Биоиндикационный потенциал почвенных микробных сообществ для оценки антропогенного воздействия: интегративный метаболомический подход
Ключевые слова:
Почвенная микробиота, метаболомика, биоиндикация, антропогенное воздействиеАннотация
Микробные сообщества почв представляют собой чувствительные индикаторы экологического состояния и антропогенной нагрузки на экосистемы. Настоящее исследование направлено на разработку комплексного метаболомического подхода к оценке биоиндикационного потенциала почвенной микробиоты в условиях различного антропогенного воздействия. Работа базируется на интегративном анализе метаболомических профилей почвенных микроорганизмов, полученных с применением высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии высокого разрешения. Исследование проведено на 78 почвенных образцах, отобранных в различных функциональных зонах с градиентом антропогенной нагрузки, включая урбанизированные территории, сельскохозяйственные угодья и относительно нетронутые экосистемы. Выявлены специфические метаболические маркеры, достоверно отражающие степень антропогенной нагрузки с высокой чувствительностью (93,7%) и специфичностью (89,2%). Анализ метаболомов позволил идентифицировать 317 низкомолекулярных соединений, из которых 42 демонстрируют статистически значимую корреляцию (p<0,001) с концентрациями поллютантов. Разработана и валидирована прогностическая модель, позволяющая определять тип и интенсивность антропогенного воздействия на основе метаболических паттернов с точностью до 87,3%. Установлена значимая корреляция между функциональной структурой микробных сообществ и их метаболомическими профилями (r=0,83, p<0,001). Полученные результаты свидетельствуют о высоком потенциале метаболомического анализа почвенной микробиоты для создания эффективных систем биоиндикации и экологического мониторинга нарушенных экосистем
Библиографические ссылки
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв. 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 2012. 412 с.
Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 445 с.
Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1987. 368 с.
Стриганова Б.Р. Питание почвенных сапрофагов. М.: Наука, 1980. 243 с.
Терехова В.А. Биотестирование почв: подходы и проблемы // Почвоведение. 2011. № 2. С. 190-198.
Bardgett R.D., van der Putten W.H. Belowground biodiversity and ecosystem functioning // Nature. 2014. Vol. 515. № 7528. pp. 505-511. DOI: 10.1038/nature13855.
Fierer N., Jackson R.B. The diversity and biogeography of soil bacterial communities // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2006. Vol. 103. № 3. pp. 626-631. DOI: 10.1073/pnas.0507535103.
Giller K.E., Witter E., McGrath S.P. Toxicity of heavy metals to microorganisms and microbial processes in agricultural soils: a review // Soil Biology and Biochemistry. 1998. Vol. 30. № 10-11. pp. 1389-1414. DOI: 10.1016/S0038-0717(97)00270-8.
Lauber C.L., Hamady M., Knight R., Fierer N. Pyrosequencing-based assessment of soil pH as a predictor of soil bacterial community structure at the continental scale // Applied and Environmental Microbiology. 2009. Vol. 75. № 15. pp. 5111-5120. DOI: 10.1128/AEM.00335-09.
Rousk J., Bååth E., Brookes P.C., Lauber C.L., Lozupone C., Caporaso J.G., Knight R., Fierer N. Soil bacterial and fungal communities across a pH gradient in an arable soil // The ISME Journal. 2010. Vol. 4. № 10. pp. 1340-1351. DOI: 10.1038/ismej.2010.58.
Shade A., Peter H., Allison S.D., Baho D.L., Berga M., Bürgmann H., Huber D.H., Langenheder S., Lennon J.T., Martiny J.B.H., Matulich K.L., Schmidt T.M., Handelsman J. Fundamentals of microbial community resistance and resilience // Frontiers in Microbiology. 2012. Vol. 3. Article 417. DOI: 10.3389/fmicb.2012.00417.
van der Heijden M.G.A., Bardgett R.D., van Straalen N.M. The unseen majority: soil microbes as drivers of plant diversity and productivity in terrestrial ecosystems // Ecology Letters. 2008. Vol. 11. № 3. pp. 296-310. DOI: 10.1111/j.1461-0248.2007.01139.x.
Wall D.H., Bardgett R.D., Kelly E.F. Biodiversity in the dark // Nature Geoscience. 2010. Vol. 3. № 5. pp. 297-298. DOI: 10.1038/ngeo860.
Wardle D.A. The influence of biotic interactions on soil biodiversity // Ecology Letters. 2006. Vol. 9. № 7. pp. 870-886. DOI: 10.1111/j.1461-0248.2006.00931.x.
Torsvik V., Øvreås L. Microbial diversity and function in soil: from genes to ecosystems // Current Opinion in Microbiology. 2002. Vol. 5. № 3. pp. 240-245. DOI: 10.1016/S1369-5274(02)00324-7.
