Анализ таксономического спектра цианобактерий солоноватых и соленых озер Южного Забайкалья

Работа выполнена при финансовой поддержке Президиума СО РАН №38 и №95, МО РФ РИП 2.1.1/2 «НОЦ Байкал».

Солоноватые и соленые озера являются уникальными водными экосистемами, характеризующиеся высокой концентрацией солей и щелочными условиями существования, которые создают благоприятные условия для развития биоты. Поэтому такие озера оказались удобным полигоном для изучения видового разнообразия алкалофильных и галофильных бактерий, которые участвуют в круговороте биогенных элементов. Одним из групп фототрофов являются цианобактерии. Видовое разнообразие последних напрямую зависит от условий среды обитания.

Забайкалье богато многочисленными солоноватыми и содово-солеными озерами [3, 4]. Формированию этих озер благоприятствует мелкосопочный рельеф с большим количеством депрессий и полу-аридный климат, способствующий испарительному концентрированию поверхностных вод. Озера, как правило, неглубокие, максимальная глубина достигает 3-8 метров. Небольшая глубина озер и обилие биогенных элементов способствуют высокой продуктивности биоты. Высокая соленость озер, ограничивающая распространение высшей растительности, создает условия для доминирования прокариотных организмов, в частности цианобактерий.

Целью работы являлось проведение анализа сходства цианобактериальных сообществ солоноватых и соленых озер Южного Забайкалья с помощью коэффициента флористической общности Жаккара.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Номенклатура и классификация Cyanoprocariota даны по J. Komárek, K. Anagnostidis [7, 8]. При определении и описании видов обращали внимание на следующие характеристики: форма и окраска, наличие дополнительных образований, количество клеток в колониях, особенности ветвления, строе- ние двигательного аппарата и т.д. Определение размеров клеток в живом и фиксированном состоянии проводили с помощью окуляр-микрометра с измерительной линейкой. Учитывались длина и ширина клеток, длина трихомов, размеры колоний, длина отростков и жгутиков и др.

Для установления влияния рН и минерализации на видовой состав сообществ был применен коэффициент флористической общности Жаккара (k), модифицированный Л.И. Малышевым [5]. Расчеты проводили по формуле:

k= a /( a +b+ c ) , где а - общие, b и с - специфичные

Полученные коэффициенты были обработаны в программе Statistica 6.0. Дендрограммы были построены по методу невзвешенного попарного арифметического среднего, а двумерные графики – по методу многомерного шкалирования.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ видового состава цианобактерий был проведен в одиннадцати озерах Южного Забайкалья, отличающихся по своим физико-химическим характеристикам. Значения рН воды варьировало от 7,0-7,5; 8,0-9,0; 9,0-10,0 и минерализации 0-3,0; 4,0-10; 90,0-276,0 (табл. 1).

Таблица 1

Физико-химические параметры исследованных водоемов и количество обнаруженных таксонов цианобактерий

«М» – минерализация

Определение морфологического и таксономического состава цианобактерий показало большое разнообразие видов. Всего было обнаружено 30 видов, разновидностей и форм цианобактерий, наибольшее их количество зарегистрировано в озерах Соленое (до 11 видов), Хилганта (10), Сульфатное (8) и Верхнее Белое (8), наименьшее– в озерах Бабье и Цаган Нур (по 2 вида).

По разнообразию видового состава следует выделить роды: Leptolyngbya (7 видов), Phormidium (4 вида), Anabaena (3 вида), Oscillatoria (2 вида). Другие роды были не многочисленны.

Дополнительно к обнаруженным предыдущими исследователями видам [1, 2, 6] нами в озерах Забайкалья выявлено еще 10 видов цианобактерий. Из них по два вида выявлены в родах Leptolyngbya ( valderiana и voronichniana) и Phormidium ( Ph. breve и Ph. retrii ), по одному – виды Anabaena bergii , Arthrospira jenneri, Chroococcus minutus , Jaaginema woronichinii, Pseudanabaena frigida и Trichoder-mium lacustre.

Сравнение сходства сообществ цианобактерий проведено в координатах виды – рН и виды – соленость. Эти параметры были выбраны не случайно, т.к. они являются одним из основных факторов лимитирующих развитие цианобактерий.

Распределение сообществ озер в зависимости от минерализации показало следующие результаты. Сообщества цианобактерий, развивающиеся в озерах с минерализацией 3,0-5,0 г/л, имели наибольшее сходство (k=0,389) с таковыми с минерализацией 5,0-10,0 г/л за счет присутствия общих видов Lep-tolyngbya Oscillatoria, Phormidium, Pseudanabaena и Spirulina. Комплекс цианобактерий, развивающиеся при минерализации 0-3,0 г/л, имело меньшее сходство с 3,0-5,0 г/л и 5,0-10,0 г/л за счет присутствия в нем видов Anabaena, Nostoc , Trichodermium, Calotrix и меньшим количеством совпадающих видов.

Сообщества, развивающиеся при минерализации 3,0-5,0 и 5,0-10,0, наиболее близки между собой и объединялись в кластер I. В свою очередь, представители I-го кластера совместно с сообществом цианобактерий, развивающихся при минерализации 90,0-276,0 г/л, образовывали ІІ кластер. Сообщества цианобактерий, развивающиеся при минерализации 0-3,0 г/л, имели наименьшее сходство с таковыми при различных минерализациях.

В ходе анализа сходства цианобактерий в исследуемых солоноватых и соленых озерах в системе виды – рН было показано, что коэффициент сходства находится в широких пределах. Наибольший коэффициент сходства (k=0,409) отмечен для видов цианобактерий, развивающихся при рН воды 8,09,0 и 9,5-10,0. Сообщества цианобактерий при рН 7,0-8,0 являлись наиболее сходным с таковыми при рН 8,0-9,0 и рН 9,5-10,0, а с рН 9,0-9,5 имело наименьшее сходство (k=0,077).

Рис . 1. Дендрограмма кластерного анализа для цианобактерий солоноватых и соленых озер Забайкалья в координатах вида – рН

В результате анализа дендрограммы кластерного анализа было выделено два кластера (рис. 1). Первый кластер объединяет сообщества, развивающихся при близких рН, от 8,0-9,0 до 9,5-10,0, второй кластер – представителей кластера І с таковыми, развивающихся при менее щелочных значениях рН (7,0-8,0). Комплекс цианобактерий озер с рН 9,0-9,5 имеет наименьшую степень сходства с видовым составом цианобактерий при других рН.

Таким образом, в координатах виды– минерализация наибольшая степень сходства отмечена при минерализации 3,0-5,0 г/л и 5,0-10,0 г/л. В координатах виды– рН наблюдалась высокое сходство в широких пределах рН, от 8,0 до 10,0. Сравнение видового состава цианобактерий щелочных минерализованных озер Забайкалья с помощью коэффициента флористической общности Жаккара показало, что сообщества, развивающиеся при близких значениях физико-химических характеристик, имеют более высокое сходство. А в случае, когда цианобактериальные сообщества формируются при кардинально отличающихся физико-химических характеристиках, они имеют значительное различие.