Введение к работе
Актуальность работы Водоемы с повышенной соленостью широко распространены по всему земному шару и в силу своих лечебных свойств широко используются в мировой курортологии (Williams W D, 1981) Гиперосмотическая среда является ведущим фактором формирования специфического биоценоза, структура которого значительно отличается от пресноводной биоты (Borowitzka L J , 1981, Ventosa A et al, 1999) Микроорганизмы, населяющие соленые водоемы активно изучаются и описаны в ряде работ (Кашнер Д, 1981, Звягинцева ИС, 1989, Зотина Т А , 2000, Bnsou J , Courtois D , Denis F , 1974, Post F J , 1981, Oren A , 1999, Ventosa A , Arahal D R, 1999, Timms V , 2007) На территории Оренбургской области находится группа соленых озер, являющихся базой для Соль-Илецкого грязе-рапного курорта Хорошо изучены температурный режим, химический состав этих озер, описаны основные представители бактериопланктона озера Развал (Абдрахманов А Р, 2001), водорослей и простейших Соль-Илецких озер (Блюмина Л С, 1958, Шабанов С В , 2001, Плотников А О , 2002), однако комплексную оценку структуры планктонных биоценозов этих водоемов не проводили
Водные микроорганизмы взаимодействуют между собой, формируя тесное сообщество за счет биотических связей, прежде всего трофических (Горленко В М, Дубинина Г А , Кузнецов С И , 1977) Подобные взаимоотношения в экстремальных условиях приобретают особое значение, так как необходимы для выживания микробиоценоза (Дубинин А В и др, 1992) Поэтому представляет интерес оценка численности отдельных эко-лого-трофических групп микроорганизмов, а также интенсивности процессов продукции и деструкции как интегральных параметров трофических взаимодействий в планктонных сообществах соленых озер
Наряду с трофическими связями ранее была показана роль биологических свойств гидробионтов в симбиотических взаимодействиях «лизо-цим - антилизоцим», «гистон - антигистон» (Бухарин О В и др, 2002, 2003) Однако роль этих свойств в симбиотических взаимодействиях микроорганизмов в гипергалинных экосистемах остается неясной
Открытым остается вопрос о самоочищении гипергалинных водоемов Известно, что высокая концентрация соли в воде способствует гибели или значительному замедлению роста бактерий, на чем основаны представления ряда исследователей о способности гиперсоленых водоемов к самоочищению (Бояндин АН и др , 2000) Ранее были определены сроки освобождения озера Развал от энтеробактериального загрязнения (Абдрахманов А Р , 2001) Однако сведения об участии аутохтонных микроорганизмов в этом процессе отсутствуют
Все вышеизложенное определило цель и задачи данного исследования
Цель работы. Оценить роль трофических и симбиотических взаимодействий в выживании аутохтонной и аллохтонной микрофлоры в планктонных биоценозах соленых водоемов (на примере Соль-Илецких озер)
Основные задачи:
Охарактеризовать структуру планктонных микробиоценозов соленых озер с разной степенью минерализации
Выделить эколого-трофические группы в водоемах с различной соленостью На основании показателей продукции и деструкции органического вещества оценить трофические связи в микробиоценозе
Оценить экспрессивность и пенетрантность ряда биологических свойств (антилизоцимной, лизоцимной, антигистоновой, антагонистической активности) доминирующих таксонов гидробионтов
В эксперименте оценить роль некоторых биологических свойств в процессах выживания аутохтонной и аллохтонной микрофлоры в планктонных сообществах гипергалинных водоемов
Основные положения, выносимые на защиту:
Структура микробиоценозов соленых водоемов, характер трофических и симбиотических взаимодействий микроорганизмов зависят от уровня минерализации
Исход симбиотических взаимодействий автохтонных и аллохтон-ных микроорганизмов определяется соотношением протективного и антагонистического эффектов, регулирующих выживание бактерий в гипергалинных водоемах и обуславливающих сроки их самоочищения
Научная новизна. На основании комплексной характеристики планктонных сообществ соленых озер (Соль-Илецк, Оренбургская область) установлена зависимость структуры микробиоценозов от уровня минерализации и трофического статуса водоема Определены доминирующие виды планктонных бактерий, водорослей, простейших, характерные для соленых водоемов Малое Городское, Дунино, Развал В трофической цепи гипергалинного озера Развал наряду с продуцентами и редуцентами, впервые выделено звено консументов, представленных гетеротрофными жгутиконосцами Жгутиковые простейшие Pleurostomum salmum Namyslowski, 1913, «Macropharyngomonas aff halophila», Halocafeteria sp обнаружены впервые на территории России
Определен трофический статус Соль-Илецких водоемов, продуктивность которых по мере увеличения солености снижается
У галофильных и галотолерантных микроорганизмов выявлены биологические свойства (антилизоцимная, антигистоновая активности) Экспрессивность и пенетрантность этих признаков различается у бактерий в зависимости от потребности в органическом веществе, галотолерантности и уровня минерализации водоема В формировании гетерогенности популяции бактерий по персистентным свойствам принимают участие про-
стейшие, роль которых усиливается по мере уменьшения солености У планктонных простейших в гипергалинных водоемах установлено наличие лизоцима и гистонов, а у бактериий - антилизоцимной и антигистоновой активности, являющихся компонентами функциональных систем «лизо-цим-антилизоцим», «гистон-антигистон», участвующих в формировании микробиоценозов
Выявлены разнонаправленные эффекты автохтонных водорослей, гетеротрофных жгутиконосцев и бактерий на выживание аллохтонной микрофлоры в гиперосмотических условиях
Разработан способ выделения и культивирования галофильных и га-лотолерантных гетеротрофных жгутиконосцев (заявка № 2006143505/13 ФИПС РФ, Бюл № 9 27 03 2007)
Теоретическая и практическая значимость
Получены новые сведения, имеющие теоретическое значение для расшифровки симбиотических взаимоотношений микроорганизмов в планктонных сообществах при экстремальных условиях повышенной солености Новые данные о составе гетеротрофных жгутиконосцев, являющихся единственными консументами в водоемах с экстремальной соленостью, дополняют современные представления об эколого-биологических особенностях этой группы микроорганизмов
Результаты экспериментальных и натурных исследований, свидетельствующие о влиянии автохтонных микроорганизмов на выживание ал-лохтонных бактерий, необходимо учитывать при оценке санитарно-экологического состояния соленых водоемов и планировании природоохранных и противоэпидемических мероприятий
Разработанный способ выделения и культивирования галофильных и галотолерантных гетеротрофных жгутиконосцев апробирован и внедрен в работу лаборатории природных микробиоценозов Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН (Акт внедрения № 16379-2114-65 от 12 04 2007) для выделения галофильных и галотолерантных гетеротрофных жгутиконосцев из водоемов с различной минерализацией и для культивирования протестов
Выделенные чистые культуры галофильной водоросли Dunahella salina и гетеротрофных жгутиконосцев включены в коллекцию культур ИКВС УрО РАН как перспективные источники биологически активных веществ (Акт внедрения № 16379-2114-66 от 12 04 2007)
Апробация работы
Основные результаты исследования доложены и обсуждены на конференции молодых ученых России с международным участием «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2004), международной конференции «Природное наследие России изучение, мониторинг, охрана» (Тольятти, 2004), научных конференциях с международным участием «Водные экосистемы и организмы-6» и «Водные экоси-
стемы и организмы-8» (Москва, 2004, 2006), всероссийской конференции молодых ученых «Экология от генов до экосистем» (Екатеринбург, 2005),
Российской конференции «Персистенция микроорганизмов» (Оренбург, 2006), IX съезде Гидробиологического общества РАН (Тольятти, 2006), III межрегиональной конференции молодых ученых «Стратегия взаимодействия микроорганизмов и растений с окружающей средой» (Саратов, 2006),
European Congress of Protistology (Санкт-Петербург, 2007)
Публикации
По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 работы - в изданиях, рекомендованных ВАК, заявка на изобретение «Способ выделения и культивирования галофильных и галотолерантных гетеротрофных жгутиконосцев» (заявка № 2006143505/13 ФИПС РФ, Бюл №9 27 03 2007)
Объем и структура диссертационной работы
Диссертация изложена на 186 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы, главу по материалам и методам исследования, четыре главы собственных исследований, заключение, выводы, приложения Библиографический указатель содержит 199 источников литературы, из которых 102 отечественных и 97 иностранных Текст иллюстрирован 16 таблицами и 60 рисунками, включая оригинальные микрофотографии и электронограммы
Связь работы с научными программами
Диссертационное исследование является фрагментом работы, проводимой в рамках научно-исследовательской темы открытого плана НИР ИКиВС 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), гранта РФФИ «Технология получения из гиперсоленых Соль-Илецких озер (Оренбургская область) культуры и наращивания биомассы водоросли Dunahella sahna» (№ 06-04-96920-р_офи)
