Загрузить диссертацию - Институт биологии внутренних вод им

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина
Российской академии наук
На правах рукописи
Стройнов Ярослав Витальевич
Вириопланктон в разных пресноводных
экосистемах: роль вирусов в смертности
гетеротрофных бактерий.
Специальность 03.02.10 - гидробиология
Диссертация
на соискание ученой степени
кандидата
биологических наук
Научный руководитель
д.б.н. Копылов А.И.
Борок - 2014
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................ 6
ГЛАВА 2. ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ .................... 21
ГЛАВА 3. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
БАКТЕРИОПЛАНКТОНА ....................................................................................... 30
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОСТЬ И ПРОДУКЦИЯ ПЛАНКТОННЫХ ВИРУСОВ В
РАЗНЫХ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ. ВИРУС-ИНДУЦИРОВАННАЯ
СМЕРТНОСТЬ ГЕТЕРОТРОФНЫХ БАКТЕРИЙ................................................. 54
ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЗНАЧИМОСТИ ВИРУСОВ В СТРУКТУРНОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПЛАНКТОННЫХ МИКРОБНЫХ
СООБЩЕСТВ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ ............................................................... 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 86
ВЫВОДЫ ................................................................................................................... 87
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................................... 87
ПРИЛОЖЕНИЯ ....................................................................................................... 101
2
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
PPH – первичная продукция фитопланктона
ΣPPH – первичная продукция фитопланктона в столбе воды, интегральная первичная
продукция
NV – общая численность вирусов
FDC – частота делящихся клеток
FVIC – частота отчѐтливо видимых инфицированных вирусами клеток бактерий
BS – среднее число вирусов в инфицированных клетках бактерий
FIC – доля инфицированных бактериальных клеток в общей численности
VMB – гибель бактерий вызванная вирусным лизисом
VIM - скорость вирус-опосредованной гибели бактерий
PB– бактериальная продукция
PV– продукция вириопланктона
TV– время оборота численности вирусов
NB – общая численность бактериопланктона
V – средний объѐм бактериальной клетки
BB – общая биомасса бактерий
µ - удельная скорость роста
NIB – количество бактерий с прикреплѐнными клетками вирусов
NAV – количество вирусов прикреплѐнных к клеткам бактерий
R – частота контактов между вирусами и бактериями
TV – время оборота вирусов
DOC – количество органического углерода поступающего в водную среду в результате
вирусного лизиса бактерий
СВ – скорость потребления органического углерода гетеротрофным бактериопланктоном
ВМС – биомасса микробного сообщества
G1 – потребление природными популяциями планктонных гетеротрофных нанофлагеллят
свободных вирусов
G2 – потребление природными популяциями планктонных гетеротрофных нанофлагеллят
вирусов, прикреплѐнных к бактериальным клеткам
Gсум – суммарное потребление бактериопланктона в водных экосистемах
кл. – клеток
ч. – частиц
SOC – количество взвешенного органического углерода в воде
ГНФ – гетеротрофные нанофлагелляты
3
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Вирусы – мельчайшие существа-иждивенцы с простой биологической
структурой, состоящей из одной или нескольких молекул РНК или ДНК
(причем оба типа нуклеиновых кислот встречаются как в двуцепочечной, так и
в одноцепочечной форме), заключенных в защитную белковую оболочку
(капсид). Присутствие вирусов в водных объектах известно с середины
прошлого века (Spencer, 1955; Крисс, 1959). Однако активные исследования их
экологического значения в водных экосистемах начались только с работы Берга
с соавторами (Bergh et al., 1989), которые обнаружили очень высокую
концентрацию водных вирусов (1.5-254 × 106 ч./мл), в основном
классифицируемых как бактериофаги. В водной среде вирусы существуют в
двух фазах: внеклеточной и внутриклеточной. Продуктивное размножение
вирусов происходит только внутри живых клеток и, в случае литической
инфекции, заканчивается гибелью (лизисом) клетки. Последующие
исследования (Proctor, Fuhrman, 1990; Suttle et al., 1990; Hara et al., 1991)
подтвердили очень высокую численность вирусов в различных водных
местообитаниях и установили, что вирусы могут инфицировать большое
количество гетеротрофных бактерий (до 45,7% общей численности) и вызывать
высокую смертность бактериопланктона (до 128.2% суточной бактериальной
продукции) (Peduzzi, Luef 2009). В результате вирусного лизиса бактерий
значительное количество органического вещества не поступает на более
высокие трофические уровни планктонной пищевой сети, а вновь используется
бактериальным сообществом (Thingstad et al., 1993; Bratbak, Heldal, 2000).
В настоящее время общепризнано, что вирусы являются важной и
неотъемлемой частью биологических сообществ водных экосистем. Они
влияют на численность, видовой состав и разнообразие планктонных
микроорганизмов, а также изменяют потоки вещества и энергии в микробных
сообществах (Fuhrman, 1999; Noble et al., 1999; Bratbak, Heldal, 2000; Thingstad,
2000). Кроме того, вирусы являются посредниками генетического обмена
внутри вида и между видами через трансдукцию (Jiang, Paul, 1998).
Закономерности распределения и функционирования водных вирусов сложны и
до сих пор недостаточно изучены. В связи с этим необходимость исследований
роли вирусов-бактериофагов в функционировании микробного сообщества в
разных водных экосистемах очевидна. Имеющиеся в литературе заключения о
4
значении вирусов как компонента планктонных сообществ пресноводных
экосистем основаны на результатах исследований вириопланктона, главным
образом, в озерах, и в меньшей степени, водохранилищах и реках (Wommack,
Colwell, 2000;Weinbauer, 2004; Peduzzi, Luef, 2009).
Исследования вириопланктона в пресноводных экосистемах России
начались сравнительно недавно и пока весьма немногочисленны (Дрюкер,
Дутова, 2009; Копылов, Косолапов, 2011). В тоже время сведения о количестве
и активности вирусов необходимы для адекватной оценки структуры и
функционирования планктонных сообществ водоемов и водотоков.
Цель и задачи исследований.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Цель работы – оценить роль вирусов в структуре и функционировании
планктонных микробных сообществ в водохранилищах, реках и озере.
Для достижения цели, были поставлены следующие задачи:
Определить общую численность, биомассу и продукцию бактерий – основных
хозяев планктонных вирусов.
Определить общую численность вириопланктона,
в
том
числе:
свободноплавающих вирусов, вирусов прикрепленных к стенкам бактерий и
фагов, находящихся внутри бактериальных клеток.
Определить количество инфицированных клеток бактерий и их долю в общей
численности бактериопланктона. Выяснить доли разных морфотипов бактерий
в общем количестве инфицированных бактериальных клеток.
Определить вирус индуцированную смертность бактериопланктона и оценить
поступление органического углерода в окружающую водную среду в
результате вирусного лизиса.
Определить продукцию вириопланктона и время оборота общей численности
вирусов.
Выяснить вклад вириопланктона в суммарную биомассу планктонных
микробных сообществ в разных водных экосистемах. Сравнить гибель
бактерий в результате вирусного лизиса с их потреблением простейшими.
Оценить выедание вирусных частиц простейшими
5
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Вирусы – мельчайшие существа-иждивенцы, неспособные к
самостоятельной жизни вне заражаемых ими клеток (Агол, 1997).
Общеизвестно, что вирусы могут вызывать заболевания, и их размеры очень
малы. Есть вирусы, размножающиеся в клетках животных (позвоночных и
беспозвоночных), другие обитают в растениях, третьи (бактериофаги или
просто фаги) паразитируют на бактериях. Состав, размеры и форма вирусов
весьма
разнообразны.
Схематически
вирусы
представляют
собой
наследственный материал, помещенный в защитную белковую оболочку
(капсид), иногда содержащую также липидные и углеводные компоненты. В
наследственном веществе – молекуле или нескольких молекулах РНК или ДНК
закодирована «минимальная потребительская корзина»: ферменты для
копирования (репликации) этих вирусных нуклеиновых кислот, а также белки,
входящие в состав вирусной частицы (вириона). Если у всех невирусных
организмов наследственное вещество – это двухцепочечные молекулы ДНК
(цепочки которых комплементарны), то вирусы могут содержать не только
ДНК, но и РНК, причем оба типа нуклеиновых кислот встречаются как в
двуцепочечной, так и в одноцепочечной форме. Для каждого вируса характерна
определенная форма нуклеиновой кислоты.
Вирусы-бактериофаги были открыты дважды: Туортом в 1915 и ди
Хирелли в 1917 (Duckworth, 1987). Для вирусов, вызывающих лизис бактерий,
ди Хирелли предложил название «бактериофаги», что буквально означает
«поедатели бактерий».
Присутствие вирусов в водных объектах известно с середины прошлого
века (Spencer, 1955, Крисс, 1959), но считалось, что их количество в водной
среде не превышает численность бактерий. В тоже время некоторые
исследователи предполагали, что вирусы могут оказывать существенное
влияние на численность, видовой состав, скорость роста популяции, а так же на
биохимические характеристики микроорганизмов (Wiebe, Liston, 1968).
Огромный интерес и активные исследования экологического значения вирусов
в водных экосистемах начались только с работы Берга с соавторами (Bergh et
al., 1989), которые, используя значительно улучшенные методы исследования,
обнаружили очень высокую концентрацию водных вирусов (1.5-254 × 106
ч./мл), в основном классифицируемых как бактериофаги.
Хотя большая часть вирусов в водных средах представлена вирусами
прокариот, вирусы эукариот так же вносят значительный вклад в суммарную
6
биомассу вирусов. Размеры их капсидов варьируют от <20 до 400 нм, как
правило, 30-70 нм. Доминирование меньших или больших капсидов в разных
средах может отражать различия в структуре сообщества хозяев (различные
прокариоты, водоросли и т.д.). Обычно для подсчѐта вирусов используют два
различных подхода. Непрямое определение титра методом посевов, а также
методом «наиболее вероятного числа» постоянно используется для анализа
качества воды, но редко в вирусной экологии. Поскольку не более 1% бактерий
из естественных водоѐмов растут на искусственных средах, а для выращивания
вирусов необходим специфический хозяин, данные методы, как правило,
серьѐзно недооценивают общую численность бактериофагов. Несмотря на
низкую эффективность культуральных методов в оценке вирусного обилия, они
остаются незаменимыми для изоляции и отчистки систем фаг-хозяин
(Wommack, Colwell, 2000).
Второй подход основывается на прямом учѐте бактерий в пробе воды. В
настоящее время есть три способа прямого учѐта вирусов: трансмиссионная
электронная микроскопия (ТЭМ) с предварительным контрастированием
уранилацетатом, эпифлуоресцентная микроскопия и проточная цитометрия.
Последние два метода требуют окрашивания флуорохромами, специфичными
для нуклеиновых кислот. Для ТЭМ и эпифлуоресцентной микроскопии пробы
необходимо
предварительно
концентрировать
посредством
ультрацентрифугирования
на
сеточки
(ТЭМ)
или
фильтрованием
(эпифлуоресцентная микроскопия). Как правило, подсчет посредством ТЭМ
занижает значение по сравнению с эпифлуоресцентной микроскопией (по
техническим причинам) и последний метод чаще используют для подсчѐта
общего вирусного обилия. Поточная цитометрия позволяет обрабатывать
большое количество проб и позволяет обходиться без предварительной
концентрации, но требует дорогого оборудования и высокой квалификации, а
также не всегда применима в исследовании проб воды из естественных
водоѐмов. Все три метода имеют преимущества и недостатки. Использование
ТЭМ приводит к недооценке вирусного обилия из-за таких технических
проблем как неравномерное окрашивание и распределение вирусов на сеточках,
смывание вирусов, низкие пределы обнаружения, а также невозможность
определения нетипичных вирусных частиц (Hara et al., 1991; Hennes, Suttle,
1995; Weinbauer, Suttle, 1997; Bettarel et al., 2000). Для эпифлуоресцентной
микроскопии и поточной цитометрии одной из проблем является то, что ряд
светящихся точек может быть молекулой ДНК, связанной с коллоидами, а не
7
вирусом. Помимо этого сложно отличить крупные вирусы от бактерий. Хотя
это и указывалось как проблема прямого подсчѐта вирусов (Sommaruga et al.,
1995), но если учитывать, что вирусов примерно в 10 раз больше бактерий, и
только 10% из них достигают размеров бактерии (что, скорее всего, является
преувеличением), то эта потенциальная ошибка измерения скорее является
проблемой в оценке численности бактериопланктона, а не бактериофагов
(Peduzzi, 2009).
В водной среде методом ТЭМ можно обнаружить различные вирусы,
имеющие полигональные головки диаметром 20-160 нм, многие из которых
имеют хвостовые отростки длиной 30-160 нм (сем. Myoviridae, Siphoviridae и
Podoviridae). Необычно большие вирусоподобные частицы с диаметром капсида
340-400 нм были обнаружены в прибрежных водах Норвегии и Дании (Bratbak et
al., 1992). Другие вирусы имеют нитевидную форму (семейство Inoviridae) и
представляют собой гибкий стержень, содержащий одноцепочечную ДНК. В
некоторых озерах в больших количествах встречаются крупные, нитчатые
вирусы, длиной от 460 до 730 нм, паразитирующие на нитчатых гетеротрофных
бактериях (Hofer, Sommaruga, 2001).
Численность свободных планктонных вирусов, определяемая с помощью
эпифлуоресцентной микроскопии, в различных пресноводных экосистемах
колеблется в очень широком диапазоне – от 0.02 × 106 ч./мл в олиготрофном
(Hofer, Sommaruga, 2001) до 379 × 106 ч./мл в гипертрофном озере (Wilhelm,
Smith, 2000) (табл. 1.1). В пресных водах соотношение вирус/бактерия (VBR)
варьирует от 0.03 до 41 (в озерах Антарктики до 141), но, обычно, величина
VBR находится в пределах 3-10 (Wommack, Colwell, 2000). В пресноводных
экосистемах отношение вирус/бактерия, как правило, выше, чем в морских
(Marager, Bird, 1995). Взаимозависимость между обилием бактерий и вирусов в
водоѐмах очевидна и подтверждается многочисленными сообщениями, однако
причинно-следственные механизмы ещѐ до конца не изучены (Wommack,
Colwel, 2000; Danovaro, 2003).
В водных экосистемах разного типа численность и активность
вириопланктона регулируется многими биотическими и абиотическими
факторами: концентрацией кислорода, уровнем трофии, температурой, светом
(особенно ультрафиолетовой частью спектра), содержанием взвешенных
органических веществ, концентрацией гуминовых соединений, структурой и
продукцией бактериопланктона, активностью бактериотрофных простейших и
8
др. (Bratbak et al., 1990; Heldal, Bratbak, 1991; Smith et al., 1991; Wommack et al.,
1992; Weinbauer, Peduzzi, 1994; Wommack, Colwell, 2000; Clasen et al., 2008).
Таблица 1.1. Численность планктонных вирусов (NV, 106 ч./мл) и отношение
численности вирусов к численности бактерий (NV / NB) в водной толще
пресноводных экосистем
Водный объект (Страна)
NV
NV / NB
Ультраолиготрофные, олиготрофные
Антарктические озера
1.01 – 3.28
1.4 – 23.4
Суб-Арктические озера
0.6 – 28.9
3.6 – 10
оз. Gäddtjärn (Швеция)
8.4 – 47.2
2.9 – 12.1
оз. Fisklöstn (Швеция)
9.1 – 54.4
5 – 24
оз. Gossenkollesee (Австрия) 0.02 – 4.6
0.1 – 10.8
оз. Superior (Италия)
0.15 – 2.8
0.03 – 0.7
Мезотрофные
оз. Ладожское (РФ)
4.7 – 12.9
1.2 – 8.1
оз. Севан (Армения)
20.6 – 75.9
3.2 – 12.9
оз. Pavin (Франция)
30 – 39
7.6 – 9.4
оз. Constance (Германия)
10 – 40
оз. Saelenvannet (Норвегия)
200 – 300
40 – 50
оз. Jiqui (Бразилия)
100 – 980
4 – 22
р. Дунай (Австрия)
12 – 61
2 – 17
р. Svratka (Чехия)
1.9 – 58.1
0.1 – 16.4
р. Morava (Чехия)
1.7 – 47.4
0.1 – 8.2
оз. Erie
37 – 379
1.8 – 4.6
Эвтрофные
в-ща Верхней Волги (РФ)
11.4 – 120.3
2.5 – 9.0
оз. Aydat (Франция)
25 – 99
4 – 14
в-ще Viсtoria (Шри Ланка)
31 – 59.4
11.6 – 18.7
в-ще Minneriya (Шри Ланка) 39.6 – 77
9.7 – 23.6
oз. Loosdrecht (Нидерланды) 72.7 – 92.9
8.6 – 57.4
oз. Guiers (Сенега)
27 – 38
3.5 – 4.5
в-ще Sep (Франция)
6 – 130
2.1 – 51.7
оз. Alte Donau (Австрия)
17 – 117
4 – 39
Гипертрофные
oз. Donghu
743 – 2040
42 – 55
Обозначения: оз. – озеро, в-ще – водохранилище, р. – река.
Источник
Laybourn-Parry et al (2001)
Säwström et al. (2008)
Vrede et al. (2003)
Vrede et al. (2003)
Hofer, Sommaruga (2001)
Tapper, Hicks (1998)
Сироткин, Гаврилова (2001)
Стройнов и др. (2010)
Bettarel et al. (2002)
Hennes, Simon (1995)
Tuomi et al. (1997)
de Araujo et al. (2009)
Mathias et al. (1995)
Slovackova, Marsalek (2008)
Slovackova, Marsalek (2008)
Wilhelm, Smith (2000)
Копылов и др. (2011)
Bettarel et al (2003)
Peduzzi, Schiemer (2004)
Peduzzi, Schiemer (2004)
Tijdens t al. (2008)
Bettarel et al. (2006)
Pradeep et al (2005)
Fischer, Velimirov (2002)
Liu et al. (2006)
Концентрация вирусов в воде зависит от баланса двух факторов: скорости
размножения, определяющей скорость гибели клеток-хозяев, и скорости
распада (деградации) вирусов (Bratbak et al., 1994). Если известны скорости
9
размножения и деградации, то можно рассчитать время оборота вирусов в
популяции. Это время, которое необходимо для полной замены существующих
вирусов новыми. Скорость размножения вирусов в природных условиях
определить довольно трудно. Согласно Нобелю и Стюарту (Noble, Stewart,
2001), можно выделить шесть методов оценки размножения вирусов на уровне
сообществ:
1. Подсчѐт суммарных изменений вирусного обилия с течением времени
(Bratbak et al., 1990). Недостаток данного метода заключается в том, что
возможно наблюдать только суммарные изменения.
2. Сравнение скорости распада вирусов в нормальных сообществах и
сообществах, в которых размножение вирусов подавлено, например,
добавлением цианида (Heldal, Bratbak, 1991). При этом предполагается, что в
стабильном состоянии вирусный распад должен уравновешиваться продукцией.
3. Оценка синтеза вирусной ДНК методом меченых атомов. В пробы
вводят [3H] тимидин или [32P], отделяют от бактерий размерную фракцию
вирусов и подсчитывают вирусоподобные частицы после обработки
нуклеазами. Встроенные метки переводят в вирусное обилие, используя
факторы пересчѐта, полученные для изолятов и естественных сообществ
(Fuhrman, Noble, 1995; Steward et al., 1992, 1996; Kepner et al., 1998). К
сожалению, коэффициенты пересчѐта сильно отличаются в разных работах.
4. Подсчѐт ожидаемой продукции с помощью данных о скорости
бактериального лизиса и значении burst size, полученных другими методами
(например, ТЭМ, или методом разбавления вирусов) (Weinbauer et al., 1993;
Steward et al., 1996). Данный подход основывается на надѐжных данных по
бактериальной продукции.
5. Измерение скорости разбавления трассера, с использованием вирусов,
меченых флуорохромами (Noble, Fuhrman, 2000). С помощью этого метода
удается одновременно определить как скорость размножения, так и скорость
исчезновения вирусов. Для этого из пробы воды выделяют и концентрируют
вирусы, метят их с помощью флуоресцентных красителей и помещают обратно
в природную воду. Затем по содержанию флуоресцирующих вирусов в пробах
воды с помощью стандартных методик подсчета рассчитывают скорости
распада и размножения. Скорость продукции вычисляют, используя суммарные
изменения не меченого сообщества и темпы распада трассеров. Этот метод
позволил установить, что вблизи южных берегов Калифорнии скорость оборота
10
морских вирусов составляет 1-2 дня, и вирусы ответственны практически за
всю смертность бактерий.
6. Подсчѐт увеличения вирусного обилия с течением времени методом
вирусного разбавления (или уменьшения), при котором повторной инфекции
избегают путѐм уменьшения числа вирусов (Weinbauer et al., 1993; Wilhelm et
al., 2002).
В пресных водах продукция вириопланктона может достигать десятков
миллионов частиц на миллилитр в сутки, а время оборота общей численности
вирусов колебаться от 0.1-0.3 сут до нескольких суток (Heldal, Bratbak, 1991;
Mathias et al., 1995; Kepner, Wharton, 1998; Weinbauer, Hofle, 1998; Hofer,
Sommaruga, 2001).
Под деградацией (распадом) вирусов понимают разные процессы:
разрушение вирионов, поглощение их организмами, любой вывод вирусов из
среды обитания, а также уменьшение со временем числа вирусных частиц,
способных заражать клетки-хозяев. Обычно при «старении» вирион теряет
способность к заражению клеток раньше, чем наступают заметные изменения
его структуры. Процессы, вовлеченные в деградацию (распад) вирусов из
водного столба, – неясны, но могут включать:
1. Оседание крупных частиц с прикрепленными вирусами (Proctor,
Fuhrman, 1991);
2. Потребление свободных вирусов фаготрофными флагеллятами
(скорость потребления невысокая – от 1.9 до 3.3 ч./(кл × час) (Suttle, Chen, 1992;
Gonzalez, Suttle, 1993; Bettarel et al., 2005);
3. Разрушение вирусных частиц биоактивными молекулами, такими как
экзоэнзимы, протеазы или нуклеазы, которые изымают нуклеиновые кислоты
из капсида вирусов (Bratbak et al., 1994; Noble, Fuhrman, 1997, 1999);
4. Гибель, вызванная вириофагами. В последние годы ученые
обнаружили три вируса, паразитирующих на вирусах (La Scola et al., 2008;
Fischer, Suttle, 2011; Yau et al., 2011).
Первый вириофаг – Спутник (Sputnic virophage) – паразитирует на
мимивирусе амебы Acanthamoeba polyphaga. В амебах, зараженных
одновременно мимивирусом и вириофагом, значительно увеличивается доля
дефектных вирионов мимивируса. Производство жизнеспособных вирионов
мимивируса уменьшается примерно на 70%, при этом почти втрое снижается
смертность зараженных амеб. Второй вириофаг – Мавирус (Mavirus) – оказался
паразитом жгутиконосца Cafeteria roenbergensis. Третий вириофаг – OLV
11
(Organic Lake Virophage), обнаруженный в Антарктиде, – специализируется на
вирусах из сем. Phycodnaviridae, которые обитают в клетках хлореллы.
Вириофаг OLV, паразитируя на вирусе водоросли, увеличивает продуктивность
хлореллы. Жертвы этих вириофагов – крупные нуклеоцитоплазматические ДНКсодержащие вирусы, имеющие наиболее сложный структурированный геном.
Кроме антарктических озер присутствие вириофага OLV отмечено в районе
апвеллинга у Галапагосских островов, речных дельт Нью-Джерси и озерах
Панамы. Следовательно, вириофагов можно считать широко распространенным
и полноправным компонентом микробных трофических сетей.
Сильным разрушающим действием на вирусы обладает солнечный свет,
точнее – его составляющие в диапазоне от ультрафиолета до синего света
(Suttle, Chen, 1992; Noble, Fuhrman, 1997; Wilhelm et al., 1998). Однако
чувствительность к свету изменяется в широких пределах: некоторые вирусы
под его действием разрушаются со скоростью 40-80% в час, другие – менее
10% в час (Wommack et al., 1996; Joux et al., 1999). Солнечная радиация поразному влияет на деградацию вирусных изолятов, выделенных из разных
географических зон. Так бактериофаги, изолированные из Северного моря,
быстрее разрушались под влиянием света, чем вирусы из умеренных зон, для
которых отсутствие света или его недостаточность являлись отрицательным
фактором (Noble, Fuhrman, 1997). Это свидетельствует об эволюционной
приспособленности вирусов к местным световым условиям. Как и следовало
ожидать, вирусы, обитающие в хорошо освещенных водах, адаптировались к
солнечному свету и переносят его значительно легче, чем вирусы из бедных
солнечным светом районов. Поскольку свет хорошо поглощается водой, его
роль особенно велика вблизи поверхности. Но циркуляция воды приводит к
тому, что для особо чувствительных вирусов даже в зонах ослабленного
освещения солнечная радиация оказывается более губительной, чем любые
другие механизмы разрушения.
Бактерии обладают способностью восстанавливать поврежденную
солнечным светом ДНК (это явление называется фотореактивацией). При этом
зараженные вирусом клетки восстанавливают и ДНК вирусного происхождения
(Weinbauer et al., 1997; Wilhelm et al., 1998; Shaffler et al., 1999). В результате
даже в сильно освещенных областях, несмотря на потенциально высокую
скорость деградации, большинство вирусов оказывается способным к
продолжению инфекционного процесса (Bernstein, 1981; Furuta et al., 1997;
Shaffler et al., 1999).
12
С помощью трѐх морских фагов (LMG1-P4, PWH3a-P1, LB1VL-P1)
определяли скорость и способы разрушения вирусов в прибрежной морской
воде. В отсутствии солнечного света скорость разрушения вирусов
замедлялась, причѐм разные фаги разрушались с различной скоростью. Вирусы
не разрушались, или разрушались очень медленно в морской воде,
профильтрованной через фильтры с диаметром пор 0.2 мкм, а также в
автоклавированной или подвергнутой ультрацентрифугированию морской
воде. Однако разрушение вирусов продолжалось в обработанной цианидом
морской воде. Авторы этого эксперимента пришли к заключению, что скорость
разрушения вирусов связана с солнечной радиацией, а также с продуктами
метаболизма бактерий (Suttle, Chen, 1992).
Вирусы – наиболее многочисленные компоненты биологических
сообществ многих водных биоценозов, которые в благоприятных условиях
способны размножаться очень быстро, причем их размножение всегда связано с
гибелью клеток-хозяев. Поскольку вирусы не способны активно искать хозяев,
вероятности заражения клеток определяются простыми вероятностными
законами. Поэтому чем многочисленнее те или иные организмы, тем выше
вероятность их заражения. Отсюда следует, что главными жертвами вирусов в
морских и пресных водах являются бактерии и фитопланктон.
Исследованиями с использованием различных методов было выявлено,
что в пресных водоемах от 0.7 до 4.3% общего количества бактерий содержали
внутри клеток зрелые частицы фагов, т.е. от 4.9 до 26.5% всех бактерий были
инфицированы бактериофагами, а вирус-индуцированная смертность
составляет 5.4-45 % от суточной бактериальной продукции (Таблица 1.2). В
одной бактериальной клетке может находиться до 500 фагов (Weinbauer, Hofle,
1998). Считается, что вирусы сильнее влияют на численность бактерий в
эвтрофных водах, чем в олиготрофных. Однако есть данные, что в некоторых
случаях вирусы оказывают незначительное влияние на плотность
бактериальной биоты.
Вирусы в значительной степени влияют на видовое разнообразие
бактериальных сообществ. Это стало особенно ясным после появления
методики секвенирования (определения последовательности нуклеотидов)
рибосомальной 16S-РНК, с помощью которой стало возможным определение
видового разнообразия даже в тех случаях, когда микроорганизмы не удается
культивировать. Даже если вирусы приводят к незначительному увеличению
13
смертности организмов, они могут оказывать существенное влияние на
относительную численность различных видов микроорганизмов в сообществе.
Таблица 1.2. Частота видимых инфицированных клеток бактерий (FVIC, % от
общей численности бактерий) и вирус-индуцированная смертность бактерий
(VMB, % от суточной бактериальной продукции) в водной толще
пресноводных экосистем
Водный объект (Страна)
олиготрофные
oз. Gossenkollesee (Австрия)
Мезотрофные
оз. Севан (Армения)
оз. Pavin (Франция)
5 метров
10 метров
р. Дунай (Австрия)
оз. Constance (Германия)
в-ще Rimov (Чехия)
оз. Erie
Эвтрофные
в-ща Верхней Волги (РФ)
оз. Aydat (Франция)
в-ше Viсtoria (Шри Ланка)
в-ще Minneriya (Шри Ланка)
оз. Plußsee (Германия)
Эпилимнион
FVIC
VMB
Источник
0.9 – 2.3
7 - 21
Hofer, Sommaruga (2001)
0.3 – 2.2
(0.9)*
1.8 – 19.3
(7.3)
Стройнов и др. (2010)
Bettarel et al. (2002)
0.5 – 1.2
3.5 – 10.3
(0.8)
(6.4)
0.7 – 3.5 (1.7) 6 – 33.7
(15.6)
1–4
7.8 – 40.6
0 – 1.7
0 – 14.1
0.3 – 1.7
3 – 12
17 – 23
0.8 – 5.8 (4.7) 6.1 – 40.6
(22.3)
1.0 – 1.3 (1.1) 7 – 11.3 (9)
1.6 – 3.2
13.2 – 30.4
2.7 – 4.4
24.5 – 46.1
0.7 – 2.6 (1.6) 5.4 – 23.1
(14)
Металимнион
1.8 – 4.1 (3)
15.2-45
(28.6)
Гиполимнион
3.5 – 9 (6.3)
34.6 – 128.2
(79.8)
oз. Guiers (Сенегал)
0.6 – 1.1
4.7 – 9.1
в-ще. Sep (Франция)
0.5 – 3.7 (1.6) 1 – 6 (2.1)
оз. Alte Donau (Австрия)
2.8 – 9 (5)
20.8 – 126
(56)
* - минимальное - максимальное (среднее) значение
14
Mathias et al. (1995)
Hennes, Simon (1995)
Hornak et al. (2005)
Wilhelm, Smith (2000)
Копылов и др. (2011)
Bettarel et al (2004)
Peduzzi, Schiemer (2004)
Peduzzi, Schiemer (2004)
Weinbauer, Hofle (1998)
Bettarel et al. (2006)
Pradeep et al (2005)
Fischer, Velimirov (2002)
Поскольку вирусы перемешиваются пассивно, они чаще заражают
клетки, плотность которых выше. Поэтому редко встречающийся вид-хозяин
менее подвержен инфекции, чем более распространенный (Wommack, Colwell,
2000; Weinbauer, 2004). Согласно другой точке зрения на данный вопрос,
доминантные виды бактерий являются наиболее устойчивыми к вирусной
инфекции, а низкая численность минорных групп бактерий объясняется
действием вирусного лизиса (Bouvier, Del Giorgio, 2007).
При увеличении плотности популяции какого-либо вида-хозяина
численность литического вируса начнет расти, если время, необходимое для
случайной встречи вируса с клеткой-хозяином, в среднем меньше времени, в
течение которого вирус сохраняет инфекционную способность. Сказанное
выше позволяет объяснить так называемый парадокс Хатчинсона: каким
образом в системе с малым числом лимитирующих ресурсов стабильно
сосуществует большое число различных видов фитопланктона, ведь
теоретически должен был бы остаться
лишь
один, наиболее
конкурентоспособный вид. На самом деле вид, имеющий преимущества перед
другими и начавший быстро размножаться, становится особенно
восприимчивым к вирусной инфекции, которая и ограничивает его численность
(Thingstad, 2000).
Очень важно заметить, что разнообразие вирусов само зависит от
видового разнообразия клеток-хозяев. В результате плотность популяций
различных вирусов колеблется в зависимости от плотности популяций их
хозяев, что и обеспечивает стабильность видового разнообразия сообществ
микроорганизмов.
Вирусный лизис бактерий приводит к тому, что зараженные клетки
превращаются в вирусы и продукты распада самих клеток. Продукты распада
представляют собой помимо неорганических соединений молекулы мономеров,
олигомеров и полимеров органических соединений, а также коллоидные
частицы и целые фрагменты клеток. В результате вирусного лизиса хозяйских
клеток вместе с вирусами в окружающую водную среду выделяются
легкоусвояемые органические соединения. При этом углерод и другие
биогенные элементы из состава взвешенного органического вещества (SOC)
клеток переходят в растворимую форму (DOC). Эти растворимые соединения
активно используются гетеротрофными бактериями, и, тем самым, остаются
внутри планктонного микробного сообщества, не попадая на более высокие
уровни трофических сетей, – это так называемый «вирусный шунт» (Копылов,
15
Косолапов, 2011).Так, Фишер и Велимиров (Fischer, Velimirov, 2002)
определили, что в эвтрофном озере в процессе вирусного лизиса бактериальных
клеток в водную среду поступило, в среднем, 15.2 мкг С/(л × сут), что
составило 46% суточной продукции бактерий в столбе воды.
Широкое распространение вирусов в водных экосистемах включает их
присутствие в двух основных состояниях или субпопуляциях – свободные
инфекционные частицы (вирионы) в окружающей среде, и внутриклеточные
вирусы внутри своих специфических хозяев. Равновесие между этими двумя
состояниями состоит в поддержании баланса, варьирующего в зависимости от
наличия хозяев, уровня инфекции и условий окружающей среды. При высоких
уровнях популяций хозяев, субпопуляции как внутриклеточных, так и
внеклеточных вирусов увеличиваются, сохраняя баланс между собой.
Внеклеточные популяции свободно растворѐнных вирусов важны для
дальнейшего заражения хозяина, но также имеют большое значение для
выживания. На этом этапе жизненного цикла вирусы особенно уязвимы для
ряда внешних факторов, которые инактивируют их или удаляют из
окружающей среды.
Инфекционные частицы или вирионы являются биологически инертными
в своѐм свободном состоянии и должны инфицировать клетку хозяина для
размножения. Вирионы находятся в окружающей среде до тех пор, пока не
столкнутся с потенциальным хозяином. Если это столкновение произошло с
чувствительным хозяином, который имеет подходящие поверхностные
рецепторы, то в результате вирус прочно адсорбируется.
После прикрепления и инфицирования клетки хозяина, вирус может
взаимодействовать с клеткой хозяина по одному из трѐх типов: лизис,
лизогения или псевдолизогения. Отмечено, что для активации лизиса
необходим определѐнный порог плотности вирусов и бактерий, который
специфичен для каждого микроорганизма (Weinbauer, Peduzzi, 1994).
В случае литического цикла, вирус подчиняет нуклеиновую кислоту и
клеточный аппарат биосинтеза белка хозяина для формирования новых
вирусных частиц с последующим лизисом клетки хозяина и выходом вирионов
в окружающую среду. Такие вирусы называют вирулентными. Продукция
фагов в результате лизиса возможна, когда достигается определѐнный уровень
инфицирования в логарифмической фазе роста.
При лизогении вирусная нуклеиновая кислота встраивается в геном
хозяина в неактивной форме и передаѐтся потомству. Такие вирусы называют
16
умеренными. Лизогения обычно рассматривается как стратегия выживания
вируса при низкой плотности популяции хозяина. В то же время она может
давать существенные преимущества клетке-хозяину, поскольку защищает ее от
инфицирования родственными вирусами и может придавать клетке новые
свойства, закодированные в геноме вируса (так называемая конверсия). В
морской и пресной воде лизогены (бактерии, несущие профаг, и в подходящих
условиях переходящие к литической инфекции) вполне обычны. Их
численность существенно меняется во времени, зависит от местообитания и
может составлять до 40% общей численности бактериальных клеток.
Переход лизогенов к литической инфекции может быть вызван как
различными
естественными
причинами
(высокая
температура,
ультрафиолетовое излучение), воздействием антибиотиков, так и наличием
наиболее распространенных загрязнителей вод: углеводородов, полихлоридов,
бифенилов и т.д. (Макиров, 1974; Heldal, Bratbak, 1991; Tapper, Hicks, 1998;
Weinbauer, Suttle, 1999). Однако в ряде работ показано, что ни инсоляция, ни
УФ - воздействие не влияли на изменение численности вирусов, т.е. редко
вызывали переход лизогенов к литическому циклу (Wilcox, Fuhrman, 1994). Эти
эксперименты показали также, что подавляющее большинство вирусов (97% и
более) в водной среде появляются как следствие литической инфекции.
Сравнительно
недавно
было
продемонстрировано,
что
полиароматические гидроуглероды, полихлорированные бифенилы и
пестициды повышают выход вирусов из бактериальных клеток, находящихся в
стадии лизогении (Cochran et al, 1998). В работе этих авторов показано, что
многие загрязнители окружающей среды могут индуцировать продукцию
лизогенных вирусов в водной среде. Исследования выявили, что различные
загрязняющие вещества способны активировать продукцию профагов,
увеличивая тем самым вирусное обилие, однако механизм этого явления не
совсем понятен (Danovaro, 2003). Вероятно, загрязняющие субстанции могут
восприниматься лизогенными клетками, как питательные вещества, либо как
вещества, вызывающие стрессовое состояние микроорганизмов (Wommack,
Colwel, 2000). Как известно, и в том и в другом случае происходит активизация
профага. Добавление питательных веществ в микрокосмы, содержащие
системы вирус-хозяин, также приводит к увеличению численности вирусов.
По типу отношений вирус-хозяин (лизис или лизогения) различные
вирусы сильно различаются. Две близкородственные группы вирусов,
цианофаги и бактериофаги, паразиты прокариот, различаются в этом аспекте.
17
Цианофаги в основном вирулентные, в то время как большинство
бактериофагов – умеренные (Bratbak et al., 1993). Это различие может отражать
фундаментальные отличия клеток-хозяев в водной среде: в то время как все
сине-зелѐные водоросли в составе фитопланктона являются типичными
метаболически
активными
организмами,
значительное
количество
гетеротрофных бактерий метаболически инертны. На этом основании
лизогения может рассматриваться, в основном, как скрытая фаза, проходящая в
метаболически инертных клетках, переходящая в литическое состояние, когда
метаболизм хозяина активирован. В связи с этим, недостаток питательных
веществ, угнетающий рост клетки-хозяина, способствует сдвигу баланса
вирусной активности к лизогении (Weinbauer, 2004).
Псевдолизогения – форма взаимодействия вирус-хозяин, при которой
нуклеиновая кислота находится внутри хозяина в неактивном и нестабильном
состоянии (Ripp, Miller, 1997). Предполагается, что псевдолизогения возникает
при сильном истощении клетки-хозяина. В таких клетках недостаточно
энергии, необходимой для инициации генетической экспрессии фага, ведущей к
лизогении или к лизису. Однако при добавлении питательных веществ
состояние псевдолизогении прекращается, вызывая настоящую лизогению или
инициируя литическую продукцию вирионов. Состояние псевдолизогении
объясняет длительную жизнеспособность вирусов в изменяющемся окружении,
когда их существование в инфекционном состоянии довольно кратковременно
(Weinbauer, 2004).
Лизогения играет существенную роль в генетическом обмене между
микроорганизмами и их эволюции. Генетический обмен может идти
различными путями. Один из них – трансдукция, при которой вирус
захватывает часть ДНК клетки хозяина и передает ее новому хозяину, часто
лизогену. Трансдукция обеспечивает значимые механизмы для множественного
и/или контролируемого разнообразия через генетическую рекомбинацию, а
также приводит к появлению новых генетических свойств не только у хозяев,
но и у вирусов, что может стать причиной адаптации вирусов к новому хозяину
(Suttle, 2003). Общий эффект такого обмена на больших отрезках времени
сводится к перемешиванию генов восприимчивых к вирусу хозяев. Кроме того,
при лизисе клетки ее содержимое, включая ДНК, попадает в воду, откуда
может попасть в другие организмы естественным путем. Растворенную ДНК –
продукт лизиса клетки – часто обнаруживают в морской воде.
18
В водной среде вирусы, помимо гетеротрофных бактерий, используют в
качестве хозяев цианобактерий и водоросли (Wommack, Colwell, 2000;
Weinbauer, 2004; Brussaard, 2004).
По данным электронной микроскопии вирусы могут инфицировать 1-3%
численности пикоцианобактерий из рода Synochococcus sp (Proctor, Fuhrman,
1990). У берегов штата Техас ежедневный лизис пикоцианобактерий составляет
5-15%, а в умеренном климате Атлантики – не более 3% (Suttle, Chan,
1993,1994). В природных водах обнаружено нескольких видов вирусов,
вызывающих гибель широко распространенного жгутиконосца Micromonas
pusilla. Время оборота вирусов составляет 1.3 суток, а заражение ими
жгутиконосцев может приводить к ежедневной гибели 2-10% численности
популяции (Cottrell, Suttle,1995).
Поскольку вирусные инфекции особенно распространены при высокой
плотности популяций фитопланктона, они, по-видимому, должны оказывать
влияние на такие вспышки численности водорослей, как «цветение» моря. К
вирусам восприимчивы Aureococcus anophagefferans, вызывающие «бурые
приливы» у северо-восточных берегов США, ядовитые рафидофиты
Heterosigma akashiwo (Lawrence et al., 2001; Tai et al., 2003), приводящие к
массовой гибели рыб, а также широко распространенные Phaeocystis pouchetii и
Emiliana huxleyi. По данным электронной микроскопии до 50% всех клеток
Emiliana huxleyi при окончании «цветения» воды были заражены вирусами, при
этом вирусы были ответственны за 25-100% смертности этих водорослей
(Bratbak et al., 1998; Wilson et al., 2002; Baudoux A-C et al., 2006).
В последние годы значительно возросло количество работ, посвященных
инфекции вирусами пресноводных колониальных и нитчатых цианобактерий
(Honjo et al., 2006; Wilhelm et al., 2006). В водных экосистемах вирусыцианофаги могут быть значительным фактором смертности крупных
цианобактерий, влияющим на динамику «цветения» воды этими автотрофными
организмами (Hewson et al., 2001; Gons et al., 2002). Оценка смертности разных
групп фитопланктона в мелководном эвтрофном озере с использованием
техники разбавлений и проточной цитометрии показала, что основным
фактором гибели нитчатых цианобактерий являлся вирусный лизис (87-94% от
их продукции) (Tijdens et al., 2008).
Роль вирусов не ограничивается только изменением численности
различных фотосинтезирующих организмов. Они могут влиять и на
формирование глобального климата. Это связано с тем, что некоторые
19
водоросли, например Emiliana huxleyi, Phaeocystis pouchetii, Micromonas pusilla,
в больших количествах содержат диметилсульфид (ДМС), который
высвобождается при лизисе клеток (Hill et al., 1998; Malin et al., 1998; Wilson et
al., 2002). Что будет дальше с ДМС – попадет он в атмосферу или будет усвоен
другими микроорганизмами - зависит от конкретной структуры пищевых
цепей. Попадая же в атмосферу, ДМС вызывает образование облаков.
Таким образом, накопленные к настоящему времени сведения
свидетельствуют о важной роли вирусов в функционировании водных
экосистем (Bratbak et al., 1994; Fuhrman,1999; Wommack, Colwell, 2000;
Weinbauer, 2004; Peduzzi, Luef, 2009). Вирусы оказывают существенное влияние
на многочисленные биогеохимические процессы в водных экосистемах,
эффективно регулируют численность и видовое разнообразие бактерий и
фитопланктона и даже участвуют в формировании глобального климата.
Однако изучение водных вирусов началось сравнительно недавно, и
нерешенных проблем в этой области науки еще очень много.
20
ГЛАВА 2. ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Водные объекты и краткая характеристика условий наблюдений на
исследованных станциях
Рыбинское водохранилище
Рыбинское водохранилище (площадь – 4550 км2, длина – 250 км,
максимальная ширина – 26 км, средняя глубина – 5.6 м, максимальная глубина
– 30.4 м, полный объем 25.42 км3) образовано перекрытием русел рек Волги и
Шексны в районе г. Рыбинска (Литвинов, 2000; Экологические проблемы…,
2001). В водохранилище выделяются четыре основных плеса: Волжский,
Моложский, Шекснинский и Главный (Центральный). Первые три
расположены по долинам соответствующих рек и представляют собой
вытянутые сравнительно узкие участки. Озеровидный Главный плес
водохранилища занимает 68% его площади. Исследования проводились на
шести стандартных станциях (табл. 2.1). Станция Коприно находится в
относительно узкой части Волжского плеса на бывшем русле Волги. Отсюда
водные массы поступают в расширенную часть, где в результате замедления
течения происходит активная седиментация взвешенных частиц. Станция
Молога располагается в южной части основной акватории Волжского плеса, на
бывшем русле р. Мологи, месте ее впадения в р. Волга. По содержанию
биогенных элементов и интенсивности продукционно-деструкционных
процессов это наиболее богатый район водохранилища. Станция Измайлово
находится в восточной части Главного плеса на бывшей пойме р. Шексны, где
господствуют шекснинские воды. Станция Средний Двор – северная и северовосточная части Главного плеса, водные массы р. Шексна. Станция Наволок –
центральный пункт Главного плеса. Под влиянием подпора мощного потока
волжской воды водные массы здесь застаиваются, и возникает круговорот воды
против часовой стрелки. Станция Брейтово расположена на бывшем русле р.
Молога в западной части водохранилища. Кроме вод р. Мологи сюда
поступают воды рек Сить, Себла. Вода р. Мологи характеризуется повышенной
цветностью.
По содержанию в воде биогенных элементов Рыбинское водохранилище
относится к эвтрофным водоемам. В тоже время по содержанию в воде
хлорофилла
первичной
продукции
фитопланктона
водохранилище
характеризуется как мезотрофно-эвтрофное (Минеева, 2004; 2009).
21
Таблица 2.1. Краткая характеристика условий наблюдений на станциях в
Рыбинском водохранилище в августе 2010 г
Станция
Коприно
Молога
Наволок
Измайлово
Ср. Двор
Брейтово
Дата
10.08
24.08
10.08
24.08
10.08
24.08
10.08
24.08
10.08
24.08
10.08
24.08
Глубина,
м
10
11
12
13
6
6.5
6
7
10
12
13
12
Температура, Прозрачность, Цветность,
о
С*
см
град.
25.7
90
53
18.6
80
53
25.6
120
51
18.6
90
51
26
160
45
18
80
45
26.3
150
45
19.1
80
45
26.4
190
45
19.8
90
45
26
160
60
19.3
110
60
* - температура воды на поверхности
Горьковское водохранилище
Горьковское водохранилище (площадь – 1591 км2, длина – 430 км,
максимальная ширина – 15 км, средняя глубина – 5.5 м, максимальная глубина
– 21 м, полный объем 8.70 км3) образовано перекрытием русла Волги у г.
Городца (Литвинов, 2000; Экологические проблемы…, 2001). В пределах
водохранилища выделяются следующие участки: озеровидный (от плотины
Горьковской ГЭС до устья р. Елнать), речной (от устья р. Елнать до плотины
Рыбинской ГЭС) и Костромской разлив. Водную массу Горьковского
водохранилища в основном формируют волжские воды, поступающие из
вышележащего Рыбинского водохранилища, лишь в нижней, озеровидной
части они трансформируются под влиянием притоков (Литвинов, Законнова,
2000). В предыдущие годы было обнаружено, что распределение общего азота
и общего фосфора по акватории Горьковского водохранилища довольно
равномерно, однако в верхней части, принимающей воды Рыбинского
водохранилища, их содержание несколько ниже, чем на остальных участках
(Минеева и др. 2008). В озерной части водоема и стоковые, и ветровые течения
имеют малые скорости, редко превышающие 0.15-0.2 м/сек (Эдельштейн,
1964). По литературным данным (Минеева и др., 2008) содержание хлорофилла
«а» возрастало в озеровидном приплотинном расширении, что могло быть
вызвано замедлением скорости течения и впадением в верхнюю часть
расширения рек Елнать, Немда, Унжа. По содержанию в воде биогенных
22
элементов, концентрации хлорофилла и первичной продукции фитопланктона
Горьковское водохранилище характеризуется как эвтрофный водоем (Минеева,
2004; 2009). Работы проводились на 8 станциях, расположенных в речном
участке водохранилища, и 4 станциях – в озерном участке (табл. 2.2). В
исследуемый период на данных станциях была зарегистрирована очень высокая
температура воды. Минимальные и максимальные величины прозрачности и
цветности воды отличались, соответственно, в 2 и 1.3 раза (табл. 2.2).
Таблица 2.2. Краткая характеристика условий наблюдений на станциях в
Горьковском водохранилище 21- 24 июля 2010 г
Станция
Речной участок
1.Выше
Ярославля
2.Туношна
3.Кр.Профинтерн
4.Сизема
5..Кострома
6.Плес
7.Кинешма
Озерный участок
8.Устье р. Унжи
9.Юрьевец
10.Пучеж
12. Чкаловск
Глубина, м
Температура,
о
С*
Прозрачность, Цветность,
см
град.
4.5
25.5
120
65
5
4.5
7
5
13
15
26
27
27
27
27.5
29
110
100
80
110
100
120
60
55
55
55
55
55
8
11
12
16
27
27
30
33
70
120
60
80
65
55
60
55
Чебоксарское водохранилище
Чебоксарское водохранилище (площадь – 1270 км2, длина – 341 км,
максимальная ширина – 10 км, средняя глубина – 4.7 м, максимальная глубина
– 21 м, полный объем 12.6 км3) образовано перекрытием русла Волги у г.
Чебоксары (Литвинов, 2000; Экологические проблемы…, 2001). В
водохранилище впадает 28 рек, крупнейшие из которых Ока, Сура, Ветлуга и
Керженец. В верхней части водохранилища (до впадения р. Оки) вода по
своему генезису близка к воде Горьковского водохранилища. Ниже впадения р.
Оки прослеживается не смешивающийся с волжским более минерализованный
окский поток, который прижат к правому берегу. Трофический статус
Чебоксарского водохранилища, по содержанию в воде биогенных элементов и
концентрации хлорофилла, оценивается как эвтрофный, из всех волжских
водохранилищ оно испытывает наибольшую антропогенную нагрузку (Минеева
23
и др., 2008). На исследованных станциях была зарегистрирована очень высокая
температура воды. Минимальные и максимальные величины прозрачности и
цветности воды отличались, соответственно, в 3.8 и 1.8 раза (табл. 2.3).
Таблица 2.3. Краткая характеристика условий наблюдений на станциях в
Чебоксарском водохранилище 25- 28 июля 2010 г
Станция
1.Городец
2.Н.Новгород
3.ниже Н.Н.*
4.ниже Н.Н. **
5.Кстов*
6.Кстов**
7.Р. Керженец
8. Лысково*
9.Лысково**
10. Р. Сура
11.Васильсурск*
12.Васильсурск**
13.Р. Ветлуга
14.Мелководье
15.Козьмодемьянск
16.Чебоксары
17. Ильинка
Глубина, м
5
5
6
8
2.5
8
3.5
10
5.5
4
12
9
7
4.5
9
15
16
Температура, Прозрачность, Цветность,
о
С
см
град.
25
150
45
27.5
100
55
25
110
45
26
110
35
27
80
40
28
70
40
27.5
90
40
28
90
45
28
90
40
27.2
50
30
28
110
35
28
110
35
29
100
35
28.5
60
45
27
180
45
27
190
35
29
60
40
* - ближе к левому берегу, ** - ближе к правому берегу.
Река Ильд
Река Ильд (длина 46 км, площадь водосбора 240 км2) – приток
Рыбинского водохранилища. Станция 1 (Некоуз) расположена в верховьях реки
(в ~2.5 км от истока), водосборная площадь значительно заболочена, берега
мелиорированы. Участок, представляющий собой цепь мелководных (0.3–0.6
м), соединенных между собой и сильно зарастающих бочагов, испытывает
антропогенную нагрузку (сточные воды свинофермы). Станции 2 – 4 находятся
под влиянием деятельности бобров, которые возводят здесь плотины. Станции
5 – 11 характеризуются относительно высокой проточностью и отсутствием
зарегулирования стока бобровыми плотинами. Станция 9 расположена в заливе
водохранилища, в который впадают реки Ильд и Сутка. Температура воды была
ниже в верховьях реки, максимальная и минимальная прозрачность отличались
в 4.5 раз (табл. 2.4).
24
Таблица 2.4. Краткая характеристика условий наблюдений на станциях в реке
Ильд в 2008 г
Станция
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Глубина, м
0.4
0.9
1.2
2.4
0.9
0.7
3.3
4.6
3.1
9.2
10
13
Температура,
о
С
15.5
18.9
16.4
17.6
16.8
16.8
18.4
21
22
22
20.2
19.3
Прозрачность, Скорость
См
течения м/с
40
0
90
0
120
0.02
240
0.09
90
0.19
70
0.07
130
0
167
0
110
0
172
0
160
0
180
0
Река Ока
В устье р. Оки работа проводилась на трех станциях в устьевой части (табл.
2.5). Данный участок подвержен значительному антропогенному загрязнению
Таблица 2.5. Краткая характеристика условий наблюдений на станциях в устье
реки Ока 25 июля 2010 г
Станция
За мостом
у левого
берега
у правого
берега
Глубина, м
5
4.5
Температура,
о
С
29
27
4
27
Прозрачность, Цветность,
см
град.
40
35
90
45
90
45
Озеро Севан
Бассейн озера Севан (площадь – 1416 км2, длина –78 км, максимальная
ширина –56км, средняя глубина – 44.3 м, максимальная глубина – 98.7 м,
полный объем 58.47 км3) представляет собой тектоническую впадину, которая
имеет вид треугольника, ограниченного горными хребтами. Высота
окружающих горных хребтов колеблется от 500 до 1800 м над уровнем озера.
Озеро имеет продолговатую форму. Подводными порогами и двусторонними
мысами оно делится на две неравные части, получившие соответствующие
названия: Малый Севан и Большой Севан.
25
В озеро Севан впадают 30 рек и речек, в том числе два крупных родника –
Лчаван и Личк. Четыре реки впадают в Малый Севан, остальные – в Большой
Севан. Вытекает из озера река Раздан. Речная сеть по периметру озера и в
соответствующих частях бассейна распределена неравномерно. Она
значительно реже в бассейне Малого Севана. Здесь имеются, так называемые,
бессточные территории. Особенно густой речной сетью покрыто южное
побережье. С северо-восточного побережья стекают многочисленные реки и
временно действующие водотоки (Экология озера Севан, 2009).
Исследования проводили на четырех глубоководных станциях,
расположенных в Малом Севане (ст.4П), Большом Севане (ст.22П и 24П), а
также на перешейке между ними (ст.11П) 14-18 октября 2009 года (Табл.2.6). В
этом же году с апреля по август изучали сезонную динамику вириопланктона в
прибрежном мелководье открытого типа у о. Чаячий в Малом Севане (ст. 8Л-1).
Таблица 2.6. Краткая характеристика условий наблюдений на глубоководных
станциях в озере Севан
Станция
4П
11П
22П
24П
Глубина, м
25
37
30
28
Температура,
о
С*
14.1
15.1
15.6
14.4
Прозрачность,
см
4
4.4
3
4
*дана температура у поверхности
2.2. Методы исследования
На глубоководных станциях определение количества вирусов и бактерий
осуществляли в интегрированных образцах воды, которые получали
смешиванием проб, отобранных через каждый метр от поверхности до дна.
Сразу после отбора пробу воды фиксировали глутаральдегидом до конечной
концентрации 2%, хранили в темноте при температуре 4оС.
Первичную продукцию фитопланктона определяли радиоуглеродным
методом (Романенко, Кузнецов, 1974). Скорость фотосинтеза фитопланктона
измеряли в пробах воды из поверхностного горизонта и в интегрированных
пробах воды от поверхности до тройной прозрачности по диску Секки. Расчет
интенсивности фотосинтеза под м2 водоема (∑PPH, мг С/(м3 × сут)) производили
по формуле: ∑PPH = PPH × 0.7 × L, где PPH – суточная величина фотосинтеза в
интегрированной пробе воды от поверхности до тройной прозрачности воды по
26
диску Секки; 0.7 – коэффициент, характеризующий влияние ослабления света с
глубиной на фотосинтез; L – расстояние до тройной прозрачности воды по
диску Секки, м (Романенко, Кузнецов, 1974).
В волжских водохранилищах удельную скорость роста бактерий (µ)
определяли методом разбавления (Landry, Hassett, 1982). В реке Ильд µ
оценивали по частоте делящихся клеток (FDC), используя формулу: ln µ = 0.299
× FDC – 4.961 (Newell, Christian, 1981). Продукцию бактериопланктона
определяли как произведение удельной скорости роста и биомассы.
Планктонные вирусные частицы учитывали методом эпифлуоресцентной
микроскопии с использованием красителя SYBR Green I и фильтров из оксида
алюминия Anodisc (“Wathman”) с диаметром пор 0.02 мкм (Noble, Fuhrman,
1998). Численность гетеротрофных бактерий и гетеротрофных нанофлагеллят
определяли методом эпифлуоресцентной микроскопии с использованием
красителей DAPI и примулин, а также черных ядерных фильтров с диаметром
пор 0.2 мкм (Porter, Feig, 1980; Caron, 1983). Препараты просматривали при
увеличении 1000 раз под эпифлуоресцентным микроскопом Olympus BX51
(Япония) с системой анализа изображений. Содержание углерода в 1 вирусной
частице принимали равным 10-10 мкг С (Gonzalez, Suttle, 1993). Содержание
органического углерода в сырой биомассе бактерий рассчитывали согласно
уравнению, связывающему объем клетки (V, мкм3) и содержание углерода в
клетке бактерии (Norland, 1993). Содержание органического углерода в сыром
веществе гетеротрофных нанофлагеллят принимали равным 22%. Допуская, что
гетеротрофный жгутиконосец в час осветляет объем воды, равный 105 объема
его тела (Fenchel, 1982), ориентировочно рассчитывали скорость потребления
бактерий природными популяциями гетеротрофных жгутиконосцев. Для
расчетов неусвоенного бесцветным жгутиконосцем органического вещества
принимали, что усвояемость бактерий равна 0.7.
Для расчета скости потребления инфузориями бактерий принимали, что
коэффициент для природных популяций цилиат (Р/В) в период исследования
равен 0.7 сут-1, коэффициент использования потребленной пищи на рост (К1)
равен 0.35, доля бактерий в суммарном рационе массовых видов инфузорий
составляет 30% (Копылов и др., 2010).
Для определения частоты отчетливо видимых инфицированных вирусами
гетеротрофных бактерий (Frequency of visibly infected cells (FVIC), % от общего
количества бактерий) и среднего количества зрелых фагов в инфицированных
бактериях (Burst size (BS), ч./кл.) использовали метод просвечивающей
27
электронной микроскопии. Вирусы и бактерии осаждали центрифугированием
при 100 000 g (35 000 об./мин) в течение часа с использованием
ультрацентрифуги OPTIMA L-90k (“Beckman Coulter”, США) на никелевые
сеточки плотностью 400 мешей, покрытые пиолоформом с угольным
напылением. Сеточки просматривали в электронном микроскопе JEM 100C
(“Jeol”, Япония) при увеличении в 20000-150000 раз. Для расчета доли всех
инфицированных клеток от общей численности гетеротрофных бактерий
(Frequency of infected cells (FIC), %) использовали уравнение FIC = 7.1 × FVIC –
22.5 × FVIC2 (Binder, 1999). Гибель бактериопланктона, вызванную вирусным
лизисом (Viral-mediated mortality of bacteria (VMB), %), определяли по формуле
VMB = (FIC + 0.6 × FIC2)/(1 – 1.2 × FIC) (Binder, 1999). Допускали, что
инфицированные и неинфицированные бактерии выедаются консументами с
одинаковой скоростью, и латентный период равен времени генерации бактерий
(Proctor et al., 1993). Полагали также, что численность бактериальных
популяций остается постоянной, т.е. продукция бактерий равна их смертности.
Скорость вирус-индуцированной смертности бактерий (Virus-induced mortality
(VIM), кл./(мл × сут) или мг С/(м3 × сут)), рассчитывали с использованием
уравнения VIM = VMB × PB , где PB – продукция бактериопланктона (Noble,
Fuhrman, 1998). Продукцию вириопланктона (PV) определяли как произведение
BS и VIM (Noble, Steward, 2001;Simek et al., 2001). Время оборота численности
вирусов получали делением их численности на продукцию. Скорость
поступления в окружающую водную среду, в процессе вирусного лизиса
бактериальных клеток, легкоусвояемого органического вещества находили по
разнице VIM (в мг С/(м3 × сут)) и РV (в мг С/(м3 × сут)). Полученные величины
несколько завышены, поскольку в расчетах не использовали величины
энергетических трат вирусов на синтез белков капсида и процессов репликации
нуклеиновых кислот, так как таковые отсутствуют в литературе.
Частоту контактов (R) между вирусами и бактериями рассчитывали по
формуле R = (Sh2πwDv)VP (Murray, Jackson, 1992), где Sh – число Шервуда
(использовали величину 1.01 принимаемую для неподвижных бактерий), w –
диаметр бактериальной клетки, V и P – численность вирусов и численность
бактерий. Диффузия (Dv, распространение вирусов) рассчитывалась по формуле
DV = k T/3πµdv, где k – константа Больцмана (1.38×10-23 Дж К-1), Т –
температура “in situ” (в градусах Кельвина), µ - вязкость воды и dv – диаметр
вирусной капсиды.
28
Статистический анализ данных проводили с использованием программы
“Statistica 6.0”. При установлении корреляционных зависимостей между
параметрами использовали ранговый коэффициент корреляции Спирмена для
уровня значимости 0.05.
29
ГЛАВА 3. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ БАКТЕРИОПЛАНКТОНА
3.1. Водохранилища
Рыбинское водохранилище
Первичная продукция фитопланктона в разных районах водохранилища
заметно отличалась (рис. 3.1), составляя, в среднем для водохранилища,
1559±232 мг С/(м2 × сут). Согласно «Трофической классификации водоемов…»
(Бульон, 1994) по величине первичной продукции водные массы на двух
станциях (Молога, Наволок) соответствуют уровню гипертрофных вод, на
остальных – уровню эвтрофных.
3500
3000
10.08
ΣPPH
2500
24.08
2000
1500
1000
500
0
Коприно
Молога
Наволок
Измайлово
Ср. Двор
Брейтово
Рисунок 3.1. Первичная продукция фитопланктона (∑PPH, мг С/(м2 × сут) в
Рыбинском водохранилище.
На исследованных станциях общая численность бактериопланктона
находилась в пределах (4.9 – 9.2) × 106 кл./мл, составляя, в среднем для
водохранилища, 6.8±0.4 × 106 кл./мл (табл.3.1). Минимальная и максимальная
величины среднего объема бактериальной клетки отличались в 1.5 раза.
Величины биомассы бактериопланктона, в период исследования, изменялись от
88 до 179 мг С/м3, составляя, в среднем для водохранилища, 125±9 мг С/м3.
Минимальная и максимальная величины удельной скорости роста бактерий
отличались в 9 раз (табл. 3.1). В итоге продукция бактериопланктона
колебалась от 45 до 231 мг С/(м3 × сут), составляя, в среднем для
водохранилища, 134±17 мг С/(м3 × сут). Между интегральной первичной
продукцией фитопланктона и бактериальной продукцией обнаружена слабая
положительная зависимость (R = 0.34, p < 0.05).
30
Таблица 3.1. Численность (NB, 106кл./мл), средний объем клетки (V, мкм3),
биомасса (ВB), удельная скорость роста (µ) и суточная продукция (PB)
бактериопланктона в Рыбинском водохранилище в 2010 г
Станция
NB
V
ВB
мг/м3
µ
мг С/м3
PB
106кл./мл
мг С/м3
Коприно
10.08
8.92 0.073 652.8
163
0.022
4.71
84.7
24.08
9.21 0.072 660.3
165.5
0.011
2.43
44.8
Молога
10.08
5.84 0.086 502.8
119.9
0.07
9.81
200.9
24.08
8.73 0.086 751.7
179.2
0.024
5.03
102.9
Наволок
10.08
5.36 0.063 339.3
88.3
0.069
8.87
146.1
24.08
6.98 0.078
133.1
0.019
3.18
61.4
543
Измайлово
10.08
6.34
0.06
300.1
79.2
0.101
15.37
192.6
24.08
7.62
0.08
606.2
147.5
0.039
7.13
139.4
Ср. Двор
10.08
6.65 0.073
487
24.08
6.78 0.057 384.3
121.6
0.079
12.61
230.6
102.8
0.044
7.16
109.6
Брейтово
10.08
4.95 0.087 430.4
102.3
0.071
8.44
174.3
24.08
5.68 0.069 392.3
99.5
0.049
6.68
116.2
Наибольшая доля в численности и биомассе бактерий принадлежала
одиночным клеткам. В начале месяца наибольший вклад агрегированных
бактерий в общую численность и биомассу бактериопланктона был
зарегистрирован на станции Измайлово, а нитей – на станции Наволок (табл.
3.2, 3.3).
31
Таблица 3.2. Соотношение морфологических групп микроорганизмов в общей
численности бактериопланктона в Рыбинском водохранилище
Станция
Одиночные
Агрегированные
Нити
Коприно
10.08
24.08
95.21%
93.13%
10.08
24.08
97.02%
79.29%
10.08
24.08
94.19%
91.85%
10.08
24.08
81.77%
91.75%
10.08
24.08
92.95%
74.03%
10.08
24.08
90.22%
87.68%
4.43%
6.69%
Молога
2.76%
20.31%
Наволок
5.78%
8.05%
Измайлово
0.36%
0.17%
18.03%
8.13%
Ср. Двор
6.86%
25.79%
Брейтово
9.58%
12.13%
0.2%
0.12%
0.23%
0.4%
0.4%
0.18%
0.19%
0.18%
0.2%
0.19%
Таблица 3.3. Соотношение морфологических групп микроорганизмов в общей
биомассе бактериопланктона в Рыбинском водохранилище
Станция
Одиночные
10.08
24.08
86.62%
85.77%
10.08
24.08
87.1%
70.29%
10.08
24.08
80.73%
84.41%
10.08
24.08
70.76%
84.09%
10.08
24.08
84.84%
67.65%
10.08
24.08
88.33%
77.25%
Агрегированные
Коприно
5.31%
13.15%
Молога
3.13%
15.04%
Наволок
6.19%
6.45%
Измайлово
22.68%
7.71%
Ср. Двор
7.78%
25.88%
Брейтово
7.59%
9.93%
32
Нити
8.07%
7.1%
9.77%
14.67%
13.08%
9.14%
6.55%
8.2%
7.38%
6.48%
4.07%
12.82%
Во второй половине месяца наибольшая доля агрегированных бактерий в
общей численности и биомассе бактериопланктона была обнаружена на
станциях Молога и Средний Двор (табл. 3.2, 3.3).
Наибольший вклад нитей в суммарную биомассу бактериопланктона был
зарегистрирован на станциях Молога и Брейтово. В среднем для исследованных
станций доля одиночных бактерий в общей биомассе бактериопланктона в
начале месяца была ниже, чем во второй половине (рис.3.2, 3.3).
Численность 10.08
Биомасса 10.08
8% 0,26%
8%
9%
Одиночные
Одиночные
Агрегированные
Агрегированные
Нити
Нити
83%
92%
Рисунок 3.2. Доля разных групп бактерий в суммарной численности и биомассе
бактериопланктона в Рыбинском водохранилище 10.08.10.
Численность 24.08
14%
Биомасса 24.08
10%
0,21%
13%
Одиночные
Одиночные
Агрегированные
Агрегированные
Нити
Нити
77%
86%
Рисунок 3.3. Доля разных групп бактерий в суммарной численности и биомассе
бактериопланктона в Рыбинском водохранилище 24.08.10.
33
ΣP PH
Горьковское водохранилище
В исследованный период в Горьковском водохранилище в условиях
повышенной температуры воды зарегистрированы высокие, особенно в озерной
части, величины первичной продукции фитопланктона (рис.3.4). Основными
компонентами фитопланктона в этот период были цианобактерии родов
Microcystis, Oscillatoria. Величина первичной продукции фитопланктона под
единицей площади водоема в речной части водохранилища (в среднем
1181±307 мг C/(м2 × сут)) была существенно ниже, чем в озерной (2801±495 мг
С/(м2 × сут)). В среднем для водохранилища величина PPH составила 1726±339
мг С/(м2 × сут). В итоге, водные массы в речной части водохранилища
соответствовали уровню мезотрофных (4 станции) и эвтрофных (3 станции), а в
озѐрной части эвтрофных (1 станция) и гипертрофных (3 станции) вод.
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Рисунок 3.4. Первичная продукция фитопланктона (∑PPH,мг С/(м2 × сут) в
Горьковском водохранилище в июле 2010 г.
В июле 2010 года в водохранилище наблюдались высокие величины
численности и биомассы бактериопланктона, что, по-видимому, было связано
как с более высокой первичной продукцией фитопланктона, так и с высокой
температурой воды (табл. 3.4). Численность и биомасса бактериопланктона в
озерной части (в среднем 16.2±1.3×106 кл./мл и 306 мг С/м3) превышали
таковые в речном участке (в среднем 8.9±0.6×106 кл./мл и 167 мг С/м3) в 1.8 раз.
В тоже время величины удельной скорости роста бактерий не отличались, и
составляли 0.032-0.033 час-1. В итоге, в среднем для водохранилища, величины
численности, биомассы и продукции бактериопланктона составили,
соответственно, 11.6±1.2 × 106 кл./мл, 218±23 мг С/м3 и 169±32 мг С/(м2 × сут).
Анализ полученных результатов выявил слабую положительную зависимость
между интегральной первичной продукцией фитопланктона и биомассой (R =
0.41), продукцией (R = 0.21) бактериопланктона. Однако если не принимать во
внимание результаты, полученные на станции вблизи г. Чкаловск (ст. 12), в
34
значительной
степени
подверженной
антропогенному
загрязнению,
коэффициенты корреляции между этими параметрами оказываются
значительно выше (R – 0.87 и R = 0.63).
Согласно «Комплексной экологической классификации качества
поверхностных вод суши» (Оксиюк и др., 1993), по величинам общей
численности бактериопланктона качество воды на значительной акватории
водохранилища оценивалось как «весьма грязная».
Таблица 3.4. Численность (NB, 106 кл./мл), средний объем клетки (VB, мкм3),
биомасса (BB), удельная скорость роста (µ, час-1) и суточная продукция (PB)
бактериопланктона в Горьковском водохранилище
Станция
NB
VB
2
3
4
5
6
7
8
8.16
9
6.34
9.72
7.68
11.27
10.41
0.07
0.082
0.137
0.06
0.077
0.069
0.061
9
10
11
12
16.48
12.56
18.54
17.25
0.076
0.079
0.067
0.086
BB
µ
мг/м3 мг С/м3
Речной участок
573.5
144.9
0.02
737.7
178.3
0.02
868.4
181.8
0.017
585.9
154.6
0.03
592.2
145.7
0.063
778.4
197.5
0.02
632
166
0.064
Озерный участок
1253.6 309.5
0.047
989.4
241.7
0.017
1248.2 319.3
0.022
1488.6 355.1
0.04
PB
106кл./мл
мг С/м3
3.92
4.32
2.56
7
11.56
5.49
16.09
70
86
73
111
219
96
257
18.59
5.03
9.61
16.35
349
97
165
337
В отличие от Рыбинского водохранилища, в Горьковском водохранилище
агрегированные формы составляли существенную долю, на ряде станций
превышая 20% от общей численности и составляя до 44% биомассы
бактериопланктона (табл. 3.5, 3.6). Большую часть численности и биомассы
бактерий в Горьковском водохранилище составляли одиночные клетки (в
среднем 87% общей численности и 68% биомассы). Второй по численности
группой были агрегированные клетки (13% и 30% соответственно).
Нитевидные формы были минорной фракцией (рис. 3.5).
35
Таблица 3.5. Соотношение разных групп бактерий в общей численности
бактериопланктона в Горьковском водохранилище
Станция
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Одиночные
83.18%
90.11%
91.55%
75.73%
84.27%
89.6%
79.68%
86.79%
96.74%
84.79%
89.62%
Агрегированные
16.82%
9.89%
7.61%
24.24%
15.69%
10.1%
20.18%
13.13%
2.19%
14.62%
10.17%
Нити
0.84%
0.03%
0.04%
0.39%
0.14%
0.09%
1.07%
0.59%
0.22%
Таблица 3.6. Соотношение разных групп бактерий в общей биомассе
бактериопланктона в Горьковском водохранилище
Станция
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Одиночные
70.73%
69.27%
84.02%
56.41%
61.5%
72.4%
57.91%
63.11%
82.4%
64.17%
63.95%
Численность
13%
Агрегированные
29.27%
30.73%
13.86%
43.56%
38.09%
26%
41.88%
31.22%
10.99%
34.37%
34.74%
Нити
2.12%
0.03%
0.4%
1.56%
0.21%
5.67%
6.6%
1.46%
1.32%
Биомасса
1,8%
0,31%
30%
Одиночные
Одиночные
Агрегированные
Агрегированные
Нити
Нити
68%
87%
Рисунок 3.5. Доля разных групп бактерий в общей численности и
биомассе бактериопланктона в Горьковском водохранилище.
36
ΣP PH
Чебоксарское водохранилище
В
Чебоксарском
водохранилище,
в
период
исследования,
зарегистрированы очень высокие величины первичной продукции
фитопланктона (рис. 3.6). Основными компонентами фитопланктона в этот
период были цианобактерии родов Microcystis, Oscillatoria. Первичная
продукции фитопланктона, в среднем для водохранилища, составила 2774 мг
С/(м2 × сут) и водные массы на значительной акватории водохранилища
(половина исследованных станций) в июле 2010 г. соответствовали уровню
гипертрофных вод (Бульон, 1994).
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Рисунок 3.6. Первичная продукция фитопланктона (∑PPH, мг С/(м2 × сут)) в
Чебоксарском водохранилище.
Величины численности бактериопланктона, на исследованных станциях
превышали 10×106 кл./мл, а биомассы – 1 г/м3 (табл. 3.7). Минимальный и
максимальный средний объем бактериальной клетки отличались в 2 раза.
Удельная скорость роста бактерий заметно колебалась между различными
участками (табл. 3.7). Время удвоения численности планктонных бактерий,
рассчитанное исходя из величин удельной скорости роста, находилось в
пределах 13-60 часов, составляя в среднем 24±4 часа. Продукция
бактериопланктона также существенно варьировала, достигая максимального
значения в районе устья реки Суры (табл. 3.7). В Чебоксарском водохранилище
между интегральной первичной продукцией фитопланктона и продукцией
бактериопланктона под м2 наблюдалась положительная связь (r = 0.55).
Таким образом, высокая температура воды, резкое увеличение биомассы
и продукции фитопланктона послужили причиной интенсивного развития в
водохранилище
гетеротрофных
бактерий.
Согласно
«Комплексной
экологической классификации качества поверхностных вод суши» (Оксиюк и
др., 1993), по величинам общей численности бактериопланктона качество воды
на значительной акватории водохранилища оценивалось как «весьма грязная».
37
Таблица 3.7. Численность (NB, 106 кл./мл), средний объем клетки (VB, мкм3),
биомасса (BB), удельная скорость роста (µ, час-1) и суточная продукция (PB)
бактериопланктона в Чебоксарском водохранилище
Станция
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
NB
12.06
17.96
13.9
19.52
18.81
20.78
14.93
11.58
17.01
20.87
14.23
12.58
16.59
16.42
13.82
11.54
14.84
VB
0.136
0.1
0.095
0.109
0.065
0.078
0.085
0.106
0.079
0.094
0.11
0.098
0.091
0.082
0.087
0.101
0.142
BB
мг/м3 мг С/м3
1637
1800
1317
2128
1218
1613
1267
1230
1345
1970
1568
1236
1503
1339
1200
1161
2109
343
412
306
475
314
395
303
277
329
458
349
284
353
324
285
265
437
µ
0.0246
0.034
0.0194
0.0447
0.0462
0.0213
0.0326
0.0296
0.0522
0.0512
0.0361
0.0284
0.0315
0.0386
0.0219
0.0116
PB
106кл./мл
7.13
11.15
9.08
20.17
23.05
7.64
9.04
12.09
26.15
17.5
10.89
11.33
1.25
12.79
6.07
4.13
мг С/м3
203
249
221
337
438
155
216
233
574
429
246
240
245
264
139
122
Соотношение численности и биомассы разных групп бактерий в
Чебоксарском и Горьковском водохранилищах практически не отличается
(табл. 3.8, 3.9). Одиночные клетки составляли, в среднем 84% численности и
69% биомассы, в среднем 16% численности и 30% биомассы представлено
агрегированными формами, а нитевидные бактерии составляли доли процента
всей популяции (рис. 3.7).
38
Таблица 3.8. Соотношение морфологических групп микроорганизмов в общей
численности бактериопланктона в Чебоксарском водохранилище
Станция
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Одиночные
80.64%
94.46%
92.95%
77.24%
93.1%
66.31%
71.79%
88.4%
86.71%
80.64%
90.23%
61.78%
84.97%
95.75%
85.01%
82.69%
84.99%
Агрегированные Нити
19.09%
0.27%
5.27%
0.26%
6.96%
0.11%
22.68%
0.08%
6.82%
0.08%
31.34%
2.35%
28.17%
0.03%
11.51%
0.09%
13.03%
0.26%
19.13%
0.24%
9.59%
0.18%
36.91%
1.3%
14.79%
0.24%
3.98%
0.28%
14.55%
0.44%
16.84%
0.47%
14.67%
0.32%
Таблица 3.9. Соотношение морфологических групп микроорганизмов в общей
биомассе бактериопланктона в Чебоксарском водохранилище
Станция
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Одиночные
68.85%
82.33%
89.55%
60.55%
82.91%
54.52%
62.06%
69.07%
81.49%
56.5%
57.29%
59.21%
58.27%
72.7%
70.82%
73.19%
62.84%
Агрегированные
29.78%
15.92%
10.38%
39.1%
16.41%
36.64%
37.66%
30.62%
18.03%
42.24%
42.03%
37.67%
40.77%
26.67%
28%
35.8%
36.23%
39
Нити
1.37%
1.75%
0.09%
0.36%
0.68%
8.84%
0.28%
0.32%
0.47%
1.26%
0.67%
3.13%
0.97%
0.63%
1.17%
1.01%
0.94%
Численность
Биомасса
0,41%
16%
1,4%
30%
Одиночные
Одиночные
Агрегированные
Агрегированные
Нити
Нити
69%
84%
Рисунок 3.7. Доля разных групп бактерий в общей численности и
биомассе бактериопланктона в Чебоксарском водохранилище.
3.2. Реки
Река Ильд
При относительно небольших значениях первичной продукции
фитопланктона (рис. 3.8), наблюдались высокие значения численности и
биомассы бактериопланктона. В начале месяца численность бактериопланктона
изменялась в широких пределах: от 3.3 до 19.6×106 кл./мл (табл. 3.10). Размах
колебаний величин биомассы бактерий был также существенным: от 673 до
2353 мг/м3 или от 140 до 511 мг С/м3. Наибольшие величины этих параметров
были обнаружены на мелководных станциях, расположенных в верховье реки.
Напротив, более высокие величины удельной скорости роста бактерий
зарегистрированы на глубоководных станциях, расположенных ниже по
течению.
Минимальная
и
максимальная
величины
продукции
бактериопланктона отличались в 2.3 раза (табл. 3.10).
1000
ΣP PH
900
800
700
600
8-10.07
500
400
23-24.07
300
200
100
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
Рисунок 3.8. Первичная продукция фитопланктона (∑PPH, мг С/(м2 × сут)) в
реке Ильдь.
40
Таблица 3.10. Численность (NB, 106 кл./мл), средний объем клетки (VB, мкм3),
биомасса (BB), удельная скорость роста (µ, час-1) и суточная продукция (PB)
бактериопланктона в Реке Ильдь
Станция
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Дата
8.07
8.07
8.07
8.07
8.07
24.07
8.07
24.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
NB
19.62
11.95
14.06
10.4
7.23
5.68
9.48
5.58
3.34
8.47
7.3
6.13
10.63
8.55
8.25
5.65
5.3
6.09
4.65
6.98
V
0.12
0.116
0.085
0.185
0.111
0.133
0.078
0.097
0.328
0.133
0.195
0.081
0.07
0.092
0.219
0.103
0.127
0.085
0.138
0.114
3
мг/м
2353
1386
1199
1925
804
756
744
542
1094
1128
1426
500
750
785
1809
583
673
521
642
797
ВB
мгС/м3
511
294
282
363
175
158
170
112
177
225
268
111
185
177
324
129
140
123
124
160
µ
0.0077
0.0082
0.0099
0.0079
0.0091
0.0117
0.0095
0.0099
0.0126
0.0099
0.008
0.0096
0.0111
0.0099
0.0112
0.0083
0.0084
0.0082
0.0107
0.0141
6
10 кл./мл
3.63
2.35
3.34
1.97
1.58
1.59
2.16
1.32
1.01
2.01
1.4
1.41
2.83
2.03
2.22
1.13
1.07
1.2
1.19
2.36
PB
мг С/м3
94
58
67
69
38
44
39
27
54
54
52
26
49
42
88
26
28
24
32
54
Полученные результаты свидетельствуют, что согласно «Комплексной
экологической классификации качества поверхностных вод суши» (Оксиюк и
др., 1993) вода на ряде участков реки соответствует категории «сильно и весьма
загрязненная». В исследуемый период не обнаружено связи между первичной
продукцией фитопланктона и численностью (биомассой) бактериопланктона.
Зависимость продукции бактериопланктона от первичной продукции
фитопланктона под м2 была слабой: r = 0.28, n=14, p < 0.05. По-видимому,
интенсивному развитию гетеротрофных бактерий, помимо фитопланктона,
способствовало антропогенное и зоогенное (деятельность бобров) загрязнение
водотока органическим веществом, а также выделение в процессе фотосинтеза
макрофитов и перифитона растворенного органического вещества. По степени
зарастания макрофитами р. Ильд относится к группе наиболее заросших малых
рек (Папченков, Бобров, 2003).
41
,В конце месяца распределение бактериопланктона в среднем и нижнем
участках реки (ст. 5-11) было более равномерным (табл. 3.10). Численность и
биомасса, в среднем, составили, соответственно, 6.6×106кл./мл и 688 мг/м3, что
было заметно ниже данных параметров для этого участка реки, полученных в
начале месяца (7.4 ×106 кл./мл и 1043 мг/м3). Величины удельной скорости
роста бактерий, в среднем для станций 5-11, в начале (0.01 час-1) и в конце
июня (0.0096 час-1) отличались незначительно, но величина продукции
бактериопланктона (35 мг С/(м3 × сут)) оказалась ниже таковой в начале месяца
в 1.5 раза.
На всех исследованных станциях основной вклад в формирование общей
биомассы бактериопланктона вносили одиночные клетки (72-98%) (рис. 3.9,
3.10, табл. 3.11, 3.12). За исключением станций 5 и 6 в конце июля доля
агрегированного бактериопланктона (бактерии, ассоциированные с частицами
детрита и в составе микроколоний) и нитей возрастала. Наибольшее
содержание бактерий на детрите (26% от общей биомассы бактериопланктона)
было зарегистрировано на ст. 6, а нитей (15% от общей биомассы
бактериопланктона) – на ст.6 и ст.8. Соотношение различных групп бактерий в
микробном сообществе нижнего течения реки Ильд и Рыбинского
водохранилища отличались (таб. 3.11, 3.12). В речной воде существенно
преобладали одиночные клетки бактерий, в то время как в водохранилище
значительную долю в общей численности и биомассе составляли
агрегированные бактерии.
Численность
7%
0,04%
Биомасса
0,18%
10%
Одиночные
Одиночные
Агрегированные
Агрегированные
Нити
Нити
90%
93%
Рисунок 3.9. Соотношение разных групп бактерий в общей численности и
биомассе в реке Ильд в начале июля.
42
Таблица 3.11. Соотношение разных групп микроорганизмов в общей
численности бактериопланктона в реке Ильд
Станция Дата
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Одиночные
Агрегированные
Нити
95.9%
99.29%
96.02%
97.53%
94.19%
94.32%
86.54%
90.84%
98.57%
86.67%
92.54%
95.78%
98.3%
92.3%
95%
90.94%
94.81%
91.83%
65.89%
78.42%
4.09%
0.7%
2.95%
2.45%
5.79%
5.64%
13.45%
9.14%
1.33%
12.93%
7.45%
3.97%
1.68%
7.25%
4.91%
8.91%
5.18%
8.15%
33.01%
21.47%
0.01%
0.01%
0.03%
0.02%
0.02%
0.04%
0.02%
0.01%
0.1%
0.4%
0.01%
0.25%
0.02%
0.45%
0.08%
0.15%
0.02%
0.01%
0.11%
0.09%
8.07
8.07
8.07
8.07
8.07
24.07
8.07
24.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
Численность
7%
Биомасса
1%
6,7%
10%
Одиночные
Одиночные
Агрегированные
Агрегированные
Нити
Нити
83%
92%
Рисунок 3.10. Соотношение групп бактерий в общей численности и биомассе
бактериопланктона в реке Ильд в конце июля.
43
Таблица 3.12. Соотношение разных групп микроорганизмов в общей биомассе
бактериопланктона в реке Ильдь
Станция Дата
Одиночные
Агрегированные
Нити
1
8.07
96.16%
3.67%
0.18%
2
8.07
99.03%
0.84%
0.13%
3
8.07
90.25%
8.64%
1.11%
4
8.07
96.49%
1.59%
1.92%
5
8.07
94.24%
4.89%
0.87%
24.07
96.26%
2.79%
0.95%
8.07
72.63%
26.91%
0.46%
24.07
77.45%
7.39%
15.16%
10.07
97.04%
0.35%
1.62%
23.07
82.33%
7.57%
10.11%
10.07
90.47%
8.44%
1.09%
23.07
88.31%
5.02%
6.68%
10.07
98.65%
1.03%
0.32%
23.07
77.76%
6.83%
15.4%
10.07
97.25%
1.91%
0.84%
23.07
90.14%
7.85%
2.01%
10.07
94.19%
3.93%
1.89%
23.07
89.53%
10.22%
0.25%
10.07
73.11%
22.63%
4.25%
23.07
65.82%
30.9%
3.29%
6
7
8
9
10
11
12
Река Ока
Первичная продукция в реке Ока не достигала высоких величин,
наблюдавшихся в большей части Чебоксарского водохранилища, и в среднем
составляла 1212 мг С/(м2 × сут) (рис. 3.11).
44
1400
1200
ΣPPH
1000
800
600
400
200
0
1
2
3
Рисунок 3.11. Первичная продукция фитопланктона (∑PPH, мг С/(м2 × сут) в
реке Ока.
Численность бактериопланктона в исследуемый период составляла 7.620.9×106 кл./мл (в среднем 13.2×106 кл./мл). Максимальный и минимальный
объѐмы клеток различались в полтора раза. Величины биомассы
бактериопланктона изменялись от 166 до 341 мг С/м3, составляя в среднем 232
мг С/м3. Минимальная и максимальная величины удельной скорости роста
бактерий отличались в 1.5 раза. В итоге продукция бактериопланктона
колебалась от 119 до 324 мг С/м3, в среднем составляя 197.3 мг С/м3 (табл. 3.13).
Таблица 3.13. Численность (NB, 106 кл./мл), средний объем клетки (V, мкм3),
биомасса (BB), удельная скорость роста (µ, час-1) и суточная продукция (PB)
бактериопланктона в реке Ока
Станция
NB
V
3
мг/м
1
2
3
20.92 0.062
7.59 0.093
11.09 0.066
1304
709
735
BB
мг С/м3
Река Ока
341
166
189
µ, час-1
PB
6
0.0396
0.0376
0.0262
10 кл./мл
мг С/м3
19.89
6.85
6.98
324
149
119
Соотношение различных групп бактериопланктона в общей численности
и биомассе бактериопланктона реки Ока и Чебоксарского водохранилища
существенно не отличалось. Колебания этих параметров на разных станциях на
протяжении реки были незначительны (табл. 3.14, 3.15). В среднем, большая
часть численности (85%) и биомассы (69%) бактерий была представлена
одиночными клетками. Агрегированные формы составляли 15% общей
численности и 30% суммарной биомассы. Доля нитей была незначительна.
45
Таблица 3.14. Соотношение морфологических групп микроорганизмов в общей
численности бактериопланктона в реке Ока
Станция
1
2
3
Одиночные
85.45%
83.83%
86.72%
Агрегированные
14.55%
16.14%
13.05%
Нити
0
0.03%
0.22%
Таблица 3.15. Соотношение морфологических групп микроорганизмов в общей
биомассе бактериопланктона в реке Ока
Станция Одиночные
Агрегированные Нити
1
63.07%
34.94%
0
2
66.27%
33.6%
0.12%
3
61.24%
36.04%
2.71%
3.3. Озеро Севан
Сезонную динамику бактериопланктона изучали в открытой прибрежномелководной зоне у о. Чаячий в Малом Севане (ст. 8Л-1). С апреля по август
количество бактерий изменялось в пределах (6.3-12.5) ×106 кл./мл (табл. 3.16).
Максимальное значение этого параметра было зарегистрировано в начале мая, а
минимальное - в конце июня («фаза чистой воды»). Следует отметить, что в
последнем случае бактерии имели наибольшие размеры – средний объѐм
клеток составлял 0.176 мкм3. Минимальные объѐмы клеток и биомасса
бактерий были обнаружены в конце апреля, а уже в начале мая биомасса
достигала максимального за период исследования значения − 321 мг С/м3.
Сезонное распределение биомассы бактериопланктона было более
равномерным, чем его численности, с чѐтко выраженным минимумом в конце
апреля и максимумом в начале мая (табл. 3.16). В связи с этим важно отметить,
что в конце апреля обнаружено максимальное количество делящихся клеток,
которые составляли 2% общего количества бактерий. Это свидетельствует о
том, что бактерии в этот период, совпадающий с увеличением температуры
воды, активно размножались.
46
Таблица 3.16. Численность (NB, 106 кл./мл), средний объем клетки (V, мкм3),
биомасса (ВB), удельная скорость роста (µ) и суточная продукция (PB)
бактериопланктона на станции Чаячий остров озера Севан в 2009 г
Станция
29.04
6.05
13.05
20.05
27.05
3.06
10.06
17.06
1.07
8.07
15.07
22.07
5.08
19.08
NB
V
8.37
12.46
6.71
8.48
6.33
8.74
6.51
6.57
8.78
7.94
7.82
6.43
7.56
6.85
0.054
0.118
0.14
0.107
0.117
0.097
0.121
0.098
0.072
0.087
0.095
0.091
0.138
0.147
3
мг/м
453
1475
938
902
739
847
787
642
631
692
739
583
931
1029
ВB,
мг С/м3
123
321
195
201
161
195
171
148
158
164
171
137
195
211
µ, час-1
0.0124
0.0102
0.0105
0.0093
0.0099
0.0095
0.0098
0.0114
0.0093
0.0109
0.0109
0.0107
0.0114
0.0118
PB
10 кл./мл мг С/м3
2.49
36.68
3.05
78.78
1.69
49.29
1.9
45.1
1.5
38.05
1.99
44.4
1.53
39.98
1.8
40.38
1.95
35.15
2.07
42.82
2.05
44.91
1.65
35.14
2.06
53.09
1.94
59.8
6
За весь период наблюдения в составе сообщества доминировали одиночные
клетки. Агрегированные бактерии составляли не более 4% общего количества
бактериопланктона (табл. 3.17, 3.18). Нитевидные формы были обнаружены
только в конце мая.
Таблица 3.17. Соотношение разных групп микроорганизмов в общей численности
бактериопланктона на станции Чаячий остров озера Севан в 2009 г
Дата
Одиночные
29.04
6.05
13.05
20.05
27.05
3.06
10.06
17.06
1.07
8.07
15.07
22.07
5.08
19.08
98.49%
96.95%
98.64%
99.34%
99.30%
99.57%
99.28%
97.94%
99.46%
97.82%
95.78%
97.31%
98.93%
97.75%
Агрегированные
1.51%
3.05%
1.36%
0.63%
0.64%
0.43%
0.72%
2.06%
0.54%
2.18%
4.22%
2.69%
1.07%
2.25%
47
Нити
0.03%
0.05%
-
Таблица 3.18. Соотношение разных групп микроорганизмов в общей биомассе
бактериопланктона на станции Чаячий остров озера Севан в 2009 г
Дата
29.04
6.05
13.05
20.05
27.05
3.06
10.06
17.06
1.07
8.07
15.07
22.07
5.08
19.08
Одиночные
98.23%
98.31%
98.72%
97.12%
97.83%
99.65%
98.48%
98.29%
99.53%
97.68%
92.29%
95.54%
98.93%
97.86%
Агрегированные
1.81%
1.68%
1.31%
0.88%
0.55%
0.38%
1.48%
1.75%
0.41%
2.35%
7.77%
4.48%
1.09%
2.14%
Нити
1.98%
1.65%
-
Анализ результатов определения количества бактерий методом
эпифлуоресцентной
микроскопии
позволил
выявить
особенности
пространственного распределения бактериопланктона по акватории оз. Севан в
современный период. Количественное развитие бактерий в водной толще озѐр
зависит от взаимодействия множества биотических и абиотических факторов.
Такие факторы как постоянное ветровое перемешивание и слабая изрезанность
береговой
линии
способствуют
выравниванию
пространственного
распределения гидрохимических и гидробиологических характеристик водной
толщи. Тем не менее, в распределении бактерий можно выделить некоторые
неоднородности.
В октябре 2009 г. численность и биомасса бактериопланктона составляли
в среднем, соответственно, (6.0 ±1.7) ×106 кл./мл и 164±46 мг С/м3 (табл. 3.19) и
были близки к таковым в июле 2007 г. Максимальные значения численности
(9.8×106 кл./мл) и биомассы (247 мг С/м3) обнаружены в прибрежномелководной зоне Малого Севана (ст. 3Л-1).
48
Таблица 3.19. Численность (NB, 106 кл./мл), средний объем клетки (V, мкм3),
биомасса (ВB), удельная скорость роста (µ) и суточная продукция (PB)
бактериопланктона в глубоководной части озера Севан 14-18 октября 2009 г
Станция NB,
V
ВB
µ, час-1
мг/м3 мг С/м3
4П
11П
22П
24П
6
5.1
6.4
6.2
0.144 660.5
0.114 601.7
0.122 826.5
0.119 944
142.1
124
165
181.5
PB
106кл./мл
0.0134
0.0113
0.0118
0.0129
1.94
1.39
1.79
1.92
мг С/м3
46.04
34.54
46.18
57.18
В среднем количество, средний объѐм клеток и биомасса
бактериопланктона в литорали озера составили (5.96±2.58) ×106 кл./мл,
0.121±0.038 мкм3 и 157±74 мг С/м3, соответственно, что в 1.22, 1.17 и 1.37 раза
превышало соответствующие показатели в пелагиали.
Озеро состоит из двух частей, отличающихся по времени образования и
морфометрии – Малого и Большого Севана. Однако различий в уровне
количественного развития бактериопланктона между ними обнаружено не
было: средние значения численности в этих двух частях отличались
незначительно.
Максимальные
значения
численности и биомассы
бактерий
регистрировались в подповерхностных слоях воды, в зоне термоклина и в
придонных горизонтах, однако чаще всего они наблюдались в глубине водной
толщи озера. Часто максимумы были приурочены к зонам скопления сигов.
Иногда в вертикальном распределении наблюдалось несколько пиков. Более
неравномерным распределение бактерий было в период летней температурной
стратификации водной толщи (рис. 3.12, 3.13).
Вертикальное распределение бактериопланктона в озѐрах определяется в
первую очередь характером перемешивания водных масс, температурным и
кислородным режимами, и тесно связано с распределением органических
субстратов, соединений биогенных элементов, фитопланктона, зоопланктона и
простейших организмов. В поверхностных слоях воды горных озѐр на развитие
микроорганизмов негативно влияет ультрафиолетовая солнечная радиация,
хотя компоненты микробных пищевых сетей обладают различной
чувствительностью к еѐ воздействию (Sommaruga et al., 1999). Не только
уровень количественного развития бактериопланктона оз. Севан, но и его
размерно-морфологическая структура испытывала заметные межгодовые
49
колебания, что, по-видимому, отражает постоянно меняющиеся условия его
обитания в озере, вызванные колебаниями уровня воды, усилением
рекреационной нагрузки, неравномерным характером выпадения атмосферных
осадков и т.д.
Рисунок. 3.12. Вертикальное распределение численности бактериопланктона
(NB, 106 кл./мл) в глубоководной части озера Севан 14-18 октября 2009 г.
Рисунок 3.13. Вертикальное распределение биомассы бактериопланктона (BB,
мг C/м3) в глубоководной части озера Севан 14-18 октября 2009 г.
50
2005 г. характеризовался не только более низким общим количеством
бактерий, но и более высокой численностью агрегированных бактерий, главным
образом, бактерий, прикреплѐнных к частицам взвеси. В этом году бактерии,
ассоциированные с частицами детрита, доминировали в сообществе, составляя в
среднем 66±24% численности и 53±24% биомассы бактериопланктона. Клетки,
образующие микроколонии, удалось обнаружить только в одной пробе, взятой в
придонном горизонте в глубоководной части Малого Севана (ст. 4П). Вторым по
важности компонентом были мелкие одиночные бактерии, обычно
доминирующие в бактериопланктоне большинства водоѐмов. В оз. Севан в 2005 г.
они составляли в среднем 34±17% суммарной биомассы бактерий. На их долю
приходилось более половины бактериальной биомассы только в зоне
температурного купола (ст. 24П) в Большом Севане в слоях ниже 12 м (до 79%) у
дна. В придонном слое воды на ст. 22П, напротив, доля мелких одиночных
бактерий в биомассе бактериопланктона оказалась минимальной – 10%. Крупные
палочки длиной более 2 мкм и нитевидные формы были минорными
компонентами бактериального сообщества, на долю которых приходилось в
среднем 6.4±5.5% и 3±3.7% биомассы бактериопланктона, соответственно.
Однако в некоторых случаях эти группы вносили заметный вклад в формирование
биомассы бактериопланктона: палочки до 22% на ст. 24П на глубине 20м, а нити –
до 17% на ст. 24П (15м) (Косолапов и др., 2010).
По-видимому, высокому содержанию в бактериопланктоне клеток,
прикреплѐнных к взвешенным частицам, способствовало образование детрита в
результате отмирания летнего фитопланктона, а также высокая концентрация
мелкой минеральной взвеси в воде озера. Агрегированные бактерии служат
важным источником пищи для грубых фильтраторов зоопланктона, способствуя
более эффективному, минуя звено простейших, переносу углерода на высшие
уровни трофических сетей. Уменьшение доли агрегированных клеток в
последующие годы исследований, возможно, связано с его выеданием
метазойным зоопланктоном, количество которого в последние годы постоянно
увеличивается, что вызвано уменьшением запасов рыб-планктофагов (сига), т.е.
снижением «контроля сверху».
В октябре 2009 г. доминирующей группой бактериопланктона были
одиночные клетки, вклад которых в формирование суммарной биомассы был
равен 94 и 87%, соответственно. Бактерии, ассоциированные с детритом,
составляли 3 и 11% численности и 2.7-8% биомассы, соответственно. Вклад
51
нитевидных форм в численность и биомассу бактериопланктона был невелик: 1 и
11%, соответственно (табл. 3.20, 3.21).
Таблица 3.20. Соотношение разных групп микроорганизмов в общей
численности бактериопланктона в глубоководной части озера Севан 14-18
октября 2009 г
Станция Одиночные Ассоциированные
с детритом
4П
82.33%
12.75%
11П
83.35%
11.57%
22П
87.63%
7.22%
24П
93.59%
1.58%
Нити
0.05%
0.06%
0.09%
0.14%
Микроколонии Палочки
3.38%
2.62%
2.61%
1.96%
1.49%
2.39%
2.44%
2.73%
Таблица 3.21. Соотношение разных групп микроорганизмов в общей биомассе
бактерий в глубоководной части озера Севан 14-18 октября 2009 г
Станция Одиночные Ассоциированные
с детритом
4П
71.75%
5.43%
11П
65.43%
12.8%
22П
67.98%
7.47%
24П
81.75%
2.01%
Нити
0.8%
1.08%
1.46%
2.66%
Микроколонии Палочки
7.1%
3.34%
1.51%
2.01%
14.92%
17.35%
21.58%
12.79%
Численность и биомасса бактериопланктона в оз. Севан выше, чем в
большинстве других исследованных горных озѐр. Эти показатели в озѐрах Альп и
Татр находились в пределах (0.06-9.79) ×106 кл./мл и 0.84-144.2 мг С/м3,
соответственно (Straskrabova et al., 1999; Callieri et al., 2002). Однако, в отличие от
этих озѐр, в большинстве своѐм олиготрофных и ультраолиготрофных и
расположенных в труднодоступных местах, Севан испытывает существенное
антропогенное воздействие (колебания уровня, эксплуатация водоѐма в
рекреационных целях). Это, естественно, отражается на количественных и
структурных характеристиках бактериопланктона. Трофический статус озера в
современный период может быть определѐн как мезотрофный. Численность и
биомасса бактериопланктона находятся в пределах значений этих параметров,
регистрируемых в мезотрофных и эвтрофных озѐрах (Копылов, Косолапов, 2007).
Таким образом, гетеротрофный бактериопланктон оз. Севан
характеризуется относительно высоким уровнем развития, неравномерностью
52
пространственного распределения, существенными межгодовыми и сезонными
колебаниями количественных и структурных характеристик и является
основным компонентом микробного сообщества. В составе бактериопланктона
доминируют мелкие одиночные клетки, однако на отдельных участках
агрегированные и нитевидные формы могут вносить значительный вклад в
формирование суммарной биомассы бактерий.
53
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОСТЬ И ПРОДУКЦИЯ ПЛАНКТОННЫХ
ВИРУСОВ В РАЗНЫХ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ.
ВИРУС-ИНДУЦИРОВАННАЯ СМЕРТНОСТЬ
ГЕТЕРОТРОФНЫХ БАКТЕРИЙ
4.1. Вириопланктон водохранилищ
Рыбинское водохранилище
Количество планктонных вирусных частиц в Рыбинском водохранилище
находилось в пределах (16.5-61) × 106 ч./мл (в среднем, 43× 106 ч./мл) и
превышало количество бактерий в 3-10 раз (в среднем, 6.3 раз) (табл. 4.1).
Между численностью вириопланктона и численностью бактериопланктона
наблюдалась слабая положительная корреляция (R = 0.39, р <0.05).
Таблица 4.1. Количество свободных вирусов (NV, 106 ч./мл), отношение
количества вирусов к числу бактерий (NV/NB), доля бактерий с
прикрепленными к их клеткам вирусами (NIB/ NB, %), количество
прикрепленных к клеткам бактерий вирусов (NAV, 106 ч./мл), скорость
контактов между вирусами и бактериями (R, контактов/сут) в Рыбинском
водохранилище в 2010 г
№ станции
NV
NV/NB
10.08
24.08
56.08
54
6.3
5.9
10.08
24.08
44.1
28.18
7.5
3.2
10.08
24.08
34.16
47.36
6.4
6.8
10.08
24.08
31.53
48.26
5
6.3
10.08
24.08
37.86
60.87
5.7
9
10.08
24.08
16.53
56.78
3.3
10
NIB/ NB
Коприно
41.5
16
Молога
30.8
43.1
Наволок
22.3
19.5
Измайлово
15.3
28.3
Ср. Двор
36
15.8
Брейтово
12.5
38
54
NAV
NV + NAV
R
7.41
2.06
63.49
56.06
1423
1175
3.06
22.2
47.16
50.38
778
613
2.51
1.77
36.67
49.13
492
795
1.36
5.17
32.89
53.43
527
886
5.27
1.39
43.13
62.26
717
924
1.05
3.45
17.58
60.23
397
752
Количество бактерий с прикрепленными к их клеткам вирусными
частицами (NIB) в водах Рыбинского водохранилища существенно варьировало,
составляя, в среднем, 27% от общей численности бактериопланктона (табл. 4.1).
Максимальное количество вирусов на бактериях достигало 32 ч./кл. В итоге,
численность вирусов, прикрепленных к клеткам бактерий, находилась в
пределах (1-22) × 106 ч./мл(в среднем, 3.14 × 106 ч./мл), что составляло 2-79% (в
среднем 13%) от численности свободных вирусных частиц.
Количество контактов (R) между вирусами и бактериями в
исследованных водах варьировало в пределах 397-1423 контактов/(кл. × сут) (в
среднем 790) (табл. 4.1).
Частота видимых инфицированных вирусами бактерий (FVIC), т.е. доля в
общей численности клеток, содержавших внутри зрелые частицы фагов,
изменялась от 0.3% до 2% (в среднем 1%) (табл. 4.2).
Таблица 4.2. Частота видимых инфицированных клеток бактерий (FVIC, %),
доля всех инфицированных клеток бактерий (FIC, %), вирус-индуцированная
гибель бактерий (VMB, % от суточной продукции бактерий), среднее
количество зрелых частиц фагов в клетках бактерий (BS, ч./кл), продукция
вирусов (PV, 106 ч./(мл × сут)), время оборота численности вирусов (ТV, сут) в
Рыбинском водохранилище
№ станции
FVIC
FIC
10.08
24.08
2
0.3
13.3
2.3
10.08
24.08
1.8
2.1
12
14.4
10.08
24.08
0.5
0.8
3.4
5.5
10.08
24.08
0.8
0.8
5.5
5.5
10.08
24.08
2
0.3
13.3
2.3
10.08
24.08
0.5
1
3.4
6.9
VMB
Коприно
17.1
2.4
Молога
15
18.9
Наволок
3.6
6.1
Измайлово
6.1
6.1
Ср. Двор
17.1
2.4
Брейтово
3.6
7.8
55
BS
PV
TV
27
25
21.76
1.5
2.6
36
36
25
52.98
23.76
0.8
1.2
45
58
14.38
11.26
2.4
4.2
8
25
7.5
6.3
4.2
7.7
33
5
71.14
0.86
0.5
70.8
6
16
1.82
8.33
9.1
6.8
На основании этих данных рассчитано, что от 2% до 14% (в среднем 7%)
всех бактерий в исследованных водах было инфицировано фагами. Среднее для
пробы воды содержание фагов в клетке варьировало от 5 до 58 ч./кл. (в среднем
26) (табл. 4.2). Вирусы в разной степени инфицировали гетеротрофных
бактерий различной морфологии. В водохранилище общее количество
инфицированных клеток, в среднем для исследованных станций, было
представлено: 59.4±7.8% - палочками, 26.3±5.4% - вибрионами, 12.2±4.4%
кокками и 2.1±2.1% - нитями (табл. 4.3).
Таблица 4.3. Доля (%) разных групп бактерий инфицированных вирусами в
общем количестве зараженных микроорганизмов в Рыбинском водохранилище
№ станции
Палочки
10.08
24.08
62.5
100
10.08
24.08
71.4
62.5
10.08
24.08
50
66.7
10.08
24.08
66.7
33.3
10.08
24.08
50
100
10.08
24.08
0
50
Группа бактерий
Вибрионы
Кокки
Коприно
12.5
25
0
0
Молога
28.6
0
12.5
25
Наволок
50
0
33.3
0
Измайлово
33.3
0
33.3
33.3
Ср. Двор
12.5
37.5
0
0
Брейтово
50
25
50
0
Нити
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
25
0
Вирус-индуцированная
смертность
бактериопланктона
(VMB)
изменялась в широких пределах (табл. 4.2), составляя, в среднем для
исследованных участков, 8.8±1.8% от суточной продукции бактериопланктона.
Количество бактерий, отмирающих в результате вирусного лизиса (VIM), также
существенно различалось между станциями (табл. 4.4).
56
Таблица 4.4. Скорость вирусного лизиса бактерий (VIM, в сутки), продукция
вирусов (PV, мг С /(м3×сут), количество органического вещества лизированых
бактерий, поступившего в водную среду (DOC, мг С /(м3×сут)), (PPH –
первичная продукция фитопланктона мг С/(м2 × сут); СВ – рацион
бактериопланктона, мг С/(м2 × сут)) в Рыбинском водохранилище
Станция
VIM
10 кл./мл мг С/м3
PV
DOC
DOC/PPH,
%
DOC/СB,
%
10.13
1.02
8.2
0.7
6
1.1
19.54
14.70
9.4
8.4
4.9
7.1
2.38
1.49
0.5
1.3
0.8
1.2
10.25
7.24
2.8
3.8
2.7
2.6
9.61
2.46
6.2
3.8
2.1
1.1
5.91
7.39
5.7
31.4
1.7
3.2
3
10.08
24.08
805.8
58.3
14.48
1.08
10.08
24.08
1471.6
950.4
30.14
19.45
10.08
24.08
319.5
194.2
5.26
3.74
10.08
24.08
937.3
251.9
11.75
8.5
10.08
24.08
2155.7
171.9
23.84
2.63
10.08
24.08
304
520.7
6.27
9.06
Коприно
2.18
0.15
Молога
5.3
2.38
Наволок
1.44
1.13
Измайлово
0.75
1.09
Ср. Двор
7.11
0.09
Брейтово
0.18
0.83
Скорость лизиса гетеротрофных бактерий в Рыбинском водохранилище
колебалась от 1.08 мг С/(м3  сут) до 30.14 мг С/(м3  сут), составляя в среднем
11.35±2.61 мг С/(м3  сут) (табл. 4.4). Расчеты показали, что для процессов
репликации нуклеиновых кислот и синтеза белков капсида бактериофаги
использовали от 0.17 до 14.23 (в среднем 3.69±1.27) мг С/(м 3× сут)
органических веществ лизированых бактерий. В результате вирусного лизиса в
водную толщу водохранилища поступало 0.78-19.54 (в среднем 7.66±1.63) мг
С/(м3 × сут) органических веществ, что составляло 0.6-31.4% (в среднем
6.84±2.4%) суточной первичной продукции планктона под 1 м2 поверхности
водоема (табл. 4.4).
57
Скорость потребления органического углерода (рацион, СВ)
гетеротрофным бактериопланктоном на станциях в Рыбинском водохранилище
колебалась от 89.6 до 461.2 (в среднем 267.2±33.3) мг С/(м3×сут). В итоге,
количество органического вещества, выделяемого в процессе лизиса
бактериальных клеток, могло компенсировать 0.8-7.1% (в среднем 2.8±0.6%)
суточных потребностей гетеротрофного бактериопланктона в органическом
углероде (табл.4.4).
Таким образом, в процессе вирусного лизиса бактерий в водную толщу
водохранилища выделяются органические субстраты, которые стимулируют
продукцию неинфицированной части гетеротрофного бактериопланктона. В
результате углерод этих соединений не поступает в пастбищную планктонную
трофическую сеть водохранилищ и циркулирует в пределах вирусной «петли»:
DOC – бактерии – вирусы – DOC.
Горьковское водохранилище
Количество планктонных вирусных частиц в водохранилище находилось
в пределах (24-140) × 106 ч./мл, в среднем 49±9.5, что превышало количество
бактерий в 2-11 раз, в среднем − в 4.7±0.9 раз. Численность вирусов (NV) в
озерной части водохранилища была в 1.5 раза выше, чем в речной (табл. 4.5). В
исследованный период между количеством вириопланктона и численностью
бактериопланктона не обнаружена положительная связь.
Количество бактерий с прикрепленными к их клеткам вирусными
частицами (NIB) в озерном участке водохранилища было выше, чем в речном,
составляя, в среднем для водоема, 27% от общей численности бактериопланктона
(табл. 4.5). Максимальное количество вирусов на бактериях достигало 17 ч./кл. В
итоге, численность вирусов, прикрепленных к клеткам бактерий, находилась в
пределах (2 -5.4) × 106 ч./мл (в среднем, 3.5 × 106 ч./мл), что составляло 3-14 (в
среднем 8) % от численности свободных вирусных частиц.
Количество контактов (R) между вирусами и бактериями в
исследованных водах варьировало в пределах 741-5355 (в среднем 2778±214)
контактов/(кл.× сут), причем более высокие величины были зарегистрированы в
озерной части (табл. 4.5).
58
Таблица 4.5. Количество свободных вирусов (NV, 106 ч./мл), отношение
количества вирусов к числу бактерий (NV/NB), доля бактерий с
прикрепленными к их клеткам вирусами (NIB/ NB, %), количество
прикрепленных к клеткам бактерий вирусов (NAV, 106 ч./мл), скорость контактов
между вирусами и бактериями (R, контактов/сут) в Горьковском
водохранилище
№ станции
NV
NV/NB
NIB/ NB
NAV
NV + NAV
R
Речной участок
2
43.35
5.3
22
4.47
47.82
998
3
27.72
3.1
12
2.36
30.08
741
4
49.99
7.9
29
5.43
55.42
1144
5
50.19
5.2
31
4.04
54.23
1321
6
48.03
6.3
21
2.99
51.02
1096
7
24.19
2.3
31
2.07
26.26
779
8
45
4.3
22
2.09
47.09
1334
Озерный участок
9
34.05
2.1
21
3.79
37.84
1646
10
139.98
11.1
32
3.96
143.94
5355
11
29.61
1.6
40
4.24
33.85
1669
12
45.67
2.6
35
2.93
48.60
2780
Частота видимых инфицированных вирусами бактерий (FVIC), т.е. доля в
NB клеток, содержавших внутри зрелые частицы фагов, изменялась от 1.5% (в
районе устья р. Сизема) до 4.5-5% (станции ниже г. Кинешма и в районе г.
Юрьевец), составляя в среднем для водоема 2.8±0.4%. Величина FVIC, в
среднем для исследованных станций, была в озерной части выше, чем в речной
(табл. 4.6). На основании этих данных рассчитано, что от 9% до 30% (в среднем
18±2.2%) всех бактерий в водохранилище было инфицировано фагами.
59
Таблица 4.6. Частота видимых инфицированных клеток (FVIC, %), доля всех
инфицированных клеток (FIC, %), вирус-индуцированная гибель бактерий
(VMB, % от суточной продукции бактерий), среднее количество зрелых
фаговых частиц в клетках бактерий (BS, ч./кл.), продукция вирусов (PV, 106
ч./(мл × сут)), время оборота численности вирусов (ТV, сут) в Горьковском
водохранилище
№
станции
FVIC
2
3
4
5
6
7
8
2
1.3
2
1.3
2
2.3
5
9
10
11
12
2.8
4.5
3.7
3.9
FIC
VMB
Речной участок
13.3
17.1
8.9
10.5
13.3
17.1
8.9
10.5
13.3
17.1
15.1
20.1
29.9
55
Озерный участок
18.1
25.6
27.4
47.5
23.2
36.6
24.3
39.3
BS
PV
TV
16
6
12
10
39
61
44
10.7
2.7
5.2
7.4
77.1
67.3
389.5
4
10.2
9.5
6.8
0.6
0.4
0.1
12
7
38
8
57.1
16.7
133.6
51.4
0.6
8.4
0.2
0.9
В Горьковском водохранилище между R и FVIC наблюдалась высокая
положительная корреляция (r = 0.62), а между NIB и FVIC существовала
умеренная положительная зависимость (r = 0.39). Инфицированные бактерии
содержали до 205 ч./кл. Средние для пробы воды значения количества фагов в
клетке варьировали от 6 до 61 ч./кл., составляя, в среднем для водохранилища,
23±6 (табл. 4.6). Вирусы в разной степени инфицировали гетеротрофных
бактерий различной морфологии. В Горьковском водохранилище общее
количество инфицированных клеток, в среднем для исследованных станций,
было представлено: 47.4±3.1% - палочками, 28.3±5.2% - вибрионами, 17.7±4.4 −
кокками и 6.6±2.9% - нитями (табл. 4.7).
60
Таблица 4.7. Доля (%) разных групп бактерий инфицированных вирусами в
общем
количестве
зараженных
микроорганизмов
в
Горьковском
водохранилище
№ станции
Группа бактерий
Палочки
Вибрионы
Кокки
Нити
Речной участок
2
50
25
25
0
3
50
0
50
0
4
37.5
25
12.5
25
5
50
25
25
0
6
37.5
62.5
0
0
7
33.3
25
25
16.7
8
40
50
10
0
Озерный участок
9
42.8
28.6
28.6
0
10
66.7
11.1
11.1
11.1
11
53.8
38.5
7.7
0
12
60
20
0
20
Вирус-индуцированная
смертность
бактериопланктона
(VMB)
изменялась в широких пределах (табл. 4.6), составляя, в среднем для
водохранилища, 26.9±4.6%. Величина VMB в озерной части превышала
таковую в речном участке в 1.8 раза. Количество бактерий, отмиравших в
результате вирусного лизиса (VIM) также существенно различалось между
станциями, достигая максимальных значений ниже г. Кинешма и в
приплотинном расширении Горьковской ГЭС (табл. 4.8). Значение VIM в
озерной части, в среднем для 4 станций, превышало таковое в речной части, в
среднем для 7 станций, в 2 раза.
Продукция вирусов на исследованных станциях значительно колебалась,
достигая максимального значения ниже г. Кинешма (табл.4.6). Время оборота
количества вирусов изменялось от 0.1 сут до 10.2 сут, составляя, в среднем для
водохранилища, 3.8±1.2 сут.
В Горьковском водохранилище скорость лизиса гетеротрофных бактерий
колебалась от 9 мг С/(м3  сут) до 141.1 мг С/(м3  сут), составляя в среднем
51.9±14.7 мг С/(м3  сут) (табл. 4.8). Расчеты показали, что для процессов
репликации нуклеиновых кислот и синтеза белков капсида бактериофаги
61
использовали от 0.27 до 38.9 (в среднем 7.4±3.4) мг С/(м3×сут) органических
веществ лизированных бактерий. В результате вирусного лизиса в водную
толщу водохранилища поступало 8.7-127.2 (в среднем 44.5±16.6) мг С/(м3 × сут)
органических веществ, что составляло 4.6-89.1% (в среднем 22.4±7.3%) суточной
первичной продукции планктона под 1 м2 поверхности водоема (табл. 4.8).
Таблица 4.8. Скорость вирусного лизиса бактерий (VIM, в сутки), продукция
вирусов (PV, мг С /(м3×сут), количество органического вещества лизированных
бактерий, поступившего в водную среду (DOC, мг С /(м3×сут), (PPH – первичная
продукция фитопланктона мг С/(м2 × сут); СВ – рацион бактериопланктона, мг
С/(м2 × сут)) в Горьковском водохранилище
Станция
VIM
10 кл./мл мг С/м3
PV
DOC
3
2
3
4
5
6
7
8
670
453
437
735
1976
1103
8852
9
10
11
12
4758
2392
3517
6426
Речной участок
11.9
1.07
10.83
9
0.27
8.73
12.5
0.52
11.98
11.7
0.74
10.96
37.5
7.7
29.8
19.3
6.73
12.57
141.1
38.9
102.2
Озерный участок
89.4
5.71
83.69
46
1.67
44.33
60.6
13.36
47.24
132.3
5.14
127.16
DOC/PPH,
%
DOC/СB,
%
9.5
12.4
9.6
4.6
19.6
6.7
41.6
7.8
5.1
8.2
4.9
6.8
6.5
20
19.8
13.4
20.6
89.1
12
22.9
14.3
18.9
Скорость потребления органического углерода (СВ) гетеротрофным
бактериопланктоном на исследованных станциях в водохранилище в июле 2010
г. колебалась от 139 до 698 (в среднем 338±54) мг С/(м3×сут). В итоге,
количество органического вещества, выделяемого в процессе лизиса
бактериальных клеток, могло компенсировать 5-23% (в среднем 12±2%)
суточных потребностей гетеротрофного бактериопланктона в органическом
углероде (табл. 4.8). Таким образом, доля органического вещества отмерших
бактерий в рационе активно функционирующего бактериопланктона была
существенной.
62
Чебоксарское водохранилище
Количество
планктонных
вирусных
частиц
в
Чебоксарском
водохранилище находилось в пределах (38-77) × 106 (в среднем 56.3±2.7) ч./мл
и превышало количество бактерий в 2.6-6.6 (в среднем 4) раз (табл. 4.9). Между
численностью
вириопланктона
и
численностью
бактериопланктона
наблюдалась положительная корреляция (r = 0.47).
Таблица 4.9. Количество свободных вирусов (NV, 106 ч./мл), отношение
количества вирусов к числу бактерий (NV/NB), доля бактерий с
прикрепленными к их клеткам вирусами (NIB/ NB, %), количество
прикрепленных к клеткам бактерий вирусов (NAV, 106 ч./мл), скорость контактов
между вирусами и бактериями (R, контактов/сут) в Чебоксарском
водохранилище в 2010 г
№ станции
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
NV
39.94
57.25
51.05
59.53
62.24
53.45
76.03
47.75
62.95
77.13
65.86
52.78
38.17
64.64
51.01
49.24
47.87
NV/NB
3.3
3.2
3.7
3.1
3.3
2.6
5.1
4.1
3.7
3.7
4.6
4.2
6.6
3.9
3.7
4.3
3.2
NIB/ NB
22.2
29.5
18.7
29.5
22.6
16.1
19
23.1
30.3
23.5
34.3
45
20
20
14.3
22.5
31.3
NAV
4.55
9.01
5.46
8.06
7.23
4.68
4.82
4.55
10.31
8.83
9.76
12.45
5.31
5.91
2.96
5.71
7.43
NV + NAV
44.49
66.26
55.51
67.59
69.47
58.13
80.85
52.3
73.26
85.96
75.62
65.23
43.48
70.55
53.97
54.95
55.3
R
1651
3447
2167
3767
3299
3402
3608
3280
1885
5081
3195
2187
2102
3322
2185
1858
2737
Количество бактерий с прикрепленными к их клеткам вирусными
частицами (NIB) в исследованных водах существенно отличалось, составляя, в
среднем, 25±2% от общей численности бактериопланктона (табл. 4.9).
63
Максимальное количество вирусов на бактериях достигало 17 ч./кл. В итоге,
численность вирусов, прикрепленных к клеткам бактерий, находилась в
пределах (3-12.5) × 106 (в среднем, 7 × 106) ч./мл, что составляло 6-16 (в
среднем 12) % от численности свободных вирусных частиц.
Количество контактов (R) между вирусами и бактериями в
исследованных водах варьировало в пределах 1651-5081 (в среднем 2892±219)
контактов/(кл. × сут) (табл. 4.9).
Частота видимых инфицированных вирусами бактерий (FVIC), т.е. доля в
NB клеток, содержавших внутри зрелые частицы фагов, изменялась от 0.8%
(ниже г. Н. Новгород) до 5% (на станции выше устья р. Керженец), составляя, в
среднем, 2.4±0.2% от общей численности бактерий (табл. 4.10). На основании
этих данных рассчитано, что от 5.5% до 30% (в среднем 16.1±1.2%) всех
бактерий в исследованных водах было инфицировано фагами. В Чебоксарском
водохранилище между R и FVIC наблюдалась лишь слабая положительная
корреляция (r = 0.2), но между NIB и FVIC существовала более высокая
положительная зависимость (r = 0.41).
Инфицированные бактерии внутри клеток содержали до 860 ч./кл.
Средние для пробы воды значения количества фагов в клетке варьировали от 5
до 123 ч./кл (табл. 4.10). Вирусы в разной степени инфицировали
гетеротрофных бактерий различной морфологии. В Чебоксарском
водохранилище общее количество инфицированных клеток, в среднем для
исследованных станций, было представлено: 45.6±5.9% - палочками, 22.4±4.6%
- вибрионами, 25.2±4.8± кокками и 6.8±3.1% - нитями (табл. 4.11).
Вирус-индуцированная
смертность
бактериопланктона
(VMB)
изменялась в широких пределах (табл. 4.10), составляя, в среднем для
исследованных участков Чебоксарского водохранилища 22.4±2.7% от суточной
продукции бактериопланктона.
Продукция вирусов на исследованных станциях значительно колебалась,
достигая максимального значения в районе г. Лысково, составляя, в среднем,
54.5±18 × 106 ч./(мл × сут) (табл. 4.10). Время оборота количества вирусов
изменялось от 0.2 сут до 14.8 сут, составляя, в среднем для водохранилища,
2.7±0.9 сут.
64
Таблица 4.10. Частота видимых инфицированных клеток (FVIC, %), доля
всех инфицированных клеток (FIC, %), вирус-индуцированная гибель бактерий
(VMB, % от суточной продукции бактерий), среднее количество зрелых
фаговых частиц в клетках бактерий (BS, ч./кл), продукция вирусов (PV, 106
ч./(мл × сут)), время оборота численности вирусов (ТV, сут) в Чебоксарском
водохранилище
№ станции
FVIC
FIC
VMB
BS
PV
TV
4
2.1
13.9
18.1
11
14.2
2.8
5
2.5
16.4
22.4
123
-
-
6
0.8
5.5
6.1
5
3.4
14.8
7
3
19.3
28
17
43.2
1.4
8
2.6
16.9
23.3
14
65.8
0.9
9
1.1
7.5
8.6
23
45.6
1.2
10
5
29.9
55
13
54.6
1.4
11
2.5
16.4
22.4
12
24.3
2
12
2.5
16.4
22.4
111
300.6
0.2
13
2
13.3
17.1
25
111.8
0.7
14
2.7
17.5
24.5
8
34.3
1.9
15
3.8
23.7
37.8
22
90.6
0.6
16
1.5
10.1
12.2
11
15.2
2.5
17
2.5
16.4
22.4
43
12
5.4
18
2.1
13.9
18.1
7
16.2
3.1
19
2.5
16.4
22.4
17
23.1
2.1
20
2.3
15.1
20.1
20
16.6
2.9
65
Таблица 4.11. Доля (%) разных групп бактерий инфицированных вирусами в
общем
количестве
зараженных микроорганизмов в
Чебоксарском
водохранилище
№ станции
Группа бактерий
Палочки
Вибрионы
Кокки
Нити
4
30
40
0
30
5
20
30
40
10
6
0
66.7
33.3
0
7
77.8
11.1
11.1
0
8
71.4
0
14.3
14.3
9
50
50
0
0
10
30
20
50
0
11
40
30
20
10
12
75
0
25
0
13
71.4
14.3
14.3
0
14
36.4
9.1
9.1
45.4
15
53.3
13.3
26.7
6.7
16
83.3
0
16.7
0
17
50
40
10
0
18
12.5
12.5
75
0
19
40
10
50
0
20
33.3
33.3
33.3
0
В
Чебоксарском
водохранилище
скорость
лизиса
гетеротрофных
бактерий колебалась от 15.2 мг С/(м3  сут) до 105 мг С/(м3  сут), составляя в
среднем 56.2±7 мг С/(м3  сут) (табл. 4.12). Расчеты показали, что для
процессов репликации нуклеиновых кислот и синтеза белков капсида
бактериофаги использовали от 0.3 до 30.1 (в среднем 5.4±1.8) мг С/(м 3×сут)
органических веществ лизированных бактерий. В результате вирусного лизиса
в водную толщу водохранилища поступало 14.9-101.6 (в среднем 50.8±6.7) мг
С/(м3 × сут) органических веществ, что составляло 3-56% (в среднем 18.7±4.2%)
суточной первичной продукции планктона под 1 м2 поверхности водоема (табл.
4.12).
66
Таблица 4.12. Скорость вирусного лизиса бактерий (VIM, в сутки), продукция
вирусов (PV, мг С /(м3×сут), количество органического вещества лизированых
бактерий, поступившего в водную среду (DOC, мг С /(м3×сут), (PPH – первичная
продукция фитопланктона мг С/(м2 × сут); СВ – рацион бактериопланктона, мг
С/(м2 × сут)) в Чебоксарском водохранилище
Станция
4
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
VIM
103 кл./мл мгС/м3
1289
36.7
692
15.2
2545
61.9
4709
78.6
1982
37.7
4198
85.2
2029
48.5
2708
52.3
4472
98.2
4287
105
4120
93.1
1380
29.3
2781
54.8
2317
47.9
1358
31.2
830
24.5
PV
DOC
DOC/PPH,
%
DOC/СB,
%
1.4
0.3
4.3
6.6
4.6
5.5
2.4
30.1
11.2
3.4
9.1
1.5
1.2
1.6
2.3
1.7
35.28
14.86
57.58
72.02
33.14
79.74
46.07
22.24
87.02
101.57
84.04
27.78
53.6
46.28
28.89
22.84
7.6
10.6
11.2
11.1
10.2
9
2.9
28.9
14.5
23
5.1
16.2
56.3
40.2
34.4
8.7
3
13
10.7
3.8
25.7
4.8
10.7
7.6
11.8
17.1
5.8
10.9
8.8
10.4
9.4
Скорость потребления органического углерода (СВ) гетеротрофным
бактериопланктоном
на
исследованных
станциях в
Чебоксарском
водохранилище в июле 2010 г. колебалась от 244 до 1148 (в среднем 539±60) мг
С/(м3×сут). В итоге, количество органического вещества, выделяемого в
процессе лизиса бактериальных клеток, могло компенсировать 3-25.7% (в
среднем 10.1±1.4%) суточных потребностей гетеротрофного бактериопланктона
в органическом углероде (табл. 4.12). Таким образом, доля органического
вещества отмерших бактерий в рационе активно функционирующего
бактериопланктона Чебоксарского водохранилища была также существенной.
67
4.2. Вириопланктон рек
Река Ильд
Количество планктонных вирусов в реке изменялось в начале июня в
пределах (2.2-66.9)× 106 (в среднем для 11 станций 28.8 × 106) ч./мл, в конце
июня - (7.4-52.7)× 106 ч./мл (в среднем для 7 станций 22× 106 ч./мл) (табл. 4.13).
Таблица 4.13. Количество свободных вирусов (NV, 106ч./мл), отношение
количества вирусов к числу бактерий (NV/NB), скорость контактов между
вирусами и бактериями (R, контактов/сут) в Реке Ильд
№ станции
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Дата
8.07
8.07
8.07
8.07
8.07
24.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10.07
23.07
NV
23.96
25.52
33.48
46.77
27.23
9.92
22.26
30.65
36.83
6.17
14.27
52.55
17.28
27.13
66.97
7.44
2.24
21.15
NV/NB
1.22
2.14
2.38
4.50
3.76
1.75
2.35
5.49
11.03
0.73
1.95
8.57
1.63
3.17
8.12
1.32
0.42
3.47
R
1189
841
1089
1510
504
159
480
433
473
1656
362
872
466
650
2051
122
35
352
Распределение вирусов в реке было неравномерным и существенно
изменялось в течение исследуемого периода. Если 8-10 июня максимальная
величина численности вириопланктона была зарегистрирована в участке
слияния рек Ильд и Сутка, то 23 июня в данном участке обнаружена
минимальная величина этого параметра. На других станциях численность
вирусов, определенная в эти сроки, отличалась в 1.4 – 10.5 раз. Между
численностью вириопланктона и биомассой, продукцией бактериопланктона
наблюдалась умеренная положительная связь: коэффициенты корреляции 7-10
июня составили, соответственно, 0.44 и 0.48(р<0.05), а 23 июня –
68
соответственно, 0.39 и 0.35 (р<0.05). Зависимости количества вирусов от
первичной продукции фитопланктона не обнаружено.
Отношение численности вирусов к численности бактерий в реке также
существенно изменялось: в начале июня – от 0.4 до 11 (в среднем 3.4), а 23
июня – от 1.3 до 8.6 (в среднем 4.4) (табл. 4.13).
Количество контактов (R) между вирусами и бактериями в реке
варьировало в пределах 35-2048 (в среднем 736) контактов/(кл × сут).
Частота видимых инфицированных фагами бактерий, т.е. доля бактерий,
содержавших внутри клеток зрелые частицы фагов (FVIC), в пробах воды из
разных участков реки изменялась от 0.2% до 1%, составляя в среднем 0.5%
(табл. 4.14). Доля всех бактерий, зараженных вирусами (FIC), рассчитанная по
результатам определений FVIC, находилась в пределах 1-7% (в среднем, 3.4%).
Максимальные величины зарегистрированы в начале июня в верховье реки, а в
конце июня – на станции 6, где отсутствует влияние зарегулирования, как со
стороны бобров, так и со стороны водохранилища.
Количество зрелых фагов в клетках инфицированных бактерий в реке
колебалось от 5 до 45 ч./кл., в среднем для июня 16 ч./кл. (табл. 4.14).
Максимальные величины BS зарегистрированы в среднем течении реки.
Смертность бактерий в результате вирусного лизиса на исследованных
станциях существенно варьировала, но не превышала 8% суточной продукции
бактериопланктона (табл. 4.14). В среднем за июнь вирус-индуцированная
гибель бактерий составила 3.7% от суточной бактериальной продукции.
По данным Тихоненкова Д.В. (Тихоненков, 2008), численность
гетеротрофных флагеллят на разных участках р. Ильд колебалась от 530 до
2510 кл./мл. Допуская, что гетеротрофный жгутиконосец за 1час
профильтровывает объем воды, равный 105 объема его тела (Fenchel, 1992),
можно ориентировочно рассчитать скорость потребления бактерий
природными популяциями гетеротрофных жгутиконосцев. Средний объем
клетки жгутиконосца в реке равен 50 мкм3. В итоге, на исследуемых станциях
гетеротрофные флагелляты потребляли 595 - 2700×103 кл./(мл × сут) (в среднем,
1722×103) или 28-127% (в среднем 83%) суточной продукции
бактериопланктона, что позволяет считать, что в исследованной малой реке
основные потребители бактериопланктона – простейшие.
69
Таблица 4.14. Частота видимых инфицированных клеток (FVIC, %), доля всех
инфицированных клеток (FIC, %), вирус-индуцированная гибель бактерий
(VMB, % от суточной продукции бактерий), среднее количество зрелых частиц
фагов в клетках бактерий (BS, ч./кл), продукция вирусов (PV, 106 ч./(мл × сут)),
время оборота численности вирусов (ТV, сут) в реке Ильд
Станция
Дата
FVIC
FIC
VMB
BS
PV
TV
1
3
4
5
6
8.07
8.07
8.07
8.07
8.07
24.07
10.07
23.07
10.07
23.07
1
0.5
0.3
0.2
0.3
1
0.3
0.5
0.5
0.5
6.9
3.5
1.8
1.1
1.8
6.9
1.8
3.5
3.5
3.5
7.8
3.7
1.9
1.1
1.9
7.8
1.9
3.7
3.7
3.7
11
16
6
5
7
45
32
16
9
8
3.02
1.99
0.22
0.09
0.265
4.63
0.59
1.2
0.72
0.34
6.4
9.9
44.8
39.8
16.7
5.4
12.9
21.3
37.2
9.2
7
10
Продукция вирусов варьировала в пределах 0.085 – 4.635×106 ч./(мл ×
сут), в среднем 1.268×106, достигая максимальных значений в начале июня в
верховье реки, а в конце июня – на станции 6, где отсутствует влияние
зарегулирования, как со стороны бобров, так и со стороны водохранилища
(табл. 4.14). В этих участках реки обнаружены самые низкие (5.4-6.4 сут)
величины времени оборота вирусов. Однако, величина ТV, в среднем за июнь,
оказалась высокой – 20.4 сут.
Вирусный лизис способствует высвобождению легкоусвояемых
органических соединений и удержанию их внутри планктонного микробного
сообщества, препятствуя их переносу на более высокие трофические уровни
(Weinbauer, 2004). В июле в разных участках реки бактериофаги лизировали за
сутки от 0.4 до 7.3 мг С/м3 (в среднем 2.3) (табл. 4.15). Для процессов
репликации нуклеиновых кислот и синтеза белка капсида использовалось от
0.02 до 0.93 мг С/(м3 ×сут) (в среднем 0.26) органического углерода
инфицированных бактерий. В итоге количество органического углерода,
поступающего в водную среду в результате лизиса вирусами, на разных
участках реки колебалось от 0.38 до 6.7 мг С/(м3 × сут) (в среднем, 1.9), что
составляло от 0.9 до 20.1% (в среднем 4.9) суточной первичной продукции
фитопланктона под 1 м2 площади водотока. Максимальные значения
70
зарегистрированы в нижнем течении рек Ильд и Сутка, где в результате
деятельности вирусов неинфицированные бактерии имеют существенный
источник легкоусвояемого органического вещества.
Таблица 4.15. Скорость вирусного лизиса бактерий (VIM, в сутки), продукция
вирусов (PV , мг С /(м3×сут), количество органического вещества лизированых
бактерий, поступившего в водную среду (DOC, мг С /(м3×сут), СВ – рацион
бактериопланктона, мг С/(м2 × сут)) в реке Ильд
Станция
Дата
3
1
3
4
5
6
7
10
8.07
8.07
8.07
8.07
8.07
24.07
10.07
23.07
10.07
23.07
10
ч./мл
285
125
37
17
41
103
19
74
82
42
VIM
мг С/м3
7.3
2.5
1.3
0.4
0.7
2.1
1
2
3.3
1
PV
DOC
DOC/PPH
DOC/CB
0.6
0.4
0.04
0.02
0.05
0.93
0.12
0.24
0.14
0.07
6.7
2.1
1.26
0.38
0.65
1.17
0.88
1.76
3.16
0.93
10.3
2.4
0.9
1.8
1
1.2
1.7
20.1
4.6
3.6
1.6
0.9
0.5
0.8
2.2
0.8
1.6
1.8
1.8
Скорость потребления органического углерода (рацион, СВ)
гетеротрофным бактериопланктоном на станциях в реке Ильд колебалась от 52
до 188 (в среднем 111±15) мг С/(м3×сут). В итоге, количество органического
вещества, выделяемого в процессе лизиса бактериальных клеток, могло
компенсировать 0.5-3.6% (в среднем 1.6±0.3%) суточных потребностей
гетеротрофного бактериопланктона в органическом углероде (табл. 4.15).
Река Ока
Численность планктонных вирусных частиц в нижнем течении р. Ока
была высокой, составляя, в среднем, 53. 9 × 106 частиц/мл. Значение отношения
NV/NB снижалось по направлению г. Дзержинск – устье р. Ока, составляя, в
среднем, 4.7 (табл. 4.16).
Количество бактерий с прикрепленными к их клеткам вирусными
частицами (NIB) было высоким (в среднем 28% от общей численности
71
бактериопланктона) и также уменьшалось по направлению к устью реки (табл.
4.16). Число вирусов, прикрепленных к одной бактериальной клетке, достигало
18 ч./кл. В итоге, численность прикрепленных вирусов составляла 11-17% (в
среднем 13%) от численности свободных вирусов. Количество контактов (R)
между вирусами и бактериями в исследованных водах варьировало в пределах
1156-3483 (в среднем 2131±698) контактов/(кл. × сут).
Таблица 4.16. Количество свободных вирусов (NV, 106 ч./мл), отношение
количества вирусов к числу бактерий (NV/NB, %), количество бактерий с
прикрепленными к их клеткам вирусами (NIB/ NB, %), количество
прикрепленных к клеткам бактерий вирусов (NAV, 103 ч./мл), количество
контактов между вирусами и бактериями (R, контактов/сутки) в реке Ока
Станция
1
2
3
NV
57.33
48.26
56.12
NV/NB
2.7
6.4
5.1
NIB/ NB
17.3
28
38.8
NAV
6.51
5.1
9.47
NV+ NAV
63.84
53.36
65.59
R
3483
1156
1754
Частота видимых инфицированных вирусами бактерий (FVIC) и частота
инфицированных вирусами бактерий (FIC) составляли, в среднем, 3% и 18%,
соответственно. Инфицированные бактерии содержали до 630 ч./кл. Среднее
для пробы воды значение количества фагов в клетке значительно снижалось на
станции в устье реки (табл. 4.17). Вирусы в разной степени инфицировали
гетеротрофных бактерий различной морфологии (табл. 4.18). Если в районе г.
Дзержинска в основном были инфицированы вибрионы, то в устье реки –
палочки.
Таблица 4.17. Частота видимых инфицированных клеток (FVIC, %), доля всех
инфицированных клеток (FIC, %), вирус-индуцированная гибель бактерий
(VMB, % от суточной продукции бактерий), среднее количество зрелых частиц
фагов в клетках бактерий (BS, ч./кл.), продукция вирусов (PV, 106 ч./(мл ×
сут)), время оборота численности вирусов (ТV, сут) в реке Ока
Станции
1
2
3
FVIC
FIC
VMB
BS
PV
TV
3.3
2.7
2.3
21
17.5
15.1
31.6
24.5
20.1
7
90
43
44
151
60
1.3
3.2
0.9
72
Вирус-индуцированная
смертность
бактериопланктона
(VMB)
составляла, в среднем для исследованного участка р. Ока, 25.4±3.4% от
суточной продукции бактериопланктона (табл. 4.17). Количество бактерий,
отмирающих в результате вирусного лизиса (VIM), существенно различалось
между станциями (табл. 4.19). Средние для исследованных станций значения
VIM составили: в реке Ока – 3±1.6 ×106 кл./(мл × сут).
Таблица 4.18. Доля (%) разных групп бактерий, инфицированных вирусами, в
общем количестве зараженных микроорганизмов в р. Ока
№ станции
Палочки
80
25
22.2
1
2
3
Группа бактерий
Вибрионы
Кокки
20
0
37.5
0
77.8
0
Нити
0
37.5
0
В р. Ока скорость лизиса гетеротрофных бактерий колебалась от 23.8 мг
3
С/(м  сут) до 102.4 мг С/(м3  сут), составляя в среднем 54.3±24.3 мг С/(м3 ×
сут) (табл. 4.19). Расчеты показали, что для процессов репликации нуклеиновых
кислот и синтеза белков капсида бактериофаги использовали от 8.8 до 30.2 (в
среднем 17±3.3) мг С/(м3×сут) органических веществ лизированых бактерий. В
результате вирусного лизиса в водную толщу водохранилища поступало 6.3993.6 (в среднем 37.3±28.2) мг С/(м3 × сут) органических веществ, что
составляло 2.2-76.7% (в среднем 28.1±24.3%) суточной первичной продукции
планктона под 1 м2 поверхности водоема (табл. 4.19).
Таблица 4.19. Скорость вирусного лизиса бактерий (VIM, в сутки), продукция
вирусов (PV, мг С /(м3×сут), количество органического вещества лизированых
бактерий, поступившего в водную среду (DOC, мг С /(м3×сут)) (PPH – первичная
продукция фитопланктона мг С/(м2 × сут); СВ – рацион бактериопланктона, мг
С/(м2 × сут)) в р. Ока
VIM
PV
DOC
DOC/PPH, DOC/СB,
%
%
Станция 103 кл./мл мгС/м3
1
2
3
6281
1678
1402
102.4
36.6
23.8
8.8
30.2
12
73
93.6
6.39
11.8
76.7
2.2
5.3
14.4
2.1
7.5
Скорость потребления органического углерода (СВ) гетеротрофным
бактериопланктоном на станциях в р.Ока колебалась от 238 до 648 (в среднем
491±38) мг С/(м3×сут), в итоге количество органического вещества,
выделяемого в процессе лизиса бактериальных клеток, могло компенсировать
2-14% (в среднем 8±3.6%) суточных потребностей гетеротрофного
бактериопланктона в органическом углероде (табл. 4.19). Таким образом, доля
органического вещества отмерших бактерий в рационе активно
функционирующего бактериопланктона была существенной.
4.3. Озеро Севан
Сезонную динамику вириопланктона изучали в прибрежном мелководье
открытого типа у острова Чаячий в малом Севане, где в среднем за период с
апреля по август численность вириопланктона составила 44×106 ч./мл. Она
была минимальной в конце мая (21.4×106 ч./мл), наибольших значений
достигала в июле (57-76×106 ч./мл) (табл. 4.20). Отношение количества вирусов
к количеству бактерий изменялось от 2.8 в начале мая до 11.2 в конце июля и в
среднем оказалось равным 5.8.
Таблица 4.20. Количество свободных вирусов (NV, 106 ч./мл), отношение
количества вирусов к числу бактерий (NV/NB), скорость контактов между
вирусами и бактериями (R, контактов/сут) в литорали озера Севан
Дата
29.04
6.05
13.05
20.05
27.05
3.06
10.06
17.06
1.07
8.07
15.07
22.07
5.08
19.08
NV
NV/NB
24.1
34.7
23.8
42.6
21.4
27
39.7
43.9
75.9
66.4
57.3
71.9
32.8
55.1
R
2.9
2.8
3.5
5
3.4
3.1
6.1
6.7
8.6
8.4
7.3
11.2
4.3
8
74
337
938
367
758
293
567
669
696
1589
1339
1172
1192
724
1126
Количество контактов между вирусами и бактериями изменялось от 293
контактов/(кл. × сут) (в мае) до 1589 контактов/(кл. × сут) (в июле), составляя, в
среднем, 719±76 (табл. 4.20).
Инфицированные клетки составляли 1.2-14.6% (в среднем 7.1%) от
общего количества бактериопланктона (табл. 4.21). В клетках инфицированных
бактерий находилось в среднем от 6 (24 июня) до 36 (13 мая) зрелых фагов.
Доля бактериопланктона, отмирающего в результате вирусного лизиса,
существенно варьировала в течение наблюдаемого периода.
Максимальная смертность бактерий (19.3% от PB) регистрировалась 6
мая, минимальная (1.8% от PB) – 5 августа (табл. 4.21). В конце августа также
наблюдалась высокая смертность бактерий (17% от PB). В среднем вирусы
лизировали 7.8% суточной бактериальной продукции. В процессе лизиса
бактериальных клеток в воду поступало органическое вещество в количестве от
0.9 до 13.1 (в среднем 3.6±1.04) мг С/(м3×сут).
Таблица 4.21. Частота видимых инфицированных клеток (FVIC, %), доля всех
инфицированных клеток (FIC, %), вирус-индуцированная гибель бактерий
(VMB, % от суточной продукции бактерий), среднее количество зрелых
фаговых частиц в клетках бактерий (BS, ч./кл), продукция вирусов (PV, 106
ч./(мл × сут)), время оборота численности вирусов (ТV, сут) на станции Чаячий
остров озера Севан
Дата
FVIC
FIC
VMB
BS
PV
TV
29.04
6.05
13.05
20.05
27.05
3.06
10.06
17.06
1.07
8.07
15.07
22.07
5.08
19.08
1.25%
2.21%
0.75%
0.75%
1.25%
0.5%
1.25%
1%
0.5%
0.75%
0.25%
2%
8.53%
14.63%
5.2%
5.2%
8.53%
3.5%
8.53%
6.88%
3.5%
5.2%
1.76%
13.32%
10%
19.3%
5.7%
5.7%
10%
3.7%
10%
7.8%
3.7%
5.7%
1.8%
17.1%
13
18
36
11
25
24
13
34
18
15
13
24
2.5
3.1
1.7
1.9
1.5
2
1.5
1.8
1.9
2.1
2.1
1.7
2.1
1.9
7.6
3.2
6.8
35.6
5.4
29.1
29.5
12
41.2
52.2
67.3
7.1
75
Скорость потребления органического углерода (СВ) гетеротрофным
бактериопланктоном на исследованной станции колебалась от 70 до 157 (в
среднем 91.9±6.3) мг С/(м3×сут). В итоге, количество органического вещества,
выделяемого в процессе лизиса бактериальных клеток, могло компенсировать
0.8-8.3% (в среднем 3.4±0.7%) суточных потребностей гетеротрофного
бактериопланктона в органическом углероде (табл. 4.22). Таким образом, доля
органического углерода отмерших бактерий в рационе активно
функционирующего бактериопланктона в этом участке озера была
незначительной.
Таблица 4.22. Скорость вирусного лизиса бактерий (VIM, в сутки), продукция
вирусов (PV, мг С /(м3×сут)), количество органического вещества лизированых
бактерий, поступившего в водную среду (DOC, мг С /(м3×сут)), СВ – рацион
бактериопланктона, мг С/(м2 × сут) в литорали озера Севан в 2009г
Станция
VIM
10 кл./мл
мг С/м3
249
3.7
590
15.2
97
2.8
109
2.6
198
4.4
57
1.5
195
3.5
161
3.3
76
1.7
94
2
38
1
332
10.2
PV
DOC
DOC/CB
0.32
10.8
3.5
1.2
5
1.4
2.6
5.5
1.4
1.4
0.5
7.8
3
13.1
2.1
2.3
3.4
1.2
3
2.2
1.4
1.7
0.9
8.7
4.1%
8.3%
2.1%
2.6%
3
29.04
6.05
13.05
20.05
27.05
3.06
10.06
17.06
1.07
8.07
15.07
22.07
5.08
19.08
3.9%
1.5%
4.3%
2.6%
1.6%
2.5%
0.8%
7.3%
В октябре 2009 г. в пелагиали Севана было изучено вертикальное
распределение вириопланктона (рис. 4.1 – 4.4, табл.4.23 − 4.25) В этот период в
водной толще не наблюдалось резких скачков температуры, которая плавно
уменьшалась ко дну. Количество внеклеточных вирусных частиц находилось в
пределах (10.5-33)×106 ч./мл и превышало численность бактерий в 2-7.8 раз
76
(табл. 4.23). Количество контактов между вирусами и бактериями, в среднем
для станций, находилось в пределах 249-345 контактов/(кл. × сут). Самые
низкие средние значения этих параметров зарегистрированы в зоне холодного
купола в Большом Севане (ст. 24 П), где температура воды была на 1-3° ниже,
чем в других районах озера. На разных участках характер вертикального
распределения вириопланктона был различным. Максимумы численности
регистрировались в поверхностном (ст. 24 П), подповерхностном (станции 22 П
и 4 П) или придонном горизонтах(ст. 11П) (рис. 4.1). Значения отношения
количества вирио- и бактериопланктона в толще воды на станциях в Большом
Севане (станции 22 П и 24 П) были равномерными, в то время как на станции
11 П выделялся один чѐткий пик на глубине 10м, а на ст. 4 П в Малом Севане
регистрировались два пика в слоях 4 и 15м.
Рисунок 4.1 Вертикальное распределение общей численности вирусов
(NV, 106 ч./мл) в глубоководной части озера Севан 14-18 октября 2009 г.
В бактериальном сообществе инфицированные вирусами клетки
составляли 1-10% от общей численности. Среди различных глубоководных
районов озера наибольшая часть сообщества была инфицирована на ст. 4 П
(значение FIC в среднем составляло 5%), наименьшая - в зоне
низкотемпературного купола (ст. 24 П), где было заражено лишь 3%. Причѐм на
ст. 4 П максимальная доля инфицированных клеток была приурочена к
77
поверхностному горизонту (рис. 4.2), где минимальной была численность
внеклеточных вирусных частиц. На ст. 11 П чѐткий пик FIC выделялся на
глубине 15м, а в Большом Севане вертикальное распределение этого параметра
характеризовалось несколькими пиками.
Рисунок 4.2 Вертикальное распределение доли бактерий, инфицированной
вирусами (FIC, %) в глубоководной части озера Севан 14-18 октября 2009 г.
Таблица 4.23. Общая численность вириопланктона (NV, 106 ч./мл), отношение
числа вирусов к количеству бактериопланктона (NV/NB), скорость контактов
между вирусами и бактериями (R, контактов/сут) в глубоководной части озера
Севан 14-18 октября 2009 г
Станция
NV
NV/NB
R
4П
11П
22П
24П
20.9
21.2
23.9
20.6
3.5
3.8
3.7
3.4
288
261
380
308
78
В инфицированных бактериальных клетках находилось до 38 зрелых
вирусных частиц в подповерхностном горизонте на ст. 5 П в Малом Севане.
Здесь же было максимальным среднее значение BS (15 ч./мл) В других районах
вертикальные колебания этого параметра были менее значительными.
Вирусы лизировали от 1до 12% суточной бактериальной продукции
(табл. 4.24). Максимальная скорость этого процесса регистрировалась в
поверхностном слое воды на ст. 4 П в Малом Севане, где за сутки вирусы
лизировали 162×103 бактерий или 4.4 мг С, что составляло 12.3%
бактериальной продукции. В результате лизиса бактерий в воду на различных
участках выделялось в среднем от 0.5 до 5.1 мг С/(м3 × сут) органических
веществ (рис. 4.4), что составляло 1.7-2.8% (в среднем 2±0.3%) суточного
рациона бактериопланктона.
Таблица 4.24. Частота видимых инфицированных клеток (FVIC, %), доля всех
инфицированных клеток (FIC, %), вирус-индуцированная гибель бактерий (VMB,
% от суточной продукции бактерий), среднее количество зрелых фаговых частиц в
клетках бактерий (BS, ч./кл), продукция вирусов (PV, 106 ч./(мл × сут)), время
оборота численности вирусов (ТV, сут) в глубоководной части озера Севан 14-18
октября 2009 г.
Станция
4П
11П
22П
24П
FVIC
0.7
0.5
0.5
0.4
FIC
5
3.4
3.3
3.2
VMB
0.7
0.5
0.5
0.4
BS
15
10
12
12
PV
1.3
0.7
0.8
0.7
TV
26.7
66.7
47.9
40.3
Таблица 4.25. Смертность бактерий в результате лизиса вирусами (VMB), в % от
суточной продукции бактериопланктона, скорость вирусного лизиса бактерий
(VIM, в сутки), продукция вирусов (PV, мг С/м3 ×сут)), выделение органики в
результате лизиса вирусами бактерий (DOC, мг С/м3), СВ – рацион
бактериопланктона, мг С/(м2 × сут) в глубоководной части озера Севан 14-18
октября 2009 г
Станция
VIM
10 кл./мл мг С/м3
101
2.5
56
1.4
62
1.6
63
2
PV
DOC
DOC/ CB
2.2
1.2
1.5
1.8
0.13
0.07
0.08
0.07
2.4%
1.8%
1.6%
1.6%
3
4П
11П
22П
24П
79
Продукция вирусов была невелика, и составляла от 0.7 до 1.3×106 ч./(мл ×
сут). Значения продукции отличались на разных глубинах в 6-12 раз. Единых
закономерностей в распределении продукции вириопланктона не наблюдалось
(рис. 4.3).
Рисунок 4.3 Вертикальное распределение продукции вирусов (PV, 106
ч.//(мл × сут)) в глубоководной части озера Севан 14-18 октября 2009 г.
Рисунок 4.4 Вертикальное распределение выделения органических веществ в
результате лизиса вирусами бактерий (DOC, мг С/м3) в глубоководной части
озера Севан 14-18 октября 2009 г.
80
Осенью 2009 г. количество вириопланктона в оз. Севан в среднем было в
1.9 раз выше, чем осенью 2005 г. (Косолапов и др., 2005). Однако отношение
численностей вирио- и бактериопланктона в эти годы оказалось примерно
одинаковым: 3.8 и 3.7, соответственно. В прибрежных водах Севана в среднем
за весенне-летний период 2009 г. численность вирусов превышала численность
бактерий в 7 раз. Однако значение этого параметра, отражающего
взаимоотношения вирусов и бактерий, ниже, чем в большинстве других
исследованных горных озѐр (Pina et al., 1998). Максимального количества
вириопланктон достигал в литорали Севана в июле.
Вирусы оказывали на бактериопланктон оз. Севан слабое влияние. Они
инфицировали незначительную часть бактерий: в среднем всего 6.6% в
литорали в весенне-летний период и 3.7% в пелагиали осенью. Вирусы
лизировали в среднем 7.8% суточной бактериальной продукции в литорали и
4.1% в пелагиали. Хотя в мае и августе их роль в утилизации продукции
бактериопланктона возрастала, и они лизировали, соответственно, 10.3 и 17.1%,
не исключено, что дальнейшие, более углублѐнные исследования могут
выявить более важную роль вирусов в определѐнные сезоны.
В результате лизиса бактериальных клеток в водную толщу Севана
поступало значительное количество органических веществ: до 5.1мг С/(м3×сут).
Эти величины сравнимы с первичной продукцией планктона (табл. 4.25).
Проведѐнные 3-9 июля 2007 г. исследования показали, что первичная
продукция фитопланктона, которая в значительной степени формирует
биологическую продуктивность Севана, колебалась в поверхностных слоях
воды в пределах 49-196 мг С/(м3×сут) и составляла в среднем 136±64 мг
С/(м3×сут). Легкоокисляемые вещества, выделяющиеся из лизированых
вирусами клеток, активно потребляются гетеротрофными бактериями, в
результате чего значительная часть углерода циркулирует в пределах вирусной
«петли».
81
ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЗНАЧИМОСТИ ВИРУСОВ В СТРУКТУРНОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПЛАНКТОННЫХ
МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
Для познания закономерностей функционирования биологических
сообществ водных экосистем необходима оценка роли каждого компонента в
структуре и трансформации вещества и энергии в трофической сети водоемов и
водотоков. В настоящее время, вирусы являются наименее изученным
структурно-функциональным компонентом планктонным сообществ водных
экосистем.
Используя собственные результаты и данные коллег по количественному
развитию автотрофного пикопланктона и простейших, одновременно
полученные в комплексных гидробиологических экспедициях, мы
количественно оценили значение вириопланктона как структурного
компонента планктонных микробных сообществ исследованных водных
объектов. Расчеты показали, что вирусы, не смотря на их размеры (20-80 нм),
благодаря высокой численности вносят заметный вклад в формировании общей
биомассы микробного сообщества (табл. 5.1). Наиболее высокая доля
вириопланктона в Вмс обнаружена в высокогорном озере Севан, где их масса
была сопоставима с биомассой простейших. С увеличением трофического
статуса водохранилищ и первичной продукции фитопланктона доля вирусов в
общей биомассе микробного сообщества снижалась (табл. 5.1).
Таблица 5.1. Вклад (%) вирусов и разных групп микроорганизмов в
формирование суммарной биомассы планктонных микробных сообществ (Вмс,
мг С/м3) в разных водных экосистемах*
Водоѐм
Вмс
Рыбинское
181.9
Горьковское 276.7
Чебоксарское 425.6
р. Ока
о. Севан
333.3
74.8
Доля (%) в суммарной биомассе микробного
сообщества
Бактерии
Вирусы АПП
ГНФ
Инфузории
Водохранилища:
68.8
2.4
15.4
10.7
2.7
78.7
1.7
4.1
11
4.5
81.7
1.3
4.1
11
1.9
Река и озеро
69.6
1.6
9
16.5
3.3
69.4
5.3
11.6
9.6
4
Примечание: * - в расчетах использовались данные: Тихоненкова Д., Романенко
А.В.Косолапова Д.Б.
82
В большинстве пресноводных экосистем основными потребителями
бактериопланктона являются гетеротрофные нанофлагелляты (Fenchel, 1982;
Sherr E., Sherr B., 1987; Berninger et al., 1991; Sanders et al., 1992).
Немногочисленные сравнительные исследования роли вирусного лизиса
бактерий и их выедания простейшими в общей смертности бактериопланктона в
разных водных экосистемах показали, что, чаще всего, второй процесс
преобладал над первым (Fuhrman, Noble, 1995; Weinbauer, Peduzzi, 1995; Steward
et al, 1996; Guixa-Boxareu et al., 1996,1999; Weinbauer, Hofle, 1998; Tuomi,
Kuuppo, 1999;Pedros-Alio et al., 2000; Almeida et al., 2001; Simek et al., 2001).
Сравнительная оценка значения вирусов-бактериофагов, бактериального
питания гетеротрофных нанофлагеллят и инфузорий в гибели планктонных
бактерий в водохранилищах Верхней и Средней Волги показала, что в
исследуемый период доля бесцветных жгутиконосцев (см. приложение, табл. –
3) в общем количестве потребленных бактерий (Gсум) составила, в среднем для
водохранилищ, 64.6%, вирусов – 30.4% и инфузорий – 5%. В нижнем течении р.
Ока смертность бактерий в результате лизиса вирусами составляла 29% от
Gсум. В тоже время, в высокогорном оз. Севан вирус-индуцированная гибель
бактерий (49% от Gсум) была существенно меньше их выедания простейшими
(51% от Gсум) (табл. 5.2)
Таблица 5.2 Доля (%) вирусов и простейших в суммарном потреблении
бактериопланктона в разных водных экосистемах (Gсум, мг С/(м3 сут)
Водоѐм
Рыбинское
Горьковское
Чебоксарское
Ока
Севан
Gсум
41.1
135
224.1
160.1
17
ГНФ
мг С/(м3
сут)
26.7
75.7
163
128.1
11.9
Инфузории
% G мг С/(м3
сут)
65
3
56.1
7.4
72.7
4.8
67.8
6.6
70
2.5
Вирусы
% G мг С/(м3
сут)
7.3
11.4
5.5
51.9
2.2
56.2
3.5
54.3
14.7
2.6
%G
27.7
38.4
25.1
28.7
15.3
Численность планктонных вирусов в природных водах зависит как от
продукции, так и их удаления (исчезновения, распада) свободных вирусных
частиц из водной толщи (decay) (Bratbak et al., 1994). Процессы, вовлеченные в
удаление вирусов из водного столба, неясны, но могут вызываться:
83
1. Оседанием крупных частиц с прикрепленными вирусами (Proctor,
Fuhrman, 1991).
2. Инактивацией вирусных частиц солнечным светом, особенно
ультрафиолетовой частью спектра (Noble, Fuhrman, 1997; Suttle, Chen, 1992;
Wilhelm et al., 1998; Whommak et al., 1992).
3. Потреблением свободных вирусов фаготрофными флагеллятами
(скорость потребления невысокая – от 1.9 до 3.3 ч./(кл. × час)) (Suttle, Chen,
1992; Gonzalez, Suttle, 1993; Bettarel et al., 2005).
4. Разрушением вирусных частиц биоактивными молекулами, такими как
экзоэнзимы, протеазы или нуклеазы, которые изымают нуклеиновые кислоты
из капсида вирусов (Bratbak et al., 1994; Noble, Furman, 1997, 1999).
5. Гибелью, вызванной вирофагами. В последние годы ученые
обнаружили вирусы, паразитирующие на вирусах (La Scola et al., 2008; Fischer,
Suttle, 2011; Yau et al., 2011).
Таблица 5.3. Потребление природными популяциями планктонных
гетеротрофных нанофлагеллят свободных вирусов (G1, 103 ч./(мл × сут) и
вирусов прикрепленных к клетка бактерий (G2, 103 ч./(мл × сут) в
исследованных водоѐмах
Водоѐм
р. Ока
Рыбинское
Горьковское
Чебоксарское
р. Ока
G1
G2
G1 + G2
18.3 – 26.7
3212 – 4768
3230 – 4794
23.1 ± 2.4 4027.6 ± 450.8
4051 ± 453
Водохранилища:
1.9 – 16.1
215 – 5885
221 – 5895
8.6 ± 1.3
1095.2 ± 453.8
1104 ± 454
6.5 – 20.9
608 – 1862
332 – 1877
14.6 ± 2.6 1157.6 ± 138.5
1172 ± 138
5.6 – 35.3
691 – 9054
705 – 9080
18.1 ± 1.5 3732.2 ± 616.0
3750 ± 616
18.3 – 26.7
3212 – 4768
3230 – 4794
23.1 ± 2.4 4027.6 ± 450.8
4051 ± 453
G1 + G2/PV, %
2.1 – 10.9
6.6 ± 2.5
1.0 – 110.3
19.3 ± 9.6
0.2 – 39.5
11.4 ± 4.4
1.8 – 25.7
11.0 ± 1.6
2.1 – 10.9
6.6 ± 2.5
Допуская, что гетеротрофные нанофлагелляты потребляют 3 свободных
вируса в час, мы рассчитали, что природными популяциями бесцветных
жгутиконосцев в исследованных водоемах выедалось лишь незначительное
количество вириопланктона (табл. 5.3).
84
Однако существенное количество вирусов попадает на более высокие
трофические уровни, находясь на поверхности инфицированных клеток
микроорганизмов. Природные популяции гетеротрофных нанофлагеллят,
одновременно с выеданием гетеротрофных бактерий, потребляли значительное
количество вирусов-бактериофагов (табл. 5.3).В итоге, существенная часть
продукции планктонных вирусов может вовлекаться в трофическую
планктонную сеть через гетеротрофных нанофлагеллят и других тонких
фильтраторов, питающихся бактериями.
85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследования вирусов в разных пресноводных экосистемах выявили их
важную роль в структуре и функционировании микробных планктонных
сообществ. Вирусы являются наиболее многочисленным компонентом
планктонных сообществ водохранилищ, рек и озер. Их численность превышает
численность бактериопланктона, в среднем для водных объектов, в 3.9-6.3 раз.
До 90-х годов прошлого века считалось, что основными потребителями
бактериопланктона в водных экосистемах являются простейшие, в основном
гетеротрофные нанофлагелляты. Проведенные исследования показали, что в
результате вирусного лизиса гибель бактерий может достигать 55% суточной
продукции бактериопланктона, что сопоставимо с темпами их потребления
простейшими.
В результате вирусного лизиса бактериальных клеток вместе с вирусами в
окружающую водную среду поступают легкоусвояемые органические
соединения, которые активно используются гетеротрофными бактериями.
Таким образом, влияние этих двух факторов гибели бактерий на планктонные
пищевые сети существенно различается: выедание планктонными организмами
приводит к переносу углерода и других биогенных элементов на более высокие
трофические уровни, в то время как лизис вирусами приводит к рециркуляции
биогенных элементов в пределах микробной пищевой сети.
Полученные в настоящей работе результаты свидетельствуют о
необходимости внесения существенных поправок в схемы структуры и
функционирования планктонных микробных сообществ пресноводных
экосистем. Количественный учет вирусов и определение вирусиндуцированной гибели микроорганизмов должны войти в обязательную
программу гидробиологических исследований.
86
1.
2.
3.
4.
ВЫВОДЫ
Вирусы являются наиболее многочисленным компонентом планктонных
сообществ всех исследованных пресноводных экосистем. Количество
вириопланктона превышает численность бактериопланктона 3.6-6.3 раз.
Количество вирусов выше в водах с более высоким уровнем первичной
продукции фитопланктона и большей численностью бактериопланктона.
Они вносят заметный вклад (1.3-5.3%) в формирование общей биомассы
планктонных микробных сообществ.
В планктоне численность вирусов, прикреплѐнных к бактериальным
клеткам, составляет 9-13% от численности свободных вирусов. Благодаря
этому, вирусы могут поступать на более высокие трофические уровни
вместе с бактериальными клетками, потребляемыми простейшими,
коловратками и ракообразными.
В исследованных водных экосистемах количество инфицированных
вирусами клеток бактерий варьирует от 1% до 30% от общей численности
бактериопланктона, достигая максимальных значений в наиболее
продуктивных водах. Количество зрелых бактериофагов, обнаруженных
внутри бактериальных клеток, изменяется от 5 до 123 частиц на бактерию.
Максимальные величины были зарегистрированы в эвтрофных
водохранилищах.
В результате вирусного лизиса погибает в среднем -.1-4.3 млн. кл. бактерий/
(мл×сут), что составляло 3.7-37.3% суточной бактериальной продукции.
Смертность бактерий, вызванная лизисом вирусами, оказалась соизмеримой
с потреблением бактериопланктона простейшими. В эвтрофных водах
вирус-индуцированная смертность бактерий достигает 55% от суточной
продукции бактериопланктона, в менее трофных – не более 19.3%.
87
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Бульон В.В.
Закономерности первичной
экосистемах. СПб.: Наука. 1994. 222 с.
продукции
в
лимнических
2.
Гамбарян М.Е. Микробиологические исследования озера Севан. Ереван: Изд-во
АН АССР. 1968.166 с.
3.
Дрюккер В.В., Дутова Н.В., Бактериофаги как новое трофическое звено в
экосистеме глубоководного озера Байкал // ДАН. 2009. Т. 427. № 2. С. 227-281.
4.
Копылов А.И., Косолапов Д.Б. Бактериопланктон водохранилищ Верхней и
Средней Волги. М.: СГУ. 2008. 377 с.
5.
Копылов А.И., Косолапов Д.Б. Микробная «петля» в планктонных сообществах
морских и пресноводных экосистем. Ижевск: КнигоГрад. 2011. 332с.
6.
Копылов А.И., Косолапов Д.Б., Заботкина Е.А. Распределение вирусов и их
влияние на бактериопланктон в эвтрофном и мезотрофном водохранилищах //
Биология внутр. вод. 2008. № 1. С. 49–57.
7.
Косолапов Д.Б., Романенко А.В., Копылов А.И., Минасян А.М., Варданян Г.С.
Количественное распределение бактериопланктона в озере Севан // Экология
озера Севан в период повышения его уровня. Результаты исследований
Российско-армянской биологической экспедиции по гидроэкологическому
обследованию озера Севан (Армения) (2005-2009 гг.). Махачкала: Наука ДНЦ.
2010. С. 105-114.
8.
Крисс А.Е. Бактериофаг в глубинах моря // Морская микробиология
(глубоководная). М.: Изд. АН ССР. 1959. С. 256-261.
9.
Литвинов А.С. Энерго- и массобмен в водохранилищах Волжско-Камского
каскада. Ярославль.: Яросл. Гос. Тех. Ун-т. 2000. 83 с.
10. Литвинов А.С., Законнова А.В. Гидрологическая характеристика водохранилищ
// Современная экологическая ситуация в Рыбинском и Горьковском
водохранилищах: состояние биологических сообществ и перспективы
рыборазведения. Ярославль: Изд-во ЯГТУ. 2000. С. 5-24.
11. Макиров К.А. Микробиология. Вирусология и иммунология. Алма-Ата:
Казахстан. 1974. 372 с.
12. Минеева Н.М. Растительные пигменты в воде волжских водохранилищ // М.
Наука. 2004. 156 с.
88
13. Минеева Н.М. Первичная продукция планетона в водохранилищах Волги.
Ярославль: Принтхаус. 2009. 279 с.
14. Минеева Н.М., Литвинов .А.С., Степанова И.Э., Кочеткова М.Ю. Содержание
хлорофилла и факторы его пространственного распределения в
водохранилищах Средней Волги // Биология внутренних вод. 2008. № 1. С. 6877.
15. Оксиюк О.П., Жукинский В.Н., Брагинский Л.П. и др.
Комплексная
экологическая классификация качества поверхностных вод суши // Гидробиол.
журн. 1993. Т. 28. №4. С. 62-76.
16. Папченков В.Г., Бобров А.А. Оценка экологического состояния малых рек
ярославской области по высшей водной растительности // Экологическое
состояние малых рек Верхнего Поволжья. М: Наука. 2003. С. 291-296.
17. Романеко В.И., Кузнецов С.И. Экология микроорганизмов пресных водоѐмов.
Л.:наука.1974. 194 с.
18. Сироткин А.К., Гаврилова О.В., Волошко Л.Н., Громов Б.В. Вирусы в планктоне
Ладожского озера // ДАН. Т. 378. № 3. С. 427-429.
19. Стройнов Я.В., Косолапов Д.Б., Копылов А.И. Вирусы в планктоне озера Севан
// Экология озера Севан в период повышения его уровня. Результаты
исследований
Российско-армянской
биологической
экспедиции
по
гидроэкологическому обследованию озера Севан (Армения) (2005-2009 гг.).
Махачкала: Наука ДНЦ. 2010. С. 115-123.
20. Тифенбах О.И. Численность бактерий и продукция их биомассы в воде озера
Севан // Микробиология. 1982. Т. 51. № 4. С. 78-81.
21. Тихоненков Д.В. Структура сообществ и количественное обилие планктонных
гетеротрофных жгутиконосцев (Protista) реки Ильдь (Ярославская область) //
Экосистемы малых рек: биоразнообразие, экология, охрана. Матер. конф. М.
2008. с. 292-294.
22. Эдельштейн К.К. Формирование, перемещение и трансформация водных масс в
Горьковском водохранилище. Автореф. дисс. Соискание учен. степени канд.
геогр. Наук. М. 1964. 16 с.
23. Экология озера Севан в период повышения его уровня. Результаты
исследований
Российско-армянской
биологической
экспедиции
по
гидроэкологическому обследованию озера Севан (Армения) (2005-2009 гг.).
Махачкала: Наука ДНЦ. 2010. 338 с.
89
24. Экологические проблемы Верхней Волги. Ярославль.: Яросл. Гос. Тех. Ун-т.
2001. 427 с.
25. Almeida M., Cunha M., Alcantara F. Loss of estuarine bacteria by viral infection
predation in microcosm conditions // Microb. Ecol. 2001. V.42. P. 562-571.
26. Baudoux, A.-C., Noordeloos, A. A. M., Veldhuis, M. J. W. & Brussaard, C. P. D.
Virally induced mortality of Phaeocystis globosa during two spring blooms in
temperate coastal waters // Aquatic Microbial Ecology 2006. V. 44. P. 207-217.
27. Bergh O., Borsheim G., Bratbak G., Heldal M. High abundance of viruses found on
aquatic environments // Nature (London). 1989. V. 340. P. 467-468.
28. Berninger U-G., Finlay F.J., Kuuppo-Leinikki P. Protozoan control of bacterial
abundances in freshwater // Limnol. Oceanogr. 1991. V. 36. P. 139-147.
29. Bettarel Y., Amblard C., Sime-Ngando T., Carrias J.-F., Sargos D., Garabetian F.,
Lavandier P. Viral lysis versus flagellate grazing as factors regulating bacterial
abundance in a oligomesotrophic lake: a short term study// Microb. Ecol. 2003. V.42.
P. 119-127.
30. Bettarel Y., Bouvy M., Dumont C., Sime-Ngando T. Virus-bacterium interactions in
water and sediment of West African inland aquatic systems // Appl. Environ.
Microbiol. 2006. V.72. №8. P. 5274-5282.
31. Bettarel Y., Sime-Ngando T., Amblard C.,Carrias J.-F., Sagros D., Garabetian F.,
Lavandier P. The functional importance of bacteriophages in the microbial loop of an
oligomesotrophic lake over a diel cycle // Ann. Limnol. 2002. V. 38. №4. P. 263-269.
32. Bettarel Y., Sime-Ngando T., Amblard C., Dolan., J. Viral activity in two contrasting
lake ecosystems // Appl. Environ. Microbiol. 2004. V.70. №5. P. 2941-2951.
33. Bettarel Y., Sime-Ngando T.,Amblard C., Laveran H. A comparison of methods for
counting viruses in aquatic systems // Appl. Environ. Microbiol. 2000. V. 66. P.
2283-2289.
34. Bettarel Y., Sime-Ngando T., Bouvy M., Arfi R., Amblard C. Low consumption of
virus-sized particles by heterotrophyc nanoflagellates in two lakes of the French
Massif Central // Aquat. Microb. Ecol. 2005. V.39. P. 205-209.
35. Binder B. Reconsidering the relationship between virally induced bacterial mortality
and frequency of infected cells // Aquat. Microbial. Ecol. 1999. V.18. P. 207-215.
36. Bernstein C. Deoxyribonucleic acid repair in bacteriophage // Microbiol. Rev. 1981.
V. 45. P. 72-98.
90
37. Boteva S., Kenarova A., Traykov I., Bogoev V. Vertical distribution of
bacterioplankton in Dolnoto Lake – Seven Rila Lakes // Biotechnol. Eq. 2009 V. 23.
SE. P. 365-368.
38. Bouvier T., Del Giorgio P.A. Key role of selective viral-induced mortality in
determining marine bacterial community composition // Environ. Microbiol. 2007.
V.9. P. 289-297.
39. Bratbak G., Eggie J.K., Heldal M. Viral mortality of the marine alga Emiliania
Huxley (Haptophyceae) and termination of algal blooms // Mar. Ecol. Prog. Ser.
1993. V. 93. P.39-48.
40. Bratbak G., Heldal M. Viruses rule the waves: The smallest and most abundant
members of marine ecosystems // Microbiology Today. 2000. V. 27. P. 171-173.
41. Bratbak G., Heldal M., Norland S., Thingstad T.F. Viruses as partners’ in spring
bloom microbial trophodynamics // Appl. Environ. Microbiol. 1990. V.56. P. 14001405.
42. Bratbak G., Heldal S., Norland S., Thingstad T.F., Riemann B., Haslund O.H.
Incorporation of viruses into the budget of microbial C-transfer. A first approach //
Mar. Ecol. Prog. Ser. 1992. V.83. P. 273-280.
43. Bratbak G., Jacobsen A., Heldal M. Viral lysis of Phaeocystis pouchetii and bacterial
secondary production // Aquat. Microb. Ecol. 1998. V. 16. P. 11-16.
44. Bratbak G., Thingstad F., Heldal M. Viruses and the microbial loop // Microb. Ecol.
1994. V. 28. P. 209-221.
45. Brussaard C.P.D. Viral control of phytoplankton population – a review // The Journal
of Eukaryotic Microbiology. 2004. V. 51. № 2. P. 125-138.
46. Callieri C., Heinimaa S. Microbial loop in the large subalpine lakes // Mem. Ist. Ital.
Hidrobiol. 1997. V. 56. P. 143-156.
47. Caron D.A. Technique for enumeration of heterotrophic and phototrophic
nanoplankton, using epifluorescence microscopy and comparison with other
procedures // Appl. Environ. Microbiol. 1983. V. 46. № 2. P. 491-498.
48. Clasen J.L., Brigden J.P., Payet J.P., Suttle C.A. Evidence that viral abundance
across oceans and lakes is driven by different biological factors // Freshwater
Biology. 2008. V. 53. № 6. P.1090-1100.
91
49. Cochran P.K., Kellogg C.A., Paul J.H. Prophage induction of indigenous marine
lysogenic bacteria by environment pollutants // Mar. Ecol. Prog. Ser.1998. V. 164. P.
125.
50. Cottrel M.T., Suttle C.A. Dynamics of a lytic virus infecting the photosynthetic marine
picoflagellate Micromonas pussila // Limnol. Oceanogr. 1995. V. 40. P. 730-739.
51. Danovaro R. Impact of pollution on marine viruses, bentic viral production and
lysogeny // Ecology of marine viruses (Bnuls-sur-mr, 19-22 March 2003). CIESM
Workshop Monographs – Monaco. 2003. № 21. P. 45-46.
52. Danovaro R., Corinaldesi C., Filippini M., Fischer U.R., Gessner M.O. Jacquet S.,
Magagnini M., Velimirov B. Virobenthos in freshwater and marine sediments: a
review // Freshwater Biology. 2008. V. 53. P. 1196-1213.
53. de Araujo M.F.F., Godinho M.J.L. Short-term variations of virus-like particles in a
tropical lake: releationship with microbial communities (bacteria, ciliates and
flagellates) // Microbiological research.2009. V. 164. P. 411-419.
54. Duckworth D. History and basic properties of bacterial viruses // Phage ecology. John
Wiley & Sons, Inc., Ney York. N.Y. 1987.P. 1-43.
55. Fenchel T. Ecology of heterotrophic microflagellates. II. Bioenergetics and growth //
Mar. Ecol. Prog. Ser. 1982. V. 8 P. 225-231.
56. Fenchel T. Ecology of heterotrophyc microflagellates. IV. Quantitative occurrence
and importance as bacterial consumers // // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1982. V. 9 P. 35-42.
57. Fischer M.G., Suttle C.A. A virophage at the origin of large DNA transpositions //
Science. 2011. V. 332. P. 231-234.
58. Fischer U.R., Velimirov B. High control of bacterial production by viruses in
eutrophic oxbow lake // Aquat. Microb. Ecol. 2002. V. 27. P. 1-12.
59. Fuhrman J.A. Marine viruses and their biogeochemical and ecological effects //
Nature. 1999. V. 399. P.541-558.
60. Fuhrman J.A., Noble R.T. Viruses and protists cause similar bacterial mortality in
coastal seawater // Limnol. Oceanogr. 1995. V.40. P. 1236-1242.
61. Furuta M., Schrader J.O., Schrader H.S., Kokjohn T.A., Nyaga S., McCullough A.K.,
Lloyd R.S., Burbank D.E., Landstein D., Lane L., Van Etten J.L. Chlorella virus
PBCB-1 encodes a homolog of the bacteriophage T4 UV damage repair gene denV //
Appl. Environ. Microbiol. 1997. V. 63. P. 1551-1556.
92
62. Gons H.J., Ebert J., Hoogveld H.L., Hove L., Pel R., Takkenberg W., Woldringh C.J.
Observations on cyanobacterial population collapse in eutrophic lake water // Antonie
van Leeuwenhoek. 2002. V. 81. P. 319-326.
63. Gonzalez J.M., Suttle C.A. Grazing by marine nanoflagellates on viruses and virussized particles: ingestion and digestion // Marine Biol. 1993. V. 94. P. 1-10.
64. Guixa-Boixareu N., Calderon-Paz J.I., Heldal M., Bratbak G., Pedros-Alio C. Viral
lysis and bacterivory as prokaryotic loss factors along a salinity gradient// Aquat.
Microb. Ecol. 1996. V. 11. P. 215-227.
65. Guixa-Boixereu N., Lysnes K., Pedros-Alio C. Viral lysis and bacterivory during a
phytoplankton bloom in a coastal water mesocosm // Appl. Environ. Microbiol. 1999.
V.65. P. 1949-1958.
66. Hara S., Terauchi K., Koike I. Abundance of viruses in marine waters: assessment by
epifluorescence and transmission electron microscopy // Appl. Environ. Microbiol.
1991. V. 57. P. 2731-2734.
67. Heldal M., Bratbak. G. Production and decay of viruses in aquatic environments //
Mar. Ecol. Prog. Ser. 1991. V. 72. P. 205-212.
68. Hennes K.P., Simon V. Significance of bacteriophages for controlling
bacterioplankton growth in a mesotrophic lake // Appl. Environ. Microbiol. 1995.
V.61. №1. P. 333-340.
69. Hennes K.P., Suttle C.A. Direct counts of viruses in natural waters and laboratory
cultures by epifluorescence microscopy // Limnol. Oceanogr. 1995. V. 40. P. 10501055.
70. Hewson I., O’Neil J., Heil C., Bratbak G., Dennison W. Effects of concentrated viral
communities on photosynthesis and community composition of co-occuring benthic
microalgae and phytoplankton // Aquat. Microb. Ecol. 2001. V.25. P.1-10.
71. Hill R.W., Cottrell M.T., Dacey J.W.H. Virus-mediated total release of
dimethylsulfoniopropionate from marine phytoplankton: a potential climate process //
Aquat. Microb. Ecol. 1998. V. 14. P. 1-6.
72. Hofer J., Sommaruga R. Seasonal dynamics of viruses in an alpine lake: importance
of filamentous forms // Aquat. Microb. Ecol. 2001. V. 26. P. 1-11.
73. Honjo M., Matsui K., Ueki M., Nakamura R., Fuhrman J.A., Kawabata Z. Diversity
of virus-like agents killing Microcystis aeruginosa in a hyper-eutrophic pond //
Journal of Plankton Research. 2006. V.28. P.407-412.
93
74. Hornak K., Masin M., Jezbera J., Bettarel Y., Nedoma J., Sime-Ngando T., Simek K.
Effects of decreased resource availability, protozoan grazing and viral impact on a
structure of bacterioplankton assemblage in a canyon-shaped reservoir // FEMS
Microb. Ecol. 2005. V. 52. P. 315-327.
75. Jiang S.C., Paul J.H. Significance of lysogeny in the marine environments: studies
with isolates and a model of lysogenic phage production // Microb. Ecol. 1998. V.35.
P. 235-243.
76. Joux F., Jeffrey W.H., Lebaron P., Mitchell D.L. Marine bacterial isolates display
diverse responses to UV-B radiation // Appl. Environ. Microbiol. 1999. V. 65. P.
3820-3827.
77. Kepner R.L., Wharton R.A., Suttle C.A. Viruses in Antarctic lakes // Limnol.
Oceanogr. 1998. V.49. P. 599-607.
78. Landry M.R., Hassett R.P. Estimating the grazing impact of marine microzooplankton // Marine Biol. 1982. V. 67. P. 283-288.
79. La Scola B., Desnuess C., Pagnier I., et al. The virophage as a unique parasite of the
giant mimivirus // Nature. 2008. V.455. P. 100-104.
80. Laybourn-Parry J., Hoffer J.S., Sommaruga R. Viruses in the plankton of freshwater
and saline Antarctic lakes // Freshwater biology. 2001. V. 46. P. 1279-1287.
81. Lawrence J., Chan A., Suttle C. A novel virus (HaNIV) causes lysis of the toxic
bloom-forming alga, Heterosigma akashiwo (Raphidophyceae) // J. Phycol. 2001. V.
37. P. 1-7.
82. Liu Y.M., Zhang Q.Y., Yuan X.P., Li Z.Q., Gui J.F. Seasonal variation of
virioplankton in a eutrophic shallow lake // Hydrobiologia. 2006. V. 560. P. 323-334.
83. Malin G., Wilson W.H., Bratbak G., Liss P.S., Mann N.H. Elevated production of
dimethylsulfide resulting from viral infection of cultures of Phaecocystis pouchetii //
Limnol. Oceanogr. 1998. V. 43. P. 1389-1393.
84. Mann N.H. Phages of the marine cyanobacterial picophytoplankton // FEMS
Microbiology Reviews. 2003. № 27. P. 17-34.
85. Marager R., Bird D.F. Viral abundance in aquatic systems: a comparison between
marine and fresh waters // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1995. V. 121. P. 217-226.
86. Mathias C.B., Kirschner A.K.N., Velimirov B. Seasonal variations of virus abundance
and viral control of the bacterial production in a backwater system of the Danube
river // Appl. Environ. Microbiol. 1995. V.61. №10. P. 3734-3740.
94
87. Murray A.G., Jackson G.A. Viral dynamics: a model of the effects of single-celled
planktonic organisms and other particles // Mar. Ecol. Progr. Ser. 1992. V.14. p. 113118.
88. Naess A., Roeggen T., Aeldal M., Bratback G. // Abstr. 6yh Int. Symp. Microb. Ecol.
September 6-11. 1992. Barselona. P. 216.
89. Newell S.Y., Christian R.R. Frequency of dividing cells as an estimator of bacterial
productivity // Appl. Environ. Microbiol. 1981. V. 42. № 1. P. 23-31.
90. Noble R.T., Fuhrman J.A. Breakdown and microbial uptake of marine viruses and
other lysis products // Aquat. Microb. Ecol. 1999. V. 42. P.562-571.
91. Noble R.T., Fuhrman J.A. Use of SYBR Green for rapid epifluorescence count of
marine viruses and bacteria // Aquat. Microb. Ecol. 1998. V. 14. P. 113-118 .
92. Noble R.T., Fuhrman J.A Virus decay and its causes in coastal waters // Appl.
Environ. Microbiol. 1997. V.63. P. 77-83.
93. Noble R.T., Middleboy M., Fuhrman J.A. Effects of viral enrichment on the mortality
and growth of heterotrophic bacterioplankton // Aquat. Microb. Ecol. 1999. V.18. P.
1-13.
94. Noble R., Stewart G.F. Estimating viral proliferation in aquatic samples // Paul J.H.
(ed.) Methods in Microbiology San Diego: Academic Press. 2001. V.30. P. 67-84.
95. Norland S. The relationships between biomass and volume of bacteria // Handbook of
Methods in Aquatic Microbial Ecology / Eds Kemp P., Sherr B., Sherr E., Cole J.
Boca Raton: Lewis Publ. 1993. P. 303-308.
96. Pedros-Alio C., Calderon-Paz J., Gasol J. Comparative analysis shows that
bacterivory, not viral lysis, controls the abundance of heterotrophic prokaryotic
plankton // FEMS Microbial. Ecol. 2000. V. 32. P.157-165.
97. Peduzzi P., Luef B. Viruses // Encyclopedia of inland waters. Oxford: Elsevier Inc.
2009. V.3. p. 279-294.
98. Peduzzi P., Schiemer F. Bacteria and viruses in the water column of tropical
freshwater reservoirs // Environ. Microbiol. 2004 V. 6. № 7. P. 707-715.
99. Pina S., Creus A., Gonzales N. et al. Abundance, morphology and distribution of
planktonic virus-like particles in two high-mountain lakes // J. Plankton Res. 1998. V.
20. №. 12. P. 2413-2421.
95
100. Porter K.G., Feig Y.S. The use DAPI for identifying and counting of aquatic
microflora // Limnol. Oceanogr. 1980. V. 25. №5. P. 943-948.
101. Pradeep Ram A.S., Boucher D., Sime-ngando T., Debroas D., Romagoux J.C. Phage
bacteriolysis, protistan bacterivory potential, and bacterial production in a freshwater
reservoir: coupling with temperature // Microb. Ecol. 2005. V.50. P.64-72.
102. Proctor L.M., Fuhrman J.A. Roles of viral infection in organic particle flux // Mar.
Ecol. Prog. Ser. 1991. V.69. P. 133-142.
103. Proctor L.M., Fuhrman J.A. Viral mortality of marine bacteria and cyanobacteria //
Nature (London). 1990. V. 343. P. 60-62.
104. Proctor L.M., Fuhrman J.A., Ledbetter M.C. Marine bacteriophages and bacteria
mortality// Eos. 1988. V.69. P. 1111-1112.
105. Proctor L.M., Okubo A., Fuhrman J.A. Calibrating estimates of phage-induced
mortality in marine bacteria: ultrastructural studies of marine bacteriophage
development from one-step growth experiments // Microbial. Ecol. 1993. V.25. P.
161-182.
106. Ripp S., Miller R.V. The role of pseudolysogeny in bacteriophage-host interactions in
a natural freshwater environment // Microbiology. 1997. V.143. P. 2065-2070.
107. Sanders R.W., Caron D.A., Verninger U-G. Relationships between bacteria and
heterotrophic nanoplankton in marine and freshwaters: an inter ecosystem
comparison // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1992. V.86. P.1-14.
108. Sawstrom C., Lisle J., Anesio A. M., Priscu J. C., Laybourn-Parry J. Bacteriophage
in polar inland waters // Extremophiles. 2008. V. 12. P. 167-175.
109. Shaffler J.J., Jacobsen L.M., Schrader J.O., Lee K.W., Martin E.L., Kokjohn T.A.
Characterisation of Pseudomonas aeruginosa bacteriophage UNL-1, a bacterial virus
with a novel UV-A-inducible DNA damage reactivation phenotype // Appl. Environ.
Microbiol. 1999. V. 65. P. 2606-2613.
110. Sherr E.B., Sherr B.F. Hight rates of consumption of bacteria by pelagic ciliates //
Nature. 1987. V.325. P.710-711.
111. Sieburth J.M., Johnson P.W., Hargraves P.E. Ultrastructure and ecology of
Aureococcus anophageffens gen. et sp. nov. (Chrisophyceae) the dominant
picoplankter during a bloom in Narragassett Bay Rhode Island USA summer 1985 //
J. Phycol. 1988. V. 24. P. 416-425.
96
112. Sigee D.C. Freshwater microbiology: biodiversity and dynamics interactions of
microorganisms in the freshwater environment. John Wiley & Sons Ltd. England.
2005. 524 p.
113. Simek K., Perthaler J., Weinbauer M.G. Hornak K., Dolan J., Nedoma J., Masin M.,
Amann R. Changes in bacterial community composition and dynamics and viral
mortality rates associated with enhanced flagellate grazing in mesoeutrophic reservoir
// Appl. Environ. Microbiol. 2001. V. 67. № 2. P. 171-198.
114. Slovackova H., Marsalek B. Virioplancton and microbial communities in two Czech
rivers (Svratka and Morava River) // Aquat. Sci. 2008. V. 70. P. 282-291.
115. Smith D.C., Stewart G.F., Azam F., Hollibaugh J.T. Virus and bacteria abundances
in the Drake Passage during January and August 1991 // Antarct. J.U.S. 1992. V.27.
P. 125-126.
116. Sommaruga R., Krossbacher M., Salvenmoser W., Catalan J., Psenner R. Presense of
large virus-like particles in a eutrophyc reservoir // Aquat. Microb. Ecol. 1995. V.9.
P. 305-308.
117. Sommaruga R., Sattler B., Oberleiter A. et al. An in situ enclosure experiment to test
the solar UVB impact on plankton in high-altitude mountain lake. II. Effects on
microbial food web // J. Plakton Res. 1999. V. 21. № 5. P. 859-876.
118. Spencer R. A marine bacteriophage // Nature (London). 1955. V. 175. P. 690-691.
119. Steward G.F., Smith D.C., Azam F. Abundance and production of bacteria and
viruses in the Bering and Chukchi seas // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1996. V.131. P. 289300.
120. Steward G.F., Wikner F.G., Cochlan W.P. Smith D.C. Azam F. Estimation of virus
production in the sea. I. Method development // Mar. Microb. Food Webs. 1992. V.6.
P. 79-90.
121. Steward G.F., Wikner F.G., Cochlan W.P. Smith D.C. Azam F. Estimation of virus
production in the sea. II. Field results // Mar. Microb. Food Webs. 1992. V.6. P. 7990.
122. Straskrabova V., Callieri C., Carrillo P.et al. Investigations on pelagic food webs in
mountain lakes – aims and methods // J. Limnol. 1999. V. 58. № 7. P. 77-87.
123. Suttle C.A. Ecology of marine viruses // Banyuls-surmer. 19-22 March 2003: CIESM
Workship Monogr. № 21. Monaco. 2003. P. 73.
97
124. Suttle C.A., Chan A. M., Cottrell M.T. Infection of phytoplankton by viruses and
reduction of primary productivity // Nature. 1990. V. 57. P. 467-469.
125. Suttle C.A., Chan A.M. Marine cyanophages infecting oceanic and coastal strains of
Synechococcus: abundance, morphology, cross-infectivity and growth characteristics
// Mar. Ecol. Prog. Ser. 1993. V. 92. P. 99-109.
126. Suttle C.A. Chan A.M. Dynamics and distribution of cyanophages and their effect on
marine Synechococcus sp. // Appl. Environ. Microbiol. 1994. V.60. P. 3167-3174.
127. Suttle C.A., Chen F. Mechanisms and rates of decay of marine viruses in seawater //
Appl. Environ. Microbiol. 1992. V. 58. P.3721-3729.
128. Tai V., Lawrence J.E., Lang A.S., Chan A.M., Culley A.I., Sutle C.A. Characterisation
of HaRNAV, a single-stranded RNA virus causing lysis of Heterosigma akashivo
(Raphidophyceae) // Journal of Phycology. 2003. V. 39. P. 343-352.
129. Tapper M.A., Hicks R.E. Temperate virus and lisogeny in Lake Superior
bacterioplankton // Limnol. Oceanogr. 1998. V.43. №1. P. 95-103.
130. Thingstad T.F., Heldal M., Bratbak G., Dundas I. Are viruses important partners in
pelagic food webs? // Trends Ecol. Evol. 1993. V.8. P. 209-212.
131. Thingstad T.F. Elements of a theory for the mechanisms controlling abundance,
diversity, and biogeochemical role of lytic bacterial viruses in aquatic systems //
Limnol. Oceanogr. 2000. V.45. P. 1320-1328.
132. Tijdens M., Van De Waal D.B., Slovackova H., Hoogveld H. L., Gons H. J. Estimates
of bacterial and phytoplankton mortality caused by viral lysis and microzooplankton
grazing in a shallow eutrophic lake // Freshwater Biology. 2008. V.53. P. 1126-1141.
133. Torella F., Morita R.Y. Evidence by electron micrographs for a hight incidence of
bacteriophage particles in the waters of Yaquina Bay, Oregon: ecological and
taxonomical implications // Appl. Environ. Microbiol. 1979. V 37. P. 774-778.
134. Tuomi P., Kuuppo P. Viral lysis and grazing loss of bacteria in nutrient- and carbonmanipulated brackish water enclosures // J. Plankton Res. 1999. V.21. P. 923-937.
135. Tuomi P., Torsvik K., Heldal M., Bratbak G. Bacterial population dynamics in
meromitic lake // Appl. Environ. Microbiol. 1997. V.63. №6. P. 2181-2188.
136. Vrede K., Stensdotter U., Lindstrom E.S. Viral and bacterioplankton dynamics in two
lakes with different humic contents // Microb. Ecol. 2003. V. 46. P. 406-415.
98
137. Weinbauer M.G., Fuks D., Peduzzi P. Distribution of viruses and dissolved DNA
along a coastal trophic gradient in the northern Adriatic Sea // Appl. Environ.
Microbiol. 1993. V. 59. P. 4074-4082.
138. Weinbauer M.G., Hofle M.G. Size-specific mortality of lake bacterioplankton by
natural virus communities //Aquat. Microb. Ecol. 1998. V.15. P. 103-113.
139. Weinbauer M.G., Hofle M.G. Significance of viral lysis and flagellate grazing as
factors controlling bacterioplankton production in eutrophic lake // Appl. Environ.
Microbiol. 1998. V.64. №2. P. 431-438.
140. Weinbauer M.G., Peduzzi P. Frequency, size and distribution of bacteriophages in
different marine bacterial morphotypes // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1994. V. 108. P. 1120.
141. Weinbauer M.G., Peduzzi P. Significance of viruses versus heterotrophic
nanoflagellates for controllong bacterial abundance in the Northern Adriatic Sea // J.
Plankton Res. 1995. V. 17. P.1851-1856.
142. Weinbauer M.G. Ecology of prokaryotic viruses // FEMS Microbiol. Rev. 2004. V.
28. P. 127-181.
143. Weinbauer M.G., Suttle C.A. Comparison of epifluorescence and transmission
electron microscopy for counting viruses in natural marine waters // Aquat. Microb.
Ecol. 1997. V. 13. P. 1851-1856.
144. Weinbauer M.G., Suttle C.A. Lysogeny and prophage induction in coastal and
offshore bacterial communities // Aquat. Microb. Ecol. 1999. V. 18. P. 217-225.
145. Weinbauer M.G.,Wilhelm S.W., Suttle C.A., Garza D.R. Photoreactivation
compensates for UV damage and restores infectivity to natural marine virus
communities // Appl. Environ. Microbiol. 1997. V. 63. P. 2200-2205.
146. Wiebe W.J., Liston J. Isolation and characterization of a marine bacteriophage // Mar.
Biol. 1968. V.1. P.244-249.
147. Wilcox R.M., Fuhrman J.A. Bacterial viruses in coastal seawater: lytic rather than
lysogenic production // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1994. V.114. P. 35-45.
148. Wilhelm S., Brigden S., Suttle C. A dilution technique for the direct measurement of
viral production: a comparison in stratified and tidally mixed coastal waters //
Microb. Ecol. 2002. V. 43. P. 168-173.
149. Wilhelm S.W., Carberry M.J., Eldridge M.L.,Poorvin L., Saxton M.A., Doblin M.A.
Marine and freshwater cyanophages in a Lauerentian Great Lake: evidence from
99
infectivity assays and molecular analyses of g20 genes // Appl. Environ. Microbiol.
2006. V. 72. № 7. P.4957-4963.
150. Wilhelm S.W., Smith R. E. H. Bacterial carbon production in Lake Erie is influenced
by viruses and solar radiation // Can. J. Fish aquat. Sci. 2000. V. 57. P. 317-326.
151. Wilhelm S.W., Weinbauer M.G., Suttle C.A., Jefrey W.H. The role of sunlight in the
removal and repair of viruses in the sea // Limnol. Oceanogr. 1998. V. 43. P. 586592.
152. Wilson W., Tarran G.A., Schroeder D.C., Cox M., Oke J., Malin G. Isolation of
viruses responsible for the demise of an Emiliania huxleyi bloom in the English
Channel // J. Mar. Biol. Ass. UK. 2002. V. 82. P. 369-377.
153. Wommack K.E., Colwell R.R. Virioplankton: viruses in aquatic ecosystems // Microb.
Mol. Biol. Rev. 2000. V. 64. № 1. P. 69-114.
154. Wommack K.E., Hill R.T., Muller T.A., Colwell R.R. Effects of sunlight on
bacteriophage viability and structure // Appl. Environ. Microbiol. 1996. V. 62. P.
1336-1341.
155. Wommack K.E.,Hill R.T., Kessel M., Russek-Cohen E., Colwell R.R. Distribution of
viruses in the Chesapeake Bay // Appl. Environ. Microbiol. 1992. V.58. P. 29652970.
156. Yau S., Lauro F.M., DeMaere M.Z. et al. Virophage control of antarctic algal hostvirus dynamics // PNAS USA. 2011. V. 108. № 15. P. 6163-6168.
100
ПРИЛОЖЕНИЯ
Таблица 1. Численность (NГнФ, кл./мл), средний объем клетки (Vср, мкм3),
биомасса (ВГнФ, мг/м3) гетеротрофных нанофлагеллят, суточная скорость
потребления бактерий (G, мг С/(м3×сут) гетеротрофными нанофлагеллятами в
Рыбинском водохранилище в 2010 г
Станции
NГнФ, Vср ВГнФ
10.08.
24.08.
3535
1389
28
46
98.7
64.5
10.08.
24.08.
Наволок
10.08.
24.08.
2272
3156
30
35
68.7
110.0
2777
5366
38
28
105.2
150.1
10.08.
24.08.
631 41
1238 29
10.08.
24.08.
2272 33
2146 30
10.08.
24.08.
4292 30
5176 27
NВ/NГФ
ВГФ/Вв,% G
103 кл./мл
Коприно
2524 15.1
2120
6629 9.8
1412
Молога
2570 13.7
954
2766 14.6
2314
1930 31.0
1301 27.6
Измайлово
46.7
10046 15.6
25.6
6153
4.2
Средний Двор
74.2
2976
15.2
63.5
3161
16.5
Брейтово
130.5 1154
30.3
138.7 1097
35.4
101
мгС/м3 G/РВ
38.7
25.4
65.7
56.6
19.6
47.5
9.8
46.2
1357
2517
22.4
48.0
12.7
78.2
394
634
4.9
12.3
2.6
8.8
1196
1048
21.9
15.9
9.5
14.5
1531
1904
31.6
33.4
18.1
28.7
Таблица 2. Численность (NГнФ, кл./мл), средний объем клетки (Vср, мкм3),
биомасса (ВГнФ, мг/м3) гетеротрофных нанофлагеллят, суточная скорость
потребления бактерий (G, мг С/(м3×сут) гетеротрофными нанофлагеллятами в
Горьковском водохранилище в 2010 г
Станции
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
NГнФ
3051
4359
5103
6975
2490
2180
11906
3923
4283
2180
6975
Vср ВГнФ
52
43
28
21
34
30
12
34
30
65
26
158.6
187.4
142.9
146.5
84.7
65.4
142.9
133.4
128.5
141.7
181.4
NВ/NГФ
2675
2064
1243
1394
3083
5168
875
4200
2933
8503
2473
ВГФ/Вв, %
27.6
25.4
16.4
25.0
14.3
8.4
22.6
10.6
13.0
11.4
12.2
102
G
103 кл./мл
3107
4048
2176
3419
1560
1768
3571
5275
3874
6304
7507
мгС/м3 G/РВ
55.2
79.3
80.2
93.7
62.3
85.0
54.3
48.8
35.4
16.1
31.0
32.2
56.9
22.1
99.1
28.4
74.5
76.9
108.6
65.6
154.6
45.9
Таблица 3. Численность (NГнФ, кл./мл), средний объем клетки (Vср, мкм3),
биомасса (ВГнФ, мг/м3) гетеротрофных нанофлагеллят, суточная скорость
потребления бактерий (G, мг С/(м3×сут) гетеротрофными нанофлагеллятами в
Чебоксарском водохранилище в 2010
Станции NГнФ
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
6103
5898
4795
7411
6052
11770
1872
5462
5462
8719
6539
6155
4616
6539
6103
4795
4411
Vср ВГнФ
27
46
11
18
37
32
44
34
43
49
42
46
31
33
35
41
36
164.8
271.3
52.7
133.4
223.9
376.6
82.4
185.7
234.9
427.2
274.6
283.1
143.1
215.8
213.6
196.6
158.8
NВ/NГФ
1976
3045
2898
2634
3108
1766
7976
2119
3115
2394
2177
2044
3594
2511
2264
2406
3364
ВГФ/Вв,% G
10.1
15.1
4.0
6.3
18.4
23.4
6.5
15.1
17.5
21.7
17.5
22.9
10.5
16.1
17.8
16.9
7.5
103
103 кл./мл
4769
11894
1760
6249
10108
18784
2951
5161
9588
16490
9379
8548
5698
8504
7085
5445
5656
мг С/м3
119.9
32.1
127.5
151.3
310.1
54.9
69.1
174.3
426.5
207.6
162.8
97.0
144.8
99.5
110.8
160.6
G/РВ
59.1
12.9
57.7
44.9
70.8
35.4
32.0
74.8
74.3
48.4
66.2
40.4
59.1
37.7
79.7
131.6
Таблица 4. Численность (NГнФ, кл./мл), средний объем клетки (Vср, мкм3),
биомасса (ВГнФ, мг/м3) гетеротрофных нанофлагеллят, суточная скорость
потребления бактерий (G, мг С/(м3×сут) гетеротрофными нанофлагеллятами в
р. Ока в 2010
Станции NГнФ
1
2
3
Vср ВГнФ
8720 35
6103 43
8206 22
NВ/NГФ ВГФ/Вв, %
305.2 2399
262.4 1244
180.5 1352
23.4
27.0
24.6
104
G
103 кл./мл мг С/м3
15323
221.6
4669
88.2
4805
74.6
G/РВ
68.4
59.2
62.7