Глава IV СУКЦЕССИЯ ВИДОВ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ РАСПАДЕ ЕЛОВОГТ ДРЕВЕСИНЫ

При анализе микрофлоры еловой древесины, находящейся в разных стадиях распада, мы могли установить ряд микробных комплексов, характеризующих каждую фазу распада и связанных с теми биохимическими процессами, которые протекают при постепенной минерализации древесных остатков.

Таблица 3

Свежеупавшее дерево (pH = 6)

В табл. 3 приведен список видов, выделенных нами в первой фазе разложения древесины (свежеупавшее дерево).

Выделенные в этой стадии грибы можно разделить на три группы. Первая группа — типичные деревоокрашивающие грибы, использующие главным образом содержимое клеток (Cladosporium herbarum Pers., Penicillium luteum Thom.). Ко второй группе можно отнести мицелий базиодимицета, проникающий в древесину уже в начале разложения и достигающий полного развития во второй стадии к моменту образования плодовых тел. Наконец, третью группу составляют кислотообразова- ли. Сюда мы относим ряд видов Penicillium, вырабатывающих значительное количество органических кислот, как Penicillium Waksmani Zal, Penicillium spinulosum. Эти виды могут питаться содержимым растительных клеток, а также использовать промежуточные продукты энзиматического расщепления древесины базидиомицетами.

Бактериальная флора на этой стадии ограничивается группой гнилостных микробов из рода Pseudomonas и Achromobacter (Pseudomonas fluorescens Migula, Achromobacter pestifer Bergey), т. e. формами, связанными с разложением белков древесины.

Вторая фаза разрушения еловой древесины характеризуется в первую очередь пышным развитием основных дереворазрушающих грибов. Плодовые тела этих грибов находятся в большом количестве на поверх* ности колод. В этой стадии господствует мицелий базидиомицетов, который главным образом и производит расщепление прочного лигноцел- пюлозного комплекса.

Важнейшими продуктами расщепления являются органические кислоты, резко снижающие реакцию среды (pH около 4). Возникают специфические экологические условия, в результате которых организуется микробиологическая группировка второй стадии.

Таблица 4

Бурая гниль

(pH = 3,4)

Из табл. 4 видно, что кроме мицелия базидиомицетов во второй стадии обнаружены еще две группы грибов: группа, развивающаяся на клетчатке, и большое количество различных видов Penicillium, которые можно объединить в одну группу спутников основных дереворазрушающих грибов. Большинство видов этой группы питается за счет энзиматического расщепления древесины базидиомицетами и характеризуется присутствием сильных кислотообразователей: Penicillium spinulo- sum Thom., Penicillium Waksmani Zal., Penicillium Miczynskii Zal.

По мере развития Fomes pinicola Cke. запас доступного этому виду энергетического материала в древесине постепенно истощается Вседствие этого наступает голодание мицелия и его постепенное отми- ранне, которое сопровождается автолизом грибных гиф и выделением аммиака, что приводит к сдвигу реакции в сторону щелочности.

Мертвый мицелий Fomes pinicola представляет богатый белком продукт микробиального синтеза, могущий служить источником питания для различных групп микроорганизмов, вооруженных цигокласти- ческими ферментами.

В результате отмирания Fomes pinicola и его спутников в субстрате возникают микронозы, в которых создаются условия для возникновения совершенно новых микробных ассоциаций грибов и бактерий, характеризующих следующую фазу распада.

Для исследования микрофлоры древесины в такой стадии распада была выбрана колода с отмершими плодовыми телами Fomes pinicola.

Вершина этой колоды, лежащая на земле, красноватого цвета, сильно разложилась и вся пронизана ризоморфой. Ближе к комлевой части, где расположены отмершие плодовые тела Fomes pinicola, древесина бурого цйета, более твердая, чем у вершины, и вся пронизана белыми пленками мицелия.

Из каждой части колоды были взяты образцы для микробиологического анализа.

Таблица 5

Переходные стадии гнили

Выделенные формы грибов можно разделить да несколько групп. Кроме мицелия базиодимицетов и обширной группы Penicillium, которую мы рассматриваем как спутников Fomes pinicola Cke., появляется еще группа грибов, способных разлагать клетчатку, развивающихся хорошо на искусственных питательных средах с целлюлозой в качестве источника углерода. Сюда относятся: Trichoderma Koningi Oudem, Тг. lign'orum Tpde, Haplographium delicatum Berk., H. atrofuscum Preuss., H. bicolor Grove.

Эти виды найдены как в комлевой части колоды с мертвыми телами Fomes pinicola, так и в более сильно разложившихся участках у вершины.

Появление последней группы грибов, которые не выделяются из древесины в I и II стадиях разложения, дарактерно для переходной фазы распада древесины. Род Haplographium совершенно не изучен с физиологической стороны; Trichoderma же, встречающаяся очень часто в почве и подстилке, изучена довольно подробно. Ваксман и Гейкелиан, Мак-Лейн и Вильсон (22) и др. показали, что грибы этого рода способны к энергичному расщеплению клетчатки и одновременно с этим являются сильными аммонификаторами, выделяя большое количество NH3 при разложении белковых соединений.

Из образцов более разложившейся части колоды, где уже наметился переход к красной гнили, кроме перечисленных, выделен еще ряд видов: Sporotrichum laxum Nees., Sp. roseum Link., и представители семейства мукоровых: Mucor Ramannianus Moeller, Tieghemella Tieghemii Naumov.

Как известно, большинство мукоровых не способно разрушать клетчатку, появление их в более поздних фазах распада заставляет предполагать, что они могут развиваться за счет продуктов микробиального синтеза, накопляющихся по мере распада древесины. Таким образом переход из стадии бурой гнили в стадию красной гнили сопровождается появлением специфических для каждого этапа распада форм. Сперва появляется группа грибов, способных разлагать клетчатку (Trichoderma, Haplographium), затем различные виды Sporotrichum и Mucor, в первую очередь, Mucor Ramannianus Moeller и Tieghemella tieghemii Naumov.

Флора бактерий в переходных стадиях разложения предстазлена гнилостными формами. Сперва появляются представители рода Pseudomonas (штаммы, близкие к Pseudomonas fluorescens Migula). Затем видовой состав постепенно обогащается. В образцах древесины, разложившейся более сильно, найдены:              Pseudomonas fluorescens Migula,

Achromobacter geniculatum (Wright) Bergey, Kurthia Zenkeri (Hausser) Bergey, Вас. subtilis Cohn.

Общее количество аммонифицирующих бактерий увеличивается, по сравнению с предыдущими фазами распада, с 3 тыс. до 100 тыс. экз.

Последние стадии распада связаны, как это уже было указано, с развитием различных Agaricaceae: Omphalia campanella (Batsh.) Fr., Paxyllus involutus (Batsch.) Fr. и др. Древесина колод на этой стадии большей частью пронизана густой сетью ризоморфы.

На крайней стадии разложения колода теряет форму, сливается с поверхностью почвы, покрывается мхами и другой растительностью. От древесины остается только темная рыхлая трухлявая масса. Микробные ассоциации третьей фазы разложения лучше всего выражены в таких сильно разложившихся колодах.

При анализе видового состава грибов (табл. 6) прежде всего бросается в глаза исчезновение группы Penicillium — постоянных спутников первоначальных стадий разложения древесины. Для красной гнили характерны следующие группы: 1) базидиомицеты; 2) целлюлозоразлагающие грибы: Trichoderma Koningi Oudem, Tr. lignorum Tode, Haplographium atrofuscum Preuss., H. delicatum Berk., Sporotrichum flavissimum Ыпк. и др. 3) виды сем. Mucoraceae: Mucor Ramannianus Moeller, M. silvaticus Hagem.

Красная гниль (pH = 5,2)

Таблица 6

В отношении бактериального состава также наблюдается определенная сукцессия видов. Увеличивается общее количество аммонифицирующих бактерий, достигая в красной гнили 1 млн. экз. на 1 г сухого вещества; кроме аммонифицирующих бактерий появляются новые физиологические группы — денитрифицирующих и анаэробных фиксаторов азота.

Видовой состав группы аммонификаторов по сравнению с переходными стадиями гораздо богаче и характеризуется наряду с неспоровыми формами: Pseudomonas fluorescens Migula, Р. fluorescens non liquefa- ciens Ber,gey, Kurthia Zenkeri (Hausser) Bergey и др, появлением споровых палочек: Bacillus subtilis Cohn., Вас. Mycoides Fliigge.

Последовательность появления отдельных видов зимогенной микрофлоры в связи с фазой разложения древесины обусловливается, пови- димому, экологическими условиями среды: реакцией, формами белка и фазой распада белковых соединений.

Таким образом стадия красной гнили характеризуется следующими признаками: Исчезновением группы кислотообразователей, Изменением реакции в сторону щелочности, Появлением группы целлюлозоразлагающих грибов, Появлением богатой флоры аммонификаторов.

Проведённая работа позволяет судить о составе микробных ассоциаций и постепенной сукцесии выделенных видов микроорганизмов. Важнейшая задача дальнейших исследований — экологическое изучение микрофлоры еловых колод в различных типах елового леса. Такое исследование, проведенное по описанной в этой статье методике, даст возможность сделать окончательное заключение о ведущих видах микроскопических грибов и бактерий, принимающих участие в процессе распада древесины. Выявление же этих ведущих форм чревычайно важно для постановки физиологических экспериментов и воспроиззедения всего процесса в лабораторных условиях.

Однако, уже имеющиеся в нашем распоряжении данные позволяют составить следующую рабочую гипотезу о динамике всего процесса.

В свежеупавших еловых колодах имеется большое количество легко разлагающихся органических веществ в форме содержимого клеток. Эти вещества подвергаются быстрому распаду в связи с развитием специфической флоры плесневых грибов, окрашивающих древесину, а также различных гнилостных бактерий, способных расщеплять белки древесины.

Из литературы известно, что количество видов, вызывающих окраску древесины, довольно значительно.

В работах Лагерберга, Лундберга и Мелина (12), Мюнха (21), Лебедева (14) и др. приводятся подробные описания различных деревоокрашивающих грибов, выделяемых из лесоматериалов. Виды плесеней, описанных этими исследователями, появляются частью на широких открытых поверхностях древесины, получающихся при распиловке круглого леса. В таких условиях преимущественно развиваются различные виды Ceratostomella. В природной же обстановке на древесных колодах, покрытых корой, помимо Ceratostomella, вырастает в большом количестве ряд видов Penlcillium, Cladosporium и базидиомицетов. Последние питаются уже не содержимым клеток, а разрушают клеточные стенки.

Появление базидиомицетов знаменует собой начало второй фазы распада древесины, вызываемой основными дереворазрушающими грибами. Эта фаза характеризуется комплексом микроорганизмов кисло- тообразователей.

Помимо основных дереворазрушителей, для бурой гнили характерно присутствие богатой флоры Penicillium. Фальк (6) показал, что при деструктивной гнили уже в начале распада в древесине появляется большое количество воднорастворимых веществ.

По всей вероятности, развитие Penicillium происходит за счет этих соединений. Большинство найденных видов за исключением Penicillium rugulosus Thom., Р. brevicauTe Sacc., Gliocladium deliquescens Sopp. не расщепляет клетчатки. В этом отношении флора Penicillium, найденная в древесине, значительно отличается от флоры, выделенной из почв и лесных подстилок, где было найдено значительное количество видов, разрушающих клетчатку.

Так, в сводке Нитгаммера (25), посвященной почвенным грибам, приведено около 16 видов Penicillium, способных разрушать клетчатку.

Вследствие отмирания основных дереворазрушающих грибов наступает новая фаза распада (красная гниль древесины). В этой фазе процесс идет, повидимому, в двух направлениях: с одной стороны, происходит дальнейший распад древесины, обусловленный развитием шляпных базидиомицетов и ряда микроскопических грибов, с другой — происходит разложение массы органического вещества, синтезированного грибами предшествующих стадий.

На этой стадии распада микробные ассоциации характеризуются наличием ряда физиологических групп, свойственных почвенной микрофлоре. Сюда относятся микроскопические грибы, способные разрушать клетчатку, как Trichoderma, Sporotrichum, и богатая флора аммонифи- каторов.

Выявление экологической роли большинства выделенных видов во всём микробном комплексе — задача дальнейших экспериментов. Имеющиеся данные позволяют подчеркнуть важность правильного разделения экологических функций организма от его физиологических возможностей. Например, Trichoderma, обнаруженная в самых разнообразных почвах, рассматривается обычно как энергичный разрушитель целлюлозы.

Наши наблюдения показали, что этот вид появляется в последних стадиях распада, когда в древесине уже произошло расщепление лиг- но-целлюлозного комплекса, а общее количество целлюлозы в древесине значительно уменьшилось.

Разрушает ли Trichoderma оставшуюся в древесине клетчатку, либо этот гриб играет в древесине какую-то другую роль, позволят решить только дальнейшие эксперименты.

Бактериальная флора третьей фазы распада древесины отличается значительным разнообразием по сравненшб с предыдущими; наибольшее значение имеет группа гнилостных бактерий.

Роль этой группы микроорганизмов при распаде древесины может быть многообразной.

Будучи вооружены сильными протеолитическими ферментами, эти микроорганизмы, как, например, Pseudomonas fluorescens, Вас. subtilis, Вас. mycoides, могут использовать не только белки древесины, но также и готовые продукты микробиального синтеза, главным образом грибного мицелия.

О существовании связи между развитием бактерий и мицелием грибов говорят данные прямой микроскопии по методу Росси-Холодно- го (4), который нами применялся при изучении микрофлоры колод в более поздних стадиях распада.

На стеклах обрастания, пролежавших в колодах от трех до 10 дней, часто можно было встретить гифы мицелия, которые сопровождались как бы чехлом из бактерий. Это явление наблюдали многие авторы, причем объяснение ему давалось различное. Можно предположить, что появление бактерий вокруг грибных гиф вызывается пленкой влаги, окружающей грибной мицелий {Новогрудский, 23). Однако, не исключена возможность, что здесь имеет место питание бактерий гифами грибов или продуктами их жизнедеятельности.

Иенсен (10), изучавший роль микробных клеток в образовании гумуса, нашел, что при внесении в почву мицелия различных видов грибов значительно повышается в первые семь дней исследования количество бактерий и актиномицетов, что свидетельствует о факте использования почвенными бактериями грибного мицелия как источника питания.

В процессе освоения микроорганизмами зимогенной флоры белков древесины (как в форм'е протоплазмы клеток древесины, так и в форме белков, синтезированных микроорганизмами) выделяется аммиак, который идёт на нейтрализацию кислот.

Таким образом, гнилостная флора бактерий занимает определенное место в общем процессе распад^ древесины.

Наибольшая роль должна быть, повидимому отведена группе бактерий из рода Pseudomonas. Виды этого рода, появляющиеся в древесине на самых ранних стадиях её распада, численно превосходят другие виды микроорганизмов. Быстрота размножения, сильные ферменты, резко выраженная способность к аммонификации ставят эту группу микроорганизмов в ряд ведущих форм бактериальной флоры колод.

Заканчивая на этом описание микрофлоры, вызывающей распад древесины, отметим один существенный вывод методического порядка.

Наши наблюдения показали, что весь процесс разложения древесины распадается на несколько фаз с вполне определённой флорой, промежуточные же стадии характеризуются смесью форм, принадлежащих к предшествующим и последующим фазам разложения. Отсюда следует, что при установлении сукцесии видов весьма важно разобраться в этих узловых точках процесса: пробы, взятые из промежуточных точек, дадут неясные, спутанные результаты, если неизвестен состав микробных комплексов основных узловых точек. Для еловой древесины такими точками будут: фаза деревоокрашивающих грибов, фаза дереворазрушающих грибов, фаза шляпных базидиомицетов.

выводы Испытаны разнообразные питательные среды и разработана методика экологического анализа микрофлоры древесины. На основании проведенных исследований установлено, что распад древесины протекает через ряд стадий, каждой из которых соответствуют определённые комплексы микроорганизмов. При этом смена стадий сопровождается сменой микробных комплексов (сукцессия видов). Выявлен состав микробиологических группировок каждой отдельной фазы распада и установлена сукцессия видов грибов и бактерий по фазам.

Для первой фазы распада характерно присутствие деревоокрашивающих грибов, мицелия базидиомицетов и гнилостных бактерий из рода Pseudomonas и Achromobacter.

Вторая стадия распада характеризуется преобладанием комплекса кислотообразователей (базидиомицеты и группа Penicillium), бактерий нет.

Третья фаза наиболее разнообразна по составу. Для нее характерны следующие группы микроорганизмов: 1) базидиомицеты; 2) целлюлозоразлагающие грибы (Haplographium, Sporotrichum и др.); 3) аммонифицирующие грибы и бактерии (Trichoderma и др., Pseudomonas fluores- cens, Вас. subtilis, Вас. mycoides); 4) денитрифицирующие бактерии и ¦*3) анаэробные фиксаторы азота.

ЛИТЕРАТУРА Бердже — Определитель микробов. Ак. н. УССР, 1936. Biourge Ph. — Les moississures du grupe Penicillium LinK. 1923. Brefeld — Untersuchungen aus dem Gesamtgebiete der Mycologie, I — VIII, X —XV, 1872—1889. Cholodny N. — Ueber eine neue Methode zur Untersuchung der Boden MiKroflora. Arxiv MiKrob., Bd. I, 1930. F a 1 с к — Hausschwammfoschungen. Berichte Deutsch. Chem. Ges., H. 10, 1926; H. 11, 1927. F а 1 с к — Ueber Korrosive und destruKtive Holzersetzung und ihre biologische Bedeutung. Berichte der Deutsch. Botan. Ges., 44, 1927. F a 1 с к — N’achweise der Humusbildung und Humusersetzung durch bestimmte Arten hoheren Fadenpilze im Waldboden. Forstarchiv, 6, 1930. H a r t i g — Wichtige Kramcheiten der Waldbaume. 1874. H e d с о с к G. G. — Studies upon some Chromogenic fungi Which discolor Wood. Ann. Rept,i Miss. Bot. Gard., 1906. Jensen — The microbiology of farmyard manure decomposition im soil IIL J. Agr. sci, 22, 1932.

И. Илькевич — Грибы разрушители, 1912. Lagerberg T., Lundber g G. and Melin E. — Biological and practical researches into blueing in pine and spruce. Swensna B. SKOgsvardstoren TidsKr., H. II, Och. IV, 1927. Lehmann und Neumann — Atlas und Grundrisz der Bacteriologie. 1920. Лебедев — Синева пиломатериалов и меры борьбы с ней, 1927. L i е s е — Ang. Bot., Bd. X, 1928. Male no vie — Die HoJzKonservirung im Hochbaue mit besonderer Ruck- sichtnahme auf die Bexampfung des Hausschwamms, 1907. Mazushita — Bact. Diagnostic, 1902. Миллер и Мейер, Сборн. ЦНИИМОД, 1934. Макринов — Домовый гриб, его распознавание и меры бЬрьбы с ним, 1920. Mounce — Studies in forest pathology II. The biology of Fomes Pinicola Domin. of Canada Depar. of Agric. Bull., Ill, New series, 1929. Munch E. — Die Blaufauje des Nadelholzes. Naturw. Zeitschr. f. Forst. und Landw., 1907. McLean H. C. and Wilson C. W. — Ammonification studies with soft fungi. N. Y. Agr. Exp. Sta. Bui., 270, 39, 1914. Новогрудский — О миколитических бактериях. Журн. Микробиологии, т. И, 1935. Наумов Н. А. — Определитель мукоровых, 1935. Niethammer А. — Die MinrosKopischen Boden Pilze, 1937. Rabenchorst L. — Kryptogamenflora von Deutschland, Oesterreich unb der Schweiz. 2 Aufl. I Pilze, 1881. Rostrup a. Weismann — Hauswapen. Rose a. Lisxe. — Ind. Eng. Chem., № 9, 1917. Stapp C. u. Bortels H. — Mkrobiologische Untersuchungen iiber die Zersetzung von Waldstreu. Ztrbl. Bact., II, 90, 1934. S c h m i t z H. — Studies in the Physiology of the Foungi VI. The Relation of Bacteria to cellulose Fermentation Induced by Fungi with special reference to the deay of Wood. Annals of the Missuri Botanical Garden, IV, N° 2, 1919. Schmitz H. — Studies of Wood decay II Enzymeaction in Polyporus volvatus Реек, and Fomes igniarius (L.) Gill. Journ. of Gener. Physiol., v. Ill, N° 6, 1921. Thom — The PeniciLlia, 1930. T ii b e u f — Hausschwamm-Fragen Naturwissen. Ztshr. f. Forst. und Land- wirtsch., 1903. Трусов —Материалы по изучению русских почв, в. 26—27, 1917. W а к s m a n S. u. Cordon Т. С. — Method for Studyng decomposition of isolated Lignin and the influence of lignin on cellulose decomposition. Soil Science, v. 45, N° 3. Ванин, — Труды научно-технической комиссии НКПС, в. 18, 1926. W eh me г — Ctrbl. f. Bact. II. Bd. IV, 1898. В и л ь я м с В. Р. — Почвоведение. Изд. 4, 1938. Zeller — Lenzites sepiaria Fr. With special referens to enzyme activity Ann. of Missouri Bot. Gard., v. Ill, 1906. Частухин В. Я. — Исследования по физиологии грибов. Материалы по фитопатологии и микологии, в. II, 1929—1930. Частухин В. Я. — Исследования по физиологии грибов. L Домовые грибы: Coniophora сегеЬеНд и Merulius lacrymans. Тр. Бот. инст. Ак. н. СССР, сер. 4, в. 3, 1937.