Особенности бактериальных сообществ почв разной степени засоленности на примере Шаульдерского массива орошения Туркестанской области Республики Казахстан

Проведена сравнительная оценка бактериальных сообществ лугово-сероземной почвы разной степени засоления. Выявлены существенные различия в структуре микробиомов пахотных горизонтов слабозасоленной с очень сильнозасоленной лугово-сероземной почвы. Установлено значительное сокращение разнообразия микробиома на уровне филума при повышении степени засоления почв (на примере лугово-сероземных почв Шаульдерского массива орошения). Структура бактериальных сообществ лугово-сероземной очень сильзасоленной почвы представлена 4 филумами бактерий: Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria, в то время как в слабозасоленной почве было выявлено 13 филумов бактерий (Proteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Verrucomicrobia, Acidobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, Gemmatimonadetes, Planctomycetes, Saccharibacteria, Cyanobacteria, Chlorobi, Nitrospirae). Согласно индексу Шеннона видовое разнообразие микробиома лугово-сероземных почв Шаульдерского массива орошения примерно на 20% выше на слабозасоленных почвах по сравнению с очень сильнозасоленными. Индекс Сhao1 и количество таксономических единиц (OТЕ) также указывают на снижение примерно в два раза α-разнообразия в микробиоме очень сильнозасоленной почвы. Подтверждена экологическая значимость проблемы вторичного засоления почв. С повышением содержания солей в почвах видовое разнообразие бактериального сообщества сокращается, что можно считать одним из показателей деградации почвы.

1. Андронов Е.Е., Петров 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 засоления с использованием T-RFLP и ПЦР с детекцией в реальном времени // Почвоведение. – 2012. – № 2. – С. 173–183.

2. Базилевич Н.И., Панкова Е.И. Опыт классификации почв по содержанию токсичных солей и ионов // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. – 1972. – Вып. 5. – С. 36–40.

3. Галиев В.В., Цырульников А.О. Сравнение методов выделения метагеномной ДНК из образцов почвы // Вестник НГПУ. – 2011. – № 1. – С. 75–84.

4. Глазовский Н.Ф. Аральский кризис: Причины возникновения и пути выхода // Наука. – 1990. – 136 с.

5. ГОСТ Р 58595–2019. Почвы. Отбор проб. – Москва: Стандартинформ, 2019. – 6 с.

6. Гришко В.Н., Сыщикова О.В., Зенова Г.М., Кожевин П.А., Дуброва М.С., Лубсанова Д.А., Чернов И.Ю. Мицелиальные актинобактерии засоленных почв аридных территорий Украины и России // Почвоведение. – 2015. – № 1. – С. 81–86.

7. Добровольская Т.Г., Звягинцев Д.Г., Чернов И.Ю., Головченко А.В., Зенова Г.М., Лысак Л.В., Манучарова Н.А., Марфенина О.Е., Полянская Л.М., Степанов А.Л., Умаров М.М. Роль микроорганизмов в экологических функциях почв // Почвоведение. – 2015. – № 9. – 1087 с.

8. Дурасов А.М., Тазабеков Т.Т. Почвы Казахстана: Коллективная монография. – Алма-Ата: Кайнар, 1981. – 152 с.

9. Звягинцев Д.Г., Зенова Г.М. Экология актиномицетов. – М.: Изд-во ГЕОС, 2001. – 256 с.

10. Зенова Г.М., Манучаров А.С., Грачева Т.А., Степанова О.А., Звягинцев Д.Г. Экологические особенности актиномицетных комплексов засоленных почв // Почвоведение – продовольственной и экологической безопасности страны: Тезисы докладов VII съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева и Всероссийской с международным участием научной конференции. – 2016. – С. 222–223.

11. Зенова Г.М., Звягинцев Д.Г., Манучарова Н.А., Степанова О.А., Чернов И.Ю. Актиномицетный комплекс светлого серозема предгорий Копетдага // Почвоведение. – 2016. – № 10. – С. 1214–1217. doi: 10.7868/S0032180X16100166.

12. Зенова Г.М., Дуброва М.С., Грачева Т.А., Кузнецова А.И., Степанова О.А., Чернов И.Ю., Манучаров А.С. Актиномицетные комплексы почв Приэльтонья // Вестник Московского университета. Серия 17 «Почвоведение». – 2016. – № 4. – С. 43–46.

13. Зенова Г.М., Кожевин П.А., Манучарова Н.А., Лубсанова Д.А., Дуброва М.С. Экофизиологические особенности актиномицетов пустынных почв Монголии // Известия Российской академии наук. Серия биологическая. – 2014. – № 3. – С. 246.

14. Ибраева М.А., Отаров А., Дуйсеков С., Бейсенова Г., Сулейменова А., Пошанов М. Оценка основных показателей плодородия почв средней части Шаульдерского массива орошения по результатам почвенноагрохимической съемки // Почвоведение и агрохимия. – 2019. – № 2. – С. 30–45.

15. Лебедева М.П., Конюшкова М.В. Временные изменения микропризнаков в целинных и мелиорированных солонцах Джаныбекского стационара // Почвоведение. – 2011. – № 7. – С. 818–831.

16. Лубсанова Д.А., Зенова Г.М., Кожевин П.А., Манучарова Н.А., Шваров А.П. Мицелиальные актинобактерии засоленных почв аридных территорий // Вестник Московского университета. – 2014. – № 2. – С. 44–48. doi: 10.3103/S0147687414020057.

17. Международное информационное агентство «КазИнформ». – www.inform.kz.

18. Мэгарран Э. Экологическое разнообразие и его измерение. – М.: Мир, 1992. – 184 с.

19. Никитин Д.А., Семенов М.В., Чернов Т.И., Ксенофонтова Н.А., Железова А.Д., Иванова Е.А., Хитров Н.Б., Степанов А.Л. Микробиологические индикаторы экологических функций почв (обзор) // Почвоведение. – 2022. – № 2. – C. 228–243. doi: 10.31857/S0032180X22020095

20. Отаров А., Ибраева М.А., Усипбеков М., Wilkomirski B., Suska-Malawska M. Краткая характеристика почвенного покрова и анализ современного состояния плодородия почв Южно-Казахстанской области // Почвоведение и агрохимия. – 2008. – С. 70–76.

21. Першина Е.В., Тамазян Г.С., Дольник А.С., Пинаев А.Г., Сергалиев Н.Х., Андронов Е.Е. Изучение структуры микробного сообщества засоленных почв с использованием высокопроизводительного секвенирования // Экологическая генетика. – 2012. – Т. 10, № 2. – С. 32–40.

22. Равин Н.В., Марданов А.В., Скрябин К.Г. Метагеномика как инструмент изучения «некультивируемых» микроорганизмов // Генетика. – 2015. – № 5. – С. 519–626. doi: 10.7868/S0016675815050069.

23. Савин И.Ю., Отаров А.В., Жоголев А.В., Ибраева М.А., Дуйсеков С. Выявление многолетних изменений площади засоленных почв Шаульдерского орошаемого массива по космическим снимкам Landsat // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. – 2014. – № 74. – С. 49–65. doi: 10.19 047/0136–1694–2014–74–49–65.

24. Семенов М.В., Чернов М.В., Семенов Т.И., Железова А.Д., Никитин Д.А., Тхакахова А.К., Иванова Е.А., Ксенофонтова Н.А., Сычева С.А., Колганова Т.В., Кутовая О.В. Микробные сообщества межледниковых и интерстадиальных палеопочв позднего плейстоцена // Почвоведение. – 2020. – № 6. – С. 716–725. doi: 10.31857/S0032180X20060106.

25. Тихонович И.А., Чернов А.Д., Железова А.К., Тхакахова Е.Е., Андронов О.В., Кутовая Т.И. Таксономическая структура прокариотных сообществ почв разных биоклиматических зон // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. – 2018. – № 95. – С. 125–153. doi: 10.19047/ 0136–1694–2018–95–125–153.

26. Токсеитова Г.А. Характеристика микростроения естественных и орошаемых лугово-сероземных почв юго-востока Казахстана // Почвоведение и агрохимия. – 2013. – С. 86–91.

27. Чернов Т.И., Тхакахова А.К., Кутовая О.В. Оценка различных индексов разнообразия для характеристики почвенного прокариотного сообщества по данным метагеномного анализа // Почвоведение. – 2015. – С. 462–468.

28. Чернов Т.И., Лебедева М.П., Тхакахова А.К., Кутовая О.В. Профильный анализ микробиомов сопряженных почв солонцового комплекса Прикаспийской низменности // Почвоведение. – 2017. – № 1. – С. 71–76. doi:10.7868/S0032180X1701004X.

29. Чернов Т.И., Тхакахова А.К., Лебедева М.П., Железова А.Д., Бгажба Н.А., Кутовая О.В. Микробиомы контрастных по засолению почв солонцового комплекса Волго-Уральского междуречья // Почвоведение. – 2018. – № 9. – C. 1115–1124. doi: 10.1134/S0032180X18090046.

30. Чернов Т.И., Железова А.Д., Кутовая О.В., Макеев А.О., Тхакахова А.К., Бгажба Н.А., Курбанова Ф.Г., Русаков А.В., Пузанова Т.А., Хохлова О.С. Сравнительная оценка структуры микробиомов погребенных и современных почв при помощи анализа микробной ДНК / Т.И. Чернов, // Микробиология. – 2018. – Т. 87, № 6. – С. 737–746. doi: 10.1134/ S0026365618060071.

31. Экологические проблемы стран Азии и Африки / Под ред. Д.В. Стрельцова, Р.А. Алиева. – М.: Аспект Пресс, 2012. – 271 с.

32. Balvanera P., Pfisterer A.B., Buchmann N., He J.S., Nakashizuka T., Raffaelli D., Schmid B. Quantifying the evidence for biodiversity effects on ecosystem functioning and services // Ecol Lett. – 2006. – № 9. – Pp. 1146–1156.

33. Blume E., Bischoff M., Reichert J., Moorman T., Konopka A., Turco R. Surface and subsurface microbial biomass, community structure and metabolic activity as a function of soil depth and season // Applied Soil Ecology. – 2002. – V. 20. – № 3. – Pp. 171–181.

34. Castro H.F., Classen A.T., Austin E.E., Norby R.J., Schadt C.W. Soil microbial community responses to multiple experimental climate change drivers // Applied and Environmental Microbiology. – 2010. – V. 76, № 4. – Pp. 999–1007. doi: 10.1007/ s00248–004–0211–7.

35. Chao A. Nonparametric estimation of the number of classes in a population // Scandinavian Journal of Statistics. – 1984. – V. 11. – Pp. 265–270. doi:10.2307/4615964.

36. Clementino M.M., Vieira R.P., Cardoso A.M., Ventosa A., Martins O.B. Prokaryotic diversity in one of the largest hypersaline coastal lagoons in the world // Extremophiles. – 2008. – 12 (4). – Pp. 595–604. doi:10.1007/s00792–008–0162-x.

37. Forney L.J., Zhou X., Brown C.J. Molecular microbial ecology: land of the one-eyed king // Current Opinion in Microbiology. – 2004. – V. 7. – № 3. – Pp. 210–220. doi: 10.1016/j.mib.2004.04.015.

38. Jeffery S., Gardi C. Soil biodiversity under threat – a review // Acta Societatis Zoologicae Bohemicae. České Budějovice. – 2010. – V. 74 (1–2). – Pp. 7–12.

39. Garrity G.M., Bell J.A., Lilburn T. Class III. Gammaproteobacteria class. nov. // Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. – 2005. – Vol. 2. – P. 1.

40. Gilbert J.A., Dupont C.L. Microbial Metagenomics: Beyond the Genome // Annual Review of Marine Science. – 2011. – V. 3 – Pp. 347–371. doi: 10.1146/annurev-marine-120709–142811

41. 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 106. – FAO, Rome, 2014. – 181 p.

42. Lombard N., Prestat E., Elsas J.D.V., Simonet P. Soil-specific limitations for access and analysis of soil microbial communities by metagenomics // FEMS Microbiology Ecology. – 2011. – V. 78, № 1. – Pp. 31–49. doi: 10.1111/j.1574–6941.2011.01140.x.

43. Reed H.E., Martiny J.B.H. Testing the functional significance of microbial composition in natural communities // FEMS Microbiol. Ecol. – 2007. – V. 62. – Pp. 161–170. doi: 10.1111/j.1574–6941.2007.00386.x.

44. Scott K.M., Sievert S., Abril F., Ball L., Barrett C., et al. The genome of deep-sea vent chemolithoautotroph Thiomicrospira crunogena XCL-2 // PLoS Biol. – 2006. – V. 4. – 383 p.

45. Bardgett R.D. The unseen majority: soil microbes as drivers of plant diversity and productivity in terrestrial ecosystems // Ecol. Lett. – 2008. – V. 11. – Pp. 296–310. doi.org/10.1111/j.1461–0248.200 7.01139.x.

46. Ventosa A., Mellado E., Sanchez-Porro C., Marquez Halophilic C. and halotolerant microorganisms from soils // Microbiology of Extreme Soils. – 2008. – Pp. 87–115. doi:10.1007/978–3–540–74231–9_5.

47. Vera-Gargallo В., Chowdhury B., Brown T.R., Jansson J., Ventosa J.K. Spatial distribution of prokaryotic communities in hypersaline soils // Scientific Reports. – 2019. – V. 9 (1). doi:10.1038/s41598–018–38339-z.

48. Williams K.P., Kelly P., Joseph J., Bruno W. et. аl.Phylogeny of Gammaproteobacteria // Dickerman Journal of Bacteriology. – 2010. – № 9. – V. 192. doi: 10.1128/JB.01480–09.

49. Wang Q., Garrity G., Tiedje J., Cole J. Naïve Bayesian Classifier for Rapid Assignment of rRNA Sequences into the New Bacterial taxonomy // Appl. Environ. Microbiol. – 2007. – 73 (16). – Pp. 5261–5267.

50. Wooley J., Ye Y. Metagenomics: Facts and artifacts, and computation challenges // Journal of computer Science and Technology. – 2009. – V. 1 (25). – Pp. 71–81. doi 10.1007/s11390–010–9306–4.