научная статья по теме ВЛИЯНИЕ НЕРОВНОСТЕЙ РЕЛЬЕФА СТЕКОЛ НА ФОРМИРОВАНИЕ СООБЩЕСТВ И МОНОКУЛЬТУР ОБРАСТАНИЙ Биология

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ НЕРОВНОСТЕЙ РЕЛЬЕФА СТЕКОЛ НА ФОРМИРОВАНИЕ СООБЩЕСТВ И МОНОКУЛЬТУР ОБРАСТАНИЙ»

БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2015, № 1, с. 103-112

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

УДК 574.589:58.07

ВЛИЯНИЕ НЕРОВНОСТЕЙ РЕЛЬЕФА СТЕКОЛ НА ФОРМИРОВАНИЕ СООБЩЕСТВ И МОНОКУЛЬТУР ОБРАСТАНИЙ

© 2015 г. К. А. Корляков, Д. Ю. Нохрин, Н. Ю. Арсентьева

Челябинский государственный университет, 454021 г. Челябинск, ул. Братьев Кашириных, 129, е-таП: Korfish@mail.ru Поступила в редакцию 13.04.2013 г.

Изучены особенности заселения обрастаниями неровного рельефа стекла в градиенте углублений 7—270 мкм и 2—10 мм. Выявлено увеличение в несколько раз численности, биомассы и разнообразия различных гидробионтов на неровной поверхности стекла в сравнении с ровной. Различные по размеру углубления служат "ячейками" для заселения разнообразными по специализации подвижными и прикрепленными формами. Даже самые маленькие неровности рельефа стекла формируют в дальнейшем более сложную структуру сообществ обрастаний.

Ключевые слова: стекло, углубления, биомасса, численность, обрастания.

БО1: 10.7868/80320965215010118

ВВЕДЕНИЕ

Метод стекол обрастаний широко используется в гидробиологии при изучении различных экологических групп перифитона [1, 3, 5, 10, 14, 15]. В экологии наземных биоценозов накапливаются данные, в том числе и экспериментальные, о влиянии сложных трехмерных субстратов на изменения структурно-функциональных свойств населяющих их биоценозов и образовании экосистем с высокой динамичностью — экотонов, которые формируются в связи с увеличением дискретности ландшафта [2, 12, 16, 17], которая определяет не только развитие "краевых эффектов", но и формирует различные биотопические характеристики для различающихся по специализации видов.

Цель работы — изучить влияние неровностей рельефа стекол на формирование отдельных популяций и сообществ обрастаний.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводили в лабораторных условиях с отдельными монокультурами микроорганизмов и на различных по гидродинамике водных объектах Южного Урала в летний период 2009—2013 гг. Для экспериментов подготавливали предметные стекла, на которых шлифовальной шкуркой из электрокорунда наносили борозды различной ширины: 7.8, 23.4, 78 и 235 мкм. Ширину углублений и расстояние между ними определяли с помощью окулярного микрометра. Сектора с различными по размеру углублениями располагали в порядке возрастания ширины углублений в

направлении от контрольного сектора с ровной поверхностью. Таким образом, каждое стекло разделяли на пять секторов одинаковой площади (рис. 1). Показатели удельной поверхности каждого из секторов вычисляли с учетом площади отдельных царапин и расстояний между ними. Площадь пятого (контрольного) сектора 395.2 мм2, четвертого — 415.6, третьего — 422.1, второго — 451.7, первого — 470.3 мм2. Стекла перед применением проходили дезинфекционную обработку (их выдерживали в 96%-ном спирте) и стерилизацию (фломбирование). Использовали культуры микроорганизмов, отличающиеся высокими адсорбционными свойствами: Staphylococcus aureus Rosenbach, Pseudomonas aurogenosa Migula, Escherichia coli Migula и Enterococcus faecalis Orla-Jensen. Их культивировали в течение 24 ч при температуре 37°C в одноразовых чашках Петри, содержащих по 20 мл среды (мясо-пептонного бульона).

1 2 3 4 5

Рис. 1. Схема стекла с секторами: 1 — ширина углублений 235, 2 — 78, 3 — 23.4, 4 — 7.8 мкм, 5 — контроль (без углублений).

Измеряли в трехкратной повторности через 1, 2, 3, 4, 5, 10 и 24 ч опыта. Предметные стекла извлекали из питательной среды стерильным пинцетом, удаляли питательную среду с нижней поверхности стекла, мазок высушивали на воздухе, затем фиксировали над пламенем горелки. Далее стекла окрашивали водно-спиртовым раствором метил енового синего. Среднюю численность микроорганизмов на каждом секторе вычисляли путем подсчета клеток в углублениях стекла и вне углублений в 10 полях зрения светооптического микроскопа.

Для изучения обрастаний в водных объектах использовали стекла длиной 34 см и шириной 30 см. На половину каждого стекла наносили микроуглубления шириной 7.8 мкм, вторая половина оставалась необработанной. Помимо этого, на стеклах пескоструйным аппаратом наносили более крупные углубления шириной от 2 до 10 мм и глубиной от 1 до 4 мм, которые были распределены по секторам, расположенным в порядке возрастания размеров углублений. Стекла закрепляли в резиновые прокладки, которые в свою очередь вставляли в металлические рамки, держащие конструкцию на дне водного объекта. Данные конструкции помещали на мелководные (0.5—1.5 м) участки различных по гидродинамике водных объектов: Шершневское водохранилище, Троицкое водохранилище (водоем-охладитель), р. Миасс, оз. Малый Теренкуль и заводской пруд Станкомаш (г. Челябинск). Стекла экспонировали в вертикальном положении. В водных объектах лотического типа (р. Миасс, Троицкое водохранилище) стекла устанавливали в медленноте-кущих заливах так, чтобы основной ток воды приходился на сторону стекла без царапин. На каждом участке помещали по 3—4 стекла для отдельных выборок по численности и биомассе беспозвоночных. Количественные параметры гидро-бионтов, снимаемых со стекол, определяли согласно общепринятым методикам и пересчитывали на 1 м2 поверхности стекла [8, 9].

В ходе статистического анализа использовали методы описательной статистики и выборочных сравнений. Расчеты средних значений численности микроорганизмов и 95%-ных доверительных интервалов проводили после предварительного логарифмического преобразования: у = 1§ (х + 0.5) с последующей ретрансформацией к исходной шкале [11, 19]. Статистическую значимость эффектов оценивали в ходе двухфакторного (факторы "Рельеф" и "Время") и трехфакторного (факторы "Сектор", "Рельеф" и "Время") дисперсионного анализов. Также использовали лог-преобразованные данные; апостериорные сравнения в рамках дисперсионных комплексов проводили, применяя критерий Тьюки (Тикеу'8 HSD) [18]. Расчеты и графические построения выпол-

нены в пакетах Statistica (v. 8.0, StatSoft Inc.) и Ky-Plot [20].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Динамика средней численности микроорганизмов на четырех секторах с неровным рельефом и на контрольном секторе с ровным рельефом характеризовалась следующими особенностями. Три из четырех исследованных культур микроорганизмов различались более высокой численностью в первые 2—4 ч на ровной поверхности (рис. 2). Со второго — четвертого часа эксперимента численность клеток на неровной поверхности начинала превалировать над численностью в контроле. У Enterococcus faecalis численность клеток на неровном рельефе уже в первый час превышала таковую на контрольном участке. У Escherichia coli и Staphylococcus aureus численность клеток на неровном рельефе стала опережать численность на ровной поверхности в третьем и втором часах соответственно, у Pseudomonas aeruginosa — лишь в пятый час. Следует отметить, что в десятом часу у Pseudomonas aeruginosa на некоторых участках четвертого сектора наблюдался монослой, характерный для биопленки. Через сутки на всех четырех секторах, включая контроль, все культуры микроорганизмов образовывали биопленку, характеризующуюся монослоем, погруженным во внеклеточный матрикс.

В целом, для всех четырех микроорганизмов в ходе апостериорных сравнений обнаружено высоко статистически значимое увеличение численности в углублениях по сравнению с ровными участками между углублениями (p < 0.001), а для Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus и, возможно, Enterococcus faecalis — также по сравнению с контрольным сектором (соответственно p = 0.017, 0.027 и 0.064) (рис. 2).

Особенности роста численности клеток в различных по размеру углублениях на четырех секторах характеризовались следующими особенностями.

На протяжении всей экспозиции численность клеток Pseudomonas aeruginosa в углублениях на первом и четвертом секторах превышала таковую на втором и третьем секторах (рис. 3). Такое согласованное распределение бактерий по секторам во времени было статистически значимым: коэффициент согласия по Кендаллу W = 0.767, p = = 0.003. У Staphylococcus aureus численность была выше на четвертом секторе по сравнению с другими секторами на протяжении почти всей экспозиции за исключением десятого часа. Эффект сектора для Staphylococcus aureus не выявился, но показатели свидетельствовали о близкой к статистически значимой тенденции W = 0.411, p =

кл./поле зрения 103

102

101

10-

10-

—2 _I_I_I_I_L_

1

103 р

102 г

10

10-

1 г

10

0.00 0.03 0.00

—I_I_I_|_

-V/-

10 ч

2

1

3

5

1

3

5

Рис. 2. Динамика роста микроорганизмов: а — Pseudomonas aeruginosa, б — Escherichia coli, в — Staphylococcus aureus, г — Enterococcus faecalis; 1 — в углублениях, 2 — между углублениями, 3 — контроль. Даны средние по четырем секторам значения (доверительный интервал 95%).

= 0.060. У Escherichia coli (W = 0.300, p = 0.145) и Enterococcus faecalis (W= 0.144, p = 0.586) наблюдалась противоположная тенденция — рост клеток был более нестабильным и максимальная численность наблюдалась на различных секторах в разные промежутки времени. Если в качестве интегральной характеристики комфортности условий инкубации рассматривать усредненное по всем секторам число клеток (n) в поле зрения углублений на последнем временном отрезке (10 ч), то бактерии расположатся в следующем

убывающем порядке: Pseudomonas aeruginosa (й = = 983.8 кл.), Staphylococcus aureus (894.5), Escherichia coli (869.1), Enterococcus faecalis (366.0). Эта последовательность соответствует убыванию коэффициента согласия, что указывает на простое объяснение согласованного характера роста культур в секторах: чем комфортнее условия инкубации и выше численность клеток, тем стабильнее проявляются закономерности распределения бактерий по секторам.

4 10

5 4

3 2 1

4

3 2 1

10 5 4

3 2 1

4

3 2 1

1

■■и

2

3

4

1

2

3

4

Сектор

Рис. 3. Эффект сектора: а, в — Pseudomonas aeruginosa, б, г — Escherichia сйli, д, ж — Staphylococcus аureus, е, з — Entero-coccus faecalis; а, б, д, е — цветовое ранжирование интенсивности роста микроорганизмов в секторах (ось абсцисс) от минимального (белый цвет) до

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 «Биология»