Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 6
Глава 2. Водные объекты и методы исследования 21
Глава 3. Структурно-функциональные характеристики бактериопланктона 30
Глава 4. Численность и продукция планктонных вирусов в разных водных экосистемах. Вирус-индуцированная смертность гетеротрофных бактерий 54
Глава 5. Оценка значимости вирусов в структурно- функциональной организации планктонных микробных
Сообществ водных экосистем 82
Заключение 86
Выводы 87
Список литературы 87
- Водные объекты и методы исследования
- Структурно-функциональные характеристики бактериопланктона
- Численность и продукция планктонных вирусов в разных водных экосистемах. Вирус-индуцированная смертность гетеротрофных бактерий
- Оценка значимости вирусов в структурно- функциональной организации планктонных микробных
Введение к работе
Введение. Актуальность темы.
Вирусы - мельчайшие существа-иждивенцы с простой биологической структурой, состоящей из одной или нескольких молекул РНК или ДНК, заключенных в защитную белковую оболочку (капсид). Присутствие вирусов в водных объектах известно с середины прошлого века (Крисе, 1959; Spencer, 1955). Однако активные исследования их экологического значения в водных экосистемах начались только с работы Берга с соавторами (Bergh et al., 1989), которые обнаружили очень высокую концентрацию водных вирусов (до
10 частиц/мл), в основном классифицируемых как бактериофаги. В водной среде вирусы существуют в двух фазах: внеклеточной и внутриклеточной. Продуктивное размножение вирусов происходит только внутри живых клеток и, в случае литической инфекции, заканчивается гибелью (лизисом) клетки. Последующие исследования (Proctor, Fuhrman, 1990; Suttle et al., 1990; Нага et al., 1991) подтвердили очень высокую численность вирусов в различных водных местообитаниях и установили, что вирусы могут инфицировать большое количество гетеротрофных бактерий и, в конечном итоге, вызывать высокую смертность бактериопланктона. В результате вирусного лизиса бактерий значительное количество органического вещества не поступает на более высокие трофические уровни планктонной пищевой сети, а вновь используется бактериальным сообществом (Thingstad et al., 1993; Bratbak, Heldal, 2000).
В настоящее время общепризнано, что вирусы являются важной и неотъемлемой частью биологических сообществ водных экосистем. Они влияют на численность, видовой состав и разнообразие планктонных микроорганизмов, а также изменяют потоки вещества и энергии в микробных сообществах (Fuhrman, 1999; Noble et al., 1999; Bratbak, Heldal, 2000; Thingstad, 2000). Кроме того, вирусы являются посредниками генетического обмена внутри вида и между видами через транедукцию (Jiang, Paul, 1998).
Закономерности распределения и функционирования водных вирусов сложны и до сих пор недостаточно изучены. В связи с этим необходимость исследований роли вирусов-бактериофагов в функционировании микробных сообществ в разнотипных водных экосистемах очевидна. Имеющие в литературе заключения о значении вирусов как компонента планктонных сообществ основаны, главным образом, на результатах исследований вириопланктона в морях и озерах и, в меньшей степени, в водохранилищах и реках (Wommack, Colwell, 2000;Weinbauer, 2004).
Исследования вириопланктона в пресноводных экосистемах России начались сравнительно недавно и пока весьма немногочисленны (Сироткин и др., 2001; Дрюккер, Дутова, 2009; Копылов и др., 2007, 2011). В тоже время сведения о количестве и активности
вирусов необходимы для адекватной оценки структуры и функционирования планктонных
сообществ водоёмов и водотоков.
Цель и задачи исследований.
Цель работы - оценить роль вирусов в структуре и функционировании планктонных
микробных сообществ в разнотипных водных экосистемах (водохранилища, реки, озеро).
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
Определить общую численность, биомассу и продукцию бактерий - основных хозяев планктонных вирусов.
-
Определить общую численность вириопланктона, в том числе: свободноплавающих вирусов; вирусов, прикреплённых к клеткам бактерий; вирусов-бактериофагов, находящихся внутри бактериальных клеток.
-
Определить количество видимых инфицированных клеток бактерий, количество всех инфицированных клеток бактерий и их доли в общей численности бактериопланктона. Выяснить долю разных морфотипов бактерий в общем количестве инфицированных бактериальных клеток.
-
Определить вирус индуцированную смертность бактериопланктона и оценить поступление органического углерода в окружающую водную среду в результате вирусного лизиса.
-
Определить продукцию вириопланктона и время оборота общей численности вирусов.
-
Выяснить вклад вириопланктона в суммарную биомассу планктонных микробных сообществ в разных водных экосистемах. Сравнить гибель бактерий в результате вирусного лизиса с их потреблением простейшими. Оценить выедание вирусных частиц простейшими. Научная новизна и теоретическая значимость работы.
Результаты диссертационной работы существенно дополняют и расширяют имеющиеся в литературе сведения об обилии и активности планктонных вирусов в пресноводных экосистемах. Впервые в исследованиях экологии пресноводных вирусов определены: количество бактериофагов, прикрепленных к бактериальным клеткам, доли бактерий разных морфотипов в общем количестве инфицированных клеток, вклад вирусов в общую биомассу планктонных микробных сообществ. Полученные данные вносят существенные изменения в общепринятую схему потоков органического вещества и энергии в планктонных системах.
Положения, выносимые на защиту.
Вириопланктон является важнейшим структурно-функциональным компонентом планктонных микробных сообществ водоёмов и водотоков. Вирусы инфицируют и вызывают гибель значительного количества планктонных гетеротрофных бактерий.
Практическая значимость.
Выявленные закономерности распространения и активности планктонных вирусов в водоёмах и водотоках могут использоваться для разработки методов управления функционированием водных экосистем, при моделировании и прогнозировании процессов трансформации вещества и энергии в реках, озерах и водохранилищах разного трофического статуса, а также при обосновании и разработке системы мониторинга качества их вод.
Выявленная зависимость численности вирусов от трофического статуса пресноводной экосистемы (первичной продукции фитопланктона) может быть в дальнейшем использована в качестве индикатора экологического благополучия водоёмов и водотоков. Апробация результатов диссертации.
Материалы диссертации доложены и обсуждены на конференции «Молодая наука в классическом университете: секция биология» (Иваново, 2008), на XIV Школе-конференции молодых учёных с иностранным участием (Борок, 2010), международном III Байкальском микробиологическом симпозиуме (Иркутск, 2011), всероссийской конференции «Бассейн Волги в ХХ1-м веке: структура и функционирование экосистем водохранилищ» (Борок, 2012). Публикации.
По теме публикации опубликовано 8 работ. Из них 4 - в профильных научных журналах перечня ВАК РФ. Благодарности.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.б.н. А. И. Копылову за помощь на всех этапах проведения работы. Выражает глубокую благодарность Д.Б. Косолапову за помощь в сборе и анализу материалов из оз. Севан, глубокую признательность Е.А. Заботкиной за помощь и советы при проведении электронно-микроскопических исследований, а так же оформлении автореферата и диссертации, Т.С. Масленниковой за любезно предоставленные данные по первичной продукции фитопланктона, Тихоненкову Д. В. и Романенко А.В. за любезно предоставленные данные, а так же всех участников экспедиций по отбору проб для данной работы. Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания объектов и методов исследования (глава 2), изложения полученных результатов и их обсуждения (главы 3-5), заключения, выводов и списка литературы, который включает 141 источник, в том числе 128 на иностранном языке. Материалы диссертации изложены на 116 страницах машинописного текста и иллюстрированы 58 таблицами и 17 рисунками.
Водные объекты и методы исследования
Вирусы – мельчайшие существа-иждивенцы, неспособные к самостоятельной жизни вне заражаемых ими клеток (Агол, 1997). Общеизвестно, что вирусы могут вызывать заболевания, и их размеры очень малы. Есть вирусы, размножающиеся в клетках животных (позвоночных и беспозвоночных), другие обитают в растениях, третьи (бактериофаги или просто фаги) паразитируют на бактериях. Состав, размеры и форма вирусов весьма разнообразны. Схематически вирусы представляют собой наследственный материал, помещенный в защитную белковую оболочку (капсид), иногда содержащую также липидные и углеводные компоненты. В наследственном веществе – молекуле или нескольких молекулах РНК или ДНК закодирована «минимальная потребительская корзина»: ферменты для копирования (репликации) этих вирусных нуклеиновых кислот, а также белки, входящие в состав вирусной частицы (вириона). Если у всех невирусных организмов наследственное вещество – это двухцепочечные молекулы ДНК (цепочки которых комплементарны), то вирусы могут содержать не только ДНК, но и РНК, причем оба типа нуклеиновых кислот встречаются как в двуцепочечной, так и в одноцепочечной форме. Для каждого вируса характерна определенная форма нуклеиновой кислоты.
Вирусы-бактериофаги были открыты дважды: Туортом в 1915 и ди Хирелли в 1917 (Duckworth, 1987). Для вирусов, вызывающих лизис бактерий, ди Хирелли предложил название «бактериофаги», что буквально означает «поедатели бактерий».
Присутствие вирусов в водных объектах известно с середины прошлого века (Spencer, 1955, Крисс, 1959), но считалось, что их количество в водной среде не превышает численность бактерий. В тоже время некоторые исследователи предполагали, что вирусы могут оказывать существенное влияние на численность, видовой состав, скорость роста популяции, а так же на биохимические характеристики микроорганизмов (Wiebe, Liston, 1968). Огромный интерес и активные исследования экологического значения вирусов в водных экосистемах начались только с работы Берга с соавторами (Bergh et al., 1989), которые, используя значительно улучшенные методы исследования, обнаружили очень высокую концентрацию водных вирусов (1.5-254 106 ч./мл), в основном классифицируемых как бактериофаги.
Хотя большая часть вирусов в водных средах представлена вирусами прокариот, вирусы эукариот так же вносят значительный вклад в суммарную биомассу вирусов. Размеры их капсидов варьируют от 20 до 400 нм, как правило, 30-70 нм. Доминирование меньших или больших капсидов в разных средах может отражать различия в структуре сообщества хозяев (различные прокариоты, водоросли и т.д.). Обычно для подсчта вирусов используют два различных подхода. Непрямое определение титра методом посевов, а также методом «наиболее вероятного числа» постоянно используется для анализа качества воды, но редко в вирусной экологии. Поскольку не более 1% бактерий из естественных водомов растут на искусственных средах, а для выращивания вирусов необходим специфический хозяин, данные методы, как правило, серьзно недооценивают общую численность бактериофагов. Несмотря на низкую эффективность культуральных методов в оценке вирусного обилия, они остаются незаменимыми для изоляции и отчистки систем фаг-хозяин (Wommack, Colwell, 2000).
Второй подход основывается на прямом учте бактерий в пробе воды. В настоящее время есть три способа прямого учта вирусов: трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ) с предварительным контрастированием уранилацетатом, эпифлуоресцентная микроскопия и проточная цитометрия. Последние два метода требуют окрашивания флуорохромами, специфичными для нуклеиновых кислот. Для ТЭМ и эпифлуоресцентной микроскопии пробы необходимо предварительно концентрировать посредством ультрацентрифугирования на сеточки (ТЭМ) или фильтрованием (эпифлуоресцентная микроскопия). Как правило, подсчет посредством ТЭМ занижает значение по сравнению с эпифлуоресцентной микроскопией (по техническим причинам) и последний метод чаще используют для подсчта общего вирусного обилия. Поточная цитометрия позволяет обрабатывать большое количество проб и позволяет обходиться без предварительной концентрации, но требует дорогого оборудования и высокой квалификации, а также не всегда применима в исследовании проб воды из естественных водомов. Все три метода имеют преимущества и недостатки. Использование ТЭМ приводит к недооценке вирусного обилия из-за таких технических проблем как неравномерное окрашивание и распределение вирусов на сеточках, смывание вирусов, низкие пределы обнаружения, а также невозможность определения нетипичных вирусных частиц (Hara et al., 1991; Hennes, Suttle, 1995; Weinbauer, Suttle, 1997; Bettarel et al., 2000). Для эпифлуоресцентной микроскопии и поточной цитометрии одной из проблем является то, что ряд светящихся точек может быть молекулой ДНК, связанной с коллоидами, а не вирусом. Помимо этого сложно отличить крупные вирусы от бактерий. Хотя это и указывалось как проблема прямого подсчта вирусов (Sommaruga et al., 1995), но если учитывать, что вирусов примерно в 10 раз больше бактерий, и только 10% из них достигают размеров бактерии (что, скорее всего, является преувеличением), то эта потенциальная ошибка измерения скорее является проблемой в оценке численности бактериопланктона, а не бактериофагов (Peduzzi, 2009).
В водной среде методом ТЭМ можно обнаружить различные вирусы, имеющие полигональные головки диаметром 20-160 нм, многие из которых имеют хвостовые отростки длиной 30-160 нм (сем. Myoviridae, Siphoviridae и Podoviridae). Необычно большие вирусоподобные частицы с диаметром капсида 340-400 нм были обнаружены в прибрежных водах Норвегии и Дании (Bratbak et al., 1992). Другие вирусы имеют нитевидную форму (семейство Inoviridae) и представляют собой гибкий стержень, содержащий одноцепочечную ДНК. В некоторых озерах в больших количествах встречаются крупные, нитчатые вирусы, длиной от 460 до 730 нм, паразитирующие на нитчатых гетеротрофных бактериях (Hofer, Sommaruga, 2001).
Численность свободных планктонных вирусов, определяемая с помощью эпифлуоресцентной микроскопии, в различных пресноводных экосистемах колеблется в очень широком диапазоне – от 0.02 106 ч./мл в олиготрофном (Hofer, Sommaruga, 2001) до 379 106 ч./мл в гипертрофном озере (Wilhelm, Smith, 2000) (табл. 1.1). В пресных водах соотношение вирус/бактерия (VBR) варьирует от 0.03 до 41 (в озерах Антарктики до 141), но, обычно, величина VBR находится в пределах 3-10 (Wommack, Colwell, 2000). В пресноводных экосистемах отношение вирус/бактерия, как правило, выше, чем в морских (Marager, Bird, 1995). Взаимозависимость между обилием бактерий и вирусов в водомах очевидна и подтверждается многочисленными сообщениями, однако причинно-следственные механизмы ещ до конца не изучены (Wommack, Colwel, 2000; Danovaro, 2003).
Структурно-функциональные характеристики бактериопланктона
На глубоководных станциях определение количества вирусов и бактерий осуществляли в интегрированных образцах воды, которые получали смешиванием проб, отобранных через каждый метр от поверхности до дна. Сразу после отбора пробу воды фиксировали глутаральдегидом до конечной концентрации 2%, хранили в темноте при температуре 4оС.
Первичную продукцию фитопланктона определяли радиоуглеродным методом (Романенко, Кузнецов, 1974). Скорость фотосинтеза фитопланктона измеряли в пробах воды из поверхностного горизонта и в интегрированных пробах воды от поверхности до тройной прозрачности по диску Секки. Расчет интенсивности фотосинтеза под м2 водоема (PPH, мг С/(м3 сут)) производили по формуле: PPH = PPH 0.7 L, где PPH – суточная величина фотосинтеза в интегрированной пробе воды от поверхности до тройной прозрачности воды по диску Секки; 0.7 – коэффициент, характеризующий влияние ослабления света с глубиной на фотосинтез; L – расстояние до тройной прозрачности воды по диску Секки, м (Романенко, Кузнецов, 1974).
В волжских водохранилищах удельную скорость роста бактерий () определяли методом разбавления (Landry, Hassett, 1982). В реке Ильд оценивали по частоте делящихся клеток (FDC), используя формулу: ln = 0.299 FDC – 4.961 (Newell, Christian, 1981). Продукцию бактериопланктона определяли как произведение удельной скорости роста и биомассы.
Планктонные вирусные частицы учитывали методом эпифлуоресцентной микроскопии с использованием красителя SYBR Green I и фильтров из оксида алюминия Anodisc (“Wathman”) с диаметром пор 0.02 мкм (Noble, Fuhrman, 1998). Численность гетеротрофных бактерий и гетеротрофных нанофлагеллят определяли методом эпифлуоресцентной микроскопии с использованием красителей DAPI и примулин, а также черных ядерных фильтров с диаметром пор 0.2 мкм (Porter, Feig, 1980; Caron, 1983). Препараты просматривали при увеличении 1000 раз под эпифлуоресцентным микроскопом Olympus BX51 (Япония) с системой анализа изображений. Содержание углерода в 1 вирусной частице принимали равным 10-10 мкг С (Gonzalez, Suttle, 1993). Содержание органического углерода в сырой биомассе бактерий рассчитывали согласно уравнению, связывающему объем клетки (V, мкм3) и содержание углерода в клетке бактерии (Norland, 1993). Содержание органического углерода в сыром веществе гетеротрофных нанофлагеллят принимали равным 22%. Допуская, что гетеротрофный жгутиконосец в час осветляет объем воды, равный 105 объема его тела (Fenchel, 1982), ориентировочно рассчитывали скорость потребления бактерий природными популяциями гетеротрофных жгутиконосцев. Для расчетов неусвоенного бесцветным жгутиконосцем органического вещества принимали, что усвояемость бактерий равна 0.7.
Для расчета скости потребления инфузориями бактерий принимали, что коэффициент для природных популяций цилиат (Р/В) в период исследования равен 0.7 сут-1, коэффициент использования потребленной пищи на рост (К1) равен 0.35, доля бактерий в суммарном рационе массовых видов инфузорий составляет 30% (Копылов и др., 2010).
Для определения частоты отчетливо видимых инфицированных вирусами гетеротрофных бактерий (Frequency of visibly infected cells (FVIC), % от общего количества бактерий) и среднего количества зрелых фагов в инфицированных бактериях (Burst size (BS), ч./кл.) использовали метод просвечивающей электронной микроскопии. Вирусы и бактерии осаждали центрифугированием при 100 000 g (35 000 об./мин) в течение часа 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 100C (“Jeol”, Япония) при увеличении в 20000-150000 раз. Для расчета доли всех инфицированных клеток от общей численности гетеротрофных бактерий (Frequency of infected cells (FIC), %) использовали уравнение FIC = 7.1 FVIC – 22.5 FVIC2 (Binder, 1999). Гибель бактериопланктона, вызванную вирусным лизисом (Viral-mediated mortality of bacteria (VMB), %), определяли по формуле VMB = (FIC + 0.6 FIC2)/(1 – 1.2 FIC) (Binder, 1999). Допускали, что инфицированные и неинфицированные бактерии выедаются консументами с одинаковой скоростью, и латентный период равен времени генерации бактерий (Proctor et al., 1993). Полагали также, что численность бактериальных популяций остается постоянной, т.е. продукция бактерий равна их смертности. Скорость вирус-индуцированной смертности бактерий (Virus-induced mortality (VIM), кл./(мл сут) или мг С/(м3 сут)), рассчитывали с использованием уравнения VIM = VMB PB , где PB – продукция бактериопланктона (Noble, Fuhrman, 1998). Продукцию вириопланктона (PV) определяли как произведение BS и VIM (Noble, Steward, 2001;Simek et al., 2001). Время оборота численности вирусов получали делением их численности на продукцию. Скорость поступления в окружающую водную среду, в процессе вирусного лизиса бактериальных клеток, легкоусвояемого органического вещества находили по разнице VIM (в мг С/(м3 сут)) и РV (в мг С/(м3 сут)). Полученные величины несколько завышены, поскольку в расчетах не использовали величины энергетических трат вирусов на синтез белков капсида и процессов репликации нуклеиновых кислот, так как таковые отсутствуют в литературе.
Частоту контактов (R) между вирусами и бактериями рассчитывали по формуле R = (Sh2wDv)VP (Murray, Jackson, 1992), где Sh – число Шервуда (использовали величину 1.01 принимаемую для неподвижных бактерий), w – диаметр бактериальной клетки, V и P – численность вирусов и численность бактерий. Диффузия (Dv, распространение вирусов) рассчитывалась по формуле DV = k T/3dv, где k – константа Больцмана (1.3810-23 Дж К-1), Т – температура “in situ” (в градусах Кельвина), - вязкость воды и dv – диаметр вирусной капсиды.
Численность и продукция планктонных вирусов в разных водных экосистемах. Вирус-индуцированная смертность гетеротрофных бактерий
В исследованный период в Горьковском водохранилище в условиях повышенной температуры воды зарегистрированы высокие, особенно в озерной части, величины первичной продукции фитопланктона (рис.3.4). Основными компонентами фитопланктона в этот период были цианобактерии родов Microcystis, Oscillatoria. Величина первичной продукции фитопланктона под единицей площади водоема в речной части водохранилища (в среднем 1181±307 мг C/(м2 сут)) была существенно ниже, чем в озерной (2801±495 мг С/(м2 сут)). В среднем для водохранилища величина PPH составила 1726±339 мг С/(м2 сут). В итоге, водные массы в речной части водохранилища соответствовали уровню мезотрофных (4 станции) и эвтрофных (3 станции), а в озрной части эвтрофных (1 станция) и гипертрофных (3 станции) вод.
В июле 2010 года в водохранилище наблюдались высокие величины численности и биомассы бактериопланктона, что, по-видимому, было связано как с более высокой первичной продукцией фитопланктона, так и с высокой температурой воды (табл. 3.4). Численность и биомасса бактериопланктона в озерной части (в среднем 16.2±1.3106 кл./мл и 306 мг С/м3) превышали таковые в речном участке (в среднем 8.9±0.6106 кл./мл и 167 мг С/м3) в 1.8 раз. В тоже время величины удельной скорости роста бактерий не отличались, и составляли 0.032-0.033 час-1. В итоге, в среднем для водохранилища, величины численности, биомассы и продукции бактериопланктона составили, соответственно, 11.6±1.2 106 кл./мл, 218±23 мг С/м3 и 169±32 мг С/(м2 сут). Анализ полученных результатов выявил слабую положительную зависимость между интегральной первичной продукцией фитопланктона и биомассой (R = 0.41), продукцией (R = 0.21) бактериопланктона. Однако если не принимать во внимание результаты, полученные на станции вблизи г. Чкаловск (ст. 12), в значительной степени подверженной антропогенному загрязнению, коэффициенты корреляции между этими параметрами оказываются значительно выше (R – 0.87 и R = 0.63). Согласно «Комплексной экологической классификации качества поверхностных вод суши» (Оксиюк и др., 1993), по величинам общей численности бактериопланктона качество воды на значительной акватории водохранилища оценивалось как «весьма грязная».
В отличие от Рыбинского водохранилища, в Горьковском водохранилище агрегированные формы составляли существенную долю, на ряде станций превышая 20% от общей численности и составляя до 44% биомассы бактериопланктона (табл. 3.5, 3.6). Большую часть численности и биомассы бактерий в Горьковском водохранилище составляли одиночные клетки (в среднем 87% общей численности и 68% биомассы). Второй по численности группой были агрегированные клетки (13% и 30% соответственно). Нитевидные формы были минорной фракцией (рис. 3.5). Таблица 3.5. Соотношение разных групп бактерий в общей численности бактериопланктона в Горьковском водохранилище
Доля разных групп бактерий в общей численности и биомассе бактериопланктона в Горьковском водохранилище. Чебоксарское водохранилище В Чебоксарском водохранилище, в период исследования, зарегистрированы очень высокие величины первичной продукции фитопланктона (рис. 3.6). Основными компонентами фитопланктона в этот период были цианобактерии родов Microcystis, Oscillatoria. Первичная продукции фитопланктона, в среднем для водохранилища, составила 2774 мг С/(м2 сут) и водные массы на значительной акватории водохранилища (половина исследованных станций) в июле 2010 г. соответствовали уровню гипертрофных вод (Бульон, 1994). Первичная продукция фитопланктона (PPH, мг С/(м2 сут)) в Чебоксарском водохранилище.
Величины численности бактериопланктона, на исследованных станциях превышали 10106 кл./мл, а биомассы – 1 г/м3 (табл. 3.7). Минимальный и максимальный средний объем бактериальной клетки отличались в 2 раза. Удельная скорость роста бактерий заметно колебалась между различными участками (табл. 3.7). Время удвоения численности планктонных бактерий, рассчитанное исходя из величин удельной скорости роста, находилось в пределах 13-60 часов, составляя в среднем 24±4 часа. Продукция бактериопланктона также существенно варьировала, достигая максимального значения в районе устья реки Суры (табл. 3.7). В Чебоксарском водохранилище между интегральной первичной продукцией фитопланктона и продукцией бактериопланктона под м2 наблюдалась положительная связь (r = 0.55).
Таким образом, высокая температура воды, резкое увеличение биомассы и продукции фитопланктона послужили причиной интенсивного развития в водохранилище гетеротрофных бактерий. Согласно «Комплексной экологической классификации качества поверхностных вод суши» (Оксиюк и др., 1993), по величинам общей численности бактериопланктона качество воды на значительной акватории водохранилища оценивалось как «весьма грязная».
Оценка значимости вирусов в структурно- функциональной организации планктонных микробных
Полученные результаты свидетельствуют, что согласно «Комплексной экологической классификации качества поверхностных вод суши» (Оксиюк и др., 1993) вода на ряде участков реки соответствует категории «сильно и весьма загрязненная». В исследуемый период не обнаружено связи между первичной продукцией фитопланктона и численностью (биомассой) бактериопланктона. Зависимость продукции бактериопланктона от первичной продукции фитопланктона под м2 была слабой: r = 0.28, n=14, p 0.05. По-видимому, интенсивному развитию гетеротрофных бактерий, помимо фитопланктона, способствовало антропогенное и зоогенное (деятельность бобров) загрязнение водотока органическим веществом, а также выделение в процессе фотосинтеза макрофитов и перифитона растворенного органического вещества. По степени зарастания макрофитами р. Ильд относится к группе наиболее заросших малых рек (Папченков, Бобров, 2003). ,В конце месяца распределение бактериопланктона в среднем и нижнем участках реки (ст. 5-11) было более равномерным (табл. 3.10). Численность и биомасса, в среднем, составили, соответственно, 6.6106кл./мл и 688 мг/м3, что было заметно ниже данных параметров для этого участка реки, полученных в начале месяца (7.4 106 кл./мл и 1043 мг/м3). Величины удельной скорости роста бактерий, в среднем для станций 5-11, в начале (0.01 час-1) и в конце июня (0.0096 час-1) отличались незначительно, но величина продукции бактериопланктона (35 мг С/(м3 сут)) оказалась ниже таковой в начале месяца в 1.5 раза.
На всех исследованных станциях основной вклад в формирование общей биомассы бактериопланктона вносили одиночные клетки (72-98%) (рис. 3.9, 3.10, табл. 3.11, 3.12). За исключением станций 5 и 6 в конце июля доля агрегированного бактериопланктона (бактерии, ассоциированные с частицами детрита и в составе микроколоний) и нитей возрастала. Наибольшее содержание бактерий на детрите (26% от общей биомассы бактериопланктона) было зарегистрировано на ст. 6, а нитей (15% от общей биомассы бактериопланктона) – на ст.6 и ст.8. Соотношение различных групп бактерий в микробном сообществе нижнего течения реки Ильд и Рыбинского водохранилища отличались (таб. 3.11, 3.12). В речной воде существенно преобладали одиночные клетки бактерий, в то время как в водохранилище значительную долю в общей численности и биомассе составляли агрегированные бактерии.
Численность бактериопланктона в исследуемый период составляла 7.6 20.9106 кл./мл (в среднем 13.2106 кл./мл). Максимальный и минимальный объмы клеток различались в полтора раза. Величины биомассы бактериопланктона изменялись от 166 до 341 мг С/м3, составляя в среднем 232 мг С/м3. Минимальная и максимальная величины удельной скорости роста бактерий отличались в 1.5 раза. В итоге продукция бактериопланктона колебалась от 119 до 324 мг С/м3, в среднем составляя 197.3 мг С/м3 (табл. 3.13).
Соотношение различных групп бактериопланктона в общей численности и биомассе бактериопланктона реки Ока и Чебоксарского водохранилища существенно не отличалось. Колебания этих параметров на разных станциях на протяжении реки были незначительны (табл. 3.14, 3.15). В среднем, большая часть численности (85%) и биомассы (69%) бактерий была представлена одиночными клетками. Агрегированные формы составляли 15% общей численности и 30% суммарной биомассы. Доля нитей была незначительна. Таблица 3.14. Соотношение морфологических групп микроорганизмов в общей численности бактериопланктона в реке Ока
Сезонную динамику бактериопланктона изучали в открытой прибрежно-мелководной зоне у о. Чаячий в Малом Севане (ст. 8Л-1). С апреля по август количество бактерий изменялось в пределах (6.3-12.5) 106 кл./мл (табл. 3.16). Максимальное значение этого параметра было зарегистрировано в начале мая, а минимальное - в конце июня («фаза чистой воды»). Следует отметить, что в последнем случае бактерии имели наибольшие размеры – средний объм клеток составлял 0.176 мкм3. Минимальные объмы клеток и биомасса бактерий были обнаружены в конце апреля, а уже в начале мая биомасса достигала максимального за период исследования значения - 321 мг С/м3.
Сезонное распределение биомассы бактериопланктона было более равномерным, чем его численности, с чтко выраженным минимумом в конце апреля и максимумом в начале мая (табл. 3.16). В связи с этим важно отметить, что в конце апреля обнаружено максимальное количество делящихся клеток, которые составляли 2% общего количества бактерий. Это свидетельствует о том, что бактерии в этот период, совпадающий с увеличением температуры воды, активно размножались. Таблица 3.16. Численность (NB, 106 кл./мл), средний объем клетки (V, мкм3), биомасса (ВB), удельная скорость роста () и суточная продукция (PB) бактериопланктона на станции Чаячий остров озера Севан в 2009 г
Анализ результатов определения количества бактерий методом эпифлуоресцентной микроскопии позволил выявить особенности пространственного распределения бактериопланктона по акватории оз. Севан в современный период. Количественное развитие бактерий в водной толще озр зависит от взаимодействия множества биотических и абиотических факторов. Такие факторы как постоянное ветровое перемешивание и слабая изрезанность береговой линии способствуют выравниванию пространственного распределения гидрохимических и гидробиологических характеристик водной толщи. Тем не менее, в распределении бактерий можно выделить некоторые неоднородности. В октябре 2009 г. численность и биомасса бактериопланктона составляли в среднем, соответственно, (6.0 ±1.7) 106 кл./мл и 164±46 мг С/м3 (табл. 3.19) и были близки к таковым в июле 2007 г. Максимальные значения численности (9.8106 кл./мл) и биомассы (247 мг С/м3) обнаружены в прибрежно-мелководной зоне Малого Севана (ст. 3Л-1).
