Дождевые (земляные) черви Тип: Annelida (кольчатые черви) Подтип:

Дождевые (земляные) черви Тип: Annelida (кольчатые черви) Подтип: Clitellata (поясковые черви) Подкласс: Oligochaeta (малощетинковые черви) Семейство: Lumbricidae (люмбрициды) Норники Почвенные Интернет-ресурсы Подстилочные Компостные

Количество видов дождевых червей (Hawksworth, Mound 1991; Brussaard et al., 1997; Wall, Moore, 1999)

Дыхание дождевых червей и энхитреид дождевые черви и энхитреиды имеют замкнутую кровеносную систему; гемоглобин и красную кровь; у большинства энхитреид кровь бесцветная (гемоцианин) слизь увлажняет дыхательную поверхность аэробы, кожное дыхание

Дыхание дождевых червей и энхитреид отмечена высокая устойчивость к СО2: Eisenia fetida покидает субстрат когда концентрация СО2 достигает 25% в чистом углекислом газе черви Nicodrillus foetida и Lumbricus terrestris при 18–200 выживают 6 часов при избытке влаги и ухудшении аэрации поднимаются к поверхности, при недостатке влаги и улучшении аэрации уходят вглубь почвы

Ходы червей

подстилочные могут терять воду до 75% норники уходят в более глубокие горизонты почвенные обволакиваются слизистыми экскретами

Воздействие на физические свойства

Чем меньше песка в корме, тем больше размер фрагментов опада в копролитах (после перенесения из смеси опад + песок в чистый опад) Степень механической деструкции опада в кишечнике червя Lumbricus terrestris (Тиунов, 2007) Содержание песка в копролитах 0 20 40 60 80 1 3 8 22 сутки массовая доля, % Размер органических фрагментов 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 1 3 8 22 сутки Медиана, мм 2

больше глины и органического вещества гуматы кальция мукус червей (мукополисахаридно-протеино-липидный комплекс) гифы грибов микробные полисахариды Модификация физических свойств Стабилизация копролитов Копролиты более стабильны к физико-химической деградации, чем другие почвенные агрегаты

Интернет-ресурс

Химическая прочность копролитов (Манаенков и др., 1997) спирто–бензольная смесь - удаляет липидную фракцию из агрегатов 3% уксусная кислота - разрушает карбонатные связи, частично гумусовые 1% NaOH - удаляет гумусовые вещества, свободные и частично связанные полуторными окислами 3% раствор сока виноградной улитки Helix pomatia - за счет комплекса ферментов разрушает полисахариды: маннаны, глюканы; белки, пектиновые веществ и белково–полисахаридные комплексы спирто-бензольная смесь с 1 % NaOH и с K2P2O7 - удаляет липиды, ГВ

Химическая прочность копролитов: резюме обработка улиточными ферментами увеличила вероятность появления непрочных агрегатов для всех трех типов агрегатов по составу клеящих веществ копролитовые агрегаты существенно отличаются от комковатых: копролиты содержат больше веществ микробного происхождения и микробных клеток, для разрушения которых необходимы ферменты почвенная структура определяется взаимодействиями беспозвоночных и микроорганизмов

Различия между дрилосферой и окружающей почвой 19,2 4224 276 7,1 0,4 53,9 Нативная почва (10 мм от хода) Дрилосфера (2 мм от хода) Показатель Число клеток протеобактерий, млрд./г** Длина грибного мицелия, м/г** Длина гиф актинобактерий, м/г** Количество углерода, %* Количество азота, %* Влажность, %* 7,8 6074 231 3,3 0,2 35,6 * Tiunov, Scheu, 1999 **Тиунов и др, 2001

ускорение аммонификации, нитрификации и потребление аммония и нитратов корнями растений потери за счет образования газообразных продуктов разложения, поверхностного стока, вымывания из почвы Прямой вклад дождевых червей в круговорот азота в почве способствуют разложению органического вещества за счет измельчения опада потребляют микроорганизмы, участвующие в разложении, переваривают одни и способствуют размножению других

. Прямой вклад червей в содержание азота в почве естественная гибель биомасса червей от 1 до 150 г живого веса/м2, но годовой оборот биомассы в 2-7 раз выше, чем мгновенная биомасса годовой урожай биомассы червей 2-1000 г/м2 содержание азота в теле червя - 12% от сухого веса

Прижизненная экскреция экскретируют неорганические и органические метаболиты с выделениями или в составе кишечной или поверхностной слизи основной конечный продукт азотного обмена – мочевина, быстро гидролизуется до аммония состав слизистых выделений: мукопротеины – водорастворимые соединения, содержащие белки и свободные аминокислоты (аспарагин, серин, глицин, а также этаноламин) Прямой вклад червей в содержание азота в почве

Увеличение подвижности азота при измельчении опада (Тиунов, 2007)

Воздействие экскретов дождевого червя Aporrectodea caliginosa на нитрификацию в почве

образуют микроместообитания для микроорганизмов (экскременты, копролиты, стенки ходов - дрилосфера) за счет оструктуривания почвы влияют на рост и развитие корней привносят в почву органический материал Косвенное влияние червей на круговорот азота

Влияние дождевых червей на содержание минерального азота в почве в условиях мезокосма (Makeshin, 1980)

Эмиссия N2O из живого червя Lumbricus rubellus (Matthies, Drake, unpubl. data) N20 пмоль/г живой массы Время, час

Эмиссия N2O из почвы с червями Lumbricus rubellus и без них (150 С) (Matthies et al., 1999) N20 нмоль/г почвы Время, час с червями без червей

Профили N2O и O2 в среднем отделе кишечника дождевого червя Lumbricus rubellus (микросенсорное измерение, Horn et al., 2003)

Факторы, стимулирующие образование N2O и N2 бактериями, поступающими с почвой в пищеварительный тракт дождевого червя (Horn et al., 2003)

Бактерии в кишечнике червей Jolly J.M., Lappin Scott H.M., Anderson J.M., Clegg C.D. Scanning electron microscopyof the gut microflora of two earthworms: Lumbricus terrestris and Octolasion cyaneum // Microbiol. Ecol. 1993. V. 26. P. 235–245.

Кишечные группировки бактерий у разных червей сильно различаются – всего 7 общих таксонов (ОТЕ)

Бактериальные группировки из пищеварительного тракта существенно отличаются от группировок из почвы и экскрементов Филогенетические деревья бактериальных изолятов из почвы, кишечника и экскрементов червя Aporrectodea caliginosa (Бызов и др., Культивируемые микроорганизмы из пищеварительного тракта дождевых червей // Микробиология, 2009, Т. 78, № 2, с. 1-10) Грам - Грам + actinobacteria

Филогенетическое дерево бактериальных изолятов из кишечника червя Aporrectodea caliginosa (Бызов и др. Культивируемые микроорганизмы из пищеварительного тракта дождевых червей // Микробиология, 2009, Т. 78, № 2, с. 1-10) Aeromonadaceae, Comamonadaceae, Enterobacteriaceae, Flavobacteriaceae, Moraxellaceae, Pseudomonadaceae, Sphingobacteriaceae (Bacteroidetes), Actinobacteria. Есть новые таксоны (идентичность 93-97%)

Кто живет в кишечнике дождевых червей? В кишечнике червей обитают бактерии, редко выделяемые из почвы. Aeromonadaceae, Comamonadaceae, Enterobacteriaceae, Flavobacteriaceae, Moraxellaceae, Pseudomonadaceae, Sphingobacteriaceae (Bacteroidetes), Actinobacteria. Разнообразие очень велико – десятки таксонов, есть новые таксоны (идентичность 93-97%). У разных червей разные бактерии.

Функции кишечных симбионтов ?

Что известно? Культивируемые бактерии из кишечника, в основном, факультативные анаэробы (Третьякова и др., 1996; Toyoto, Kimura, 2000). Пищеварительный тракт червей - анаэробная среда (Karsten, Drake, 1995). В кишечнике активизируются процессы денитрификации, диссимиляции нитратов и детоксификации нитритов (Karsten, Drake, 1995). В кишечнике зафиксирована нитрогеназная активность в (Костина и др., не опубликовано; Citernesi et al., 1977; Simek, Pizl, 1989). Кишечные бактерии снабжают хозяина белком, незаменимыми аминокислотами (Pokarzhevski et al., 1997), жирными кислотами (Sampedro et al., 2006). Кишечные бактерии обладают повышенной антибиотической активностью – устойчивость к заражению (Szabo, 1974; Нгуен Дык Т.Л. и др., 1996).

Рост бактерий из кишечника червя Aporrectodea caliginosa и Bacillus thuringiensis (из почвы и др. субстратов) (Якушев, Бызов, не опубликовано) Кишечные бактерии растут интенсивнее

Сравнение результатов мультисубстратного тестирования корма, кишечников и экскрементов червя Eisenia fetida (Эллипсы ограничивают области 70% вероятности) (Бызов, Якушев, не опубликовано ) Группировка кишечных бактерий отличается физиологически от почвенных

Дегидрогеназная активность бактерий из почвы (330 штаммов), кишечников (267 штаммов) и экскрементов (170 штаммов) червей Даны средние значения, доверительные интервалы, p = 0.95. (Бызов, Якушев, не опубликовано) Дегидрогеназная активность кишечных бактерий выше, чем почвенных

Номер субстрата по убыванию Dmax Dmax 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 корм экскременты кишечник Прирост биомассы бактерий из корма, кишечников и экскрементов червей Eisenia fetida при росте на разных органических субстратах (Якушев, Бызов, не опубликовано) Потребление субстратов кишечными бактериями более «выравненное» - стабильность?

Факультативно-анаэробные бактерий в кишечнике червей (тест Хью-Лейфсона, адаптированная методика) (Хомяков, Бызов, не опубликовано) Опыт Контроль Основная часть изолятов бактерий из кишечника - факультативные анаэробы Проверено 360 кишечных изолятов Факультативные анаэробы 263 штамма (73%) Аэробы 97 штаммов (27%)

Протеолитическая активность бактерий из почвы, кишечников и экскрементов дождевых червей В кишечнике обитают бактерии с протеолитической активностью

Кишечные бактерии растут быстрее почвенных. Кишечные бактерии имеют иной профиль потребления субстратов, чем почвенные. Потребление субстратов кишечными бактериями более «выравненное» - стабильность? Дегидрогеназная активность кишечных бактерий выше, чем почвенных Основная часть изолятов бактерий из кишечника – факультативные анаэробы. В кишечнике обитают бактерии с высокой протеолитической активностью. Кишечные бактерии не растут на карбоксиметилцеллюлозе и на хитине.