CC BY
33
Труды ИБВВ РАН, вып. 74(77), 2016
УДК 574.586+581.526.3(282.247.413.5)
БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ОБРАСТАНИЯ МАССОВЫХ ВИДОВ ВЫСШИХ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
И. В. Рыбакова
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: [email protected]
По результатам многолетних наблюдений проведен сравнительный анализ общей численности и биомассы эпифитного бактериального сообщества и количественного соотношения, различных по физиоло-го-трофическим свойствам микроорганизмов в обрастаниях трех экологических групп макрофитов.
Показано, что доля эпифитной бактериальной массы в Рыбинском водохранилище на площади прибрежного мелководья, заселенного высшими водными растениями, рассчитанная в столбе воды над 1 м2 выше, чем масса бактериопланктона, при этом большая часть обрастаний развивается на растениях гелофитах (53.3%), образующих большие площади зарослей.
Ключевые слова: эпифитон, макрофиты, гидрофиты, гелофиты, гигрогелофиты.
ВВЕДЕНИЕ
За последние 20 лет многие мелководья Рыбинского водохранилища, по данным гидроботаников, перестают быть частью акватории водохранилища и переходят в заболоченный берег, в годы с высоким летним уровнем воды снова присоединяясь к акватории. Водная растительность стала занимать более глубоководные места, где она адаптируется к повышенным глубинам, разрастается и способствует подъему дна за счет усиления процессов осадконакопления. Все это приводит к значительному увеличению степени зарастания водоема, свидетельствуя о тенденции медленного сокращения акватории водохранилища. Степень зарастания Рыбинского водохранилища в 2009 г. (4.1% площади водохранилища) по сравнению с 2003 г. (1.2% площади водохранилища) увеличилась в 3.4 раза (Pap-chenkov, 2013). Гидробионты непосредственно используют только небольшой процент биомассы водных макрофитов, а основная масса продуцируемого ими органического вещества подвергается деструкции гетеротрофными микроорганизмами, количество которых достигает значительных размеров (Инкина, 1989; Олейник,1991; Ковальчук, Мальцев, 2001; Federle, Vestal, 1980; Jefferson Hall, et. al., 2000). С возрастанием биомассы макрофитов происходит возрастание количества бактериопланк-тона зарослей макрофитов и бактериоэпифитона, что должно приводить к увеличению общей численности и биомассы гетеротрофных микроорганизмов водоема (Якушин, 1996; Rybakova, 2010). В связи с этим исследования гетеротрофных микроорганизмов биотопов зарослей высших водных растений водохранилища, в современный период, своевременны и актуальны. Целью работы было определение численности и биомассы гетеротрофным микроорганизмов, ассоциированных с разными экологическими группами высших водных растений в Рыбинском водохранилище, а также выявление трофических особенностей бактериального эпифитона.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Материал для исследования был собран в мелководных участках (глубины 0,7-1,0 м) Рыбинского водохранилища в летне-осенний период 2000-2006 гг. Изучали эпифитон девяти растений из разных групп макрофитов: полупогруженные виды — Камыш озерный (Scirpus lacustris L.), Камыш укореняющийся (Scirpus radicans Schkuhr), Осока острая (Carex acuta), Ситняг болотный (Eleocharis palustris L.), Тростник обыкновенный (Phragmites australis); виды с плавающими листьями — Горец земноводный (Persicaria amphibia), Стрелолист обыкновенный (Sagittaria sagittifolia L.); погруженные — Рдест пронзеннолистный (Potamogeton perfoliatus), Уруть колосистая (Myriophyllum spicatum L.). Каждая проба содержала части растений с нескольких экземпляров. Эпифитон смывали с поверхности макрофитов водой, предварительно профильтрованной через фильтр с диаметром пор 0.17 мкм. Для определения численности микроорганизмов разных физиолого-трофических групп, сразу после отбора обрастаний производили посевы на элективные питательные среды (Романенко, Кузнецов, 1974), а часть пробы фиксировали глутаральдегидом до конечной концентрации 2% и хранили в темноте при температуре 4оС для дальнейшей обработки.
Численность и размеры гетеротрофных бактерий определяли методом эпифлуоресцентной микроскопии с использованием флуорохрома DAPI и черных ядерных фильтров с диаметром пор 0.17 мкм (Porter, 1980). Препараты просматривали при увеличении в1000 раз под эпифлуоресцентным микроскопом ЛЮМАМ РПО-11. Биомассу бактерий рассчитывали, как произведение общей численности и среднего объема бактериальной клетки.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Определение общей численности (К) и биомассы (В) бактериального эпифитона проводили у двух видов растений (рдест и уруть) из группы погруженных высших водных растений (ВВР), у двух видов растений (стрелолист, горец) из группы плавающих ВВР и 5 видов растений (тростник, ситняг, осока, камыш озерный и укореняющийся) из группы полупогруженных ВВР. Расчет производили на вес растения и на квадратный сантиметр его поверхности.
Рдест. В периоды исследования численность бактерий в обрастаниях рдеста в течение июля -октября изменялась от 264 млн. кл./г (30.08.2000 г.) до 4484 млн. кл./г (29.09.2003 г.) или от 6.9 млн. кл./см2 (30.08.2000 г.) до 116.5 млн. кл./см2 (29.09.2003 г.). В среднем для 24 измерений, численность бактериоперифитона составила 1376±200 млн. кл./г или 35.5 млн. кл./см2. Наиболее высокие величины численности бактерий, чаще всего, регистрировали в сентябре. Средний объем бактериальной клетки находился в широких пределах 0.037-0.162 мкм3, составляя, в среднем 0.078±0.006 мкм3. Вследствие значительной изменчивости размеров бактерий более высокие значения биомассы бакте-риоперифитона были обнаружены кроме осенних месяцев также в июле. Биомасса бактриоперифито-на, в среднем за 2000-2006 гг., составила 107.0±16.4 мкг/г или 2.67±0.39 мкг/см2. В составе бактерио-перифитона, в среднем за периоды исследований, по численности преобладали кокки и мелкие эллипсоиды (87.6±2.2% от К), доля крупных палочек и нитей была менее значительной — 11.3±2.2% от N и 1.5±0.2% от N. Вклад этих групп микроорганизмов в общую биомассу бактериоперифитона составил, соответственно: 55.8±4.1% от В, 31.8±4.1 % от В, 12.6±1.6% от В.
Уруть. Бактерии в обрастаниях урути изучали в августе-сентябре 2001 г. Величины численности (981±94 млн. кл./г или 49.0±4.7 млн. кл./см2) и биомассы (67.6±11.3 мкг/г или 3.38±0.56 мкг/см2) бактериоперифитона урути, рассчитанные в среднем за период исследования, оказались близки к таковым полученным, в этот период, у рдеста: 1110±224 млн. кл./г и 70.1±2.2 мкг/г. Доли различных групп бактерий в общей численности и биомассе бактериоперифитона, также, существенно не отличались.
Стрелолист. В периоды исследования численность бактерий в обрастаниях стрелолиста в течение июля-октября изменялась от 147 млн. кл./г (22.08.2000 г.) до 3023 млн. кл./г (16.07.2006 г.) или от 7.2 млн. кл./см2 (22.08.2000 г.) до 164.3 млн. кл./см2 (16.07.2006 г.). В среднем для 24 измерений, численность бактериоперифитона составила 1454±178 млн. кл./г или 75.9±13.4 млн. кл./см2. Наиболее высокие величины численности бактерий, чаще всего, регистрировали в июле. Средний объем бактериальной клетки находился в широких пределах 0.044-0.274 мкм3, составляя, в среднем 0.111± 0.012 мкм3. Вследствие значительной изменчивости размеров бактерий более высокие значения биомассы бактериоперифитона были обнаружены кроме июля также в сентябре. Биомасса бактриопери-фитона, в среднем за 2000-2006 гг., составила 183.6±38.6 мкг/г или 10.13±2.27 мкг/см2. В составе бак-териоперифитона, в среднем за периоды исследований, по численности преобладали кокки и мелкие эллипсоиды (76.5±3.7% от К), доля крупных палочек и нитей была менее значительной — 21.9±3.6% от N и 1.5±0.3% от N. Вклад этих групп микроорганизмов в общую биомассу бактериоперифитона составил, соответственно: 41.1±4.8% от В, 50.0±4.7% от В, 8.5±1.2% от В.
Горец. В периоды исследования численность бактерий в обрастаниях горца в течение июля-октября изменялась от 456 млн. кл./г (30.08.2000 г.) до 4861 млн. кл./г (05.08.2003 г.) или от 17.9 млн. кл./см2 (30.08.2000 г.) до 212.7 млн. кл./см2 (03.07.2006 г.). В среднем для 26 измерений, численность бактериоперифитона составила 1448±238 млн. кл./г или 57.2±17.1 млн. кл./см2. Наиболее высокие величины численности бактерий, чаще всего, регистрировали в июле и сентябре-октябре. Средний объем бактериальной клетки находился в широких пределах 0.039-0.202 мкм3, составляя, в среднем 0.101±0.010 мкм3. Наиболее высокие значения биомассы бактериоперифитона были в сентябре. Биомасса бактериоперифитона, в среднем за 2000-2006 гг., составила 149.7±29.7 мкг/г или 5.92± 1.94 мкг/см2. В составе бактериоперифитона, в среднем за периоды исследований, по численности преобладали кокки и мелкие эллипсоиды (78.6±3.4% от ЭД, доля крупных палочек и нитей была менее значительной — 20.2±3.3% от N и 1.1±0.1% от N. Вклад этих групп микроорганизмов в общую биомассу бактериоперифитона составил, соответственно: 44.5±4.9% от В, 44.4±4.8% от В, 11.4±1.6% от В.
Тростник. В периоды исследования численность бактерий в обрастаниях тростника с июля по октябрь изменялась от 127 млн. кл./г (30.08.2000 г.) до 5966 и 6057 млн. кл./г (20.08.2003 г. и 29.07.2005 г.) или от 12.3 млн. кл./см2 (30.08.2000 г.) до 465.9 и 579.2 млн. кл./см2 (29.07.2005 г. и 20.08.2003 г.). В среднем для 31 измерения, численность бактериоперифитона составила 1772±276 млн. кл./г или 176.7±28.0 млн. кл./см2. Сезонная динамика численности бактериоперифитона характеризовалась возрастанием плотности бактерий в июле и сентябре-октябре. Средний объем бактериальной клетки изменялся от 0.033 до 0.277 мкм3, составляя, в среднем 0.105±0.008 мкм3. Минималь-
ная (4.2 мкг/г) и максимальная (643.6 мкг/г) величины биомассы бактерий отличались более чем в 100 раз. Наиболее высокие значения биомассы бактериоперифитона, чаще всего, отмечали в июле и сентябре-октябре. В итоге биомасса бактериоперифитона, в среднем за 2000-2006 гг., составила 177.9±26.9 мкг/г или 15.91±2.24 мкг/см2. В составе бактериоперифитона, в среднем за периоды исследований, по численности преобладали кокки и мелкие эллипсоиды (75.2±3.2% от N), доля крупных палочек и нитей была менее значительной — 23.3±3.2% от N и 1.7±0.3% от N. Вклад этих групп микроорганизмов в общую биомассу бактериоперифитона составил, соответственно: 42.4±3.8% от В, 47.5±3.8% от В и 10.2±1.3% от В.
Ситняг. В сезонной динамике бактериоперифитона наблюдались подъемы численности и биомассы бактерий в июле и осенние месяцы. В августе происходило существенное снижение плотности эпифитных бактерий. Величины численности, среднего объема клетки и биомассы бактерий, в среднем за исследованные периоды, составили, соответственно: 1376±422 млн. кл./г или 68.8±21.1 млн. кл./см2, 0.078±0.006 мкм3 и 103.2 мкг/г или 5.16±1.43 мкг/см2. Кокки и мелкие эллипсоиды преобладали в общей численности и биомассе бактериоперифитона (88.8±3.5% от N и 57.0±3.5% от В). Доли крупных палочек (9.4±2.4% от N и 30.4±4.2% от В) и нитей (1.8±0.6% от N и 12.6±3.1% от В) были ниже.
Осока. В период исследования максимальные величины численности и биомассы бактерий были зарегистрированы в июле (5622 млн. кл./г или 282.5 млн. кл./см2 и 459.1 мкг/г или 23.1 мкг/см2), в остальные месяцы значения были в 1.5-2.0 раза меньше и мало менялись. Кокки и мелкие эллипсоиды преобладали в бактериоперифитоне, составляя 72.2±3.4% от N и 26.9±3.5% от В. Доли в численности крупных палочек (26.5±3.4% от N) и нитей (1.2±0.4% от N) были ниже. В тоже время в общей биомассе доминировали крупные палочки (56.6±5.6% от В), доля нитей (10.4±4.0% от В) была ниже.
Камыш озерный. В 2000-2001 гг. численность бактерий в обрастаниях Камыша озерного изменялась от 43 млн. кл./г (2.9 млн. кл./см2) до 1103 млн. кл./г (73.5 млн. кл./см2), биомасса — от 1.6 мкг/г (0.11 мкг/см2) до 85.0 мкг/г (5.7 мкг/см2). Более высокие величины численности и биомассы бактерий наблюдались во второй половине августа и осенью. Кокки и мелкие эллипсоиды преобладали в общей численности и биомассе бактериоперифитона Камыша озерного (87.2±2.9% от N и 47.7±6.8% от В). Доли крупных палочек (9.0±1.7% от N и 31.3±4.0% от В) и нитей (4.0±1.6% от N и 21.8±4.7% от В) были ниже.
Камыш укореняющийся. Численность и биомассу бактерий этого макрофита определяли с июля по октябрь 2005 г. Значения были в пределах 744-1692 млн. кл./г (43.8-265.5 млн. кл./см2) и 139.6-423.2 мкг/г (6.8-23.6 мкг/см2), соответственно. В сезонной динамике бактериоперифитона, после июля, наблюдалось снижение концентрации бактерий в августе и увеличение в сентябре (максимум). В октябре численность и биомасса бактерий резко снизились. В этот год кокки и мелкие эллипсоиды преобладали в общей численности бактериоперифитона (52.7±9.4% от N). Доли крупных палочек (46.5±9.4% от N) и нитей (0.8±0.2% от N) были ниже. В тоже время в формировании общей биомассы доминировали крупные палочки (72.5±6.8% от В), доли кокков и мелких эллипсоидов (22.1±6.4% от В) и нитей (5.4±1.6% от В) были ниже.
Таким образом, за период исследования самая низкая численность бактериоэпифитона (43 млн. кл./г или 2.9 млн. кл./см2) обнаружена на Камыше озерном, а наибольшая (6057 млн. кл./г и 579.2 млн. кл./см2) — на Тростнике.
По немногочисленным литературным данным численность гетеротрофных бактерий в эпифи-тоне макрофитов колеблется от 10 до 10 кл. /см2 (Baker, Orr, 1986; Hossel, Baker, 1976; FarnellJackson, Ward, 2003). Таким образом, величины плотности бактериоэпифитона в обрастаниях макрофитов Рыбинского водохранилища находятся в пределах этого диапазона.
Минимальная и максимальная величины биомассы бактериальных обрастаний составили, соответственно, 1.6 мкг/г или 0.11 мкг/см2 — на Камыше озерном и 828,9 мкг/г — на Стрелолисте, а на единицу площади растения максимальные значения биомассы были на Стрелолисте — 45.05 мкг /см2 и на Тростнике — 49.51 мкг /см2. Сезонная динамика численности и биомассы бактерий-эпифитов на разных видах растений имела свои особенности. В обрастаниях Рдеста (группа погруженных макро-фитов), Стрелолиста и Горца (группа с плавающими листьями) пики численности и биомассы бактериоэпифитона регистрировали в первой половине июля и сентябре. Развитие бактерий в эпифитоне Тростника характеризовалось скачкообразным характером. В обрастаниях Осоки, после весеннего максимума численности бактерий наблюдали резкое ее снижение, но с июля регистрировалась относительно постоянная численность бактериоэпифитона, при этом биомасса продолжала возрастать за счет массового развития крупных бактериальных клеток.
Однако, несмотря на существенные колебания обилия бактериоэпифитона в течение периода исследований, численность и биомасса эпифитных бактерий осенью была выше таковых летом: у по-
груженных растений, соответственно, в 1.8 и 2.2. раза, в группе полупогруженных, соответственно, в 1.5 и 1.4 раза. В группе растений с плавающими листьями численность не отличалась, но биомасса возрастала в 1.4 раза.
Сравнительная оценка обилия бактерий в эпифитоне разных видов высших водных растений была проведена на основе результатов определений численности и биомассы микроорганизмов в образцах, отобранных в одни и те же сроки. Так в среднем за июль-октябрь в 2000 г., в расчете на грамм вещества макрофитов, наибольшая численность бактерий обнаружена в обрастаниях Горца и Ситняга, а наименьшая — в обрастаниях Камыша озерного. Наибольшая биомасса бактерий была зарегистрирована в эпифитоне Ситняга, а наименьшая — в эпифитоне Камыша озерного. Однако оценка обилия бактерий в перифитоне в расчете на единицу площади растения выявила более высокие значения численности и биомассы бактерий в обрастаниях Тростника и Ситняга.
В июле-сентябре 2006 г., в расчете на грамм вещества макрофитов, наибольшая численность бактерий обнаружена в обрастаниях Осоки, а наименьшая — в обрастаниях Рдеста и Тростника. Наибольшая биомасса бактерий была зарегистрирована в перифитоне Стрелолиста и Осоки, а наименьшая — в перифитоне Рдеста. Оценка обилия бактерий в перифитоне в расчете на единицу площади растения показала наиболее высокие значения численности бактерий в эпифитоне Тростника и Осоки, биомассы бактерий — в эпифитоне Стрелолиста, Тростника и Осоки.
Анализ изменений численности и биомассы бактериоэпифитона у четырех видов высших водных растений, в течение июля-сентября 2000-2005 гг., выявил высокую положительную связь с температурой воды (табл. 1). Коэффициенты корреляции между численностью эпифитных бактерий и температурой воды находились в пределах 0.91-0.97 (в среднем 0.95), а между их биомассой и температурой воды — в пределах 0.45-0.93 (в среднем 0.71). Однако в 2006 г., в условиях относительно невысокой температуры воды, наблюдались высокие величины численности и биомассы бактерио-эпифитона, что вероятно связано не только с температурным режимом, но и наличием питательных веществ.
Таблица 1. Многолетние изменения численности (М млн. кл./г), среднего объема клеток (V, мкм3) и биомассы (В, мкг/г) бактериоэпифитона разных видов макрофитов (в среднем за июль-сентябрь)
Год Температура, оС N V В
Рдест
2000 23.0±0.6 549±86 0.074±0.006 40.7±8.3
2001 23.8±1.0 1110±224 0.066±0.010 70.1±13.8
2002 22.3±1.4 558±84 0.066±0.013 36.3±10.8
2003 26.5±2.7 3050±721 0.057±0.009 182.8±67.4
2006 21.8±0.6 1881±262 0.112±0.016 199.6±19.1
Среднее 1430±463 Стрелолист 0.075±0.009 105.9±330
2000 23.0±0.6 579±155 0.074±0.020 42.7±15.6
2001 23.8±1.0 1052±159 0.071±0.007 76.2±17.9
2003 26.5±2.7 2537±310 0.072±0.011 175.9±15.3
2005 24.0±1.0 1562±453 0.130±0.008 194.8±52.5
2006 21.8±0.6 2047±296 0.180±0.031 403.7±106.7
Среднее 1555±347 Горец 0.105±0.025 178.7±63.2
2000 23.0±0.6 807±123 0.052±0.004 43.3±91
2001 23.8±1.0 752±169 0.072±0.010 64.5±22.6
2002 22.3±1.4 665±84 0.094±0.013 63.0±10.1
2003 26.5±2.7 3436 0.044 142.0
2005 24.0±1.0 854±142 0.155±0.016 130.7±21.1
2006 21.8±0.6 2273±534 0.127±0.016 270.9±67.3
Среднее 1465±465 Тростник 0.091±0.017 119.1±34.3
2000 23.0±0.6 483±114 0.078±0.019 39.1±16.4
2001 23.8±1.0 847±173 0.091±0.015 84.0±31.1
2002 22.3±1.4 793±113 0.099±0.008 80.4±18.3
2003 26.5±2.7 3508±1348 0.058±0.005 189.1±68.5
2005 24.0±1.0 2874±1038 0.154±0.031 367.4±106.7
2006 21.8±0.6 1926±223 0.113±0.008 219.1±36.8
Среднее 1739±416 0.099±0.013 163.2±44.5
Таким образом, температура является важным фактором, контролирующим численность и биомассу бактериоэпифитона водохранилища, но, по-видимому, в диапазоне температур 22-26оС определяющее значение в развитии эпифитных бактерий имеют питательные вещества.
В период 2000-2006 гг. в эпифитоне исследованных видов макрофитов наблюдается тенденция возрастания численности гетеротрофных бактерий (табл. 1). При этом в составе бактериоперифитона уменьшается доля в общей численности и биомассы кокков и мелких эллипсоидов и возрастает доля крупных палочек (табл. 2). Средний объем бактериальной клетки в 2005-2006 гг. по сравнению с таковым в 2000-2003 гг. увеличился в эпифитоне Рдеста, Стрелолиста, Горца, Тростника, соответственно, в 1.7, 2.1, 2.1, 1.6 раза. В итоге биомасса гетеротрофных бактерий в 2005-2006 гг. оказалась выше, чем в 2000-2003 гг. в эпифитоне Рдеста, Стрелолиста, Горца, Тростника, соответственно, в 2.4, 3.0, 2.6, 3.0 раза. Следует отметить, данные процессы происходят на фоне интенсивного зарастания этого участка прибрежной зоны макрофитами (РареЬепкоу, 2013).
Таблица 2. Многолетние изменения доли (%) различных групп микроорганизмов в общей численности (!Ы) и биомассе (В) бактериоперифитона макрофитов
Год Кокки и мелкие эллипсоиды Крупные палочки Нити
% N % В % N % В % N % В
Рдест
2000 90.1±4.0 61.4±6.6 7.7±1.3 29.4±4.5 2.20.7 13.7±3.9
2001 91.3±2.2 61.0±7.0 7.1±1.8 23.2±4.9 1.60.4 15.8±2.7
2006 77.5±5.8 36.6±6.9 21.4±5.3 53.5±7.9 1.10.4 10.3±3.2
2000 83.0±7.2 55.0±11.3 Стрелолист 14.4±6.1 35.3±8.9 2.6±1.1 9.7±2.6
2001 89.7±1.3 52.8±2.2 9.0±1.3 34.0±4.1 1.3±0.2 13.2±3.2
2005 66.8±4.0 28.8±3.2 32.5±4.1 64.4±4.0 0.7±0.1 6.8±2.0
2006 60.7±6.8 19.3±5.6 37.8±6.9 72.9±8.5 1.5±0.4 7.8±1.8
2000 94.1±0.6 67.9±4.7 Горец 4.7±0.4 21.8±2.9 1.2±0.3 10.3±3.2
2005 55.6±6.3 20.2±3.9 40.7±6.3 63.9±6.8 1.7±0.3 17.0±4.6
2006 71.4±0.4 32.8±6.7 27.7±3.9 61.5±7.0 0.9±0.2 5.7±1.6
2000 80.6±6.2 47.6±11.3 Тростник 15.9±5.6 37.0±8.8 3.5±1.1 15.4±2.6
2003 95.8±0.5 70.3±1.1 3.5±0.5 21.8±2.6 0.7±0.2 7.9±3.2
2005 50.0±7.3 20.5±5.1 48.4±7.3 75.5±5.2 1.5±1.0 4.1±0.8
2006 72.9±5.9 33.8±4.9 26.3±5.9 58.6±5.0 0.8±0.1 7.6±1.7
Численность различных физиологотрофических групп бактерий. В исследуемый период в обрастаниях ВВР определяли численность сапрофитной микрофлоры, растущей на рыбопептонном агаре (РПА), а также количество амилолитических, углеводородокисляющих, клетчаткуразрушаю-щих (КБ) и денитрифицирующих бактерий.
Численность бактерий разных физиологотрофических групп в перифитоне макрофитов и их доля в общей численности бактериоперифитона значительно изменялись в течение времени исследования (табл. 3). Количество сапрофитных бактерий на растениях с плавающими листьями и на полупогруженных растениях была существенно выше, чем на погруженных, в среднем в 5.7 и 3.6 раз, соответственно (табл. 3). Число этих микроорганизмов к осени возрастало, в группе погруженных растений в среднем с 1.72 млн. кл./г до 2.04 млн. кл./г, в группах с плавающими листьями и на полупогруженных — с 10.02 до 42.22 млн. кл./г и с 11.61 до 24.33 млн. кл./г, соответственно.
Численность амилолитических микроорганизмов имела также высокие значения, наибольшие их количества регистрировали в обрастаниях, погруженных ВВР. Установлено, что количество амилоли-тических бактерий в перифитоне погруженных макрофитов от лета (в среднем 14.33 млн. кл./г) к осени (99.17 млн. кл./г) возрастала в 6.9 раз, а в обрастаниях плавающих и полупогруженных растений снижалось, соответственно, в 3.1 (с 79.0 до 25.25 млн. кл./г) и 1.7 раза (с 27.00 до 15.50 млн. кл./г).
Количество микроорганизмов, разрушающих углеводороды в среднем было выше в перифи-тоне плавающих и полупогруженных растений (табл. 3.), соответственно в 5.5 и 5.1 раза, чем на погруженных растениях. Численность углеводородокисляющей эпифитной микрофлоры в первых двух группах растений осенью была существенно ниже (0.794 и 0.693 млн. кл./г), чем летом (3.103 и 2.973 млн. кл./г) и, напротив, на погруженных растениях осенью их количество увеличилось в 1.3 раза, с 0.525 до 0.675 млн. кл./г.
Максимальные количества клетчаткуразрушающих бактерий регистрировали в обрастаниях растений с плавающими листьями (табл. 3). К осени количество КБ снижалось в обрастаниях всех
групп растений: в группе погруженных растений в среднем с 0.605 до 0.279 млн. кл./г, на растениях с плавающими листьями с 2.390 до 1.097 млн. кл./г, на полупогруженных — с 1.152 до 0.333 млн. кл./г, т.е. в 2.2 раза на первых и вторых и в 3.5 раза на последних.
Таблица 3. Численность бактерий (млн. кл./г) разных физиологотрофических групп в перифитоне трех экологических групп ВВР
Группы бактерий Погруженные растения Плавающие растения Полупогруженные растения
Сапрофитные 0.28(0.02)-35.00(13.62)* 0.21(0.14)-221.00(59.73) 0.45(0.12)-147.00(76.56)
6.84(2.36) 38.67(7.44) 24.44(8.99)
Амилолити- 8.00(3.77)-214.20(47.56) 1.00(0.37)-138.00(77.97) 10.00(31.25)-27.00(14.06)
ческие 70.89(27.01) 43.17(16.64) 19.00(21.84)
Клетчатку- 0,003(>0.001)-3.180(0.746) 0.001(>0.001)-30.000(1.454) >0.001(>0.001)-9.126(1.027)
разрушающие 0.628(0.091) 2.944(0.187) 1.528(0.096)
Углеводород- 0.002(>0.001)-2.985(0.232) 0.025(0.019)-30.000(1.454) 0,003(0.001)-29.126(1.027)
окисляющие 0.574(0.038) 3.472(0.209) 2.914(0.144)
Денитрифи- 0.002(0.001)-0.254(0.060) 0.002(0.001)-0.323(0.049) 0.003(0.009)-0.053(0.051)
цирующие 0.049(0.013) 0.074(0.019) 0.021(0.021)
* Над чертой минимальная и максимальная величины, под чертой — средняя. В скобках — доля в % от общей численности бактерий.
Численность микроорганизмов-денитрификаторов на макрофитах из разных экологических групп, рассчитанная в среднем за период исследования, существенно не отличалась (табл. 3). Количество денитрификаторов в перифитоне погруженных макрофитов не изменялось в течение вегетационного сезона (лето — 0.047 млн. кл./г, осень — 0.050 млн. кл./г), а в перифитоне плавающих и полупогруженных растений в осенние месяцы (0.104 и 0.028 млн. кл./г) было в 10 раз выше, чем в летние (0.014 и 0.008 млн. кл./г).
Доля сапрофитных и амилолитических микроорганизмов в ОЧБ обрастаний ВВР была высокой, достигала максимально 77 и 78%, соответственно, в среднем колебалась в обрастаниях разных групп макрофитов от 2.4 до 9.0% — первых и от 16.6 до 27.0% — вторых. Клетчаткуразрушающих и угле-водородокисляющих бактерий в составе бактериоэпифитона разных экологических групп макрофитов было значительно меньше, максимально их доля в ОЧБ достигала 1.5%, в среднем по группам растений колебалась от 0.09 до 0.19% — первых и от 0.04 до 0.21% — вторых.
Доля микроорганизмов-денитрификаторов в ОЧБ обрастаний разных групп растений существенно не менялась и колебалась в среднем в пределах 0.01-0.02%.
Полученные нами различия в численности разных физиолого-трофических групп микроорганизмов, ассоциированных с разными экологическими группами растений, обусловлены возрастом обрастаний, а также неоднородностью в химическом составе и физиологическом состоянии растений (Корелякова, 1970, ЯуЬакоуа, 2010).
Располагая данными о распределении биомассы макрофитов из разных экологических групп в прибрежной зоне Рыбинского водохранилища, мы попытались оценить вклад бактериоперифитона и бактериопланктона в суммарную биомассу гетеротрофных бактерий в столбе воды мелководной зоны водохранилища, заселенной высшей водной растительностью, а также значимость бактериальных сообществ зарослей макрофитов в суммарной биомассе гетеротрофных бактерий водной толщи Рыбинского водохранилища.
В расчетах использовали сведения о зарастании высшей водной растительностью Рыбинского водохранилища в 2009 г., полученные В.Г. Папченковым (РарсЬепкоу, 2013), а также результаты исследований бактериоперифитона и бактериопланктона зарослей ВВР, полученные нами в 2006 г.
В 2009 г. площадь водохранилища составила 4544 км2, площадь зарослей — 186.2 км2. Допуская, что средняя глубина мелководных участков с зарослями макрофитов составляет 1.2 м, а сырая биомасса бактерий в воде зарослей в среднем 0.564 мг/л, над 1 м2 в столбе воды биомасса бактерио-планктона соответствовала 676.8 мг/м2 (или 564.0 мг/м3). С учетом того, что растения гелофиты погружены в воду не полностью (для расчетов брали '/г массы растений), была рассчитана доля эпифи-тонной бактериальной массы по группам макрофитов на площади м2. В результате получилось, что в зарослях гидрофитов формируется бактериальный эпифитон в количестве 1007.1 мг/м2 (59.8% от общей биомассы в столбе воды), в зарослях гелофитов — 808.9 мг/м2 (54.4%) и среди гигрогелофитов — 923.0 мг/м2 (57.7%). Таким образом, в прибрежной зоне, занятой макрофитами, большая часть гетеротрофных бактерий формируется в эпифитоне, нежели в планктоне (40.2-45.6%).
Используя данные В.Г. Папченкова о распределении сырой растительной массы в плесах Рыбинского водохранилища, мы рассчитали биомассу гетеротрофных бактерий, ассоциированных с растениями гидрофитами, гелофитами и гигрогелофитами. В итоге, максимальные значения биомассы гетеротрофного эпифитона сосредоточены в Главном плесе водохранилища, а вклад разных групп растений в общую биомассу бактериоэпифитона составил: гидрофиты — 31.6%, гелофиты — 53.3%, гигрогелофиты — 15.1% (табл. 4).
Таблица 4. Биомасса (тонны) гетеротрофных бактерий, ассоциированных с разными группами растений в плесах Рыбинского водохранилища
Группы растений Волжский Моложский Шекснинский Главный Общая
Гидрофиты 7.46 6.70 16.50 21.08 51.75
Гелофиты 16.34 11.24 25.84 33.83 87.25
Гигрогелофиты 4.97 3.90 3.47 12.37 24.70
Сумма 28.77 21.84 45.81 67.28 163.70
Располагая данными о биомассе бактериопланктона глубоководной части и бактериопланктона мелководий свободных от высшей водной растительности, планктонных бактерий зарослей высших водных растений и бактерий эпифитона макрофитов мы попытались оценить значимость бактериальных сообществ зарослей ВВР в суммарной биомассе гетеротрофных бактерий водной толщи Рыбинского водохранилища.
Мелководная зона в Рыбинском водохранилище ограничивается двухметровой изобатой (Рыбинское водохранилище и его жизнь, 1972) и составляет, примерно 20% от площади водохранилища. В 2009 г. она составила 90880 га, зона зарослей макрофитов — 18620 га. Таким образом, мелководная зона, не заселенная макрофитами имела площадь 72260 га. Принимая, что в этих прибрежных водах средняя глубина 1.2 м, а биомасса планктонных бактерий (в среднем для двух станций без зарослей макрофитов) равна 0.609 г/м3 (Копылов и др., 2000) мы получили суммарное значение биомассы гетеротрофных бактерий в этой зоне (табл. 5).
Таблица. 5. Биомасса (тонны) гетеротрофных бактерий в разных биотопах Рыбинского водохранилища
Параметры Эпифитон Мелководная Мелководная Открытая, глу- Все водохрани-
зона, заросли зона, без мак- боководная зона лище
макрофитов рофитов
Биомасса (Б) 163.7 126.0 528.1 9142.5 9960.3
Доля от Б, % 1.6 1.3 5.3 91.8 100
Глубоководная, открытая часть водохранилища занимает 363520 га. Допускали, что средняя глубина этого участка составляет 5.0 м. Принимая, что в воде глубоководного района водохранилища (в среднем для 2 станций) (Копылов и др., 2000) биомасса планктонных бактерий равна 0,503 г/м3, мы рассчитали, что их общая биомасса в Рыбинском водохранилище равна 9142.5 т (табл. 5).
В итоге, расчеты показали, что вклад суммарной биомассы бактериопланктона зарослей мак-рофитов и бактериоэпифитона в общую биомассу гетеротрофных бактерий водной толщи Рыбинского водохранилища составил 2.9% (табл. 5). Таким образом, гетеротрофные бактерии эпифитона и планктона зарослей макрофитов являются существенными компонентами экосистемы Рыбинского водохранилища.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Многолетние наблюдения за развитием бактериоэпифитона высших водных растений, показали, что численность и биомасса бактерий эпифитов, достигает значительных величин, увеличиваясь в осенние месяцы, при этом отмечали возрастание доли крупных бактериальных клеток. В эпифитоне макрофитов формируются существенные количества микроорганизмов-деструкторов органических веществ. От лета к осени возрастает число сапрофитных и денитрифицирующих микроорганизмов, в то время как число амилолитических, клетчаткуразрушающих и углеводородокисляющих бактерий выше летом.
Доля эпифитной бактериальной массы на площади прибрежного мелководья, заселенного макрофитами, рассчитанная в столбе воды над 1 м2 выше, чем масса бактериопланктона, при этом большая часть обрастаний развивается на растениях гелофитах, образующих большие площади зарослей. Таким образом, бактериальный эпифитон и бактериопланктон зарослей высшей водной растительности вносят существенный вклад в формирование общей биомассы гетеротрофных микроорганизмов Рыбинского водохранилища.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Инкина Г. А. Микрофлора в обрастаниях высших водных растений // Гидробиол. журн. 1989. Т. 25. № 4. С. 5457. Inkina G. A. Mikroflora v obrastaniyakh vysshikh vodnykh rasteniy // Gidrobiol. zhurn. 1989. T. 25. N 25. S. 54-57. [Inkina G. A. Microflora in Higher Aquatic Vegetation Thickets // Gidrobiol. zhurn. 1989. V. 25. No. 4. P. 54-57.] In Russian
Ковальчук А. А., Мальцев В. А. Участие отдельных компонентов эпифитона в деструкции органического вещества // Гидробиол. журн. 2001. Т. 37. № 5. С. 18-28. Kovalchuk V. A., Maltsev V. A. Uchastie otdelnykh kompo-nentov epifitona v destruktsii organicheskogo veschestva // Gidrobiol. zhurn. 2001. T. 37. N 5. S. 18-28. [Ko-val'chuk A. A., Mal'tsev V. I. Involvement of individual components of epiphytone in destruction of organic matter // Gidrobiol. zhurn. 2001. V. 37. No. 5. P. 18-28.] In Russian Копылов А. И., Романенко А. В., Васильева М. И., Масленникова Т. С. Микробиальные сообщества и микробиологические процессы в прибрежье Рыбинского водохранилища // Современная экологическая ситуация в Рыбинском и Горьковском водохранилищах: состояние биологических сообществ и перспективы рыборазведения. Ярославль: Изд-во Ярослав. гос. техн. ун-та, 2000. C. 133-144. Kopylov A. I., Romanenko A. V., Va-sileva M. I., Maslennikova T. S. Mikrobialnye soobschestva I mikrobiologicheskie protsessy v pribrezhe Ry-binskogo vodokhranilischa // Sovremennaya ekologicheskaya situatsiya v Rybinskom I Gorkovskom vodokhranilis-chakh: sostoyanie biologicheskikh soobschestv I perspektivy ryborazvedeniya. Yaroslavl: Izd-vo Yaroslavskogo gos. tekhn. un-ta, 2000. S. 133-144. [Kopylov A. I., Romanenko A. V., Vasilyeva M. I., Maslennikova T. S. Micro-bial communities and microbiological processes in the littoral zone of the Rybinsk Reservoir // Modern ecological situation in Rybinsk and Gorky reservoirs: the state of biological communities and perspectives of fish reproduction / N. M. Mineeva (ed). Yaroslavl: Izd-vo Yaroslavskogo gos. tekhn. un-ta, 2000. P. 133-144.] In Russian Корелякова И.Л. Химический состав высшей водной растительности Киевского водохранилища // Гидробиол. журн. 1970. Т. 6. № 5. С. 20-28. Korelyakova I. L. Khimicheskiy sostav vysshey vodnoy rastitelnosti Kievskogo vodokhranilischa // Gidrobiol. zhurn. 1970. T. 6. N 5. S. 20-28. [Korelyakova I. L. Chemical Composition of Higher Water Vegetation of the Kiev Reservoir // Gidrobiol. zhurn. 1970. V. 6. No. 5. P. 20-28.] In Russian Олейник Г. Н. Бактериальная деструкция органического вещества в водоемах и водотоках // Водные ресурсы. 1991. № 2. C. 89-97. Oleynik G. N. Bakterialnaya destruktsiya organicheskogo veschestva v vodoemakh I vodoto-kakh // Vodnye resursy. 1991. N 2. S. 89-97. [Olejnik G. N. Bacterial destruction of organic matter in water bodies and water-courses // Vodn. Resur. 1991. No. 2. P. 89-97.] In Russian Романенко В.И., Кузнецов С.И. Экология микроорганизмов пресных водоемов //Лабораторное руководство. Л.: Наука, 1974. 194 с. Romanenko V. I., Kuznetsov S. I. Ekologiya mikroorganizmov presnykh vodoemov // Labora-tornoe rukovodstvo. Leningrad: Nauka, 1974. 194 s. [Romanenko V. I., Kuznetsov S. I. The ecology of microorganisms in fresh water reservoirs. // Laboratory manual. Leningrad: Nauka, 1974. 194 p.] In Russian Рыбинское водохранилище и его жизнь. Л.: Наука, 1972. 364 с. Rybinskoe vodokhranilische I ego zhizn. Leningrad:
Nauka, 1972. 364 s. [The Rybinsk Reservoir and Its Lafe. Leningrad: Nauka, 1972. 364 p.] In Russian Якушин В. М. Роль перифитона высших водных растений в деструкции органического вещества // Гидробиол. журн. 1996. Т. 32. № 2. С. 41-47. Yakushin V. M. Rol perifitona vysshikh vodnykh rasteniy v destruktsii organicheskogo veschestva // Gidrobiol. zhurn. 1996. T. 32. N 2. s. 41-47. [Yakushin V. M. The role of periphyton of high water plants in the destruction of the organic matter // Gidrobiol. zhurn. 1996. V. 32. No. 2. P. 41-47.] In Russian
Baker J.H., Orr D.R. Distribution of the epiphytic bacteria on freshwater plants // J. Ecol. 1986. V. 74. P. 155. Farnell-Jackson E.A., Ward A.K. Seasonal patterns of viruses, bactеria and dissolved organic carbon in a riverine wetland // Freshwater Biology. 2003. V. 48. P. 841-851. Federle T. M., Vestal J. R. Microbial colonization and decomposition of carex litter in an Arctic lake // Appl. And Environ. Microbiologia. 1980. V. 39. No. 4. P. 888-893. Hossell J.C., Baker J.H. Epiphytic bacteria on the freshwater plant Ranunculus penicillatus enumeration, distribution
and identification // Arch. Hydrobiol. 1979. V. 86 (3). P. 322-337. Jefferson Hall, Eastern. Microbial biomass and production associated with decaying leaf litter of the emergent macro-
phyte Juncus effuses // Limnol and Oceanogr. 2000. V. 45. No. 4. P. 862-870. Papchenkov V. G. The Degree of Overgrowing of the Rybinsk Reservoir and Productivity of Its Vegetation Cover //
Inland Wat. Biol. 2013. V. 6. No. 1. P. 18-25. Porter K.G., Feig Y.S. The use DAPI for identifying and counting of aquatic microflora // Limnol. Oceanogr. 1980. V. 25. No. 5. P. 943-948.
Rybakova I. V. The Abundance, Biomass and Activity of Bacteria in Water with Macrophytes and Periphyton Higher Aquatic Plants // Inland Wat. Biol. 2010. V. 3. No. 4. P. 307-312.
BACTERIAL FOULING OF MASS SPECIES OF HIGHER AQUATIC PLANTS IN THE
RYBINSK RESERVOIR
I. V. Rybakova
I.D. Papanin Institute for Biology of Inland Waters RAS, 152742 Borok, Russia e-mail: ryba@ibiw. yaroslavl. ru
Based on the results of long-term observations, a comparative analysis of the total abundance and biomass of epiphytic bacterial community and the ratio of microorganisms differing in their physiological and trophic properties is carried out for fouling organisms of three ecological groups of mactophytes.
It is shown that the portion of epiphytic bacterial mass in littoral shallow waters of the Rybinsk Reservoir, occupied by higher aquatic plants, calculated in a water column above 1 m2, is higher than the mass of bacterio-plankton in thickets. Most of fouling organisms develop on helophytes (53.3%) which overgrow large areas.
Keywords: epiphyton, macrophytes, hydrophytes, helophytes, hygrohelophytes.
