научная статья по теме ВИРИОПЛАНКТОН КАРСКОГО МОРЯ: ВЛИЯНИЕ ВИРУСОВ НА СМЕРТНОСТЬ ГЕТЕРОТРОФНЫХ БАКТЕРИЙ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВИРИОПЛАНКТОН КАРСКОГО МОРЯ: ВЛИЯНИЕ ВИРУСОВ НА СМЕРТНОСТЬ ГЕТЕРОТРОФНЫХ БАКТЕРИЙ»

ОКЕАНОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 4, с. 620-631

МОРСКАЯ БИОЛОГИЯ ^

УДК 574.583:578(26:98)+579

ВИРИОПЛАНКТОН КАРСКОГО МОРЯ: ВЛИЯНИЕ ВИРУСОВ НА СМЕРТНОСТЬ ГЕТЕРОТРОФНЫХ БАКТЕРИЙ

© 2015 г. А. И. Копылов1, А. Ф. Сажин2, Е. А. Заботкина1, Н. Д. Романова2

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, пос. Борок e-mail: kopylov@ibiw.yaroslavl.ru 2Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва Поступила в редакцию 04.09.2014 г.

Исследования проводили в сентябре 2011 г. в мелководных и глубоководных районах Карского моря. Численность бактерий (NB) и численность вирусов (Nv) варьировали в пределах соответственно (19.4—2215.1) х 103 кл./мл и (97.6—5796.8) х 103 частиц/мл. Отношение вирусы/бактерии изменялось от 1.4 до 29.1. Между NB и Nv обнаружена положительная корреляция (R = 0.87, n = 45, p = 0.05). С использованием методов электронной трансмиссионной микроскопии установлено, что частота видимых инфицированных клеток бактерий (FVIC) изменялась от 0.2 до 1.9% от NB. Наиболее высокие величины FVIC наблюдались в эстуарной зоне р. Енисей. Количество зрелых вирусов внутри инфицированных клеток бактерий колебалось в пределах 4—127 (в среднем для пробы воды — 12) фагов/клетку. Вирус-индуцированная смертность бактерий составила в среднем 4.6%, варьируя от 1.4 до 16.1% общей смертности бактериопланктона, что в целом свидетельствует о небольшой роли вирусов в контроле над численностью и продукцией бактериопланктона Карского моря в исследованный период.

DOI: 10.7868/S0030157415040103

ВВЕДЕНИЕ

Вириопланктон присутствует во всех морских экосистемах, являясь самым многочисленным компонентом планктонных сообществ [19, 20, 23]. Вирусы, лизируя планктонных гетеротрофных бактерий, могут быть ответственны за более чем 60% смертности бактериопланктона, что значительно влияет на величину потока энергии, углерода и состав бактериальных сообществ в морских экосистемах [7, 8, 20, 22]. Немногочисленные исследования экологии вирусов в арктических водах свидетельствуют, что численность планктонных вирусов в высоких широтах на порядок ниже, чем в умеренных [1, 9, 10, 12, 18]. Гибель бактерий, вызванная вирусным лизисом, определенная с использованием электронной трансмиссионной микроскопии, в разных районах Арктики меняется от долей процента до 40% смертности бактериопланктона [2, 12, 17, 18]. Сведения об экологии планктонных вирусов в Карском море ограничиваются только результатами наших исследований вириопланктона в прибрежных районах моря [2]. Все вышеперечисленное и определило цель и задачи работы, а именно — оценить численность, пространственное распределение, размерную структуру вириопланктона; количество инфицированных вирусами-фагами бактериальных клеток и вирус-индуцированную смертность бакте-риопланктона в пелагиали Карского моря.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводили в 59-м рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш" в 2011 г. Пробы воды отбирали на станциях № 5010, 5013—5021 вдоль устьевой зоны р. Енисей с 17 по 22 сентября; на станциях 5032—5034, 5037, 5039—5042 (разрез через восточный отрог желоба Святой Анны — ВОЖСА), а также на станциях 5043—5048 (разрез через западный отрог желоба Святой Анны — ЗОЖСА) с 28 по 29 сентября (рисунок). Пробы отбирали с 2—5 горизонтов батометрами Нискина объемом 5 или 10 л комплекса "Rosette", оснащенного CTD-зондом (Sea Bird Equipment, США), в зависимости от глубины места по результатам зондирования температуры, электропроводности, флуоресценции.

Для учета общей численности бактерий 25 или 50 мл воды непосредственно после отбора проб фиксировали нейтральным раствором формальдегида (конечная концентрация в пробе 1%) и заливали в полистироловые флаконы соответствующего объема для последующей обработки. Пробы воды хранили в темноте при температуре 40C. Общую численность бактерий определяли под люминесцентным микроскопом Leica DM 5000B при увеличении x1000, после предварительного окрашивания проб флуорохромом DAPI [14]. Бактериальная сырая биомасса вычислялась, исходя из объема бактериальных клеток с использо-

ванием программы анализа изображений "Image Scope Color". Бактериальную биомассу в углеродных единицах вычисляли в соответствии с объемами бактериальных клеток, основываясь на формуле: фг С/кл = 133.754F0438, где фг С/кл -содержание в фемтограммах углерода (С) в клетке, а V — объем клетки, мкм3 [3].

Определение бактериальной продукции и выедания бактериопланктона потребителями проводили по методике с использованием антибиотиков, предложенной Шерр с соавторами [16], в модификации для естественных местообитаний [21]. Непосредственно после отбора пробы воды разливали в 75-мл стерильные прозрачные полистироловые флаконы, в часть из них добавляли антибиотики. Далее все пробы помещали в контейнер из крупноячеистой сети и экспонировали 8 часов в бассейне с проточной морской водой (размер бассейна 4.85 х 2.58 х 2.5 м; объем 31 м3), расположенном на верхней палубе судна. Время экспозиции было выбрано на основании собственных экспериментальных данных по динамике действия антибиотиков в полярных водах. Контейнер с пробами располагался на 1 м ниже поверхности воды. Для учета выедания бактериопланктона нано- и микрофагами в пробы воды добавляли антибиотики (бензилпенициллин 1 мг/л, ванкомицин 200мг/л), подавляющие размножение бактерий, но не оказывающие влияние на их потребителей [16]. В качестве контроля экспонировали пробы без антибиотиков. Все действия, связанные с постановкой экспериментов, проводили на открытой палубе судна, где температура воздуха практически не отличалась от температуры поверхностного слоя воды. Подробно методика проведения работ изложена в работе Сажина с соавторами [4].

Вирусные частицы учитывали методом эпиф-луоресцентной микроскопии с использованием флуорохрома SYBR Green I и фильтров из оксида алюминия Anodisc (Wathman) с диаметром пор 0.02 мкм [13]. На каждом фильтре просчитывали не менее 400 вирусных частиц. Содержание углерода в 1 вирусной частице принимали равным 0.055 фемтограмм вирус-1 [18].

Фильтры с бактериями и вирусами просматривали при увеличении х1000 под эпифлуоресцент-ным микроскопом Olympus BX51 (Япония) с системой анализа изображений Cell-F.

Для определения частоты видимых инфицированных вирусами гетеротрофных бактерий (Frequency of visibly infected cells (FVIC), % от общего количества бактерий) и среднего количества зрелых фагов в инфицированных бактериях (Burst size (BS) частиц/кл) использовали метод электронной трансмиссионной микроскопии. Вирусы и бактерии осаждали центрифугированием при 100000 g (35000 об./мин) в течение 2 ч с использованием ультрацентрифуги OPTIMA L-90k

°с.ш. 80

79

78

77

76

75

74

73

72

71

70

65 70 75 80 85 90 °в.д. Схема расположения станций.

(Beckman Coulter, США) на никелевые сеточки плотностью 400 мешей, покрытые пиолоформом с угольным напылением. Сеточки просматривали в электронном микроскопе JEM 1100 (Jeol, Япония) при увеличении в х50000—150000. На каждом препарате просматривали не менее 800 клеток бактерий. Для расчета доли всех инфицированных клеток гетеротрофных бактерий (Frequency of infected cells (FIC), % от общего количества гетеротрофных бактерий) использовали уравнение FIC = = 7.1FCVI — 22.5FVIC2 [6]. Гибель бактериопланктона, вызванную вирусным лизисом (Viral-mediated mortality of bacteria (VMB), %), определяли по формуле VMB = (FIC + 0.6FIC2)/(1 - 1.2FIC) [6]. Предполагается, что численность бактериальных популяций остается постоянной, т.е. продукция бактерий равна их смертности. Количество бактерий, погибающих в результате вирусного лизиса (VIM), оцениваемое в кл/(мл сут) или мг С/(м3 сут), рассчитывали как VIM = VMB х PB , где PB — продукция бактериопланктона. Продукцию вириопланктона (PV, частиц/(мл сут)) рассчитывали по уравнению PV = BS х VIM, где VIM — в кл/(мл сут). Время оборота численности вирусов получали делением величины их численности на величину продукции. Количество поступающего

Таблица 1. Численность (NB, х103 кл/мл), биомасса (BB, мг С/м3) и суточная продукция (PB) бактериопланктона

P B

103 кл/мл мг С/ м3

№ станции

Горизонт, м

Т, °C

Nb

BB

P/B

Устьевая зона р. Енисей

5013 5 9.6 2215.1 47.52 4829 103.60 2.18

15 9.5 2098.2 33.52 3956 63.20 1.89

28 9.5 1892.5 23.62 3674 45.86 1.94

Эстуарная зона р. Енисей

5018 0 4.7 888.4 14.02 273 4.30 0.31

8 3.6 99.0 3.39 0 0 0

10 2.1 186.9 6.98 0 0 0

20 0.2 121.6 5.06 0 0 0

5019 5 7.0 1045.0 10.93 0 0 0

16 0.9 125.0 6.51 0 0 0

25 -0.5 70.0 5.33 17 1.29 0.24

5021 2 5.5 440.0 16.66 0 0 0

16 0.1 59.0 2.03 0 0 0

23 -0.3 147.0 4.88 0 0 0

5010 5 4.8 142.8 5.42 0 0 0

20 -0.6 136.4 2.36 0 0 0

30 -1.4 157.8 5.73 0 0 0

Восточный отрог желоба Святой Анны

5033 0 4.5 113.5 1.81 0 0 0

9 4.9 140.2 8.97 0 0 0

30 -0.4 19.4 0.74 0 0 0

120 -1.1 28.1 1.69 0 0 0

5037 7 4.1 63.8 3.44 0 0 0

25 1.7 21.1 0.82 37 1.43 1.74

75 0.0 24.3 0.30 28 0.34 1.14

315 -0.3 35.7 0.41 2 0.02 0.06

5039 0 3.4 58.7 1.23 31 0.64 0.52

30 1.3 27.1 0.56 27 0.56 0.99

75 0.5 29.2 0.51 8 0.13 0.26

354 -0.3 27.6 0.98 0 0 0

5042 5 2.9 53.1 1.85 110 3.85 2.08

25 0.9 36.3 0.74 0 0 0

100 1.5 165.3 5.73 116 4.03 0.70

461 -0.4 49.7 1.79 111 4.01 2.24

Западный отрог желоба Святой Анны

5043 0 5.3 549.2 6.35 638 7.38 1.16

5044 5 3.3 97.0 2.02 24 0.50 0.25

20 3.5 29.8 0.60 39 0.78 1.31

152 -0.3 44.0 0.95 20 0.43 0.45

№ станции Горизонт, м Т, °C NB Bb P B P/B

103 кл/мл мг С/ м3

5045 0 3.6 80.9 2.66 22 0.72 0.27

20 3.4 58.1 0.83 61 0.87 1.04

100 1.4 27.4 0.53 1 0.02 0.04

527 -0.5 40.5 0.83 17 0.35 0.41

5048 0 4.8 146.9 2.49 3 0.05 0.02

20 3.4 45.9 0.77 10 0.17 0.22

60 3.2 25.0 0.38 6 0.09 0.25

170 -0.3 41.1 0.54 16 0.21 0.40

241 -0.1 46.5 0.89 6 0.11 0.13

в окружающую водную среду в процессе вирусного лизиса бактериопланктона легкоусвояемого органического вещества лизированных бактериальных клеток в мг С/(м3 сут) находили по разнице, как VIM и PV. Полученные величины, по-видимому, несколько завышены, так как в расчетах не учтены величины энергетических трат вирусов на синте

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

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»