Микробная индикация возможный подход для мониторинга тяжелых металлов в дальневосточных морях Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Известия Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра 200Г Том 128

Г.Ю.Димитриева, И.П.Безвербная, Н.К.Христофорова (Дальневосточный Государственный университет)

МИКРОБНАЯ ИНДИКАЦИЯ - ВОЗМОЖНЫЙ ПОДХОД ДЛЯ МОНИТОРИНГА ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ МОРЯХ

Особенностью морской прибрежной среды, которая принимает различные по природе стоки, является самая высокая загрязненность одновременно всеми видами поллютантов. Прибрежные воды дальневосточных морей, кроме этого, находятся под влиянием глобальных природных факторов: тихоокеанского рудного пояса, вулканической деятельности, выноса значительных глубинных масс элементов на поверхность через активные геофизические зоны, апвеллингов и мощных течений. В результате дальневосточные моря отличаются наиболее высоким уровнем содержания различных токсичных веществ, прежде всего тяжелых металлов, которые могут вызывать экологическое напряжение и стрессы. В связи с этим чрезвычайно актуален поиск новых методов оперативного контроля качества морской прибрежной среды. Такие возможности предоставляют нам методы микробной биоиндикации. Несмотря на доступность этих методов, они тем не менее недостаточно разработаны. Появились лишь первые работы по индикации загрязнения моря отдельными тяжелыми металлами (Tada, 1поие, 2000). Индикация загрязнения ранее ограничивалась в целом констатацией двух состояний среды: "чисто" или "грязно", что, возможно, приемлемо для глубоководных районов (Цыбань и др., 1992). Однако для контроля состояния прибрежных морских биотопов важно иметь не только интегральные, но и дискретные критерии. Современные представления о физиологии, цитологии, биохимии и молекулярной генетике микроорганизмов убеждают в возможности индивидуального отклика микробов на любое вещество благодаря функционированию изоферментов (Жизнь микробов..., 1981; Готтшлак, 1982; Беляков и др., 1987), индивидуальной адсорбционной емкости клеточных стенок бактерий по отношению к отдельным тяжелым металлам (Громов, 1985), наличию высокоселективных каналов поступления ионов в клетку, помимо неспецифических ионных систем транспорта (Laddaga et а!., 1985; Nies et а!., 1989; Gadd, 1990), и распространению в микробных популяциях молекулярно-генетических детерминант устойчивости к особо токсичным соединениям (Хесин, 1984). Несмотря на то что эти особенности были выявлены в основном не на морских микроорганизмах, они явились теоретическим обоснованием для проведения масштабных скрининговых работ по микробной индикации в прибрежной зоне дальневосточных морей в условиях комбинированного загрязнения. Эти работы позволили разработать предварительные дискретные критерии качества среды, которые могут служить биологической осно-

719

вой картирования загрязнения и оценки экологического состояния исследованных районов моря (Dmitrieva et al., 1997; Димитриева, 1999; Dimitri-eva, 1999). Представленные в статье результаты являются продолжением работ по микробной индикации загрязнения моря тяжелыми металлами.

Цель работы — изучение отклика морских микроорганизмов на специфические физико-химические условия прибрежной зоны моря в условиях повышенного уровня загрязнения тяжелыми металлами и ис — пользование результатов в индикации качества морской прибрежной среды дальневосточных морей России.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить состав микробных сообществ на наличие поллютант — резистентных групп в прибрежных морских водах экономически значимых акваторий российского Дальнего Востока с разным типом антропогенного воздействия, находящихся в различных геохимических условиях.

2. С помощью методов микробной индикации показать возможности биогеохимического картирования, оценить состояние ряда экологически напряженных акваторий исследованного района в условиях постоянного присутствия комплекса поллютантов, в первую очередь тяжелых металлов.

Экспериментальные работы проводились на бактериях, выделенных из проб морской воды. Пробы были отобраны у берегов Камчатки — в акватории Авачинской губы - в последней декаде июля 1999 г.; на северо-востоке Сахалина — в заливах Ныйском, Набиль, Чайво - в первой декаде сентября 1998 г.; у северного Приморья — в районе бухт Рудной и Лидовка - в июле 1998 и 1999 гг.; в зал. Петра Великого — в акватории, прилежащей к устью р. Туманной, в июле-августе 1997-1998 гг. Выделение микроорганизмов и изучение их свойств проводили по общепринятым тестам (Методы общей бактериологии, 1984; Bergey's manual..., 1986, 1994). Пробы поверхностной и придонной воды были отобраны с помощью батометра. В лагунах Сахалина пробы воды отбирались сотрудниками СахНИРО. Для микробиологического анализа образцы транспортировали в береговую лабораторию в стерильных пластиковых шприцах объемом 20 мл, помещенных в термосы со льдом. Численность колониеобразующих гетеротрофных микроорганизмов в 1 мл воды определяли с использованием метода десятикратных разведений и последующего высева аликвоты в трех повторностях на питательные (контрольные) и индикаторные среды с добавлением солей металлов. Подсчитывали число выросших колоний. Данные обрабатывали статистически (Рокицкий, 1967; Зайдель, 1968; Айвазян и др., 1983, 1985). В качестве питательных сред брали рыбопептонный агар и среду, адаптированную для морских микроорганизмов (СММ) (Youchimizu, Kimura, 1976). Для экологической оценки ситуации контролировались следующие элементы: Cu, Pb, Ni - как маркеры техногенного влияния; Cd, Zn — антропогенного влияния; Co, Cs — потенциального радиоактивного загрязнения; Fe

— терригенного воздействия. Растворы хлоридов (Co, Cu, Cd, Cs, Ni, Zn, Fe) или нитратов (Pb) тяжелых металлов добавлялись в среду СММ в ингибирующих концентрациях. Минимальные ингибирующие концентрации для солей различных металлов составляли от 80 до 1200 мг/л (от 0,08 до 1,20 % содержания соли металла в среде).

По составу микробные ассоциации разных по степени загрязнения и природным факторам морских районов различались. Наиболее подходящим признаком для целей микробной индикации, как выяснено ранее (Dimitrieva et al., 1997; Димитриева, 1999; Dimitrieva, 1999), является чис-

720

ленность эколого-трофических и поллютант-резистентных групп сообщества планктонных микроорганизмов (табл. 1). При этом микробиологические показатели адекватно отражают химико-экологическую ситуацию в любом районе и наиболее выразительно подчеркивают особенности геохимических условий конкретного биотопа.

Таблица 1

Примерные критерии загрязненности акватории на основе микробиологических показателей в абсолютных значениях или процентах к максимальному числу колониеобразующих микроорганизмов в 1 мл морской воды (Димитриева, 1999; Dimitrieva, 1999)

Table 1

Preliminary criteria of aquatory contamination in pereentage to the maximum number of colony forming microorganisms per 1 ml of seawater (AHMHTpneBa, 1999; Dimitrieva, 1999)

Загрязняющие компоненты Чисто (фон) (<ПДК) Небольшое превышение фона (=ПДК) Ощутимое (>1-3 ПДК) Значительное (сильное) (>3 ПДК) Очень сильное (>10 ПДК)

Гетеротрофные микроорганизмы, кл./мл <103 <104 <105 <106 >106

Металлы, % устойчивых форм Cd (кадмий) <0,01 <0,1 ,0 9, - 0, >9 -

Co (кобальт) <10 10-46 >46 - -

Cs (цезий) <10 О 1 4 о> >46 - -

Pb (свинец) <0,1 <10 10-46 >46 -

Cu (медь) <0,1 <10 10-46 46 -

Zn (цинк) <1 1-20 <46 >46 -

Ni (никель) <1 1-20 <46 >46

Fe (железо) <20 2 О 1 4 о> >46 - -

Символы m i о s n

Примечание. ПДК — предельно допустимая концентрация поллютантов в воде водоемов рыбохозяйственного назначения (Перечень..., 1995).

Авачинская губа (рис. 1) находится в зоне активного вулканизма, испытывает определенное антропогенное и техногенное воздействие и характеризуется повышенным содержанием тяжелых металлов и радионуклидов, таких как кобальт-60 и цезий-137 (Оценка состояния загрязнения ..., 1993). Как и в прежние годы (1995, 1996), в 1999 г. в этой акватории нами установлено большое содержание соответствующих ме-талл-устойчивых микроорганизмов. Одной из наиболее грязных оказалась станция, расположенная в бухте Крашенинникова (место ремонта и базирования судов). Здесь в микробной ассоциации в июле 1999 г. обнаружены высокие показатели содержания Zn, Cs, Pb-резистентных бактерий (табл. 2, 3). На станции, расположенной в районе мыса Чавыча, в микробной ассоциации планктонных гетеротрофных микроорганизмов 22,6 % бактерий проявили высокую резистентность к цинку, указывая на содержание повышенных концентраций элемента в воде. Поскольку цинк является трассером биогенного загрязнения, ситуация определяется близким к рассматриваемой станции сбросом бытовых сточных вод поселка. Как самая чистая в отношении содержания тяжелых металлов в воде выявлена станция, расположенная в бухте Малой Саранной. По сравнению с остальными станциями, удаленность точки отбора пробы воды от берега здесь была максимальной (100 м), в микробной ассоциации Co, Cu, Cd, Ni, Fe-толерантные штаммы отсутствовали. Доля Pb, Zn, Cs-устойчивых бактерий была очень незначительна и составляла соответственно 0,08,

721

Маячпьи

БоымяИный

_______1___

Рис. 1. Схема расположения станций отбора проб в акватории Авачинской губы п-ова Камчатка (июль 1999)

Fig. 1. The map of stations' disposition in aquatic regions of Avachinskaya Guba of Kamchatka (July, 1999)

АвачинСкая губа

0,59 и 2,30 % от общего количества коло — ниеобразующих гетеротрофных микроорганизмов.

Чувствительность метода позволила нам обнаружить в 1994— 1996 гг. явление апвеллинга в открытых водах Авачинского залива и в 5 км от берега аварийную ситуацию на военном складе. Так, в первом случае неожиданно повышенным оказался показатель содержания Сс) и гп-резистентных бактерий — соответственно 0,8 и 12,0 %. Причем соотношение порядковых значений микробных индексов отвечало пропорциям Сс1 и гп в биологических объектах. Кроме того, здесь были выявлены бактерии группы кишечной палочки в количестве 100 клеток в 1 мл воды. Таким образом, микробная индикация подтвердила обнаруженное ранее в этом районе явление апвеллинга (Кавун и др., 1989). В ноябре 1994 г. в районе военного склада, где хранятся отработанные аккумуляторы подводных лодок и о существовании которого мы не знали, в при — брежных водах был установлен очень высокий показатель содержания бактерий, устойчивых к меди, никелю и кобальту (более 30 %). В апреле 1996 г. эти показатели составили соответственно 3, 8 и 12 % и были ниже, чем на грязной станции в бухте Крашенинникова, т.е. можно сказать, что осенью 1994 г. наблюдалась аварийная ситуация (Димитриева, 1999).

722

723

Абсолютная (кл./мл) численность планктонных гетеротрофных колониеобразующих микроорганизмов и относительная (% от общего числа)* численность металл-резистентных форм в пробах воды акватории Авачинской губы п-ова Камчатка (июль 1999)

Table 2

Microbial indexes of metal-resistant bacterial groups in the Kamchatka Peninsula waters (July, 1999)

Группа микроорганизмов 1 (бухта Малая Саранная) 2 (бухта Крашенинникова, кекур) 2а (бухта Крашенинникова, 1996) 3 (мыс Казак) Станции отбора 4 (бухта Турпанка) 5 (бухта Авача) 6 (мыс Чавыча) 7 (сопка Никольская) 8 (бухта Раковая)

Колониеобразующие

гетеротрофные

микроорганизмы 1,49-105± 1,1-105±0 2,5-106± 1,2-105± 1,63-104±0 7,98-105± 4,42-105± 8,26-104± 2,83-104±

0,97-Ю5 0,25-106 0,09-105 0,83-105 0,75-105 4.9-104 1,31-Ю4

Cd-резистентные* 0 0 0 2,3 0 0 0 0,06 0

Си-резистентные* 0 0 11 0 0 0 0 - 0,27

Zn-резистентные* 0,59 57,3 4 0,22 4,0 9,2 22,6 2,12 7,74

1 РЬ-резистентные* 0,08 24,5 - 12,5 6,1 10,9 8,5 6,1 -

Ni-резистентные* 0 4,6 1 0 0 1,1 0,19 0,91 0,27

Со-резистентные* 0 0,35 13 2,4 0,46 18,8 0,54 10,7 20,3

Cs-резистентные* 2,3 20,5 25 0,17 0 0,89 3,1 0 0,88

Fe-резистентные* 0 0 - 0 0,3 0 0 0 0

Примечание. 2a — дана для сравнения.

н а

fD 43 > £

0 а

01 чз b4 S

№ К

5 St в к

-R fD

го ф

К fD

а о о

М 43 Щ

> fD Р)

S > И

Н о

К м S

о

fD М

К н

I °

I м

Л <Э\ S О о > > fD fD fD К

§ 5

О \о Н

S о

и £

Н fD

К Sc

Н0- н

О >

ТЧ г

g w К ^ Я (D

43

а»

в к

fD р)

к >

М М О fD

>

ся

н о И 43 pj pj

а к 5 н в к

I и

43

К

я

* о

о

43 о н 43

5 ч X 0>

6 Щ

о > о я н >

н X - о ф Ф

о £ Ф н > ф о к3 н о 43 О к н к J- 43 « 0)

ф о Ф К

- > И X S

о р> ф

-С ф W о\ о\ 2

а о &

о 43 о > я 43

о о tr1 н Ф

си л о 1-3 В ф W

я ф 0) S 43 S

О 1 к н р> л 1 к 1 S S< о

ф pj Й -К

м

Ф X И Ё ^

¡2)

о я

§ 3

S ’Н

S

О W

0 ^

1 I

S X о\

S S

Я 43 s< > Ь4

О я ^—'

о\ о

щ - оэ

си о

^ ч

W и

Р> си £

О о X

о W о

д 31 >

S 1 из

СЯ П

- 3 го

» S 43

' в w Со м О

g S * to ч

№

Sc О а

м н а ¿о "

О *Р I

т** г . > * > ^ о

¿п О К

td 3

О щ

* I

м ^

о fD

й к

PJ I |-= 43

О

а о ч fD К

к я к р и

м

м

>

м

5

£

S

Sc

о

м

3 го

Н ьи

И о о

pJ fD >-0

> М Ч

S fD Р)

Щ 43 К

pj О S

1 w

£ я

Sc Н

if" р, к >

S S I

. м 43 О S п

^ О

>

g

р)

х

43 а

о >

Н р) 43 Я

О Я

& о

к 2

S я fD

И К i-l К 43 Я О S

н s

М р)

J q р,

fD н -

> о

tr- Sc

>

S

w

fD

724

Оценка экологического состояния вод акватории Авачинской губы п-ова Камчатка по содержанию тяжелых металлов

на основании данных микробной индикации (июль 1999 г.)

Table 3

Estimation of ecological situation in the Kamchatka Peninsula waters (July, 1999)

Поллютант, загряз, фактор 1 (удалена от источников загрязнения) 2 (база флота) 2a (стоянка кораблей), 1996 г. Станции отбора (особенности) 3 (выход из 4 5 бухты Кра- (ручей) (река) шенникова) 6 (сток поселка) 7 (пляж, свалка) 8 (сток поселка, база флота)

Г етеротрофные микроорганизмы S s n s о s s о о

Кадмий (Сс1) m m m о m m m i m

Медь (Си) m m о m m m m - i

Цинк (Хп) m s i m i i о i i

Свинец (РЬ) m о - о i о i i -

Никель (№) m i i m m i m i m

Кобальт (Со) m m i m m i m i i

Цезий (Се) m i i m m m m m m

Железо (Ре) m m - m m m m m m

Примечание. 2a — дана для сравнения.

o> м > » № К

держание, за исключением единичных станций, соответствует чистым водам.

. Гафовича о. Анучина

Рис. 2. Схема расположения района работ и станций отбора проб в заливах северо-востока о. Сахалин: а — Чайво: б — Ныйском; в - Набиль (сентябрь 1998 г.)

Fig. 2. The шар of region of works and of stations' disposition in bays of north-eastern part of Sakhalin: a — Chaivo Bay; 6 - Nyisky Bay; в — Nabil' Bay ISeptember, 1998)

Учитывая мозаичность микробных индексов, которые диагностируют повышенное содержание элементов лишь локально, можно заключить, что в настоящее время экосистемы заливов справляются с нагрузкой и в целом по содержанию тяжелых металлов заливы могут быть оценены как чистые. Эта оценка совпадает с данными о содержании этих элементов в фунтах (Аатковская, 2000).

725

726

Абсолютная (кл./мл) численность планктонных гетеротрофных колониеобразующих микроорганизмов и относительная (% от общего числа)* численность металл-резистентных форм в пробах воды, отобранных в заливах северо-восточного побережья о. Сахалин (сентябрь 1998 г.)

Table 4

Microbial indexes of metal-resistant bacterial in the samples of waters from the bays of north-eastern coast of Sakhalin (September, 1998)

Станции отбора (особенности)

Зал. Чайво Зал. Набиль Ныйский залив

Ст. 1, Ст. 2, Ст.З, Ст. 4, Ст. 5, се- Ст. 6, Ст. 7, Ст. 8, Ст. 9,

Группа микроорганизмов южная устье выход северный ред. запад. выход устье выход рядом

часть р. Вая из залива кут, устье берега, рядом из залива р. Тымь из залива с буровой

залива реки с буровой

Колониеобразующие

гетеротрофные микроорганизмы 3,5-106± 2,4-106±0 2,7-106± 1,3-106±0 2,7-106± 2,2-107±0 3,3-105± 3,5-105±0 6,8-104±

Cd-резистентные* 0,410е 0 0 0,1-Ю6 0 0 0,210е 0 0 0,4-103 0 0 1,3-104 0

Си-резистентные* 4,85 0,14 3,26 - 1,74 0,42 10 0,4 32,35

Zn-резистентные* 0,05 0 0 0 0,12 0 1,8 0,03 0

РЬ-резистентные* 12,8 0,1 26,7 6,5 45,9 0,03 42,4 0,08 29,4

Ni-резистентные* 40 0,12 21,48 5,7 15,5 0,08 14,5 0,57 15

Со-резистентные* 3,4 0 4,15 - 0 0 1,5 0 0

Cs-резистентные* 28 0,08 55,9 9,23 9,6 0,16 13,9 0,35 47,05

Fe-резистентные* 17,7 0,88 6,67 10,8 36,5 1,3 17,9 0,05 94,1

(t Й U

К f g

bQ

43

W ° Л

w > >

° <5 h

> ^ 3

№ i s

to -—■ M H > >

0 > ti S1 » о

1 H g * * £

w 3 p (t g E

* > 3t *

СЯ о о щ ® Q

w fD м о

нп

О * о и ^ -g

- E I > M S

I»

И *

О

н

К v

Е 1

И -О

о

я

К

и

2 > 2

§ w Ь4

2 Я g

® и №

о

м К

о я

ь- >

ID S ID Щ

со

а

С5Л > К S J

О * > “ о к ч g К

л g

fD О

g О К тз

Я >73

о о

4 I О I

в

К

м Е

S ТЗ £ щ № О И ь4

К w

s Й

» fD

>

N tT-а о ' о тз >

л ¿в

W ™

К ^ О р)

I I

м g о as» о W о > ^ 2 ® n S N О q

? $ 5

-

. J S

X J к

Р) И Р)

I g I

К > > 5

о * н g 43

> к к я я

к

43

0 ^ к

1 (D Я I

I н о I

0) 43 х

О I-L,

о\ п ^

ffi н Ы

О tr- “

о н

W

Таблица 5

5

а

%

Е-

а

К

К

Е-

2

и

ЕЕ

а

*

а

а

<

о

и

о ^ £ §

$ ^ и ^

. Е-О ЕЕ

а

к и

нР $ к а & \о §

§ § £ §

к *

5 с о ^

Н (С

о с о а я И о | а 5

я 2 ш 5 о ^

^ ¡г

аа

я <

ии ал ии

со Ее

а

м рс С

а

*

ЕЕ

а;

ц

С

а

а

ел

-С

а

-с

^ сс « . К Е-

^ С и °

>£

X

Е-

V

а

£ нТ ° £

Е к

о «2 ^ а

§ X ^ & • С

й 3

Й и

с

С

сс

СО

а

о

Е-

*

а

К

а

с

С

£.-££££££

£ о - о - £ -

с£. -££££££

с В — В о — В В -

с £ I £------ I £ £

с£-£оо£о£

с£.-£.-££££

с£-£оо£-£

со

и

ЕЕ

а

с-

а

о

с

а

х

и

а

3

® 'о

й * и N ^ ^

£ 55 я « £ гз <

5 ¡^5^ со к с

____ а

00 Р-1

и ~

^ С

, М со

й а ил

СО £

:г*

центрации этого элемента в водах залива. Уменьшение чис — ленности Zn-yстойчивых микроорганизмов к середине сентября, по сравнению с августом, соответствует сезонному спаду биопродуктивности в лагунах.

В отношении других ме — таллов данные 1996 и 1998 гг. отличаются незначительно.

О способности микробной индикации выявить особенно — сти геохимии целого района можно судить при сравнении приведенных здесь и опубликованных ранее данных. Так, в условиях северо-востока Сахалина локально максимальной была численность РЬ, Си, №-резистен-тных бактерий, указывающая на геохимические особенности ру-допроявлений, совпадающих в пространстве с залежами нефти. В то же время у юго-западного побережья острова (район г. Холмска) доля металл-резистен-тных форм была высокой повсеместно. При этом наиболее значительными по численности были группы бактерий, устойчивые к Cd, Си, Со. Данные показатели отражали действие как глобальных факторов (известное влияние Цусимского течения, приносящего от западных берегов Японии тяжелые металлы, особенно Cd), так и локальных (сильное техногенное и антропогенное воздействие по отдельным станциям) (Христофорова, 1985; Dimitrieva et а1., 1997; Dimitrieva, 1999; Димитриева, 1999).

На севере Приморья в бухте Рудной (рис. 3) микробные показатели указывали на специфику состава руд и интенсивность техногенной нагрузки (табл. 6, 7). Так, по данным химического анализа о содержании тяжелых металлов в воде, проводимого в описываемом районе в течение ряда лет (Христофорова и др., 1993; Ди-

митриева, 1999), отмечено значительное превышение уровня ПДК для Pb, Cu, Zn в районе пристани и устья р. Рудной. Содержание Pb в почвах пос. Рудная Пристань по результатам химического анализа 1997 г. изменялось в диапазоне от 1,5 ПДК в самом чистом месте, значительно удаленном от завода по переработке свинцово-цинковой руды, до 6,0 ПДК в точке отбора пробы, находящейся в непосредственной близости от предприятия (Димитриева, 1999). В пробах морской воды, взятых в 1995-1997 гг. недалеко от порта, куда вдоль берега перевозят свинцово-цинковый концентрат, содержащий также много меди, кадмия, по данным микробной индикации отмечалось чрезвычайно высокое содержание резистентных к металлам бактерий. Вся микробная ассоциация колониеобразующих гетеротрофных микроорганизмов проявляла высокую резистентность к повышенному содержанию в среде Pb, Cu, Zn, Fe, Cs. 55 % штаммов от общего числа оказались толерантными к повышенному содержанию Ni в среде, а 20 % были Cd-устойчивы. В 1998 г. выявлено значительное снижение относительной численности металл-резистент-ных форм микроорганизмов. Причиной являлось снижение объемов поступления рассматриваемых поллютантов в среду в результате существен -ного сокращения объемов добычи и перевозки руды, как следствия экономического спада производства. Эта тенденция сохранилась и в 1999 г., хотя наметилось некоторое увеличение объемов производства. Соответствующие микробные индексы для Pb, Cu, Zn, Ni, Cd-резистентных бактерий составляли соответственно 1,69 %; 0; 1,2; 0,39; 0 %. Однако в устье р. Рудной, по сравнению с данными 1995-1997 гг. (Димитриева, 1999), отмечено некоторое увеличение относительной численности бактерий, проявляющих повышенную устойчивость к Cu, Ni, Zn, Cs в среде. Микробные индексы согласовывались с данными химического анализа содержания тяжелых металлов в талломах бурой водоросли Laminaria japónica , проведенного в 1998 г. (Коженкова, 1999). В эстуарии р. Рудной отмечено присутствие макрофитов с максимальным содержанием Pb, Zn, что в три раза превышало их концентрации в талломах макрофитов на станциях на

1 км южнее порта, бухте Лидовка и у мыса Бринера. В контрольных станциях - морская (8 км южнее порта) и пресноводная (оз. Васьков-ское, охраняемая водозаборная акватория) - ситуация по содержанию тяжелых металлов на основе метода микробной индикации оценивалась как стабильно чистая.

В связи с планируемым строительством свободной экономической зоны на границе Северной Кореи, Китая и России в устье р. Туманной в рамках проекта «Туманган» в июле-августе 1997-1998 гг. была обследована юго-западная часть зал. Петра Великого, проведен анализ относительной численности металл-резистентных групп планктонных гетеротрофных бактерий. Полученные данные сопоставлены с результатами химического анализа. Были обследованы станции, расположенные вблизи устья р. Туманной, в конусе выноса ее стока, в бухте Сивучьей, в центре Дальневосточного государственного морского заповедника (ДВГМЗ), у о. Большой Пелис, а также у о. Фуругельма (рис. 4).

Поскольку станций отбора проб, проанализированных в течение 1996-1998 гг., было достаточно много, то для удобства восприятия, как иногда принято в литературе, абсолютные микробные показатели в таблице округлены до порядковых значений.

При анализе полученных результатов обращает на себя внимание сильная мозаичность микробных показателей, что подтверждает известные данные о микрозональном распределении микроорганизмов в толще воды. Более детальное рассмотрение одновременно всех показате-

728

Рис. 3. Схема расположения станций отбора проб морской воды в районе пос. Рудная Пристань (июль 1998, июль 1999)

Fig. 3. The шар of stations' disposition in aquatic region of Rudnaya Pristan' settlement (July, 1998, July, 1999)

леи позволяет выделить в исследуемом районе юго-западной части зал. Петра Великого зоны или поля в зависимости от величины микробных индексов (табл. 8, 9).

Первая зона (эстуарий реки) определя — ется доминирующим влиянием р. Туманной (станции 1 — 4, 35-37) и характери — зуется относительной численностью различных металл-резистентных бактерий от 10 до 100 %, в зависимости от вида металла, что указывает на заметное загрязнение среды этим элементом. Вторая зона отличается наиболее выраженной мозаичностью в распределении микробных индексов без определенной закономерности. Это, на наш взгляд, свидетельствует об интенсивном перемешивании вод р. Туманной с морскими водами в результате активной и сложной гидродинамики этого района. Данный факт подтверждается значительным снижением численности отдельных индикаторных групп бактерий (станции 19, 22, 24, 26). В то же время доля загрязненных мест, по данным микробной индикации, достаточно вели — ка. Станция 13, расположенная ближе к центру обследованной акватории, по большинству показателей определена как наиболее чистая.

Полученные результаты хорошо согласуются с данными по содер — жанию тяжелых металлов в талломах макрофитов исследуемой акватории (Коженкова, 1999). Наблюдается совпадение в оценке тенденции распределения поллютантов, установленного по результатам микробиологического анализа и данным о концентрации тяжелых металлов в донных отложениях (Комплексная экологическая оценка..., 1998) (рис. 5). Некоторое несоответствие в пределах одной зоны, например в приустьевом участке или бухте Сивучьей, по распределению микробных индексов и концентрации тяжелых металчов в грунтах можно объяснить, на наш взгляд, следующей причиной. Содержание поллютанта в донных отложениях указывает на долговременный процесс его поступления и накопления в среде, а микробные индексы, в связи с высокой экологической пластичностью микробных ассоциаций, преимущественно отражают ситуа —

729

Таблица 6

Абсолютная (кл./мл) численность планктонных гетеротрофных колониеобразующих микроорганизмов и относительная (% от общего числа)*

)6

§ а

2 £ тс

л Ел ю и

со

с:

с:

ь л ю (и

ь н а т с и р

С

я а

ь

с

а

рп

з.

о

со

а>

а>

Н О] § & кп ^ а (е ю х

у

Он

с.

о

п

е

н

о

а

р

я

ь

р

о

м

и

р

С

о

г

о

н

р

е

в

е

с

<

о

в

ы

н

*

е

р

б

и

р

п

х

а

б

о

р

п

р

о

ф

х

ы

н

т

н

е

т

с

и

з

е

р

с

«с

с

-с

с*

а

-С

а р

ые м не (и

^ а

РЭ

а

р

о

б

т

о

и

и

ц

н

а

т

и,

нР

и

р

к

а

а

з

о

и

и

аЗ

-а

й

аЗ

X

0)

ъ

й

03

2

О

у Он сс

ш о ^ ть но

и < уу

^ Он

р. г

сс

а а) тк

ух вк

уо

н. <

(и

^ <

в о м з и н аа п га пр уо ро и а к и

с

+1

1-0

ооооооос

• ^ о о о

СОП со -

со

ю

со

-+1 4 © © Ю I.

о

со~

со сс со ^ ©

СО~ О о“ О

гг, ^

I СО о 1 о

со

а> а: с* со со

[>

1-0

• О) о с

СО 1_о

со -

о о о с

сс

[>

С*Т О

+1 , с

© ^ со

^н-^^СО^СО^©

Л о гС ^ о“ ю со~ с

ю - - сч -

6

* с

о Т

а.

С0~ о

[>

о

СО ©_ ^

С0~ © ^ ^

ю

со со а

е

и

щ

ую е

зу ы

ан

со ^ °°

сп со ©" со" о со о со~ с

фа ог рр то оо рр ек ет ми гм

ее

ыы

нн

тт

нн

ее

тт

сс

ии

зз

ее

а а тз ¿=

и и

ее

ыы

ы

ее

тт

сс

ии

зз ее С- а

й -¿3 N О-730

ее

ыы

О)

а ^ с

г и

ее тт сс и ис

зз ее а а

<л ¿у

и и.

цию за более короткий временной промежуток. Тем не менее на основе согласования результатов в целом мы считаем обоснованной возможность использования микробной индикации для экспресс-оценки экологического состояния акватории и содержания поллютантов в водной среде.

По каждому конкретному из проанализированных тяжелых металлов картина распределения металл -устойчивых форм бактерий может быть представлена следующим образом. Мик -робные индексы, соответствующие относительной численности №, 7п, Fe( Cs-резистентных микроорганизмов, достигали на некоторых станциях, расположенных в конусе выноса вод р. Туманной, 100 % (табл. 8). Это свиде -тельствует о содержании рассматриваемых металлов в воде в концентрации выше ПДК и выносе с речными водами большого количества поллютантов как природного, так и антропогенного проис -хождения. Для станций, удаленных от устья (13, 19, 24), микробные индексы показывали содержание металлов в воде на фоновом уровне или незначительном превышении фона, в пределах ПДК.

Сё-устойчивые микроорганизмы со -ставляют значительную долю микробной ас -

Таблица 7

Е-

О

<

о

сс

X

л

а

*

к

Е-

2

и

ЕЕ

а

*

а

а;

<

о ^

и О)

ё! К <

* I

и 5

к ~

о. сс г?

I—I сг

и и ц а

2 *

ЕЕ

С

>£

а

.

X

Г\ 1-4

Рч Е

о £

к ¡3

.

9 £

и

а

а

< в

а

*

а

а)

ц

С

8 | 0 к

^*5 а ® г? а

си

-

О)

а

Е"1 т—

.

о

X

а>

а>

а>

г^1

13

со

а>

а>

г^1

13

и

.

О-

<с

с

-с

X

с*

а

-С

(С

и

&

о

о

и

а

Щ

а

а

X

к ^

2 СО

а>

с

I £

! | О х

^ Е-

о

>£

с

X

£

Он

а

нС

Е-

и

Е^

сс

5 *

и

ЕЕ

< о « ?&& с_| ^

о «

.

о

- ЕН &

к 5 £2 ■&

£££££££££

- в в в I - в в в

I о в - в в в в

о в - в I в в - в

ее — £ £ £ £

£ £ £

£ - £

о I - £------------------------------------------£ I ..

-о----£ — £ £ £

нР £

И ЕС *ф 2 п

Я

^ Я >К и

а & I Л Й§1^

.—. с

2 ^

л 5

X £ Й ^ к с

X * 731

<Л Ри ^

^ с

,*ч СО Й <^ и

СО 2

3*

социации на всех обследованных станциях. По микробиологическим критериям относительная численность Cd-резистентных микроорганизмов, превышающая 0,1 %, уже может свидетельствовать о содержании Cd в воде в концентрации выше ПДК. Кадмий относится к металлам первого класса токсичности, и сообщество микроорганизмов приобретает к нему ус -тойчивость только при довольно длительном воздействии, периодическом или постоянном. Максимальное содержание Cd-устойчивых бактерий — 15 % - выявлено на станции 37 в зоне влияния р. Туманной.

Неблагополучная ситуация складывается также по загрязнению исследованной акватории свинцом и медью. В ближних к устью р. Туманной станциях количество РЬ и Си-устой-чивых микроорганизмов в воде составляло несколько десятков процентов, т.е. степень загрязнения водной среды этими металлами несколько выше ПДК. В остальных станциях данный показатель равен единицам и диагностирует содержание металлов на уровне ПДК.

В итоге, по данным микробной индикации, совпадающим с данными химического анализа на участке от устья р. Туманной до о. Фуругельма (юго-западный район ДВГМЗ), выявлено превышение, по сравнению с фоновыми, концентраций свинца, кадмия, меди, никеля, цинка, же -леза, а также кобальта и цезия, что указывает на неблагоприятное влияние реки на юго-западную часть зал.

Петра Великого. Как можно видеть на рис. 5, при значительном числе и частоте расположения станций данные микробной индикации позволя — ют эффективно применить их для биогеохимического картирования.

о. Фуругельма

Рис. 4. Схема расположения станций отбора проб в акватории, прилежащей к устью р. Туманной, включая южную часть ДВГМЗ (июль 1997, август 1998)

3 4 Fig. 4. The map of stations'

* * disposition in aquatic regions of Peter

the Great Bay being situated near Tu — mannaya river mouth and southern part of Far-Eastern State Marine Res — *37 ervation (July, 1997, August, 1998)

Таким образом, исходя из полученных результатов мы имеем доказательства, подтверждающие реальность и чувствительность индивидуального отклика микробов на содержание металлов в различных кон — центрациях в морской воде при полиметаллическом загрязнении в ус -ловиях прибрежной среды дальневосточных морей. Как и ранее опубликованные (ЭтЦпеуа е1 а1. 1997; Димитриева, 1999; ОтЦпеуа, 1999). вышеописанные исследования еще раз убеждают, что микробная индикация является быстрым, недорогим, доступным, информативным методом для оценки уровня содержания различных компонентов в среде, их мониторинга и краткосрочного прогноза изменения экологического состояния прибрежных морских вод. Метод позволяет оперативно, в короткий период, получить информацию с большого числа станций и детально представить экологическую ситуацию на протяженной аква — тории. Один человек может обработать в течение дня от 6 до 10 проб. Общее время от начала анализа до получения статистически обрабо — тайных результатов составляет 8—10 дней. Безусловно, данный подход не конкурирует с методами химического анализа, а лишь дополняет их. Его целесообразно использовать на этапах, например, предшествующих выбору станций мониторинга. Он, действительно, позволяет держать ситуацию по распространению поллютантов в прибрежных водах под контролем.

733

Абсолютная (кл./мл) численность планктонных гетеротрофных колониеобразующих микроорганизмов и относительная (% от общего числа)* численность металл-резистентных форм в пробах воды, отобранных в акваториях приустья р. Туманной и южного участка ДВГМЗ

(июль, август 1997—1998 гг.)

Table 8

Microbial indexes of metal-resistant bacterial groups in sea . waters near Tumannaya river mouth and southern of Far-Eastern State Marine Reservation (July, 1998, July, 1999)

Группа микроорганизмов 1 2 3 4 13 Станции отбора 19 22 24 26 35 36 37

Колониеобразующие гетеротрофные

микроорганизмы 106 104 104 105 104 106 105 106 104 106 103 103

Cd-резистентные* 6 10 6 5 0,7 0,5 0,3 0,2 0,5 2 0,5 15

Cu-резистентные* 20 30 65 — 5 4 3 8 15 13 2 25

Zu-резистентные* 100 35 100 50 22 100 45 10 50 22 45 100

РЬ-резистентные* 15 20 17 35 3 6 5 8 15 3 1 20

Ni-резистентные* 90 100 17 50 12 100 100 15 30 17 100 16

Со-резистентные* 20 6 25 35 5 17 1,5 5 10 17 1 24

i Cs-резистентные* 30 100 2 8 100 2 50 1 25 1 28 0

iFe-резистентные 100 50 15 20 3 7 14 20 30 33 2 25

Таблица 9

Оценка экологического состояния вод в акваториях приустья р. Туманной и южного участка ДВГМЗ по содержанию тяжелых металлов

на основании данных микробной индикации (июль, август 1997—1998 гг.)

Table 9

Estimation of ecological situation in sea waters near Tumannaya river mouth and southern part of Far-Eastern State Marine Reservation

(July, August, 1997—1998)

Станции отбора

Поллютант, загряз, фактор 1 2 3 4 13 19 22 24 26 35 36 37

Гетеротрофные микроорганизмы п о о s о n s n о n i i

Кадмий (Cd) о S о о о о о о о о о s

Медь (Си) о о s — i i i i о о i о

Цинк (2п) S о s s о s о i S о о s

Свинец (РЬ) о о о о i i i i о i i о

Никель (№) S S i s i s s i о i s i

Кобальт (Со) i m i i m i m m i i m i

Цезий (Се) i о m m о m о m i m i m

Железо (Ге) о о m i m m m i i i m i

Работы были выполнены благодаря финансовой поддержке федеральной целевой программы 029 «Мировой океан» (1999), программы «Интеграция», гранта РФФИ 98-05-65329 (1998-1999).

Литература

Айвазян С А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичная обработка данных. — М.: Финансы и статистика, 1983. — 472 с.

Айвазян СА., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей. — М.: Финансы и статистика, 1985. — 488 с.

Беляков В.Д., Голубев Д.Б., Каминский Г.Д., Тец В.В. Саморегуляция паразитарных систем. — Л.: Медицина, 1987. — 240 с.

Готтшлак Г. Метаболизм бактерий. - М.: Мир, 1982. — 310 с.

Громов Б.В. Строение бактерий. — Л.: ЛГУ, 1985. — 190 с.

Димитриева Г.Ю. Планктонные и эпифитные микроорганизмы: индикация и стабилизация прибрежных морских экосистем: Дис.... докт. биол. наук. — Владивосток, 1999. — 408 с.

Жизнь микробов в экстремальных условиях / Под ред. Дж.Кашнер. — М.: Мир, 1981. — 520 с. (Пер. с англ.)

Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. — Л.: Наука, 1968.

Кавун В.Я., Христофорова Н.К., Шулькин В.М. Микроэлементный состав тканей мидии съедобной из прибрежных вод Камчатки и Северных Курил // Экология. - 1989. — № 3. — С. 53-58.

734

Рис. 5. Распределение кон — центраций (мкг/r сухой массы): а — Си; b — Со; с — Cd ; d — Ni, е — Pb, f — Zn, g — Fe в донных отложениях (Комплексная экологическая оценка..., 1998) и микробные индексы (представлены в кружках) металл-резистентных форм бактерий в акватории, при — лежащей к устью р. Туманной, включая южную часть ДВГМЗ (1998)

Fig. 5. The distribution of concentrations (mkg/g of total dry mass) for: a - Cu, b — Со, с — Cd, d — Ni, e - Pb, f — Zn, g — Fe in bottom deposits (being cited by Комплексная экологическая оценка..., 1998) and microbial indexes (being placed in circles) of metal-resistant forms of bacteria in aquatic regions of Peter the Great Bay being situated near Tumannaya river mouth and southern part of Far-Eastern State Marine Reservation (1998)

Коженкова С.И. Мониторинг состояния прибрежно-морских вод Приморья но содержанию тяжелых металлов в бурых водорослях: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. — Владивосток, 1999. — 22 с.

Комплексная экологическая оценка влияния стока реки Туманная на прибрежные акватории России. Отчет Института биолоши моря ДВО РАН по проекту ГКНТ РФ. — Владивосток, 1998. — Ч. I. — 93 с.

Красавцев В.Б. Экологический отчет по северо-восточному шельфу о-ва Сахалин «Гидрохимические и гидробиологические исследования». — Южно-Сахалинск: Дальневосточная морская инженерно-геологическая экспедиция, 1991.

- 58 с.

Латковская Е.М. Химико-экологическая оценка заливов северо-востока Сахалина: хлорорганические пестициды и тяжелые металлы: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. — Владивосток, 2000. — 26 с.

Методы общей бактериологии / Под ред. Ф.Герхардта и др. — М.: Мир, 1984. — Т. 3. — 264 с. (Пер. с англ.)

Оценка состояния загрязнения акватории Авачинской губы и территории г. Петропавловска-Камчатского, поселков Приморского и Рыбачий токсичными элементами и радионуклидами: Отчет Всероссийского научно-исследова—

735

тельского геологического института им. А.П.Карпинского (ВСЕГЕИ), 1993. — 346 с.

Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно-безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. — М.: ТОО Мединор, 1995. — 220 с.

Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. — Минск: Высш. школа, 1967.

- 328 с.

Флегонова Е.И. Микроэлементы в нефтях // Геохимический сборник. — 1969. — № 10. — С. 185—188.

Хесин Р.Б. Непостоянство генома. — М.: Мир, 1984. — 326 с.

Христофорова Н.К. Биоиндикация загрязнения морских вод тяжелыми металлами: Дис. ... докт. биол. наук. — Владивосток, 1985. —394 с.

Христофорова Н.К., Шулькин В.М., Кавун В.Я., Чернова Е.Н. Тяжелые металлы в промысловых моллюсках залива Петра Великого. — Владивосток: Даль-наука, 1993. — 296 с.

Цыбань А.В., Иваница А.В., Худченко Г.И. и др. Биологические характеристики морских микроорганизмов // Исследование экосистем Берингова и Чукотского морей. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. — Вып. 3. — С. 193-212.

Bergey's manual of systematic bacteriology / Ed. J.G.Holt. —Baltimore, L.: Williams & Wilkins, 1986. — Vol. 1 — 2. — 1599 p.

Bergey's manual of determinative bacteriology / Ed. W.R.Hensyl. —Baltimore, L.: Williams& Wilkins, 1994. — 787 p.

Dimitrieva G.Yu. The role of microorganisms in control and reservation of marine coastal environment // Proc. Intern. Symp. Earth-Water-Humans. -Kanazava, Yapan, 1999. - P. 22-35.

Dimitrieva G.Yu., Dimitriev S.M., Drozdovskaya O.A. et al. Using Newly developed microbial methods for multi-factor fast estimation of quality of marine environment and its preservation from oil , phenol and biogenic pollution // Proc. Intern. Symp. on Preservation of the Environment of the Japan Sea. — Kanazawa, Yapan, 1997. — P. 17 — 35.

Gadd G.M. Metall tolerance // Microbiology of extreme environments. — Oxford: Alden Press, 1990. — P. 178 — 211.

Laddaga R.A., Bessen R., Silver S. Cadmium-resistant mutant of Bacillus subtilis 168 with reduced cadmium transport // J. Bacteriol. —1985. — Vol. 162, № 3. — P. 1106—1110.

Nies A., Nies D., Silver S. Cloning and expression of plasmid genes encoding resistance to chromate and cobalt in Alcaligenes eutrophus // J. Bacteriol. — 1989.

— Vol. 171, № 9. — P. 5065 — 5070.

Tada Y., Inoue T. Use of oligotrophic bacteria for biological monitoring of heavy metals // J. of Appl. Microbiology. — 2000. — Vol. 88 , № 1. — P. 154-160.

Youchimizu M., Kimura T. Study of intestinal microflora of Salmonids // Fish. Pathol. — 1976. — Vol. 10, № 2. — P. 243 — 259.

Поступила в редакцию 18.08.2000 г.