Оценка количества ДНК разных групп микроорганизмов в генетических горизонтах темно-серой почвы | Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Оценка количества ДНК разных групп микроорганизмов в генетических горизонтах темно-серой почвы

А. Д. Железова, О. В. Кутовая, В. Н. Дмитренко, А. К. Тхакахова, С. Ф. Хохлов

Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2

Молекулярно-биологическими методами проведено исследование структуры микробного сообщества в профиле темно-серой почвы Luvic Retic Greyzemic Phaeozem (Loamic), Московская область, Каширский район. Микроорганизмы играют ведущую роль в преобразовании органического вещества почвы, их основная масса сосредоточена в верхней части профиля. В связи с этим большинство почвенных микробиологических исследований проводится для верхних горизонтов. Однако изучение микробного сообщества нижней части профиля представляет не только теоретический, но и практический интерес в связи с возрастающей интенсивностью эрозионных процессов. Методом количественной полимеразной цепной реакции в реальном времени оценено количество ДНК бактерий, архей и микромицетов в горизонтах исследуемой почвы. Исследован материал кротовины, находившейся на глубине 80 см. Наибольшее количество ДНК бактерий и архей выявлено в верхнем гумусово-аккумулятивном горизонте (9.6 × 108 и 9 × 107 копий/г почвы соответственно). С увеличением глубины наблюдалось плавное снижение количества ДНК бактерий и архей, что связано с изменением физико-химических условий в почве. ДНК микромицетов распределялись по профилю равномерно (5.0–9.4 × 107 копий/г почвы). Показатели содержания ДНК разных групп микроорганизмов в материале кротовины были близки к нижним минеральным горизонтам. Это может быть объяснено инфильтрацией воды через кротовину с элюированием микроорганизмов в период переувлажнения почв. Определяющими факторами, влияющими на количество ДНК микроорганизмов, являются элементарные почвенные процессы: биогенно-аккумулятивный в верхних горизонтах, глинисто-иллювиальный и гумусово-иллювиальный в нижних горизонтах темно-серой почвы.

Ключевые слова: ПЦР (полимеразная цепная реакция), профильное распределение микроорганизмов, бактерии, археи, микромицеты.


Estimation of DNA quantity in different groups of microorganisms within genetic horizons of the dark-gray soil

A. D. Zhelezova, O. V. Kutovaya, V. N. Dmitrenko, A. K. Thakahova, S. F. Hohlov 

V. V. Dokuchaev Soil Science Institute, 119017, Moscow, Pyzhevskii, 7

Molecular-biological methods permitted to study the structure of the microbial community in the profile of dark-gray soil (Luvic Retic Greyzemic Phaeozem) in Kashira district of the Moscow region. Microorganisms playing an important role in transformation of the soil organic matter are mainly concentrated in the topsoil and the major microbiological studies are related to this part of the soil profile. However, the study of the microbial community in the lower soil horizons is not only of theoretical but also practical interest in view of increasing the intensity of erosion processes. The method of quantitative polymerase chain reaction was used to estimate the DNA quantity of bacteria, archespores and micromycetes in horizons of the above soil. Under study was also the crotovina material at a depth of 80 cm. The highest DNA quantity of bacteria and archespores proved to be in the upper humus-accumulative horizon (9.6 × 108 and 9 × 107 copy/g of soil respectively). Their quantity was decreased downwards the profile, what is connected with changes in the physic-chemical conditions of soil. DNA of micromycetes was evenly distributed throughout the soil profile (5.4–9.4 × 107 copy/g). In the crotovina material the DNA content of different microorganisms groups was close to that in lower mineral soil horizons. This may be explained by water infiltration through the crotovina accompanying by eluviation of microorganisms in the period of soil wetting. The factors affecting the DNA amount of microorganisms are elementary soil processes including the biogenic-accumulative process in the upper soil horizons, clay-illuvial and humus-illuvial processes in the lower horizons of the dark-gray soil.

Keywords: Polymerase chain reaction, profile distribution of microorganisms, bacteria, micromycetes.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Андронов Е.Е., Петрова С.Н., Пинаев А.Г., Першина Е.В., Рахимгалиева С.Ж., Ахмеденов К.М., Горобец А.В., Сергалиев Н.Х. Изучение структуры микробного сообщества почв разной степени засоленности с использованием T-RFLP и ПЦР с детекцией в реальном времени // Почвоведение. 2012. № 2. С. 173–183.
  2. Андронов Е.Е., Пинаев А.Г., Першина Е.В., Чижевская Е.П. Выделение ДНК из образцов почвы (методические указания). СПб.: ВНИИСХМ РАСХН, 2011. 27 с.
  3. Базыкина Г.С. Гидрологическая деградация автоморфных почв в агроландшафтах // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2012. Вып. 70. С. 43–55.
  4. Василенко Е.С., Кутовая О.В., Тхакахова А.К., Мартынов А.С. Изменение численности микроорганизмов в зависимости от величины агрегатов миграционно-мицелярного чернозема // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2014. Вып. 73. С. 85–97.
  5. Добровольский Г.В. Разнообразие генезиса и функций лесных почв // Почвоведение. 1993. № 9. С. 5–12.
  6. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. Версия 1.0. Коллективная монография. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2014. 768 с.
  7. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  8. Манучарова Н.А. Молекулярно-биологические аспекты исследований в экологии и микробиологии. М. Изд-во Моск. ун-та, 2010. 47 с.
  9. Полянская Л.М., Гейдебрехт В.В., Степанов A.Л., Звягинцев Д.Г. Распределение численности и биомассы микроорганизмов по профилям зональных типов почв // Почвоведение. 1995. № 3. С. 322–328.
  10. Урусевская И.С., Соколова Т.А., Шоба С.А., Багнавец О.С., Куйбышева И.П. Морфологические и генетические особенности профиля светло-серой лесной почвы на покровных суглинках // Почвоведение. 1987. № 4. С. 5–16.
  11. Agnelli A., Ascher J., Corti G., Ceccherini M.T., Nannipieri P. Distribution of microbial communities in a forest soil profile investigated by microbial biomass, soil respiration and DGGE of total and extracellular DNA // Soil Biol. Biochem. 2004. P. 859–868.
  12. Baldrian P., Vetrovsky T., Cajthaml T., Dobiasova P., Petrankova M., Snajdr J., Eichlerova I. Estimation of fungal biomass in forest litter and soil // Fungal ecology. 2013. P. 1–11.
  13. Fierer N., Schimela J.P., Holden P.A. Variations in microbial community composition through two soil depth profiles // Soil Biol. Biochem. 2003. P. 167–176.
  14. Gangneux C., Akpa-Vinceslas M., Sauvage H., Desaire S., Houot S., Laval K. Fungal. bacterial and plant dsDNA contributions to soil total DNA extracted from silty soils under different farming practices: Relationships with chloroform-labile carbon // Soil Biol. Biochem. 2011. P. 431–437
  15. IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources 2014. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome. 2014. 181 p.


REFERENCES 

  1. Andronov E.E., Petrova S.N., Pinaev A.G., Pershina E.V., Rakhimgalieva S.Zh., Akhmedenov K.M., Gorobets A.V., Sergaliev N.Kh. Analysis of the Structure of Microbial Community in Soils with Different degrees of Salinization Using T-RFLP and Real-Time PCR Techniques, Eurasian Soil Science, 2012, Vol. 45(2), pp. 147-156. DOI: 10.1134/S1064229312020044.
  2. Andronov E.E., Pinaev A.G., Pershina E.V., Chizhevskaya E.P. Vydelenie DNK iz obraztsov pochvy (metodicheskie ukazaniya), (Solation of DNA from soil samples (guidelines)), St. Petersburg, 2011, 27 p.
  3. Bazykina G.S. Hydrological degradation of automorphic soils in agricultural landscapes, Byulleten Pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva, 2012, Vol. 70, pp. 43-55.
  4. Vasilenko Ye.S., Kutovaya O.V., Tkhakakhova A.K., Martynov A.S. Changes in the intensity of soil-biological processes caused by different-sized aggregates of migrationary-mycelial chernozems, Byulleten Pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva, 2014, Vol. 73, pp. е70-е81.
  5. Dobrovol'skii G.V. Raznoobrazie genezisa i funktsii lesnykh pochv, Pochvovedenie, 1993, No. 9, pp. 5–12.
  6. Edinyi gosudarstvennyi reestr pochvennykh resursov Rossii. Versiya 1.0. Kollektivnaya monografiya, (Unified State Register of soil resources of Russia. Version 1.0. collective monograph), Moscow, 2014. 768 p.
  7. Klassifikatsiya i diagnostika pochv Rossii (Classification and diagnosis of soil Russia). Smolensk, 2004, 342 p.
  8. Manucharova N.A. Molekulyarno-biologicheskie aspekty issledovanii v ekologii i mikrobiologii, (Molecular biological aspects of research in ecology and microbiology), Moscow, 2010. 47 p.
  9. Polyanskaya JI.M., Geidebrekht V.V., Stepanov A.JI., Zvyagintsev D.G. Ras-predelenie chislennosti i biomassy mikroorganizmov po profilyam zonal'nykh tipov pochv, Pochvovedenie, 1995, No. 3, pp. 322–328.
  10. Urusevskaya I.S., Sokolova T.A., Shoba S.A., Bagnavets O.S., Kuibyshe-va I.P. Morfologicheskie i geneticheskie osobennosti profilya svetlo-seroi lesnoi pochvy na pokrovnykh suglinkakh, Pochvovedenie, 1987, No. 4, pp. 5–16.
  11. Agnelli A., Ascher J., Corti G., Ceccherini M.T., Nannipieri P. Distribution of microbial communities in a forest soil profile investigated by microbial biomass, soil respiration and DGGE of total and extracellular DNA, Soil Biol. Biochem., 2004, pp. 859–868.
  12. Baldrian P., Vetrovsky T., Cajthaml T., Dobiasova P., Petrankova M., Snajdr J., Eichlerova I. Estimation of fungal biomass in forest litter and soil, Fungal ecology, 2013, pp. 1–11.
  13. Fierer N., Schimela J.P., Holden P.AVariations in microbial community composition through two soil depth profiles, Soil Biol. Biochem., 2003, pp.167–176
  14. Gangneux C., Akpa-Vinceslas M., Sauvage H., Desaire S., Houot S., Laval K. Fungal. bacterial and plant dsDNA contributions to soil total DNA extracted from silty soils under different farming practices: Relationships with chloroform-labile carbon, Soil Biol. Biochem., 2011, pp. 431–437
  15. IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome. 2014. 181 p.