ПОЧВЕННЫЕ ПРОСТЕЙШИЕ – ИНФУЗОРИИ (ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТРОПА «ЖИВАЯ ПРИРОДА»)

Содержание

Введение

I. Материал и методика

II. Видовой состав почвенных инфузорий

III. Влияние абиотических факторов на численный состав инфузорий

1. Влияние влажности на численность инфузорий.
2. Влияние плотности почвы на почвенные инфузории
3. Распределение инфузорий по разной глубине в почве

IV. Универсальный метод зооиндикации сапробности почвы и водоема

V .Выводы и практические рекомендации

Список литературы

Почвенные простейшие – инфузории (экологическая тропа «Живая природа»)

Хуснутдинова Юлия (Россия, Республика Бурятия, Курумканский  район, п. Майский, Майская средняя общеобразовательная школа, 8 класс). Руководитель программы: учитель биологии МСОШ А.А. Просекина.

Аннотация

Стабильное равновесие и функционирование любой экосистемы зависит от состояния составляющих ее компонентов. Всестороннее изучение и структуры и функционирования сообществ является одной из важнейших проблем современной биологии и представляет как теоретический, так и практический интерес. Почвенные инфузории (Ciliata)  являются неотъемлемым компонентом естественных экосистем. Населяя почву, они активно участвуют в круговороте  веществ, существенно воздействуют на процесс почвообразования. Изучение почвенных цилиата, как одного  из важнейших факторов почвообразования и плодородия почв является актуальным. Основной целью данной работы является изучение видового состава и распространения цилиата  согласно программе экологического мониторинга «Живая природа». Исходя из этого нами были поставлены задачи: 1. Установить видовой состав Цилиата почв экотропы; 2. Выяснить распространение почвенных Цилиата в разных типах почв; 3. выявить влияние абиотических факторов на численность инфузорий; 4. разработать методику, позволяющую использовать почвенных инфузорий в качестве биоиндикаторов. В ходе исследования нами определено 19 видов почвенных инфузорий, относящихся к 9 отрядам и 3 классам. Практическая значимость заключена в разработке метода определения сапробности почвы и воды, используя в качестве биоиндикатора почвенных инфузорий отряда Hypotrichida. Работа выполнена на 22 с, содержит 5 таблиц,     2 приложения.

Введение

Стабильное равновесие и функционирование любой экосистемы зависит от состояния составляющих ее компонентов. Всестороннее изучение и структуры и функционирования сообществ является одной из важнейших проблем современной биологии и представляет как теоретический, так и практический интерес.

Почвенные инфузории (Ciliata)  являются неотъемлемым компонентом естественных экосистем. Населяя почву, они активно участвуют в круговороте  веществ, существенно воздействуют на процесс почвообразования. Изучение почвенных цилиата, как одного  из важнейших факторов почвообразования и плодородия почв является актуальным. Актуальность данной проблемы возрастает в связи с усиливающим влиянием человека на природные сообщества, особенно в бассейне озера Байкал, находящегося в зоне особого природопользования. Цилиата населяют практически все типы почв. Они активируют выделение микроорганизмами в почву целого ряда ферментов, которые активно участвуют в синтезе органических веществ, уже доступных для растений (Мавлянова, 1975).  В настоящий момент слабо изучен видовой состав простейших. Простейшие являются одним из главных источников накопления органики в почве. Почвенные простейшие первыми реагируют на изменение окружающей их среды – загрязнение почвы вредными для живого химическими веществами. В связи с этим их изучение представляет собой научный интерес и является актуальным.

Основной целью данной работы является изучение видового состава и распространения цилиата  согласно программе экологического мониторинга «Живая природа».

Исходя из этого нами были поставлены задачи:

1. Установить видовой состав Цилиата почв экотропы

2. Выяснить распространение почвенных Цилиата в разных типах почв

3. выявить влияние абиотических факторов на численность инфузорий

4. разработать методику, позволяющую использовать почвенных инфузорий в качестве биоиндикаторов.

I. Материал и методика

Материал собран нами в течение 2004 – 2008 гг. на территории тропы «Живая природа» и о. Умхей (летний экологический лагерь 2008г). Всего нами отобрано 154 почвенных образца (из них 25 – на о. Умхей).

 Почвенные образцы отбирались по общепринятой методике (Гельцер, 1980; Никитина, 1998). Почвенные образцы массой 0,5 кг брали послойно через каждые 5 см: 0-5 см, 5-10 см, 10 – 15см , 15 – 20 см.

 Сухие образцы заливали водой и вели наблюдения в течение 8 -10 дней. Исследования проводили на живом материале под микроскопом УМ-301, МБИ-6 при увеличении 50 – 800.  всего нами зарегистрировано    19  видов, относящихся к 9 отрядам и 3 классам, согласно классификации Корлиса.

В период исследования были использованы следующие методы:

По методике Никитиной (Никитина, 1997)   определяют численность инфузорий в почвенных образцах, доведенных до воздушно сухого состояния. Рассчитывают количество инфузорий в 1 г воздушно-сухой почвы.

Подобным образом анализируют  исследуемую почву.

 Методика подсчета численности простейших по Никитиной (Никитина, 1997).  Почвенный образец или образец грунта с водоема, доведенный до воздушно- сухого состояния, распределяют тонким слоем на листе бумаги и пинцетом тщательно отбирают крупные корешки растений, остатки водорослей (можно использовать лупу). Мелкие корешки извлекают с помощью эбонитовой или стеклянной палочки, наэлектризованной кусочком шерстяной ткани. Палочкой проводят над слоем почвы на высоте 3-5 см, и все корешки притягиваются к ней. При меньшем расстоянии к палочке могут прилипать и мелкие частицы почвы (грунта), поэтому эту операцию проводят осторожно. В процессе отбора корешков почву (грунт) несколько раз перемешивают и растирают. Растирать можно как в фарфоровой чашке, так и в чашке Петри.

Навеску почвы (грунта) 1 г увлажняют небольшим количеством дистиллированной или отстоянной воды, тщательно растирают палочкой с резиновым наконечником или пальцем в резиновой перчатке. Полученную кашеобразную почвенную (грунтовую) массу переносят в пробирку, несколько раз смывая остатки почвы (грунта) со стенок чашки. Общий объем использованной воды должен составлять 4 или 9 мл (в первом случае разведение 1:5, а во втором  1:10). Почвенную (грунтовую) взвесь в пробирке тщательно взбалтывают, затем закрывают ватной пробкой и ставят в штатив. Таким же образом готовят и все последующие повторности, которых может быть от 3 до 5.

Штатив с пробирками помещают в термостат при температуре 24- 260 С или содержат при комнатной температуре. Через 3-4 дня производят микроскопирование.

Перед работой содержимое пробирок опять взбалтывают и дают отстояться в течение 3-5 мин. Стерильной пипеткой набирают 1 мл почвенной суспензии и наносят на предметное стекло по 2-3 капли, постепенно просматривают под малым увеличением микроскопа весь объем жидкости. В журнале регистрируют общее число инфузории, в нашем случае представителей отряда Hypotrichida, в каждой капле. Так подсчитывают число цилиат в 1 мл, взятом из каждой пробирки всех трех или более разведении. Затем вычисляют среднее количество инфузорий для 1 мл почвенной (грунтовой) суспензии, используя формулу:

Х= ХI / N               (I)

где Х - среднее арифметическое, ХI - количество инфузорий во всех повторностях,

N  - число повторностей.

Далее рассчитывают количество инфузорий в 1 г воздушно-сухой почвы (грунта) по формуле:

А=Х-В-С               (II)

где  А - количество клеток в 1 г воздушно-сухой почвы (грунта), Х - среднее арифметическое число инфузорий в 1 мл суспензии, В - количество мл, использованное для разведения 1 г почвы (грунта), С – разведение.

Для определения видового состава использовали метод  «капсул-ловушек», суть которого заключается в следующем. Необходимо взять несколько маленьких стеклянных пробирок и налить в них любую питательную жидкость (сенной отвар, спитой чай), а затем поместить их в почву ниже горизонта. Через 3 – 5 дней в «ловушках» появляются простейшие.  

II. Видовой состав почвенных инфузорий

Видовой состав инфузорий

Таблица 1

Площадка 1 (Приложение 1) находится в горнотаежном поясе. На данном участке преобладает лиственничный лес с подлеском из багульника. Почва мерзлотная дерновая, кислая.

Нами было определено 18 видов простейших:  Класс Kinetofragminophora представлен отрядами: Karyorelictida (2 вида), Prostomatida (2 вида), Haptorida (3 вида),  Plerostomatida (2 вида),  Colpodida (2 вида), Suctorida  (1 вид). Класс Oligohymenophora представлен отрядами: Hymenostomatida (1вид), Peritrichida (1 вид). Класс Polyhymenophora отрядом  Hypotrichida (4 вида). То есть в данной почве присутствует 97,4% видов от всего определенного нами видового состава почвенных простейших.

Площадка 2 Гарь на данном участке в настоящее время наблюдается восстановление соснового леса после пожара, прошедшего 7 лет назад. Почвы – дерново-подзолистые. Нами обнаружено 7 видов почвенных инфузорий. Класс Kinetofragminophora представлен отрядами: Karyorelictida (2 вида), Prostomatida (1 вид),   Colpodida (2 вид). Класс Oligohymenophora представлен отрядами: Hymenostomatida (1 вид). Класс Polyhymenophora отрядом  Hypotrichida (1 вид) -  36,84% от всего видового состава. Мы предполагаем, что на почвенных инфузорий оказывает сильное влияние высокий минеральный состав почвы, сформировавшийся после пожара.

Площадка 3 расположена на заливном лугу, на котором преобладает кустарничково-разнотравная растительность с лугово-кислой почвой. Нами определено 8 видов, относящихся к классам:  Класс Kinetofragminophora представлен отрядами: Karyorelictida (1 вид), Haptorida (2 вида),   Colpodida (2 вида). Класс Oligohymenophora представлен отрядами: Hymenostomatida (1вид), Peritrichida (1 вид). Класс Polyhymenophora отрядом  Hypotrichida (1 вид) – 42, 1% от всего видового состава.

Площадка 4 Остепненный участок с дерновой песчано-боровой почвой. Нами определено 16 видов – 84,2%. Они представлены следующими классами: Класс Kinetofragminophora представлен отрядами: Karyorelictida (2 вида), Prostomatida (2 вида), Haptorida (2 вида),  Plerostomatida (1  вид),  Colpodida (2 вида), Suctorida  (1 вид). Класс Oligohymenophora представлен отрядами: Hymenostomatida (1 вид), Peritrichida (1 вид). Класс Polyhymenophora отрядом  Hypotrichida (4 вида).

Остров Умхей – расположен на р.Баргузин. остров образовался в результате появления нового русла реки с восточной стороны. На острове выходят термальные гидрокарбонатные натриевые источники температурой 500 С. Почвы брали в сосновом лесу с песчано-боровой почвой. В итога нами выявлено 6 видов: Класс Kinetofragminophora представлен отрядами: Haptorida (1 вид),    Colpodida (2 вида). Класс Oligohymenophora представлен отрядом Peritrichida (1 вид). Класс Polyhymenophora отрядом  Hypotrichida (2 вида), что составляет 31,6% от общего числа видов. Возможно, на острове на видовой состав почвенных инфузорий оказывают влияние термальные источники.

Самыми «богатыми» по видовому составу являются дерновые и песчано- боровые почвы. Общим видом для почв всех изученных участков оказался один вид - Colpoda cuculus. Нужно отметить, что 6 видов инфузорий встречаются на 4 из 5 участках (см. таб. 2) Наиболее схожими оказались почвы с первой (горно-таежный пояс) и четвертой (остепненный участок с дерновой песчано-боровой почвой) площадок (самый высокий коэффициент общности).

Коэффициент общности исследованных участков

Таблица 2

Таким образом, за период наших исследований по школьной программе мониторинга нами зарегистрировано 19 видов почвенных инфузорий, относящихся к трем классам и девяти отрядам.  Наиболее богато представлен класс Kinetofragminophora  (13 видов – 68,4%), класс  Oligohymenophora  представлен 2 видами (10,5%) и класс Polyhymenophora  - 4 вида (21,05%).

III. Влияние абиотических факторов на численный состав инфузорий

1. Влияние влажности на численность инфузорий.

Влажность оказывает определенное влияние на видовой состав почвенных инфузорий (табл 3.).

Влияние влажности на численность инфузорий

Таблица 3

С увеличением влажности происходит увеличение количества инфузорий. Так, при влажности 1 балл мы подсчитали 200 экз/г. максимальная численность наблюдается при влажности в 4 балла (1654 экз /г, увеличивается практически в 8,3 раза). Повышение в численности почвенных цилиат, вероятно, связано с тем, что большинство инфузорий, обитающих в почве, являются исконными обитателями водоемов. А падение численности при влажности 5 балл можно связать с понижением температуры сильно переувлажненной почвы, так как при понижении температуры происходит замедление процессов метаболизма и, как следствие, - деление клеток.

3.2. Влияние плотности почвы на инфузорий.

Цилиата, обитая в почве, населяют почвенные микроводоемы, которые расположены в мельчайших порах почвы, а также тонкие пленки воды, окружающие комочки почвы (Никитина, 1998). В нашем исследовании наибольшей численностью отличаются почвы средней твердости (табл.4)

Влияние плотности почвы на численность инфузорий

Таблица 4

Как видно из таблицы, число инфузорий в средне твердой почве превышает численность  в рыхлой  и очень твердой почти в 3,5 раза. Возможно это явление связано с оптимальным соотношением в почвах со средней твердостью межпочвенных промежутков и влажностью, создающие микроводоемы в почве. Межпочвенные промежутки твердых почв очень малы, а более высокая влажность рыхлых почв (в среднем 4,5 балла) отрицательно сказывается на почвенных инфузорий.

3. . Распределение инфузорий по разной глубине в почве

Численность цилиат различна на разной глубине в почве показана в таблице 5.

Численное распределение Цилиат по глубине в почве

Таблица 5

Как видно из таблицы, наибольшее количество инфузорий можно встретить на глубине 0 – 5 см. с глубины 5- 10 см на 10 – 15 см. численность резко сокращается. Скорее всего, это явление связано с влажностью почвы.

IV. Универсальный метод зооиндикации сапробности почвы и водоема

В ходе работы по программе школьного мониторинга нами был разработан метод определения сапробности почвы с помощью почвенных инфузорий, используемых в качестве биоиндикатора. Система  определения предельно допустимых изменений (ПДИ) в акватории  оз. Байкал просто необходима при проведении экологической экспертизы, поскольку все более возрастает посещение озера туристами и, следовательно, загрязнения водоемов и почвы,  именно это определило направление нашей работы в данном направлении. Разработанная нами методика позволит даже неспециалисту определять степень сапробности почвы или водоема. 

Метод зооиндикации  состоит из двух компонентов.

 Первый компонент – Методика отбора и анализа жидких проб из водоема.

Пробы почвы отбираются по общепринятой методике с трех учетных площадок водоема анализируемой и контрольной.  В анализируемой части водоема  берутся пробы воды  объемом 100 мл с глубины  30 - 40 см  из трех разных точек пробной площадки (таких площадок должно быть 3). Параллельно берут такие же пробы  в экологически чистой части водоема со сходными всеми другими условиями для контроля.  Далее не позднее чем через  1,5 час   проводится подсчет численности инфузорий, по методике  Николюка, отряда Hypotrichida.

  После подсчета численности инфузорий в анализируемой пробе производится такой же подсчет в контрольной пробе. Данные по численности контрольной пробы принимаются за 1 балл. Далее проводится подсчет по формуле:

Q= W х k  / F                                        (I)

где Q – степень (балл) сапробности почвы; W – количество инфузории в анализируемой пробе; k – 1 балл (норма);   F – количество инфузорий в контроле.  Степень сапробности рассчитывается по следующей шкале: 1 бал чистая зона; 1,2 – 2 балла  – олигосапробная  или незначительно сапробная, 3 – 4 балла мезосапробная или средне сапробная;  5 – 6 баллов полисапробная или сильно сапробная; 7 – 8 баллов эусапробная - значительно сапробная.

В данном компоненте нами  впервые предложено установление сапробности в конкретных участках водоема, в краткие сроки, на основе сравнения анализа и контроля,  а также способа расчета степени сапробности и оригинальной шкалы сапробности водоема.

Так, при апробации работы было выявлено, что степень сапробности участка водоема (оз. Гольянка)  находящегося под воздействием сточных вод (образующихся во время дождей) протекающих через поселковую свалку имеет балл сапробности равный 5. В свою очередь степень (балл) сапробности анализируемой пробы воды другого близлежащего озера Карасиное  оказался равный 1.005, что в принципе можно считать нормой. Это свидетельствует в пользу разработанного нами метода.  

 Компонент номер два.

 Далее данные по численности инфузорий контроля принимают за один балл и делают пересчет по формуле (I) и определяются степень сапробности почвы по шкале приведенной выше.

При апробации метода  мы делали анализ степени сапробности почвы близ поселковой свалки. В результате мы установили степень сапробности анализируемого участка -  мезосапробная (4 балла). При проверке метода на почвах  смешанного леса, практически не подверженного антропогенной нагрузке, результаты анализируемой и контрольной почвы  оказались с разницей в 0.001 балла.

Исследования в области биотестирования будут нами продолжены.

V. Выводы и практические рекомендации

Полученные в ходе нашей работы данные служат для составления более полного паспорта экологической тропы. Метод определения сапробности почвы позволит   определять загрязненность почвы и водоема органическими веществами.

Выводы

1. в ходе исследования нами определено 19 видов почвенных инфузорий,относящихся к 9 отрядам и 3 классам.
2. Численный состав почвенных инфузорий зависит от глубины почвы, а также комплексного воздействия таких факторов как влажность и плотность почвы.

3.    Зооиндикатором анализа сапробности водоема и почвы предлагаем использовать инфузорий отряда Hypotrichida  Stei, 1859 -.  Инфузории  данного отряда достаточно крупного размера (100 – 250 мкм) и имеют очень характерную узнаваемую  форму. В водоемах и почвах северо-восточного Прибайкалья отмечено 8 видов данного отряда [4].  Установив их численность на контрольных площадках  и анализируемых можно, будет судить о степени сапробности исследуемого водоема, почвы. В приложении № 1  мы даем рисунок общего вида инфузорий    Hypotrichida.

3. Впервые нами была разработана универсальная методика зооиндикации сапробности почв и водоемов, то есть способ отбора  и сравнения анализа и контроля, расчет степени сапробности, оригинальная шкала степени сапробности.
4. Апробация метода была проведена  в окрестностях п. Майский. Отмечена лишь  одна отрицательная сторона – весь объем работы по подсчету численности инфузорий при анализе водоема необходимо провести в течение 1,5 часов со времени отбора пробы, то есть в полевых условиях необходимо иметь с собой микроскоп и минимум лабораторной посуды, что в принципе сложности не представляет.  Метод в целом оценен положительно и будет применен для расчета ПДИ на территории государственного природного заповедника «Джергинский», территории школьного лесничества.  

Список литературы

1. Гельцер Ю.Г. О методах изучения протозойной фауны ризосферы растений // Методы изучения продуктивности корневой системы и организмов ризосферы – Л.: Наука, 1968. с. 23-27
2. Корганова Г.А. Исследования почвенных простейших // Методы почвенно-зоологических исследований.-М.: Наука.-1975.-С.54-65
3. Никитина Л.И. Почвенные инфузории среднего Приамурья.- Хабаровск: ХГПУ.- 1997.-102 с.
4. Николюк В.Ф. Почвенные протисты и их биологическое значение.  – Pedodiologia, 1963, Bd 3, H. 4, S. 259-273/
5. Просекин К.А. К экологии почвенных Ciliata почв северо-восточного Прибайкалья // Роль ООПТ в сохранении биологического разнообразия Байкальского региона. – Иркутск: 2001. – С 45 – 53

Приложение 1

КАРТОСХЕМА

Экотропы

«Живая Природа»

Условные обозначения:

        -  степной участок

     -  заливной луг

  -   болото

         -   старая гарь

         -  вырубка

          - горно-таежный

                       пояс

         -  водопад Долсы

         -  тропа

          -  мост

                     - места сбора почвенных образцов

Приложение 2

Почвенные инфузории

Класс Kinetofragminophora Отряд Karyorelictida  1 - Loxodes rostrum 2 - Loxodes sp

Отряд Prostomatida 3  - Holophrya hexatricha 4 - Holophrya sp. 5 - Coleps hirtus

Отряд Haptorida  6 - Spathidium viride  7- Spathidium sp. 8 - Didinium sp.

Отряд Plerostomatida  9 - Hemiophrys procera 10 - Hemiophrys sp.

Отряд Colpodida  11 - Colpoda cuculus  12 - Colpoda steini

Отряд Suctorida 13 - Acineria nasuta

Класс Oligohymenophora  Отряд Hymenostomatida  14 - Paramecium trichium

Отряд Peritrichida 15- Vorticella nutans

Класс Polyhymenophora Отряд Hypotrichida 16 - Oxitricha sp I 17 -Oxitricha sp II 18 - Oxitricha sp IIII 19 - Holosticha sp