Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Характеристика взаимодействий микроводорослей и сопутсвующей им бактери офлоры в природных ассоциациях (обзор литературы) 11
1.1. Водоросли как центры организации альгобактери-альных сообществ 11
1.2. Роль бактерий-спутников водорослей в регуляции симбиотических связей в альгобактериальных сообществах 20
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 25
2.1. Физико-географическая, гидрохимическая и морфо-метрическая характеристики исследуемых водоемов 25
2.2. Методы оценки общих гидробиологических показателей воды и степени органического загрязнения водоема 29
2.3. Методы выделения и лабораторного культивирования водорослей 37
2.4. Методы выделения, культивирования и идентификации бактерий-ассоциантов 40
2.5. Методы определения биологических свойств микроорганизмов альгобактериальных ассоциации 41
2.6. Методы сокультивирования водорослей и бактерий 46
2.7. Методы статистической обработки полученных результатов з
ГЛАВА 3. Эколого-трофическая характеристика аль гологических и бактериальных ценозов природных водоемов 50
3.1. Таксономический, эколого-географический, сапро биологический анализ, сезонная динамика видового раз
нообразия и количественных показателей фитопланктона исследуемых водоемов 50
3.2. Характеристика бактериопланктона исследуемых пойменных озер 72
3.3 Продукционно-деструкционные процессы в исследуемых пойменных водоемах 77
3.4. Информативные параметры для оценки уровня троф ности природных водоемов 84
ГЛАВА 4. Механизмы регуляции взаимодействий водорослей и бактерий-спутников в аль гобактериальных сообществах 93
4.1. Участие антилизоцимной активности микроорганизмов в формировании симбиотических связей в альгобак-териальном сообществе 96
4.2. Роль перекиси водорода и каталазной активности в формировании симбиотических связей в альгобактери-альных ассоциациях 98
Заключение 112
Выводы 120
Список основной использованной литературы
- Роль бактерий-спутников водорослей в регуляции симбиотических связей в альгобактериальных сообществах
- Методы оценки общих гидробиологических показателей воды и степени органического загрязнения водоема
- Характеристика бактериопланктона исследуемых пойменных озер
- Роль перекиси водорода и каталазной активности в формировании симбиотических связей в альгобактери-альных ассоциациях
Введение к работе
Актуальность работы. Среди известных в природе симбиозов наиболее древними и экологически значимыми считаются симбиотические ассоциации водорослей с гетеротрофными микроорганизмами (Зенова Г М идр,1995) Основными представителями гетеротрофных симбионтов водорослей в водных и почвенных экосистемах являются бактерии, видовой состав которых крайне разнообразен и зависит от различных факторов абиотической и биотической природы (Борисова Е В , Ногина Т М , 1997, Горобец ОБ и др , 2001)
Анализ механизмов взаимной регуляции водорослей и бактерий в альго-бактериальных ассоциациях создали представление о них как о сложно организованных системах, в которых водоросли как фототрофные микроорганизмы выполняют ценозообразующую функцию (Вольберг М М, 1988, Заварзин ГА, 2003)
Особое внимание при исследовании альгобактериальных ассоциаций уделяют метаболитам, выделяемым водорослями и бактериями-спутниками в процессе жизнедеятельности, поскольку они участвуют в формировании альго-бактериального сообщества и регулировании взаимоотношений между его членами (Зенова Г М и др , 1995, Сакевич А И , 1998, Huss V A R , 1999) Среди экзометаболитов водорослей описаны вещества различной химической природы, в том числе лизоцим, перекись водорода и др (Батовская Л О и др , 1988, Бухарин О В и др , 1997, Сиренко Л A , Carmichael W W , 1999, Клоченко П Д, 1999) В альгобактериальном сообществе обнаружена и описана функциональная система «лизоцим - антилизоцим», принимающая участие в его формировании и регуляции (Бухарин О В , Литвин В Ю 1997) Известно несколько вариантов лизоцим - антилизоцимных взаимодействий в альгобактериальных ассоциациях лизоцимактивный фототрофный компонент с антилизоцимактивным гетеротрофным партнером и наоборот Однако до сих пор не рассматривался вариант взаимодействия в системе «водоросль-бактерия», представленной только антилизоцимактивными партнерами
Ранее Саранговой А Б идр (1999) высказано предположение о наличии в микробных биоценозах системы «перекись водорода - каталазная активность» Однако не изучено участие этой системы в формировании и регулировании симбиотических связей в альгобактериальном сообществе
Все вышеизложенное определило цель и задачи данного исследования Цель работы Изучить разнообразие альгобактериальных сообществ природных водоемов и определить роль системы «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий» в ряду других биотических факторов в формировании симбиотических связей в альгобактериальных ассоциациях
Основные задачи
На основе результатов анализа видового состава фитопланктона выделить доминирующие виды водорослей и определить их бактериальных ассоци-антов,
Выявить связь уровня продукции каталазы с выживаемостью бактерий-симбионтов в ассоциации с водорослью,
Определить роль функциональных систем «лизоцим - антилизоцим», «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий» в формировании симбиотических связей альгобактериального сообщества,
Разработать модель, позволяющую дифференцировать сопутствующую водорослям бактериофлору на транзиторную и резидентную по уровню катд-лазной активности
Основные положения, выносимые на защиту:
1 Качественные и количественные показатели развития альгобактерио-
планктона пойменных озер реки Урал обусловлены гидрохимическими и эко
логическими условиями Информативные параметры биотической и абиотиче
ской природы позволяют оценить экологическое состояние водоемов
2 Система «перекись водорода водорослей - каталазная активность
бактерий» является одним из механизмов регуляции симбиотических связей в
альгобактериальных ассоциациях Каталазная активность симбионтов пригодна
для дифференциации транзиторной и резидентной бактериофлоры водорослей,
а также определения доминантных бактерий-спутников в альгобактериальных
ассоциациях
Научная новизна. На основании исследования планктонных сообществ пойменных озер Беленовское и Рудничное (Оренбургский район, Оренбургская область), различающихся по уровню антропогенной нагрузки, определен класс качества воды и трофический статус водоемов Выявлены доминирующие комплексы водорослей в каждом озере характерные для определенного биологиче -ского сезона Впервые для исследуемых водоемов оценена структура и динамика численности бактериопланктона Установлены различия в видовом разнообразии водорослей, количественных показателях развития фито- и бактериопланктона, интенсивности продукционно-деструкционных процессов анализируемых озер
Показано, что наряду с лизоцим - антилизоцимными взаимодействиями в жизнедеятельности альгобактериального сообщества принимает участие и функциональная система «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий», где перекись водорода водорослей, обладая способностью к окислительным реакциям, может инициировать гибель клеток, а также принимать участие в процессах самоочищения водоемов, а каталазная активность обеспечивает выживание микроорганизмов, участвуя в процессах регуляции взаимоотношений симбионтов Отмечено, что высокий уровень каталазной активности прокариот в ассоциации с водорослью позволяет бактериям-спутникам доминировать в альгобактериальном сообществе
Разработаны уравнения регрессии, позволяющие по уровню каталазной активности микроорганизмов дифференцировать сопутствующую водорослям бактериофлору на транзиторную и резидентную
Теоретическая и практическая значимость работы Получены новые сведения, имеющие теоретическое значение для понимания закономерностей формирования и регуляции взаимоотношений микроорганизмов в альгобактериальных сообществах Систему «перекись водорода водорослей - каталазная
активность бактерий» предложено рассматривать в качестве одного из механизмов регуляции симбиотических взаимодействий водорослей и бактерий
Практический аспект работы заключается в разработке алгоритма, позволяющего дифференцировать по уровню каталазной активности сопутствующую бактериофлору в альгобактериальной ассоциации на транзиторную и резидентную
Выделены и поддерживаются в чистой культуре 10 штаммов хлорококко-вых микроводорослей, которые включены в коллекцию культур микроорганизмов лаборатории природных микробиоценозов Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН (Акт № 16379-1255-104 от 29 05 2007) Культуры Monoraphidium arcuatum (Korsch ) Hind и Scenedesmus mangus var. mangus Mey-en из данной коллекции используются в качестве тест-объектов при определении влияния поллютантов на фотосинтетическую активность растений на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» Оренбургского государственного университета (Акт внедрения от 08 Об 2007)
Апробация работы
Основные результаты диссертационного исследования доложены и обсуждены на III Международной конференции «Актуальные проблемы современной альгологии» (Харьков, 2005), IX школе диатомологов России и стран СНГ «Морфология, систематика, онтогенез, экология и биогеография диатомовых водорослей» (пос Борок, Ярославской области, 2005), III Международной научной конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2006), научной конференции с международным участием «Водные ресурсы и организмы - 8» (Москва, 2006), IX Съезде Гидробиологического общества РАН (Тольятти, 2006), V Российской конференции «Перси-стенция микроорганизмов» (Оренбург, 2006), Международной конференции «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (Санкт-Петербург, 2006), 2-м Байкальском Микробиологическом Симпозиуме с международным участием «Микроорганизмы в экосистемах озер, рек и водохранилищ» (Иркутск, 2007), III Международной научной конференции «Озерные экосистемы биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» (Минск, 2007), III Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2007)
Публикации
По теме диссертации опубликовано 10 научных работ
Объем и структура диссертационной работы
Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы, главу по материалам и методам исследования, две главы собственных исследований, заключение, выводы, приложение на 10 страницах Библиографический указатель содержит 170 источников литературы, из них 136 отечественных и 34 зарубежных Текст иллюстрирован 11 таблицами и 38 рисунками, включая оригинальные микрофотографии
Связь работы с научными программами
Диссертационное исследование является фрагментом работы, проводимой в рамках научно-исследовательской темы открытого плана НИР ИКВС УрО РАН «Механизмы взаимодействий симбионтов в природных ассоциациях водных микроорганизмов» (№ гос регистрации 01 20 02 16537), программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Научные основы сохранения биоразнообразия России» (проект № БР-9-040)
Роль бактерий-спутников водорослей в регуляции симбиотических связей в альгобактериальных сообществах
Известно, что экзометаболиты водорослей влияют на продолжительность жизни отдельных микроорганизмов. Например, метаболиты Апа-baena variabilis приводят к удлинению лаг-фазы развития Bacillus mes-entericus, к сокращению продолжительности фазы экспоненциального роста этих микроорганизмов, что ускоряет их отмирание (Санитарная микробиология ..., 1985).
Исследованиями Тиберкевич Н.Я., Сакевич А.И. (1999) показано, что в лаг- и стационарной фазах роста водорослевых культур в их средах преобладают преимущественно высокомолекулярные экзометаболиты (углеводы, полисахариды, липиды, азотсодержащие вещества и др.), этот же период сопряжен со вспышкой роста бактерий в культуральных средах водорослей. Стимуляция массового развития сопутствующей бактериофлоры обусловлена тем, что экскретируемые водорослями высокомолекулярные метаболиты не могут утилизироваться водорослевыми клетками без помощи бактерий, благодаря экзоферментам которых данные соединения расщепляются до низкомолекулярных. В экспоненциальной фазе роста более 70 % выделений составляют органические кислоты (низкомолекулярные соединения), которые легко реутилизируются самими водорослями и не стимулируют развития сопутствующих бактерий, поэтому в экспоненциальной фазе отмечается подавление бактерий-спутников.
Водоросли также способны регулировать количество видов и численность бактериальных симбионтов при формировании и развитии альго-бактериального сообщества, об этом свидетельствуют изменения в составе бактерий-спутников в зависимости от физиологического возраста альгокультуры (Андреюк Е.И. и др., 1990). Показано, что «молодые» культуры водорослей отличаются большим видовым разнообразием гетеротрофного компонента, однако по мере старения культуры состав сопутствующей бактериофлоры становится более однородным. В старых культурах обнаруживаются бактерии 2 — 3 видов, как правило, это связывают с негативным воздействием продуктов распада старых клеток водорослей, действием высокого окислительно-восстановительным потенциала (Горобец О.Б. и др., 2001).
Взаимодействие водорослей и бактерий в лабораторных культурах и природных альгобактериальных ассоциациях включают как элементы симбиоза, так и антагонизма (Дзержинская И.С., 1993). Описано обратное (негативное) действие водорослей на сопутствующую микрофлору, когда водорослевые экстракты выступают лимитирующим фактором и проявляют бактериостатическую или бактерицидную активность, подавляя рост «нежелательных» микроорганизмов (Дудниченко Т.И., 1999).
Так, Гольдиным Е.Б., Гольдиной В.Г. (1999) установлено выраженное антибактериальное действие метаболитов водорослей Microcystis aeruginosa Kiitz. emend. Elenk., Platymonas viridis Rouch. и Nephrochloris sa-lina Carter по отношению к культурам Staphylococcus aureus, St. saprophytics, Proteus mirabilis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Vibrio para-cholerae. Аналогичный эффект подавления роста энтеробактерий отмечен у экстрактов галофильной водоросли Dunaliella salina, который выражается значительным падением численности жизнеспособных бактерий и укорочением сроков их выживания в рапе в присутствии дуналиеллы, что предположительно связано с бактерицидным действием белково-хлорофильного комплекса водоросли (Максимова И.В., Сидорова О.А., 1986; Герасименко Л.М. и др., 2003; Немцева Н.В. и др., 2006; Селиванова Е.А., 2007). Выявлено губительное действие экстрактов культуральных жидкостей Scenedesmus obligus, S. quadricauda и Chlorella vulgaris на рост условно-патогенных бактерий Staphylococcus aureus, Citrobacter, Pseudo-monas, Klebsiella (Санитарная микробиология ..., 1985).
Для многих групп водорослей характерна продукция хлорофилли-дов, являющихся производными хлорофилла и продуктов их фотохимического окисления. Хлорофиллиды обладают выраженной антибиотической активностью в отношении ряда грамположительных бактерий и поступают в культуральную среду, высвобождаясь при размножении клеток (Сидорова О.А., Максимова И.В., 1985; Бриттон Г.Н., 1986).
Антагонистический характер взаимодействия водорослей с сопутствующими микроорганизмами также может быть обусловлен лизоцимной активностью водорослей. Известно, что водоросли являются продуцентами обширной группы мурамидиз (лизоцимов) (Багнюк В.М. и др., 1983; Алехина Г.П., 1996; Бухарин О.В. и др., 1997). Бактерицидная активность лизоцима отмечена преимущественно в отношении грамположительных бактерий, что же касается грамнегативных микроорганизмов, то общеизвестна их устойчивость к воздействию мурамидаз (Бухарин О.В. и др., 1985). Продукция лизоцима выявлена у широкого круга водорослей, среди них синезеленые водоросли - Spirulina platensis, Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs., Mycrocystis flos-aquae (Wittr) Kirchn., Anabaena spiroides Klebs, A. angustus Bern; хлорококковые водоросли - Scenedesmus quadricauda (Turp) Breb, Ankistrodesmus angustus Bern., A. acicularis (A. Br.) Korsch., Pediasrum boryanum Тиф Menegh, а также диатомовые -Diatoma vulgare Bory, Synedra ulna (Nyzsch.) Ehr. (Алехина Г.П., 1996; Немцева H.B., 1998). Для того чтобы противостоять воздействию лизоцима у бактерий выработался защитный механизм - антилизоцимная активность.
Методы оценки общих гидробиологических показателей воды и степени органического загрязнения водоема
Согласно литературным данным (Алексахина Т.И., 1999; Баринова С.С., 2000; Романова О.Л., 2006; Трифонова И.С., 2006), водоросли считаются наиболее перспективным объектом для оценки состояния водных экосистем и среди них выделен широкий спектр индикаторных организмов, использование которых наряду с химическими анализами позволяет диагностировать состояние водоема в целом.
Руководствуясь вышеизложенным, параллельно с изучением таксономической структуры, количественных показателей и сезонной сукцессии фитопланктона исследуемых пойменных озер, также был проведен эколо-го-географичексий анализ альгофлоры водоемов. Данные исследования базировались на количественном учете водорослей-индикаторов местообитания, текучести воды, температуры, солености, рН и т.д. (Баринова С.С. и др., 2006).
По приуроченности к определенному местообитанию в альгофлоре исследуемых водоемов преобладала группа планктонно-бентосных организмов (типично планктонные виды, но в озерах имеющие донную или пе-рифитонную фазу в своем развитии (Вассер СП. и др., 1989). В озере Беленовское на долю таких планктонно-бентосных организмов приходилось 51,61% от общей численности фитопланктона, в озере Рудничное - 49,06% (рис. 8). Среди наиболее хорошо развивающихся в каждом из исследуемых водоемов планктонно-бентосных форм можно отметить Microcystis pul-verea (Wood) Forti emend. Elenk f. pulverea, Synechococcus elongatus Nag., Peridinium cinctum (O.F.M.) Ehr., Euglena proxima Dang., E. texta (Duj) Hub-ner var. salina (Fritsch) Popova, Phacus longicauda (Ehr.) Duj var. longicauda f. longicauda, Oocystis lacustris Chod., Monoraphidium arcuatum (Korsch.) Hind., M. contortum (Thur.) Kom.-Legn., Tetraedron minimum (A.Br.) Hansg. var. minimum, Coelastrum microporum Nag., Scenedesmus obliguus (Turp.) Kiitz. var. obliguus f. obliguus. Типично планктонные формы были представлены в меньшем количестве — 41,94% и 47,17% соответственно. В аль-гоценозах исследуемых озерах было выражено преобладание таких планктонных видов как Gomphosphaeria lacustris Chod. f. lacustris, Aphanizome-non flos - aquae (L.) Ralfs f. flos - aquae, Chrysococcus triporus Matv., Dino-bryon divergens Imh. var. divergens, Trachelomonas planctonica Swir. f. plane 58 tonica, Phacotus lenticularis Ehr., Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. var. quadricauda. Доля бентосных видов (бентосные — в широком смысле, связанные с субстратом (Баринова С.С. и др., 2006) оказалась незначительна, в Беленовском их количество не превышало 6,45% от общей численности, а в альгофлоре озера Рудничное — 3,77%. Массового развития среди них достигали Ochromonas mutabilis Klebs., Trachelomonas volvocina Ehr. var. volvocina.
По отношению к географической приуроченности подавляющая масса водорослей исследуемых пойменных озер представлена видами-космополитами (около 90% от общего состава индикаторных-видов в каждом из водоемов) (рис. 9). Также в исследуемых альгоценозах были обнаружены и не характерные для климата степной зоны голарктические формы, доля которых составила 8%. Это такие виды, как Peridiniopsis elpaiewskyi (Ostenf.) Bourrelly, Treubaria planctonica (G. V. Smith) Korsch., Tet-rachlorella alternans (G.M. Smith) Korsch., Scenedesmus apiculatus (W. Et G.S. West) Chod. var. apiculatus f. apiculatus и ряд других. Кроме того, в фитопланктоне каждого из озер были зарегистрированы и бореальные виды, представленные лишь двумя таксонами: Euglena bucharica I.Kissel, и Rhab-doderma lineare Schmidle et Laut. emend. Hollerb. var. lineare f. lineare в озере Беленовское, Euglena bucharica LKissel. и Anabaena lemmermannii P. Richt. в озере Рудничное.
По приуроченности к подвижности водных масс (реофильности) в фитопланктоне каждого из исследуемых водоемов лидирующее положение среди таксонов-индикаторов реофильности занимали индифференты — виды, населяющие стояче-текучие воды, численность которых достигала до 80% от общего числа индикаторных таксонов (Беленовское - 74,65%; Рудничное - 80%).
Характеристика бактериопланктона исследуемых пойменных озер
Беленовское в данный период, во-первых, может быть связан с тем, что деструкционные процессы протекают во всей толще воды, тогда как фотосинтез только в поверхностном горизонте; во-вторых, это можно объяснить высокими расходами кислорода на окисление аллохтонного органического вещества, поступающего в водоем, о чем также свидетельствует значительное преобладание в бактериопланктоне гетеро- и мезотрофных бактерий. В 2006 году ситуация в водоеме изменилась, продукционные процессы преобладали над деструкционными. Скорость минерализации органического вещества снизилась до отметки 1,97 мгСЬ/л «сутки (рис. 22).
Озеро Рудничное в 2005 году характеризовалось положительным биотическим балансом, продукционные и деструкционные процессы в водоеме были уравновешены. В 2006 году биотический баланс сместился, в озере был зафиксирован всплеск деструкционных процессов за счет пика деструкции (14,2 мгОг/л «сутки) в нижнем горизонте столба воды, где отмечалась максимальная численность отмирающего фитопланктона, представленного, главным образом, синезелеными водорослями рода Oscillatoria Vauch. ex Gom. (рис. 23).
На следующем этапе исследований на основе соотношения величин продукции и деструкции была предпринята попытка оценить качество воды в водоемах (Хромов В.М., 2004). В озере Рудничное в течение всего периода исследования соотношение продукция/деструкция было примерно равным единице, что свидетельствует об относительно благоприятной экологической обстановке. В озере Беленовское значение исследуемого параметра было равным единице только в 2006 году, тогда как в 2005 году исследования соотношение продукция/деструкция в этом водоеме было меньше единицы, что свидетельствует о значительном поступлении аллохтонного органического вещества и его участии в биотических процессах в водоеме (Бульон В.В., 1983). О и
Интенсивность процессов фотосинтеза и деструкции под площадью поверхности 1 м2 озеро Рудничное Таким образом, интенсивность продукционно-деструкционных процессов в исследуемых водоемах сильно различалась по годам. Исследуемые пойменные озера на основе величин первичной продукции и деструкци органического вещества по классификации Винберга (Винберг Г.Г., 1960) можно отнести к мезотрофным, однако, принимая во внимание видовое разнообразием и количественное развитие фитопланктона, а также соотношение эв-трофного и олиготрофного бактериопланктона, озеро Беленовское следует классифицировать в большей степени как эвтрофный водоем.
При оценке трофического статуса водоемов используют широкий спектр лимнологических индикаторов трофности, в том числе содержание растворенного и взвешенного органического вещества в воде, количество общего фосфора и общего азота, уровень первичной продукции фитопланктона, численность, биомасса и видовой состав фитопланктона, содержание хлорофилла а, прозрачность воды по диску Секки, численность и развитие бактериопланктона, биомасса зоопланктона и зообентоса и т.д. (Винберг Г.Г., 1960; Бульон В.В., 1983; Китаев СП., 1984; Трифонова И.С., 1990; Мусатов А.П., 2001; Заварзин Г.А., 2003; Минеева Н.М., 2004; Watson S. at el., 1997). Однако исследования, проводимые по описанным выше методикам, для определения уровня трофности природных водоемов и класса качества воды крайне трудоемки и требуют больших затрат времени и сил на обработку и анализ всего собранного фактического материала (Унифицированные методы ..., 1983; Оксиюк О.П. и др., 1993; Моисеенко Т.И. и др., 2006). Все это в значительной степени задерживает получение результатов и усложняет мониторинг. Исходя из выше изложенного, была предпринята попытка выделить информативные параметры, которые могут быть использованы для оценки трофического статуса водоемов (озер) и позволят упростить существующий способ определения трофности.
Принимая во внимание, что одним из наиболее чувствительных компонентов водной экосистемы к различным загрязнителям является фитопланктон, а потому все изменения в водоемах, в том числе и эвтрофирование, в первую очередь отражаются на структуре и функционировании водорослевых сообществ (Трифонова И.С., 1990; Баринова С.С. и др., 2006), материалом для исследований послужили результаты многолетних наблюдений за динамикой качественных и количественных показателей фитопланктона пойменных озер Беленовское и Рудничное (Степанова Т.Н., 1988).
Для каждого из исследуемых водоемов были изучены видовой состав фитопланктона, сезонная динамика численности и биомассы, определены доминирующие комплексы водорослей, рассчитаны индексы видового разнообразия Шеннона и Симпсона, оценена интенсивность продукционно-деструкционных процессов (Степанова Т.Н., Шабанов СВ., 1995; Степанова Т.Н., 2000; Яценко-Степанова Т.Н. и др., 2005; Яценко-Степанова Т.Н., Шабанов СВ., 2006). С использованием перечисленных выше параметров и ранее описанных методик определен трофический статус исследуемых озер: озеро Рудничное по шкале трофности отнесено к мезотрофным водоемам; озеро Беленовское - к эвтрофным.
Количественные данные, накопленные в течение всего периода наблюдений для каждого из исследуемых водоемов, были подвергнуты статистической и математической обработке с использованием пакета программ Exel 2003, Statistika 6,0 for Windows XP.
Роль перекиси водорода и каталазной активности в формировании симбиотических связей в альгобактери-альных ассоциациях
Анализ сокультивирования хлорококковой водоросли Coelastrum mi-croporum с дериватами Escherichia coli, различающимися по наличию гена, кодирующего каталазную активность (штаммы Um 1, Cat" и CSH 7, Cat+), выявил, что каталазная активность микроорганизмов способствует выживанию бактерий, ассоциированных с водорослями.
В результате сокультивирования хлорококковой водоросли Scenedesmus obliquus var. obliquus f. obliquus и ассоциированных с ней бактерий (Acetobacter sp., Microbacterium sp., Pseudomonas sp., Pseudomonas alcaligenes, Arthrobacter sp.), обнаружена зависимость между уровнем каталазной активности и выживаемостью бактерий-симбионтов. Отмечено, что высокий уровень продукции исследуемого признака позволяет бактериям-спутникам преобладать в альгосообществе.
Таким образом, установлено, что в формировании симбиотических связей между автотрофным и гетеротрофным компонентом альгобактери-альной ассоциации наряду с другими биотическими факторами принимают участие и функциональные системы «лизоцим-антилизоцим», «перекись водорода водорослей — каталазная активность бактерий». Полученные данные представляют интерес в теоретическом аспекте, расширяя представление о механизмах формирования альгобактериальных ассоциаций.
Практический аспект работы заключается в разработке алгоритма, позволяющего по уровню каталазной активности дифференцировать сопутствующую бактериофлору в альгобактериальной ассоциации на тран-зиторную и резидентную. К числу резидентной бактериофлоры с учетом проведенных расчетов были отнесены бактериальные симбионты с высоким уровнем исследуемого признака (свыше 3,5 мкМ/минхОД), тогда как все остальные бактерии-спутники в альгобактериальной ассоциации рассматривались как транзиторная бактериофлора. Сходная тенденция описана в работе Сгибнева А.В. (2002), изучавшего механизмы регуляции активности бактериальной каталазы микроорганизмов тела человека. Им показано, что распространенность и выраженность способности ингибиро-вать бактериальную каталазу выше у резидентной нормофлоры, чем у транзиторных микроорганизмов. Среди представителей нормофлоры преобладают преимущественно штаммы с высоким и средним уровнем исследуемого признака, тогда как транзиторные микроорганизмы характеризуются низким уровнем.
Другой аспект работы состоит в том, что на основании результатов статистического и математического анализа данных многолетних наблюдений за динамикой качественного и количественного развития фитопланктона пойменных озер была выделена группа из шести информативных параметров, которые могут быть использованы при определении трофического статуса водоемов. Среди них параметры биотической (водоросли Crucigenia tetrapedia (Kirchn.) W. Et G.S. West, Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. var. quadricauda, Trachelomonas volvocinopsis Swir.) и абиотической (среднедекадная температура воздуха, количество осадков за декаду, прозрачность) природы. Выбор водорослей в качестве информативных биотических параметров при оценке трофности водоема не случаен. По 118 скольку водоросли составляют основу трофической пирамиды и первыми в трофической цепи реагируют на различные загрязнители, а также все изменения, протекающие в водоемах, в том числе и эвтрофирование (Трифонова И.С., 1990; Баринова С.С. и др., 2006; Бакаева Е.Н., Никаноров A.M., 2006).
Другим прикладным аспектом работы является активное использование чистых культур хлорококковых микроводорослей, выделенных из природных водоемов и поддерживаемых в лабораторных условиях, при изучении механизмов формирования альгобактериальных ассоциаций.
Установлено, что анализируемые культуры водорослей обладают ан-тилизоцимной и антагонистической активностью. Наличие антилизоцим-ной активности делает исследуемые штаммы перспективными в плане их использования при изучении механизмов симбиотических взаимодействий лизоцимпродуцирующего и антилизоцимактивного компонентов в альго-сообществе и гидробиоценозе. Обладая антагонистической активностью микроводоросли способны подавлять рост «нежелательных» микроорганизмов и регулировать, таким образом, количество и численность гетеротрофного компонента в альгобактериальном ценозе. Кроме того, антагонистическая активность микроводорослей имеет значение в прикладном аспекте, поскольку водоросли, обладающие данным признаком, способны подавлять развитие условно-патогенных и энтеропатогенных санитарно-показательных бактерий, что обуславливает их активное участие в самоочищении природных водоемов.
Все исследуемые штаммы микроводорослей, будучи фототрофны-ми организмами, являются продуцентами перекиси водорода. Обнаруженное свойство делает коллекционные культуры водорослей перспективными как в практическом аспекте - использование водорослей в системе искусственной очистки воды (перекись водорода водорослей способствует переводу примесей в воде в окисленное состояние, активируя процессы само 119 очищения (Скурлатов Ю.И., 1988; Вассер СП. и др., 1989), так и в теоретическом - при изучении механизмов взаимодействия водорослей и бактерий в альгобактериальном сообществе, с участием функциональной системы «перекись водорода водорослей - каталазная активность бактерий -симбионтов».
Подводя итог проведенному исследованию, следует отметить два основных момента: - на основании анализа качественного и количественного развития фитопланктона пойменных водоемов выделена группа информативных параметров биотической и абиотической природы, которые могут быть использованы при оценке трофического статуса водоемов; - функциональные системы «перекись водорода водорослей — каталазная активность бактерий», «лизоцим - антилизоцим» наряду с другими биотическими факторами способствуют выживанию симбионтов и участвуют в формировании симбиотических связей в альгобактериальных ассоциациях.
