Влияние искусственных насаждений лиственницы на прокариотное сообщество горно-луговых почв (п-ов Крым)
Введение
Создание искусственных лесных насаждений является одним из путей смягчения негативных последствий изменения климата на экосистемы. Среди древесных пород, входящих в состав лесных массивов на территории Ай-Петринской яйлы, лиственница представляет большой научный интерес по причине наиболее сильного ее влияния на свойства облесенных почв. По результатам исследований горно-луговых почв крымских плато (Костенко, 2018), кислотность почвы под лиственницей значительно превышала этот показатель под сосной и березой, являющихся основой искусственных лесных массивов, а также под покровом естественного букового леса.
Наблюдаемые сдвиги в микробном сообществе в результате изменения состава растительных сообществ являются частью широкой исследовательской задачи при рассмотрении растений как экологического «драйвера» почвенного микробиоценоза. Выявление основных факторов изменения состава микробиома, а также микробных таксонов, маркирующих при этом изменение почвенной среды в результате фитоконверсии, представляет интерес для фундаментальной науки и практически-ориентированных исследований.
Объекты и методы
С использованием технологии высокопроизводительного NGS-секвенирования (реализуемого на платформе Illumina MiSeq) были изучены структура и разнообразие прокариотных сообществ почв под искусственными насаждениями лиственницы, контролем служили горно-луговые почвы под зональной луговой растительностью. Подготовка библиотек для секвенирования включала в себя амплификацию целевого фрагмента вариабельного участка V4 гена 16S rRNA с использованием универсальных праймеров (515F – GTGCCAGCMGCCGCGGTAA / 806R – GGACTACVSGGGTATCTAAT) (Bates et al., 2010). Предобработка полученных данных включала удаление служебных последовательностей с использованием программы cutadapt (Martin, 2011), а также денойзинг, объединение парных прочтений и удаление химер при помощи пакета dada2 (Callahan et al., 2016), реализованного в программной среде R. Дальнейшая обработка полученных последовательностей, включая расчет альфа- и бета-разнообразия, были проведены в рамках пакета QIIME2 (Bolyen et al., 2019) и реализованных в нем плагинов. Для оценки альфа-разнообразия учитывались индексы разнообразия, отражающихе фактическое (количество филотипов) и прогнозируемое видовое богатство (Chao1), филогенетическое разнообразие (Индекс Фейта), степень выравненности (индекс Шеннона) и доминантности (индекс Симпсона).
Результаты и обсуждение
Изменения в таксономической структуре детектированы на уровне крупных таксонов, в частности, в почве под лиственницей, в том числе в результате подкисляющего влияния лиственничного опада, отмечено увеличение доли и разнообразия ацидобактерий, обилия олиготрофных микроорганизмов филумов Chloroflexi, Firmicutes, и одновременное сравнительное уменьшение бактерий филумов Verrucomicrobia, альфапротеобактерий пор. Rhizobiales и Burkholderiales. Фактор доминирующего типа растительности оказывается, таким образом, ведущим по отношению к фактору глубины взятия образца, эффект которой проявляется преимущественно в распределении обилия отдельных филотипов. Выращивание лиственницы привело в целом к увеличению разнообразия прокариотного сообщества и стратификации его (на основании значений индексов альфа-разнообразия) по глубине.
Отсутствие четко выраженных доминант в составе прокариотного сообщества почвы под лиственницей, а также существенное увеличение индексов альфаразнообразия, по сравнению с контрольным участком нативной горно-луговой почвы под покровом зональной луговой растительности, позволяет предположить переходный характер почвенной экосистемы искусственных лесопосадок.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 17-16-01030
