Садчиков А.П.
Международный биотехнологический центр МГУ им. М.В.Ломоносова; 119991, Москва, Ленинские горы, дом 1, корп. 12.
E-mail: aquaecotox@yandex.ru
// Материалы по флоре и фауне Республики Башкортостан. 2016. № 12. C.37-42.
Резюме. Общая поверхность детрита в водоемах разной трофности достигает 20-30 м2 в одном м3 воды. Детрит имеет в основном альгогенное происхождение, размер детрита в эпилимнионе не превышает 30-50 мкм, а скорость его оседания составляет менее 1 м/сутки. Появление в среде детрита и бактериальных агрегатов после отмирания фитопланктона приводит к увеличению интенсивности деструкционных процессов.
Ключевые слова. Бактериопланктон, агрегированные бактерии, детрит, гетеротрофная активность бактерий, деструкция органического вещества.
Детрит является важной составляющей частью толщи воды. Общая поверхность детрита в водоемах разной трофности достигает 20-30 м2 в одном кубическом метре воды, а иногда и больше. В большинстве водоемов детрит имеет в основном альгогенное происхождение. На это указывают увеличение численности детрита сразу же после отмирания фитопланктона. Межгодовые различия количества детрита в водоемах коррелируют с биомассой фитопланктона (Садчиков, 1989; Садчиков, Ануфриев, 1991).
Размер детрита, находящегося в толще воды (в эпилимнионе) не превышает 30-50 мкм. Скорость его оседания составляет менее одного метра в сутки. В мелких водоемах (прудах), где небольшая турбулентность, скорость оседания может быть несколько больше. Отмирание водорослей в водоемах приводит к появлению в среде агрегированных бактерий: колониальных и детритно-бактериальных ассоциаций (ДБА). Развитие колониальных бактерий осуществляется на слизистых агрегатах (слизи) образующихся при отмирании водорослей. По-видимому, образованию слизистых агрегатов способствует турбулентность, а также физико-химичествие свойства воды (Куликов и др., 1990; Садчиков и др., 1990).
Методика исследований.
Для определения структуры бактериопланктона отбирали интегрированные пробы воды в слоях 0-3 м, 3-7 м и 7-10 м. В небольшом пруду пробы отбирали с глубин 0,5 м и 2 м. Воду фильтровали через отечественные поликарбонатные фильтры с порами диаметром 0,2 мкм при разрежении 30 мм. рт. ст. Затем фильтры окрашивали акридиновым оранжевым и подсчитывали на них количество бактерий (одиночные клетки, колонии: 5-10 бактериальных клеток, 10-20 кл., 20-30 кл. и более 30 клеток), а также частицы детрита размером до 10 мкм, 10-50 мкм и более 50 мкм. Кроме того, подсчитывали количество бактерий, прикрепленных к частицам планктонного детрита. Колонии с количеством клеток менее 5 относили в группу одиночных клеток. Для подсчета бактерий использовали эпилюминесцентный микроскоп МЛД-2 (увеличение 900х).
Продукцию бактерий определяли, оценивая прирост их численности при отсутствии выедания зоопланктоном (Иванов, 1955). Для удаления зоопланктона воду фильтровали через мельничное сито № 76. Склянки объемом 150 мл экспонировали на горизонтах отбора проб в течение 6 часов, после чего численность бактерий определяли по методике описанной выше. Бактериальную продукцию рассчитывали по формуле Ю.Э.Романовского, Л.В.Полищука (1981). Для определения размера бактерий 5 раз в течение сезона измеряли по 1000 клеток и рассчитывали их средний размер. Отбор проб по сбору детрита обычно проводят в 100 м и более от берега, чтобы не сказывалось влияние литорали водоема. Седиментационный детрит собирали через каждые 3-4 дня в сосуды (диаметр 40 мм, высота 300 мм), установленные на глубинах 3 м, 7 м и 10 м (в глубоком водохранилище) и на 0,5 м, 2 м (небольшой пруд). Время сбора 1 сутки. Детрит концентрировали центрифугированием в течение 5-10 минут при 5000 об./мин, высушивали до постоянного веса и взвешивали. Интегрированную пробу воды в слоях 0-3 м, 3-7 м и 7-10 м фильтровали через мембранные фильтры с порами диаметром 0,2 мкм и после окраски акридиновым оранжевым, определяли количество планктонного детрита, его размерные группы (до 10 мкм, 10-15 мкм и более 50 мкм) в эпилюминесцентном микроскопе МЛД-2 (увеличение 900х). Численность бактерий на седиментационном детрите определяли по методу Звягинцева, Кожевина (Методы …, 1980). Для определения физиологической активности бактерий использовали метод, основанный на включении активными клетками флуоресцеиндиацетата (ФДА) (Куликов и др., 1989). Суть метода заключается в том, что под действием ферментов бактерий высвобождается флуоресцеин, который и вызывает свечение физиологически активных клеток (Schnurer, Rasswall, 1982; Swisher, Carrol, 1980).
Результаты исследований.
Детрит собирали в сосуды, повешенные на глубинах 3, 7 и 10 метров. Пробы отбирали через каждые 3-4 дня, время сбора детрита составляло 1 сутки. Детрит, собранный в седиментационные ловушки, в дальнейшем будем называть седиментационный детрит. Часть седиментационного детрита отбирали для определения общей активности бактерий, другую – использовали для определения общей численности бактерий, а также численности метаболические активных бактерий с помощью эпилюминесцентной микроскопии. Численность бактерий на седиментационном детрите определяли по методу Звягинцева, Кожевина (Методы …, 1980). Навеску влажного детрита разводили стерильной дистиллированной водой (1:10), после чего обрабатывали на измельчителе тканей (РТ-2) при 5000 об./мин. Полученную суспензию переносили в мерный цилиндр и после 2-х минутного отстаивания отбирали 2 мл и разводили стерильной дистиллированной водой так, чтобы конечное разведение составляло 1:1000. Далее воду энергично встряхивали, после чего пипеткой отбирали 1 мл суспензии и фильтровали через мембранный фильтр (диаметр пор 0,2 мкм) при разрежении 30 мм. рт. ст. Затем бактерий на фильтрах окрашивали акридиновым оранжевым и подсчитывали на них численность бактерий. Чтобы исключить свечение самих фильтров их предварительно выдерживали в насыщенном спиртовом растворе Судана черного Б (Харламенко, 1984). Препарат ФДА (фирма Sigma) растворяли в ацетоне для спектрофотометрии (концентрация 2 мг/мл) и хранили в холодильнике. Для определения численности метаболически активных бактерий к 100 мг влажного детрита добавляли 9 мл 0,6 мМ стерильного раствора фосфатного буфера (рН 7,6), в котором содержался ФДА в концентрации 10 мкг/мл. Затем пробу инкубировали при температуре 20оС в течение 30 минут. Дальнейшую обработку проводили по методике учета общей численности бактерий. Прирост численности бактерий за 30 минут инкубации был незначительным и колебался в пределах 0,23±0,02 млн. кл./г детрита (т.е., 0,01-0,004% общей численности).
Для определения общей активности бактерий на детрите брали 1 г влажного детрита, помещали в градуированную колбу и доливали до объема 100 мл 0,6 мМ раствором стерильного фосфатного буфера, после чего доливали 0,5 мл концентрированного раствора ФДА (2 мг/мл). Колбу помещали в механическую качалку и инкубировали в течение 1-2 часов при температуре 20оС. После инкубации седиментационный детрит удаляли путем центрифугирования при 5000 об./мин. Супернатант профильтровывали через мембранный фильтр «Сынпор» № 3 (диаметр пор 1,4 мкм). Определение количества ФДА в бактериях проводили по регистрации оптической плотности при длине волны 490 нм (А490) на спектрофотометре (объем кюветы 1 мл). А490 является относительной величиной активности бактерий, обитающих на детрите. Для сравнения активности седиментационной микрофлоры использовали такой показатель, как удельная активность бактерий – отношение показателя общей активности А490 к числу метаболически активных клеток, обитающих на одном грамме седиментационного детрита.
В водоемах разной трофности 70-80% бактерий представлены одиночными клетками, и только небольшая часть – в виде колоний и ДБА. Колониальные бактерии (а это 4-16 клеток в агрегатах) в относительно больших количествах представлены в середине и конце лета во время развития или отмирания синезеленых. Их формирование осуществляется за счет коллоидных микрочастиц (невидимых в обычный световой микроскоп), вокруг которых формируются бактериальные клетки. Это подтверждает тот факт, что в фильтрате (после фильтрации воды через фильтры с порами 0,1 мкм) этого не происходит.
Несмотря на, казалось бы, небольшое число агрегированных бактерий их гетеротрофная активность (по потреблению меченых по 14С низкомолекулярных органических соединений) в 2-18 раз выше, чем аналогичные показатели одиночных бактерий (Садчиков, Куликов, 1992а, б). Таким образом, появление в среде детрита и бактериальных агрегатов после отмирания фитопланктона способствует увеличению интенсивности деструкции органического вещества, а, соответственно, и самоочищению природных водоемов.
Литература
Иванов И.М. Метод определения продукции бактериальной биомассы в водоеме. // Микробиология, 1955. Т. 24, вып. 1. С. 79-89.
Куликов А.С., Садчиков А.П., Максимов В.Н. Общая активность бактерий седиментационного детрита, измеренная с помощью флуоресцеиндиацетата // Микробиол. журнал, 1989. Т. 51, № 5. С. 7-11.
Куликов А.С., Садчиков А.П., Максимов В.Н. Структура детрита и ассоциированные с ним бактерии в двух разных по трофности водоемах // Биологические науки, 1990. № 8. С. 85-93.
Методы почвенной микробиологии и биохимии – М.: Изд-во. Моск. ун-та, 1980, 224 с.
Романовский Ю.Э., Полищук Л.В. Связь параметров динамики численности с продукционными характеристиками популяций мелких водных организмов / В кн. «Основы изучения пресноводных экосистем». – Л.: Наука, 1981. С. 58-65.
Садчиков А.П. Размерная структура сестона (водоросли, бактерии, детрит) как показатель кормовой базы зоопланктона // Bulletin Universiti of agriculture in Prague, 1989, № 4. С. 72-75.
Садчиков А.П., Ануфриев В.А. Структурные характеристики бактериопланктона и детрита в мезо– и эвтрофном водоемах // Биологические науки, 1991, № 11. С. 67-72.
Садчиков А.П., Куликов А.С., Максимов В.Н. Структура бактериопланктона в двух разных по трофности водоемах // Биологические науки, 1990, № 3. С. 79-85.
Садчиков А.П., Куликов А.С. Утилизация прижизненных и посмертных выделений Chlorella vulgaris бактериальным сообществом // Биологические науки, 1992а. № 7. С. 29-36.
Садчиков А.П., Куликов А.С. Утилизация посмертных выделений фитопланктона бактериальным сообществом // Гидробиол. журнал, 1992б. Т. 28, № 5. С. 16-21.
Харламенко В.И. Определение численности и биомассы бактерий эпифлуоресцентным методом с использованием отечественных микрофильтров // Микробиология, 1984. Т. 53, вып. 1. С. 165-166.
Schnurer J., Rasswall T. Fluorescein diacetate hydrolysis as a measure of total microbialactivity in soil and litter // Appl. And Environ. Microbial. 1982. Vol. 43. N 6. P. 1256-1261.
Swisher R., Carrol G. C. Fluorescein diacetate hydrolysis as an estimator of microbial biomass on coniferous needle surfaces // Microbiol. Ecol. 1980. Vol. 6. N 3. P. 217-226.