CC BY
118
УДК 574.52
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ИА АКТИВНОСТЬ МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА ОЗЕРА БАЙКАЛ*
* Работа поддержана программой президиума РАН 23.8, РФФИ 15-44-04353 р_сибирь_а, Фондом содействия сохранению озера Байкал
© Намсараев Баир Бадмабазарович, доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией микробиологии Института общей и экспериментальной биологии СО РАН Россия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, e-mail: [email protected]
© Дагурова Ольга Павловна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института общей и экспериментальной биологии СО РАН Россия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, e-mail: [email protected]
© Гаранкина Валентина Петровна, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник
Института общей и экспериментальной биологии СО РАН
Россия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, e-mail: [email protected]
В воде и осадках озера Байкал определена интенсивность микробных процессов продукции и деструкции органического вещества. Установлено, что температура является важным фактором регуляции микробной деятельности в различных участках озера Байкал. Проведенные исследования показывают, что психрофиль-ное микробное сообщество играет важную роль в круговороте веществ и энергии при низких температурах, характерных для озера Байкал.
Ключевые слова: скорость микробных процессов, температурный режим, заливы, озеро Байкал, продукция и деструкция органического вещества, психрофильное микробное сообщество.
INFLUENCE OF TEMPERATURE ON THE MICROBIAL COMMUNITIES ACTIVITY OF LAKE BAIKAL
Namsaraev Bair B., Doctor of Biological Sciences, Professor, Head laboratory of Microbiology, Institute of General and Experimental Biology SB RAS 6, Sakhyanovoy, Ulan-Ude, 670047, Russia
Dagurova Olga P., candidate of biological sciences, research scientist, Laboratory of Microbiology, Institute of General and Experimental Biology SB RAS 6, Sakhyanovoy, Ulan-Ude, 670047, Russia
Garankina Valentina P., candidate of biological sciences, senior research, Laboratory of Microbiology, Institute of General and Experimental Biology SB RAS 6, Sakhyanovoy, Ulan-Ude, 670047, Russia
The intensity of microbial processes of production and destruction of organic matter was determined in the water and sediments of Lake Baikal. It was revealed that temperature is an important factor in the regulation of microbial activity in various parts of Lake Baikal. Studies showed that the psychrophilic microbial community plays an important role in the cycle of matter and energy at low temperatures in Baikal.
Keywords: intensity of microbial processes, temperature, bays, Lake Baikal, production and destruction of organic matter, psychrophilic microbial community.
Экологические факторы среды обитания влияют на распространение и активность микроорганизмов [1, 2]. Температура, минерализация, рН, содержание кислорода, органического и неорганического веществ в основном определяют функциональное разнообразие микроорганизмов, их численность и скорость, проводимых ими процессов.
Стабильно низкие температуры (от +3 до +6,2 °С) в придонных слоях воды верхних слоях осадков глубоководных районов озера Байкал определяют развитие и функционирование психрофильного микробного сообщества, которое участвует в круговороте веществ и энергии [3, 4].
Объекты и методы исследования
Пробы осадков отбирали на мелководье в стерильную посуду, иелиагали - при помощи грейфера, прямоточных геологических трубок и подводного обитаемого аппарата «Мир».
Температуру воды и донных осадков измеряли с помощью сенсорного электротермометра Prima (Португалия). Скорость процессов продукции и деструкции в воде и осадках определяли по методу Винберга. Скорость образования метана и сульфатредукции определена радиоизотопным методом [5]. Пробы воды отбирали в 25 мл пенициллиновые флаконы с резиновыми пробками, которые закатывали алюминиевыми крышками, осадков - в пластиковые шприцы с резиновыми пробками. В пробы вводили 0,1-0,2 мл раствора NaH14C03 и Na35SO4, инкубировали в течение 1-2 суток и фиксировали формалином. Обработку фиксированных проб производили по известным методикам.
Результаты и обсуждение
Пробы донных отложений были отобраны в различных районах оз. Байкал с глубин от 2 до 1571 м. В мелководных станциях осадки были представлены илистым или мелкозернистым песком, в глубоководных станциях - различными типами илов. Температура воды и поверхностных слоев осадков мелководья исследованных районов варьировала от 0,2 (зима) до 24,1 °С (лето). В весенне-летне-осенний период температура изменялась в зависимости от погодных условий. Температура придонной воды и осадков глубоководных районов была более стабильной и составляла 3,1-6,4 °С. Значения рН были нейтральными или слабощелочными (6,7-8,2).
Определение скорости микробных процессов продукции и деструкции органического вещества в водной толще и донных осадках залива Провал было проведено в весенне-летне-осенний период (табл. 1). Полученные результаты показывает прямую зависимость микробной активности от температуры. Наибольшие скорости выявлены при летнем прогреве воды до 14-22 °С. В июле 2008 г. при температуре воды от 17 до 22 °С скорость продукции и деструкции достигает 168 и 152 мкг С/л сут. Высокие скорости фотосинтеза и темновой фиксации (86,65 и 4,25 мкг С/л сут. соответственно) измерены в августе 2009 г. при температуре 18,8 °С.
Таблица 1
Продукция и деструкция органического вещества в воде залива Провал (мкг С/л сут.)
Год Дата T, °С Горизонт, м Фотосинтез Темновая фиксация С02 Продукция Деструкция
2008 08.04 1,7 0,1 0,44-0,81 0,41-1,19 16,0 57,6
10,07 21-22 0,1-0,5 64-168 48-152
17 1 0,59-1,64 1,27 96,0 152,0
11,11 14,7 0,1 48-120 32-120
2009 30,04 2,1 0,1-0,5 15,2-28,0 12,8-42,4
1,5 1-1,5 19,2-40,8 40,8-51,2
25,06 14-17 0,1-0,5 0,87 15,2-23,2 32-48,8
13,08 18,8 0,1 15,85-86,65 2,96-4,25 16,7-16,8 30,4-37,6
12,11 1,3 0,1 0 96,8
2010 14,04 1,8 0,1 12,8 90,4
12,05 0,5 0-0,5 2,15-5,52 1,95-2,44
05,07 16,5 0,1 167,13 5,29 96,0 80,0
Повышение температуры в верхних слоях осадков в весенне-летне-осенний период влияет на активность микробного сообщества. Высокие скорости фотосинтеза и темновой фиксации С02 в поверхностных слоях осадков мелководных заливов наблюдаются в летних пробах, когда температура осадков поднимается до 13-15 °С. Максимальная скорость фотосинтеза (0,55 мкг С/дм3 сут.) и темновой фиксации С02 измерена в пробах, отобранных при температурах 12,6 и 13,8 0С соответственно. Высокая скорость аэробной деструкции (110,6 мкг С/дм3 сут.) зафиксирована в пробах, отобранных в сентябре при температуре 12,9 0С. В анаэробных условиях при температуре 13,8 °С скорость деструкции достигает 64,74 мкг С/дм3 сут. (табл. 2).
Таблица 2
Фотосинтез и темновая фиксация С02 в осадках залива Провал (мкг С/дм3 сут.)
Дата СС Тип пробы Фото синтез Темновая фиксация С02 Аэробная деструкция Анаэробная деструкция
07. 2008 12,6 песок 0,09 0,01 3,45 3,88
илистый песок 0,48-0,55 0,62-0,95 2,18-3,27 2,59-3,09
09. 2008 12,9 ил 110,59 41,47
07. 2009 15,8 песок - 0.20-0,38
илистый песок - 0,12-0,91
11,4 ил - 0,25-0,44
08. 2009 13,8 песок - 6,98 54,82 64,74
илистый песок - 22,30
05 2010 0 лед 0,10 0,07
07. 2010 14,7 илистый песок - 41,78
Количественная оценка активности микроорганизмов показывает, что температура является важным фактором регуляции микробной деятельности в мелководных участках озера. Весенний прогрев воды и относительно высокие температуры в течение лета и ранней осени в прибрежных водах и осадках, особенно в заливах, благоприятствуют активной деятельности микробного сообщества. Высокие скорости продукции и деструкции органического вещества измерены в водах залива Провал в июле - сентябре. В донных осадках этого залива высокие скорости процессов продукции и деструкции зафиксированы при относительно высоких температурах в августе и сентябре.
В глубоководных осадках, где измерены низкие температуры в пределах 3,1-5,7 0С, развиваются психрофильные прокариоты. Это сообщество, адаптированное к низким температурам, активно участвует в процессах круговорота биогенных элементов. В этих осадках зафиксированы максимальные значения скорости аэробной и анаэробной деструкции, равные 24,3 и 59,7 мг С/см3 сут. соответственно (табл. 3).
Таблица 3
Расход С0рГ в микробных процессах в осадках озера Байкал ( мг С/см3 сут.)
Район Глубина, Т, °С Аэробная Анаэробная Сульфат- Метаногенез
м деструкция деструкция редукция
Глубоководные осадки 120-1571 3,1-5,7 1,2-24,3 6,2-59,7 0,00001-0,0068 0,0001-6,24
Район разгрузки угле- 96-260 3,2-6,1 0,0001-0,099 0,0001-0,08
водородов
Мелководные осадки 0,1-12 2-13 4,2-18,5 4,4-8,6 0,0001-0,0004 0,0004-0,05
бухта Фролиха 15-460 3,7-6,5 0,0001-0,0178 0,0192-15,63
Заливы 0,1-5 0,5-22 2,1-15,7 2,5-13,5 0,000010,01003 0,00060,0426
Определение скорости микробных процессов показывает, что бактериальное образование метана является основным терминальным процессом разложения органического вещества в глубоководных и мелководных осадках Байкала. В 1 кг ила за сутки на образование биогенного метана расходуется до 15,63 мг С, тогда как на восстановление сульфатов - только до 0,099 мг С. Активная деятельность метаногенных архей оказывает ключевое влияние на потоки вещества и энергии в биоценозе донных отложений озера Байкал, особенно в районах термальных проявлений в бухте Фролиха.
Таким образом, экологические условия в донных осадках озера Байкал благоприятствуют деятельности анаэробного психрофильного сообщества. Хемолитотрофы и фототрофы участвуют в продукции органического вещества. Процесс деструкции осуществляется органо- и хемолитотрофными анаэробами. Низкая концентрация сульфатов в воде и осадках озера ограничивает активность суль-фатредукторов - конкурентов метаногенов на терминальных этапах анаэробной деструкции органического вещества. Поэтому большая часть органического вещества на конечных этапах анаэробной
деструкции используется для синтеза метана. Проведенные исследования показывают, что психро-фильное микробное сообщество играет важную роль в круговороте веществ и энергии при низких температурах, характерных для озера Байкал.
Литература
1. Кузнецов С. И. Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность. - Л.: Наука, 1970. - 440 с.
2. Громов Б. В., Павленко Г. В. Экология бактерий. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1987. - 248 с.
3. Максимова Э. А., Сергеева И. А., Максимов В. Н. Микробиология донных отложений Байкала. - Иркутск: Изд-во Иркут. гос. ун-та, 1991. - 160 с.
4. Намсараев Б. Б., Земская Т. И. Микробиологические процессы круговорота углерода в донных осадках озера Байкал. - Новосибирск: Наука, 2000. - 115 с.
5. Кузнецов С. И., Дубинина Г. А. Методы изучения водных микроорганизмов. - М.: Наука, 1989. - 288 с.
References
1. Kuznetsov S. I. Mikroflora ozer i ee geokhimicheskaya deyatel'nost' [Microflora of lakes and geochemical activity]. Leningrad: Nauka, 1970. 440 p.
2. Gromov B. V., Pavlenko G. V. Ekologiya bakterii [Ecology of bacteria]. Leningrad: Leningrad State University Publ., 1987. 248 p.
3. Maksimova E. A., Sergeeva I. A., Maksimov V. N. Mikrobiologiya donnykh otlozhenii Baikala [Microbiology of Lake Baikal bed silt]. Irkutsk: Irkutsk State University Publ., 1991. 160 p.
4. Namsaraev B. B., Zemskaya T. I. Mikrobiologicheskie protsessy krugovorota ugleroda v donnykh osadkakh ozera Baikal [Microbiological processes of carbon cycle in Lake Baikal bed silt]. Novosibirsk: Nauka, 2000. 115 p.
5. Kuznetsov S. I., Dubinina G. A. Metody izucheniya vodnykh mikroorganizmov [Methods of aquatic organisms studying]. Moscow: Nauka, 1989. 288 p.
