Лабораторное исследование влияния солей аммония и лантана на окисление метана и состав микробных сообществ в дерново-подзолистой почве

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Одним из перспективных подходов в решении вопросов устойчивости экосистем к стрессовым воздействиям является оценка реакции микробных сообществ почв, осуществляющих важные эколого-биосферные функции, на природные или антропогенные воздействия. В модельном эксперименте с дерново-подзолистой почвой (Eutric Albic Retisol (Abruptic, Loamic)) установлено ингибирующее действие аммония и стимулирующее действие лантана на окисление метана микроорганизмами почвы. Внесение аммония и лантана снижало таксономическое разнообразие бактериального сообщества почвы и изменяло его структуру: уменьшалось относительное содержание грамположительных бактерий филумов Actinobacteriota и Bacillota, тогда как доля грамотрицательных бактерий филума Pseudomonadota возрастала. Внесение лантана на несколько порядков увеличивает относительное содержание в сообществе метанотрофов рода Methylobacter и облигатных метилотрофов рода Methylotenera. Результаты работы могут быть использованы для разработки подходов регуляции активности почвенного метанового фильтра и сопутствующей микробиоты.

Об авторах

И. К. Кравченко

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, ФИЦ биотехнологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: irinakravchenko@inbox.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 33, стр. 2

Л. Р. Сизов

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: irinakravchenko@inbox.ru
Россия, 142432, Московская обл., Черноголовка, пр-т акад. Семенова, 1

Л. В. Лысак

МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения

Email: irinakravchenko@inbox.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

Список литературы

  1. Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Гавриленко Е.Г. Особенности определения углерода микробной биомассы почвы методом субстрат-индуцированного дыхания // Почвоведение. 2011. № 11. С. 1327–1333.
  2. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  3. Котельникова А.Д., Рогова О.Б., Столбова В.В. Лантаноиды в почве: поступление, содержание, влияние на растения, генотоксичность (обзор) // Почвоведение. 2021. № 1. С. 100–119. https://doi.org/10.31857/S0032180X21010056
  4. Кравченко И.К., Семенов В.М., Кузнецова Т.В., Быкова С.А., Дулов Л.Е., Пардини Д., Гисперт М., Боукс П., Ван Климпут О., Гальченко В.Ф. Физико-химические и биологические факторы, контролирующие окисление атмосферного метана в серых лесных почвах // Микробиология. 2005. Т. 74. № 2. С. 255–260.
  5. Кравченко И.К., Сизов Л.Р., Тихонова Е.Н., Лысак Л.В. Влияние лантана на состав метанотрофного сообщества дерново-подзолистой почвы // Микробиология. 2022. Т. 91. № 5. С. 638–643. https://doi.org/10.31857/S0026365622100238
  6. Мэгарран Э. Экологическое разнообразие и его измерение. М.: Мир, 1992. 184 с.
  7. Фастовец И.А., Котельникова А.Д., Рогова О.Б., Сушков Н.И., Волков Д.С., Проскурнин М.А., Пашкевич Е.Б. Влияние внесенного в почву лантана на химический состав растений ячменя в условиях вегетационного опыта // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2017. № 88. С. 27–46. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2017-88-27-46
  8. Чимитдоржиева И.Б., Абашеева Н.Е. Влияние лантана на микробиологическую активность и динамику азотного фонда почв. Улан-Удэ: Изд-во БГСХА им. В.Р. Филиппова, 2014. 98 с.
  9. Abdel-Haleem A.S., Sroor A., El-Bahi S.M., Zohny E. Heavy metals and rare earth elements in phosphate fertilizer components using instrumental neutron activation analysis // Appl. Radiat. Isot. 2001. V. 55(4). P. 569–573. https://doi.org/10.1016/s0969-8043(01)00098-7
  10. Asaf S., Numan M., Khan A.L., Al-Harrasi A. Sphingomonas: from diversity and genomics to functional role in environmental remediation and plant growth // Crit. Rev. Biotechnol. 2019. V. 40(2). P. 138–152. https://doi.org/10.1080/07388551.2019.1709793
  11. Bodelier P.L.E., Laanbroek H.J. Nitrogen as a regulatory factor of methane oxidation in soils and sediments // FEMS Microbiol. Ecol. V. 47(3). P. 265–277. https://doi.org/10.1016/S0168-6496(03)00304-0
  12. Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J., Bittinger K., Bushman F.D., Costello E.K., Fierer N. et al. QIIME allows analysis of high throughput community sequencing data // Nat. Methods. 2010. V. 7(5). P. 335–336. https://doi.org/10.1038/nmeth.f.303
  13. Chan A.S.K., Parkin T.B. Methane oxidation and production activity in soils from natural and agricultural ecosystems // J. Environ. Qual. 2001. V. 30. P. 1896–1903. https://doi.org/10.2134/jeq2001.1896
  14. Conrad R. The global methane cycle: recent advances in understanding the microbial processes involved // Environ. Microbiol. Rep. 2009. V. 1(5). P. 285–292. https://doi.org/10.1111/j.1758-2229.2009.00038.x
  15. Cowan N., Maire J., Krol D., Cloy J.M., Hargreaves P., Murphy R., Carswell A. et al. Agricultural soils: A sink or source of methane across the British Isles? // Eur. J Soil Sci. 2020. V. 72(4). P. 1842–1862. https://doi.org/10.1111/ejss.13075
  16. Daims H., Lebedeva E.V., Pjevac P., Han P., Herbold C., Albertsen M., Jehmlich N. et al. Complete nitrification by Nitrospira bacteria // Nature. 2015. V. 528(7583). P. 504–509. https://doi.org/10.1038/nature16461
  17. Dunfield P.F., Belova S.E., Vorob’ev A.V., Cornish S.L., Dedysh S.N. Methylocapsa aurea sp. nov., a facultative methanotroph possessing a particulate methane monooxygenase, and emended description of the genus Methylocapsa // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2010. V. 60. P. 2659–2664. https://doi.org/10.1099/ijs.0.020149-0
  18. Dutaur L., Verchot L.V. A global inventory of the soil CH4 sink// Global Biogeochem. Cycles. 2007. V. 21. P. GB4013. https://doi.org/10.1029/2006GB002734
  19. Griffiths B.S., Philippot L. Insights into the resistance and resilience of the soil microbial community // FEMS Microbiol. Rev. 2013. V. 37(2). P. 112–129. https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.2012.00343.x
  20. Forster P., Ramaswamy V., Artaxo P., Berntsen T., Betts R., Fahey D.W., Haywood J. et al. Changes in atmospheric constituents and in radiative forcing // Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change in Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Cambridge: Cambridge University Press, 2007. P. 131–217.
  21. Hu Y., Shu X., He Jia Deng, Ou-Ping Xiao, Hai-Hua Pu, Qin. Influence of lanthanum on microbial biomass C, P and C and P-cycling enzyme activities in tea garden soil // Arch. Agron. Soil Sc. 2016. V. 63. P. 700–709. https://doi.org/10.1080/03650340.2016.1235266
  22. IUSS Working Group WRB. 2015. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome. 192 p.
  23. Kim D.-G., Kirschbaum M.U.F. The effect of land-use change on the net exchange rates of greenhouse gases: a meta-analytical approach // Biogeosc. Discuss. 2014. V. 11. P. 1053–1095. https://doi.org/10.5194/bgd-11-1053-2014
  24. Knief C. Diversity and habitat preferences of cultivated and uncultivated aerobic methanotrophic bacteria evaluated based on pmoA as molecular marker // Front. Microbiol. 2015. V. 6. P. 1346. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.01346
  25. Kravchenko I. Microbial oxidation of the atmospheric methane in natural and agricultural upland soils // Agro-Environmental Sustainability. V. 2. Managing Environmental Pollution. Springer, 2017. P. 183–213. https://doi.org/10.1007/978-3-319-49727-3_10
  26. Le Mer J., Roger P. Production, oxidation, emission and consumption of methane by soils: A review // Eur. J. Soil Biol. 2001. V. 37. P. 25–50. https://doi.org/10.1016/S1164-5563(01)01067-6
  27. Levine U.T., Teal T.K., Robertson G.P., Schmidt T.M. Agriculture’s impact on microbial diversity and associated fluxes of carbon dioxide and methane // The ISME J. 2011. V. 5. P. 1683–1691. https://doi.org/10.1038/ismej.2011.40
  28. Mohanty S.R., Bodelier P.L., Floris V., Conrad R. Differential effects of nitrogenous fertilizers on methane-consuming microbes in rice field and forest soils // App-l. Environ. Microbiol. 2006. V. 72. P. 1346–1354. https://doi.org/10.1128/aem.72.2
  29. Powlson D.S., Goulding K.W.T., Willison T.W., Webster C.P., Hütsch B.W. The effect of agriculture on methane oxidation in soil // Nutr. Cycling Agroecosyst. 1997. V. 49. P. 59–70. https://doi.org/10.1023/A:1009704226554
  30. Saunois M., Bousquet P., Poulter B., Peregon A., Ciais P., Canadell J.G., Dlugokencky E.J. et al. The global methane budget 2000–2012 // Earth Syst. Sci. Data. 2016. V. 8. P. 697–751. https://doi.org/10.5194/essd-8-697-2016
  31. Smith P., House J.I., Bustamante M., Sobocká J., Harper R., Pan G., West P.C. et al. Global change pressures on soils from land use and management // Glob. Change Biol. 2016. V. 22(3). P. 1008–1028. https://doi.org/10.1111/gcb.13068
  32. Skovran E., Raghuraman C., Martinez–Gomez N.C. Lanthanides in methylotrophy // Curr. Issues Mol. Bio-l. 2019. V. 33. P. 101–115. https://doi.org/10.21775/cimb.033.101
  33. Stoecker K., Bendinger B., Schöning B., Nielsen P.H, Nielsen J.L., Baranyi C., Toenshoff E.R. et al. Cohn’s Crenothrix is a filamentous methane oxidizer with an unusual methane monooxygenase // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006. V. 103. P. 2363–2367. https://doi.org/10.1073/pnas.0506361103
  34. Vigliotta G., Nutricati E., Carata E., Tredici S.M., De Stefano M., Pontieri P., Massardo D.R. et al. Clonothrix fusca Roze 1896, a filamentous, sheathed, methanotrophic gamma-proteobacterium // Appl. Environ. Microbiol. 2007. V. 73(11). P. 3556–3565. https://doi.org/10.1128/AEM.02678-06
  35. Vorobev A.V., Baani M., Doronina N.V., Brady A.L., Liesack W., Dunfield P.F., Dedysh S.N. Methyloferula stellata gen. nov., sp. nov., an acidophilic, obligately methanotrophic bacterium that possesses only a soluble methane monooxygenase // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2011. V. 61(10). P. 2456–2463. https://doi.org/10.1099/ijs.0.028118-0

Дополнительные файлы


© И.К. Кравченко, Л.Р. Сизов, Л.В. Лысак, 2023