ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 200S, № 3, с. 333-340
= ЭКОЛОГИЯ =
УДК 579.68:[579.222.2.(282.256.341)]
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ ДВУХ РАЙОНОВ ЕСТЕСТВЕННЫХ НЕФТЕПРОЯВЛЕНИЙ
ОЗЕРА БАЙКАЛ
© 2008 г. О. Н. Павлова, Т. И. Земская, А. Г. Горшков, Т. Я. Косторнова,
О. М. Хлыстов, В. В. Парфенова
Лимнологический институт СО РАН, 664033 Иркутск, Улан-Баторская, 3, а/я 278
E-mail: pavlova@lin.irk.ru Поступила в редакцию 30.05.2007 г.
Исследованы микробные сообщества и содержание углеводородов в двух районах естественных нефтепроявлений оз. Байкал: изученного ранее, расположенного напротив устья р. Б. Зеленовская, и открытого в 2005 г. у м. Горевой Утес. Численность как гетеротрофных, так и углеводородокис-ляющих микроорганизмов значительно выше в пробах воды, отобранных в районе устья р. Б. Зеленовская, где нефть биодеградирована. В поверхностном слое воды на станциях, которые находятся непосредственно вблизи от выхода нефти, количество микроорганизмов, использующих в качестве субстрата n-алканы, составляет до 2000 кл./мл, нефть - 2600 кл./мл. В то время как в пробах воды, отобранных в районе м. Горевой Утес, численность углеводородокисляющих микроорганизмов не превышает 190 кл./мл для окисляющих нефть и 500 кл./мл для окисляющих n-алканы.
Углеводородокисляющие микроорганизмы (УВОМ) пресноводных и морских экосистем, как незагрязненных, так и содержащих разные количества нефтяных углеводородов были объектами многочисленных исследований (Ильинский и др., 1998; Коронелли, 1994; Atlas, Bartha, 1972; Chaerun et al., 2004; Head et al., 2006, Lotfabad, Gray, 2002; Sei et al., 2003). В этих работах изучено видовое разнообразие данных микроорганизмов, кинетика процессов биодеградации, а также разработаны праймеры для проведения полимеразной цепной реакции, позволяющие определить широкий спектр алкандеградирующих бактерий.
Нефтегазовые проявления на юго-восточном побережье оз. Байкал известны вот уже более 200 лет. В. Д. Рязановым в 1902-1903 гг. были отмечены многочисленные выходы газа и признаки нефти в виде восстановленных пленок на воде, озокерита и битумов вдоль юго-восточного побережья от станции Боярская до Чивыркуйского залива (Рязанов, 1928). В 1931-1962 гг. интенсивные геолого-поисковые работы на нефть проводились на территории Бурятии по юго-восточному побережью Байкала. В их ходе были изучены природные выходы нефти: со дна Среднего Байкала с глубины 10-12 м в 300-500 м от берега на участке от м. Облом до ручьев Ключи и Стволовая. Вторая группа выходов нефти располагалась против устьев рек Большая и Малая Зеленовская. В 2005 г. по данным спутниковой информации в акватории озера было обнаружено новое нефте-проявление у м. Горевой Утес в близи Баргузин-
ского залива (Средний Байкал) (Хлыстов и др., 2007).
В течение длительного времени феномен байкальской нефти, обнаруженный в районах юго-восточного побережья Байкала, был предметом всестороннего геолого-геофизического изучения (Исаев, Преснова, 2003; Исаев и др., 2003; Кашир-цев и др., 1999; Конторович и др., 1989). Микробиологические исследования района нефтепроявлений, расположенного у устья р. Б. Зеленовская, были проведены в 80-е гг. XX века Талиевым с соавт. (1985) в сравнении с районами пролива Малое Море, где выходы углеводородов менее интенсивны. В воде и донных осадках изучено распределение углеводородокисляющих микроорганизмов, способных усваивать углеводороды солярового масла, метановой нефти и индивидуальные углеводороды С3Н8, С4Н10, С5Н12, С9Н20. Авторами установлено, что в районах, где выходы углеводородов не обнаружены и содержание их в воде и донных осадках незначительно, резко сужается спектр УВОМ, или они отсутствуют совсем (Петрова, Мамонтова, 1985; Талиев и др., 1985).
Несмотря на то, что нефть в оз. Байкал привлекает внимание ученых с начала XVII в., тем не менее, исследования этих особенных районов озера продолжаются с привлечением более новых и современных методов исследования.
Цель работы - проведение сравнительной характеристики микробного сообщества двух районов нефтепроявлений (м. Горевой Утес, устье р. Б. Зеленовская) в сопоставлении с данными о
распределении углеводородов в донных осадках и водной толще.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Комплексные исследования в двух районах нефтепроявлений были проведены в 2006 г. Исследовали пробы воды и донных осадков, в районе устья р. Б. Зеленовская (1 км от побережья; ~70 км севернее дельты р. Селенга; координаты 52°38'12'' с.ш., 107°2Г10" в.д.) и на 8 станциях у м. Горевой Утес (10 км от берега, глубина 900 м, Средний Байкал; координаты 53°18'33'' с.ш., 108°23'46'' в.д.) (рис. 1). Водные образцы отбира-
ли с водной поверхности, покрытой нефтяной пленкой и свободной от нее, а также с глубин 50, 400, 550 м и придонного слоя в стерильные флаконы батометром по стандартной методике (Ро-маненко, Кузнецов, 1974). Отбор осадков осуществляли с помощью гравитационной трубы с пластиковым вкладышем.
Для учета численности углеводородокисляю-щих микроорганизмов использовали минеральную среду следующего состава, г/л: КН2Р04 - 2; СаС12 х 2Н20 - 0.01; MgS04 х 7Н20 - 0.2; Бе804 -0.01; КН4Ш3 - 2; М^04 х 5Н20 - 0.02; Ш2НР04 -3; Ка2С03 - 0.1; рН 7.2 с добавлением на поверхность агаризованной среды нефти, алканов
С10Н22, С12Н26, С1бНз4 (Raymond, 1961). Гетеротрофные микроорганизмы учитывали на рыбо-пеитонном агаре, разбавленном в 10 раз, при двух температурах 4°, 20°С. Олиготрофные микроорганизмы культивировали на среде следующего состава, г/л: пептон 0.1, дрожжевой экстракт 0.1, агар 10 (Кузнецов, Романенко, 1963).
До определения состава углеводородов пробы воды хранили в лаборатории при температуре 5°С. Подготовка пробы для анализа проведена по методике Немировской (2004) со следующей модификацией: я-алканы экстрагировали дважды хлористым метиленом, перед проведением экстракции к пробе добавляли 0.2 мл раствора стандарта (раствор сквалана в изо-пропиловом спирте, 5.1 мкг/мл). Экстракты объединяли и концентрировали на роторном испарителе (IKA, Германия) при 35°С до объема ~0.5 мл, концентрат переносили во флакон для автосамплера хроматографа (Agilent, GC 6890, MSD 5973, США) и дополнительно концентрировали в токе аргона при комнатной температуре до объема ~0.15 мл. К концентрату во флаконе для автосамплера хроматографа добавляли 0.01 мл стандарта (раствор антрацена-dxo в смеси изо-пропилового спирта и бензола, 99 : 1 (об./об.) с концентрацией 15 мкг/мл) и анализировали на хроматомасс-спектрометре (Agilent, GC 6890, MSD 5973, США). В колонку хроматографа вводили 0.002 мл экстракта без разделения разделением потока в инжекторе. Разделение образца проводили при условиях: капиллярная колонка, 30 м, внутренний диаметр 0.32 мкм, фаза НР-5 (Phenyl Methyl Siloxane, США); температура инжектора 280°С; градиент температуры колонки 50-300°С при скорости нагрева 10°С/мин, изотермический режим при 300°С в течение 10 мин; поток гелия 1 мл/мин. Хроматограммы регистрировали в режиме селективного ионного детектирования по ионам, имеющих отношение массы к заряду (m/z) равные 57 и 71. Хроматограф калибровали по двум сериям калибровочных растворов смеси алканов С18, С20, С22 и С24 (смесь парафинов в октане, Supelco, США). Извлечение я-алканов составляло не менее 75-80%, погрешность определения не превышала 15%.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Характеристика района устья р. Б. Зеленое-СКаЯ. Нефть в донных отложениях этого района обнаруживалась в виде небольших нефтяных разводов в песчано-алевритовых слоях, а также на водной поверхности площадью ~150 м2, где отмечались радужные нефтяные пятна и черные сгустки нефти. Анализ GC-MS проб нефтяных пятен показал, что эти образования представляют собой смесь углеводородов, подвергшихся глубокой деструкции (рис. 2а). О чем свидетельствует
отсутствие я-алканов, которые вымываются и подвергаются деструкции в первую очередь. Обнаруженные в поверхностном и придонном слоях воды, я-алканы, идентифицированы как гомологи с длиной цепи от С21 до С33, имеющих нормальное распределение по концентрации с максимумом для я-алканов С25, С26 и С27. Отмечены значительные колебания концентрации суммы я-алканов в пробах воды в диапазоне от < 0.05 до 20 мкг/л. Для поверхностной воды в качестве фоновой в настоящей работе нами принята концентрация я-алканов равная 0.5 мкг/л (Russell, Rosell-Mele, 2005). Таким образом, в некоторых пробах, содержание я-алканов превышает фоновое значение до 40 раз. Для я-алканов в донных отложениях явно прослеживается резкое уменьшение концентрации гомологов с четным числом атомов углерода, что указывает на процесс их биодеградации. Кроме я-алканов в экстрактах воды отмечено присутствие дибутилфталата и диэтил-2-этилгексилфталата. Других приоритетных органических загрязняющих веществ, в том числе, полициклических ароматических углеводородов не обнаружено, их концентрации были ниже предела обнаружения (для полициклических ароматических углеводородов 0.05 мкг/л).
Неоднородность концентраций углеводородов в воде и донных осадках, кореллирует, очевидно, с неоднородностью распределения УВОМ в исследованном районе озера. Наибольшее количество микроорганизмов обнаружено в пробах воды, отобранных с водной поверхности, покрытой нефтяной пленкой и в донных осадках из тех же районов. В поверхностном слое воды, на станции, которая находится непосредственно вблизи от выхода нефти, доминируют микроорганизмы, использующие в качестве субстрата нефть (2600 кл./мл) и микроорганизмы, использующие я-алканы (1200-1800 кл./мл), высоко содержание олиго-трофных бактерий, численность которых составляла 1450 кл./мл. Количество психрофильных и гетеротрофных микроорганизмов не превышало 300 и 800 кл./мл соответственно. На станциях, удаленных от выхода нефти, численность микроорганизмов, окисляющих легкодоступное органическое вещество, варьировало от 180 до 740 кл./мл.
В придонных пробах воды было обнаружено меньшее количество бактерий, чем в поверхностных. Здесь преобладали гетеротрофные микроорганизмы, развивающиеся при различных температурных условиях, их численность превышала таковую для
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.