Гидрохимическая и микробиологическая характеристика щелочного Большереченского источника

Изучению микробных сообществ высокотемпературных (более 45оС) щелочных гидротерм Байкальской рифтовой зоны посвящен целый ряд работ [1, 2], однако, субтермальные источники с температурой воды на выходе около 20оС ранее исследовались эпизодически. Щелочные гидротермы широко распространены в природе, при этом значение рН среды, отделяющее щелочные воды от нейтральных, принимается равным 8,0-8,5 [3]. В отношении температуры, воды принято считать термальными, если их температура превышает 20оС [4]. Считается, что если температура в таких местообитаниях не превышает 40-45оС, то в сообществах микроорганизмов доминируют мезофилы, имеющие оптимум развития около 30оС и максимум до 45оС [5].

Материалы и методы

Отбор проб воды и микробных матов, развивающихся на выходе и по течению минерального ручья Большереченского источника, был произведен в сентябре 2010 г. Температуру и рН в местах отбора измеряли портативным рН-метром Hanna HI 8314. Содержание карбонатов и гидрокарбонатов определяли титрованием, сульфаты – турбидиметрическим методом [6, 7]. Соотношение стабильного изотопа 13С/12С органического вещества определяли на масс-спектрометре BreathMAT plus (Finnigan) с относительной погрешностью ±0,1‰. Результаты выражали в виде величин δ 13С‰, откалиброванных по отношению к стандартам.

Численность микроорганизмов-деструкторов различных физиологических групп определяли на модифицированной минеральной среде Пфеннига, следующего состава (г/л): NH 4 Cl – 0,4; KH 2 PO 4 – 0,5; NaNO 3 – 0,4; MgCl 2 – 0,2; Na 2 SO 4 – 0,5; NaCl – 0,5; КCl – 0,5; дрожжевой экстракт – 0,1; раствор микроэлементов по Липперту, Витману – 1 мл; витамин В 12 – 20 мкг. В качестве субстратов вносили (в %): для протеолитиков – пептон (1,5); для амилолитиков – крахмал (1,5); для липолитиков – твин-40 (1,5); для сахаролитиков – глюкозу (1,5). Значение рН среды, соответствующее природному значению рН воды источника – 9,3, устанавливали соотношениями NaHCO 3 и NaCO 3 . Для определения численности сульфатредуцирующих бактерий использовали измененную среду Пикуты, г/л [8]: KH 2 PO 4 , 0.2; MgCl 2 ∙6H 2 O, 0.1; NH 4 Cl, 0.5; KCl, 0.2; Na 2 SO 4 , 3.0; дрожжевой экстракт, 0.1; лактат Na, 4; витамин В 12 , 1 мл; NaHCO 3 , 1.1; Na 2 CO 3 , 0.4; CaCl 2 ∙2H 2 O, 0.1; Na 2 S∙9H 2 O, 0.05; микроэлементы, 1 мл; тиогликолят Na, 0.2; основной раствор резазурина, 5 мл. Морфологию клеток микроорганизмов исследовали с помощью светового микроскопа Ahiostar plus (Karl Zeiss, Германия). Идентификацию

С.В. Зайцева, Д.Д. Цыренова, А.М. Калашников и др. Гидрохимическая и микробиологическая характеристика щелочного Большереченского источника видовой принадлежности цианобактерий проводили на основании морфологических признаков по стандартным определителям [9, 10].

Результаты исследований и обсуждение

Большереченский источник (51058/338//N, 106017/761//E; Кабанский район Республики Бурятия) располагается в 12 км от побережья оз. Байкал, на окраине села Большая Речка. Высота над уровнем моря 464 м. Два выхода источника с термальной, щелочной, слабоминерализованной водой находятся на расстоянии 15 м друг от друга. Суммарный дебит источников составляет 2 л/с. Источники каптированы и незначительно различаются по своим физико-химическим параметрам (табл. 1). В первом выходе ощущается слабый запах сероводорода. Вода обоих выходов имеет щелочную реакцию, значения рН варьируют в пределах 9,3-9,35. Общая щелочность воды колеблется от 91,2 до 96,0 мг/дм3. Сухой остаток, характеризующий содержание минеральных солей и нелетучих органических соединений, составляет 622-629 мг/дм3. Прокаленный остаток, определяющий содержание в испытуемой воде неорганических примесей, незначительно варьирует в разных выходах (591-608 мг/дм3). Полученные данные не превышают нормы ГОСТ 17.1.3.03-77 для питьевых вод.

Таблица 1

Физико-химическая характеристика Большереченского источника (мг/дм3)

М – минерализация

По химическому составу вода Большереченского источника относится к гидрокарбонатной натриевой. Среди катионов преобладает натрий, превышая количество кальция и магния на два порядка. Содержание калия было незначительно. Среди анионов в воде источника преобладали гидрокарбонаты, однако содержание сульфатов также было значительным. Вода в первом выходе источника вытекает из трубы, накапливается в самодельном желобе и стекает, образуя ручей. Температура в ручье составляет 17-18оС, содержание кислорода в воде 3,2 мг/дм3. Изотопный состав органического вещества в осадках на выходе источников варьировал от -25.09 до -26.99‰, что демонстрирует низкое содержание тяжелой формы 13С.

По течению ручья развиваются плотные цианобактериальные маты двух типов. В темно-зеленых плотных кожистых матах первого типа, толщиной до 0,3 см, доминируют диатомовые и зеленые водоросли. В качестве содоминантов выступают цианобактерии Oscilatoria brevis , Phormidium foveolarum и Ph. anqustissimum . Микробные маты второго типа буровато-зеленого цвета, толщиной 0,3-0,4 см. В них также преобладают зеленые и диатомовые водоросли, а численность и разнообразие цианобактерий заметно ниже, чем в темно-зеленых матах. Встречаются виды одноклеточных цианобактерий рода Gloeocapsa и нитчатые бактерии рода Phormidium .

Ранее было показано, что наибольшее разнообразие цианобактерий в микробных сообществах щелочных гидротерм отмечается при температурах 35-40^оС, при повышении температур до 50-70^оС количество видов цианобактерий заметно меньше [1]. При этом нижний температурный предел развития большинства цианобактерий, выделенных из микробных матов гидротерм Байкальской рифтовой зоны, составляет 20-30⁰С. Самый широкий диапазон развития имеют виды родов Phormidium и Oscillatoria , которые отмечаются в микробных сообществах при самых разных температурах. По литературным данным большинство видов термофильных и мезофильных цианобактерий более активно развиваются в щелочных условиях [1].

Численность микроорганизмов различных физиологических групп была определена при различных температурах культивирования (табл. 2). Максимальное количество аэробных и анаэробных микроорганизмов – 100000 кл/мл – выросло при температурах культивирования 20-30оС. При этом время культивирования составляло при 300С – 24-48 ч, при 20оС – 3-5 суток. Мезофильные протеоли-тики были представлены грамположительными палочками.

В пробах микробных матов была определена численность сульфатредуцирующих бактерий, которые восстанавливают сульфаты до сероводорода на терминальных этапах деструкции органического вещества. Рост накопительных культур сульфатредукторов при различных температурах показал, что наиболее предпочтительным температурным диапазоном являлись температуры 40-45оС, при этих температурах культуры образовывали 12,8-19,2 мг сероводорода на литр. Нужно отметить, что при этих температурах численность бактерий хотя и снижалась, но оставалась достаточно значимой, чтобы можно было сделать вывод о присутствии термофильных микроорганизмов в микробных матах Большереченского источника.

Таблица 2

Численность бактерий-деструкторов в микробных матах Большереченского источника (кл/мл)