Динамика численности гидролитически - активной микрофлоры в условиях комплексного загрязнения

бухты Золотой Рог

Калитина Е.Г. (kalitina@rambler.ru), Безвербная И.П., Бузолева Л.С. Дальневосточный государственный университет

Введение

Одну из наиболее мощных антропогенных нагрузок в Приморье испытывает бухта Золотой Рог, расположенная в заливе Петра Великого. Объем поступающих сточных вод в бухту в 5 раз превышает объем воды в ее акватории. Существенное воздействие на состояние вод здесь оказывают крупнейшие городские порты и судоремонтные заводы (Гаврилевский и др., 1998; Ващенко, 2000). Загрязнения поступают сюда также с водами р. Объяснения, которая сама является приемником сточных вод большого количества объектов, а также подвергается тепловому воздействию охлаждающих вод ТЭЦ - 2. (Малышев, 2002). Для бухты Золотой Рог зарегистрирован своеобразный рекорд суммарного индекса превышения ПДК загрязняющих веществ на порядок превосходящий соответствующие показатели для загрязненных акваторий Амурского залива и залива Находка (Огородникова, 2001). Значительную часть загрязнителей составляют органические вещества различного происхождения.

Известно, что чрезвычайно важную роль в начальных этапах расщепления органических субстратов, в круговороте биогенных элементов играют микроорганизмы, выделяющие в среду гидролитические ферменты (Заварзин, Колотилова, 2001). В средах, загрязненных органическими веществами, возрастает количество микрофлоры, утилизирующей соответствующие субстраты, и численность этих микроорганизмов может быть показателем степени органического загрязнения среды (Исследования экосистем1992). В связи с тем, что распределение источников загрязнения по периметру бухты неравномерно, и существенное влияние на загрязнение и гидрологический режим б. Золотой Рог оказывает р. Объяснения,

необходимо было изучить распределение гидролитически активных микроорганизмов в различных участках акватории - в кутовой, центральной и на выходе. Учитывая, что разнообразные сточные воды, содержащие большое количество легкоразлагаемых органических веществ - белков, жиров и углеводов, в течение всего года в больших объемах сбрасываются в бухту, а также учитывая высокое содержание в водах бухты нефтеуглеводородов, важно было проследить сезонную динамику численности бактерий, синтезирующих экзогенные гидролазы. Также необходимо было сопоставить полученные данные с аналогичными данными для контрольной станции, расположенной далеко от значимых источников поступления антропогенных и техногенных стоков (в районе морского заповедника).

Материалы и методы исследования Пробы морской воды отбирали из поверхностного горизонта, с глубины 2030 см в стерильные пластиковые шприцы объемом 20 мл. Микробиологический анализ проводили непосредственно после доставки отобранных образцов в лабораторию. Отбор проб проводили с 5 станций мониторинга, расположенных в кутовой, центральной части и на выходе из бухты Золотой Рог, а также с контрольной станции, расположенной на о. Попова в районе Дальневосточного государственного морского заповедника. Учитывали количество колониеобразующих единиц (КОЕ) гетеротрофных бактерий на среде Йошимицу-Кимура (YK) (Youchimizu, Kimura, 1976) олиготрофных автохтонных бактерий определяли на морской калиево-дрожжевой среде (МКД) (Руководство по методам1980). Для определения количества микроорганизмов, синтезирующих экзогенные гидролазы -липазу, лецитиназу, амилазу, желатиназу, казеиназу высев проводили на среды, приготовленные на основе YK с добавкой в качестве субстрата оливкового масла, ТВИН-80, яичного желтка, крахмала, молока, желатина.

Расположение точек отбора проб: 1 -мыс Чуркин, 2 - Мальцевская, 3- р. Объяснение, 436 причал, 5- Торговый порт.

Посев осуществляли в трех повторностях. Результаты обрабатывали статистически: рассчитывали среднее значение, стандартное отклонение, ошибку среднего для определения относительной погрешности полученных результатов.

Результаты и обсуждение

Анализ численности микроорганизмов, выделяющих экзогенный фермент, гидролизующий белок казеин, в поверхностных водах бухты Золотой Рог показал достаточно высокую неравномерность ее распределения по станциям (табл. 1). Наибольшее количество микроорганизмов-протеолитиков в течение всего года отмечалось на ст. 2, расположенной в р-не Мальцевской переправы. В этом районе находятся крупные продовольственные базы, поверхностный сток с территории которых может вносить определенный вклад в загрязнение морских вод. Достаточно большое количество бактерий с казеиназной активностью выявлялось в районе торгового порта (ст. 5), где производится выпуск коммунально-бытовых сточных вод от жилого микрорайона и нескольких лечебных учреждений. В целом, в б. Золотой Рог количество микроорганизмов-протеолитиков в течение года варьировало в широких пределах (3-4 порядка), и изменялось в диапазоне от (0,11±0,014)-10 до (7,5±0,01)-1(Г КОЕ/мл на ст. 1 в декабре и ст. 2 в мае, соответственно. Обнаружено, что сезонное распределение количества микроорганизмов, проявляющих экзогенную казеиназную активность, имело два пика -весенний и осенний. Максимальный пик их численности на большинстве станций приходился на первую половину осени, что легко объясняется

100 -г

Рис. 1 Изменение относительной численности микроорганизмов-протеолитиков (% от общего количества гетеротрофов) в микробном сообществе поверхностных вод б. Золотой Рог (февраль2003 - февраль 2004 гг.)

Численность микроорганизмов, выделяющих в среду фермент амилазу, была сходной в течение года на станциях 1 и 4, которые расположены почти напротив друг друга и, вероятно имеют сходный уровень загрязнения углеводами (табл. 2). Максимальное количество амилолитиков выявлялось в рне устья р. Объяснения (ст. 3), что подтверждает основной вклад реки в загрязнение акватории веществами углеводной природы. В отличие от микроорганизмов - протеолитиков, все изменения количества амилолитической микрофлоры соответствовали сезонным изменениям

наиболее благоприятными температурами для протекания химических реакций с участием ферментов и размножения большинства гетеротрофных микроорганизмов. Анализ сезонного изменения относительной численности бактерий-протеолитиков, синтезирующих казеиназу, от общего количества гетеротрофов также выявил, что ферментативная активность в сообществах на всех станциях подвержена сезонным колебаниям и имеет два пика (весенний и осенний) (рис. 1), что совпадало с изменением абсолютной численности этих микроорганизмов. Летом, в период с июня по август доля протеолитически-активных бактерий составляла незначительную часть, вероятно за счет того, что возрастала общее количество гетеротрофных микроорганизмов в сообществах.

температур. Резких колебаний численности практически не отмечалось, за исключением ст. 3, где вероятным является значительное поступление активной микрофлоры с водами реки, и отмечается тепловое загрязнение, создающее более благоприятную среду для развития микроорганизмов.

Количество липолитической микрофлоры варьировало в б. Золотой Рог в диапазоне от 0 в декабре (все станции, кроме ст. 5) до 3,9-104 на ст. 3 в р-не предустья р. Обьяснения в августе (табл. 3). Таким образом, максимальная численость этих микроорганизмов была на порядок выше, чем соответствующее число амилолитиков, отмеченное за весь период наблюдения. Вероятно, этот факт объясняется тем, что липолитически -активная микрофлора может принимать активное участие в процессах деструкции нефтеуглеводородов (Исследование экосистем., 1992), а чрезвычайно высокий уровень нефтяного загрязнения б. Золотой Рог (Ващенко, 2000) является селективным фактором, способствующим развитию и распространению этих микроорганизмов. Прослеживалась положительная корреляция сезонных колебаний численности микроорганизмов, синтезирующих экзолипазы, с температурными изменениями среды в б. Золотой Рог. Результаты показали значительное сокращение численности этих микроорганизмов на всех станциях в период с октября по март. Этот факт подтверждает опасность нефтяных разливов в холодное время года из-за отсутствия процессов естественного самоочищения морской среды. Наибольшая численность микроорганизмов -липолитиков обнаруживалась в течение всего года на ст. 3. Это может объясняться несколькими причинами - лучшим прогревом воды за счет стоков ТЭЦ, благоприятствующим размножению микроорганизмов, высоким уровнем загрязнения веществами липидной природы не только за счет нефти и нефтепродуктов, но также за счет органики, приносимой с канализационными стоками. На остальных станциях липолитическая активность микрофлоры в течении года изменялась в сходном диапазоне. Основным селективным фактором, способствующим поступлению и развитию микроорганизмов -липолитиков здесь являлось нефтяное загрязнение с судов и территории портов.

Рис. 2 Изменение относительной численности микроорганизмов-липолитиков (% от общего количества гетеротрофов) в микробоценозах поверхностных вод б. Золотой Рог (февраль2003 - февраль* 2004 гг.)

Минимальная доля липолитически - активных бактерий обнаруживалась в сообществе микроорганизмов на ст. 2, она понижалась с июня 2003 г. по февраль 2004 г. с 30 до 0 % соответственно. Установленный факт может указывать на специфичность микробоценоза этой станции. Именно здесь отмечалась очень высокая численность микроорганизмов - протеолитиков. Сходная динамика изменения относительной численности микроорганизмов - липолитиков в течение года прослеживалась в микробоценозах станций 3-5.

Исследования, проведенные в контрольном районе (о. Попова) показали, что количество гетеротрофных микроорганизмов в сообществе изменялось в очень узком диапазоне и не превышало 1,4-10 КОЕ/мл (табл. 4). Численность олиготрофов в сообществе изменялась в сходных пределах. При этом количество штаммов, проявляющих различную ферментативную активность, было достаточно велико для микроорганизмов-протеолитиков и составляло значительную долю гетеротрофных бактерий в сообществе. Количество этих микроорганизмов изменялось в пределах от 12,5 до 78,5 % в феврале и августе соответственно. Липолитические микроорганизмы не превышали 1/5

Оценка относительной численности микроорганизмов, обладающих липазной активностью, в водных сообществах гетеротрофов б. Золотой Рог показала, что на большинстве станций она значительно уменьшается к зиме (рис. 2).

части всего гетеротрофного микробоценоза в августе и полностью отсутствовали в феврале.

Таблица 4

Сезонная динамика численности микроорганизмов различных эколого-трофических групп (КОЕ/мл) в водах контрольной станции, расположенной в районе морского заповедника

Зависимость изменения абсолютной и относительной численности микроорганизмов с гидролазной активностью от изменений температуры среды носила на контрольной станции четко выраженный характер. Это отличало сообщества контрольной станции от микробоценозов б. Золотой Рог, состав и структура которых находятся в значительной зависимости от объема и особенностей поступающих сточных вод. Поэтому изменения численности активных микроорганизмов в б. Золотой Рог не всегда связаны с сезонными температурными колебаниями.

Таким образом, показано, что численность гидролитически активной микрофлоры в водах б. Золотой Рог в течение года изменяется в широком диапазоне и достигает максимальных значений 7-104; 4104 и 9103 КОЕ/мл для протеолитиков, липолитиков и амилолитиков соответственно. Наибольшее количество микроорганизмов, синтезирующих экзогенные гидролазы, чаще обнаруживается на станции, расположенной в районе предустья р. Объяснения, приносящей нагретые сточные воды с большим содержанием легко разлагающихся органических субстратов. Изменения абсолютной и относительной численности липолитической и амилолитической микрофлоры показывают значительное соответствие температурным условиям среды. На всех станциях б. Золотой Рог численность протеолитических микроорганизмов имела два пика - весенний и осенний. Сравнительный анализ количества микроорганизмов-

гидролитиков в загрязненных водах бухты Золотой Рог показал, что численность этих микроорганизмов отражает уровень и характер загрязнения среды органическими веществами.

Сезонная динамика численности культивируемой гетеротрофной микрофлоры, обладающей экзогенной протеиназной (казеиназной) активностью, в планктонных микробных сообществах бухты Золотой Рог (февраль 2003 - февраль 2004* гг.)

Таблица 1

Таблица 2

Сезонная динамика численности (КОЕ/мл) культивируемой гетеротрофной микрофлоры, обладающей экзогенной амилазной активностью,

в поверхностных водах б. Золотой Рог (февраль 2003 - февраль 2004 гг.) (х102)

Таблица 3

Сезонная динамика численности культивируемой гетеротрофной микрофлоры, обладающей экзогенной лецитиназной активностью,

в поверхностных водах бухты Золотой Рог (февраль 2003 - февраль 2004 гг.)