Изменения зоо-микробных взаимодействий при смене режимов питания у почвенных личинок насекомых в процессе эволюции НИР

Shifts of zoo-microbial interactions in soil insect larvae by changes of feeding regimes during the evolution

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 апреля 2014 г.-31 декабря 2014 г. Этап 2014 года
Результаты этапа: Методом газовой хроматографии обнаружена активность несимбиотической азотфиксации в кишечнике почвообитающих личинок двух видов жуков Elateridae , широко распространенных в лесной и степной зоне . У обоих исследованных видов активность азотфиксации на порядок превышает таковую в почве, где они обитают. Скорость азотфиксации видоспецифична, и у представителей одного вида варьирует в разных типах местообитаний. Максимальная скорость азотфиксации отмеченная у личинок Selatosomus aeneus, составила 717.7 нг N2/ч/1 г тканей кишечника. Сравнения актуальной азотфиксации в кишечнике личинок щелкунов и дождевых червей показали, что у личинок щелкунов скорость фиксации азоты выше, чем у подстилочных и эндогейных червей. Проведена экспериментальная оценка влияния жизнедеятельности личинок Elateridae (трофическая и роющая деятельность) на обилие и состав почвенного микробного ценоза. Показано, что после 2-месячного пребывания личинок Agriotes в почве из разных подзон степи (опыты в микрокосме) изменяется обилие бактерий и микромицетов: общая численность бактерий повышается в 2 раза ( в луговой степи) и в 5 раз – в типичной степи; мицелий грибов оказывается поврежденным, в луговой степи общая длина мицелия вдвое превышает контроль, в типичной степи – в 1.5 раза ниже. чем контроле. Проведена сравнительная оценка видоспецифичности воздействия активности личинок Elateridae на почвенную микрофлору. Установлено, что активность растительноядных личинок Agriotes снижает число КОЕ почти в 3 раза, в то время, как присутствие Selatosomus способствует 4-кратному повышению числа КОЕ. Проведено исследование группового состава интестинальных микробных ценозов в разных отделах кишечника личинок Tipulidae (T. maxima) – в средней,задней кишке и бродильной камере методом посева на глюкозо-пептонно-дрожжевую среду. После инкубации в термостате с чашек выделены чистые культуры для последующего определения. Сравнивали влияние жизнедеятельности личинок Agriotes на активную и потенциальную азотфиксацию, денитрификацию, метаногенез в почвах луговой и типичной степи. Установлено, что при наличии четких различий скорости этих процессов в контроле, активность личинок приводит к снижению потенциальной азотфиксации до следовых значений. Скорость денитрификации и метаногенеза под влиянием зоогенной активности в почве луговой и типичной степи практически выравнивается. Эти данные подтверждаются результатами определений функционального разнообразия микробоценоза методом МСТ, показавшими повышение стабильности и разнообразия микробного сообщества почвы под влиянием активности почвенных насекомых.
2 11 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Этап 2015 года
Результаты этапа: Впервые исследованы интестинальные микробные сообщества личинок жуков-щелкунов трёх видов с разными трофическими режимами с целью выявления различий, определяемых пищевой специализацией, а также выделения транзитных и резидентных компонентов микробного сообщества. Установлено, что общая численность бактериальных клеток в кишечнике на 1-2 порядка ниже, чем в гумусовом горизонте окружающей почвы и в разлагающейся древесине; у личинок всех исследованных видов порядки обилия бактериофлоры были одинаковы. Гифы грибов в кишечнике личинок единичны, что относится и к A.pomorum, обитающему в древесине с очень высоким обилием микромицетов. Проведено сравнение обилия активных и неактивных бактериальных клеток в кишечнике и в почве: в почве лишь 1/8 часть клеток активна и регистрируется зондами EUB338-mix, в содержимом кишечника они на порядок превышают обилие неактивных клеток. Состав микробного населения кишечника отличается от такового в окружающей почве: в кишечнике присутствуют специфические формы, отсутствующие в почве, которые преобладают по обилию. Методом мультисубстратного тестирования установлена избирательность интестинальной микрофлоры к потребляемым субстратам у личинок с разными пищевыми потребностями, что позволяет предполагать высокое значение кишечных бактерий в переваривании пищи и снабжении личинок необходимыми нутриентами. У личинок типулид (почвенные сапрофаги-детритофаги) впервые обнаружена высокая нитрогеназная активность порядка 105 нг С2Н4/г час, которая в значительной степени обусловлена деятельностью микроорганизмов содержимого кишечника и не ассоциированных с его стенками. В лабораторных опытах по культивированию личинок типулид в почве показано, что их жизнедеятельность способствует повышению микробной биомассы в почве (в 2 раза в течение месяца) и увеличивает скорости микробной трансформации азота и углерода. Методом посева на твердую питательную среду Эшби выявлена высокая численность азотфиксирующих микроорганизмов, как в кишечнике личинок типулид (0,9*107 КОЕ/г), так и в почве, населенной ими (1,2 * 107КОЕ/г). В кишечнике личинок доминируют представители семейства Enterobacteriaceae, в бродильной камере – рода Myxococcus, по сравнению с почвой повышена численность целлюлозолитических бактерий. Исследованы биология и морфологии преимагинальных стадий комара Hesperinus ninae, личинки которого развиваются в сильно разложившейся древесине. Личинок, предположительно относящихся к группе ксилофагов по характеру питания, предполагается использовать как модельный объект для исследования состава их кишечной микрофлоры в сравнении с фитофагами и хищниками. Методом определения содержания стабильных изотопов проведена оценка влияния активности отдельных групп педобионтов (энхитреиды, коллемболы, гамазовые клещи) на микробные процессы трансформации углерода и азота в почве.
3 11 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Этап 2016 года
Результаты этапа: Впервые проведены сравнительные исследования структурно-функциональной организации микробного населения в кишечнике личинок различных видов жуков-щелкунов (Coleoptera, Elateridae) и личинок двукрылых (Tipulidae, Diptera) с разными пищевыми режимами. Выделены транзитные и резидентные формы микроорганизмов, обитающие в кишечнике, выявлена видовая специфика интестинальных микробных ценозов. Установлено, что в кишечнике личинок жуков-щелкунов (проволочники) с различными пищевыми режимами (фитофаги/миксофаги/хищники) общая численность бактериальных клеток на 1-2 порядка ниже, чем в почве, но в содержимом кишечника обилие активных клеток на порядок превышает число неактивных. В составе микробного населения кишечника у всех исследованных видов доминируют резидентные («аборигенные») формы, отсутствующие во внешней среде в значимых количествах. Впервые методом мультисубстратного тестирования установлена высокая активность интестинальной микрофлоры в потреблении стандартных субстратов, что позволяет предполагать большую роль кишечных бактерий в пищеварении личинок. Методом газовой хроматографии обнаружена активность несимбиотической азотфиксации в кишечнике проволочников, на порядок превышающая таковую в почве с максимумом 717.7 нг N2/ч/1 г тканей в кишечнике Selatosomus aeneus. Активность актуальной азотфиксации видоспецифична. Исследования влияния трофической и локомоторной активности проволочников на обилие и состав почвенного микробоценоза показали, что в присутствии личинок мицелий почвенных грибов оказывается полностью поврежденным, общая численность бактерий (число КОЕ) в присутствии личинок-фитофагов снижалось в 3 раза. В кишечнике личинок Tipulidae представляющих группу фитофагов-детритофагов, непосредственно участвующих в разложении растительного опада, установлена высокая численность азотфиксаторов (0,9*107 КОЕ/г содержимого). Установлены различия группового состава бактериоценоза в полости кишечника и бродильной камере. Общая численность бактериального населения в кишечнике типулид на порядок выше, чем в окружающей почве. В 2016 г. на примере проволочников-миксофагов исследована индивидуальная вариабельность структуры микробного сообщества кишечника и его изменения в зависимости от биотопических условий и питания проволочников. Установлено, что индивидуальное сходство интестинальных комплексов с учетом различий обилия доминирующих групп превышает 30 %, (по Bray-Curtis), что позволяет предполагать видоспецифичность группового состава кишечного микробоценоза. В условиях лабораторного опыта установлено влияние смены пищевого ресурса и голодания на состав интестинального бактериоценоза: при смене пищи не отмечено значимых изменений микробного населения, но при голодании сужается его разнообразие за счет исчезновения Sphingobacterium и Arthrobacter, снижается активность потребления некоторых органических субстратов. Полученные результаты подтверждают наличие эволюционно сложившихся симбиотических видоспецифичных отношений личинок с микроорганизмами, участвующими в пищеварении хозяина.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".