Сравнительная характеристика численности бактерий в глубоководных осадках и мелководных грунтах озера Байкал

Общая численность бактерий представляет собой важный показатель в экологической характеристике микробных сообществ. Донные осадки Байкала – благоприятная для развития бактерий экосистема, где микробное сообщество участвует в процессах раннего диагенеза осадочного материала. Наибольшая активность микроорганизмов наблюдается в местах поступления и концентрации органического вещества – в поверхностных слоях осадков и прибрежных районах, особенно приустьевых участков рек [1]. Мелководные заливы (соры) озера можно отнести к экотонной (переходной) зоне между озером и прибрежьем. Эти заливы отличаются хорошей прогреваемостью в летний период и высокой продуктивностью [2].

В 2008-2009 гг. была осуществлена уникальная экспедиция – погружение глубоководных обитаемых аппаратов (ГОА) «Мир» на байкальские глубины. В ходе экспедиции получены данные о глубинах Байкала, о тектонических процессах на дне озера, состоянии береговой линии, определены запасы полезных ископаемых и фоновый уровень загрязнений, исследованы флора и фауна водоема, осуществлен поиск археологических артефактов. Обнаружены поля газогидратов, лежащие на поверхности донных осадочных отложений [3, 4]. Применение ГОА дало возможность точного точечного отбора проб донных отложений.

Цель работы – сравнить численность бактерий в глубоководных осадках, отобранных с помощью ГОА «Мир», и в мелководных заливах озера Байкал.

Объекты и методы исследования

Отбор проб глубоководных донных осадков производился в августе 2008 года с помощью глубоководного обитаемого аппарата МИР-2 в районе мыса Ухан и мыса Шунтэй (район острова Ольхон). Также изучались мелководные осадки, отобранные в заливах Провал и Посольский Сор (придельтовое пространство реки Селенга). Изученные осадки были представлены илами и среднезернистыми песками.

Для определения общей численности бактерий в осадках готовили суспензию – 1 г ила в 100 мл безбактериальной воды, которую гомогенизировали на установке УЗДН 2 мин при частоте 22 кГц. Суспензию фильтровали через нитроцеллюлозные фильтры с диаметром пор 0,22 мм (Владисарт, Россия), окрашивали 5% раствором эритрозина и просматривали на микроскопе Axiostar Plus («ZEISS», Германия) при увеличении 1,25x10x100 в 20 полях зрения.

Учет численности жизнеспособных клеток сапрофитных бактерий производили на среде РПА 1:10 глубинным посевом [5]. Все посевы выполнялись в 2-х повторностях. Инкубация производилась при 20оС в течение 5 суток. Органический углерод определяли методом мокрого сжигания по Тюрину [6].

Результаты и их обсуждение

Известно, что концентрация органического вещества в отложениях Среднего Байкала составляет 1,5-2,5% [7]. Осадки мелководного района Селенгинского мелководья характеризуются более низким содержанием органического вещества 0,5-1,5%. В толще осадков количество органического вещества распределено неравномерно. Максимальная активность микроорганизмов наблюдается в верхних горизонтах донных осадков, куда поступает осадочный материал, содержащий различные органические и неорганические вещества. В глубоководных районах максимальные значения органического вещества обнаружены в верхних слоях, к нижним этот показатель уменьшается. В осадках мелководных районов С орг распределен неравномерно.

Количество органического вещества в донных осадках острова Ольхон составляло 1,241,60%, в среднем 1,36%. В осадках мелководных заливов содержание С орг варьировало от 0,03 до 0,86%, в среднем для залива Провал 0,40%, для залива Посольский Сор 0,27%.

В глубоководных осадках озера Байкал общая численность бактерий (ОЧБ) составляла 0,51,9 млрд кл/мл. Наибольшее количество бактерий выявлено в глубоководных осадках мыса Ухан. В осадках мыса Шунтэй максимальное количество бактерий было меньше (1 млн кл/мл). Как правило, общая численность бактерий зависела от типа осадка. Наиболее были насыщены микроорганизмами поверхностные окисленные слои. Наблюдалось снижение численности от поверхностных горизонтов к нижним. Количество сапрофитных бактерий – дест- рукторов легкоусвояемого органического вещества также достигало максимальных значений в поверхностных горизонтах (2,16-10,3 млн кл/мл). Наибольшее количество сапрофитов обнаружено в донных осадках мыса Ухан на глубине 1553 м (рис. 1).

Мыс Шунтэй, 1064 м

Мыс Ухан, 1553 м

Горизонт , см

А

Мыс Шунтэй, 1064 м

Мыс Ухан , 1553 м

Рис . 1. Распределение численности бактерий по глубине ила в глубоководных осадках: А – общая численность, Б – численность сапрофитов

В грунтах залива Провал количество бактерий составляет 0,5-1,4 млрд кл/мл. Минимальное количество наблюдалось в песчаных осадках, максимальное в илах. В заиленных песках среднее количество бактерий равно 6,9 млн кл/мл. В песчаных осадках мелководья залива Посольский Сор численность бактерий составляет 4,3-5,5 млн кл/мл (среднее значение 4,9 млн кл/мл) (табл. 1). Сапрофиты достигали макси- мальных значений в илах, также как и общая численность бактерий. Значительные количества сапрофитов обнаружено в грунтах залива Провал. В заливе Провал в ряду осадков «песок – заиленный песок – ил» три исследованных показателя: содержание Сорг, ОЧБ и численность сапрофитов увеличивались. На фоновом участке были обнаружены наименьшие значения численности бактерий.

Таблица 1

Средние значения численности бактерий в прибрежных мелководных осадках

Тип осадка	С орг , %	ОЧБ, млн кл/мл	Численность сапрофитов, млн кл/мл
Залив Провал
Среднезернистый песок	0,28	511,4	1,83
Заиленный песок	0,65	688,2	2,67
Темно-серый ил	1,81	1007,1	3,40
Залив Посольский Сор
Среднезернистый песок	0,27	492,7	2,01
Фон – Боярск
Крупнозернистый песок	0,19	5,1           \	0,06

При сравнении микробиологических показателей в глубоководных и мелководных участках видно, что численность бактерий в глубоководных осадках была больше (при среднем содержании Сорг 1,36%), чем в мелководных (при среднем содержании С орг 0,34%) (табл. 2). Удельный вес бактерий, разрушающих легкоусвояемые углеводы, в глубинных осадках был больше. Размах колебаний численности бакте- рий в мелководье был более значителен, также как и содержание органического вещества в грунтах, что объясняется разнообразием грунтов и неравномерностью поступления Сорг в осадки, что уже отмечалось ранее [8]. Таким образом, общая численность бактерий и численность сапрофитов в изученных осадках озера Байкал зависят от содержания органического вещества.

Таблица 2

Средние значения численности бактерий в осадках озера Байкал

Осадки	С орг , %	ОЧБ, млн кл/мл	Сапрофитные бактерии, млн кл/мл (% от ОЧБ)
Глубоководные	1,36	999,48	6,77 (0,68)
Мелководные	0,34	505,15	1,91 (0,38)