Микологический анализ почвы

Микромицеты. Встречаемость в окружающей среде

Почвы — это естественное хранилище микроорганизмов, собирающее их веками. Принято даже говорить, что геодерма — это главный генетический банк микроорганизмов на земле. Помимо бактерий её населяет ещё одна большая группа микроорганизмов — микромицеты (микроскопические грибы).

По внешнему облику грибы условно делят на дрожжи (одноклеточные представители) и плесени (мицелиальные представители). Роль первых в почвах незначительна, так как их предпочтительная среда обитания — листья и плоды растений, что связано с любовью к сахару.

Наиболее изученные и знакомые дрожжи — пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae, которые применяются в производстве алкогольной продукции и кулинарии. В грунте содержится мало легкодоступных веществ, поэтому в процессе эволюции микромицеты приспособились к таким условиям с помощью гиф (мицелия), с помощью которых они «дотягиваются» до необходимого доступного субстрата. Вокруг гиф микромицетов концентрируется жизнь других обитателей: бактерий, простейших и почвенных беспозвоночных.

Функции микромицетов в почвах

Главная функция — это разложение природных полимеров (лигнина, кератина, полифенолов). К сожалению, эта ключевая для биосферы функция приводит к плачевым последствиям, например порче старинных книг и реликвий. Разлагая древесину, микромицеты активно участвуют в круговороте элементов в природе. В свете проблемы утилизации мусора ведутся работы по изучению разложения пластмасс и других отходов микромицетами [1, 2]. Возможно, что в будущем очищать нашу планету от вековых свалок будут с помощью этих микроорганизмов, которые принимают участие и в разложении вредных стойких пестицидов на наших дачах и огородах.

Гифы переплетаются в земле, создавая плотную сеть, схожую с зарослями джунглей — таким образом создаётся почвенная микроструктура. В одном грамме почвенного материала находятся сотни метров гифов грибов.

Микромицеты образуют мутуалистические (удобные для обеих сторон) взаимодействия с растениями — микоризы. Так, образуя единое целое с корнями растений, грибы обеспечивают растениям дополнительный приток питательных элементов и воды, выкачивая их из грунта, в то время как растения передают грибам в ответ необходимые для роста углеводы, которые те не могут производить самостоятельно.

Для дождевых червей, в том числе и в пахотном горизонте, грибы — основной источник пищи. Муравьи-грибководы создают грибные плантации, на которых как пахари возделывают любимое лакомство.

Фитопатогенные микромицеты

Почва как банк опасных микромицетов для человека

Помимо порчи продуктов питания и хозяйственных объектов грибы представляют прямую угрозу здоровью человека. Они продуцируют микотоксины, которые накапливаются в продуктах питания и при попадании в организм человека вызывают поражения печени и рак. Некоторые микотоксины долго сохраняются в земле [5], и при неправильной сельскохозяйственной обработке накапливаются в ней, а также выносятся из неё в сопредельные среды (поверхностные водоёмы).

Хотя в отличие от бактерий среди микрогрибов меньше представителей, заражающих человека, известны грибы, которые вызывают тяжёлые заболевания даже у здоровых людей, например возбудители гистоплазмоса и бластомикоза. Другие, менее заразные виды вызывают заболевания у людей с пониженным иммунным статусом.

Микромицеты размножаются в почвах с помощью диаспор — аллергенов человека. Устойчивость таких спор считается высокой: они выдерживают высокие, низкие температуры, воздействие ионизирующего излучения.

Нормирование содержания микромицетов

В РФ содержание микрогрибов в почве не нормируется. В связи с этим нет единых методов определения этих микроорганизмов.

Методы определения в почвах

Классический микробиологический метод, применяемый в почвенной микробиологии. Главное преимущество — скорость и дешевизна процедуры. При наличии селективных сред выделяют грибы требуемой группы. Главный недостаток подхода — сложность в интерпретации результатов, поскольку рост на питательной среде дают как диаспоры, так и остатки мицелия. Таким образом, метод следует считать полуколичественным, дающим только приблизительную оценку содержания микромицета в почве. Используя этот приём, возможно сравнить два объекта по количеству микроорганизмов.

С помощью метода можно определить длину жизнеспособного мицелия в субстрате, наличие спор, а при наличии квалификации — и вид микромицета. Такой способ подходит для определения наличия грибов на том или ином объекте (изучение биоповреждений). Недостатки — времязатратность при подборке красителей для специфичных задач и, как следствие, невозможность определить вид гриба, наблюдаемого в микроскопе; требования к квалификации исполнителя (кандидат биологических наук с профилем в области микологии). Для узкоспециализированных задач используют микроскопию совместно с методом FISH: к специализированным участкам ДНК микромицетов пришивают светящиеся метки, которые видно в микроскоп. К преимуществам такого сочетания относят специфичность, возможность определить видовую принадлежность, к недостаткам — высокую стоимость.

К биохимическим методам относятся способы, основанные на определении тех или иных клеточных компонентов микромицетов, например состава жирных кислот, эргостерола или хитина, в том числе определение молекул c помощью MALDI-TOF.

Молекулярные методы (баркодинг ITS, определение функциональных генов) на сегодняшний момент — наиболее точные из разработанных приёмов определения в окружающей среде. Анализируя нуклеотидные последовательности, определяют качественный и количественный состав непосредственно в образце.

Высокопроизводительные аппараты детектируют микроорганизм в образце даже по единичной клетке!

Описанные способы не распространены в анализе почвенных микромицетов, поскольку требуют развитой материальной и информационной базы и разработанных методик под конкретные задачи, а также квалификации исполнителей. Также методы косвенно отвечают на вопрос жизнеспособности, поскольку определяются как мертвые, так и живые клетки.

Таким образом, микологическому анализу почвы должен предшествовать основанный на целях исследования подбор методики.

1. Yamada-Onodera K. et al. Degradation of polyethylene by a fungus, Penicillium simplicissimum YK // Polymer degradation and stability. — 2001. — Т. 72. — № 2. — С. 323–327.
2. Aira M. et al. How earthworm density affects microbial biomas and activity in pig manure // European Journal of Soil Biology. — 2002. — Т. 38. — № 1. — С. 7–10.
3. Williams L. D. et al. Leaching and binding of fumonisins in soil microcosms // Journal of agricultural and food chemistry. — 2003. — Т. 51. — № 3. — С. 685–690.