Влияние гидродинамического режима вод и адгезии на бактерии

Гидродинамический режим оказывают существенное влияние на количественное распределение микроорганизмов и их функциональную активность (Poremba, 1999). Адгезия микроорганизмов – способность микроорганизмов адсорбироваться на твердых поверхностях и чувствительных клетках с последующей колонизацией.

Океанологические процессы являются ведущим фактором жизнедеятельности морской флоры и фауны, особенно на литорали, определяют скорость обновления и очищения вод. Евтрофные бактерии весьма обильны в прибойных зонах, где происходит интенсивное механическое разрушение взвешенного органического вещества, в частности – отмерших остатков водорослей и гидробионтов. В Северном и Балтийском морях численность эвтрофных бактерий в таких зонах колеблется от 10⁴ до 10⁶ кл/мл, в прилегающих к ним акваториях она на порядок ниже (Ильинский, 2000).

Адгезия также имеет важное значение в жизни бактерий, поскольку некоторые формы в естественной для них среде могут существовать только в прикрепленном состоянии. Адгезия осуществляется, главным образом, благодаря взаимодействию разноименно заряженных поверхностей. В результате этого взаимодействия клетки могут прикрепляться почти к любой поверхности. Бактериальные клетки обычно заряжены отрицательно и хорошо адсорбируются на положительно заряженных частицах. Однако в большинстве случаев происходит взаимодействие бактерий с одноименно отрицательно заряженными поверхностями почвенных частиц, стекла и т. п. В этих случаях прикрепление бактерий к поверхности зависит от соотношения между энергией притяжения сил Ван-дер-Ваальса и энергией отталкивания отрицательно заряженных поверхностей.

Некоторые почвенные бактерии способны к адгезии на любых поверхностях (гидрофильных и гидрофобных, положительно и отрицательно заряженных). Это можно объяснить наличием на поверхности клеток различных структур, которые могут «выдвигаться» или «убираться» в зависимости от типа поверхности, к которой клетки приближаются (Звягинцев, 2005).

Способность к адгезии имеет большое приспособительное значение для бактерий в условиях естественных сред, очень бедных органическим веществом. Так, в морской или речной воде, налитой в стеклянную посуду, количество бактерий через несколько часов резко увеличивается, причем увеличение численности бактерий приблизительно пропорционально величине отношения поверхности стенок сосуда к объему. Бактерий становится еще больше, если в склянки поместить стеклянные бусы, кусочки стекла, кварцевый песок. Большинство клеток развивается на поверхностях погруженных в воду предметов. Замечено, что бактериальные клетки, прикрепленные к грунтовым частицам в состоянии противостоять абразивному воздействию и избегать стресса в связи с высокой энергией окружающей среды (Novitsky, 1989; Brown, 1990). Кроме того, прикрепленные бактерии проявляют большую пластичность, позволяющую им оптимально адаптироваться к экстеремальным условиям (Mudryk, 2001).

Развивающиеся на твердой поверхности бактерии находятся в своеобразных условиях, в ином физическом и химическом окружении, чем плавающие клетки. На поверхности субстрата несколько иное значение рН, иная водная активность, чем в окружающей среде. Иногда адсорбированные клетки менее активны, чем неадсорбированные; поскольку на поверхности твердых предметов, могут скапливаться не только пищевые субстраты, но и токсичные соединения. Обычно микроорганизмы по-разному адгезируются на разных стадиях своего развития. Есть стадии, на которых они находятся в свободном состоянии, и есть стадии, на которых они ведут прикрепленный образ жизни. Некоторые микробы переходят в адгезированное состояние в стадиях покоя, другие, наоборот, в активном состоянии адгезируются, а в стадиях покоя могут находиться в свободном состоянии. Изучение молекулярных механизмов адгезии клеток позволит глубже понять специфику процессов, осуществляемых микроорганизмами в воде, разработать методы их десорбции для количественного учета и выделения, понять механизмы структурообразования и глубже охарактеризовать взаимодействие органических веществ в водных экосистемах.

Исследования в проточных системах грунтовых вод показали, что судьба биодеградируемых органических веществ в значительной степени определяется гидрологическими условиями в них. Для успешной деградации доступного органических веществ необходимо длительное привыкания бактерий к новому субстрату. Если происходит непрерывное разбавление адаптированных к данному субстрату клеток за счет их слива, то повторное внесение субстрата требует нового времени привыкания бактерий к субстрату. Однако, сообщества прикрепленных бактерий, не подвергающиеся постоянному удалению за счет слива, способны сохранять в течение некоторого времени состояние адаптации к субстрату, и повторное добавление субстрата вызывает у них ускоренный метаболический отклик ( Макаревич, 2006).

Изучение динамики микробной популяции в проточной системе показало, что площадь поверхности гравия определяет численность бактерий на его поверхности. Метаболическая активность сообщества бактерий на поверхности гравия при разложении детрита водорослей зависела от интенсивности обтекания поверхности гравия водой. Снижение притока воды и питательных веществ в перифитонное сообщество отражалось на метаболической активности отдельной бактериальной клетки и служило основой для возможных неблагоприятных плотностных эффектов, ингибирующих метаболизм перифитонных бактерий (Макаревич, 2006).

В связи с этим гидродинамический режим водоема и адгезионные процессы можно рассматривать в качестве сильнодействующих регуляторов процесса функционирования микробных ценозов в прибрежных экосистемах.

Список литературы

1. Мишустина, И. Е. Морская микробиология / И. Е. Мишустина, И. К. Щеглова, И. Н. Мицкевич. – Владивосток: Изд–во ДВГУ, 1985. – 184 с.

2. Мишустина, И.Е. Микроорганизмы на литорали Баренцева моря / И.Е. Мишустина, М.И. Москвина, Ю.М. Миллер // Жизнь и среда полярных морей. – Л.: Наука, 1989. – С. 66–76

3. Теплинская, Н.Г. Процессы бактериальной продукции и деструкции органического вещества в северных морях / Н.Г. Теплинская. – Апатиты: изд-во Кольского филиала АН СССР, 1990. – 106 с. 189.

4. Теплинская, Н.Г. Экологические группы в сапрофитном бактериопланктоне Баренцева и Белого морей / Н.Г. Теплинская, М.И. Москвина // Комплесные океанологические исследования Баренцева и Белого морей. – Апатиты: изд-во Кольского филиала АН СССР, 1987 в. – С. 71 – 84. 190Перетрухина, 2002

5. Макаревич, Е.В. Бактериобентос литорали южного и среднего колен Кольского залива: дисс. … канд. биол. наук / Е.В. Макаревич – М., 2004. – 150 с.

6. Литвинова, М.Ю. Гетеротрофный бактериопланктон среднего и северного колен Кольского залива и его участие в процессах естественного очищения от нефтяных углеводородов: дисс. … канд.биол.наук / М.Ю. Литвинова. – Мурманск, 2013. – 173 с

7. Кольский залив: океанография, биология, экосистемы, поллютанты / Под ред. Г. Г. Матишова. – Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2009 – 265 с.

8. Кольский залив: океанография, биология, экосистемы, поллютанты / Под ред. Г. Г. Матишова. – Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1997 – 265 с.

9. Танцюра, А. И. О течениях Баренцева моря / А.И. Танцюра //Труды ПИНРО. – 1959. – Вып. 11. – С. 35 – 53. Яковлев, 1961

10. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области в 2012 году. – Мурманск: Индивидуальный предприниматель Щербаков Максим Леонидович, 2013. – 152 с.

11. Широкая, Т. А. Гидрохимические исследования бассейна Кольского залива / Т.А. Широкая, С.И. Овчинникова. – Мурманск: Изд-во МГТУ, 2011. – 182 с.

12. Перетрухина, И.В. Гетеротрофный бактериопланктон литорали Кольского залива и его роль в процессах естественного очищения вод от нефтяных углеводородов: дисс. канд. биол. наук / И.В. Перетрухина. – Мурманск, 2006. – 230

13. Дженюк Л., Кольский залив: океанография, биология, экосистемы, поллютанты. - Апатиты: Изд-во Кол. науч. центра РАН, 1997. – 51-58 с.

14. Краткий курс лекций по гидробиологии: учебное пособие для студентов-бакалавров биологических направлений / сост. В.В. Леонтьев. – Елабуга: Изд-во Елабуж. ин-та К(П)ФУ. – 90 с.

15. Чуб, И.Н. конспект лекций по дисциплине «Микробиология» (для студентов 2 и 4 курсов дневной и заочной форм обучения по направлениям подготовки 6.060103 – «Гидротехника (Водные ресурсы)»)” и 6.060101 «Строительство» (специальность «Водоснабжение и водоотведение»)) / И. Н. Чуб, О. В. Булгакова; Харьк. нац. ун-т гор. хоз-ва им. А. Н. Бекетова. - Х.: ХНУГХ, 2014. – 117 с.

16. Практическая гидробиология. Пресноводные экосистемы / под. ред. В.Д. Фёдорова, В.И. Капкова. – М.: Изд-во ПИМ, 2006. – 367 с. 4.

17. Романенко В.И. Экология микроорганизмов пресных водоёмов: лабораторное руководство / В.И. Романенко, С.И. Кузнецов. – Л.: Наука, 1974. – 194 с.

18. Миронов О.Г. Взаимодействие морских организмов с нефтяными углеводородами. Л.: Гидрометеоиздат, 1985

19. Кураков А.В., Ильинский В.В., Котелевцев С.В., и др. Биоиндикация и реабилитация экосистем при нефтяных загрязнениях. М.: «Графикон», 2006

20. Рубцова С.И. Гетеротрофные бактерии - показатели загрязнения и самоочищения морской среды. Экология моря. 2002, 62: 81-84

21. Прунтова, О.В. К93 Курс лекций по общей микробиологии и основам вирусологии. В 2 ч. Ч. 1 / О. В. Прунтова, О. Н. Сахно, М. А. Мазиров; В ладим. гос. ун-т. - Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2006. - 192 с

22. Овчинникова С.И., Широкая Т.А., Похольченко Л.А., Михнюк О.В., Смирнова Е.Б., Тимакова Л.И. Биохимические и гидрохимические исследования водных экосистем Северного бассейна. Мурманск, МГТУ, 168 с., 2010. Овчинникова С.И., Широкая Т.А., Михнюк О.В., Панова Н.А. Гидрохимические исследования вод Кольского залива. Рыбное хозяйство, № 4, с.39-41, 2011.

23. Протасов, А.А. Жизнь в гидросфере: очерки по общей гидробиологии. – Киев: Академпериодика, 2011. – 703 с.

24. Пиневич, А.В. Микробиология. Биология прокариотов: Учебник. В 3-х т. Том 1. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2006. – 352 с.

25. Нетрусов, А.И. Общая микробиология / А.И. Нетрусов, И.Б. Котова. – М.: изд-во «Academia», 2007. – 288 с.

26. Ильинский, В.В. Гетеротрофный бактериопланктон: экология и роль в процессах естественного очищения среды от нефтяных загрязнений: Дисс. … докт. биол. наук / В.В. Ильинский. – М., 2000. – 581 с.

27. Воскобойников, Г.М. О возможной роли Fucus vesiculosus в очистке прибрежных акваторий от нефтяного загрязнения / Г.М. Воскобойников, Д.В. Пуговкин // Вестник МГТУ. – Т. 15. – № 4. – 2012. – с. 716 – 721.

28. География и мониторинг биоразнообразия: Серия учебных пособий «Сохранение биоразнообразия» / Коллектив авторов под рук. Н.С. Касимова. – М.: Издво НУМЦ, 2002. – 432 с.

29. Буткевич, В.С. Метод бактериологического исследования и некоторые данные о распределении бактерий в воде и осадках Баренцева моря / В.С. Буткевич // Тр. Океанограф. ин-та. – 1932. – Т.2. – № 2. – С. 5 – 37.

30. Богданова, О.Ю. Морфология и биоразнообразие гетеротрофного бактериопланктона литорали Кольского залива / О.Ю. Богданова, Е.С. Мищенко. – Мурманск: Изд-во МГТУ, 2011.

31. Богданова, О.Ю. Пространственно-временная изменчивость гетеротрофных бактериальных сообществ воды литорали Кольского залива: дисс. … канд.биол.наук / О.Ю. Богданова. – Мурманск, 2003. – 147 с.

32. Байтаз, В.А. Количественные и продукционные характеристики бактериального населения прибрежной зоны Баренцева моря / В.А. Байтаз, О.Н. Байтаз // Продукционно-деструкционные процессы пелагиали прибрежья Баренцева моря. – Апатиты: изд-во Кольского филиала АН СССР, 1991. – С. 20 – 33. 7.

33. Байтаз, О.Н. Некоторые данные о пространственном распределении бактериопланктона Баренцева моря / О.Н. Байтаз, В.А. Байтаз // Комплексные океанологические исследования Баренцева и Белого морей. – Апатиты: изд-во Кольского филиала АН СССР, 1987. – С. 84 – 89. 8. Байтаз, О.Н. Пространственно-временная изменчивость бактериопланктона Баренцева моря: автореф. дисс. … канд. биол. наук / О.Н. Байтаз. – М., 1998. – 25 с. 9. Бактериальная палеонтология: Учеб. пособие для студентов вузов / под ред. А.Ю. Розанова. – М.: ПИН РАН, 2002. – 188 с.

34. Охрана окружающей среды и здоровья человека в Российской Федерации и странах Евросоюза [Электронный ресурс]: материалы междунар. науч.-практ. конф., Мурманск, 31 окт. 2014 г. / ред. кол.: Минченок Е. Е., Федотова Л. В., Яшкина А. А.

35. Звягинцев, Д. Г. Почва и микроорганизмы / Д. Г. Звягинцев. – М., 1987. – 256 с.

36. Громов, Б. В. Экология бактерий: Учеб. Пособие / Б. В. Громов, Г. В. Павленко. – Л.: Издательство Ленинградского университета, 1989. – 248 с.

37. Яковлев, Б.А. Климат Мурманской области / Б.А. Яковлев. – Мурманск: Мурманское книжное издательство, 1961. – 178 с.

38. Сорокин, Ю.И. Определение численности и биомассы бактериопланктона в пробе / Ю.И. Сорокин // Современные методы количественной оценки распределения морского планктона. – М.: Наука, 1983. – С. 126–128.