Распространение сульфатредуцирующих бактерий в содово-соленых озерах Забайкалья

Содовые озера характеризуются экстремальными условиями обитания: щелочными значениями pH и высокой минерализацией. Содовые озера представляют интерес как места обитания алкалофильных микроорганизмов, участвующих в создании биологически активных веществ, таких как витамины, ферменты, органические кислоты и др. [1]. Алкалофильные микроорганизмы являются практически единственным компонентом биоты в содовых озерах [2].

Избыток сульфата в содовых озерах способствует преобладанию в анаэробных условиях процесса сульфатредукции над метаногенезом [3]. Поэтому ведущую роль в процессе разложе- ния органического вещества на терминальных этапах в щелочных условиях играют алкало-фильные сульфатредуцирующие бактерии.

Цель настоящей работы – изучение численности алкалофильных сульфатредуцирующих бактерий в донных осадках и песчаных матах содовых озер Забайкалья.

Объекты и методы

Объектами исследования служили содовосоленые озера Соленое (Республика Бурятия), Доронинское и Зун-Торей (Забайкальский край).

Озеро Соленое находится в Кяхтинском районе Республики Бурятия. Площадь водного зеркала составляет 0,36-1 км2, глубина – 2,5-3м. Общая минерализация 6,9 г/л. pH воды в озере составляет 9,4-9,6.

Озеро Доронинское находится в 154 км от г. Читы в бассейне реки Ингода. Площадь водной поверхности озера 4,5 км2, глубина около 6 м. Вода характеризуется высокой степенью минерализации (от 35 000 мг/дм3 на поверхности до 50 000-60 000 мг/дм3 и более у дна), pH находится в щелочной области и варьирует от 9,7 до 10.

Озеро Зун-Торей расположено на юге Забайкальского края. Его площадь в годы повышенной водности достигает 300 км2. Наибольшая глубина 7 м. Наибольшие глубины в озере Зун-Торей отмечены в северной его части. Минерализация от 1000 мг/дм3 при высоких уровнях до 10 000 мг/дм3 при низких. Значение pH воды 9,6.

Пробы донных осадков и песчаных матов отбирали из разных горизонтов, включая поверхностный слой. До проведения анализов пробы хранили в пластиковых пакетах в темноте при температуре, соответствующей природным значениям, или в холодильнике.

Для изучения распространения сульфатреду-цирующих бактерий в алкалофильном микробном сообществе численность определяли высевом проб на жидкую минеральную среду следующего состава [4] (г/л): Na 2 CO 3 – 1,2; NaHCO 3 – 1,85; NaCl – 15; K 2 HPO 4 – 0,5; дрожжевой экстракт – 0,05; раствор микроэлементов по Пфеннигу – 1 мл/л.

Из концентрированных растворов в стерильную среду добавляли (мМ): MgCl 2 – 1; Na 2 S – 1; Na₂SO₄ – 20, металлическую скрепку или раствор FeSO 4.

В качестве источника углерода и донора электронов использовали лактат или ацетат натрия с конечной концентрацией в среде 0,4%.

Среды стерилизовали при температуре 120°С и давлении 1 атм в течение 20 минут. Перед посевом среды кипятили для удаления растворенного кислорода. Посевы проводили во флаконы, наполненные средой доверху, и закрывали резиновыми пробками. pH среды при посеве – 9,6.

О росте сульфатредуцирующих бактерий судили по почернению скрепки и образованию осадка сульфида железа.

Результаты и обсуждение

По глубине колонки донных осадков озера Соленое численность сульфатредуцирующих бактерий варьировала от 1000 до 100 тыс. кл/мл пробы, вне зависимости от используемого донора электронов (табл. 1). Максимальная численность сульфатредукторов (100 тыс. кл/мл) выявлена в поверхностном слое, на глубине 10 см и 28 см.

С увеличением глубины численность суль-фатредукторов снижается. Причем в пробах, выращенных с ацетатом, число клеток сульфатре-дуцирующих микроорганизмов снизилось сразу на два порядка (от 100 тыс. кл/мл до 1 тыс. кл/мл). На глубине 10 см вновь зафиксировано увеличение численности сульфатредуцирующих бактерий. От 10 до 25 см резких колебаний числа клеток не обнаружено. Третий максимум выявлен в нижнем слое колонки, на глубине 28 см.

Таблица 1

Численность сульфатредукторов в колонке донных отложений оз. Соленое

Слой , см	Численность , кл / мл
	Лактат	Ацетат
1	105	105
5	104	103
10	105	104
19	104	104
25	104	104
28	105	105

Таким образом, максимальное количество сульфатредуцирующих бактерий выявлено в поверхностных и в глубинных слоях донных осадков. Наличие высокой численности суль-фатредукторов в верхних слоях отложений объясняется наибольшим количеством органического вещества, которое поступает из водной толщи и откладывается на поверхности донных осадков. Наивысшие значения численности сульфатредуцирующих бактерий, зафиксированные в нижнем слое колонки, т.е. на глубине 28 см, вероятно, связаны с присутствием большего количества сульфата.

В песчаном мате озера Доронинское численность сульфатредукторов варьировала от 10 тыс. до 10 млн кл/мл (табл. 2). Максимальная численность клеток (10 млн кл/мл) была зафиксирована на среде с лактатом в верхних слоях мата. С глубиной численность сульфатредуци-рующих бактерий, выращенных на лактате, снижалась. При использовании ацетата в качестве донора электронов численность сульфатре-дукторов была на два порядка ниже и составила 100 тыс. кл/мл. Заметного снижения численности с глубиной не наблюдается. Наоборот, в нижних слоях мата численность сульфатредук-торов, выращенных на ацетате, выше, чем на лактате.

Таблица 2

Численность сульфатредукторов в песчаном мате оз. Доронинское по слоям

Слой , см	Численность , кл / мл
	лактат	ацетат
0 – 0,2	107	105
0,2 – 0,5	107	105
0,5 – 1,0	104	104
1,0 – 1,5	104	105
2,0 – 2,5	104	105
3,0 – 3,5	104	105

Максимальная численность сульфатредуци-рующих бактерий (10 тыс. кл/мл) в песчаном мате озера Зун-Торей зафиксирована на среде с лактатом в верхних слоях мата (табл. 3). При использовании ацетата в качестве донора электронов численность сульфатредукторов варьировала от 100 кл/мл до 10 тыс. кл/мл. Наивысшие значения численности (10 тыс. кл/мл) выявлены на глубине 0,5-1,0 см. С увеличением глубины численность сульфатредуцирующих бактерий резко снижается.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в такой экосистеме, как песчаный мат с очень низким содержанием органического вещества, широко распространены бактерии, осуществляющие восстановление сульфата в щелочных условиях. Максимальные численности сульфатредукторов выявлены в поверхностном и подповерхностном слоях мата. С увеличением глубины численность сульфатредуцирующих бактерий снижается.

Таблица 3

Численность сульфатредукторов в песчаном мате оз. Зун-Торей по слоям

Слой , см	Численность , кл / мл
	лактат	ацетат
0 – 0,2	104	103
0,2 – 0,5	104	103
0,5 – 1,0	102	104
1,0 – 1,5	104	102
3,0 – 5,0	103	102

Таким образом, в донных осадках и песчаных матах исследуемых содовых озер Забайкалья широко распространены бактерии, способные осуществлять восстановление сульфатов в щелочных условиях.