BACTERIAL PLANKTON OF STURGEON REARING PONDS
Authors:
1.
National University of Bioresources and Nature Management of Ukraine
Type:
Article
Pages:
from 94
to 99
Status:
Published
Received:
05.06.2016
Accepted:
25.06.2016
Published:
25.06.2016
Subject area:
UDK 579.68
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
Language:
Russian
Keywords:
bacterial plankton, number, biomass, generation time, reproduction rate, production, cocci, rods, spores, mineralization
Abstract (English):
The analysis of the basic structural, morphological and functional parameters of bacterial plankton of sturgeon rearing ponds is presented. The total number of bacterial plankton was sufficiently high and stable even at high summer water temperatures and limited by the presence of consumers. The trophic status of the ponds on the fish farming has changed. The growth and proliferation rate of bacterial cells was virtually the same. The large sticks dominated in the morphological composition. Dimensional indicators of the microbial groups varied widely in proportion to their number. The low content of spore cells is an indicator of the absence of the decay processes under anaerobic conditions. The active mineralizing activity of bacterial plankton created the favorable environmental conditions for fish.
The analysis of the basic structural, morphological and functional parameters of bacterial plankton of sturgeon rearing ponds is presented. The total number of bacterial plankton was sufficiently high and stable even at high summer water temperatures and limited by the presence of consumers. The trophic status of the ponds on the fish farming has changed. The growth and proliferation rate of bacterial cells was virtually the same. The large sticks dominated in the morphological composition. Dimensional indicators of the microbial groups varied widely in proportion to their number. The low content of spore cells is an indicator of the absence of the decay processes under anaerobic conditions. The active mineralizing activity of bacterial plankton created the favorable environmental conditions for fish.
Keywords:
bacterial plankton, number, biomass, generation time, reproduction rate, production, cocci, rods, spores, mineralization
bacterial plankton, number, biomass, generation time, reproduction rate, production, cocci, rods, spores, mineralization
Введение В мониторинге пресноводных экосистем численность и структурно-морфологический состав бактериопланктона входят в группу индикаторов, с помощью которых можно характеризовать качество воды и условия обитания гидробионтов, особенно при искусственном рыборазведении, когда особенно важна жизнестойкость выращиваемых рыб. Экологический статус водных экосистем характеризуют структурные, морфологические и функциональные показатели бактериопланктона (общая численность, динамика развития, биомасса, время генерации, морфологический состав, минерализующая активность) [1-3]. Целью нашего исследования было изучение структурно-морфологического состава и функциональной активности тотального бактериопланктона выростных осетровых прудов осетрового рыбоводного завода (ОРЗ) «Кизанский» (Астраханская область). Материал и методы исследования Объектом исследования служил бактериопланктон выростных осетровых прудов ОРЗ «Кизанский» (Астраханская область). Методы исследования - общепринятые в водной микробиологии [4]. Результаты исследования и их обсуждение Молодь белуги выращивалась прудовым методом по пастбищной технологии при плотности посадки рыбы 108 тыс. экз./га. Для стимуляции развития природной кормовой базы пруды удобрялись. С целью обеспечения молоди белуги мелким доступным зоопланктоном при переходе на смешанное питание в пруды вносилась маточная культура дафний. Наличие необходимого количества доступного корма облегчало процесс адаптации молоди белуги к новым условиям обитания и снижало ее отход на данном этапе онтогенеза. Полученные микробиологические показатели бактериопланктона выростных осетровых прудов приведены в табл. 1. Численность тотального бактериопланктона варьировала в пределах 0,14-5,77 млн кл/мл при среднем показателе 3,18 млн кл/мл. Сезонная динамика развития водных бактерий соответствовала 1-му типу по классификации Г. П. Вороновой (1972), что является наиболее распространенным вариантом для прудов аридной зоны [5]. При этом наблюдались 2 пика развития, первый их которых отмечался сразу после внесения в пруды маточной культуры дафний, когда общая численность водных микроорганизмов увеличилась в среднем в 8 раз - до 1,28 млн кл/мл. Данное явление можно связать с активным поеданием водных бактерий вселенными в пруд дафниями и соответствующей реакцией бактериопланктона - активным размножением. Второй пик развития водных бактерий наблюдался в конце периода выращивания молоди белуги при температуре воды +25 °С и был больше связан с накоплением в пруду автохтонного органического вещества [6]. Пики численности и биомассы бактериопланктона совпадали, т. е. размеры микробных клеток менялись прямо пропорционально их количеству, удовлетворяя пищевые потребности консументов (зоопланктона). Кривые общего количества водных бактерий и величины перманганатной окисляемости также совпали. Гидрохимический режим выростных прудов был благоприятным - содержание кислорода не опускалось ниже 5,8 мг/л, величина перманганатной окисляемости не превышала 8,3 мг О/л. Таблица 1 Основные структурно-функциональные показатели бактериопланктона выростных осетровых прудов на ОРЗ «Кизанский» (среднее многолетнее ) Дата отбора проб Общая численность микроорганизмов, млн кл/мл Биомасса бактериопланктона В, г/м3 Время генерации, ч Продукция бактериоплактона Р, г/м3 Р/В, сут-1 26.04 0,14 0,12 19,0 0,11 0,91 11.05 1,28 1,11 16,0 1,12 1,1 15.05 1,59 1,52 14,5 1,45 0,95 20.05 1,97 1,79 10,4 2,53 1,4 30.05. 2,44 2,11 8,80 4,58 2, 2 Среднее за май 1, 83 1,64 12,4 2,42 1,4 04.06 3,35 2,73 5,70 8,10 3,0 09.06 3,72 3,51 4,50 11,0 3,1 14.06 5,86 5,55 1,20 18,3 3,3 19.06 5,72 5,33 1,34 29,0 5,4 25.06 5,77 5,61 1,24 32,0 5,7 Среднее за июнь 4,88 4,55 2,80 19,7 4,1 Среднесуточное 3,41 3,15 8,0 10,92 2,8 Суммарное - - - 486,9 134 В морфологическом составе бактериопланктона доминировала группа палочек, среднее содержание которых составило 53 % от общей численности бактерий, содержание кокковидных - 46 %. Самой малочисленной группой были споровые клетки - менее 1 % от общего числа, что свидетельствовало о благоприятном экологическом режиме водоемов и интенсивных процессах самоочищения в них. Выявлены 4 размерные группы клеток: мелкие (меньше 0,1 мкм), средние (0,1-0,2 мкм), относительно крупные (0,2-0,5 мкм), крупные (больше 0,5 мкм). Численно превалировали крупные палочковидные клетки (болеее 50 %), средний объем которых составлял 0,92 мкм3. В июне объем палочек и спор увеличился практически в 2 раза, а объем кокков уменьшился в 6 раз, что можно связать с накоплением и деструкцией в прудах автохтонного органического вещества. В сезонном аспекте прослеживалась четкая динамика структурных изменений микробного сообщества - смена кокковидных форм средних размеров (0,20 мкм), количественно доминирующих в начале вегетационного периода, палочковидными - в конце периода выращивания молоди, при одновременном увеличении размерных показателей бактерий обеих групп до 1,2 и 1,02 мкм3 (табл. 2). Таблица 2 Размерно-морфологический состав бактериопланктона (среднее) Месяц Палочки Кокки Споры Количество, % Объем, мкм3 Количество, % Объем, мкм3 Количество, % Объем, мкм3 Май 30 0,62 58 0,20 0,50 0,15 Июнь 76 1,20 33 1,02 1,20 0,37 Среднее 53 0,92 46 0,61 0,85 0,46 Биомасса водных микроорганизмов - результат суммарного кооперативного эффекта деятельности всех размерных групп бактериопланктона. Кроме численности и размеров бактериопланктона, на величину его биомассы влияют климатические и региональные особенности водоема, количество и видовой состав зоо- и фитопланктона, скорость размножения и потребления бактерий [6]. Анализ полученных данных показал, что биомасса бактериопланктона обследованных осетровых прудов изменялась в широком диапазоне (0,12-5,61 мг/м3) пропорционально изменению общей численности бактерий с максимумом, приходящимся на конец вегетационного периода. Средняя за июнь биомасса бактерий составила 1,64 г/м3, в то время как в июле она увеличилась в 2,8 раза за счет повышения температуры воды, накопления питательных веществ в виде автохтонной органики, активного развития фитопланктона, расширения пищевого рациона зоопланктона и снижения его пресса на бактерий. Среднесезонная биомасса бактериопланктона не опускалась ниже 3,14 г/м3 и была достаточной для удовлетворения пищевых потребностей консументов (зоопланктона). Скорость размножения бактерий - основной показатель их жизнедеятельности, характеризующий интенсивность процессов воспроизводства бактериальной биомассы и бактериального самоочищения водоема. Показателем скорости размножения в водной микробиологии считают время генерации - отрезок времени, в течение которого число клеток микроорганизмов удваивается [6]. В ходе исследований при расчете времени удвоения численности микроорганизмов мы исходили из обратной зависимости между величиной этого показателя и суточным Р/В-коэффициентом [7]. Среднесезонный показатель времени генерации составил 8,0 часа при диапазоне колебаний данного показателя от весны к лету 19,0-1,14 часа. Время удвоения численности бактерий уменьшалось под влиянием абиотических (температура, концентрация органического вещества) и биотических факторов среды (консументы). Именно скорость размножения бактерий и обусловливала интенсивность бактериальных процессов в опытных водоемах, т. к. сразу после посадки дафний в водоемы наблюдалось ее резкое усиление. По данным лаборатории хозяйства, в составе зоопланктона опытных прудов численно и по биомассе преобладали Dafnia magna (0,97 г/м3), D. pulex (0,04 г/м3), Cyclops (0,02 г/м3), которые являлись основными потребителями бактериопланктона. Необходимо указать, что на скорость размножения бактерий могла влиять и динамика соотношения слабо и активно развивающихся форм бактерий, например активно размножающихся сапрофитов, численность которых в конце вегетационного периода увеличилась. Продуцирование бактериальной биомассы соответствовало 1-му типу по классификации А. П. Романовой, Т. Г. Гуренович (1983) - скорость роста и размножения бактерий были одинаковыми, что характерно для достаточно стабильных водных экосистем [8]. В мае средняя бактериальная продукция составляла 2,42 г/м3. В июне она увеличилась в 8 раз, достигнув своего максимума - 32,0 г/м3 в последнюю декаду. Тогда в морфологическом составе численно уже преобладали палочки и споры, а время генерации не превышало 1,24 часа. Среднесуточная бактериальная продукция была достаточно высокой - 10,91 г/м3 при суммарном за сезон показателе 486,9 г/м3. В экспериментальных прудах наибольший Р/В-коэффициент наблюдался в конце вегетационного периода - 5,7 сут-1 при максимальной общей численности и биомассе бактериопланктона, что вполне закономерно для водоемов аридной зоны [9]. Известно, что скорость оборачиваемости единицы биомассы бактериопланктона связана со скоростью элиминации бактерий в водоеме [10]. Скорость размножения бактериопланктона характеризует изучаемые пруды как среднепродуктивные. Достаточно высокие темпы размножения в целом обусловили значительно участие микроорганизмов в формировании биологической продукции и рыбопродуктивности обследованных прудов [11]. С целью оценки участия бактериопланктона в формировании экологического режима обследованных водоемов нами проводились расчеты деструкции (минерализации) органического вещества и восстановления биогенных элементов (азот, фосфор) водными бактериями [12, 13]. Кроме того, в результате минерализующей деятельности микроорганизмов постоянно создается оформленная биомасса - одна из основных форм органического вещества, легко трансформирующаяся на следующие трофические уровни, что особенно важно при пастбищной технологии выращивании рыбы. Результаты расчетов приведены в табл. 3. Таблица 3 Интенсивность бактериальной минерализации органических веществ и восстановления биогенных элементов в воде выростных прудов № 1, 2 (на сухую массу бактерий) Дата отбора проб Минерализация, г/м3 Биогенные элементы, г/м3 N2 Р2 26.04.09 0,06 0,005 0,0003 11.05.09 0,64 0,05 0,003 15.05.09 1,0 0,10 0,005 20.05.09 1,6 0,13 0,008 30.05.09 3,1 0,24 0,015 Среднее за май 1,6 1,13 0,008 04.06.09 5,3 0,50 0,03 09.06.09 8,0 0,64 0,04 14.06.09 43,5 3,40 0,21 19.06.09 35,5 2,72 0,17 25.06.09 42,7 3,20 0,2 Среднее за июнь 27,0 2,09 0,13 Среднее 9,30 0,70 0,04 Суммарное 567,3 42,7 2,7 В исследуемых прудах № 1, 2 интенсивность бактериальной минерализации органических веществ усиливалась от начала к окончанию вегетационного периода (0,06-42,7 г/м2). В середине июня при максимальном прогреве воды в прудах наблюдалась резкая активизация бактериальной деструкции (43,5 г/м2), связанная с повышением температуры воды и усилением обмена веществ у водных бактерий (правило Ван-Гоффа). При этом восстановилось 3,4 г/м3 N2 и 0,21 г/м3 Р2, необходимых для развития фитопланктона и высшей водной растительности. Всего за время выращивания молоди белуги деструкции подверглось 567,7 г/м3 органического вещества и восстановилось 72,7 г/м3 N2 и 2,7 г/м3 Р2, достаточных для полноценной жизнедеятельности водных растений. Заключение Анализ полученных данных позволил сделать следующие выводы. Общая численность бактерий в воде обследованных водоемов была достаточно высокой, но стабильной даже при высоких значениях летней температуры воды и лимитировалась наличием консументов (зоопланктона). Трофический статус прудов в процессе выращивания рыбы менялся - от олиготрофного (начало вегетационного периода) через мезотрофный (середина) к первой степени эвтрофного типа (окончание). Скорость роста и размножения бактериальных клеток в основном были одинаковыми, что подтверждается динамикой численности и биомассы бактериопланктона. С повышением температурного режима прудов отмечалась четкая положительная связь времени генерации с температурой воды. Сезонная динамика развития бактериопланктона и темп продуцирования его биомассы соответствовали 1-му типу по классификациям Г. П. Вороновой (1972) и А. П. Романовой, Т. Г. Гуренович (1983) соответственно. Количество и биомасса бактериопланктона удовлетворяли пищевые потребности вселенных консументов. В морфологическом составе доминировали палочки. Размерные показатели микробных группировок колебались в широких пределах пропорционально их количеству. Невысокое содержание споровых клеток свидетельствует об отсутствии процессов гниения в анаэробных условиях. Выявлена достаточная обеспеченность водных растений выростных прудов регенерированными биогенными элементами, что особенно важно при выращивании рыбы по пастбищной технологии. Активная минерализующая деятельность бактериопланктона формировала благоприятный экологический режим и санитарные условия выращивания рыбы. Таким образом, количество и структурно-функциональные показатели бактериопланктона выростных осетровых прудов формировались под действием комплекса биотических и абиотических факторов, основные из которых - температура и количество автохтонного органического вещества.
1. Kireeva I. Yu. Ecological and Sanitary Condition of Fishery Ponds with Comrlex Intensification / Yu. Kireeva // Nauch. ved. Belgorod. gos. un-ta. Ser.: Estestvennye nauki. 2015. T. 32, vyp. 15 (212). S. 114-118.
2. Kireeva I. Yu. Osobennosti monitoringa bioraznoobraziya vodnyh ekosistem / I. Yu. Kireeva // Nauchnyy al'manah. 2015. № 5 (7). S. 158-165.
3. Kireeva I. Yu. Monitoring ekologo-sanitarnogo sostoyaniya vodoemov po integrirovannym pokazatelyam bakterioplanktona / I. Yu. Kireeva // Nauk. vіsn. Chernovec. un-tu. 2008. Vip. 416: Bіologіya. S. 110-117.
4. Antipchuk A. F. Vodna mіkrobіologіya / A. F. Antipchuk, І. Yu. Kіrєєva. Kiїv: Kondor, 2005. 256 s.
5. Voronova G. P. Produktivnost' bakterioplanktona v prudah / G. P. Voronova // Tr. BELNIIRH. Minsk: Uradzhay, 1972. S. 109-118.
6. Antipchuk A. F. Mikrobiologiya rybovodnyh prudov / A. F. Antipchuk. M.: Legkaya i pisch. prom-t', 1983. 145 s.
7. Gak D. Z. Bakterioplankton i ego rol' v biologicheskoy produktivnosti vodohranilisch / D. Z. Gak. M.: Nauka, 1975. 245 s.
8. Romanova A. P. Bakterioplankton oz. Bahmanskogo // A. P. Romanova, T. G. Gurenovich // Sb. nauch. tr. GosNIORH. 1983. Vyp. 204. 1983. S. 41-47.
9. Novozhilova M. I. Mikroflora i udobrenie prudov aridnoy zony SSSR / M. I. Novozhilova, A. F. Sokol'skiy, K. V. Gorbunov. Alma-Ata: Nauka, 1987. 152 s.
10. Belyackaya-Potaenko Yu. S. Kolichestvennye dannye po bakterial'nomu pitaniyu zooplanktona / Yu. S. Belyackaya-Potaenko // Tr. X nauch. konf. po vnutr. vodoemam Pribaltiki. Minsk, 1964. S. 277-282.
11. Drabkova V. G. Dinamika chislennosti bakteriy, vremya generacii i produkciya bakteriy v vode oz. Krasnogo (Punnus-Yarvi) / V. G. Drabkova // Mikrobiologiya. 1965. T. 34, vyp. 6. S. 1063-1069.
12. Kireeva I. Yu. Intensivnost' bakterial'noy mineralizacii organicheskogo veschestva v vodoemah s intensivnoy antropogennoy nagruzkoy / I. Yu. Kireeva // Byul. Mosk. ob-va ispytateley prirody. Otdel biol. 2009. T. 114, vyp. 2. Pril. 1: Fiziologiya i genetika mikroorganizmov v prirodnyh i eksperimental'nyh sistemah. S. 220-223.
13. Yakushin V. M. Rol' bakterioplanktona i bakterioperifitona v destrukcii organicheskogo veschestva v loticheskih ekosistemah / V. M. Yakushin: dis.. d-ra biol. nauk. Kiev, 1997. 348 s.
14. Kireeva I. Yu. Samoochischenie vodoemov i rol' mikroorganizmov v etom processe / I. Yu. Kireeva // Lyubischevskie chteniya «Sovremennye problemy evolyucii». Ezhegod. mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (Ul'yanovsk, 6-8 aprelya 2010 g.): materialy dokl. Ul'yanovsk: Izd-vo ULGU, 2010. S. 337-341.
