Характеристика макрофитно-бактериальных взаимоотношений в водных биоценозах

Практически все живые организмы на планете существуют в тесной связи друг с другом, находясь в симбиотических отношениях (Бухарин О.В., 1999). Показано, что своеобразие биоценозов, формирующихся в различных биотопах, обусловлено совокупным действием комплекса абиотических факторов (Шварц С.С., 1980; Одум Ю., 1986; Хаитов и др., 2000), а так же биологическими особенностями членов сообщества, определяющими характер взаимоотношений между ними (Бондаренко В.М. и др., 1997; Воронов и др., 2000). Жизнь водоема, его биоценозов, характеризуется эволюционно сложившимися взаимоотношениями между макрои микроорганизмами в экосистеме (Константинов А.С., 1967; Сергеев В. П. и др., 2000). Хотя водные макрофиты и бактерии являются неотъемлемой частью гидробиоценозов, механизмы формирования макрофитно-бактериальных ассоциаций в настоящее время наименее изучены. Литературные данные по изучению их взаимоотношений обычно ограничиваются трофическими связями (Сомов Г. П., Литвин В. Б., 1988; Аксенов М. Ю., Гаровникова Ю. С., 1994; Горобец О. Б., 2001).

Многочисленными исследованиями показано, что одним из экологически значимых факторов, принимающих участие в формировании гидробиоценозов, является лизоцим (Багнюк В.М., Закордонец О. А., 1980; Багнюк В. М., Ново-женко Л.С., Закордонец О. А., 1983). Обосновано существование в пресных водоемах особой функциональной системы «лизоцим гидробионтов — антилизо-цим бактерий» (Соловых Г. Н., 1995), способствующей формированию простых и сложных сетевых связей между гидробионтами. Г. Н. Соловых и И. В. Карнаухова (1999) выделили лизоцим пресноводного двустворчатого моллюска Unio pictorum и показали специфические его действия на водные микроорганизмы. Показана роль лизоцима как одного из биологических факторов гидробионтов, участвующих в процессах самоочищения водоемов от патогенной и условно патогенной микрофлоры (Нефедова Е.М., 2001). Однако, роль функциональных связей типа «лизоцим-антилизоцим» в формировании макрофитно-бактериальных ассоциаций остаются изучены недостаточно. Нет сведений о таксономическом спектре микроорганизмов — ассоциантов макрофитов. Недостаточно исследованы биологические свойства, характерные для бактерий и макрофитов в условиях природных сообществ, в частности нет данных о распространенности и выраженности лизоцимного и антилизоцимного признаков в макрофитно-бактериальных сообществах водоемов. До сих пор недостаточно изучен вопрос о роли макрофитов в формировании различных сообществ гид-робионтов и бактериопланктона в том числе.

Как фототрофные организмы макрофиты обладают многообразием синтетических процессов, конечными продуктами которых являются биологически активные вещества (Гудвин Т., Мерцер Э., 1986), в частности флавоноиды. Микроорганизмы контактируют в среде своего обитания с флавоноидами, которые могут быть пищевыми субстратами для некоторых бактерий (Winter J., 1989; Pillai B.V.S., 2002), или выполнять определенную роль в симбиотических взаимоотношениях с микроорганизмами (Pandya S., 1999) и участвовать в защите растений от инфекций (Padmavati ML, 1997). В этой связи актуальной является оценка роли флавоноидов в формировании макрофитно-бактериальных ассоциаций.

Таким образом, важное значение макрофитно-бактериальных ассоциаций в экологии водоемов, а также отсутствие сведений о механизмах их формирования послужили основой для проведения данного исследования.

Цель настоящей работы — изучение биологического разнообразия макрофитно-бактериальных сообществ в водных биоценозах и оценка характера эко-лого-функциональных связей, способствующих формированию ассоциаций макрофитов с бактериями.

Задачи исследования:

1. Определить биологическое разнообразие природных макрофитно-бактериальных сообществ в водных экосистемах различных типов (лотические и лентические).

2. Охарактеризовать биологические свойства бактериальной флоры (их морфологическое разнообразие, лизоцимную и антилизоцимную активность) и макрофитов (уровень лизоцимной активности, содержание флавонои-дов и аскорбиновой кислоты) в природных водоемах.

3. Изучить роль флавоноидов и аскорбиновой кислоты макрофитов в образовании макрофитно-бактериальных ассоциаций водных биоценозов.

4. Оценить значение системы «лизоцим макрофитов-антилизоцим бактерий» в формировании эколого-функциональных связей в макрофитно-бактериальных сообществах водных экосистем.

Научная новизна. Проведена оценка биологического разнообразия макрофитно-бактериальных сообществ водных экосистем на территории Оренбургского района, выявлены доминирующие виды и эколого-морфологические особенности макрофитов и микрофлоры в лотических и лентических экосистемах. Дана оценка содержания общего количества флавоноидов (в том числе, рутина) и аскорбиновой кислоты у водных макрофитов. Показано, что их содержание варьирует у разных видов и зависит от периода вегетации (бутонизация и цветение). Выявлена прямая корреляция численности бактерий-ассоциантов с содержанием в макрофитах общего количества флавоноидов и аскорбиновой кислоты, отражающая участие данных биологически активных веществ в формировании макрофитно-бактериальных ассоциаций.

Обнаружена лизоцимная активность в экстрактах тканей и показана вариабельность ее уровня у доминантных видов водных макрофитов. Среди бак-терий-ассоциантов макрофитов отмечена распространенность антилизоцимной активности, однако не было обнаружено бактерий-ассоциантов с лизоцимной активностью. Выявлена прямая корреляционная зависимость между уровнем лизоцимной активности макрофитов и численностью антилизоцимактивных бактерий, что свидетельствует о роли системы «лизоцим макрофитов — антили-зоцим бактерий» в формировании эколого-функциональных связей в макро-фитно-бактериальных сообществах водных биоценозов.

Научно-практическая значимость. Полученные данные расширяют теоретические представления о биоразнообразии и эколого-функциональных взаимоотношениях макрофитов и бактерий в лотических и лентических экосистемах. В результате проведенных исследований обосновано участие биологически активных веществ (флавоноидов, аскорбиновой кислоты) макрофитов и роли системы «лизоцим макрофитов — антилизоцим бактерий» в формировании макрофитно-бактериальный ассоциаций в водных биоценозах. Разработан «Способ биологического обеззараживания непроточных водоемов от патогенной и условно-патогенной микрофлоры» (патент РФ на изобретение № 2 193 531 от 27 ноября 2002 года), основанный на интродукции в пруды биологической очистки гидробионтов, обладающих лизоцимной активностью.

Внедрение результатов исследования в практику. Результаты исследования внедрены и используются в Центрах Госсанэпиднадзора Оренбургской области и г. Оренбурга (Акты внедрения от 25.05.04, 27.05.04) — в научно-производственной фирме «Экобиос» (Акт внедрения от 21.05.04) — на кафедру физиологии растений ГОУ ВПО ОГПУ (Акт внедрения от 12.03.04) — на кафедру биоэкологи и зоологии ОГАУ (Акт внедрения от 12.03.04).

Положения, выносимые на защиту:

1. Биоценозы лотических и лентических водоемов характеризуются биологическим разнообразием макрофитно-бактериальных сообществ, уровень которого зависит от типа экосистемы.

2. Биологически активные вещества макрофитов — флавоноиды и аскорбиновая кислота и система «лизоцим макрофитов — антилизоцим бактерий» участвуют в формировании макрофитно-бактериальных ассоциаций водных биоценозов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на II международной конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий», г. Оренбург, 2002; на межрегиональной конференции молодых ученых «Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии», г. Пермь, 2002; на Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 80-летию создания госсанэпидслужбы России, Москва, 2002; на региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, г. Оренбург, 2003; на межрегиональной конференция биохимиков Урала, Западной Сибири и Поволжья «Биохимия: от исследования молекулярных механизмов — до внедрения в клиническую практику и производство», г. Оренбург, 2003; на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы ветеринарной медицины и биологии», г. Оренбург, 2003; на региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, г. Оренбург, 2004; на II Всероссийской конференции «Экосистемы малых рек: биоразнообразие, экология, охрана», Борок, 2004.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, 1 из них в центральном журналеполучен патент РФ на изобретение № 2 193 531 от 27 ноября 2002 года.

Объем и структура диссертационной работы.

Диссертация изложена на 147 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения и выводов. Указатель литературы содержит 126 отечественных и 24 зарубежных источника литературы. Текст иллюстрирован 17 таблицами и 25 рисунками.

выводы.

1. Флора водных и прибрежно-водных сообществ макрофитов лотических и лентических экосистем отличается видовым разнообразием, представлена 38 видами, относящимися к 25 семействам и включающим 3 отдела (Вгуо-phyta, Polypodiophyta, Magnoliophyta). Основу экологического спектра лентических экосистем составляют гидрофиты (40%) и гигрофиты (38%), а лотических — гигрофиты (44%о) и гелофиты (39%). Доля общих видов для этих экосистем составляет 86%. Доминантными макрофитами лотических экосистем являются Potamogeton perfoliatus, Potamogeton crispus, Najas majorа лентических — Salvinia natans, Ceratophyllum demersum, Hydrocharis morus-ranae.

2. Выявлено сходство видовых составов бактериопланктона лотических и лентических экосистем, которые представлены микроорганизмами из 26 родов, относящихся к 9 таксономическим группам. Отмечена сезонная динамика видового разнообразия бактериопланктона: в весенне-летний период в нем постоянно присутствовали микроорганизмы 4 родов {Enterobacter, Proteus, Pseudomonas, Providencia), а в осенний период — 3 родов (Arthrobacter, Cardio-bacterium, Nocardia).

3. В структуре бактериопланктона лотических и лентических биоценозов преобладали кокковые (49−99%) и палочковидные (14−48%) микроорганизмы над нитевидными формами бактерий (0,5−35%). В исследуемых водоемах микрофлора была представлена как лизоцимактивными, так и антилизо-цимактивными формами, соотношение которых зависело от типа экосистемы и было подвержено сезонным колебаниям. В лентических экосистемах численность антилизоцимактивных форм бактерий была ниже количества лизоцимак-тивных форм (2,7+0,1% от общего числа бактерий против 2,9+0,1%), тогда как в лотических бактериоценозах их доля в мае, июне, октябре была незначительной (0,16%- 0,11%- 0,14%) от общего числа бактерий), но возрастала с июля по сентябрь (1,46%-0,82%) на фоне уменьшения частоты встречаемости лизоци-мактивных форм бактерий (1,01%-0,10%).

4. У водных макрофитов обнаружены флавоноиды, в том числе рутин, и аскорбиновая кислота, содержание которых зависело от их видовой принадлежности: максимальное количество флавоноидов отмечено у Hydrocharis morus-ranae, Potamogeton crispus, а минимальное у Najas major: — максимальное содержание рутина выявлено у Hydrocharis morus-ranae (0,023+0,001 мкг%), минимальное у Salvinia natans (0,004+0,001 мкг%) — наибольшее количество аскорбиновой кислоты у Potamogeton crispus (19,4+0,2мг%), наименьшее — у Ceratophyllum demersum (9,9+0,2 мг%). Содержание данных биологически активных веществ изменяется в зависимости от периода вегетации макрофитов. Экстракты тканей макрофитов обладали лизоцимной активностью, уровень которой варьировал у разных видов: среди доминантных макрофитов наиболее высокий ее уровень обнаружен у Hydrocharis morus-ranae, а самый низкий — у Najas major.

5. Выявлено превышение в 1,2−5,1 раза численности бактерий связанных с поверхностью водных растений, над количеством бактериопланктона в воде. Показана зависимость степени микробной обсемененности доминантных видов макрофитов от их видовой и экотопной принадлежности и периода вегетации. Обнаружены виды макрофитов с максимальной {Hydrocharis morus-ranae, Salvinia natans) и минимальной {Najas major) бактериальной колонизацией. Полученные данные свидетельствуют о формировании в водных биоценозах лотических и лентических экосистем относительно стабильных макрофитно-бактериальных ассоциаций.

6. Установлены прямые корреляционные связи между численностью бактерий-ассоциантов макрофитов и содержанием в растениях флавоноидов и аскорбиновой кислоты, между уровнем лизоцимной активности макрофитов и количеством антилизоцимактивных форм бактерий-ассоциантов, что свидетельствует об участии изученных биологически активных веществ и системы «лизоцим макрофитов — антилизоцим бактерий» в формировании эколого-функциональных связей в макрофитно-бактериальных сообществах водных биоценозах. Полученные данные легли в основу разработки «Способа биологического обеззараживания непроточных водоемов от патогенной и условно-патогенной микрофлоры» (патент РФ на изобретение № 2 193 531 от 27 ноября 2002 года).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Современная наука располагает значительным материалом, характеризующим эволюционно сложившиеся взаимоотношения между макрои микроорганизмами в экосистеме (Константинов А. С, 1986; Купер Э., 1980; Романен-коВ.И., Кузнецов С. И., 1974). Показано, что своеобразие биоценозов, формирующихся в различных биотопах, обусловлено совокупным действием комплекса факторов (Драбкова В.Г., 1984; Софер М. Г, 1974), а так же биологическими особенностями членов сообщества и характером взаимоотношений между ними (Сомов Г. П., Литвин В. Ю., 1988; Опо К., Nakane М., 1990). Исходя из этого, следует, что состояние водоемов и качество воды в них формируется всеми водными организмами, в том числе макрофитами и бактериопланктоном. Поэтому целью нашей работы явилось изучение биологического разнообразия природных макрофитно-бактериальных сообществ и оценка эколого-функциональных связей, которые способствуют формированию ассоциаций макрофитов с бактериями.

В рамках этой цели на первом этапе был проведен анализ результатов исследования водных макрофитов и бактериопланктона р. Урал и двух озер в районе г. Оренбурга.

Флора водных и прибрежно-водных сообществ лотических (р. Урал) и лентических (оз. Коровье, оз. Микутка) экосистем представлена 3 отделами: Bryophyta, Polypodiophyta, Magnoliophyta. Наиболее малочисленными были отделы Bryophyta, Polypodiophyta, каждый из которых представлен лишь одним семейством и составляет по 4% всей флоры сообществ. Отдел Magnoliophyta представлен 23 семействами, что составляет 92% флоры. В целом водная и прибрежно-водная растительность лотических и лентических экосистем представлена 38 видами, относящимся к 25 семействам и 28 родам. Из них 20 видов встречается исключительно в озерных биоценозах*, 6 видов — являются речными**, а остальные 12 видов являются общими***. При сравнении состава флоры р. Урал и двух озер в районе г. Оренбурга отмечено ее достаточное своеобразие. Коэффициент сходства Жаккара лотических и ленточных экосистем равен 38% (полная флора). В ходе работы была проведена экологическая классификация растений исследуемых водоемов.

Наибольшее количество исследуемых видов р. Урал относятся к гигрофитам, что составляет 44% от всей выявленной флоры (8 видов): Carex acuta**, С. riparia, Rubus caesius, Galium palustre, Lysimachia vulgaris***, Myosotis palustris, Veronica anagallis-aquatica, Bidens tripartite***. Гелофиты предэ|е эфе $ $ ставлены 39% (7 видов): Typha angustifolia, Т. latifolia, Sparganium microcar.

Q. pum, Alisma plantago-aquatica, Sagittaria sagittifolia, Scirpus lacustris, *.

Butomus umbellatus). Среди гидрофитов встречаются, только гидрофиты по* * груженные в воду, укореняющиеся — 17% (Potamogeton crispus, P. perfolia *7 • • ** tus, Najas major).

На озерах водная и прибрежно-водная растительность широко представлена гидрофитами, на долю которых приходится 40% от всей флоры (13 видов): гидрофиты укореняющиеся, с плавающими на поверхности листьями — 9% * *.

Persicaria ampkibian, Nupkar lutea, Hydrockaris morus-ranae). Гидрофиты no* * * * груженные в воду, укореняющиеся — 13% (Potamogeton lucens, P. perfoliatus, * *.

Riccia fluitans, Zannickellia palustris). Гидрофиты не укореняющиеся, свободно плавающие на поверхности воды — 3% (Salvinia natans). Гидрофиты погружен* * ные в воду и не укореняющиеся — 16% (Lemna minir, L. trisuica, Elodea canadensis, Ceratopkyllum demersum, C. submersum). На долю гигрофитов приходится 12 видов исследуемой флоры, что составляет 38% (12 видов). Среди гигрофитов представлены: Carex acuta *, С. riparia, Atriplex littoralis, Caltka palustris*, Ranunculus repens*, Rubus caesius**, Myriopkyllum spicatum, Lysi-mackia vulgaris***, Myosotis palustris, Veronica anagallis-aquatica, Galium palustre***, Bidens tripartite***. Соответственно гелофиты представлены 7 видами (Турка angustifolia***, Alisma gramineum***, A. plantago-aquatica, Sagittaria sagittifolia*, Scirpus lacustris***, Pkragmites australis, Pk. communis), то составляет 22%.

Таким образом, флора лотических и лентических типов экосистем отличается разнообразием видов и экологическим спектром. Флора лентических экосистем (озер) представлена 32 видами, а флора лотических экосистем (река) лишь 17 видами. Основу экологического спектра лентических экосистем составляют гидрофиты (40%) и гигрофиты (38%), а лотических — гигрофиты (44%) и гелофиты (39%). Доминантными видами макрофитов лотических экосистем являются Potamogeton perfoliatus, Potamogeton crispus, Najas majorлентических экосистем — Salvinia natans, Ceratophyllum demersum, Hydrocharis morus-ranae.

Проводимые исследования бактериопланктона лотических и лентических экосистем показали, что общая численность бактерий (ОЧБ) и количество сапрофитной микрофлоры подчиняются одинаковым межгодовым и сезонным закономерностям. В 2002 году ОЧБ на р. Урал колебалась в среднем от 1021 кл/мл до 6121 кл/мл, а на озерах от 8235 до 11 020кл/мл, то есть различия между максимальными значениями ОЧБ в реке и озерах составили.

1.8 раза, а между минимальными — 8,0 раза. В 2003 году разница максимальных величин ОЧБ в этих экосистемах составила 1,8 раза, а минимальных.

2.9 раза: в Урале она колебалась от 2900кл/мл до 13 980 кл/мл, в озерах от 8500 кл/мл до 25 000 кл/мл. По всей вероятности, такое повышение численности бактерий в 2003 году связано с поступлением аллохтонной микрофлоры с водосборной площади, так как в этот год интенсивно выпадали осадки и уровень воды в водоемах был высоким (Гидрологический ежегодник, 2002, 2003).

В сезонной динамике общей численности бактерий были отмечены сходные закономерности как в лотических, так и лентических экосистемах: в 2002 году как на р. Урал, так и на озерах четко фиксируются три максимума: май, июль, сентябрь. На р. Урал минимальное и максимальное число бактерий на ст. «Водозабор» и «Железнодорожный мост» составило в мае -4469 кл/мл и 4964 кл/млв июле -5565 кл/мл и 6121 кл/млв сентябре — 4590 кл/мл и 5327 кл/мл. На озерах ОЧБ была примерно одинаковой и составила в мае на оз. Микутка 8235 КОЕ/мл, на оз. Коровье 8707 КОЕ/млв июле 10 976 КОЕ/мл и 11 020 КОЕ/мл соответственнов сентябре 8974 и 10 330 КОЕ/мл соответственно. В 2003 году наблюдалось повышение общей численности бактерий по сравнению с 2002 годом, при этом отмечалось постепенное увеличение общего числа бактерий как в лентических, так и в лоти-ческих экосистемах с мая по октябрь. На р. Урал наименьшая ОЧБ в 2003 году наблюдалось на ст. «Водозабор», а наибольшая на ст. «Железнодорожный мост». В мае на ст. «Водозабор» она составила 2900 кл/мл, а в сентябре 12 300 кл/мл, в то время кака на ст. «Железнодорожный мост» в эти месяцы общее число бактерий колебалась от 3428 кл/мл до 13 884 кл/мл. На озерах ОЧБ также увеличивалось с мая по октябрь и составило в мае на оз. Микутка 5438 кл/мл, на оз. Коровье 6112 кл/мл, а в октябре соответственно 25 800 кл/мл и 25 707 кл/мл.

Исследование содержания сапрофитной микрофлоры лотических и лентических экосистем также выявило различия в их количестве: численность сапрофитной микрофлоры была в 1,6−2,2 раза выше на озерах по сравнению с рекой. В 2002 году их количество изменялось в Урале от 365 КОЕ/мл до 3100 КОЕ/мл, а в озерах от 787 КОЕ/мл до 4780 КОЕ/мл. В 2003 от 232 КОЕ/мл до 7300 КОЕ/мл в р. Урал, и от 537 КОЕ/мл до 11 387 КОЕ/мл в озерах. В сезонной динамике изменения ОЧБ и количестве сапрофитной микрофлоры были отмечены одинаковые закономерности как в лотических так и лентических экосистемах: в 2002 году как в реке, так и в озерах зафиксировано три пика повышения численности бактериопланктона (май, август, сентябрь), а в 2003 году шло постепенное увеличение бактерий с мая по сентябрь.

Изучение микробных сообществ лотических и лентических экосистем показало, что в микробных популяциях этих водоемов широко представлены как лизоцимные, так и антилизоцимные формы бактерий, численность которых варьировала в разных водоемах и по сезонам года. В р. Урал количество лизоцимактивных форм бактерий колебалось в среднем от 26+10 до 36+10 КОЕ/мл, что составило 2,8−2,9% от общего числа сапрофитов. В озерах лизоцимактив-ные формы составили в среднем 45+10 — 74+30 КОЕ/мл, это 2,6−2,9% от общего числа сапрофитов. Численность антилизоцимактивных форм бактерий в р. Урал по среднегодовым данным колебалась от 28+15 до 53+32 КОЕ/мл, что составило 2,5−3,2% от общего числа сапрофитов. На озерах их количество изменялось от 39+25 до 54+32 КОЕ/мл, и составило 2,2−3,5%) от общего числа сапрофитной микрофлоры. В ходе исследования было установлено, что изменение численности лизоцимактивных и антилизоцимактивных форм бактерий коррелировало с изменением численности сапрофитной микрофлоры в экосистемах. Так коэффициент корреляции в лотических и лентических экосистемах между сапрофитными и лизоцимактивными формами бактерий составил 0,95−0,96, а между сапрофитами и антилизоцимактивными формами бактерий — 0,19−0,98.

Соотношение ЛА и АЛА форм бактерий (Л) характеризует состояние водного биоценоза, и позволяет выявлять ранние сдвиги в гомеостазе водных экосистем, а также может служить критерием оценки экологического состояния водоема (Соловых Т.Н., 1995). Анализ результатов оценки экологического состояния исследованных водоемов по соотношению ЛА и АЛА форм бактерий показал, что в среднем индекс Л на р. Урал был меньше единицы в июле, августе и сентябре и составил соответственно 0,83- 0,56- 0,70, что свидетельствует об экологическом неблагополучии реки в этот период, в то время как в мае, июне и октябре экологическое состояние реки улучшилось, о чем говорит тот факт, что индекс Л был больше единицы: 1,50- 1,35- 1,63. На озерах индекс Л был всегда выше единицы и составил в среднем 1,15−1,57, что свидетельствует об экологическом благополоучии этих водоемов. Таким образом, анализ результатов оценки экологического состояния исследованных водоемов по соотношению ЛА и АЛА форм бактерий показал, что наиболее благоприятная ситуация отмечалась на озерах, в то время как на р. Урал оно постоянно менялось.

Одним из эффективных путей изучения морфологического разнообразия микрофлоры, позволяющим судить о характере бактериоценозов водоемов, является использование стекол обрастания (Родина А.Г., 1966). Просмотр стекол обрастания показал, что независимо от сезона года, гидрохимических и гидробиологических условий преобладающее место в бактериопланктоне Урала и озер занимали кокки, количество которых на разных разрезах составляло от 49 до 99% от общего числа бактерий. Далее следовали палочки как крупные, так и мелкие, численность которых обычно составляла 14−48%) от общего количества бактерий. Количество нитевидных форм бактерий не превышало 0,5−35%) от общего числа бактерий.

Проведенная идентификация выделенных штаммов микроорганизмов по морфологическим, тинкториальным, культуральным, биохимическим свойствам не выявила видовых различий бактериопланктона в лотических и лентических экосистем. Согласно классификации Д. Берджи исследуемые виды относятся к 9 группам, которые выделены в 26 родовопределено 16 видов относящихся к различным таксономическим группам и семействам. В весенне-летний период в бактериопланктоне лотических и лентических экосистем постоянно присутствовали микроорганизмы 4 родов {Enterobacter, Proteus, Providencia, Pseudomonas), а в осенний период — 3 родов {Arthrobacter, Cardiobacterium, No-cardia).

Таким образом, при исследовании бактериопланктона в изученных водоемах, выявлено превышение общего числа бактерий в озерах по сравнению с их количеством в р. Урал в 1,8−8 раз, а число сапрофитной микрофлоры в 1,5−2,2 раза. Отмечены межгодовые изменения в численности бактерий, обусловленные колебанием уровня воды в водоемахв сезонной динамике бактериопланктона установлены пики как общей численности бактерий, так и в количестве сапрофитов, которые одинаковы в лотических и лентических экосистемах. Процентное соотношение численности JIA и АЛА форм бактерий от числа сапрофитов одинаково как в лотически, так и лентических экосистемах. Количество JIA и АЛА форм лотических и лентических экосистем находятся в корреляции с численностью сапрофитов. Сезонная динамика лизоцимактивных и антилизоцимактивных форм бактерий лотических и лентических экосистем различна: в лотических экосистемах в мае, июне и октябре преобла дающей группой являются лизоцимактивные формы бактерий, а в июле, августе и сентябре антилизоцимактивные формыв лентических экосистемах преобладающей группой являются лизоцимактивные формы бактерий. Таксономическое определение микрофлоры лотических и лентических экосистем не выявило различий. Согласно классификации Берджи выявленные микроорганизмы были отнесены к 9 группам основных категорий, из которых наиболее многочисленными являются факультативно анаэробные грамотрицательные палочки (48% от общего числа бактерий).

В ряде работ показано наличие лизоцима у растений (Ермольева З.В., 1938; Smith, 1955; Кравченко Н. А. и др., 1965, 1972; Страйер Л., 1984; Лахтин В. М. и др., 1995), но нет данных о лизоцимной активности водных макрофитов. Поэтому на одном из этапов исследования была поставлена задача оценить ли-зоцимную активность у доминантных видов водных макрофитов исследуемых водоемов. Проведенные исследования показали, что экстракты тканей доминантных видов макрофитов лотических и лентических экосистем проявляют лизоцимподобную активность в отношении суспензии как живых, так и убитых хлороформом клеток тест-культуры М. lysodeikticus, при этом она была ниже активности яичного лизоцима при концентрации белка 1 мкг/мл. Наиболее высокое значение мурамидазной активности наблюдалось в вегетативной части Hydrocharis morus-ranae и составило 0,52+0,02 ед.а./мг белка, а наиболее низкое в вегетативной части у Najas major 0,18+0,1 ед.а./мг белка, что в 14−41 раз ниже активности яичного лизоцима (7,33 ед.а./мг белка). Наблюдаемое литиче-ское действие экстрактов растений в отношении убитых клеток М. lysodeikticus может быть обусловлено продукцией лизоцима и, таким образом, может рассматриваться как проявление мурамидазной активности.

Результаты анализа литературных данных свидетельствует об огромном значении БАВ в биологических процессах, протекающих в растительных и животных организмах, а потому в ходе нашей работы представлялось актуальным провести фитохимические исследования по оценке общего содержания флавоноидов, рутина и аскорбиновой кислоты оказывающих влияние на биологические процессы в растительных организмах. Для исследования были взяты доминантные виды водных макрофитов лотических {Potamogeton perfoliatis, Potamogeton crispus, Najas major) и лентических экосистем (Hydrocharis morus-ranae, Ceratophyllum demersum, Salvinia natans, Nuphar luteum). Наиболее высокое содержание флавоноидов зафиксировано у Potamogeton crispus, Hydrocharis morus-ranae, Salvinia natans, а самое низкое у Najas minor и Nuphar luteum.

Выявлено четкое увеличение содержания рутина в период бутонизации и цветения макрофитов. Например, у Hydrocharis morus-ranae в июне и июле соответственно количество рутина составляло 0,012 мкг% и 0,021 мкг%, а в августе (период цветения) — 0,034мкг%.

Различным было и содержание аскорбиновой кислоты у одного и того же вида в разные периоды вегетации. В ходе работы установлено максимальное содержание рутина у Hydrocharis morus-ranae (0,023+0,002 мкг%), Potamogeton crispus (0,028+0,001мкг %), минимальное у Salvinia natans (0,005+0,001 мкг%). Исследование содержания аскорбиновой кислоты в зеленной массе водных макрофитов выявило отличия по этому показателю у разных видов: максимальное содержание аскорбиновой кислоты отмечено у Potamogeton crispus (19,4+0,2 мг%), а минимальное у Ceratophyllum demersum (9,9+0,2 мг%).

Длительное существование организмов в рамках одной экосистемы возможно лишь в том случае, когда их компоненты и элементы дополняют друг друга и соответственно приспособлены друг к другу (Реймерс Т., 1994). Многочисленность и разнонаправленность действия биологических веществ, продуцируемых бактериями и макрофитами, приводит к вопросу о возможности существования комплекса макрофит-бактерии как некой системы объектов и взаимодействий, характеризующихся резервом устойчивости, обеспечивающим функционирование и развитие ее в условиях действия факторов среды. В связи с этим не вызывает сомнения актуальность исследования, затрагивающего вопросы механизмов взаимодействия прои эукариот в системе «бактерии-макрофиты». Поэтому была поставлена задача, выяснить эколого-физиологические связи между микроорганизмами и макрофитами в природных водоемах.

Анализ содержания микрофлоры в биотопе открытых водоемов и микробных ассоциаций макрофитов показал, что в пробах воды общее число микроорганизмов было ниже, чем в смывах с водных макрофитов. Так, в воде р. Урал количество сапрофитной микрофлоры в среднем составило 3006 КОЕ/мл, а в смывах с доминантных видов макрофитов от 8227 КОЕ/мл до 11 920 КОЕ/мл. В воде озер количество сапрофитной микрофлоры составило в среднем 4467 КОЕ/мл, а в смывах с макрофитов от 5138 КОЕ/мл до 6258 КОЕ/мл. Выявленные различия в количестве сапрофитной микрофлоры в воде и смывах с макрофитов позволили нам ввести дополнительный показатель, характеризующий это соотношение — индекс обсемененности, который показывает разницу между содержанием бактериопланктона в воде и смывах с макрофитов. Полученные результаты показали, что индекс обсемененности макрофитов р. Урал составил 2,2−3,6, а озерных растений 1,5−2,0.

В ходе проведенных исследований нами было установлено, что обсеме-ненность макрофитов в воде неодинакова и меняется в течении периода вегетации. Так, среди доминантных видов макрофитов р. Урал {Potamogeton рег-foliatus, Potamogeton crispus, Najas major) наиболее высокий средний индекс обсемененности отмечен у Potamogeton crispus — 4, а наименьший у Najas major — 2,7. Что касается доминантных видов макрофитов озер {Hydrocharis morus-ranae, Salvinia natans, Ceratophyllum demersum), то наиболее высокий средний индекс обсемененности выявлен у Hydrocharis morus-ranae и составил 1,4, а наименьших у Ceratophyllum demersum — 1,2. Так как доминантные виды макрофитов р. Урал и озер отличны, то не представлялось возможным сравнивать их индекс обсемененности между собой, однако заметно, что у макрофитов р. Урал он выше, чем у макрофитов озер. Следует также отметить, что обсемененность водных макрофитов изменяется по месяцам в течении периода вегетации.

Анализ состава микробиоценоза по их функциональной активности показал, что бактериальные популяции в воде представлены как лизоцимактивны-ми, так и антилизоцимактивными формами бактерий, однако среди бактерий ассоциантов макрофитов были представлены только антилизоцимактивные формы. За весь период исследований в реке Урал нами не обнаружено в смывах с растений лизоцимактивных форм бактерий, но антилизоцимактивные формы встречались. Так на станции «Водозабор» количество антилизоцимактивных форм бактерий ассоциантов макрофитов было в среднем у Potamogeton perfoliatus — 114,5+20 КОЕ/мл, у Potamogeton erispus — 116,1+20 КОЕ/мл, у Najas major — 86,9+2,0 КОЕ/мл, что соответственно составляет 1,6+0,9%, 1,6+0,7%, 2,8+1,1% от числа сапрофитных бактерий, ассоциантов макрофитов. Наибольший процент антилизоцимактивных форм бактерий от числа сапрофитов на станции «Водозабор» наблюдался у Najas major и составил 2,8+1,1%, а наименьший у Potamogeton perfoliatus — 1,6+0,9%. Количество антилизоцимактивных форм на станциях «Автодорожный» и «Железнодорожный мост» было примерно одинаковым, но отличалось от такового на станции «Водозабор». Так, количество антилизоцимактивных форм у Potamogeton perfoliatus составило на этих станциях соответственно 66,7 и 75,5 КОЕ/мл (0,9+0,4% от числа сапрофитов) — у Potamogeton erispus 69,4 и 77,5 КОЕ/мл (0,7+0,1% от числа сапрофитов) — у Najas major 64,0 и 72,3 КОЕ/мл (1,2+0,2% от числа сапрофитов). Таким образом, на всех станциях р. Урал наибольший процент антилизоцимактивных форм бактерий выявоен у Najas major, а наименьший у Potamogeton perfoliatus. Количество антилизоцимактивных форм бактерий ассоциантов макрофитов озер также было различно. Наибольшая их численность обнаружена в смывах с макрофитов оз. Микутка: Hydrocharis morus-ranae — 67,7 КОЕ/мл (2,8% от числа сапрофитов), у Salvinia natans — 59,0 КОЕ/мл (3,2% от числа сапрофитов), Ceratophyllum demersum — 65,3 КОЕ/мл (3,2%) от числа сапрофитов). А у этих же видов макрофитов на оз. Коровье количество антилизоцимактивных форм бактерий составило у Hydrocharis morus-ranae — 52,0 КОЕ/мл (2,3% от числа сапрофитов), у Salvinia natans — 44,3 КОЕ/мл (2,8%) от числа сапрофитов), Ceratophyllum demersum — 51,2 КОЕ/мл (2,8%) от числа сапрофитов). Наибольший процент антилизоцимактивных форм бактерий ассоциантов макрофитов от числа сапрофитов был обнаружен у Salvinia natans и у Ceratophyllum demersum как на оз. Микутка, так и на оз. Коровье.

Таким образом, в результате проведенного исследования установлено, что в лотических и лентических экосистемах по функциональной активности бактерии-ассоцианты макрофитов представлены лишь антилизоцимными формами, их количество в смывах у различных видов макрофитов отлично и в среднем составило: у Potamogeton perfoliatus — 115+20 КОЕ/мл, у Potamogeton crispus — 116+25 КОЕ/мл, у Najas major — 87+10 КОЕ/мл, у Hydrocharis morus-ranae — 224+26 КОЕ/мл, у Salvinia natans — 168+20 КОЕ/мл и у Ceratophyllum demersum — 220+24 КОЕ/мл.

Таксономическое определение бактерий ассоциантов растений показало, что видовой состав бактерий ассоциантов лотических и лентических экосистем не отличается особым разнообразием. Среди них высевались микроорганизмы, принадлежащие к родам Enterobacter, Pseudomonas, Nocardia, Alcaligenes, Ar-throbacter, Bacillus, Neisseria. В весеннелетний период в смывах с макрофитов отмечены представители родов Enterobacter, Providencia, а в осенний период нокардиоформные актиномицеты, представители родов Pseudomonas и Enterobacter. При анализе ассоциаций бактерий в воде и смывах с растений были обнаружены следующие закономерности: в воде на всех станциях преобладающей морфологической группой бактерий были грамположительные кокки, а в смывах с растений, то есть в ассоциациях макрофиты-бактерии их процент заметно снижался и возрастало количество грамотрицательных кокков. Так в смывах с водных макрофитов р. Урал в целом процент грамотрицательных бактерий составил 36,3%, а в воде — 15%, следовательно грамотрицательных бактерий в смывах с макрофитов было в 2,4 раза больше чем в воде (р<0,05). Аналогичные закономерности были выявлены при исследованиях смывов с озерных растений: доля грамотрицательных бактерий в смывах — 38%, а в воде — 16%, то есть разница в 2,4 раза (р<0,05).

Характер взаимодействия бактерий с высшими растениями неоднозначен: в одних случаях бактерии играют роль фитопатогенов, вызывающих заболевания и гибель растений, а в других — симбионтов, которые защищают растения от патогенных микроорганизмов (в частности в ризосфере) (Lewin D., 1974; Тихонович И. А., Покровский Н. А., 1993). В качестве механизмов взаимодействия микрофлоры и гидробионтов может рассматриваться динамическая система, в которой с одной стороны выступают факторы естественной защиты, продуцируемые эукариотической клеткой (лизоцим), а с другой — направленная деградация этих факторов прокариотами (антилизоцимная).

Выявлена прямая корреляционная зависимость между общей численностью бактерий и уровнем лизоцимной активности макрофитов (г=Ю, 8), а также между численностью антилизоцимактивных форм бактерий и уровнем лизоцимной активности (г=0,9). Так, среди доминантных видов макрофитов наиболее высокая лизоцимная активность, общая численность бактерий и количество антилизоцимактивных форм бактерий наблюдалась у Hydrocharis morus-ranae и составили соответственно 0,52+0,02 ед.а./мг белка, 24 143+862 кл/мл и 224+20 КОЕ/мл, а самые низкие значения обнаружены у Najas major, которые составили 0,18+0,10 ед.а./мг белка, 13 860+427 кл/мл и 87+20 КОЕ/мл.

Учитывая роль лизоцима как защитного фактора беспозвоночных животных (Купер Э., 1980; Ломакина М. С., 1990), а также выявленную зависимость между численностью антилизоцимактивных форм бактерий-ассоциантов и уровнем лизоцимной активности макрофитов, нами разработан «Способ биологического обеззараживания непроточных водоемов от патогенной и условно-патогенной микрофлоры» (патент РФ на изобретение № 2 193 531 от 27 ноября 2002 года), позволяющий путем отбора и интродукции в биологические пруды гидробионтов — продуцентов лизоцима обеспечить обеззараживание воды от патогенной и условно-патогенной микрофлоры.

Богатство видового разнообразия макрофитов и бактерий с одной стороны, и высокий репродуктивный потенциал и метаболическая пластичность самих бактерий с другой, вероятно обуславливают многообразие форм взаимодействий популяции бактерий и растений. Становление и развитие подобных форм взаимодействий обеспечивается явлениями межвидового антогонизма и синергизма, обусловленных продукцией макрофитами и бактериями разного рода веществ: БАВ (флавоноиды, фитонциды и др.), антибиотики, лизоцим. Проведенные исследования по оценке участия некоторых биологически активных веществ исследуемых макрофитов в формировании физиолого-экологических взаимоотношений в связке «макрофиты-бактерии» в природных водоемах выявили корреляционную зависимость между количеством общего содержания флавоноидов и общей численностью бактерия — ассоциантов этих макрофитов. Коэффициент корреляции этих параметров составил 0,9. Следовательно, флавоноиды макрофитов являются фитогенным фактором, который влияет на рост бактерий.

Обобщая полученный фактический материал, следует отметить, что биоценозы лотических и лентических водоемов характеризуются биологическим разнообразием макрофитно-бактериальных сообществ, уровень которого зависит от типа экосистемы. Полученные данные позволили обосновать участие флавоноидов водных растений и системы «лизоцим макрофитов — антилизоцим бактерий» в формировании макрофитно-бактериальных ассоциаций гидробиоценозов.