Гидрохимическая характеристика местообитаний аэробных термофильных бактерий и их численность
Автор: Шаргаева Олеся Валерьевна, Кашкак Елена Сергеевна, Бархутова Дарима Дондоковна
Журнал: Вестник Бурятского государственного университета. Философия @vestnik-bsu
Рубрика: Химия
Статья в выпуске: 3, 2012 года.
Бесплатный доступ
В термальных источниках на территории Бурятии и Монголии изучены физико-химические параметры в местах отбора проб для микробиологических исследований. Они характеризуются высокими температурами, щелочными значениями рН и содержат сероводород в форме сульфидных ионов. В микробных матах и илах гидротерм определена численность термофильных аэробных органотрофных бактерий.
Термальные источники, термофильные аэробные органотрофные бактерии
Короткий адрес: https://sciup.org/148180988
IDR: 148180988
Текст научной статьи Гидрохимическая характеристика местообитаний аэробных термофильных бактерий и их численность
Естественными местообитаниями термофильных микроорганизмов в условиях современной биосферы являются горячие источники, глубоководные гидротермы, высокотемпературная подземная биосфера, а также экосистемы, связанные с деятельностью человека (компосты, угольные отвалы, метантенки) [1]. В формировании минеральных вод гидротерм важное значение имеет циркуляция воды, поступающая с поверхности. Взаимодействие термальных вод приводит к выщелачиванию вмещающих пород и насыщению их сопутствующими газами и веществами [2]. Глубинные воды поступают в вышележащие горизонты, где в той или иной степени смешиваются с грунтовыми водами. Состав и температура термальных вод при выходе их на поверхность определяются при их смешивании с грунтовыми водами. Сочетание нескольких экстремальных факторов в условиях щелочных гидротерм обуславливает присутствие в микробных сообществах бактерий способных переносить как высокую температуру, так и высокие значения рН среды. Температура оказывает наибольшее влияние на видовое разнообразие микробных сообществ горячих источников [3]. Существуют различные классификации микроорганизмов по отношению к температуре [4].
Как правило, к термофилам относятся микроорганизмы, имеющие температурный оптимум развития при 55ºС и выше. Одновременно с первичной продукцией в микробном сообществе идет деструкция органического вещества (ОВ), осуществляемая различными функциональными группами микроорганизмов. Деструкция обусловлена целой цепью превращений, организованной таким обра- зом, что продукты одного этапа служат питательным субстратом для организмов, осуществляющих следующий этап [2]. На первых этапах разложения полимеров основная роль принадлежит аэробным бактериям, осуществляющим гидролиз [4]. Аэробные органотрофы функционируют в микробном сообществе, где наблюдается изобилие ОВ и синтезируется кислород. Их развитие лимитируется двумя факторами: доступным Сорг и притоком О2 [5]. При достаточно высокой концентрации доступной органики создается дефицит О2 и процесс аэробного разложения прямо зависит от его поступления. Аэробные органотрофы очень разнообразны и представляют группу, привлекшую больше всего внимания на уровне чистых культур [4].
Цель работы – изучение физико-химических условий среды обитания и определение численности термофильных бактерий в матах и илах горячих источниках Бурятии и Монголии.
Объекты и методы исследования
Гидрохимические и микробиологические исследования проведены в 4 горячих источниках Алла, Сея, Умхей, Кучигер (Курумканский район, Бурятия) и гидротерме Цэнхэр (Монголия). Пробы для проведения исследований были отобраны в летние периоды 2011 г.
Физико-химические показатели воды измеряли in situ с помощью портативных приборов: кислотность среды (рН) – потенциометрическим рН-метром рНер2 (Португалия), кислород определяли при помощи портативного оксиметра OXI. Для определения сульфидных ионов пробы были зафиксированы ацетатом кадмия. Концентрацию сульфида определяли в лабораторных условиях колориметрически с пара-фенилендиамином на спектрофотометре Сесил (Германия) [7].
Учет численности жизнеспособных клеток микроорганизмов проводили методом предельных разведений на элективных средах. Среды предварительно стерилизовали при 1200С в течение 20 мин. Культивирование термофильных бактерий проводили на жидкой модифицированной среде Пфеннига для бактерий Meiothermus rubber следующего состава (г/л):
КН2РО4
NH4Cl0,5
MgSO4∙7H2O0,5
КCl0,5
NaCl0,5
CaCl2∙2H2O0,05
NaHCO3
Дрожжевой экстракт0,1
Na2S2O3∙5H2O1,0
Раствор микроэлементов по Пфеннигу 1 мл
Витамин B 12 1 мл
Аэробные микроорганизмы культивировали при температуре 55 ° С в пробирках, заполненных на одну треть средой, закрытых ватными пробками. Рост термофильных бактерий учитывали визуально по помутнению среды и образованию бактериальной пленки [5].
Результаты и обсуждения
Исследования физико-химических параметров воды и донных осадков горячих источников дают представление о среде обитания микроорганизмов. В данных источниках были определены температура воды, значения рН, содержание кислорода и сероводорода. Наиболее значимым показателем для гидротерм является температура воды. Температура при выходе на поверхность термальных источников изменялась в широких пределах (табл. 1).
Наиболее горячими на выходе были воды гидротерм Алла Т.5, Цэнхэр, Сея Т1. Значения pH варьировали от 8,5 до 10,5. Более щелочные значения рН зарегистрированы в гидротермах Цэнхэр, Алла Т6, Кучигер Т1 и Умхей Т1. Слабощелочная реакция отмечена в гидротерме Сея Т4 и Кучигер Т3. Следует отметить, что для термальных вод на исследуемых станциях характерны низкие концентрации кислорода. Содержание кислорода варьировало от 0,2 до 2 мг/л.
Минеральная вода исследуемых гидротерм является сероводородной. Высоким содержанием сероводорода отличались гидротермы Алла Т2, Алла Т5 и Кучигер Т1. Более низкие концентрации сероводорода были определены в гидротермах Сея на станциях Т3 и Т4 по ручью.
Таблица 1
Физико-химическая характеристика исследуемых гидротерм
|
Источники |
Станции |
Описание |
Т оС |
pН |
О 2 , мг/л |
С (S2-), мг/л |
|
Алла (21.09.11) |
Т1 |
Нити Meiothermus |
40 |
9,3 |
1,9 |
60,8 |
|
Т1 |
Край мата |
45 |
9,3 |
- |
- |
|
|
Т1 |
Ил из под мата |
57,3 |
9,3 |
- |
- |
|
|
Т2 |
Тяжи болота |
65,6 |
9,3 |
- |
84,8 |
|
|
Т2 |
Ил с остатками змеи |
67 |
9,3 |
- |
- |
|
|
Т2 |
песок |
65 |
9,3 |
- |
- |
|
|
Т3 |
Белые обрастания Thiothrix |
21 |
9,1 |
1,4 |
18,5 |
|
|
Т3 |
мат Oschillochloris |
21 |
9,1 |
- |
- |
|
|
Т3 |
Ил из под мата |
21 |
9,1 |
- |
- |
|
|
Т4 |
Розовый мат |
35 |
9,6 |
2,0 |
27 |
|
|
Т4 |
Ил из под мата |
35 |
9,6 |
- |
- |
|
|
Т5 |
Вода (выход) |
74,6 |
9,1 |
- |
83,3 |
|
|
Т6 |
Мат (ручей) |
32 |
10 |
- |
- |
|
|
Кучигер (22.09.11) |
Т1 |
Ил (грифон) |
41,8 |
10,0 |
- |
64 |
|
Т2 |
Пурпурный мат (колодец) |
24,1 |
9,8 |
- |
35,5 |
|
|
Т3 |
Изумрудный мат |
34 |
8,9-9,0 |
- |
- |
|
|
Т3 |
Ил из под мата |
34 |
8,9 |
- |
- |
|
|
Т4 |
Ил (ручей) |
30,6 |
9,3 |
- |
46,7 |
|
|
Т5 |
Пурпурный мат |
35 |
2 |
- |
50,9 |
|
|
Т5 |
Ил из под мата |
35 |
2 |
- |
- |
|
|
Умхей (23.09.11) |
Т1 |
Белые нити Thiothrix |
31,4 |
9,8 |
0,5 |
- |
|
Т2 |
Рыжий мат |
42,6 |
9,1 |
0,9 |
16,3 |
|
|
Т2 |
Ил из под рыжего мата |
42,6 |
9,1 |
- |
- |
|
|
Т2 |
Бело-зеленый мат |
38,3 |
9,6 |
0,7 |
- |
|
|
Т2 |
Ил из под бело-зеленого мата |
38,3 |
9,6 |
- |
- |
|
|
Т3 |
Ил (выход у уреза р. Баргузин) |
20,5 |
9,5 |
0,2 |
9,7 |
|
|
Сея (24.09.11) |
Т1 |
Ил (Выход в озеро) |
53 |
9,7 |
- |
28,2 |
|
Т2 |
Белые обрастания |
32 |
9,6 |
- |
14 |
|
|
Т2 |
Белый налет |
52,5 |
9,6 |
- |
29,3 |
|
|
Т2 |
Нижний слой мата |
52,5 |
9,6 |
- |
- |
|
|
Т2 |
Изумрудный мат |
52,5 |
9,6 |
- |
- |
|
|
Т3 |
Ручей |
50 |
9,7 |
- |
8,3 |
|
|
Т4 |
Ручей (разлив) |
44 |
8,7 |
- |
9,1 |
|
|
Т4 |
Ил |
35 |
8,7 |
- |
- |
|
|
Т4 |
Изумрудный мат |
35 |
8,5 |
- |
- |
|
|
Т5 |
Пурпурный мат |
35 |
8,5 |
- |
- |
|
|
Цэнхэр (10.09.11) |
мат |
45 |
10,5 |
- |
- |
|
|
вода |
56 |
10,5 |
- |
- |
«-» – нет данных
Численность термофильных бактерий гидротерм Баргузинской котловины
В белых обрастаниях, матах и илах была определена общая численность термофильных органо-трофных микроорганизмов. Численность микроорганизмов в илах источников была ниже, в микробных матах – несколько выше (рис.). В белых обрастаниях и илах горячих источников численность микроорганизмов варьировала от 102 до 104 кл/мл., в матах от 102 до 105 кл/мл. В мате источника Цэн-хэр численность микроорганизмов достигала 105 кл/мл, а в воде 104 кл/мл.
Алла
□ ил
□ вода
□ песок
□ белые обрастания
□ мат
Кучигер
Умхей
□ ил
□ белые обрастания
□ мат
Сея
Рис. Численность аэробных термофильных бактерий в гидротермах
Полученные результаты показывают, что максимальные численности термофильных аэробных органотрофных бактерий отмечены, в основном, в микробных матах. Выявлено также, что на активность микроорганизмов оказывает влияние физико-химические условия источников, такие как. содержание, сероводорода и высокая температура.
