^ ВОДНАЯ
МИКРОБИОЛОГИЯ
УДК 593.16+574.583(204):579
ПЛАНКТОННЫЕ ВИРУСЫ, ГЕТЕРОТРОФНЫЕ БАКТЕРИИ И НАНОФЛАГЕЛЛЯТЫ В ПРЕСНЫХ И МОРСКИХ ВОДАХ БАССЕЙНА КАРСКОГО МОРЯ (АРКТИКА)
© 2012 г. А. И. Копылов*, Д. Б. Косолапов*, Е. А. Заботкина*, П. В. Боярский**,
В. Н. Шумилкин**, Н. А. Кузнецов**
*Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, е-шаП: kopylov@ibiw.yaroslavl.ru **Российский научно-исследовательский институт культурного и природного наследия им. Д.С. Лихачёва,
129366 г. Москва, ул. Космонавтов, 2 Поступила в редакцию 23.05.2011 г.
В августе—сентябре 2009 г. определены концентрации растворенного органического вещества и изучено количественное распределение вириопланктона, бактериопланктона и гетеротрофных нано-флагеллят в прибрежных водах Карского моря, пресных водоемах и водотоках на островах и побережье этого моря, а также в Обской губе и Енисейском заливе. Между численностью вирусов и численностью бактерий наблюдалась высокая положительная зависимость. Частота видимых инфицированных бактерий в морских водах находилась в пределах 0.6—4.3% (в среднем 1.6), в пресных водных объектах на островах и побережье — 0.3—3.9% (в среднем 1.5) и в эстуариях рек — 0.5— 1.6% (в среднем 1.1). В большинстве исследованных водоемов вирусиндуцированная смертность бактерий значительно превышала их выедание гетеротрофными нанофлагеллятами.
Ключевые слова: бактерии, вирусы, вирусиндуцированная смертность бактерий, гетеротрофные на-нофлагелляты, Карское море, Арктика.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы значительное внимание уделяется изучению закономерностей функционирования микробной пищевой сети в морских полярных экосистемах [12, 22, 25, 26]. Относительно высокая скорость роста гетеротрофных бактерий при их постоянной низкой численности, зарегистрированная в этих водах, по-видимому, свидетельствует о том, что вся бактериальная продукция в морских полярных водах потребляется простейшими [22]. Поскольку первичное продуцирование органического вещества фитопланктоном в полярных регионах происходит только в течение нескольких месяцев в году, тогда как продукция гетеротрофных бактерий регистрируется даже в течение зимней полярной ночи и под мощным покровом льда, то в рационе как простейших, так и многоклеточных организмов важное место занимают гетеротрофные организмы [22]. Исследования последних лет показали [25, 30, 33], что важную роль в смертности бактериопланктона в морских и пресноводных экосистемах Арктики играют вирусы-бактериофаги. Изучение значения лизиса вирусами и выедания простейшими в смертности бактериопланктона имеет важное значение, так как преобладание того или иного про-
цесса предполагает разную направленность потоков углерода в микробной трофической сети. В результате вирусного лизиса углерод органических веществ бактерий не поступает на более высокие трофические уровни, а остается в пределах "вирусной петли", включающей бактерии, вирусы и растворенное органическое вещество (РОВ) [32].
Немногочисленные микробиологические исследования Карского моря показали, что численность и биомасса бактериопланктона в разных участках моря существенно различаются [2, 13]. Наиболее высокие значения этих параметров наблюдались в эстуариях рек Оби и Енисея и в зоне смешения морских и речных вод, минимальные — в северо-восточной части моря. Кроме того, возрастание численности бактерий отмечалось в северно-западной части моря и связано с влиянием вод Баренцева моря [2].
Цель работы — изучение количественного распределения растворимого органического вещества, планктонных вирусов, гетеротрофных бактерий и жгутиконосцев (флагеллят), оценка степени инфицирования бактериопланктона и роли вирусов в его смертности в пресных водоемах и водотоках на островах и побережье Карского моря и в эстуариях рек Оби и Енисея.
Таблица 1. Характеристика станций отбора проб в морских водах в 2009 г.
Номер станции Место отбора Координаты, с.ш., в.д. Дата отбора Температура, °С РОВ, мг С/л
2 Острова:
Визе 79°29.260', 77°00.011' 10.VIII 1.0 2.11
3 Тройной 75 °57.153', 82°57.375' 15.VIII 0.6 3.02
5 75°57.004', 82°57.044' 15.VIII 0.5 2.59
8 Большевик, архипелаг Северная Земля 78°18.69Г, 104°36.58Г 25.VIII 0 2.08
9 Мыс Челюскина, пролив Виль-кицкого 77°42.780', 104°19.732' 26.VIII 0 3.06
11 75°24.703', 88°54.206' 31.VIII -0.04 3.48
12 Остров Русский 77°10.693', 96°08.22Г 01.IX -0.5 1.86
15 Мыс Стерлигова 75°24.717', 88°03.99Г 9.IX 0.6 3.08
17 75°24.911', 88°55.270' 9.IX 0.4 2.89
18 Остров Средний 79°29.528', 91°16.870' 12.IX -0.2 2.04
24 Открытые воды, между о-вами Белый и Вилькицкого 72°53.505', 73°06.557' 23.IX 6.0 2.51
29 У ст. Белый Нос 69°36.397', 60°12.540' 24.IX 5.8 2.64
19 Архипелаг Земля Франца-Иосифа, ст. им. Э.Т. Кренкеля 80°37.779', 58°02.095' 16.IX -0.4 2.12
20 80°38.012', 57°52.133' 16.IX -0.6 1.54
31 Остров Вайгач, 1.5 км от берега 70°13.855', 58°42.456' 28.IX 6.0 1.69
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материал собран в ходе Морской арктической комплексной экспедиции (МАКЭ) во время рейса научно-экспедиционного судна "Михаил Сомов" в августе—сентябре 2009 г. Пробы воды отобраны с поверхности на 15 станциях в морских прибрежных водах, на 11 — в пресных водоемах и водотоках, расположенных на побережье и островах моря, а также на 5 станциях в Обской губе и Енисейском заливе (табл. 1 и 2). Растворенное органическое вещество определяли методом высокотемпературного каталитического сжигания [28] c помощью автоматического анализатора углерода LiquiTOC II ("Elementar", Германия). Планктонные вирусные частицы учитывали методом эпиф-луоресцентной микроскопии с использованием красителя SYBR Green I и фильтров из оксида алюминия Anodisc ("Wathman") с диаметром пор 0.02 мкм [17], гетеротрофные бактерии и нанофла-
гелляты — с помощью эпифлуоресцентной микроскопии, красителей DAPI и примулин и черных ядерных фильтров с диаметром пор 0.2 и 0.5 мкм соответственно [6, 19]. Препараты просматривали при увеличении х1000 под эпифлуоресцентным микроскопом Olympus BX51 (Япония) с системой анализа изображений. Концентрацию органического углерода в сырой биомассе бактерий рассчитывали согласно уравнению, связывающему объем клетки (V, мкм3) и содержание углерода (С, фг/кл.): С = 120V072 [18]. Содержание углерода в одной вирусной частице принимали равным 10-10 мкг С.
Для определения частоты отчетливо видимых инфицированных вирусами гетеротрофных бактерий (Frequency ofvisibly infected cells (FVIC), % общего количества бактерий) и среднего количества зрелых фагов в инфицированных бактериях (Burst size (BS) частиц/кл.) использовали метод просве-
Таблица 2. Характеристика станций отбора проб в пресных водах в 2009 г.
Номер станции Место отбора Координаты, с.ш., в.д. Дата отбора Температура, °С РОВ, мг C/л
Обская губа:
21 напротив пос. Сеяха, 3 км от берега 70°06.38Г, 72°52.58Г 20.IX 7.3 5.60
22 прибрежье у пос. Сеяха 70°10.286', 72°31.107' 20.IX 7.4 7.01
23 напротив пос. Нижний Порт, 3 км от берега 68°30.460', 73°42.389' 21.IX 8.0 4.59
13 Енисейский залив, прибрежье у ст. Сопочная Карга 71°52.533', 82°42.178' 4.IX 0.85 6.13
14 Карское море: 71°52.629', 82°42.342' 4.IX 0.8 7.45
1 озеро, о. Визе 79°29.377', 76°59.765' 10.VIII 2.30 3.41
4 озеро, о. Тройной 75°57.08Г, 82°57.361' 15.VIII 0.50 2.40
6 озеро, о. Большевик 78°18.722', 104°36.224' 25.VIII 0.38 4.03
7 ручей, о. Большевик 78°18.691', 104°36.581' 25.VIII 0.35 4.12
10 озеро, мыс Челюскин, пролив Вилькицкого 77°42.780', 104°19.732' 31.VIII 0.04 2.32
16 ручей, м. Стерлигова 75°24.703', 88°54.206' 09.IX 0.10 4.34
25 протока, о. Белый 73°19.961', 70°03.708' 24.IX 2.9 3.52
26 ручей, о. Белый 73°19.873', 70°04.375' 24.IX 1.9 3.12
27 лужа в тундре, о. Белый 73°20.007', 70°04.507' 24.IX 2.4 7.67
28 река, м. Белый Нос 69°36.147', 60°12.769' 26.IX 4.3 4.02
30 озеро, м. Белый Нос 69°36.394', 60°12.675' 26.IX 4.2 3.23
чивающей 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-1011 ("Jeol", Япония) при увеличении х50—150 тыс. Для расчета доли всех инфицированных клеток в общей численности гетеротрофных бактерий (Frequency of infected cells (FIC), %) и смертности бактерий, вызванной вирусным лизисом (Viral-mediated mortality ofbacteria (VMB), % суточной продукции бактерий), использовали общепринятые методы [4, 20].
Скорость контактов (R) между вирусами и бактериями рассчитывали по формуле R = = (Sh2nwDv)VP [15], 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 Больцмана (1.38 х 10-23 Дж К-1), Т — температура in situ (градусы Кельвина), ц — вязкость воды, dv - диаметр вирусной капсиды.
Статистический анализ данных проводили с использованием программы Statistica 6.0. При установлении корреляционных зависимостей между параметрами использовали ранговый коэф-
Таблица 3. Численность и биомасса бактериопланктона, вириопланктона и гетеротрофных нанофлагеллят (НЛ?) в морских и пресных водах
Номер станции Жь, 103 кл./мл Вь, мг/м3 Вь, мг С/м3 3 103 частиц/мл Ж/Жь МШР, кл./мл ВШР, мг/м3
Морские воды
2 1739 239 48 6516 3.8 128 2.3
3 2069 205 46 14640 7.1 192 2.9
5 2360 254 56 16799 7.1 160 3.4
8 1154 159 32 4592 4.0 0 0
9 2508 283 60 7615 3.0 80 0.6
11 1328 134 30 5181 3.9 160 4.4
12 1049 177 33 3258 3.1 92 0.7
15 3058 325 72 25120 8.2 53 1.1
17 2857 367 71 19311 6.8 40 0.3
18 1379 174 36 8086 5.9 40 0.6
24 1930 307 60 16367 8.5 160 1.9
29 2138 229 49 17898 8.4 80 1.1
19 2052 281 56 5731 2.8 53 0.9
20 1830 236 48 4161 2.3 40 0.3
31 1676 227 46 16642 9.9 92 1.1
Пресные воды
21 2470 254 58 8321 3.4 160 8.0
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.