Микология и фитопатология, 2023, T. 57, № 4, стр. 231-246

Значение рН среды, содержание органического углерода и нефтяных углеводородов

Анализ образцов почвы, грунта литорали и морской воды показал, что участки в р-не Кольского залива испытывают антропогенную нагрузку (табл. 2). Прибрежный участок в г. Кола загрязнен нефтепродуктами в результате сброса неочищенных сточных вод в прибрежную зону. Участки близ населенных пунктов Росляково, Белокаменка, Печенга относятся к территориям с возможным нефтяным загрязнением. На участке в районе Зеленецкой губы не было обнаружено загрязнения углеводородами, что позволяет отнести его к условно фоновой территории. Содержание углеводородов в воде в районе г. Кола в 6 раз превышало установленный норматив.

Значение рН прибрежных почв находилось в слабокислом диапазоне, грунтов литорали – в нейтральном и слабощелочном, что определяется влиянием морской воды в приливно-отливной зоне. Максимальное содержание органического углерода отмечено в прибрежных почвах и грунтах литорали в районе пп. Росляково и Кола, минимальное – в Дальних Зеленцах и Печенге.

Видовое разнообразие и таксономическая структура микобиоты

В исследованных местообитаниях отмечена низкая численность и небогатое видовое разнообразие культивируемых микроскопических грибов (табл. 3). Всего из образцов воды и грунта выделено 60 видов микромицетов, три морфотипа белого и один темного стерильного мицелия. Согласно таксономической принадлежности, грибы относились к 17 родам, 11 семействам, 7 порядкам, 5 классам и 2 отделам. Все выделенные изоляты относились к анаморфным грибам отдела Ascomycota, за исключением одного вида дрожжей Rhodotorula sp. из отдела Basidiomycota.

Согласно списку морских грибов (Jones et al., 2019), зарегистрированных на сайте www.marinefungi.org, 70% выявленных видов можно отнести к факультативным морским грибам (табл. 3), имеющим терригенное происхождение. Остальные 30% микромицетов являются типичными почвенными грибами. Истинно облигатных морских грибов нами не выделено.

Наиболее многовидовой род Penicillium, представленный 30 видами (50% видового разнообразия выявленной микобиоты), был самым многочисленным для всех исследуемых участков (табл. 3). Значительно меньшим разнообразием характеризовались другие роды грибов. Так, род Aspergillus представлен семью видами, роды Talaromyces и Trichoderma включали по четыре вида, Acremonium – три вида. Остальные грибы представлены одним видом. Большинство выделенных родов микромицетов являются типичными представителями холодных полярных областей (Cantrell et al., 2011; Hassan et al., 2016; Bubnova, Konovalova, 2018).

Хотя виды рода Penicillium обычно считаются почвенными грибами, нередки случаи, когда они встречаются на морском побережье (Gonçalves et al., 2019; Park et al., 2019) и даже в гиперсалинных местообитаниях (Butinar, 2011), что свидетельствует об их широком адаптационном потенциале. Характерные для более южных широт грибы рода Aspergillus, аналогично роду Penicillium, часто встречаются в почвах на морских берегах, причем большинство из них являются патогенными и условно патогенными видами (Marfenina, 2002).

Оппортунистические грибы на Баренцевоморском побережье встречаются достаточно часто, поскольку для их развития оптимальны нейтральная и слабощелочная среда, присущие грунтам прибрежной зоны (Marfenina, 2002). С другой стороны, накопление патогенных и условно-патогенных форм микроскопических грибов может происходить под влиянием нефтяного загрязнения (Kireeva et al., 2006; Korneykova et al., 2011; Doneryan et al., 2016), а также на урбанизированных территориях (Marfenina, 2005; Evdokimova et al., 2007; Kirtsideli et al., 2016) и в морских прибрежных р-нах, испытывающих антропогенное воздействие (Marfenina, 2002; Khudyakova, 2004; Slinkina, 2009). В нашем исследовании также отмечена тенденция к накоплению грибов этой группы (табл. 3).

Выделенные нами представители рода Trichoderma имеют широкое географическое распространение, присутствуют в самых разных средах обитания, включая почву и морские грунты (Song et al., 2010). Представители рода Acremonium и другие Cephalosporium-подобные грибы также характерны для холодных северных морских экосистем (Bubnova, Konovalova, 2018).

Часто выделяемыми в разных субстратах и местах отбора образцов оказались следующие виды: Aspergillus brasiliensis, Penicillium hirsutum, P. glabrum, P. spinulosum, P. janczewskii, Trichoderma koningii, T. viride, Talaromyces purpureogenus. Все перечисленные микромицеты являются широко распространенными видами (Domsch et al., 2007).

Среди выявленных микромицетов 35% видов выделено при температуре 5–6°С (табл. 3), что позволяет считать полученные изоляты психротрофами, способными развиваться и расти при достаточно низких температурах в условиях северных морских экосистем. В эту группу вошли такие виды, как Aspergillus flavus, A.  fumigatus, Acremonium sp., Cephalosporium coremioides, Purpureocillium lilacinum, Trichoderma polysporum, T. viride, многие виды рода Penicillium, а также темноокрашенный стерильный мицелий.

На рис. 2 представлена дендрограмма сходства видового состава микроскопических грибов районов исследования, согласно которой наиболее близкими оказались комплексы микромицетов Печенгского залива и Зеленецкой губы, территориально удаленные от Кольского залива и менее подверженные антропогенному воздействию. Выделенные на этих территориях грибы, вероятно, являются видами с широкой экологической амплитудой. На участках Кольского залива сообщества микроскопических грибов менее сходны, по-видимому, за счет числа привнесенных человеком новых видов и высокой антропогенной нагрузки.

Рис. 2.

Дендрограмма сходства видового состава микроскопических грибов в р-нах исследования. По оси абсцисс – расстояние между вариантами на основе коэффициента Сёренсена. По оси ординат – р-ны исследования: 1 – Кола; 2 – Белокаменка; 3 – Росляково; 4 – Печенга; 5 – Дальние Зеленцы.

Численность и видовое разнообразие грибов в морской воде

В морской воде во всех исследуемых р-нах средняя численность микроскопических грибов была низкой и находилась в пределах от 0 до 6 КОЕ/мл (рис. 3).

Рис. 3.

Численность грибов в морской воде Баренцевоморского побережья Мурманской обл.

Грибы из морской воды на среде Чапека с нефтью выделялись лучше, чем на сусло-агаре, что, скорее, связано с компонентным составом питательной среды, схожей по минеральному составу с морской водой.

Максимальная численность УО-грибов наблюдалась в воде Зеленецкой губы. Средняя численность УО-грибов в пос. Росляково была равна 4 КОЕ/мл, в пп. Белокаменка и Печенга эти значения не превышали 1 КОЕ/мл, а в морской воде в р-не г. Кола УО-грибов не обнаружено. Сахаролитические грибы были выделены только из морской воды в р-нах с максимальным антропогенным воздействием, что может косвенно свидетельствовать о наличии в воде легкоразлагаемых органических веществ, доступных для микромицетов. Наличие в воде УО-микромицетов не дает основания полагать, что в данном местообитании присутствуют углеводороды, т.к. максимальная их численность отмечена в условно фоновом р-не пос. Дальние Зеленцы, в то время как в воде с максимальной концентрацией углеводородов (г. Кола) грибы этой группы не выявлены.

Низкая численность микромицетов в морской воде вполне ожидаема, поскольку большинство морских культивируемых грибов, особенно на границе вода/суша, имеют терригенное происхождение (Kirtsideli et al., 2012; Jones et al., 2019). Являясь эпибионтами, т.е. колонизаторами поверхности какого-либо субстрата, такие микромицеты в водную среду попадают путем смыва с прибрежных территорий. В толще морской воды, в отличие от почвенных субстратов, для микобиоты практически отсутствуют ниши, способствующие осмотрофному питанию сапротрофных грибов. Однако в прибрежной зоне имеются альгоценозы, способные обеспечивать такие ниши (Richards et al., 2012), но скорее для облигатных симбиотических морских микромицетов, не культивируемых на синтетических питательных средах (Li et al., 2014). С другой стороны, обнаружение в морской воде грибов может быть свидетельством их адаптации к повышенным условиям солености.

Согласно литературным данным (Kirtsideli et al., 2012), в водах арктических морей разнообразие микромицетов не превышает 5–10 видов, что оказалось вполне сопоставимым с нашими результатами (табл. 3). Согласно микологическому анализу в морской воде встречались следующие виды: в воде Зеленецкой губы – потенциально патогенный вид (de Hoog et al., 2020) Talaromyces purpurogenus, в пос. Белокаменка – Penicillium janczewskii и P. spinulosum, в пос. Росляково – Trichoderma gha-nense (выделен только в данном местообитании). Несколько изолятов были выделены однократно, такими грибами были: в пос. Росляково – характерный для северных почв вид Geomyces pannorum и космополит Aspergillus wentii, а в г. Кола – потенциально патогенный (de Hoog et al., 2020) и фитопатогенный (Fravel et al., 2003) микромицет Fusarium oxysporum. В Печенгском заливе отмечено самое низкое разнообразие, здесь обнаружено всего три вида микромицетов: Penicillium janczewskii, P. glabrum и потенциально патогенный вид Paecilomyces variotii.

В целом численность и видовой состав культивируемых грибов в морской воде побережья Баренцева моря характеризуются низкими значениями. Однако нужно помнить, что разнообразие водных микромицетов в реальности всегда будет значительно выше, поскольку в воде обязательно присутствуют не культивируемые на синтетических средах облигатно морские грибы.

Численность и видовое разнообразие грибов в грунтах литорали

В грунтах литорали исследуемых районов численность микромицетов отличалась в разы (рис. 4).

Рис. 4.

Численность грибов в грунтах литорали Баренцевоморского побережья Мурманской обл.

Так, средняя численность сахаролитических грибов изменялась от 0 (пос. Дальние Зеленцы) до 200 КОЕ/г абсолютно сухой почвы (г. Кола). Средняя численность сахаролитиков в грунтах литорали в р-не населенных пунктов Белокаменка и Росляково составляла около 100 КОЕ/г, а в р-не Печенгской губы была ниже в 10 раз. Низкая численность (или полное отсутствие) сахаролитиков на морском побережье может объясняться низким содержанием доступных питательных веществ в субстрате, хотя достоверной связи между численностью сахаролитических грибов и содержанием органического углерода в грунте нами выявлено не было. По-видимому, хорошо промываемые во время приливов и отливов песчаный берег Печенгской губы и каменистое побережье Зеленецкой губы (табл. 1) являются мало подходящими субстратами для роста и развития сахаролитических грибов.

Численность УО-грибов находилась в пределах от 40 до 150 КОЕ/г. Максимальные средние значения численности УО-грибов отмечались в грунте литорали в населенных пунктах Росляково, Дальние Зеленцы и Печенга, а в грунте в р-не г. Кола и пос. Белокаменка численность УО-грибов была в два раза ниже. Несмотря на широкий разброс значений, полученные нами результаты превышали данные других исследователей. Так, в работе Е.Н. Бубновой и О.П. Коноваловой (Bubnova, Konovalova, 2018) среднее максимальное значение численности микромицетов в зоне литорали Зеленецкой губы составляло 73 КОЕ/г.

Видовое разнообразие микроскопических грибов в грунтах литорали исследуемых р-нов оказалось значительно выше, чем в морской воде, а в некоторых случаях (р-ны Кольского залива) даже превышало значения для почв супралиторали. Многие выявленные грибы были незначительны по обилию, но при этом характеризовались 100%-й встречаемостью. Доминантными видами (встречаемость не менее 60% по Mirchink, 1988) в р-не Кольского залива были следующие виды: в г. Кола – Penicillium aurantiogriseum, P. glabrum, Trichoderma koningii; в пос. Белокаменка – P. aurantiogriseum, P. hirsutum, Cordyceps farinosa, Trichoderma koningii; в Росляково – P. atramentosum, Paecilomyces varioti, Trichoderma viride и c/o mycelia sterilia. Последние доминировали по обилию и частоте встречаемости как в грунтах литорали, так и в прибрежной почве. Доминантными видами в Печенгской губе оказались Penicillium janczewskii, Talaromyces purpureogenus, в Зеленецкой губе – Penicillium brevicompactum и P. spinulosum.

Известно, что микроорганизмы в приливных зонах играют важную роль в сохранении биоразнообразия, минерализации органических соединений, деградации поллютантов, в круговороте питательных веществ (Park et al., 2019). Грунты литорали характеризуются мозаичным распределением доступного, необходимого для питания грибов, органического вещества, имеющегося в толще воды и в грунтах (Bubnova, Konovalova, 2018). В то же время в зоне литорали морские микроорганизмы, в том числе и микроскопические грибы, постоянно испытывают водный стресс (высушивание), влияние ветра и волны, влияние прибрежных стоков, температурные перепады и инсоляцию (Mishustina et al., 1985). Так или иначе, все эти факторы могут влиять на распределение, численность и видовое разнообразие грибов зоны литорали.

Численность и видовое разнообразие грибов в почвах супралиторали

В почвах Баренцевоморского побережья численность грибов также варьировала. На всех участках прибрежных почв были выделены как сахаролитические, так и УО-грибы.

В отличие от морской воды и грунта литорали численность сахаролитиков в почвах супралиторали была выше численности УО-грибов на всех участках (рис. 5). Более активное развитие группы сахаролитических грибов связано с тем, что в почвах значительно выше содержание органического вещества за счет сформированного органогенного горизонта и наличия растительности. Доступные питательные элементы аккумулируются в прибрежных почвах и вымываются с меньшей скоростью, чем в грунтах литорали.

Рис. 5.

Численность грибов в почвах супралиторали Баренцевоморского побережья Мурманской обл.

Средняя численность сахаролитических грибов в почвах пос. Белокаменка, Росляково и Печенгской губы оказалась примерно равной и находилась на уровне ~13 тыс. КОЕ/г. В Зеленецкой губе численность грибов была в два раза ниже, а самые низкие значения отмечены в почве в р-не г. Кола.

Максимальное среднее значение численности УО-грибов в прибрежных почвах наблюдалось в пос. Росляково и составляло 7.77 тыс. КОЕ/г (рис. 5). В Зеленецкой губе и Печенгском заливе средняя численность была примерно одинаковой и составляла 5 тыс. КОЕ/г, в пос. Белокаменка – около 4 тыс. КОЕ/г, а в р-не г. Кола оказалась в 5 раз ниже.

В целом численность микроскопических грибов в почвах супралиторали мурманского побережья Баренцева моря согласуется со значениями, полученными в других районах Баренцева моря. Согласно результатам И.Ю. Кирцидели (Kirtsideli, 2009), численность микромицетов в почвах в окрестностях пос. Варандей колебалась в интервале от 2.3 тыс. до 16.2 тыс. КОЕ/г.

Установлена сильная положительная корреляция между численностью УО-грибов в различных средах обитания (морской воде, грунте литорали и прибрежной почве) на всех исследованных участках (r = 0.86–0.92). Это может указывать на схожие механизмы распространения и адаптации УО-микромицетов на прибрежных территориях вне зависимости от типа субстрата. В то же время такой связи для сахаролитических грибов отмечено не было, а их максимальная численность приурочена к прибрежной почве, более богатой органическим веществом. В грунтах литорали и морской воде численность УО-грибов превышала численность сахаралитиков на всех исследованных участках, за исключением наиболее загрязненных. Увеличение доли сахаролитических грибов в морской воде и грунте литорали может свидетельствовать об антропогенном загрязнении данной территории, в том числе углеводородами и другими соединениями органической природы.

Как в прибрежной почве, так и в грунте литорали, численность грибов, выращенных на среде Чапека с добавлением нефти, снижалась по мере увеличения количества углеводородов в субстрате (r = –0.72–0.83), что может свидетельствовать о высокой уязвимости микромицетов к данному типу загрязнения. Высокий уровень загрязнения, выявленный в прибрежной почве в районе г. Колы, также негативно отразился и на численности сахаролитических грибов, в то время как более низкие значения содержания углеводородов не влияли на количество сахаролитиков.

Разнообразие грибов в прибрежных почвах и грунтах литорали было схожим. Наибольшее видовое разнообразие грибов отмечено в почвах супралиторали Кольского залива (пос. Белокаменка), что, обусловлено мощностью и сформированностью органогенного слоя почвы, а также разнообразием растительного покрова. Важным фактором увеличения грибного разнообразия в пос. Белокаменка может служить резкая урбанизация, обусловленная массовым потоком сюда людей в процессе строительства (с 2017 г.) Кольской верфи.

В прибрежных почвах исследуемых р-нов высокое разнообразие отмечено среди представителей порядка Eurotiales, меньшее – среди представителей порядка Hypocreales. Остальные выявленные грибы других порядков представлены одним-двумя видами.

Доминирующими в почвах супралиторали побережья Баренцева моря были следующие виды: в г. Кола – Aspergillus fumigatus, Penicillium jensenii, P. simplicissimum, Trichoderma sp., в пос. Белокаменка – Penicillium herquei, Talaromyces purpureogenus, в пос. Росляково – Penicillium glabrum, с/o mycelia sterilia. Penicillium solitum оказался доминирующим в прибрежных почвах населенных пунктов Белокаменка и Росляково, а также в почвах Печенгского залива. Необходимо отметить, что общим доминантом для обследуемых участков Кольского залива оказался энтомопатогенный (Weng et al., 2019) микромицет Cordyceps farinosa с пространственной частотой встречаемости от 60 до 100%. Известно, что данный вид часто встречается на территории Финляндии (Vänninen, 1996), которая граничит с р-ном исследований. Почва – основное место обитания вида C.  farinosa, однако он может выделяться из воздуха, воды и растений, а также из перьев и помета свободноживущих птиц. Доминирование C.  farinosa, скорее всего, связано с тем, что он может заражать водных насекомых (таких как комары) (Zimmermann, 2008; Weng et al., 2019), обитающих в прибрежных морских экосистемах.

В Печенгской губе доминантами по пространственной частоте встречаемости оказались виды Talaromyces purpureogenus и Penicillium hirsutum. В Зеленецкой губе доминировали P. chrysogenum и P. hirsutum. Со 100%-й встречаемостью в почвах обоих участков встречался белый стерильный мицелий, что отмечали и другие авторы для прибрежных территорий арктических и субарктических морей (Bubnova, 2010; Bubnova, Nikitin, 2017). Формирование стерильного мицелия у грибов является физиологической адаптацией для преодоления отрицательных температур в суровых арктических условиях (Singh, 2006).

В почвах супралиторали часто выделялись близкие к Penicillium виды рода Talaromyces. Так, Talaromyces duclauxii встречался в прибрежных почвах пос. Белокаменка, вид T. rugulosus – в прибрежных почвах пос. Росляково. Часто встречаемый (от 30 до 60% по Mirchink, 1988) T. purpureogenus отмечен во всех исследуемых р-нах, однако в пос. Росляково он выделен не из почвы, а из морской воды. Микромицеты T. purpureogenus и T. rugulosus относятся к группе потенциально патогенных грибов (de Hoog et al., 2020). Родственный к Talaromyces вид Ascospirella lutea встречался в пос. Белокаменка и в Печенгской губе.

Среди представителей рода Trichoderma доминирующей по частоте встречаемости (со 100%-й встречаемостью), но с низким обилием, во всех пяти исследуемых р-нах оказалась T. viride. Часто выделялась T. koningii, она была отмечена на всех участках, кроме Печенгской губы. Микромицет T. polysporum был редким видом в прибрежных почвах г. Кола и в грунтах литорали пос. Белокаменка.

Численность и разнообразие прибрежной микобиоты определяется множеством факторов, таких как наличие доступных питательных веществ, механический состав грунта, наличие растительного покрова, гидротермические условия и уровень антропогенного воздействия. В р-нах с выраженной антропогенной нагрузкой наблюдается более высокое грибное разнообразие в почве и песчаном грунте прибрежной зоны и увеличение доли условно-патогенных микромицетов.