БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2013, № 2, с. 16-24
^ ВОДНАЯ
МИКРОБИОЛОГИЯ
УДК 591.543.1+579(285.2)
ГЕТЕРОТРОФНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ И ВИРУСЫ В ВОДЕ ГОРЬКОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА В ПЕРИОД АНОМАЛЬНО ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ
© 2013 г. А. И. Копылов, Я. В. Стройнов, Е. А. Заботкина, А. В. Романенко, Т. С. Масленникова
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: @kopylov@ ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 30.06.2011 г.
В аномально жаркое лето 2010 г. температура воды в Горьковском водохранилище в июле достигала 27—33°С. В озеровидной части наблюдали сильное "цветение" воды цианобактериями. Численность (11.58 ± 1.25 х 106 кл./мл), биомасса (886 ± 96 мг/м3) и продукция (169 ± 32 мг С/(м3 • сут) бактерио-планктона в среднем для водохранилища были в 2 раза выше, чем в год с температурами, близкими к средним многолетним. В озеровидной части они были выше, чем в речном участке. Численность (4.86 ± 0.75 х 103 кл./мл) и биомасса (138 ± 9 мг/м3) гетеротрофных нанофлагеллят превышали таковые в год с обычным температурным режимом соответственно в 2.3 и 1.7 раза. Количество планктонных вирусных частиц (Nv) в водохранилище в 2010 г. составило в среднем 48.89 ± 9.54 х 106 частиц/мл, а вирусиндуцированная гибель бактерий (VMB) — 26.9 ± 4.6% бактериальной продукции. Величины Fv и VMB в озеровидной части превышали таковые в речном участке соответственно в 1.5 и 1.8 раза.
Ключевые слова: вирусы, бактерии, гетеротрофные нанофлагелляты, первичная продукция фитопланктона, водохранилища.
Б01: 10.7868/80320965213010075
ВВЕДЕНИЕ
Многолетние исследования водохранилищ Верхней и Средней Волги свидетельствуют о существенном влиянии погодных условий на функциональные характеристики фитопланктона и бактериопланктона [3, 9, 10]. В.И. Романенко [10], анализируя результаты 28-летних исследований, обнаружил положительные корреляции между скоростью фотосинтеза, скоростью деструкции органического вещества, продукцией бактерий и температурой воды. И.Л. Пырина [9] на основе результатов 26-летних исследований установила, что подъемы концентраций хлорофилла регистрируются в годы с антициклональ-ным типом погоды и интенсивным поступлением солнечной энергии в разгар вегетационного сезона. Однако такого сильного прогрева воды на значительной акватории Горьковского водохранилища как летом 2010 г. предыдущими исследованиями не зарегистрировано. В годы с обычным температурным режимом средняя месячная температура поверхностного слоя воды колебалась в пределах 18.4—23.0°С при среднем многолетнем значении 20°С [6]. В июле 2010 г. она составила в
среднем 27.6°С. На значительной акватории водохранилища наблюдалось сильное "цветение" воды цианобактериями.
Цель работы — оценка структурно-функциональных характеристик планктонных микробных сообществ в целом для Горьковского водохранилища и отдельно для его речной и озеровидной частей в условиях аномально высокой температуры воды и сравнение их с характеристиками в год с температурами, близкими к средним многолетним (на примере 2001 г.).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Горьковское водохранилище, по классификации А.Б. Авакяна [1], относится к очень крупным (длина 430 км, площадь зеркала 1591 км2, объем 8.7 км3) и неглубоким (средняя глубина 5.5 м) водоемам. В пределах водохранилища выделяются следующие участки: озеровидный (от плотины Горьковской ГЭС до устья р. Елнать), речной (от устья р. Елнать до плотины Рыбинской ГЭС) и Костромской разлив. Водную массу Горьковского водохранилища в основном формируют волжские воды, поступающие из вышележащего Ры-
Таблица 1. Характеристика исследованных станций Горьковского водохранилища 9—13 августа 2001 г.
Станция Координаты Глубина, м Пр, см Т, °С
с.ш. в.д.
Ниже г. Рыбинска - - 6.0 170 19.7
Выше г. Ярославля 57°41' 39°51' 5.0 150 20.0
Ниже г. Ярославля: 57°33' 39°59' - - -
правый берег - - 9.0 120 20.4
русло - - 6.3 130 20.4
Ниже п. Кр. Профинтерн 57°45' 40°28' 7.5 100 20.4
Выше г. Костромы 57°46' 40°53' 10.0 120 20.4
Ниже г. Костромы 57°44' 40°58' 8.2 110 20.6
Ниже г. Плес 57°28' 41°32' 15.0 150 21.4
Выше г. Кинешма 57°29' 42°05' 12.5 150 21.6
Ниже г. Кинешма 57°27' 42°17' 13.0 150 21.5
Ниже г. Юрьевец: 57°17' 43°07' - - -
русло - - 13.0 110 21.9
левый берег - - 6.8 100 21.3
Верхний бьеф ГГЭС: 56°43' 43°18' - - -
левый берег - - 13.0 150 19.7
русло - - 15.0 160 20.4
правый берег - - 7.5 150 20.6
Примечание. Здесь и в табл. 2: Пр — прозрачность воды по диску Секки, Т — температура воды на поверхности.
Таблица 2. Характеристика исследованных станций Горьковского водохранилища 21—24 июля 2010 г.
Станция Координаты Глубина, м Пр, см Т, °С
с.ш. в.д.
Ниже г. Рыбинска 58°02' 38°57' 5.5 120 25.5
Выше г. Ярославля 57°42' 39°49' 4.5 110 25.5
Ниже г. Ярославля 57°33' 40°07' 5.0 110 26.0
Ниже п. Кр. Профинтерн 57°45' 40°28' 4.5 100 27.0
Против устья р. Сизема 57°47' 40°42' 7.9 80 27.0
Ниже г. Костромы 57°41' 40°59' 5.0 110 27.0
Ниже г. Плес 57°27' 41°34' 13.0 100 27.5
Ниже г. Кинешма 57°26' 42°14' 15.0 120 29.0
Против устья р. Унжа 57°22' 43°13' 8.0 70 27.0
Ниже г. Юрьевец 57°21' 43°12' 11.0 120 27.0
Против г. Пучеж 56°59' 43°12' 12.0 60 30.0
Ниже г. Чкаловска 57°41' 43°20' 16.0 80 33.0
бинского водохранилища, лишь в нижней озеро-видной части они трансформируются под влиянием притоков [5]. По содержанию хлорофилла Горьковское водохранилище характеризуется как эвтрофное [7].
Материал для исследования собран в ходе работ комплексной экспедиции Института биоло-
гии внутренних вод РАН во время рейса научно-экспедиционного судна "Академик Топчиев" на 15 станциях 8—13 августа 2001 г. и на 12 станциях 21—24 июля 2010 г. (табл. 1 и 2). Количество вирусов, бактерий и гетеротрофных нанофлагеллят определяли в интегрированных пробах воды, полученных смешиванием проб, отобранных через
1 м от поверхности до дна. Сразу после отбора пробу фиксировали глутаральдегидом до конечной концентрации 2%, хранили в темноте при температуре 4°С.
Первичную продукцию фитопланктона определяли радиоуглеродным методом [11], удельную скорость роста бактерий — методом разбавления [18].
Планктонные вирусные частицы учитывали методом эпифлуоресцентной микроскопии с использованием красителя SYBR Green I и фильтров из оксида алюминия Anodisc ("Wathman") с диаметром пор 0.02 мкм [21], гетеротрофные бактерии и нанофлагелляты — методом эпифлуорес-центной микроскопии с использованием красителей DAPI и примулин, а также черных ядерных фильтров с диаметром пор 0.2 мкм [14, 24]. Препараты просматривали при увеличении х 1000 под эпифлуоресцентным микроскопом Olympus BX51 (Япония) с системой анализа изображений. Содержание органического углерода в сырой биомассе бактерий рассчитывали согласно уравнению, связывающему объем клетки (V, мкм3) и содержание углерода в клетке [23]. Для расчета рациона гетеротрофных бактерий принимали коэффициент использования потребленной пищи на рост (К2), равный 0.5. Содержание углерода в одной вирусной частице принимали равным 10-10 мкг С [17]. Допуская, что гетеротрофный жгутиконосец за 1 ч осветляет объем воды, равный 105 объема его тела [16], ориентировочно рассчитывали скорость потребления бактерий природными популяциями гетеротрофных жгутиконосцев. Для расчетов неусвоенного бесцветным жгутиконосцем органического вещества принимали, что усвояемость бактерий равна 0.7.
Для определения частоты отчетливо видимых инфицированных вирусами гетеротрофных бактерий (Frequency of visibly infected cells (FVIC), % общего количества бактерий) и среднего количества зрелых фагов в инфицированных бактериях (Burst size (BS), частиц/кл.) использовали метод просвечивающей электронной микроскопии. Вирусы и бактерии осаждали центрифугированием при 100 тыс. g (35 тыс. об/мин) в течение 1 ч с использованием ультрацентрифуги OPTIMA L-90k ("Beckman Coulter", США) на никелевые сеточки плотностью 400 мешей, покрытые пиолоформом с угольным напылением. Сеточки просматривали в электронном микроскопе JEM 100 ("Jeol", Япония) при увеличении х50—150 тыс. Для расчета доли всех инфицированных клеток от общей численности гетеротрофных бактерий (Frequency of infected cells (FIC), %) использовали уравнение FIC = 7.1 х FVIC - 22.5 х FVIC2 [13]. Гибель бак-териопланктона, вызванную вирусным лизисом (Viral-mediated mortality of bacteria (VMD), %), определяли по формуле VMB = (FIC + 0.6 х х FIC2)/(1 — 1.2 х FIC) [13]. Допускали, что инфи-
цированные и неинфицированные бактерии выедаются консументами с одинаковой скоростью и латентный период равен времени генерации бактерий [25]. Полагали также, что численность бактериальных популяций остается постоянной, т.е. продукция бактерий равна их смертности. Скорость вирусиндуцированной смертности бактерий (Virus-induced mortality (VIM), кл./(мл • сут) или мг С/(м3 • сут), рассчитывали с использованием уравнения VIM = VMB х Pb, где Pb — продукция бактериопланктона. Продукцию вирио-планктона (Pv) определяли как произведение BS и VIM [22, 28]. Время оборота численности вирусов получали делением их численности на продукцию. Скорость поступления в окружающую водную среду (в процессе вирусного лизиса бактериальных клеток) легкоусвояемого органического вещества находили по разнице VIM (мг С/(м3 • сут)) и Рь (мг С/(м3 • сут)). Полученные величины несколько завышены, поскольку в расчетах не использовали величины энергетических трат вирусов на синтез белков капсида и процессов репликации нуклеиновых кислот, так как данные о таковых отсутствуют в литературных источниках.
Скорость контактов (R) между вирусами и бактериями рассчитывали по формуле R = = (Sh2nwDv)VP [20], где Sh — число Шервуда (использовали величину 1.01, принимаемую для неподвижных бактерий), w — диаметр бактериальной клетки, V и P — численность вирусов и бактерий соответственно, Dv — диффузия (распространение вирусов рассчитывали по формуле Dv = kT/3n^dv, где k — константа Больцманна (1.38 х 10—23 Дж К-1), Т — температура in situ (градусы Кельвина), ц — вязкость воды и dv — диаметр вирусной капсиды).
Статистический а
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.