Г.А. Заварзин - Лекции по природоведческой микробиологии (1125587), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Виноградским микроскопического подсчета бактерий в почве наступил период количественного учета бактерий в воде. Сначала воду просто испаряли в цилиндре на поверхности предметного стекла. Следующим этапом в развитии прямых методов было использование мембранных фильтров из нитроцеллюлозы. Они дали возможность изучать бантерионланнтон при очень низкой концентрации клеток в воде. Через мембранный фильтр пропускали определенный объем 159 отчасти характеризует состояние водоема. Значительно точнее отражает состояние биотических процессов в водоеме биологическое потребление кислорода (БПК), выражающее в мг Ог потребление кислорода на окисление веществ биотой.
Численность бактерий в озерах коррелирует с трофносгью водоема: воды, бактерии окрашивали эритрозином, фильтр подсушивали, просветлялн иммерсионным маслом и под микроскопом подсчитывали бактерии. Метод этот в практику контроля водоснабжения ввел А.С. Разумов, а в очень широком масштабе для морей применил А.Е. Крисе. Сейчас предпочитают окрашивать бактерии на фильтре люминесцентными красителями и считать в эпилюминесцентном микроскопе.
Прямой метод дал, во-первых, точное количественное представление о численности водных организмов, во-вторых, ясное представление об их морфологическом разнообразии. Прямому методу противостояли методы культивирования Р. Коха с подсчетом числа колоний на агаризованных средах и идентификацией индикаторных организмов во главе с Еле)зепсЫа сод для установления "коли-титра", разработанные санитарными бактериологами в 1880-е годы. Численность бактерий, определенная методом высева, оказывается в 100-10000 раз ниже результатов прямого счета. Применяются всякие ухищрения, чтобы уменьшить этот разрыв. Наименьшее различие получается при применении разбавленных и голодных сред и подсчете микроколоний, но и в этом случае разница составляет десятки и сотни раз.
Различие в численности водных бактерий при сравнении данных прямого метода и высева тем больше, чем чище вода; для сточных вод оно составляет десятки и сотни раз, для чистых олиготрофных вод — десятки тысяч. Но дело не только в численности: микроскоп с очевидностью убеждал, что культивируются ле те организмы, которые наблюдаются в природе.
Противоречие между прямыми и культуральными методами представляет важнейшее противоречие природоведческой микробиологии, наиболее отчетливо иллюстрируемое на примере водной микробиологии. При доминировании медицинских микробиологов был принят Кодекс номенклатуры бактерий, по которому узаконенным мог быть только тот таксон бактерий, который представлен "чистой культурой живого штамма в общепризнанной коллекции культур". В результате уцелели только те "морфовиды", которые были закреплены традицией, как Тл(ор!оса, ба!!!опе!!а и т.д., а об остальных постарались забыть. С другой стороны, применение прямых молекулярных методов идентификации дало множество "клонов'* последовательностей, о которых ничего нельзя сказать, кроме как об их филогенетическом положении и местонахождении отбора пробы.
Молекулярные методы расцениваются как "современные", з микроскопические как "архаические", Исследователь роли микроорганизмов в природе — наблюдатель — может иметь иное мнение. Разработка молекулярных методов идентификации и филогенетического положения "некультивируемых" организмов привела к пониманию того, что микрофлора океана, например, представлена совсем другими организмами: фотосинтезирующим пикопланктоном, массовыми планктонными археями. Фактически это подтверждение другими методами вывода, который был сделан на заре бактериологии водными микробиологами. 5.2.3. Бактериопланитон Планктон классифицируется по размеру микроорганизмов (в мкм): Фемто- 0,02-0,2 Вирусы Мезо- 200-2000 Протозоо- планктон Нектои Пико- Нано- Микро- 0,2-2,0 2,0 — 20 20-200 Бактерии Фптоплаиктоп Вплоть до кита Водная толща служит местообитанием бактериопланктона, тесно связанного в своей жизнедеятельности с другими планктонными организмами и создающего классический экологический треугольиик лродуценты — консументы-редуценты.
Первые представлены фитопланктоном от известных планктонных водорослей до мельчайших пикопланктонных форм, консументы — зоопланктоном, а все бактерии-деструкторы отнесены к редуцентам. Метод подсчета на мембранных фильтрах дал количественные представления о численности микроорганизмов безотносительно к их специфическим функциям. Метод особенно надежен для исследования планктона, который предположительно представлен отдельными организмами, свободно парящими в объеме воды. Развитие бактериопланктона определяется доступностью питательных веществ, находящихся в очень сильном разбавлении и, следовательно, требующих для их использования высокого сродства к субстрату. Концентрации используемого органического вещества в океане находятся в пределах десятка-тысячи мкг/л, т.е.
10-з, ррЬ (раг!ез рго Ь111юп). Вертикальное распределение бактериопланктона очень характерно, и получено множество кривых численности в зависимости от глубины. Как правило, в олиготрофных водоемах численность бактериопланктона имеет максимум в гиполимнионе, чаще всего сразу под максимумом фитопланктона. В евтрофных водоемах максимум чаще наблюдается в металимнионе в зоне хемоклина, иногда очень резкий, хотя из-за небольшой глубины таких водоемов численность бактерий может быть высокой по всему объему. В общем, численность бактерий следует за продуцентами фитопланктона и их отмиранием.
Та же закономерность наблюдается и в сезонной численности. Максимум численности бывает в период летней стагнации в июне-июле, минимум — зимой. Численность бактерий соответствует не всему органическому веществу, определяемому методом химического окисления (ХПК— химическое потребление кислорода, определяемое по перманганатпой или бихроматной окисляемости), а лишь легко усвояемой его части. Особенно наглядно такое различие между ХПК и БПК для дистрофных гуматных вод. Взвешенное органическое вещество полимеров либо оседает на дно в мелководных водоемах, либо используется в микроагрегатах-пеллетах по мере оседания. Экосистемная (иетто-) продукция не может служить критерием трофности: она а Г.
А. заварзин 161 одинакова в арктических и тропических озерах вследствие очень высокой деструкции в тропиках. Широко используемое понятие "евтрофикация" становится далеко не таким ясным, когда пытаются установить простые н универсальные критерии. Численность бактериопланктона контролируется животнымифильтраторамн, иногда крупными, которые очищают воду от взвеси. Нередко чистота воды зависит именно от эффективности удаления бактериопланктона, а не от возможностей его развития.
Это справедливо и для экосистемы коралловых рифов, и для многих водоемов. Зоопланктон, однако, ориентирован преимущественно на фитопланктон как свою пищевую базу. Роль микроскопических животных с бактериотрофным питанием в водных экосистемах, особенно протисгов, очень велика. Нижним пределом для эффективного питания фильтраторов считается плотность 10~~~ клеток бактерий в 1 мл воды. Наличие и сильное воздействие консументов отличает водные микробные системы от наземных, где микробы могут найти убежище в физической нише. Фитопланктон, как правило, имеет свободную от бактериальных обрастаний поверхность клеток, пока не началось отмирание. Есть специальные группы бактерий-хищников, сходных с бделловнбрионами, которые способны нападать на микроводоросли; они были исследованы Б.В.
Громовым и дали пример любопытной группы организмов. Однако, как правило, живые клетки фитопланктона свободны от эпнфитов, Вместе с тем получить бактериально чистую культуру водорослей крайне трудно. Проблема взаимоотношения водорослей и бактерий особенно настойчиво разбиралась в связи с разработкой систем жизнеобеспечения. Отмирающие клетки водорослей сразу же становятся объектом заселения нх бактериями, сред которых многочисленны организмы с прикрепительными дисками, как у каулобактеров. Микроскопия таких отмирающих клеток показывает, что они становятся похожими на ершики для мытья пробирок из-за множества палочковидных бактерий, прикрепляющихся к ним.
Внутри более крупных клеток отмерших водорослей можно иногда наблюдать микроколонии бактерий, но в основном процессы разложения идут снаружи. Взвешенное органическое вещество служит питательным субстратом зоопланктона, в первую очередь, фильтраторов. Бактерии служат первичными деструкторами того, что называется растворенным органическим веществом, но для выхода веществ в раствор необходимы либо автолиз, либо разрушение под действием внешних факторов. Важным путем провоцирования лизиса у водорослей служат фаги и вирусы, которые рассматриваются как агенты, определяющие конец цветения при высоких плотностях водорослей.
Альгофаг хлореллы был открыт Н.Б. Заварзинойз, а через пять лет были открыты цианофагиз. Затем они стали объектом интенсивного изучения как важный экологический фактор. Фаголизис цианобактерий и водорослей приводит к резкому выбросу растворимых легкоусваиваемых веществ гибнущей популяцией водорослей. В 1990-х годах обнаружение вирусов цнанобактернй, показало, что численность частиц составляет до миллиона на мл, 5% цнанобактерий в море содержали фаги, принадлежащие ко всем группам пресноводных фагов. Особый интерес вызвали фаги цианобактерий пикопланктона.
В целом можно полагать, что не только зоопланктон, но и вирусы могут служить фактором регуляции численности фитопланктона, особенно в конце цветения прн высоких плотностях. Минимальная плотность популяции хозяина для фаговой инфекции >10' клеток/мл. 5.2.4. Круговорот углерода Цикл углерода в водоеме включает следующие стадии: ' 1) первичная продукция, лимитируемая биогенами (Х, Р, 51, Ре...); 2) регенерационная продукция, обеспечиваемая биогенами, освобождаемыми при деструкции в фотнческой зоне и непосредственно под ней; 3) экспортная продукция — вынос вещества из фотической зоны; 4) вторичная продукция — синтез биомассы органотрофами-деструкторами; 5) синтез биомассы цепью консументов; 6) синтез биомассы в фекальной цепи деструкции (пеллеты); 7) синтез биомассы деструкторов в осадках (пелофильная микробиота).
Заведомая ограниченность применения культуральных методов к водной микробиологии из-за большого вклада некультивируемых организмов породила вариант "бескультурной микробиологии", где оцениваются процессы, а не организмы. Для таких работ не обязательна специальная подготовка в области микробиологии, и они эффективны в руках экологов с широким образованием. Наибольших успехов в этом отношении достигли гидробиологи, которым была важна суммарная групповая оценка баланса процессов. Лидером здесь был Г.Г. Винберг, исследовавший цикл СОз/О, в озерах, за которым последовали различные разработчики тех же принципов в школе микробиологов С.И.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
