CC BY
25
Литература
1. Заварзин Г.Л., Жилина Т.Н., Кевбрин В.В. Алкалофильное микробное сообщество и его функциональное разнообразие И Микробиология. - 1999. - Т.68. - №5. - С, 579 -599.
2. Методы общей бактериологии / под ред. Ф. Герхарда и др. - М.: Мир, 1984.- 264 с.
3. Митыпова Т.Н., Козырева Л.П., Намсараев Б.Б. Аэробные и анаэробные бактерии-деструкторы органического вещества в донных осадках содово-соленых озер Забайкалья // Вестник Бурятского университета. Сер. 2: Биология. Вып. 7,- Улан-Удэ: Изд-во БГУ, 2005,- С, 190-193
А.Г. Захарюк, Л.П. Козырева, Б.Е. Намсараев г. Улан-Удэ
Восстановление Fe3* накопительными культурами из донных отложений
содовых озер Забайкалья*
Microbial processes of iron reduction can proceed in alkaline environments (.bottom sediments of soda lakes)- This purpose prove to be true by a high abundance ofFe3' - reduction bacteria in the sediments and reduction of amorphous Fe1' by enrichment cultures from bottom samples of Transbaikalia soda lakes.
Железоредукция представляет собой один из наиболее энергетически выгодных процессов, в ходе которого бактерии способны осуществлять полную деструкцию органического вещества (Заварзина, 2001), Микроорганизмы, способные диссимиляционно восстанавливать Fe3+, т.е. использовать различные соединения окисного железа в качестве единственных или вспомогательных акцепторов электронов в процессах энергетического метаболизма, широко представлены в морских и пресных донных осадках, разнообразной термальной окружающей среде, включая горячие источники, гидротермы, а также в затопленных почвах (Lov!ey,1991). Эти бактерии участвуют в круговороте железа, углерода и других химических элементов в природе.
Железоредукторы представляют интерес и с биотехнологической точки зрения, так как для нескольких представителей этой физиологической группы микроорганизмов показана способность к восстановлению токсичных металлов и радионуклидов. Несмотря на то, что анаэробный цикл и процессы железоредукции - одна из наиболее интенсивно разрабатываемых в настоящее время областей микробиологии и биогеохимии, данные о распространении и выделении железо-восстанавливающих бактерий из щелочной окружающей среды, в том числе и из содовых озер мира, практически отсутствуют.
Цель настоящей работы - выявление микробного процесса восстановления железа в условиях содовых озер и накопительными культурами, полученными из проб донных осадков содовых озер Забайкалья.
Объекты и методы
Выявлен!, з микробного восстановления Fe3+ проводили в пробах донных осадков содовых озер Бурятии - Соленом, Белом, Нухэ-Нур, Алгинском и озер Агинского Бурятского автономного округа - Хилганте и Горбунке. Отбор проб донных отложений проводили в стерильные флаконы. Физико-химические параметры озер определяли стандартными методами. В полевых условиях для определения температуры использовали сенсорный термометр Prima (Сингапур), рН - портативный рН-метр (рНер2, Португалия) и кондуктометр TDS-4 (Сингапур) для определения минерализации. Концентрации карбонатов, гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов определены общепринятыми методами (Алекин, 1973) (табл.1).
Учет численности железоредуцирующих бактерий в природных пробах проводили методом предельных десятикратных разведений на жидкой бессульфатной минеральной среде без дополнительных восстановителей (Заварзин и др., 1996), содержащей 90 мМ аморфного Fe3+ и смесь возможных доноров электронов - пептона, сахарозы, лактата в суммарной концентрации 5%. рН среды доводили карбонат- бикарбонатным буфером в соответствии с рН озер.
Работа выполнена при поддержке грантов Президиума РАН «Происхождение и оволюция биосферы», Президиума СО РАН № 24, УрО и СО РАН «Микробные сообщества экстремальных экосистем» и Минобразования науки РНП. 2.1.1.4566.
136
Таблица 1
Физико-химическая характеристика содовых озер, мг/ дм5
Объект рН М, г/л СГ эо/- нсо-г СОИ"
Соленое 9.9 5.6 199,72 376,56 2171,60 720 3,78 0,0032
Нухэ-Нур 9.84 5,7 137,7 575,92 4758 3900 1,22 0,0023
Алгинское 8.68 50.0 34,43 25694 3050 3000 и.о. 0,0006
Белое 8.7 1.8-2.6 335,51076 477,75520,63 106,7762,5 54,0-180,0 н,о. но.
Хилганта1 9.5 40.0 16700 13600 11600 330 н,о н.о
Горбунка 8.7 41.3-8.4 3.56* 6424 0.92* 0.42* н.о н.о
Примечание: - в момент отбора проб озеро пересохло, приведены данные за 19% г.
'-приведены данные за 1996 г.
Среду перед посевом кипятили для удаления растворенного кислорода. Посевы проводили во флаконы, наполненные средой до верху. Инкубировали посевы при 30°С. Параллельно ставили химический контроль. О восстановлении железа судили по появлению синего окрашивания или осадка феррицианида железа (3) в реакции с красной кровяной солью (Шапиро, Шапиро, 1971). Количественное определение ионов Ре3+ и Ре2+ проводили роданидным методом (Резников, Мулиновская, Соколов, 1970).
Результаты и обсуждение
Пробы донных отложений озер Хилганта, Горбунка, Соленое, Белое, Нухэ-Нур и Алгинское, отобранные в полевой период 2005-2006 гг были засеяны методом десятикратных разведений. Через две недели инкубирования в исследуемых пробах наблюдалось развитие железоредуци-рующих бактерий, сопровождающееся восстановлением осадка аморфного Ре3+.
Численность железовосстанавливающих бактерий в донных осадках исследуемых озер варьировала в значительных пределах (табл.2). Наибольшая численность отмечена в осадках озера Хилганта - 10 млн. кл/см3, наименьшая - выявлена в осадках оз. Алгинское (1000 кл/см).
Из последних разведений, где обнаруживали ионы Ре2+, в результате последовательных трехкратных пересевов были получены накопительные культуры железо-восстанавливающих бактерий. Микроскопические исследования выявили в них палочки, отличающиеся размером, подвижностью и спорообразованием, одиночные или объединенные в цепочки. Часто клетки были агрегированы с осадком железа. Споровые клетки в большом количестве присутствовали в накопительных культурах озер Соленое, Горбунка и Хилганта. Для проверки возможного их участия в процессе восстановления железа засеянные флаконы прогревали при температуре 80°С в течение 10 минут для удаления вегетативных клеток. Инкубирование прогретых (споровых) и непрогретых (первичных) накопительных культур в течение месяца выявило наличие процесса железо^едукции, подтвержденное качественной реакцией и количественным определением ионов Ре"+ (табл.3).
Таблица 2
Численность железовосстанавливающих бактерий в донных осадках содово-соленых озер Забайкалья
Озеро Численность, тыс. кл/см
2005 г 2006 г
Хилганта, осадки ЮООО -
Хилганта, мат - 100
Хилганта, соль/ил - 10000
Нухэ-Нур 100 -
Белое 100 -
Соленое 1000 -
Горбунка 1000 1000
Алгинское - 1
Примечание: «-»- не определено
Восстановление железа активно протекало при внесении в среду пептона - высокое процентное содержание Ре2 ' было отмечено для споровых культур озер Нухэ-Нур, Соленое, Хилганта. Немного слабее восстанавливали железо первичные накопительные культуры озер Соле-
137
ное и Хилганта. Накопительная культура оз. Нухэ-Нур восстанавливала аморфное железо до 100% (табл.З, рис.1).
Невысокие значения восстановленного железа выявлено в накопительных культурах, выращенных на среде с сахарозой. Так, споровые культуры из озера Белое восстанавливали железо только на 9%. В то же время на среде с лактатом споровая культура оз. Белое за 1 месяц восстанавливала до 91% аморфного железа. По-видимому, разница в восстановлении аморфного железа споровыми и первичными накопительными культурами на средах с различными донорами электронов и источниками углерода вызвана разнообразием бактерий, участвующих в этом процессе и использующих преимущественно тот или иной донор.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что в щелочных условиях содовых озер Забайкалья численность микроорганизмов, способных к железоредукции, достаточно высока. Показана активная роль спорообразующих бактерий в восстановлении железа. Полученные накопительные культуры железоредукторов активно осуществляли процесс микробного восстановления железа со всеми вышеуказанными донорами электронов.
Таблица 3
Количество восстановленного железа в первичных и споровых накопительных культурах зожелевосстанавливающих бактерий (в % от общего содержания железа)
пептон сахароза Лактат
споровые первичные споровые первичные споровые первичные
Белое 5 82 9 32 91 1
Хилганта 70 67 24 н.о. 32 0
Горбунка 17 31 но. 47 н.о. 18
Соленое 82 64 н.о. 92 19 56
Нухэ-Нур 79 100 но. н.о. 33 6
и.о. - не определено
Рис. I. Количество Ре1+ в первичных и споровых накопительных культурах железо-восстанавливающих бактерий с использованием пептона в качестве донора электронов,
Литература
]. Алекин О,А,.Семенов А.Д., Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. - Л: Гидроме-теоиздат, 1973. - 26S с,
2. Заварзина Г.А.. Б ио геохимические факторы преобразований соединений железа в восстановит ел ьной обстановке: автореф. канд. биол. Наук. - М, 2001.
3. Заварзин Г.А., Жилина Т.Н., Пикута Е.В. Вторичные анаэробы в галоалкалофильных сообществах озер Тувы U Микробиология. -1996. - Т.65. - №4. - С. 546 - 553.
4. Lovley D.R. Dissimilaiory Fe(lll) and Mn (IV) reduction. Microbiol. Rev, -1991- V. -55. P. 259-287.
5. Резников А.А., Мулиновская Е.П., Соколов И.Ю. Методы анализа природных вод. 3-е изд. - М.: Недра, 1970.
6. Шапиро С.А., Шапиро М.А. Аналитическая химия. 2-е изд., перераб.- М.: Высшая школа, 1971,
138
