РОСТ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ В ПОЧВАХ

Изучение особенностей развития и функционирования грибов в почвах - одна из важнейших и фундаментальных задач экологии грибов. Однако к настоящему времени это направление разработано явно недостаточно и по многим вопросам имеются только фрагментарные сведения.

Известно, что микроскопические грибы могут находится в почвах в виде мицелия («активного», «неактивного», мертвого), спор и ряда других грибных структур (хламидоспор, склероций). Наибольшее количество имеющихся исследований посвящено изучению «поведения» спор, так как эта стадия определяет во многом развитие популяций грибов в почвах.

Процессы роста мицелия в почвах исследованы значительно меньше. Основное число работ касается оценки общих запасов мицелиальной биомассы в различных типах почв и по этим вопросам имеется много специальных сводок [например, Newell, 1992]. По особенностям же развития грибных колоний, прохождению жизненных циклов микроскопических грибов в разных почвенных условиях проведено лишь несколько исследований, часть из которых выполнена в нашей лаборатории.

Установлено, что почвы содержат очень большой запас спор грибов, преимущественно находящихся в состоянии покоя. Этот феномен получил название «фунгистазиса». Фунгистазис выражается в сильной задержке и подавлении прорастания грибных пропагул - спор, а также склероций, мицелия, находящихся в почве или помещаемых в нее [Lockwood, 1992 и др.]. Например, прорастание спор ряда сапротрофных видов грибов в почвах, в отличие от прорастания на питательных средах, никогда не составляет 100%.

Причины фунгистазиса - комплексны и до сих пор все полностью не изучены. В ряде обзоров [Мирчинк, Марфенина, 1975; Но, Ко, 1986;

Lockwood, 1992; и др.], рассмотрены сведения об особенностях прорастания спор грибов в разных почвах, а также о природе фунгистазиса. Проявление фунгистазиса отличается в разных типах почв, как правило, уменьшается с глубиной почвенного профиля, изменяется посезонно и зависит от экологических факторов среды.

К настоящему времени установлено, что наличие фунгистазиса определяется как свойствами самого гриба - его видом, строением спор, их возрастом и др., так и абиотическими и биотическими почвенными свойствами. Грибы, имеющие мелкие споры, для прорастания которых в почвах необходимы дополнительные экзогенные питательные вещества, сильнее подвержены фунгистазису по сравнению с видами, имеющими крупные споры, обладающие большими запасами питательных веществ, необходимых для прорастания [Lockwood, 1992]. Особенно резистентными могут быть споры темноокрашенных грибов, обладающие толстой меланизиро- ванной оболочкой. Выраженность фунгистатического действия на разные типы пропагул (например, конидии, хламидоспоры) у одного и того же вида гриба может отличаться [Couteaudier, Alabouvette, 1990].

Чувствительность к фунгистазису изменяется с возрастом спор и связана с длительностью их нахождения в почве. При длительном нахождении - грибные пропагулы постепенно теряют способность к прорастанию.

Одной из основных причин уменьшения прорастания спор и других покоящихся структур считают потерю ими питательных веществ - как результат выделения разнообразных «эксудатов» [Lockwood, 1992]. Наибольшие потери питательных веществ при выделении эксудатов, приводящие к снижению прорастания, происходят при дыхании грибных пропагул [Mondal et al., 1995]. Полностью все механизмы, вызывающие возрастание выделений эксудатов из грибных пропагул, до сих пор не ясны.

Чаще всего фунгистазис связывают с наличием и доступностью для грибных спор питательных веществ в почвах [Lockwood, 1992], что подтверждается опытами на искусственных почвенных смесях [Но, Ко, 1986] и снижением фунгистазиса при добавлении органических веществ в почву. Фунгистазис сильнее проявляется в почвах с дефицитом питательных веществ и высокой биологической активностью.

Роль почвенной микробиоты в формировании фунгистатических свойств связывают как с конкурентными взаимоотношениями микроорганизмов за субстрат, так и выделением микробами ряда растворимых и летучих физиологически активных веществ, фунгитоксических соединений, сидерофоров и т.д. [Lockwood, Schippers, 1984; Duijff et al., 1995 и др.]. При более разнообразном микробном сообществе и более высоком уровне микробной активности, как правило, отмечают более сильное подавление прорастания спор. Микробная активность микроорганизмов по отношению к грибам может быть связана с физико-химическими свойствами почв, например, присутствием глинистых минералов, pH среды и т.д. [Rosenzweig, Stotzky, 1979].

Причинами подавления прорастания грибных спор в почвах является и ряд самих абиотических факторов, а именно: наличие в почвах доступной влаги, кислотность, температура почв, уровень присутствия азотосодержащих соединений, высокое содержание ионов металлов - Fe, Al, Pb, Cd и т.д. [Марфенина и др., 1989; Schippers et al., 1982; Duijff et al., 1995 и др.]. Так, с увеличением щелочности почв прорастание спор целого ряда видов грибов снижается.

Отклонение температуры от оптимальной для прорастания данного вида, как правило, вызывает уменьшение количества прорастающих спор [Bertolini, Tian, 1996 и др.]. Штаммы одного вида, выделенные из разных природных зон, могут иметь различные оптимумы роста и, соответственно, разную способность к прорастанию при определенных температурах [Иванушкина, Мирчинк, 1984 и др.].

Прорастание спор отдельных видов грибов зависит и от ряда антропогенных факторов, что может использоваться как показатель антропогенного воздействия на почвы.

Фунгистатическое действие почв может проявляться не только в увеличении времени и снижении уровня прорастания спор грибов, но и в уменьшении скорости роста ростковых трубок, частей мицелия.

Развитие ростковой трубки - «критический» этап в жизненном цикле гриба [Lockwood, 1992]. Вытягивание ростковой трубки, как и прорастание спор, зависит от условий среды - наличия субстрата, кислотности, температуры, уровня содержания токсичных веществ и т.д. Молодые гифы наиболее чувствительны к исчерпанию субстрата, но реагируют и на изменение других факторов, например, на уменьшение кислотности среды [Duijff et al., 1995]. В результате обеднения и истощения питательных ресурсов часто происходит автолиз ростовых трубок и молодого мицелия.

В настоящее время дальнейшее, после прорастания спор, прохождение стадий жизненных циклов микроскопических грибов в почвах (рост мицелия, развитие микроколоний, репродукция и т.д.) изучено явно недостаточно, что во многом определяется методическими трудностями при работе в почвах. Один из основных используемых методов, применяемый в разных модификациях, - метод мембранных камер [Никитина, Мамитко, 1981; Марфенина и др., 1991; Лагутина и др., 1992; Gochenaur, Sheehan, 1980]. Суспензия грибных спор или фрагментов мицелия наносится на пористые мембранные фильтры, которые затем закрывают дру. гими фильтрами, и помещают в почву. Через определенные промежутки времени фильтры извлекают из почвы и оценивают развитие гриба Данный метод с одной стороны позволяет обеспечить грибам условия развития, достаточно приближенные к почвенным, а с другой* стороны дает возможность оценить особенности прохождения стадий жизненного цикла грибов.

Методом мембранных камер показано, что в отличие от питательных сред, для почв характерно более длительное прохождение стадий жизненного цикла, менее интенсивное развитие мицелия, возможность его быстрого лизиса, изменение структуры спорообразования.

Об особенностях развития мицелия в почвах долгое время судили преимущественно по развитию мицелия на стеклах обрастания и в специальных устройствах (педоскопах), что не давало возможности характеристики роста отдельных видов грибов. Использование метода мембранных камер позволило получить некоторые представления об этих процессах. Было показано, что скорость роста мицелия ряда микроскопических грибов в почвенных условиях может быть меньше на 2-3 порядка (десятки мкм/сут) по сравнению с ростом на твердых питательных средах, где прирост мицелия измерялся тысячами мкм/сут. В разных типах почв, отличающихся по своим физико-химическим и биологическим свойствам, скорости роста мицелия одних и тех же видов грибов могут существенно различаться. Причем, не всегда в более богатых по питательным веществам почвах происходит более активное нарастание мицелия. Так, рост гиф мицелия Zygorhynchus heterogamus в дерново-подзолистой почве составлял 50±8 мкм/сут., в бурой лесной почве - 7±1 мкм/сут., а в черноземе - 12±3 мкм/сут. [Попова, 1990; Марфенина и др., 1991].

Грибы могут формировать колонии в благоприятных для их развития почвенных локусах, а при отсутствии таковых могут активно преодолевать неблагоприятные участки среды, перерастая их гифами [Rayner, 1992]. Вероятно, формирование мицелиальных тяжей способствует лучшей выживаемости грибов в почвах, так как не агрегированные в тяжи гифы лизируются значительно быстрее [Dowson et al., 1989].

По мнению ряда авторов, относительная чувствительность мицелия почвенных грибов к фунгистазису (что подразумевало замедление скорости роста мицелия по сравнению со снижением уровня прорастания спор) значительно меньше, чем у спор [Steiner, Lockwood, 1969].

Мицелий грибов, развивающийся в почве, имеет ряд специфических особенностей по сравнению с мицелием грибов, выращенных на питательных средах. Как было уже упомянуто выше, он обычно тоньше. Так, диаметр гиф широко распространенных микромицетов Aspergillus niger, penicillium spinulosum на средах составлял 3 мкм, а в почве — 1,5 мкм. Изменение диаметра мицелия в почвах может определяться наличием питательных веществ, так как на богатых средах — он вдвое толще, чем на голодном агаре или в почвах [Попова, 1990; Марфенина и др., 1991]. Диаметры гиф могут различаться и в почвах с разными агрохимическими свойствами [Демкина, Мирчинк, 1984].

В почвах характерно более редкое ветвление мицелия, чем на питательных средах. Это было показано, например, у Ulocladium botrytis, для которого величина единицы гифального роста (ЕГР) в богатых черноземных почвах составила - 60 мкм, а на питательных средах была в 4 раза меньше [Марфенина и др., 1991].

В почвах некоторые стадии жизненного цикла грибов, например, ми- целиальная, могут быть редуцированы, то есть, может наблюдаться мик- роциклическое развитие [Марфенина и др., 1991; Gochenaur, Sheehan, 1980]. Все возможные причины микроциклического развития пока не исследованы, но в почвах ими могут быть, например, уменьшение содержания органических веществ, изменение режимов влажности, загрязнение токсикантами, переваривание спор грибов почвенными беспозвоночными [Марфенина и др., 1991; Попова, 1990; Ищенко, 1995].

В зависимости от почвенных условий у микроскопических грибов могут иметься отличия по структуре спорообразования и времени генерации. Например, в почвах у мукоровых грибов, наряду с бесполыми может наблюдаться формирование половых спороношений. Причем, в разных типах почв структура спороношений (выраженность бесполой и половой стадии) - отличается [Марфенина и др., 1991]. Споры П^ибов, которые быстро и массово прорастали в определенных типах п°чв, давали в этих почвах наиболее активное развитие мицелия и быстрее переходили к спорообразованию (имели минимальное время генерации).

Исследование процессов лизиса грибных структур в почвенных условиях проводится достаточно активно, но, как правило, исключительно в целях разработки способов биологического контроля фитопатогенных грибов [Lockwood, 1992]. Тем не менее, эти вопросы до сих пор остаются исследованными не достаточно. Так, неясны скорости автолиза разных мицелиев в почвах по сравнению со скоростями на питательных средах. В почвах в условиях недостатка энергетических и питательных веществ автолизу обычно наиболее подвержены ростковые трубки и молодые гифы [Ко, Lockwood, 1970]. Установлено, что хити- назы и глюкозидазы могут активироваться в гифах грибов при экспозиции их в почвах. Большое значение имеет и влияние литических ферментов других микроорганизмов, которые участвуют в разрушении гиф и уже автолизированных остатков. Уровень миколитической активности почв связывают с составом и активностью микробных комплексов. Почвы, обладающие большими запасами бактериальной биомассы, часто проявляют более высокую миколитическую активность [Kaczmarek, Pedziwilk, 1988]. На скорость лизиса гиф влияют и абиотические почвенные свойства. Например, при высокой влажности и низких температурах процессы лизиса могут затормаживаться [Nesbitt et al., 1979], что может быть одной из причин формирования значительных запасов ми- целиальной биомассы в холодных и переувлажненных северных почвах, характеризующихся и более слабым развитием бактериальных микробных комплексов [Мирчинк, 1988].

Таким образом, сейчас очевидно, что прохождение циклов развития микроскопическими грибами в почвах имеет ряд своих специфических черт. А именно: для почв характерно наличие фунгистатического эффекта (большая длительность и меньший уровень прорастания спор), что может быть одной из причин формирования запаса (пула) спор в почвах; скорости роста мицелия сравнительно более низкие; более низка и репродукция в колониях грибов; возможно укорачивание и выпадение отдельных стадий (неполночленность) жизненного цикла, отмечается его большая длительность и т.п. Однако эти сведения, за исключением данных о фун- гистатическом эффекте, на настоящий момент весьма фрагментарны, получены всего для нескольких видов и требуют дальнейших исследований. При этом следует отметить, что особенности жизненных циклов микроскопических грибов в почвах под влиянием широкого спектра современных антропогенных воздействий вообще не были предметом специальных исследований.