БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2015, № 3, с. 23-29
^ ВОДНАЯ ^^^^^^^^^^^^^^
МИКРОБИОЛОГИЯ
УДК 556.555.6:578(28)
ВИРУСЫ В ДОННЫХ ОСАДКАХ ЭВТРОФНОГО ВОДОХРАНИЛИЩА (ИВАНЬКОВСКОЕ ВОДОХРАНИЛИЩЕ, ВЕРХНЯЯ ВОЛГА)
© 2015 г. А. И. Копылов, Е. А. Заботкина, 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 Поступила в редакцию 25.12.2013 г.
В донных осадках Иваньковского водохранилища определены общее количество вирусов, морфологический и размерный состав вириобентоса, численность бактериальных клеток, инфицированных вирусами, количество зрелых фагов внутри бактериальных клеток и вирус-индуцированная смертность бактериобентоса. Общее количество вириобентоса изменялось от 10.3 до 83.2 млрд частиц/см3 (в среднем 31.5 ± 6.2), отношение общего количества вирусов к общей численности бактерий — от 0.3 до 1.7 (в среднем 0.7 ± 0.1). Между общей численностью вирусов и бактерий наблюдалась положительная связь (R = 0.61, p = 0.05). В донных осадках разных участков водохранилища зараженность бактерий вирусами либо отсутствовала, либо была очень низкой. Количество инфицированных бактерий колебалось в пределах 1.0—3.5% (в среднем 1.7 ± 0.2%) общей численности вириобентоса, а гибель в результате вирусного лизиса — 1.0—3.7% (в среднем 1.8 ± 0.2%) общей смертности бактерий. Количество фагов внутри бактериальных клеток в среднем для водохранилища составило 8 ± 1 фагов/кл. Таким образом, в Иваньковском водохранилище наблюдалось явление, известное как "инфекционный парадокс", когда при очень высокой численности вирусов была очень низкая зараженность бактерий.
Ключевые слова: вириобентос, инфицированные вирусами бактерии, вирус-индуцированная смертность бактериобентоса, водохранилище.
Б01: 10.7868/80320965215030067
ВВЕДЕНИЕ
В конце прошлого века в донных осадках водоемов обнаружена очень высокая численность вирусов [12, 16], что послужило началом активных исследований экологии бентосных вирусных сообществ [3, 8, 9, 11, 13, 14]. В поверхностных слоях донных осадков плотность вирусов значительно превышает таковую в водной толще, составляя (чаще всего) 108—109 частиц на 1 см3 донных осадков, или 109—1010 частиц на 1 г сухой массы донных осадков [5, 13]. Положительные корреляции между количеством вирусов и численностью или активностью бактерий, полученные в морских и пресноводных экосистемах, свидетельствуют о том, что численность вирусов в донных осадках в значительной степени зависит от активности бентосных бактерий [6, 13, 14, 18]. Наиболее высокая численность вириобентоса отмечена в донных осадках, богатых органическим веществом, где наблюдается повышенная активность и продукция бактериобентоса[6, 11, 12].
В пресноводных экосистемах большинство исследований вириобентоса проводили в озерах и реках [5], есть только одна работа по изучению
пространственно-временного распределения бентосных вирусов в водохранилище [20].
Цель работы — изучение пространственного распределения численности вириобентоса, определение размерного и морфологического состава бентосных вирусов, оценка количества бактерий, инфицированных вирусами, и роли вирусов-бактериофагов в смертности бентосных бактерий в донных осадках эвтрофного Иваньковского водохранилища.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования проводили на 15 мелководных и глубоководных станциях в эвтрофном Иваньковском водохранилище (табл. 1). Пробы донных осадков отбирали дночерпателем ДАК-250. Верхний пятисантиметровый слой помещали в контейнер, фиксировали формальдегидом (конечная концентрация 4%) и хранили при температуре 4°С в темноте. Общее количество бактерий и вирусов определяли в фиксированных образцах донных осадков. Для этого 1 мл пробы разбавляли 20 мл безбактериальной автоклавированной воды, для лучшего диспергирования добавляли пи-
Таблица 1. Характеристика исследованных участков Иваньковского водохранилища
Номер станции Географические координаты Гл Пр Т О2
с.ш. в.д.
Канал им. Москвы
1 58 °43' 47 '' 37°15 '33 ' ' 7 70 22.5 6..
Заливы
2 56 °47 '25' ' 37°01'10' ' 5 - 23.0 -
3 56 °49' 58' ' 36°54' 59 ' ' 1.7 - 22.5 7.2
4 56 °47 '24' ' 36°47' 08 ' ' 5 90 23.. 4..
5 56 °35' 54' ' 36°27'34' ' 3 90 25 -
Открытая литораль
6 56 °45' 53' ' 36°58 ' 57' ' 5 90 23 -
Устья рек
7 56°47 ' 46' ' 36°43 ' 59 ' ' 13 90 21.4 <1.4
8 56 °38'18' ' 36°33 '17' ' 9 70 20.. Ю
Оз. Ви догощь
9 56 °42' 06' ' 36°22 ' 05 ' ' 16 110 4.1 <1.0
Глубоководная часть
10 56°45' 53' ' 37°02 ' 47' ' 14 70 22.8 6.6
11 56°47'48' ' 36°56 '33 ' ' 12 80 21.5 <1.0
12 56°47 '38' ' 36°50'38 ' ' 13 70 21.4 <1.0
13 56°38'13' ' 36°36'33' ' 10 70 21.2 <1.0
14 56°42'20 ' ' 36°20'26 ' ' 8.5 100 21.7 1.3
15 56°46'30 ' ' 36°20'24' ' 7.5 100 22.9 7.2
Примечание. Гл — глубина, м; Пр — прозрачность, см; Т — температура воды у дна, °С; О2 — содержание кислорода в придонном слое, мг/л.
рофосфат натрия (конечная концентрация 0.01 М Na2P2O4) и инкубировали в течение 15 мин. Приготовленную суспензию обрабатывали ультразвуком в течение 2.5 мин при 100 Вт и разбавляли водой в 1000 раз. Вирусные частицы учитывали методом эпифлуоресцентной микроскопии с использованием флуорохрома SYBR Green I и фильтров из оксида алюминия Anodisc (Wath-man, Maidstone, UK) с диаметром пор 0.02 мкм [15]. Численность гетеротрофных бактерий определяли методом эпифлуоресцентной микроскопии с применением флуорохрома DAPI и черных ядерных фильтров с диаметром пор 0.2 мкм ("Nuclepore") [17]. Препараты просматривали при увеличении х1000 под эпифлуоресцентным микроскопом Olympus BX51 (Япония) с системой анализа изображений. На каждом фильтре подсчитывали >400 частиц вирусов и бактериальных клеток. В воде, используемой для разбавления проб донных осадков, проводили контрольные измерения вирусов и бактерий.
Для определения частоты отчетливо видимых инфицированных вирусами бактерий (Frequency of visibly infected cells (FVIC), % общего количе-
ства бактерий) и среднего количества зрелых фагов в инфицированных бактериях (Burst size (BS), частиц/кл.) применяли метод просвечивающей электронной микроскопии. Вирусы и бактерии осаждали центрифугированием при 100000 g (35000 об./мин) в течение 1 ч с использованием ультрацентрифуги OPTIMA L-90k ("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 х50000—150000. На каждой сеточке подсчитывали >500 кл. бактерий. Для расчета доли всех инфицированных клеток от общей численности гетеротрофных бактерий (Frequency of infected cells (FIC), %) использовали уравнение: FIC = 7.1 х FVIC — 22.5 х FVIC2 [4]. Гибель бактериопланктона, вызванную вирусным лизисом (Viral-mediated mortality of bacteria (VMB), %), определяли по формуле VMB = (FIC + 0.6 х х FIC2)/(1 — 1.2 х FIC) [4]. Скорость вирусиндуци-рованной смертности бактерий (Virus-induced mortality (VIM), кл./(мл • сут)) рассчитывали с использованием уравнения: VIM = VMB х PB, где
Таблица 2. Численность, средний объем клетки, биомасса бактериобентоса и численность бактерий с прикрепленными к их клеткам вирусами в донных отложениях водохранилища
Номер станции NB , 106 кл./см3 V, мкм3 Вв, мг/см3 NBV, кл./см3 Nbv/NB, %
1 67173 0.246 16.5 11473 17.08
2 67024 0.109 7.3 6542 9J6
3 59395 0.236 14.0 9206 15.50
4 23820 0.417 9.9 4183 17.56
5 67767 0.197 13.2 11161 16.47
6 33240 0.290 9.6 5701 17.75
7 26453 0.377 15.3 3526 13.33
8 32396 0.367 15.1 3411 10.53
9 39531 0.302 11.9 6147 15.55
10 44767 0.350 15.7 7051 15.75
11 50300 0.391 19.7 11750 23.36
12 93507 0.136 12.7 12623 13.50
13 24521 0.665 16.3 4561 18.60
14 19617 0.390 7.6 2305 11.75
15 23389 0.545 12.7 3574 15.28
PB — продукция бактериобентоса. Продукцию ви-риобентоса (PV) определяли как произведение BS и VIM [19].
Статистический анализ данных проводили с использованием программы Statistica 6.0. При установлении корреляционной зависимости между параметрами применяли ранговый коэффициент корреляции Спирмена для уровня значимости 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В период исследования в донных осадках водохранилища обнаружена высокая численность бактериобентоса (NB) (табл. 2). Распределение численности бентосных бактерий по акватории водохранилища было весьма неравномерным. Минимальная и максимальная величины различались в 4.8 раза. В среднем для водохранилища величина NB составила (44867 ± 5662) х 106 кл./см3. Минимальные и максимальные величины среднего объема бактериальной клетки (V) и биомассы бактериобентоса (BB) различались соответственно в 6.1 и 2.7 раза. Значения V и BB в среднем для водохранилища составили соответственно 0.334 ± ± 0.038 мкм3 и 13.2 ± 0.9 мг/см3. В донных осадках водохранилища к значительному количеству бен-тосных бактерий были прикреплены вирусы (табл. 2). Численность бактериальных клеток с прикрепленными вирусами в среднем для водохранилища оказалась равной 15.4 ± 0.9% общей численности бактериобентоса.
В различных участках Иваньковского водохранилища общее количество вириобентоса так-
же изменялось в широких пределах: (10.3...83.2) х х 109 частиц/см3 (в среднем для водохранилища 31.5 ± 6.2 х 109 частиц/см3). Отношение общего количества бентосных вирусов к общей численности бентосных бактерий находилось в пределах 0.3—1.7 (в среднем 0.7 ± 0.1). Максимальные величины численности бентосных вирусов (82.2— 83.2 млрд частиц/см3) обнаружены в донных осадках Шошинского залива и на русловой глубоководной станции (табл. 3). Между численностью вирусов и бактерий наблюдалась положительная связь (Я = 0.61, р = 0.05).
В составе вириобентоса преобладали вирусы без хвостовых отростков (табл. 3). Доли вирусов с хвостовыми отростками и без них в общей численности бентосных вирусов составили в среднем для водохранилища соответственно 78 ± 2 и 22 ± 2%.
В исследованных участках водохранилища средние размеры бентосных вирусов колебались в пределах 71—113 нм, составляя в среднем для водохранилища 100 нм. Наиболее м
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.