Изучение морфологической структуры бактериальных сообществ водных экосистем необходимо для выяснения экологии и физиологии микробных популяций, для освещения аспекта санитарного и экологического благополучия водоема. В результате исследований пресноводных экосистем была установлена связь наличия тех или иных бактериальных форм с сезонными изменениями в водоеме и с составом органического вещества [6], отмечено наибольшее разнообразие морфологических форм бактериопланктона в загрязненных пресных водоемах и доминирование кокковых форм в чистых районах [5].
Изучение морфологического состава бактериопланктона морских вод показало связь изменчивости морфологического состава от температуры и органического вещества [1]. Установлена взаимосвязь между изменениями в структуре бактериального ценоза, в его биоразнообразии и эвтрофированием водоема в солоноватых водах [2]. Однако не всегда остается выясненным вопрос о таксономической принадлежности бактерий, отнесенных к той или иной морфологической учетной группе. В этой связи определения бактерий до рода и вида представляется весьма актуальными
Кольский залив представляет собой достаточно крупную и важную водную экосистему российского севера, находится в черте города, граничит с населенными пунктами. В залив впадают реки Кола и Тулома, которые используются в хозяйственно-бытовых и промышленных целях. Кольский залив – рыбохозяйственный водоем высшей категории, через него идет на нерест рыба ценных пород, и молодь выходит в открытое море. В последние годы резко вырос лицензионный лов коммерческого краба в водах залива выращивание в садках рыбы и моллюсков.
Системные работы по микробиологическим исследованиям литорали Кольского залива начали проводиться только в последнее время, и их продолжение представляется важным и целесообразным.
Исследования проводили на шести стационарных станциях литорали Кольского залива, расположенных в разных его частях, точки были выбраны в соответствии с общим градиентом увеличения концентрации загрязняющих веществ от устья Кольского залива в его кутовую часть и последовательным градиентом разбавления речным стоком от мест впадения рек до среднего колена залива (рис. 1).
Рисунок 1. Кольский залив. Районы отбора проб
Кутовая часть залива, в которую впадают реки Кола и Тулома, а также коллекторы сброса коммунально-бытовых сточных вод г. Мурманска, принимает разнообразные загрязнения, распространяющиеся в Кольском заливе с приливно-отливными и стоковыми течениями. Кольский залив является фьордом, подчиняющимся общим гидролого-гидрохимическим закономерностям.
Станции отбора проб расположены в южном и среднем коленах залива, находятся под определяющим влиянием течения морских вод, поступающих из Баренцева моря. Для водных масс характерны значительная соленость (от 32 до 35‰) и низкая среднегодовая температура воды 5-7 оС. Литораль залива отличается обилием макрофитов, представленных значительным разнообразием видов. Пробы воды для исследований отбирали в 10 — 50 м от берега.
Микробиологические испытания проводили по разработанным ранее схемам, учитывая типовые методические указания по микробиологическому анализу воды поверхностных водоемов [3,4]. Пробы воды отбирали на глубине 10-15 см от поверхности воды и на таком же расстоянии от дна, с соблюдением асептических условий. Микробиологическое исследование производили не позднее двух часов с момента взятия пробы. Пробы воды разводили до 10 раз, объем пробы воды и ее разведения засевали параллельно в 2 порции дифференциально-диагностических сред для определения грамположительных и грамотрицательных кокковых и палочковидных бактерий [3,4]. Посевы инкубировали при температуре 37 ± 0,5 °С в течение 24-48 часов. В дальней-шем проводили определения морфологических и биохимических свойств полученных культур бактерий, завершая исследования таксономической идентификацией.
В результате определения морфологических, культуральных и биохимических свойств бактерий были выявлены 22 рода и 41 вид бактерий. Кроме того, были определены микроорганизмы, наиболее часто встречающиеся в водах и грунте Кольского залива.
В исследуемых районах в зимний период максимального значения достигает частота встречаемости бактерий родов Pseudomonas, Flavobacterium и Alcaligenes, что свидетельствует об их высоких адаптационных возможностях при изменении свойств внешней среды. В более эвтрофированных районах в зимний период встречались энтеропатогенные бактерии родов Klebsiella, Citrobacter, Proteus и Enterobacter. Представители семейства Enterobacteriaceae практически не встречались в тех районах залива, где экологическое состояние оценивалось как мезотрофное или олиготрофное. Наряду с этим, в районе бухты Белокаменки, где на литорали произрастает большое количество макрофитов, доминируют такие бактерии как Alcaligenes (частота встречаемости которых, в среднем во все сезоны, в данном районе составила 12,8 %). Это можно объяснить гликолитической активностью этих бактерий, которые имеют значение при разложении водорослевых останков.
Условно-патогенные бактерии рода Vibrio встречались только в районе Абрам-мыса, что, по-видимому, объясняется особым типом органических загрязнений и близостью к коллектору бытовых сточных вод. Бактерии рода Vibrio хорошо выживают в солоноватых и соленых водах, проявляют значимые психрофильные свойства.
В период весеннего половодья в водах залива, особенно в районах, близких к устью рек Кола и Тулома, увеличивается доля энтерококков и кишечных палочек, соответственно снижается частота встречаемости бактерий родов Pseudomonas и Flavobacterium. Отметим, что бактерии рода Alcaligenes не снижали своих значений в весенний период во всех районах. Напротив, на станции в районе бухты Белокаменки в весенний сезон не встречались кишечные палочки и фекальные энтерококки. Бактерии этого района были представлены автохтонными обитателями морских вод, а также сапрофитами родов Flavobacterium, Alcaligenes, Pseudomonas.
В летне-осенний период доминирующее положение во всех районах приобретают бактерии рода Corynebacterium – гетеротрофные микроорга-низмы, активно разлагающие лабильные формы органического вещества.
В результате исследований установлен факт стабильного содержания несвойственных морским экосистемам бактерий рода Klebsiella, Citrobacter и Enterobacter в водных массах районов залива, близких к устью рек Кола и Тулома, а также увеличения в летне-осенний период развития содержания фекальных энтерококков.
Очевидно, что палочковидные бактерии проявляют сравнительно большие адаптивные способности в условиях низких температур и антропогенного загрязнения, по сравнению с другими формами. Палочки более активны, чем остальные бактерии, в процессах очищения водоемов от загрязнений органической и неорганической природы, особенно на начальных стадиях распада органических веществ [11]. Высокий процент палочек также может свидетельствовать о присутствии нефтепродуктов и остаточной замазученности, так как доказана активность таких микроорганизмов-деструкторов как Alcaligenes, Pseudomonas, Bacillus в качестве нефтеокисляющих [10].
В относительно благополучных зонах преобладают кокковидные формы, которые в норме составляют основную массу естественных обитателей водных бактериоценозов и которые осуществляют завершающие стадии разложения органики (более стойких соединений). С другой стороны, в загрязненных районах встречаются аллохтонные формы, которые поступают, в основном, с бытовыми стоками, содержащими фекалии, и представлены как палочками (Proteus), так и кокками (Enterococcus).
В наиболее загрязненной части Кольского залива устойчиво существует достаточно обширная группа микроорганизмов, относящихся к УПБ, несвойственных биоценозам морских вод. Эти микроорганизмы сохраняют свою жизнеспособность при переходе через геохимический барьер, формирующийся в зоне контакта материкового стока с морскими водами.
Характерной особенностью микробной популяции водных экосистем в последние годы является угнетение свойств и снижение количества автохтонных микроорганизмов, участвующих в круговороте веществ в воде. Наряду с этим отмечено проявление или усиление свойств патогенности у бактерий, ранее известных как непатогенные или условно-патогенные. Эволюционным проявлением УПБ является освоение ими новых биотопов, в том числе и организмов теплокровных животных и человека [7].
Среди УПБ ведущее место в водах залива занимают бактерии рода Pseudomonas. Эти микроорганизмы активно проявляют антагонистические свойства по отношению к индикаторным микроорганизмам, используемым в санитарной гидробиологии. Для них характерны стабильность диагностических свойств и факторов патогенности, хорошая жизнестойкость в неблагоприятных условиях окружающей среды. Как правило, эти микроорганизмы проявляют хорошую устойчивость к большинству антибиотиков и представляют собой серьезную клиническую проблему.
Присутствие в воде северных водоемов синегнойной палочки свидетельствует о санитарно-эпидемиологическом неблагополучии. Эта бактерия является приоритетным показателем биологического загрязнения и неудовлетворительного эпидемиологического состояния водной экосистемы при различных условиях антропогенного загрязнения северных водоемах [9].
Доля от общего числа выделенных микроорганизмов бактерии рода Pseudomonas в водах Кольского залива составляет в среднем около 14 %. Весомую долю составляют виды Ps. aeruginosa, Ps. fluorescens, Ps. gladioli. Этот факт свидетельствует о том, что представители рода Pseudomonas освоили экологическую нишу в северных водоемах, став постоянными обитателями Кольского залива. По всей вероятности, обильное и постоянное загрязнение Кольского залива привело к тому, что бактерии этого рода адаптировались в этих условиях и, оказавшись более устойчивыми и конкурентоспособными, вытесняют естественных обитателей микробиоценоза. Воды залива выносят значительную долю загрязнения в Баренцево море, что, вероятно, отражается на состоянии ихтиофауны, зоо- и фитобентоса и других компонентах биоты. Стоковые течения выносят в море УПБ, значительную долю которых составляют псевдомонады, способные вызывать патологические процессы у растений, моллюсков и рыб [8]. Переживая свою сапрофитную стадию в водах Кольского залива, они контамируют бентос, водную фауну и флору и передаются человеку через пищевые морепродукты [5].
Гетеротрофные микроорганизмы рода Corynebacterium выделялись с частотой в среднем около 11 %. Переживая активную сапротрофную фазу в водоеме, эти бактерии при попадании в организмы животных и человека могут стать причиной вторичных инфекций. Кроме этого, бактерии этого рода активно окисляют углеводороды, и их присутствие в водоеме показывает степень данного вида загрязнений.
Бактерии рода Flavobacterium при анализах вод Кольского залива выделялись нами с меньшей частотой, на их долю в среднем приходилось около 10 % всего бактериального сообщества. Выявлена сезонная динамика появления этих бактерий в пробах воды из Кольского залива. Пики выявления бактерий рода Flavobacterium приходились на зимний и летний сезоны. Исследования в области ихтиопатологии показали, что флавобактерии персистируют в гидробионтах и способны при некоторых условиях инициировать патологические процессы у гидробионтов и человека [7].
В наших исследованиях бактерии рода Proteus составили около 3 % от всех выделенных бактерий. Они широко распространены в почве, воде, пищевых и рыбных продуктах; их часто обнаруживают в кишечнике человека и животных. Proteus относится к условно-патогенным микроорганизмам. Нами были выделены виды Рr. vulgaris, Рr. mirabilis, Рr. morganii, Рr. mixophaciens, Pr. rettgeri. Мощные протеолитические свойства этих микроорганизмов являются фактором патогенности и важной функцией при существовании различных групп бактерий в водной экосистеме, обеспечивающей оптимальную численность и структуру бактериальной популяции.
По соотношению различных видов Enterococcus можно сделать заключение о происхождении фекального загрязнения. При оценке санитарного состояния Кольского залива отмечено, что в условиях Севера энтерококк сохраняет свое индикаторное значение, являясь более чувствительным показателем фекального загрязнения водоемов в холодное время года [10].
Частота встречаемости бактерий рода Enterococcus в водах залива сохранялась вне зависимости от сезонов на уровне 3–5 %. На долю E. faecalis приходилось около 3,0–3,5 %, на долю Е. faecium – около 1,5–2,0 %. Это подтверждает тот факт, что в Кольский залив постоянно сбрасываются неочищенные фекальные воды от прибрежных городов и поселков. Кроме того, обнаружение этого микроорганизма в воде Кольского залива свидетельствует о хороших адаптационных способностях энтерококка к низким температурам и высокой солености, а также об устойчивости к воздействию химических загрязняющих агентов и антагонистическому воздействию других биологических видов.
Представители энтерококков ранее были обнаружены также при сезонных исследованиях микроорганизмов Баренцева моря. При этом было отмечено, что в весенне-летний период они преобладают над другими санитарно-показательными микроорганизмами, что свидетельствует о поступлении фекальных загрязнений в воды Баренцева моря. Очевидно, эти загрязнения переносятся течениями с прибрежными водами [10].
Таким образом, показано, что к наиболее часто встречающимся в водных массах Кольского залива относятся микроорганизмы родов Pseudomonas, Flavobacterium, Enterococcus, Proteus, Corynebacterium, в грунте преобладают споровые бактерии родов Bacillus и Clostridium.
В малозагрязненных районах Кольского залива в бактериальных сообществах доминируют грамположительные бактерии, чаще кокковых форм, в более эвтрофированных районах доминируют палочковидные бактерии семейства Enterobacteriaceae.
Изменчивость морфологических свойств гетеротрофного бактериопланктона в Кольском заливе может использоваться как индикатор состояния экосистемы в условиях антропогенного загрязнения.
Установлен факт существования достаточно обширной группы микроорганизмов, относящихся к УПБ, сохраняющих свою жизнеспособность при переходе через геохимический барьер «река – море» и область перезарядки среды обитания.
Учитывая потенциальную опасность вторичного загрязнения УПБ, прошедших через геохимический барьер «река – море», для полной характеристики санитарного состояния водоема и биоценоза в арктических условиях в состав наблюдений при мониторинге необходимо включать показатели, характеризующие наличие микроорганизмов родов Pseudomonas, Enterococcus и Proteus.
Список литературы:
- Байтаз О.Н. Пространственно-временная изменчивость бактериопланктона Баренцева моря: Автореф. дис. … канд. биол. наук. – М.:МГУ, 1998.
- Богданова О.Ю. Пространственно-временная изменчивость гетеротрофных бактериальных сообществ воды литорали Кольского залива: Дисс. …канд.биол.наук.– Мурманск, 2003 .– 147 с.
- Богданова О.Ю. Обнаружение и количественный учет грамотрицательных микроорганизмов в водных объектах и гидробионтах в условиях Кольского Заполярья: Метод. рекомендации / О.Ю. Богданова, Е.В. Макаревич, И.В. Перетрухина; Под ред. А.Т. Перетрухиной. – Мурманск, 2001. – 58с.
- Богданова, О.Ю. Обнаружение и количественный учет грамположительных микроорганизмов в водных объектах и гидробионтах в условиях Кольского Заполярья: Метод. рекомендации / О.Ю. Богданова, Е.В. Макаревич, И.В. Перетрухина; Под ред. А.Т. Перетрухиной. – Мурманск, 2001. – 58с.
- Кожова О. М. Морфологическое разнообразие планктонных бактерий как показатель качества вод/О.М. Кожова, Н.В. Дутова. – Гидробиология. – 1989. – Т.25. — № 1. – С. 42 – 48.
- Лаптева Н. А. Электронно-микроскопическое изучение микрофлоры Рыбинского водохранилища/Микробиология, 1976.-45, № 3. — С. 547–551.
- Ларцева Л.В. Рыбы и гидробионты – резервенты грамнегативной неферментирующей микрофлоры. Ее санитарно-эпизоотологическая и эпидемиологическая значимость // Рыб. хоз-во. Сер. Аквакультура. – М., 1997. – Вып. 1. – С. 1–27.
- Новиков Р.В. Методы исследования качества воды водоемов /Р.В. Новиков, К.О. Ласточкина, Э.Н. Болдина. – М.: Медицина, 1990. – 400 с.
- Перетрухина А.Т.Микробиологический мониторинг водных экосистем Кольского Заполярья: автореф. дис. д-ра биол. наук. – М., 2002. – 60 с.
- Пономарева Л.В. Санитарно-микробиологическая характеристика Кольского залива: Автореф. дис. … канд. биол. наук. – Саратов, 1978. – 20 с.
- Разумов А.С. Микробиальный планктон воды. /Тр. Всесоюз. гидробиол. о-ва. – М., 1962, Т. 12. – С. 60-190.[schema type=»book» name=»Таксономический состав микробного населения литорали Кольского залива» author=»Богданова О. Ю.» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-30″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_04(13)» ebook=»yes» ]