научная статья по теме СЕЗОННЫЕ И МЕЖГОДОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ВИРИОПЛАНКТОНА В РЕКАХ, ПРОТЕКАЮЩИХ ЧЕРЕЗ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ГОРОД (Г. ЧЕРЕПОВЕЦ, ВЕРХНЯЯ ВОЛГА) Биология

Текст научной статьи на тему «СЕЗОННЫЕ И МЕЖГОДОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ВИРИОПЛАНКТОНА В РЕКАХ, ПРОТЕКАЮЩИХ ЧЕРЕЗ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ГОРОД (Г. ЧЕРЕПОВЕЦ, ВЕРХНЯЯ ВОЛГА)»

БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2014, № 4, с. 50-53

^ ВОДНАЯ

МИКРОБИОЛОГИЯ

УДК 578.81(282.2X471)

СЕЗОННЫЕ И МЕЖГОДОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ВИРИОПЛАНКТОНА В РЕКАХ, ПРОТЕКАЮЩИХ ЧЕРЕЗ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ГОРОД (г. ЧЕРЕПОВЕЦ, ВЕРХНЯЯ ВОЛГА)

© 2014 г. А. И. Копылов*, Т. В. Иевлева**, А. В. Романенко*

*Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: kopylov@ibiw.yaroslavl.ru **Череповецкий государственный университет, 162000 г. Череповец, Вологодская обл., проспект Луначарского, 5 Поступила в редакцию 07.06.2013 г.

В двух малых реках и крупной р. Шексна в течение апреля—октября 2009—2011 гг. определена общая численность вириопланктона, а также общая численность и биомасса бактериопланктона. Между численностью планктонных вирусов и бактерий установлена высокая положительная связь. Количество планктонных вирусов в загрязненных малых реках значительно превышало таковое в р. Шексна. Во всех реках в 2010 г. (год с аномально высокой температурой воды летом) численность планктонных вирусов была существенно выше, чем в годы с температурным режимом, близким к норме.

Ключевые слова: вирусы, бактерии, реки.

Б01: 10.7868/80320965214040263

ВВЕДЕНИЕ

Вирусы — многочисленный компонент планктонных сообществ, присутствуют во всех водных экосистемах [9]. Вирусы-бактериофаги играют значительную роль в контроле над численностью и продукцией гетеротрофных бактерий [8]. Большинство исследований вирусов в пресноводных экосистемах сосредоточены на оценке их количества и активности в лентических системах [8, 9], тогда как очень мало работ по изучению распределения и взаимодействия вирусов и их хозяев в лотических системах [2, 7]. В бассейне Верхней Волги одни из наиболее загрязненных водных объектов — малые реки, протекающие в пределах крупных промышленных городов [3]. К их числу относятся водотоки в черте крупного промышленного центра г. Череповец, испытывающие многолетнее антропогенное воздействие [1].

Цель работы — оценить количество вирусов и их сезонную динамику в воде двух, значительно загрязненных малых рек и прибрежной зоне крупной р. Шексна, протекающих в черте г. Череповец.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Работы проведены в апреле—октябре 2009, 2010 и 2011 гг. Изучены образцы воды, отобранные в черте г. Череповец на трех станциях: в малой

р. Серовка, в малой р. Ягорба (в которую впадает р. Серовка) и на прибрежной станции крупной р. Шексна (в нее впадает р. Ягорба). Глубина станций 1 м. Вирусные частицы учитывали методом эпифлуоресцентной микроскопии с использованием флуорохрома SYBR Green I и фильтров из оксида алюминия Anodisc (Wathman) с диаметром пор 0.02 мкм [5]. Численность гетеротрофных бактерий определяли методом эпифлуоресцент-ной микроскопии с применением флуорохрома DAPI и черных ядерных фильтров с диаметром пор 0.2 мкм (Nuclepore) [6]. Препараты просматривали при увеличении х1000 под эпифлуорес-центным микроскопом Olympus BX51 (Япония) с системой анализа изображений.

Скорость контактов (R) между вирусами и бактериями рассчитывали по формуле R = = (Sh2nwDv)VP [4], 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 — диффузиию (распространение вирусов) рассчитывали по формуле Dv = kT/3n^dv, где k — константа Больцмана (1.38 х 10-23 Дж К-1), Т — температура воды in situ (град Кельвина), ц — вязкость воды, dv — диаметр вирусной капсиды.

СЕЗОННЫЕ И МЕЖГОДОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ВИРИОПЛАНКТОНА

51

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В исследованных городских реках обнаружены очень высокие концентрации планктонных бактерий (см. таблицу). Величины общей численности бактериопланктона, рассчитанные в среднем за периоды исследования, в малых реках и на прибрежной станции в р. Шексна существенно не различались. В то же время средний объем бактериальных клеток в малых реках заметно превышал таковой в р. Шексна. В итоге, величины общей биомассы бактериопланктона, средние за периоды исследования, в первых двух реках были значительно выше, чем в р. Шексна.

В течение апреля—октября общая численность вириопланктона изменялась в реках в широких пределах (см. рисунок и таблицу). Минимальная и максимальная величины Ыу различались в р. Серовка в 21 раз, в р. Ягорба — в 12 раз и в р. Шексна — в 10 раз. Сезонная динамика Ыув малых реках и р. Шексна была сходной (см. рисунок). В течение апреля—июля наблюдалось постепенное возрастание концентрации вирусов. Во вторую половину лета Ыу, как правило, достигала максимальных значений. В малых реках в этот период численность вирусов была (177...218) х 106 частиц/мл, что существенно выше максимальных значений ((53.67) х 106 частиц/мл), зарегистрированных в малой реке, протекающей в этом же регионе в сельской местности [2]. Осенью содержание вирусов в речной воде быстро снижалось.

Между численностью вириопланктона и бак-териопланктона наблюдалась высокая положительная связь: в р. Серовка коэффициент корреляции г = 0.66 (р = 0.05), в р. Ягорба г = 0.63 (р = = 0.05), в р. Шексна г = 0.85 (р = 0.05). Высокая положительная корреляция между Ыу и Ыв свидетельствует о том, что большинство вирусов в составе вириопланктона — бактериофаги [9]. Зависимость Ыу от температуры воды была также высокой: в р. Серовка г = 0.71, в р. Ягорба г = 0.62, в р. Шексна г = 0.74.

Вирусы не способны активно искать хозяев и частота контактов между бактериофагами и бактериями зависит от их численности, диаметра клетки микроорганизма и размера вирусной частицы, вязкости воды, температуры [4]. В течение периода исследования скорость контактов между вирусами и бактериями (К) в реках существенно изменялась. Во всех реках максимальные значения г в 2009—2010 гг. зарегистрированы в августе, в 2011 г. — в конце июня. Величины К в среднем за три года в малых реках были существенно выше, чем в р. Шексна (см. таблицу).

Величины Ыу, рассчитанные в среднем за три года, в малых реках оказались выше, чем в р. Шексна в 1.2 раза. Во всех реках величины Ыу (в среднем за апрель—октябрь) в 2010 г., когда

106 частиц/мл 200

100

150

а

^ 1

2 3

50

* в

100 - * * ■ . * *

50 _ ■ ■ А ■ X ■ к. ■

■ ♦ * А ш • * ■

1 IV 1 V 1 VI 1 VII 1 VIII IX X мес.

Сезонные изменения .. . с. общей численности вирио

планктона (106 частиц/мл) в реках: а - Серовка, б -Ягорба, в - Шексна; 1 - 2009, 2 - 2010, 3 - 2011 г.

температура воды на поверхности рек летом достигала 26-27°С, превышали таковые в 2009 г. в 1.9-2.0 раза, в 2011 г. в 1.3-1.5 раза (см. таблицу). Однако отношение Ыу/Ыв в 2010 г. было выше, чем в другие годы только в 1.1-1.2 раза. В то же время величина К (в среднем за апрель-октябрь) в 2010 г. превышала таковые в 2009 г. в 3.6-4.8 раза, в 2011 г. в 1.8-2.1 раза. По-видимому, вероятность инфицирования бактерий вирусами в год с более высокой среднесезонной температурой воды была выше.

Выводы. Вирусы - многочисленные и динамичные компоненты рек Серовка, Ягорба и Шексна. В малых загрязненных реках численность вириопланктона была существенно выше, чем в прибрежной зоне крупной р. Шексна. Наибольшие концентрации вирусов чаще всего наблюдались во второй половине лета. Во всех реках найдена высокая положительная связь численности вирусов с численностью бактерий и температурой воды. В год с более высокой среднесезон-ной температурой воды количество планктонных вирусов значительно возрастает.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 11-04-00577.

б

52

КОПЫЛОВ и др.

Общая численность (Мв, 106 кл./мл) и биомасса (Вв, мг/м3) бактерий, численность вириопланктона (Му, 106 частиц/мл) и скорость контактов между вирусами и бактериями (Я, контакты/сутки) в реках

Параметр 2009 г. 2010 г. 2011 г. Среднее за три года

Река Серовка

Т, °с 1. 0-24. 0 1 2.1 ± 2.7 2. 0-26. 0 1 5.1 ± 2.7 2. 0-21. 0 1 2.3 ± 2.1 13.2 ± 1.0

мв 5. 94 -36 .08 1 4.94 ± 3 . 13 8. 72 -36.82 2 1.7 1 ± 2. 90 1 2.1 7- 33. 84 19. 90 ± 2.5 4 18.85 ± 2.02

Вв 95 9 - 1 2 805 3323 ± 1227 13 93 -2 69 93 7370 ± 2362 1 784 -1 3798 3978 ± 1 25 3 4890 ± 1254

Ыу 10.2 -8 5.3 48. 9 ± 8 . 3 9. 7-218 .2 9 1 .1 ± 20. 6 1 9.0 -1 69. 2 70. 6 ± 1 8.1 70.2 ± 12.2

Му/Мв 0. 6- 11 . 0 3.3 ± 1.1 0. 5-8.5 4 . 1 ± 0 .8 1 9.0 -5 . 0 3.6 ± 0.4 3.7 ± 0.2

Я 276-5884 314 -28 536 61 1 - 1 5 922 5481 ±2109

2 186 ± 63 8 9409±3189 Река Я 4848 ± 1831 горба

Т, °с 1. 0-24. 0 1 1 .7 ± 5.5 6. 0-27. 0 15 .6 ± 2.5 2. 0-22. 0 1 2.5 ± 2.2 13.3 ± 1.2

Мв 6. 66 -21 .61 12 .5 -51 .63 1 2 .7 2- 37. 70 18.72 ± 2.87

1 3.34 ± 1 . 63 2 3.1 2 ± 3. 24 19. 70 ± 2.64

Вв 1 091 -3 936 1282 -2 1962 1441-6641 3460 ± 298

2620 ± 354 43 98 ± 1 79 5 3361±576

Му 19.7 -74.5 14.4 -1 65. 5 23.7 -1 50. 8 67.9 ± 13.7

47. 3 ± 6 . 9 96. 9 ± 1 6 .8 62. 6 ± 1 3.3

Му/Мв 1. 2-7.8 3.5 ± 0.7 0. 6-7.7 4 . 1 ± 0 .7 1. 8-4.0 3 . 2 ± 0 .2 3.6 ± 0.3

Я 315-3542 588 -2 1 946 665 -1660 4529 ± 1762

1589 ± 401 7681± 2400 Река И 4317 ± 1728 ексна

Т, °с 1. 0-22. 0 1 1 .2 ± 2.4 4. 0-26. 0 1 5 .7 ± 2.4 2. 0-20. 0 1 1.6 ± 2.1 12.8 ± 1.4

Мв 6.47 -20 .76 4. 71 -36.48 1 0.5 8- 26. 38 15.86 ± 2.10

12 .1 2 ± 1. 71 19. 40 ± 2 .4 16. 07 ± 1.67

Вв 667-3779 338-6497 981-3079 2218 ± 168

1938 ±386 2800 ± 539 1915 ± 275

Му 15.6 -6 4.0 39. 3 ± 6 . 4 1 2.2 -1 23. 0 75. 8 ± 1 1 .3 1 7.9 -98.7 51. 9 ± 8 . 2 55.7 ± 10.7

Му/Мв 1. 0-8.6 3.2 ± 0.8 1. 1- 6.3 3 . 9 ± 0 .5 1. 8-4.2 3 . 2 ± 0 .2 3.4 ± 0.2

Я 18 1-2393 84-1 0744 314-7396 2779 ± 1016

1328±304 4738 ± 1108 2272 ±721

Примечание. Над чертой — размах колебаний, под чертой — среднее и его ошибка.

СЕЗОННЫЕ И МЕЖГОДОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ВИРИОПЛАНКТОНА

53

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дзюбан А.Н., Крылова И.Н. Оценка состояния бак-териопланктона и бактериобентоса Рыбинского водохранилища в районе г. Череповец (Вологодская обл.) // Биология внутр. вод. 2000. № 4. С. 68-78.

2. Стройное Я.В., Романенко А.В., Масленникова Т.С., Копылов А.И. Вирио- и бактериопланктон малой реки: влияние вирусов на смертность гетеротрофных бактерий // Биология вну

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.

Показать целиком