ИСТИНА

Исследование роли животных-фитофагов в азотном балансе почв. Исследование влияния архей на нитрификацию в почве. Особенности микробной деградации хитина в наземных экосистемах. Применение комплексного подхода при оценке структурно-функционального состояния почв. Изучение особенностей трансформации азота и углерода в почвах. Развитие метода мультисубстратного тестирования (МСТ) для оценки функционального разнообразия почвенных микробных сообществ.

Investigation of the role of phytophage animals in the nitrogen balance of soils. Study of the effect of archaea on soil nitrification. Features of microbial degradation of chitin in terrestrial ecosystems. Application of an integrated approach in assessing the structural and functional state of soils. The study of the transformation of nitrogen and carbon in soils. Development of the multisubstrate testing method (MST) to assess the functional diversity of soil microbial communities.

Оценка роли животных-фитофагов в азотном балансе почв. Исследование влияния архей на нитрификацию в почве. Исследование особенностей микробной деградации хитина в наземных экосистемах. Изучение особенностей трансформации азота и углерода в почвах. Отработка метода мультисубстратного тестирования (МСТ) для оценки функционального разнообразия почвенных микробных сообществ.

Экспериментальные исследования активности почвенных микробных сообществ, участвующих в круговороте углерода, азота, фосфора и других биофильных элементов , разработка инструментальных методов определения метаболическиой активности микробного пула в почвах и новейших молекулярно-генетических подходов, позволяет эффективно оценивать и управлять потенциалом почвенного плодородия, повышать долю биологического азота в питании растений, разрабатывать и применять бактериальные удобрения, биоинсектициды, стимуляторы роста сельскохозяйственных культур. Развитие этого направления позволяет оценить масштабы депонирования углерода в составе почвенного гумуса, интенсивность процессов образования и поглощения парниковых газов почвами. За последние два года по указанной теме было опубликовано 19 статей в журналах, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus, в том числе 2 - в высокорейтинговых журналах (ТОР-25). Сотрудники кафедры участвовали в работе крупных международных конференций (сделано 12 докладов, в том числе 1 пленарный приглашенный доклад). Опубликовано 15 тезисов докладов на Российских и Международных конференциях. Успешно защищены 2 диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук, 5 дипломных работы магистров и 7 дипломых работ бакалавров.

Выполнены экспериментальные исследования содержания, состава и активности почвообитающих микробных сообществ, участвующих в круговороте N, с использованием классических методов выделения и учета микроорганизмов, инструментальных методов оценки метаболической активности пула микроорганизмов, и новейших молекулярно-филогенетических подходов, предложены модификации методов для возможности анализов почвенных образцов. В результате исследования впервые показано, что: 1) активность почвенных микробных сообществ может определяться средообразующей деятельностью почвообитающих животных-фитофагов (бобров, песчанок, муравьев) в местах их обитания обитания; 2) существенную роль в процессе нитрификации, помимо автотрофных и гетеротрофных микроорганизмов, играют амонийокисляющие археи, особенно в ненарушенных экоценозах и в кислых почвах, проведен анализ нитрифицирующей активности архей в основных типах почвах европейской части России; 3) хитинолитический прокариотный комплекс вносит значительный вклад в разложение хитина в почвенном, наземном и надземном ярусах зональных типов почв Евразии, для его функциональной активности увлажнение является определяющим экологическим фактором, проведена оценка численности и выявлен филогенетический состав метаболически активных бактериальных хитинолитических комплексов наземных экосистем. Полученные данные позволяют уточнить составляющие баланса биологического азота в почвах, а также изменения характера трансформации азота в почвах в условиях меняющегося климата и антропогенной трансформации почв. Проведены исследования микробных сообществ и их влияния на циклы углерода и азота в различных экосистемах. Локализация сообществ была различной: изучали комплекс диазотрофных микроорганизмов копролитов дождевых червей разных экологических групп, пищеварительный тракт почвообитающих личинок комаров типулид с различной пищевой специализацией, исследовали динамику процессов аммонификации и денитрификации в серых лесных залежных и интенсивно используемых в сельском хозяйстве почвах, были изучены гидролитические сообщества прокариот в современных и погребенных почвах, дана их структурно-функциональная характеристика. В исследовании использовали классические современные методы изучения биологической активности микроорганизмов: газо-хроматографические методы, методы посева, методы прямого учета с помощью люминесцентной микроскопии, интегральный метод мультибстратного тестирования, позволяющий изучить потенциал микробного сообщества в потреблении субстратов в сравнительном аспекте, а так же молекулярно-биологические методы, в частности, метагеномный анализ для изучения таксономической и функциональной структуры сообщества современных и погребенных почв. В результате исследования было показано, что 1) почвенные беспозвоночные оказывают существенное влияние на ассоциированных с ними диазотрофов, определяют параметры активности азотфиксации, денитрификации и иных показателей биологической активности микробных сообществ в зависимости от особенностей своей экологии и видовой принадлежности, определяя, таким образом азотный режим окружающей почвы; 2) было установлено, что антропогенная нагрузка во многом определяет функциональный состав микроорганизмов азотного цикла в агроценозах, находящихся в активном сельскохозяйственном использовании; 3) впервые молекулярно-биологическими методами был исследован комплекс гидролитических микроорганизмов погребенных и современных почв, было показа возможность реактивации микроорганизмов погребенных почв для исследования их физиологической активности. Область применения: результаты работы расширяют наши представления о вкладе микроорганизмов в осуществлении глобального круговорота биофильных элементов – азота и углерода, помогает понять механизмы формирования симбиозов разных групп организмов в природе; поиски новых экологических ниш, занятых функционально специфическими сообществами микроорганизмов может быть перспективным для развития биотехнологии. В ходе проведенной работы обнаружена высокая интенсивность окисления метана в олиготрофной торфяной почве. Сделано предположение о том, что метан в этих условиях может быть использован диазотрофными бактериями в качестве энергетического источника. Определение активности азотфиксации олиготрофной торфяной почвы в присутствии метана показало резкий рост нитрогеназной активности. Установлено преимущественное поглощение закиси азота верхним горизонтом олиготрофного торфяника, что позволяет рассматривать эти экосистемы как природный сток для закиси азота. Показано, что микробных сообществах осушенных торфяных почв большое значение играют трудно культивируемые таксоны, такие как Thaumarchaeota, Verrucomicrobia, Acidobacteria, Planctomycetes. Большая их роль отмечается в почвах, используемых под пашню. В загрязненных почвах распашка снижает эффективность аэробного разложения дизельного топлива, но по мере истощения запасов легкодоступной органики в старопахотных торфяных почвах оно становится более подходящим субстратом для микроорганизмов. Выделение метана при внесении дизельного топлива и без в пахотных почвах выше, чем в ненарушенных – однако с ростом продолжительности и деградацией анаэробного блока оно снижается. Внесение сырой нефти подавляет физиологическую активность микроорганизмов по сравнению с вариантами с внесением дизельного топлива и контролем. Дизельное топливо при потреблении микроорганизмами приводит к их азотному голоданию. Это подавляет активность денитрификаторов и стимулирует азотфиксацию. Наиболее ярко это проявляется в ненарушенной почве. Под пашней рост азотфиксации меньше, а его величина связана с содержанием минеральных форм азота в почве. Внесение дизельного топлива вызывает подавление представителей Crenarchaeota и развитие в различных случаях Euryarchaeota или Thaumarchaeota. Бактериальные сообщества исследованных почв сохраняют свой состав при внесении дизельного топлива на уровне филумов и отдельных классов. Показано, что загрязнение нефтью приводит к снижению метаболически активной прокариотной биомассы в торфяной почве, доля которой составляет 5% от всех выявляемых прокариот. Установлено, что внесение в загрязненный нефтью торф полного минерального питания на фоне известкования (0,5 Нг) приводит к возрастанию (более чем в 2 раза) биомассы метаболически активных клеток бактерий и архей. Определено изменение филогенетической структуры метаболически активного прокариотного комплекса как домена Archaea, так и Bacteria в загрязненных нефтью торфах по сравнению с фоном. Внесение полного минерального питания на фоне неполного известкования приводит к восстановлению структуры прокариотного комплекса. Впервые выявлена филогенетическая структура домена Archaea для исследуемых почвенных образцов, загрязненных нефтью при разных значениях давления почвенной влаги.