Таксономическое разнообразие бактериального ансамбля в эмбриоземе самозарастающего золоотвала

Аннотация

Цель исследования: Целью исследования была оценка структуры и состава бактериальных ансамблей по разнообразию последовательностей генов 16S рРНК в молодой почве, формирующейся при самозарастании золоотвала.

Место и время проведения. В качестве объекта исследования был выбран эмбриозем самозарастающего в течение девяти лет золоотвала ТЭЦ-5 г.Новосибирска (54°59' с.ш., 83°03' в.д.), а в качестве фоновой почвы – серая почва под ненарушенным березовым лесом недалеко от золоотвала (55°00' с.ш., 83°04' в.д.); образцы почв отобраны из слоя 0-5 см в конце июля 2017 г. в трех индивидуальных повторностях.

Методология.  Экстрагированную из почв тотальную ДНК использовали в качестве матрицы для амплификации вариабельного района V3-V4 генов 16S рРНК, и полученные ампликоны секвенировали на платформе Illumina MiSeq. Статистическую обработку данных проводили методами описательной статистики и анализа главных компонент.

Основные результаты. Всего в изученных образцах почвы было выявлено 4887 различных ОТЕ, относящихся к 306 родам, 212 семействам, 123 порядкам, 84 классам и 32 типам бактерий. На уровне типа основные доминанты бактериальных ансамблей эмбриозема и серой почвы были одинаковы (Proteobacteria, Acidobacteria и Actinobacteria), и по общему очертанию относительного обилия типов изученные бактериальные ансамбли были довольно схожи, что в целом свидетельствует о направленности почвообразования к серой  почве. Большее обилие представителей типа Chloroflexi (среди которых есть аэробные и анаэробные термофилы, аноксигенные фототрофы и организмы, использующие органические галиды в качестве субстратов для анаэробного дыхания) в молодом эмбриоземе самозарастающего золоотвала согласуется с неблагоприятными условиями (резкие колебания температуры, высокие влажность, pH, содержание металлов) в этом педогенном субстрате на ранней стадии формирования почвы. Относительное обилие представителей порядков Rhizobiales, Actinomycetales и неклассифицированных представителей Acidobacteria_Gp6 и Acidobacteria_Gp3 было в 1,5-2,4 раза больше в контрольной почве, при этом доминируя и в эмбриоземе. Индексы α-биоразнообразия, характеризующие видовое богатство в каждой экосистеме (Као-1, Маргалефа, Фишера, число ОТЕ) были выше в серой почве, а выравненность и равномерность распределения последовательностей по различным ОТЕ, наоборот, были выше в эмбриоземе. Индекс Шеннона был одинаково высок (6,3) в обеих почвах.

Заключение. За девять лет самозарастания золоотвала в формирующемся эмбриоземе развился богатый видами выровненный по структуре бактериальный ансамбль, который уже на этом раннем этапе педогенеза на уровне типа был близок к таковому в серой почве под ненарушенным лесом, расположенном по соседству с золоотвалом. В бактериальном ансамбле молодого эмбриозема доминирует специфичный комплекс бактерий (Chloroflexi, Xanthomonadales, Geobacter, Aciditerrimonas, Iamiaceae и др.), осуществляющих выветривание педогенного субстрата. Присутствие нитрификаторов (Nitrospira), денитрификаторов (Reyranella) на фоне доминирования азотфиксаторов (Bradyrhizobium, Rhizobiales) свидетельствует о становлении всего комплекса процессов трансформации азота уже на ранних стадиях почвообразования в ходе спонтанного самозарастания золоотвала. Доминирование в формирующемся эмбриоземе бактерий, информация о последовательностях генов 16S рРНК которых отсутствует в соответствующих базах данных, подчеркивает необходимость более детального исследования почвенных микробных ансамблей, развивающихся на отвалах, в связи с большой площадью территорий, занятых такого рода техногенными объектами.