LICZEBNOŚĆ BAKTERII Z RZĘDU MYXOCOCCALES W WYBRANYCH GLEBACH ŁĄKOWYCH POLSKI

Transkrypt

1 myksobakterie, ogólna liczba bakterii, gleby łąkowe Anna KILISZCZYK, Stefan RUSSEL * LICZEBNOŚĆ BAKTERII Z RZĘDU MYXOCOCCALES W WYBRANYCH GLEBACH ŁĄKOWYCH POLSKI Bakterie z rzędu Myxococcales należą do Gram ujemnych, mezofilnych pałeczek zasiedlających różnorodne środowiska. Organizmy te stanowią ważną część gleby ze względu na wysoką aktywność enzymatyczną oraz właściwości drapieżnicze. Celem badań było określenie liczebności myksobakterii w wybranych glebach łąkowych. Do badań wybrano gleby z siedlisk łąkowych zlokalizowanych w pobliżu Gdańska, Gorzowa Wielkopolskiego, Krakowa i Poznania. W próbkach gleby, pobieranych z głębokości 0-30, oraz cm, oznaczono: zawartość węgla organicznego oraz odczyn. Do oszacowania liczebności miksobakterii oraz ogólnej liczby bakterii wykorzystano metodę płytkową. Badania wykazały, że bakterie z rzędu Myxococcales liczniej zasiedlają gleby łąkowe o wyższej zawartości węgla organicznego oraz o wyższym ph. Liczebność myksobakterii w badanych próbkach zmniejszała się wraz ze wzrostem głębokości profilu glebowego. Nie stwierdzono istnienia zależności pomiędzy liczebnością badanych organizmów a ogólną liczbą bakterii. 1. WSTĘP Myksobakterie należą do ściśle tlenowych, Gram ujemnych bakterii o niezwykłych właściwościach. Organizmy te posiadają zdolność wspólnego przemieszczania się i asymilowania pokarmu oraz rozmnażania [Dawid 2000]. Społeczne zachowania myksobakterii uwarunkowane są zdolnością wybranych gatunków do porozumiewania się. Bakterie z rzędu Myxococcales zasiedlają różne środowiska, jak korzenie roślin oraz ekosystemy wodne jednak ich pierwotnym środowiskiem życia jest gleba [Michałkowska i Russel 2007, Michałkowska 2009]. Liczebność i rozmieszenie tych bakterii w glebie są uzależnione od abiotycznych czynników środowiska jak temperatura czy właściwości gleby oraz czynników biotycznych takich jak występowanie gatunków konkurencyjnych oraz drapieżników * Zakład Biologii Środowiska i Higienizacji Wsi, Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, Falenty, Al. Hrabska 3, Raszyn.

2 274 A. KILISZCZYK, S. RUSSEL [Bull i in. 2005, Reichenbach 2005]. Z literatury wynika, że większość gatunków myksobakterii preferuje umiarkowanie wilgotne gleby o wysokiej zawartości materii organicznej i neutralnym ph oraz niskiej koncentracji jonów. Największe zróżnicowanie tych organizmów występuje w strefie klimatu umiarkowanego ciepłego [Dawid 2000]. Myksobakterie, ze względu na wysoką aktywność enzymatyczna, pełnia ważne funkcje środowiskowe. Organizmy te różnią się między sobą pod względem sposobów odżywiania. Gatunki celulolityczne, czerpiące substancje pokarmowe z rozkładu celulozy, uczestniczą w rozkładzie wielkocząsteczkowych, trudnodostępnych dla innych organizmów resztek roślinnych, przyczyniając się do regulacji stosunku węgla i azotu w glebie [Michałkowska 2009]. Ponadto, wytwarzane przez nie śluzy wpływają korzystnie na gruzełkowatą strukturę gleby. Myksobakterie drapieżne, których odżywianie związane jest z lizą komórek grzybów bakterii i glonów, regulują liczebność innych mikroorganizmów w glebie [Berleman i in. 2008]. Celem pracy była oceny liczebności myksobakterii na tle ogólnej liczby bakterii w wybranych glebach łąkowych polski. 2. METODYKA Materiał badawczy stanowiły próbki gleb łąkowych pobrane w trzech powtórzeniach przez 17 Okręgowych Stacji Chemiczno Rolniczych. Punkty poboru znajdowały się na siedliskach łąkowych położonych w pobliżu Gdańska, Gorzowa Wielkopolskiego, Krakowa i Poznania. Pobrana gleba poddana została analizom fizyko-chemicznym (tab. 1). Węgiel organiczny oznaczono metodą Tiurina, natomiast pomiar odczynu przeprowadzono w zawiesinie KCl. Materiał do badań pobierany był z głębokości 0-30, oraz cm. Liczebność badanych grup drobnoustrojów oznaczono metodą płytkową, wykonano po trzy powtórzenia. Zawiesinę glebową wykonano wytrząsając przez piętnaście minut 90 ml sterylnej wody z 10 gramami gleby. Do oznaczenia ogólnej liczby bakterii użyto agaru odżywczego (zawierającego: bulion odżywczy, agar, wodę destylowaną). Podłoża mikrobiologiczne zaszczepiano zawiesiną glebową 10-5, 10-6, Hodowlę inkubowano w temperaturze 30 C przez 48 godzin. Liczbę myksobakterii oznaczono na podłożu mikrobiologicznym CY (zawierającym: agar, ekstrakt drożdżowy, kaziton, CaCl 2 2H 2 O), VY/2 (zawierającym: agar, drożdże piekarskie, CaCl 2 2H 2 O, witaminę B12,) oraz agarze wodnym z krążkami bibuły. W celu ograniczenia rozwoju grzybów stosowano nystatynę w ilości 100 ug*ml-1. Podłoża mikrobiologiczne zaszczepiano zawiesiną glebową 10-1, 10-2, Hodowle inkubowano w temperaturze 30 C przez 30 dni. Po okresie inkubacji liczono kolonie oraz strefy tworzenia ciał owocujących myksobakterii. Uzyskane wyniki jtk ogólnej liczby bakterii oraz myksobakterii

3 Liczebność bakterii z rzędu Myxococcales w wybranych glebach łąkowych Polski 275 przeliczono na gram suchej masy gleby. Wyniki badań poddano ocenie statystycznej. Istotność różnic pomiędzy liczebnością badanych organizmów w poszczególnych typach gleb określono za pomocą testu Tukeya przy poziomie istotności α=0,05. Oszacowano również współczynniki korelacji (przy poziomie istotności α=0,05) pomiędzy liczebnością badanych organizmów i wartością ph oraz zawartością węgla organicznego. Tabela 1. Charakterystyka profili glebowych badanych gleb łąkowych Nr. Rodzaj Corg** OSCHR* Miejscowość ph** porządkowy gleby % I Gdańsk Nowy Podleś 6,8 16,08 Gleba II Gdańsk Bolesławowo 6,5 3,33 organiczna III Kraków Myślenice 10 7,1 4,33 IV Gorzów Wlkp. Żółwin 5,9 13,47 Gleba V Poznań Klonówiec 3,9 1,69 mineralna VI Poznań Perkowo 5,9 1,38 *Okręgowa Stacja Chemiczno-Rolnicza ** ph oraz węgiel organiczny oznaczono w górnych warstwach gleby 3. WYNIKI Badania wykazały, że ogólna liczba bakterii w poszczególnych profilach gleb łąkowych wynosiła na różnych głębokościach od 0,9 mln jtk do 35 mln jtk (rys 1). Wyższą liczebnością badanych organizmów charakteryzowały się powierzchniowe warstwy gleb (średnio 23 mln jtk) w porównaniu do liczebności tych organizmów w środkowych (6 mln jtk) oraz najgłębszych warstwach gleb (0,8 mln jtk). Największym zróżnicowaniem liczebności badanych organizmów pomiędzy poszczególnymi warstwami charakteryzował się profil I (punkt poboru Nowy Podleś) oraz IV (punkt poboru Żółwin) natomiast najmniejszym gleba łąkowa V (punkt poboru Klonówiec). Spośród badanych profili glebowych średnio najwyższą ogólną liczbą bakterii charakteryzowała się gleba łąkowa III (punkt poboru Myślenice), natomiast najmniejszą gleba łąkowa V (odpowiednio 16,5 i 1,1 mln jtk).

4 276 A. KILISZCZYK, S. RUSSEL Rys.1. Ogólna liczba bakterii w jednym gramie suchej masy badanych gleb łąkowych Z przeprowadzonych badań wynika, że badane mikroorganizmy średnio o 40% liczniej zasiedlają gleby organiczne (punkty poboru I, II, III) w porównaniu do gleb mineralnych (punkty poboru IV, V, VI). Wyższa liczebność badanych organizmów w glebach organicznych została stwierdzona we wszystkich spośród badanych warstw. Analiza statystyczna średnich nie wykazała istotnie statystycznych różnic pomiędzy ogólną liczbą bakterii w glebach mineralnych i organicznych (tab. 2). Tabela 2. Ogólna liczba bakterii w badanych typach gleby Rodzaj gleby jtk Gleba Mineralna a* Gleba Organiczna a *wartości oznaczone tymi samymi literami nie różnią się statystycznie (α = 0,05) Analiza wykazała, że liczebność myksobakterii w poszczególnych warstwach badanych gleb łąkowych wahała się od 0,15 tys. do 2,5 tys. jtk (rys. 2).

5 Liczebność bakterii z rzędu Myxococcales w wybranych glebach łąkowych Polski 277 Rys. 2. Liczba myksobakterii w jednym gramie suchej masy badanych gleb łąkowych Myksobakterie liczniej zasiedlają powierzchniowe warstwy badanych gleb łąkowych. Średnio liczebność bakterii z rzędu Myxococcales w warstwie gleb 0-30 cm wynosiła 1,1 tys. jtk, podczas gdy warstwy cm oraz cm charakteryzowały się znacznie mniejszą ilością tych organizmów (odpowiednio 0,5 tys. i 0,2 jtk tys. ). Stwierdzono, że największym zróżnicowaniem liczebności badanych organizmów pomiędzy poszczególnymi warstwami charakteryzowała się gleba III (punkt poboru Myślenice) natomiast najmniejszym gleba łąkowa V (punkt poboru Klonówiec). Najwyższą średnią liczbę myksobakterii stwierdzono w profilu glebowym III, podczas gdy najmniejszą liczebnością badanych organizmów charakteryzowała się gleba łąkowa V. Badania wykazały, że bakterie z rzędu Myxococcales liczniej zasiedlają gleby łąkowe organiczne (średnio 0,8 tys. jtk) niż gleby łąkowe mineralne (średnio 0,4 tys. jtk) Wykazano, że średnie liczebności myksobakterii w glebach mineralnych i organicznych różnią się statystycznie (tab. 3). Tabela 3. Liczebność myksobakterii w badanych typach gleby Rodzaj gleby jtk Gleba Mineralna 394a* Gleba Organiczna 862b *wartości oznaczone tymi samymi literami nie różnią się statystycznie (α = 0,05)

6 278 A. KILISZCZYK, S. RUSSEL Analiza wykazała, że korelacje pomiędzy ogólną liczbą bakterii oraz liczebnością myksobakterii a wartościami ph gleby są istotne statystycznie (Tab. 4 i 5). Tabela 4. Analiza korelacji dotycząca ogólnej liczby bakterii w zależności od ph gleby, zawartości węgla w glebie w górnych poziomach badanych gleb ph Corg 0,88* 0,10 * - oznacza występowanie istotnej statystycznie zależności (przy poziomie α = 0,05) Tabela 5. Analiza korelacji dotycząca liczebności myksobakterii w zależności od ph gleby, zawartości i węgla w glebie w górnych poziomach badanych gleb ph Corg Ogólna liczba bakterii 0,81* 0,36 0,75 *- oznacza występowanie istotnej statystycznie zależności (przy poziomie α = 0,05) 4. DYSKUSJA Z literatury wynika, że liczba bakterii w glebie jest silenie zróżnicowana i wynosi od 1 do 100 mln [Fierer i Jackson 2006, Dąbek-Szreniawska i in. 2006], natomiast liczba komórek myksobakterii w 1 gramie suchej masy gleby się od kilkuset do około 80 tys. [Dawid 2000, Michałkowska 2009]. Uzyskane w niniejszej pracy wyniki liczebności badanych mikroorganizmów w glebach łąkowych mieszczą się w podanych zakresach. Do głównych czynników warunkujących stopień zasiedlenia gleb przez mikroorganizmy należą ilość materii organicznej oraz dostępność tlenu. Substancja organiczna stanowi źródło energii dla bakterii glebowych oraz dostarcza im wykorzystywany do budowy komórek węgiel. Tlen, natomiast, jest niezbędny wielu gatunkom bakterii w procesach utleniania komórkowego [Alexander i Martin. 1991, Sokołowska i in. 2004]. Niższe, słabiej napowietrzone oraz uboższe w materię organiczną poziomy gleby zasiedlone są przez mniejszą ilość bakterii [Sait 2002, Bahig i in. 2008]. Myksobakterie należą do organizmów, które preferują dużą ilość substancji organicznej oraz tlenu w środowisku bytowania [Michałkowska 2009]. Niniejsze badania potwierdziły tezę, że najwyższą ogólną liczbą bakterii oraz największą liczebnością myksobakterii charakteryzują się powierzchniowe warstwy gleb organicznych. Kolejnym czynnikiem mającym silny wpływ na żyjące w glebie organizmy jest odczyn ph. Jak podają Fierer i Jackson [2005] oraz Wolna-Maruwka i Pilarski [2010]

7 Liczebność bakterii z rzędu Myxococcales w wybranych glebach łąkowych Polski 279 najkorzystniejsze warunki bytowania większości mikroorganizmów istnieją gdy ph gleby zbliżone jest do obojętnego. Zgodnie z Reichenbach i Dworkin [1991]. również myksobakterie preferują neutralny odczyn gleby. Powyższe teorie znajdują odzwierciedlenie w uzyskanych przez nas wynikach dotyczących ogólnej liczby bakterii oraz liczebności myksobakterii w badanych glebach. Przeprowadzone badania wykazały, że liczebność myksobakterii podobnie jak ogólna liczba bakterii w glebach łąkowych uwarunkowana są czynnikami środowiskowymi. 5. WNIOSKI 1. Liczebność myksobakterii oraz ogólna liczba bakterii były wyższe w glebach organicznych w porównaniu do gleb mineralnych 2. Liczebność obu grup badanych organizmów malała wraz ze wzrostem głębokości badanych gleb łąkowych 3. Gleby o ph najbardziej zbliżonym do obojętnego charakteryzowały się wyższą liczebnością myksobakterii oraz wyższą ogólna liczbą bakterii. 4. Nie stwierdzono istnienia istotnych korelacji pomiędzy zawartością węgla organicznego a liczebnością myksobakterii w badanych glebach łąkowych. LITERATURA [1] ALEXANDER M, Introduction to Soil Microbiology, 2nd Edition. Krieger Publishing Company, Malabar, Florida, [2] BAHIG A. E., ALY E. A., KHALED A. A. AND AMEL K. A., Isolation, characterization and application of bacterial population from agricultural soil at Sohag Province, Egipt, Malaysian Journal of Microbiology, 2008, Vol. 4, No. 2, [3] BERLEMAN J. E., SCOTT J., CHUMLEY T., KIRBY J. R., Predataxis behavior in Myxococcus Xanthus. Department of Microbiology, University of Iowa, 51 Newton Road, Iowa City, [4] BULL C. T., SHETTY K. G., SUBBARAO K. V., Interactions between myxobacteria, plant pathogenic fungi, and biocontrol agents, Plant Dis., 2002, Vol. 86, [5] DAWID W., Biology and global distribution of myxobacteria in soils, FEMS Microbiol. Rev., 2000, Vol. 24, [6] DĄBEK-SZRENIAWSKA M., HAJNOS1 M.,STOTZKY G., Y. COLLINS Y., MALICKI J., Numbers of culturable bacteria in soil under mineral or organic cultivation: comparison of Hattori s FOR and standard dilution plate methods, Int. Agrophysics, 2006, Vol. 20, [7] FIERER, N., JACKSON. R.B., The diversity and biogeography of soil bacterial communities, Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 2006, Vol. 103, No. 3, [8] MICHAŁKOWSKA M., RUSSEL S., Charakterystyka myksobakterii w wybranych glebach łąkowych, Woda - Środowisko - Obszary Wiejskie, 2007, Vol. 7, No. 2. [9] MICHAŁKOWSKA M., Występowanie i charakterystyka bakterii z rzędu Myxococcales izolowanych z wybranych typów gleb Polski, Praca doktorska 2009.

8 280 A. KILISZCZYK, S. RUSSEL [10] REICHENBACH H., DWORKIN M., The myxobacteria, [w:] The Prokaryotes, Red. Starr K. P., Stolp H., Trür H. G., Belows A., Schlegel H. G., Springer, New York 1991, [11] REICHENBACH H., Order Myxococcales, [w:] Bergey s Manual of Systematic Bacteriology, 2005, 2nd Ed. [12] BRENNER D. J., KRIEG N. R., STALEY J. T., GARRITY G. M., Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, part C, Springer, New York, [13] SAIT M., HUGENHOLTZ P., JANSSEN. P. H., Cultivation of globally distributed soil bacteria from phylogenetic lineages previously only detected in cultivation-independent surveys, Environ. Microbiol, 2002, Vol. 4, [14] SOKOŁOWSKA Z., MATYKA-SARZYŃSKA D., DĄBEK-SZRENIAWSKA M., WYCZÓŁKOWSKI A., Zależność pomiędzy niektórymi właściwościami powierzchniowymi i fizykochemicznymi utworów murszowych a procesami oddechowymi drobnoustrojów glebowych, Acta Agrophysica, 2004, Vol. 3, No. 3. [15] WOLNA-MARUWKA A., PILARSKI K., Wpływ wybranych parametrów fizykochemicznych na liczebność mikroorganizmów oraz aktywność dehydrogenaz w kompoście z osadu ściekowego, Ochrona środowiska i Zasobów Naturalnych, 2010, No. 42. NUMBER OF MYXBACTERIA (ORDER MYXOCOCCALES) IN SELECTED POLISH MEADOW SOILS Bacteria (order Myxococcales) belong to the Gram negative, mezofile rods which can exists in various environments. This organisms are important component of soil microflora because of high enzymatic activity and predators properties of predation.. The aim of study was determining the abundance of myxobacteria in particular soils of meadow. Studied soils were located next to the Gdańsk, Gorzów Wielkopolski, Kraków and Poznań. The samples of soil were collected from 0-30, and cm. In samples were determined carbon connect and ph. Number of myxobacteria and bacteria was determined by plate method. Following studies show that myxobacteria numerously inhabit grassland soils with higher organic carbon content and higher ph. The numbers of myxobacteria in the decreased with increasing depth of the soil profile. There was no relationship between the abundance of studied organisms and the total number of bacteria.