CC BY
58
УДК 579.26 А.Г. Захарюк, Е.Ю. Абидуева,
И.Д. Ульзетуева, Б.Б. Намсараев
ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИНЕРАЛЬНЫХ ОЗЕР НУХЭ-НУР ВОСТОЧНОЕ И НУХЭ-НУР ЗАПАДНОЕ
(ЗАБАЙКАЛЬЕ)*
*Работа выполнена при финансовой поддержке грантов МО РФ РНП 2.1.1 ./2165,
СО РАН №95, РФФИ №10-04-93169_Монголия
Исследованы минеральные озера Баргузинской долины Нухэ-Нур Восточное и Нухэ-Нур Западное. Установлено, что в воде и донных отложениях численность бактерий, участвующих в аэробном и анаэробном разложении органического вещества, в щелочных условиях достигает высоких значений на этапах деструкции органического вещества. Наиболее активно процессы протекают в условиях повышенной щелочности.
Ключевые слова: содово-соленые озера, гидрохимия, бактерии-деструкторы.
A.G. Zakharyuk, E.Yu. Abidueva, I.D. Ulzetueva, B.B. Namsaraev
THE HYDROCHEMICAL AND MICROBIOLOGICAL CHARACTERISTIC OF MINERAL LAKES NUKHE-NUR EASTERN AND NUKHE-NUR WESTERN
(ZABAIKALYE)
Mineral lakes Nukhe-Nur Eastern and Nukhe-Nur Western in the Barguzinsky valley have been studied. It is revealed that in water and bottom sediments high number of bacteria participating in aerobic and unaerobic decomposition of organic substance under alkaline conditions is at the initial stages of destruction of organic substance. It is shown that these processes are the most active under the conditions of raised alkaline.
Keywords: sodü-saline lakes, hydrochemistry, bacteria-destructors.
Минеральные озера Забайкалья представляют собой особый тип экосистем, широко распространенных в аридных условиях. Формированию этих озер благоприятствует мелкосопочный рельеф с большим количеством депрессий и жаркий засушливый климат, способствующий испарительному концентрированию поверхностных вод [1]. Происхождение солей в озерах обусловлено различными причинами. В большинстве случаев, подвергаясь в условиях континентального климата усиленному химическому выветриванию, породы становятся основными источниками Ка+, К+, Са2+ и Mg2+, которые начинают цикл своих геохимических превращений в водах. Кроме ионов этих металлов в озерах также накапливаются ионы С1-, 8042- и С032-, приносимые водами поверхностного и подземного стоков [2]. Высокие значения рН, минерализации, сезонные колебания температуры воздуха и воды в водоеме позволяют отнести такие озера к экстремальным экосистемам. В формировании химического состава рапы минеральных озер большое значение играют микробные процессы. В воде и донных осадках озер активно идут процессы продукции и деструкции органического вещества с участием различных физиологических групп бактерий [3].
Исследованные содово-соленые озера Нухэ-Нур Восточное и Нухэ-Нур Западное располагаются в надпойменном понижении на степном участке долины по правому берегу реки Баргузин (Курумканский район в 15 км от с. Бараг-хан). Озера являются мелководными (глубина около 2 м) и имеют относительно малые площади (0,15 - 0,2 км2). Дно озер твердое и представлено мелкодисперсным илом. Береговая почва покрыта в отдельные сезоны выцветами солей. Водно-солевое питание озера получают в основном за счет атмосферных осадков.
Цель данной работы - изучение гидрохимических показателей и оценка численности бактерий-деструкторов в содовых озерах Нухэ-Нур Восточное и Нухэ-Нур Западное.
Методы исследования
Пробы воды и донных осадков для исследований отбирали в стерильную посуду. Фиксацию проб для гидрохимических и микробиологических определений проводили в первые часы после отбора проб. До проведения анализов пробы хранили в темноте при температуре, соответствующей природным значениям, или в холодильнике. В полевых условиях физикохимические параметры воды в местах отбора проб определяли с помощью портативных при-
боров. Кислотность среды (рН) измеряли рН-метром рНер2 (Португалия), значения общей минерализации - тестер-кондуктометром TDS-4 (Сингапур). Гидрохимические исследования проводили стандартными методами [4]. Численность бактерий определяли методом предельных разведений в жидкой среде следующего состава (г/л): KN2PO4 - 0,2; MgCb^O - 0,1; NH4CI -0,5; KCl - 0,2; дрож. экстракт - 0,05; NaCl -1,5%
В среду вносили по 1,5% соответствующих субстратов. Субстрат для целлюлолитиков -фильтровальная бумага, протеолитиков - пептон, амилолитиков - крахмал. pH среды устанавливали карбонатным буферным раствором в соответствии с природными значениями.
Аэробные бактерии культивировали в пробирках, заполненных на одну треть средой, закрытых ватными пробками, анаэробные - в пробирках, заполненных средой доверху и закрытых резиновыми пробками. Посевы инкубировали в течение 14-30 суток при температуре 30 0С.
Для оценки влияния экологических условий на рост различных групп бактерий-деструкторов посевы проб проводили на градиент значений рН (от 5,0 до 10,0) [5]. рН контролировали при помощи индикаторной бумаги; точные значения
определяли на рН-метре HANNA Instrumens. Рост бактерий фиксировали по увеличению оптической плотности на фотоэлектроколориметре КФК-20 при длине волны 540 нм.
Результаты и их обсуждение
Гидрохимические исследования показали, что общая минерализация в момент отбора проб (сентябрь 2009 г) составила в озере Нухэ-Нур Восточное 8,5 г/дм3, в озере Нухэ-Нур Западное - 6,0 г/дм3. Значения рН находились в щелочной области. Температура воды на глубине 0,5 м колебалась в пределах 19оС. По химическому составу данные озера относятся к карбонатному или содовому типу. Содержание карбонатов в озере Нухэ-Нур Западное составило 2,9 г/дм3, в озере Нухэ-Нур Восточное - 1,3 г/дм3, гидрокарбонатов - 6,9 и 2,1 г/дм3 соответственно. Высокое содержание хлорид-ионов до 950 мг/дм3 было обнаружено в оз. Нухэ-Нур Западное (табл. 1). Содержание общего фосфора в озере Нухэ-Нур Восточное составило 38,95 мг/дм3, что на порядок выше, чем в оз. Нухэ-Нур Западное (3,74 мг/дм3). Концентрация бора, марганца, стронция, алюминия в водах озер не превышала 1 мг.
Таблица 1
Г идрохимическая характеристика озер Нухэ-Нур Западное и Нухэ-Нур Восточное
Озеро Нухэ-Нур Западное Нухэ-Нур Восточное
рН 8,5 8,3
о о 19 19,5
О2раствн мг/дм" 10,24 9,3
БПК5, мг/дм3 2,1 0,8
СО32-, мг/дм3 2940 1260
НСО3-, мг/дм3 6865 2120
С1-, мг/дм3 950 273
NH4+, мг/дм3 0,29 0,80
NO2-, мг/дм3 0,001 0,010
PO43-, мг/дм3 2,016 1,382
Степень загрязнения воды органическими соединениями определяется количеством кислорода, необходимым для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическая потребность в кислороде за 5 суток (БПК5) в озере Нухэ-Нур Западное составила 2,1 мг О2/дм3, в озере Нухэ-Нур Восточное - 0,8 мг О2/дм3. Таким образом, озеро Нухэ-Нур Восточное можно отнести к очень чистым водоемам, а озеро Нухэ-Нур Западное - к умеренно загрязненным (табл. 1).
Исследования гидрохимических параметров воды содово-соленых озер дают представление о среде обитания микроорганизмов. Наличие органических и минеральных веществ в воде и донных отложениях озер благоприятствует широкому распространению различных физиологических групп микроорганизмов. В воде и донных осадках определена численность первичных аэробных и анаэробных бактерий-деструкторов, участвующих в разложении органического вещества (табл. 2). В пробах воды и донных осад-
ков озера Нухэ-Нур Восточное преобладали амилолитические бактерии. Максимальная численность как аэробных, так и анаэробных ами-лолитиков (100 млн и 1 млрд кл/см3) зафиксирована в пробах донных осадков озера. Численность протеолитических и целлюлолитических бактерий была примерно одинаковой и варьировала в пределах 10 тыс. - 1 млн кл/см3.
В озере Нухэ-Нур Западное максимальная численность анаэробных амилолитических бак-
терий (100 млн кл/см3) зарегистрирована в пробах воды. В донных осадках максимум отмечен у аэробов. Также как и в озере Нухэ-Нур Восточное, здесь численность протеолитиков и цел-люлолитиков изменялась в пределах 10 тыс. - 1 млн кл/см3. Максимальная численность анаэробных протеолитических бактерий зафиксирована в пробах ила. Численность бактерий, анаэробно разлагающих целлюлозу, была высокой в обоих типах проб (табл. 2).
Таблица 2
Численность бактерий-деструкторов в исследуемых озерах, кл/см3
Озеро Проба Протеолитики Целлюлолитики Амилолитики
аэробы анаэробы аэробы анаэробы аэробы анаэробы
Нухэ-Нур Восточное вода 104 106 105 105 104 105
ил 106 105 105 106 108 109
Нухэ-Нур Западное вода 105 105 105 105 105 108
ил 105 106 104 105 108 107
Из проб исследуемых озер нами были получены накопительные культуры гидролитиков, на которых был поставлен эксперимент по влиянию рН на рост различных групп бактерий. В результате эксперимента выявлены оптимальные границы роста культур.
Так, рост накопительных культур протеоли-тических бактерий из озера Нухэ-Нур Западное был зафиксирован при рН от 7,0 до 10,0 (рис. 1), т.е. при щелочных значениях рН. Максималь-
ный прирост зарегистрирован при рН 8,0, в кислых условиях рост протеолитиков не обнаружен.
Границы роста накопительных культур ами-лолитических бактерий зафиксированы при щелочных значениях рН (рис. 1). Наивысшая плотность клеток отмечена при рН 10,0. Рост бактерий при рН ниже 7,0 не наблюдался.
Накопительные культуры бактерий, разлагающих целлюлозу, росли только в щелочных условиях. Максимальная плотность клеток зарегистрирована при рН 10,0.
Рис. 1. Рост накопительных культур гидролитиков из оз. Нухэ-Нур Западное в градиенте рН
Увеличение плотности накопительных культур протеолитических бактерий из озера Нухэ-Нур Восточное был зафиксирован при рН от 7,0 до 10,0 (рис. 2). Максимальный прирост биомас-
сы выявлен при рН 8,0. В кислых условиях рост протеолитиков не наблюдался.
Активный рост амилолитических бактерий зарегистрирован в щелочных условиях среды.
Оптимальными его условиями, как и для проте-олитиков, явились значения рН равные 8,0.
Наивысший прирост биомассы накопительных культур целлюлолитических бактерий в условиях культивирования при разных значениях
рН зафиксирован в нейтральных условиях. При увеличении рН рост бактерий, разлагающих целлюлозу, снижался. При рН 5,0 роста целлю-лолитиков не обнаружено (рис. 2).
Прирост биомассы,%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
целлюлолитики протеолитики амилолитики
Рис. 2. Рост накопительных культур гидролитиков из оз. Нухэ-Нур Восточное в градиенте рН
деструкторов функционирует с максимальной активностью при рН 10,0. В озере Нухэ-Нур Восточное оптимальными условиями роста гидролитиков являются значения рН равные 8,0, что соответствует природным показателям в озере.
Литература
1. Солоноватые и соленые озера Забайкалья: гидрохимия, биология / отв. ред. Б.Б. Намсараев. — Улан-Удэ: Изд-во Бурят. гос. ун-та, 2009. — 340 с.
2. Алекин О.А., Семенов А.Д., Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. — Л: Гидрометео-издат, 1973. — 269 с.
3. Козырева Л.П. Влияние рН и солености на сульфидо-генез накопительными культурами сульфатредуцирующих бактерий из содово-соленых озер Бурятии // Вестник Бурят. гос. ун-та. Сер. 2: Биология. — Вып. 8. 2006. С. 93-97.
4. Резников А.А., Муликовская Е.П., Соколов И.Ю. Методы анализа природных вод. — 3-е изд. — М.: Недра. -1970.
5. Досон Р., Элиот Д., Элиот У., Джонс К. Справочник биохимика: пер. с англ. — М.: Мир, 1991. —544 с.
Захарюк Анастасия Геннадьевна, младший научный сотрудник лаборатории микробиологии, ИОЭБ СО РАН, РБ,
г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, 670047, тел. 8 (3012) 43-49-02, факс 8 (3012) 43-30-34, e-mail: [email protected]
Абидуева Елена Юрьевна, старший научный сотрудник лаборатории микробиологии, ИОЭБ СО РАН, РБ, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, 670047, тел. 8 (3012) 43-49-02, факс 8 (3012) 43-30-34.
Ульзетуева Ирина Дабаевна, ведущий инженер, лаборатория химии синтетических и природных полимеров БИП СО РАН, РБ, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, 670047, тел. 8(3012) 43-42-58.
Намсараев Баир Бадмабазарович, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой экспериментальной биологии БГФ, БГУ. 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой. 6. Тел.: 8(3012) 43-49-02.
ZakharyukAnastasiya Gennadevna, junior reearcher, laboratory of microbiology, Institute of General and Experimental Biology, SB RAS, Ulan-Ude, Sakhyanova str., 6. 670047, tel. 8(3012)434902, fax 8(3012)433034, [email protected]
Abidueva Elena Yurievna, senior researcher, laboratory of microbiology, Institute of General and Experimental Biology, SB RAS, Ulan-Ude, Sahyanova str., 6. 670047, tel. 8(3012)434902, fax 8(3012)433034
Ulzetueva Irina Dabaevna, leading engineer, laboratory of chemistry of synthetic and natural polymers, Baikal Institute of Nature Management SB RAS, Ulan-Ude, Sahyanova str., 6. 670047, tel. 8(3012) 43-42-58.
Namsaraev Bair Badmabazarovich, doctor of biology, professor, head of department of experimental biology, Buryat State University, Ulan-Ude, Sahyanova str., 6. 670047, tel. 8(3012)434902, fax 8(3012)433034, bair [email protected]
Таким образом, озера Нухэ-Нур Восточное и Нухэ-Нур Западное относятся к слабоминерализованным озерам с общей суммой солей 6,0 - 8,5 г/дм3, значениями рН 8,3 - 8,5 и карбонатным типом воды.
Важная роль при разложении органического вещества на первых этапах деструкции в водоеме принадлежит гидролитикам. Они осуществляют гидролиз нерастворимого органического вещества, переводя его в растворимое. В исследуемых водоемах преобладали аэробные и анаэробные амилолитические бактерии. Максимальная их численность достигала 1 млрд кл/см3 пробы.
В результате эксперимента в градиенте рН показано, что исследованные физиологические группы бактерий способны развиваться в широком диапазоне рН. Несмотря на то, что в озере Нухэ-Нур Западное природные значения рН слабощелочные, сообщество бактерий-
