bradford M.A., Knight R. Comparative metagenomic, phylogenetic and physiological analyses of soil microbial communities across nitrogen gradients // ISME J. – 2012. – V. 6, No 5. – P. 1007–1017. – doi: 10.1038/ismej.2011.159.
  11. Ma B., Wang H., Dsouza M., Lou J., He Y., Dai Zh., Brookes, P., Xu J., Gilbert J. Geographic patterns of co-occurrence network topological features for soil microbiota at continental scale in eastern China // ISME J. – 2016. – V. 10, No 8. – P. 1891–1901. – doi: 10.1038/ismej.2015.261.
  12. Шинкарев А.А., Корнилова А.Г., Трофимова Ф.А., Гордеев А.С., Гиниятуллин К.Г., Лыгина Т.З. Сравнение методов седиментометрии и лазерной дифракции в анализе гранулометрического состава глинистой фракции почв // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2010. – Т. 152, кн. 2. – С. 252–260.
  13. Bystrianský L., Štofik M., Gryndler M. Soil-derived organic particles and their effects on the community of culturable microorganisms // Folia Microbiol. (Praha). – 2018. – V. 63, No 1. – P. 69–72. – doi: 10.1007/s12223-017-0537-4.
  14. Jurelevicius D, Cotta S., Peixoto R., Rosado A., Seldin L. Distribution of alkane-degrading bacterial communities in soils from King George Island, Maritime Antarctic // Eur. J. Soil Biol. – 2012. – V. 51. – P. 37–44. – doi: 10.1016/j.ejsobi.2012.03.006.
  15. Margesin R., Labbé D., Schinner F., Greer C.W., Whyte L.G. Characterization of hydrocarbon-degrading microbial populations in contaminated and pristine Alpine soils // Appl. Environ. Microbiol. – 2003. – V. 69, No 6. – P. 3085–3092. – doi: 10.1128/AEM.69.6.3085-3092.2003.
  16. Noronha M.F., Lacerda J.G., Gilbert J., de Oliveira V. Taxonomic and functional patterns across soil microbial communities of global biomes // Sci. Total Environ. – 2017. – V. 609. – P. 1064–1074. – doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.07.159.
  17. Благодатский С.А., Благодатская Е.В. Динамика микробной биомассы и соотношение эукариотных и прокариотных микроорганизмов в серой лесной почве // Почвоведе­ние. – 1996. – № 12. – С. 1485–1490.
  18. Velvis H. Evaluation of the selective respiratory inhibition method for measuring the ratio of fungal:bacterial activity in acid agricultural soils // Biol. Fertil. Soils. – 1997. – V. 25, No 4. – P. 354–360. – doi: 10.1007/s003740050325.
  19. Schmidt N., Bolter M. Fungal and bacterial biomass in tundra soils along an arctic transect from Taimyr Peninsula, central Siberia // Polar Biol. – 2002. – V. 25, No 12. – P. 871–877. – doi: 10.1007/s00300-002-0422-7.
  20. Li X., Lin X., Li P., Liu W., Wang L., Ma F., Chukwuka K.S. Biodegradation of the low concentration of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil by microbial consortium during incubation // J. Hazard. Mater. – 2009. – V. 172, No 2–3. – P. 601–605. – doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.07.044.
  21. Martens R. Current methods for measuring microbial biomass C in soil: Potentials and limitations // Biol. Fertil. Soils. – 1995. – V. 19, No 2–3. – P. 87–99. – doi: 10.1007/BF00336142.
  22. Colloff M.J. Wakelin S.A., Gomez D., Rogers S.L. Detection of nitrogen cycle genes in soils for measuring the effects of changes in land use and management // Soil Biol. Biochem. – 2008. – V. 40, No 7. – P. 1637–1645. – doi: 10.1016/j.soilbio.2008.01.019.
  23. Macdonald C.A., Thomas N., Robinson L., Tate K., Ross D., Dando J., Singh B. Physiological, biochemical and molecular responses of the soil microbial community after afforestation of pastures with Pinus radiata // Soil Biol. Biochem. – 2009. – V. 41, No 8. – P. 1642–1651. – doi: 10.1016/j.soilbio.2009.05.003.
  24. Anderson T.H., Domsch K.H. Soil microbial biomass: The eco-physiological approach // Soil Biol. Biochem. – 2010. – V. 42, No 12. – P. 2039–2043. – doi: 10.1016/j.soilbio.2010.06.026.
  25. Ермолаев О.П., Игонин M.E., Бубнов А.Ю., Павлова С.В. Ландшафты Республики Татарстан. Региональный ландшафтно-экологический анализ. – Казань: Слово, 2007. – 411 с.
  26. ISO 14235:1998(en). Soil quality — determination of organic carbon by sulfochromic oxidation. – 1998. – 5 p.
  27. ISO 10390:2005(E). Soil quality – determination of pH. – 2005. – 5 p.
  28. ISO 13320:2009(en). Particle size analysis – laser diffraction methods. – 2009. – 51 p.
  29. ISO/TS 17892-4:2004. Geotechnical investigation and testing – laboratory testing of soil – Part 4: Determination of particle size distribution. – 2010. – 10 p.
  30. Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J., Bittinger K., Bushman F.D., Costello E.K., Fierer N., Peña A.G., Goodrich J.K., Gordon J.I. QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data // Nat. Methods. – 2010. – V. 7, No 5. – P. 335–336. – doi: 10.1038/nmeth.f.303.
  31. Edgar R.C. Search and clustering orders of magnitude faster than BLAST // Bioinformatics. – 2010. – V. 26, No 19. – P. 2460–2461. – doi: 10.1093/bioinformatics/btq461.
  32. Wang Q., Garrity G., Tiedje J., Cole J. Naïve Bayesian classifier for rapid assignment of rRNA sequences into the new bacterial taxonomy // Appl. Environ. Microbiol. – 2007. – V. 73, No 16. – P. 5261–5267. – doi: 10.1128/AEM.00062-07.
  33. Team R. R development core team // R A Lang. Environ. Stat. Comput. – 2013. – V. 55. – P. 275–286.
  34. Faith D.P., Minchin P.R., Belbin L. Compositional dissimilarity as a robust measure of ecological distance // Vegetatio. – 1987. – V. 69, No 1–3. – P. 57–68. – doi: 10.1007/BF00038687.
  35. Вершинин А.А., Петров, А.М., Акайкин, Д.В., Игнатьев, Ю.А. Оценка биологической активности дерново-подзолистых почв разного гранулометрического состава в условиях нефтяного загрязнения // Почвоведение. – 2014. – №. 2. – С. 250–256.
  36. Soil Texture Triangle // Natural Resources Conservation Service Soils.– United States Department of Agriculture. – URL: https://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/ soils/survey/?cid=nrcs142p2_054167.
  37. World Reference Base for Soils Resources. World Soil Resource Report No. 103. – Rome, Italy: FAO, 2006. – 145 p.
  38. Ковда В.А., Розанов Б.Г. Почвоведение. Ч. 2. Типы почв, их география и использо­вание. – М.: Высш. шк., 1988. – 368 c.
  39. Иванов А.Л., Шоба С.А. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. – URL: http://infosoil.ru/reestr/content/1sem.php.
  40. Lefèvre C., Rekik F., Alcantara V., Wiese L. Soil Organic Carbon: The Hidden Potential. – Rome, Italy: FAO, 2017. – 90 p.
  41. Villarino S.H., Studdert G., Laterra P., Cendoya M. Agricultural impact on soil organic carbon content: Testing the IPCC carbon accounting method for evaluations at county scale // Agric. Ecosyst. Environ. – 2014. – V. 185. – P. 118–132. – doi: 10.1016/j.agee.2013.12.021.
  42. Lauber C.L., Strickland M., Bradford M., Fierer N. The influence of soil properties on the structure of bacterial and fungal communities across land-use types // Soil Biol. Biochem. – 2008. – V. 40, No 9. – P. 2407–2415. – doi: 10.1016/j.soilbio.2008.05.021.
  43. Думова В.А., Першина, Е.В., Мерзлякова, А.В., Круглов, Ю.В., Андронов, Е.Е. Основные тенденции в формировании почвенного микробного сообщества в условиях стационарного полевого опыта по данным высокопроизводительного секвенирования библиотек гена 16S-рРНК // Сельскохозяйственная биология. – 2013. – № 5. – C. 87–92.
  44. Brewer T.E, Handley K., Carini P., Gilbert J., Fierer N. Genome reduction in an abundant and ubiquitous soil bacterium “Candidatus Udaeobacter copiosus” // Nat. Microbiol. – 2016. – V. 2. – Art. 16198. P. 1–7. – doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.198.
  45. Sangwan P., Chen X., Hugenholtz P., Janssen P. Chthoniobacter flavus gen. nov., sp. nov., the first pure-culture representative of subdivision two, Spartobacteria classis nov., of the phylum Verrucomicrobia // Appl. Environ. Microbiol. – 2004. – V. 70, No 10. – P. 5875–5881. – doi: 10.1128/AEM.70.10.5875-5881.2004.
  46. Eichorst S.A., Varanasi P., Stavila V., Zemla M., Auer M., Singh S., Simmons B., Singer S. Community dynamics of cellulose-adapted thermophilic bacterial consortia // Environ. Microbiol. – 2013. – V. 15, No 9. – P. 2573–2587. – doi: 10.1111/1462-2920.12159.
  47. Wu S.H., Huang B.H., Huang Ch.L., Li G., Liao P.Ch. The aboveground vegetation type and underground soil property mediate the divergence of soil microbiomes and the biological interactions // Microb. Ecol. – 2018. – V. 75, No 2. – P. 434–446. – doi: 10.1007/s00248-017-1050-7.

Поступила в редакцию

12.03.18

 

Бикташева Лилия Рамилевна, младший научный сотрудник НИЛ «Биоконтроль» Института экологии и природопользования

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: biktasheval@mail.ru

Савельев Анатолий Александрович, доктор биологических наук, профессор кафедры моделирования экологических систем

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Anatoly.Saveliev.aka.saa@gmail.com

Селивановская Светлана Юрьевна, доктор биологических наук, профессор кафедры прикладной экологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: svetlana.selivanovskaya@kpfu.ru

Галицкая Полина Юрьевна, кандидат биологических наук, доцент кафедры прикладной экологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: gpolina33@yandex.ru

 

Для цитирования: Бикташева Л.Р., Савельев А.А., Селивановская С.Ю., Галицкая П.Ю. Оценка влияния физико-химических свойств почвы на структуру бактериального сообщества // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2018. – Т. 160, кн. 2. – С. 240–258.

For citation: Biktasheva L.R., Saveliev A.A., Selivanovskaya S.Y., Galitskaya P.Y. Assessment of the effect of soil physico-chemical properties on the bacterial community structure. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2018, vol. 160, no. 2, pp. 240–258. (In Russian)

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


Версия для печати
Ключевые слова: Бикташева, Ученые записки
Вход в личный кабинет
Ваш логин
Ваш пароль
Забыли пароль? Регистрация