Процессы азотфиксации и денитрификации в щелочном термальном источнике Горячинск

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 05-04-97215, Министерство образования и науки РФ «Биогенное минералообразование термофильным микробным сообществом».

В термальном щелочном источнике Горячинск проведены микробиологические исследования по некоторым процессам круговорота азота и микроорганизмам, участвующим в этих процессах. Также определена биологическая активность данного источника.

T.G. Banzaraktsaeva, А.Р. Shagzhina, АЛ. Stepanov, В.В. Namsaraev, D.D. Barhutova

THE PROCESSES OF NITROGENFIXATION AND DENITRIFICATION IN ALKALI THERMAL SPRING GORY ACHINSK

The some nitrogen cycle processes, CO2 emission and microorganisms of nitrogen cycle processes were studied in the alkali hydroiherm Goryachinsk.

Термальный источник Горячинск расположен в 2 км от озера Байкал и в 170 км от г. Улан-Удэ. Данный источник относится к азотным термам кремнистого типа и характеризуется высокой температурой воды и щелочными значениями pH. В таких экстремальных экосистемах единственным компонентом биоты являются микроорганизмы, которые проводят все биогеохимические процессы и поддерживают баланс веществ и энергии. Азот является одним из важнейших биогенных элементов, избыток или недостаток которого отражается на общей продуктивности экосистем, в частности водоемов (Кузнецов и др., 1985). Процесс трансформации азота имеет важное значение для функ

ционирования алкалотермофильного микробного сообщества.

Целью данной работы было изучение в щелочной гидротерме процессов круговорота азота и микроорганизмов, участвующих в этих процессах. .

Исследования проводились с помощью физико-химических, микробиологических и хроматографических методов.

Для проведения работы в октябре 2005 г. были отобраны в источнике Горячинск пробы воды и донных осадков на выходе термальных вод, по ручью и в пруду. В момент отбора проб температура воды варьировала от +44,5 до +5,4 °C. Значения pH достигали 9,0 (табл. 1).

Физико-химическая характеристика источника

Таблица 1

Проба	t,eC	pH	М, г/л
Гор-1 (выход)	44,5	9,0	0,5
Гор-3 (ручей)	44,0	8,5	0,5
Гор-4 (пруд)	5,4	7,4 '	0,3
Гор-5(ручей)	11,5	8,1	0,3

Банзаракцаева Т.Г., Шапкина А. И., Степанов А. Л., Bapxvroea Д.Д. ПРОЦЕССЫ АЗОТФИКСАЦИИ И ДЕНИТРИФИКАЦИИ В ЩЕЛОЧНОМ ТЕРМАЛЬНОМ ИСТОЧНИКЕ ГОРЯЧИНСК

В донных осадках источника Горячинск методом предельных разведений была определена численность азотфиксаторов и денит-рификаторов (табл. 2). Количество аэробных и анаэробных азотфиксаторов не превышало 107 кл/мл. Число денитрификаторов было в пределах 106 - 10s кл/мл.

Таблица 2

Численность азотфиксаторов и денитрификаторов в донных осадках, кл/мл

Проба	ОМЧ	Лзотфиксаторы	Денитрификаторы
Гор-1	5,87*10 11	10 5	106
Гор-3	4.41 *10П	ю6	10 5
Гор-4	7,97*10 ”	ю7	10'
Гор-5	4,68*10 "	10“	10*

Методом газовой хроматографии были определены актуальные и потенциальные скорости эмиссии углекислого газа, азотфиксации и денитрификации в осадках термального источника Горячинск (рис. 1, 2).

Определение эмиссии диоксида углерода показало, что все исследуемые пробы обладают высокой биологической активностью. Величина потока диоксида углерода варьировала в пределах 0,61-1,75 + 0,1 нМ СО2/г • ч. Минимальное значение эмиссии диоксида углерода выявлено в пробе из пруда, где отмечалась самая низкая температура. Максимальная активность обнаружена на выходе термального источника.

Активность диазотрофных (азотфикси-рующих) бактерий в пробах оказалась невелика. Так, нитрогеназная активность проб не превышала 0,059 + 0,013 нМ М2/г ■ ч. В отличие от скорости выхода СО2 в пробах из пруда были выявлены относительно высокие показатели азотфиксирующей активности, и наиболее низкие значения установлены на выходе воды.

Оценка процесса денитрификации (без обогащения субстратом) показала что во всех исследуемых пробах активность денитрификации была ниже предела чувствительности прибора и поэтому скорости данного процесса не зафиксированы.

Рис. 1. Актуальные скорости азотфиксации и эмиссии СО2

Анализ полученных данных позволяет заключить, что высокий уровень эмиссии диоксида углерода соответствует низким значениям азотфиксации. Вероятным объяснением может служить присутствие минеральных соединений азота подавляющих нитрогеназную активность бактерий в этих местообитаниях.

Скорость выделения СО2 после обогаще ния проб глюкозой (потенциальная активность) была на порядок выше актуальной. Самая высокая эмиссия СО2 была отмечена также на выходе и составляла 148+0,7 нМ СО2/г • ч. Минимальная эмиссия диоксида углерода (65,75+0,7 нМ СО2/г • ч) была зафиксирована в пробе из пруда. Определение потенциальной активности азотфиксации также

ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

2008/4

выявило ее увеличение относительно актуальной. Значения азотфиксирующей активности находились в пределах от 0,49+0,01 нМ Кг/г ч (по ручью) до 2,64+0,03 нМ N2/r ч (в пруду). Изучение процесса потенциальной денитрифицирующей активности исследуемых проб показало, что максимальная эмиссия закиси азота была зафиксирована в пробе на выходе термальных вод 340,8+2,0 нМ М2О/ г сут. Минимальная денитрифицирующая активность наблюдалась в осадках ручья, вниз по изливу - 50,4+1,0 нМ К2О/г сут.'

Результаты, полученные по потенциальным скоростям изучаемых процессов, показывают, что азотфиксация и денитрификация в источнике Горячинск протекают параллельно, т.е. в одних и тех же точках наблюдалось либо повышение, либо снижение скоростей этих процессов. На основании этих данных можно предположить, что в данной экосистеме поддерживается баланс. азотсодержащих соединений.

Рис. 2. Потенциальные скорости эмиссии СО2, азотфиксации и денитрификации

Таким образом, полученные данные по численности микроорганизмов цикла азота, по определению интенсивности азотфиксации и денитрификации свидетельствуют об активно протекающих процессах круговорота азота в исследуемой экстремальной экосистеме щелочного термального источника Горячинск.