МИКРОБИОЛОГИЯ, 2007, том 76, № 2, с. 243-252
= ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ :
УДК 579.262(571.53-585.2)
СТРУКТУРА ФОТОТРОФНЫХ СООБЩЕСТВ В СОДОВЫХ ОЗЕРАХ
ЮГО-ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ
© 2007 г. Е. И. Компанцева*'1, И. А. Брянцева*, А. В. Комова*, Б. Б. Намсараев**
*Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, Москва **Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, Улан-Удэ Поступила в редакцию 11.07.2006 г.
Исследовали структуру бентосных фототрофных сообществ в 24 содовых озерах Юго-Восточного Забайкалья. Дана физико-химическая характеристика озер. Приведены результаты учета численности различных групп аноксигенных фототрофных бактерий (АФБ). Выявлены закономерности влияния солености на структуру сообществ АФБ. Определено отношение АФБ к условиям среды обитания. В большинстве исследуемых озер наблюдалось массовое развитие фототрофных микроорганизмов в виде матов, налетов и обрастаний. Для сообществ АФБ были характерны значительное разнообразие и выравненность (evenness) видового состава. Доминировали пурпурные серные бактерии сем. Ectothiorhodospiraceae и Chromatiaceae. Обнаружены также несерные пурпурные бактерии сем. Rhodobacteraceae, зеленые нитчатые бактерии Oscillochloris sp. и гелиобактерии. Всего по предварительным данным в исследуемых озерах присутствовало не менее 15 видов АФБ. Среди них к настоящему времени уже описаны 3 новых рода и 4 вида. Работа по идентификации выделенных штаммов продолжается. По степени минерализации воды исследуемые озера представляли почти непрерывный ряд от пресных водоемов до солоноватых и соленых. Показано, что изменение солености в диапазоне от 5 до 40 г/л не оказывало существенного влияния на структуру сообществ АФБ. При содержании солей менее 5 г/л степень минерализации воды становилась лимитирующим фактором. Эксперименты с выделенными культурам показали, что АФБ облигатно зависят от присутствия в среде карбонат-иона, являются галоалкалотолерантами или галоалкалофилами. Таким образом, они хорошо адаптированы к условиям обитания в содовых водоемах с низкой и средней минерализацией воды. Показано, что содовые озера Юго-Восточного Забайкалья представляют особый тип местообитания с характерной для него автохтонной микрофлорой, отличный как от высокоминерализованных содовых озер, так и от мелководных соленых водоемов морского происхождения.
Ключевые слова: содовые озера, микробный мат, аноксифотобактерии, алкалотолерантные и ал-калофильные бактерии, минерализация воды.
Содовые озера с повышенной минерализацией воды широко распространены в аридных областях со значительным развитием бессточных зон. Эти озера, как экстремальные местообитания, являются объектом изучения на протяжении длительного времени, и интерес к их исследованию не убывает. Это обусловлено спецификой галоал-калофильных микроорганизмов, среди которых обнаружено и описано много новых таксонов практически всех известных физиологических групп, а также связано с гипотезой, рассматривающей микробные сообщества содовых озер как реликтовый аналог наземной биоты раннего протерозоя [1, 2]. Наиболее детально изучены щелочные гиперсоленые африканские озера. Более узкие исследования проведены на ряде содовых озер западной части США, Венгрии, Монголии и
1 Адресат для корреспонденции (e-mail: elenamaxi@mail.ru).
др. [1, 3]. На территории России проводились исследования содовых озер Кулундинской степи и Тывы [1]. Последнее десятилетие внимание российских ученых привлекают эпиконтиненталь-ные содовые озера Юго-Восточного Забайкалья [4, 5], изучению которых посвящена и данная работа. Своеобразие этих озер заключается в их сравнительно невысокой минерализации. Большинство озер Юго-Восточного Забайкалья являются солоноватыми в отличие от исследованных ранее соленых и гиперсоленых щелочных водоемов других регионов. Озера такого типа с микробиологической точки зрения изучены мало. Особый интерес представляет выявление специфики солоноватых содовых озер как местообитания фототрофных микроорганизмов по сравнению как с солеными щелочными озерами, так и с водоемами морского происхождения.
243
7*
В опубликованных ранее работах, посвященных содовым озерам Юго-Восточного Забайкалья, приведена физико-географическая и геологическая характеристика района, химический состав озерной воды, минералогический состав донных осадков, рассмотрены процессы деструкции органического вещества [4, 5]. Структура фо-тотрофного сообщества подробно описана лишь для одного соленого озера Хилганта [6, 7].
Настоящая работа посвящена сравнительному изучению фототрофных сообществ 24 содовых озер Юго-Восточного Забайкалья. Основное внимание уделено аноксигенным фототрофным бактериям (АФБ), их приспособленности к условиям обитания, а также зависимости структуры сообществ АФБ от степени минерализации воды.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследований являлись 24 содовых озера Юго-Восточного Забайкалья (табл. 1), расположенные в Ононском районе Читинской области (7 озер), Агинском Бурятском автономном округе (11 озер), а также в Джидинском, Селенгинском и Курумканском районах Республики Бурятия (6 озер). Полевые исследования проводились в 1995-1997 гг. совместной экспедицией Института микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН (Москва) и Бурятского института общей и экспериментальной биологии СО РАН (Улан-Удэ).
Во время полевых работ определяли физико-химические параметры среды: температуру воды - ртутным термометром, рН и Eh - полевым прибором Checkmate ("Mettler Toledo"), щелочность - титрованием [8], общую минерализацию воды - ареометром и кондуктометром. Концентрацию сульфида в воде определяли йодометри-ческим титрованием [8], содержание кислорода -методом Винклера для вод, содержащих сульфид, с добавлением к пробе нитрата ртути [8].
Из мест массового развития АФБ брали мазки, которые наносили на предметные стекла и высушивали. В лаборатории их окрашивали кристалл-виолетом [9] и просматривали под световым микроскопом с фазовым контрастом. Также для последующего микроскопирования отбирали пробы микробных матов и обрастаний, которые фиксировали 30%-ным раствором глицерина.
Количественный учет фототрофных бактерий проводили методом посева серийных 10-кратных разведений гомогенизированного образца мата или микробных обрастаний (1 см3) в столбики агаризованной среды. Для более полного учета разных групп АФБ использовали два варианта питательной среды. Общая для обоих вариантов основная среда содержала (на 1 л): 0.5 г KH2PO4, 0.5 г NH4Cl, 0.2 г MgCl2 ■ 6H2O, 0.05 г CaCl2, 0.5 г
ацетата №, 1 мл раствора микроэлементов, 20 мкг витамина В12, а также, в зависимости от состава воды в конкретном озере, 1-40 г №С1, 2.5-10 г КаНС03, 2.5-10 г Ка2С03. Кроме того, один вариант среды содержал дополнительно 0.5 г/л №^203 • • 5Н20 и 0.5 г/л • 9Н20, а другой - 0.5 г/л мала-та № и 0.5 г/л дрожжевого экстракта. Численность бактерий определяли по максимальному росту на одном из вариантов среды. Окрашенные колонии, выросшие при разных разведениях посевного материала, подсчитывали и микроскопировали. Количественный учет и выделение культур пурпурных бактерий проводили при рН 9.5. В опытах кислотность среды варьировали внесением разных соотношений карбоната и бикарбоната натрия с сохранением их суммарной концентрации. Посевы инкубировали в люминостате при температуре 25°С и освещенности около 2000 лк.
Отношение АФБ к условиям среды обитания (рН, соленость, щелочность) исследовали на 20 чистых культурах, выделенных из микробных матов и обрастаний исследованных озер. Оптическую плотность клеточной суспензии измеряли на спектрофотометре КФК-3 при длине волны 650 нм.
Ультратонкие срезы бактерий, полученные стандартным методом [10], исследовали под электронным микроскопом 1БМ 100С ("Оео1", Япония).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Физико-химические условия
Физико-географические особенности Юго-Восточного Забайкалья [4], такие как геологическое строение, мелкосопочный рельеф, слабое развитие речной сети, сухой резко континентальный климат, многолетняя и сезонная мерзлота, способствуют образованию многочисленных мелководных содовых озер небольшого размера. При этом минерализация воды и солевые запасы в этих озерах невелики.
Ограниченный водосбор и климатические условия региона приводят к тому, что одной из наиболее характерных особенностей озер Юго-Восточного Забайкалья является крайняя неустойчивость их водного и химического режима. Уровень воды, минерализация, щелочность, рН подвержены значительным изменениям как сезонным, так и многолетним. Следует отметить, что в период проведения наших исследований минерализация озер была понижена в результате большого количества выпавших осадков. Кроме того, в последние десятилетия отмечается общая тенденция увеличения количества осадков на территории региона [4].
По степени минерализации воды (табл. 1) из 24 исследованных озер большинство (17) являлись солоноватыми (1.8-16 г/л). В озерах Ножей, Се-лендумское, Безымянное и Гонзогор сумма солей не превышала 1 г/л. К солеными можно отнести
Таблица 1. Физико-химическая характеристика исследованных содовых озер Юго-Восточного Забайкалья
Мине- Общая щелоч- Прозрачность, цвет
Местополо- Название Станции рН рализа- ность (С о2 + Е^ мВ О2, Вкус
жение озера ция, мг/л воды воды
г/л + НС О-), г/л
Читинская Барун-Торей А-1-А-6 9.1 1.8 0.7 103 9.0 Мутная, Пресная
область, белая
Ононский район Остоже А-7, А-8 9.2 2.2 1.1 108 4.3 Очень мут- Пресная
ная, бежевая
Илим-Тором А-9-А-11 9.5 2.5 1.8 75 6.3 Прозрачная Пресная
Малый А-12 9.5 1.9 1.6 127 4.8 Прозрачная Пресная
Касытуй
Дабаса-Нур А-13, А-14 9.4 10.0 1.0 122 7.4 Прозрачная Солоноватая
Нижний А-51 9.5 8.3 4.7 — - Прозрачная Солоно-
Мукей ватая
Улан-Нур А-52 10.5 22.5 3.2 - - Слегка мутная, сероватая Соленая
Агинский Горбунка А-15-А-18, 10.0 6.1 1.1 109 5.3 Прозрач- Пресная
Бурятский А-41, А-42 3.5 ная, желто-
автономный ватая
округ Гонзогор А-19 9.3 0.9 0.8 117 6.1 Прозрачная Пресная
Хилганта А-20, А-40 9.5 40 1.5 70 6.2 Прозрачная Соленая
Без
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.