Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Бактериальная активность и физиологические группы микроорганизмов цикла азота в подземных водах Пермского Прикамья

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Бактериальная активность и физиологические группы микроорганизмов цикла азота в подземных водах Пермского Прикамья"

На правах рукописи

Хмурчик Вадим Тарасович

БАКТЕРИАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ МИКРООРГАНИЗМОВ ЦИКЛА АЗОТА В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ ПЕРМСКОГО

ПРИКАМЬЯ

03.00.0? - микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ПЕРМЬ - 1997

Работа выполнена в лаборатории техногенных экосистем Института экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской Академии Наук.

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

старший научный сотрудник, С.А.Иларионов

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

О.Н.Октябрьский; доктор биологических наук, Е.П.Розанова

Ведущая организация: Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН

часов

Защита состоится 1997 г. в /¿Р1

на заседании диссертационного совета К 200.46.01 в Институте экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения РАН по адресу: 614081, г.Пермь, ул.Голева, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения РАН.

Автореферат разослан "Ж" ^^^¿'¿Я 1997 г. Ученый секретарь _

диссертационного совета /г——Ившина И.Б.

Актуальность проблемы. Азот является одним из главных биогенных элементов, без которого невозможно существование жизни на Земле (Вернадский). Дефицит азота в биосфере в форме, доступной для живого вещества, обусловливает наличие глобального цикла превращений различных его форм. Круговорот соединений аэота в верхней части литосферы {до горизонта грунтовых вод включительно) изучен достаточно хорошо. Считается, что азот, вынесенный из почвы в виде нитратов и органических соединений, может аккумулироваться в грунтовых водах, где часть его будет потеряна в результате процесса денитрификации, а остаток поступит в наземные водные экосистемы. Таким образом, нижнюю границу глобального биогеохимического цикла аэота проводят по глубине залегания горизонта грунтовых вод, то есть на глубине нескольких метров от поверхности земли. В то же время известно о наличии микроорганизмов в горизонтах, расположенных ниже грунтовых вод. В последние 5-8 лет появились данные о наличии соединений азота и процессов их бактериального преобразования в глубоких водоносных горизонтах, расположенных в нескольких сотнях метров от поверхности земли. Однако, отсутствуют данные о поступлении соединений азота в водоносные горизонты, расположенные ниже грунтовых вод, на глубинах в несколько десятков метров. Отсутствуют данные как об общей бактериальной активности, так и об активности микроорганизмов отдельных физиологических групп цикла аэота в этих горизонтах.

Целью настоящего- исследования было изучение бактериальных процессов биогеохимического цикла азота в подземных водах.

Основные задачи работы состояли в следующем:

г

1. Отработать методики исследования изучаемых объектов;

2. Изучить физиологические группы микроорганизмов цикла азота в разных гидрохимических типах подземных вод Пермского Прикамья;

3. Оценить бактериальную активность подземных вод верхней части литосферы.

Научная новизна работы. Впервые проведено систематическое сравнительное микробиологическое исследование подземных вод разного гидрохимического типа:

а) изучена общая бактериальная активность;

б) определена чиленность физиологических групп микроорганизмов, осуществляющих превращения соединений азота;

в) предложена схема функционирования бактериальных процессов цикла азота в разные сезоны года;

г) адаптирована методика радиоизотопных исследований применительно к изученным типам подземных вод.

Практическая значимость. Материалы диссертации могут быть использованы при чтении курса лекций по предмету "Биогеохимия". Кроме того научные выводы диссертации могут быть учтены при составлении баланса глобального биогеохимического цикла азота и для оценки роли подземной части биосферы в нем.

Публикации. Основные материалы работы опубликованы в 2 статьях (одна в печати) и 11 тезисах.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Межреспубликанском совещании "Проблемы региональной экологии" (Томск, 1992), Международной конференции по загрязнению окружающей среда, токсикологии и эпидемиологии (Москва-Пермь, 1993), Международном симпозиуме по подземной микробиологии (Великобритания, Бат, 1993), Международной конференции "Охраняемые природные

территории. Проблемы выявления, исследования и организации систем" (Пермь, 1994), Международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды" (Томск,1995), IV Конференции молодых ученых "Актуальные проблемы биологии" (Сыктывкар, 1996), Международной конференции "Перспективы развития естественных наук на Западном Урале" (Пермь, 1996), Международном симпозиуме по подземной микробиологии (Швейцария, Давос, 1996), Международной конференции "Микробное разнообразие; состояние, стратегия сохранения, экологические проблемы" (Пермь, 1996).

В 1993 г. по теме "Изучение некоторых биологических процессов превращения соединений углерода и азота в подземных экосистемах" был выигран грант Специального фонда для выплаты персональных стипендий и грантов талантливым молодым ученым ( грант № Д 1.61 ) .

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописи и состоит из введения, обзора литературы (3 главы), описания объектов и методов исследований, результатов собственных исследований (3 главы) , обсуждения результатов, заключения и выводов. Работа иллюстрирована 14 таблицами и 12 рисунками. Список использованной литературы включает 316 наименований, из них 84 на русском языке.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты исследования. В работе использовали пробы воды из естественных выходов подземных вод (родников) зон разгрузки палеозойских водоносных горизонтов Перм-

ской области, имеющих воды разного гидрохимического типа. Родник "Горы" разгружает соликамский водоносный комплекс Ргв!, содержит воды гидрокарбонатно-кальциевого типа, является нисходящим, ненапорным. Родники "Петро-павловский-1", "Петропавловский-11" и "Петропавловский-III" разгружают артинско-филипповский карбонатный водоносный горизонт P1a-fl, содержат воды гидрокарбонатно-кальциевого типа. Родник "Петропавловский-1" является ненапорным, нисходящим. Родник "Петропавловский-II" является напорным, восходящим, газирующим (азотно-метано-вым) . Родник "Петропавловский-Ш" является напорным, восходящим, в составе водорастворенных газов, выделяющихся в свободном виде, содержит сероводород. Родники "Самаровский-1" и "Самаровский-И" разгружают иренский гипсово-ангидритовый комплекс Р^г, содержат воды сульфатно-кальциевого типа. Родник "Самаровский-1" является напорным, восходящим, в составе водорастворенных газов, выделяющихся в свободном виде, содержит сероводород. Родник "Самаровский-11" является ненапорным, нисходящим Родник "Нижняя Солянка" разгружает кунгурский терриген-ный водоносный комплекс Ргкд, содержит воды хлоридно-натриевого типа, является напорным, восходящим.

Химические методы. Содержание карбонат- и гидрокарбонат-ионов определяли титриметрически с 0,1 н соляной

кислотой б присутствии индикаторов фенолфталеина и метилового оранжевого (Кузнецов, Дубинина, 1999; Романенко, Кузнецов, 1974). Содержание нитрит-ионов определяли колориметрически с реактивом Грисса (Практикум по микробиологии, 1976). Содержание нитрат-ионов определяли разностным методом после восстановления до нитрит-ионов порошком цинка (Практикум по агрохимии, 1989). Содержание ионов аммония определяли колориметрически фенол-гипохло-ритным методом (Зо1оггапо, 1969). Содержание углерода органических веществ определяли по величине перманганат-ной окисляемости (-Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши, 1977) .

Микробиологические методы. Численность микроорганизмов отдельных физиологических групп определяли методом высева из предельных десятичных разведений пробы на соответствующие среды с последующим расчетом по таблицам МакКреди (Практикум по микробиологии, 1976) . Десятичные разведения пробы готовили на стерильном фосфатно-солевом буферном растворе (Методы общей бактериологии, 1989). Приготовление разведений проб и засев пробирок со средами (в трехкратной повторности) производили на месте, сразу после отбора проб.

Радиоиаотопныв методы. 1. Определение скорости бактериальной ассимиляции веществ проводили используя рас-

творы D,L-[2-l4C]-лейцина (1970 Гбк/моль), Na-[l-14C]-адетата (1970 Гбк/моль) и Na-[14С]-бикарбоната (608 Гбк/ моль), которые вносили во флаконы с пробами объемом 25 и 100 мл из расчета 0.2 Мбк, 0.2 Мбк и 0.4 Мбк на 100 мл пробы, соответственно. Опыт ставили не менее, чем в трех повторностях. Пробы инкубировали in situ, после чего фиксировали формалином. В контрольные флаконы формалин вносили перед введением раствора меченого соединения. Фиксированные пробы фильтровали через мембранные фильтры с диаметром пор 0.2 мкм, активность которых просчитывали на счетчике мБета-2", используя диоксановую сцинтилляци-онную жидкость.ЖС-7.

2. Для определения скорости автотрофной нитрификации по разнице величин темновой ассимиляции углекислоты в пробах в качестве ингибитора автотрофной нитрификации использовали ацетилен. Ацетилен получали лабораторным способом из карбида кальция, очищали пропусканием через серию поглотительных склянок с растворами IN H2S04, IN КОН и 0.2М ацетата кадмия и собирали над насыщенным раствором хлорида натрия.

3. Влияние ацетилена на общую бактериальную активность определяли по изменению величины бактериальной ассимиляции лейцина, ацетата и углекислоты в присутствии ацетилена.

Статистический анализ результатов. Полученные результаты обрабатывали с помощью методов вариационной статистики. Результаты в большинстве таблиц представлены в виде средней арифметической и ее стандартной ошибки (М +_ т.) • Достоверность разницы между группами оценивали согласно t-критерию Стьюдента. Различия или показатели связи считались значимыми при р<0,05. Анализ результатов проводили на персональном компьютере с использованием пакетов программ Microsoft Excell 5.0 (Microsoft Office, USA) и Statistica 4.3 (StatSoft, Inc., USA).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ

Известно, что биологическую активность подземных сред можно изучать по природным родниковым водам. Родниковые веды показывают химическую природу водоносного горизонта и могут дать информацию о биологической ситуации в нем (McNabb, Dunlop, 1975) . Наличие доступных органических веществ и биогенных элементов может являться фактором, определяющим как общую активность микрофлоры, так и активность микроорганизмов отдельных физиологических групп цикла азота (Кузнецов и др., 1962).

Исследование отдельных химических характеристик подземных вод выявило изменение содержания в родниках в течение года минеральных соединений азота и углерода (Табл.1). Так, наблюдалось снижение содержания минеральных форм азота в осенне-зимний период по сравнению с летним периодом. Нитрит- и карбонат-ионы в подземных во-

Таблица 1;

Отдельные гидрохимические показатели вод родников

С0Э~, мг/л НСОз", мг/л Ы02",мг/л Ж>э",мг/л NHt*,Mr/n Т, °С

Родники ----------- ----------------- ----------- -------------- -------------- -----------

Зим Лет Осе Зим Лет Осе Зим Лет Осе Зим Лет Осе Зим Лет Осе Зим Лет Осе

Горы - - 292,8 292,2 291,4 0,28 0,37 0,38 - 2,00 - 4,3 5,9 5,8

Петропав-ловский-1 j 1- - - 292,8 268,4 290, 8 0,59 1,10 0,18 0,01 2,00 - 5,5 5,8 5,8

Петропав-ловский-11 ; - - - 280,6 I 260,4 265,6 0,25 0,22 0,11 0,03 1,80 - 5,5 6,1 6,1

Петропав-ловский-111 1 j- - - 305,0 298,8 300, 6 - 0,05 0,22 0, 04 0,02 2,00 - 5,4 5,5 5,5

Самаров-ский-1 j- - - 256,0 280,6 432,0 0,09 0,10 0,08 - 2,50 0,02 5,8 6,0 6,0

Самарав-ский-11 ! I- - 375,0 280,0 300, 0 - 0,20 1,01 0,06 - 2,50 0,02 5,4 5,6 5,5

Нижняя Солянка !- 264,0 231,8 263,0 0,08 0,22 0; 02 0,03 1,70 - 6,8 6,9 6,8

'Зим" - зима, "Вес" - весна, "Лет" - лето, "Осе" - осень, "-" - не обнаружены.

дах отсутствовали. Известно, что в весенний период в грунтовых водах (т.е. водах первого от поверхности земли водоносного горизонта) значительно повышается содержание биофильных компонентов, в первую очередь органического углерода и нитратов, вследствие интенсивного промывания почвогрунтов в течение весеннего половодья (Башкин, 1987). Исследование содержания этих компонентов в воде родника Горы в период с января по август показало четко выраженное увеличение содержания органического углерода и нитратов в весенний период (Рис.1). Нитрит-ионы в течение периода наблюдений обнаружены не были.

Результаты определения численности гетеротрофных

микроорганизмов, а также микроорганизмов отдельных физиологических групп цикла азота представлены в Табл.2.

фев мар апр май июн июл авг сен окт

Рис.1. Содержание органических веществ и нитратов в воде родника "Горы".

Таблица 2.

Численность микроорганизмов отдельных физиологических групп (кл/мл).

Родники

Гетеротрофы

Аэотфиксаторы

Аммонификаторы Денитрификаторы

Зим Вес Лет Осе Зим Вес Лет Осе Зим Лет Осе Зим Лет Осе

Горы

950 950000 10- 1,5-1000 -10

200 450 0 0-2,5

45 <1000 1,5-10

1.5-10

Петропав- 15- 100000 15- 1,5

ловский-1 -95

-150

7,5 2-15

4,5 О

15

1,5

15

Петропав- 250- 250000 400- 150 25 250

ловский-11 -950

-4500

4,5 0

150

Петропав- 15- 95000 250 ловский-111 -450

0,3 450 45 0 1

0,3 0 25 0,3

Самаров- 2,5- 950000 750 ский-1 -250

4,5 9,5 2500 0 0 300

120

Самарав-ский-11

2,5-250

750 250-15000

2,5 4,5 9,5 0 0 0 25

О 0

25

Нижняя Солянка

9,5

450 9,5 0,3. "4.5

0 0 0 0-0

45 О

0

о

о

о

"Зим" - зима, "Вес" - весна, "Лет" - лето, "Осе" - осень.

Закономерность изменения в родниках численности была одинаковой для всех исследованных групп микроорганизмов: большая численность наблюдалась в весенний период, меньшая - в осенне-зимний период. Микроорганизмы - нитрифи-каторы в исследованных родниках не обнаруживались, т.е. их численность была ниже предела обнаружения метода. Низкая численность отдельных групп микроорганизмов в роднике "Нижняя Солянка" по сравнению с другими родниками может быть следствием менее благоприятных условий для существования микроорганизмов (например, более высокой минерализации вод). Следует учесть, что выявление специфических физиологических групп микроорганизмов на элективных средах со специально внесенными в них субстратами позволяет выявить только потенциальные возможности микрофлоры исследуемой экосистемы, а также проследить вероятные пути трансформации соединений в биогеохимическом цикле того или иного элемента. Реальное протекание процесса трансформации соединения будет зависеть не только от присутствия соответствующей группы микроорганизмов, осуществляющих процесс, но и от наличия данного соединения в месте обитания микроорганизмов. Известно, что за исключением автотрофной нитрификации, процессы азотного цикла неспецифичны и осуществляются многочисленной и разнообразной микрофлорой, легко приспосав-

ливающейся к среде обитания (Биологические основы плодородия почвы, 1984) . Деятельность аммонифицирущих бактерий может являться причиной, обусловливающей появление в родниках ионов аммония, поскольку с поверхности азот мигрирует в водоносные горизонты в основном в форме нитратов и органических веществ. И хотя содержание ионов аммония в родниках в весенне-летний период было достаточным для их окисления микроорганизмами-нитрификатора-ми, в это же время наблюдалось и максимальное содержание органического вещества, достаточное для ингибирования деятельности данных микроорганизмов. Так как способность к фиксации молекулярного азота проявляется у азотфикси-рующих микроорганизмов только в условиях низкого содержания в среде их обитания минеральных и органических форм азота, увеличение численности аэотфиксирующих микроорганизмов в родниках в весенний период, обнаруживаемое при высеве проб воды на беэазотистую минеральную среду, является следствием увеличения в этот период численности гетеротрофных микроорганизмов, многие из которых были бы способны к фиксации молекулярного азота при наличии в родниках соответствующих условий.

В исследуемых родниках было выявлено изменение в течение года величин бактериальной ассимиляции лейцина, ацетата и углекислоты (Табл.3). Наибольшая величина ас-

Таблица 3. Бактериальная ассимиляция веществ.

Лейцин, нмоль/(л'сут) Ацетат, нмоль/ (л'сут) С02, ыкр С/(л'сут)

Родники -------------------------------- ------------------------ ------------------------------

Зим Вес Лет Осе Зим Лет Осе Зим Вес Лет Осе

Горы

0,8 2,0 +0,04 ' +0,10

0, 9

0, 8

+0,32 +0,06

0,3 6,1 1,5 0,06 0,01 0,09 0,01

+0,26 +0,72 +0,19 +0,008 +0,001 +0,002 +0,001

Петропав-ловский-1

0,2 +0,06

1, 1

+ 0, 02

0,6 0,2 +0,25 +0,05

12,2 22,0 4,3 0,06 0,01 0,09 0,11

+3,48 +0,30 +1,27 +0,001 +0,001 +0,001 +0,006

Петропав-ловский-11

0,4 2,3 +0,12 +0,10

0,6 0,2 1,9 8,7 11,0 0,05 0,02 0,12 0,17

+0,05 +0,01 +0, 84 +1,24 +4, 07 +0,006 +0, 001 +0, 002 +0,035

Петропав- 1,9 4, 9 , 3, 0 0, 8 77.5 103, 0 45, 0 0, 06 0, 01 0, 11 0, 43

ловский-Ш +0, 13 +0, 38 +0, 22 +0, 03 +0,94 +0,59 +1,56 +0,014 +0, 001 +0,008 +0, 024

Самаров-ский-1

2,0 4,2 +0,15 +0,40

3,5 1,0 4,2 12,6 6,4 0,06 0,01 0,11 0,08

+0,43 +0,10 +1,20 +3,37 +0,60 +0,006 +0,001 +0,038 +0,002

Самаров- 1,8 4,0 3,3 1,1 6,1

ский-11 +0,10 +0,36 +0,09 +0,10 +0,73

13,6 8,8 0,05 0,02 0,10 0,06

+1,06 +1,25 -0,002 +0,001 +0,007 +0,002

Нижняя Солянка

0,3 2,8 +0,05 +0,12

3,5 0,6 0,8 8,9 1,1 0,04 0,01 0,05 0,03

+ 0, 16 +0, 17 +0, 30 +1, 63 +0,22 +0,001 +0., 001 ¿0, 002 +0, 006

'Зим" - зима, "Вес" - весна, "Лет" - лето, "Осе" - осень.

симиляции лейцина и ацетата наблюдалась в весенне-летний период, а наименьшая - в осенне-зимний период. Величина бактериальной ассимиляции углекислоты была максимальной в летне-осенний период и минимальной в весенний период. Известно, что колебания величины темновой ассимиляции углекислоты коррелируют с сезонной сукцессией доминирующих видов микроорганизмов и изменением физико-химических условий в среде .(Кузнецов и др., 1985). Было выявлено достоверное отличие величины бактериальной ассимиляции лейцина и углекислоты в пробах подземных вод, отобранных в весенний период, от таковой в пробах этих же подземных вод, отобранных в другие сезоны года. Таким образом, наблюдаемый характер изменения в родниках величин бактериальной ассимиляции лейцина, ацетата и углекислоты может являться следствием того факта, что в весенний период, когда наблюдается больший поток биогенных элементов с поверхности в подземные горизонты, неорганический источник углерода (углекислота) играет меньшую роль в конструктивном метаболизме бактериального сообщества (в котором, вероятно, происходит сукцессия доминирующих видов микроорганизмов). В пользу качественного изменения со. става бактериальных сообществ родников свидетельствует и разное влияние ацетилена на микрофлору одного и того же

родника в разные сезоны года (Табл.4). Ацетилен оказывал как стимулирующее, так и ингибирующее влияние на бактериальную ассимиляцию в родниках лейцина, ацетата и углекислоты или же совсем не влиял на нее. С одной стороны, отрицательное влияние ацетилена на величину бактериальной ассимиляции углекислоты (то есть снижение последней при добавлении к пробам ацетилена) может быть объяснено ингибирующим действием ацетилена на процесс автотрофной нитрификации, вызвавшим соответственное снижение величины темновой ассимиляции углекислоты. Однако, автотрофные нитрифицирующие микроорганизмы в исследуемых подземных водах обнаружены не были. Кроме того, ингибирование ав-тотрофного процесса не должно приводить к уменьшению величины ассимиляции лейцина и ацетата гетеротрофными микроорганизмами. С другой стороны, отсутствие влияния и, особенно, положительное влияние ацетилена на бактериальную ассимиляцию углекислоты в тех же подземных водах, но в другие сезоны года, не позволяют в дальнейшем использовать ацетилен в качестве ингибитора процесса автотрофной нитрификации. Стимулирующее воздействие ацетилена на микрофлору обычно связывают с образованием продуктов бактериального метаболиэмаацетилена: ацетальдегида, этанола, ацетата, формиата, бутирата, пропионата, углекис-

Таблица 4.

Влияние ацетилена на бактериальную ассимиляцию веществ.

Лейцин Ацетат Бикарбонат

Родники -------------------------------------------------------------------------------------------------

Зим Лет Осе Зим Лет Зим Вес Лет Осе

Горы

нв

нв нв

Петропав-ловский-1

НВ

НВ НВ

нв

нв

нв

Петропав-ловский-П

НВ

НВ

Петропав-ловский-Ш

НВ

нв

нв

самаров-ский-1

нв

нв

Самаров-ский-11

НВ

НВ

Нижняя Солянка

НВ НВ

НВ

"Зим" - зима, "Вес" - весна, "Лет" - лето, "Осе" - осень, "-" - снижение, "+" - возрастание, "НВ" - нет влияния

лоты (Си1Ьегз1:оп et а1., 1988; Кпо*1ез, 1990). Ранее было показано наличие в родниках "Петропавловский-!", "Петропавловский-11" и "Петропавловский-111" микрофлоры, способной использовать ацетилен в качестве источника углерода и энергии (КЬшигсЫк, 1996) . Ацетилен является непредельным углеводородом, и, возможно, за его метаболизм ответственны углеводородокислягсщие микроорганизмы, которые были обнаружены-в исследуемых подземных водах (Ко1ра!«^а, ЮтигсЫк, 1993) . При этом, метаболизм ацетилена микрофлорой родников с образованием ацетата или углекислоты может привести к снижению величины бактериальной ассимиляции данных веществ, определяемой радиоизотопным методом, вследствие эффекта разбавления меченого субстрата, добавленного в пробу, немеченым, образованным из ацетилена. Таким образом, ацетилен не может быть использован в качестве ингибитора бактериальных процессов при экологических исследованиях изучаемых подземных вод. Возникает сомнение относительно правомерности использования ацетилена для определения скорости бактериальной азотфиксации в исследуемых подземных водах. В научной литературе также имеются данные, накладывающие ограничения на использование ацетилена при исследованиях природных экосистем {ОаХздаагё, Вак, 1992).

Таким образом, проведенные исследования выявили изменение в подземных водах в течение года содержания органических и неорганических форм азота, численности основных физиологических групп микроорганизмов, осуществляющих превращения соединений азота, и бактериальной ассимиляции органических (лейцин, ацетат) и неорганических (углекислота) источников углерода. На основании этого предлагается следующая схема функционирования бактериальных процессов цикла азота в исследованных подземных водах (Рис.2). В осенне-зимний период наблюдается

ц

ыо; Ч*

Ы. 0 %

О иьс

И

и.

2

ь^ио; ин!

7

Рис.2. Схема предполагаемого функционирования цикла азота в исследованных родниках.

- поток веществ в период весеннего половодья

- поток веществ в период зимней межени

снижение содержания в родниках соединений азота, сопро-г

вождаемое снижением численности гетеротрофных микроорганизмов и величины бактериальной ассимиляции лейцина и ацетата- Азот в в-одоносные горизонты поступает, в основном, в неорганической форме (нитраты, молекулярный азот) . При этом азотфиксируютие микроорганизмы переводят часть молекулярного азота в органическую форму, связанную в биомассе микрофлоры. Часть нитрат-ионов, поступающих в водоносный горизонт, также может быть ассимилирована микрофлорой, в весенний период роль молекулярного азота в качестве источника азота для микрофлоры подземных вод снижается. Основными формами азота, поступающими в водоносные горизонты с талыми водами в этот период, являются азот органических веществ и нитраты. Наблюдается увеличение численности гетеротрофных микроорганизмов и микроорганизмов основных физиологических групп цикла азота, возрастание величины бактериальной ассимиляции органических веществ (лейцина и ацетата) и снижение величины бактериальной ассимиляции углекислоты (неорганического источника углерода). При этом часть органического азота подвергается процессу бактериальной аммонификации, и в воде родников возрастает содержание ионов аммония. Часть нитрат-ионов, поступающих в водоносный горизонт, подвергается денитрификации.

ВЫВОДЫ

1. Впервые проведено систематическое сравнительное микробиологическое исследование подземных вод разного гидрохимического типа верхней части литосферы на объектах Пермского Прикамья, получены данные по содержанию неорганических соединений азота, общей активности микроорганизмов и численности микроорганизмов основных физиологических групп биогеохимического цикла азота в них.

2. Дана оценка общей бактериальной активности исследованных подземных вод и установлено, что она меньше, чем бактериальная активность в поверхностных водоемах, но больше таковой в глубоких водоносных горизонтах.

3. В исследованных типах подземных вод определены величины бактериальной ассимиляции лейцина, ацетата, углекислоты, и прослежена динамика их изменения в течение года. Так, величины ассимиляции находились в интервалах следующих значений:

лейцин - 0,2 - 4,9 нмоль/(л'сут), ацетат - 0,8 - 103,0 нмоль/(л'сут), углекислота - 0,01 - 0,43 мкг С/(л'сут).

4. Показано сезонное изменение в исследованных подземных водах содержания неорганических соединений азота и чис-

ленности микроорганизмов основных физиологических групп

биогеохимического цикла азота.

5. Определены возможные пути трансформации соединений азота микрофлорой исследованных подземных вод и предложена схема функционирования цикла азота в подземных водах верхней части литосферы Пермского Прикамья.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

Хмурчик В.Т.,*Иларионов С.А. Микробиологические способы очистки подземных вод, содержащих высокую концентрацию мочевины.// Всес.симп. "Микробиология охраны биосферы в регионах Урала и Северного Прикаспия". - Оренбург, 1991. -С.126.

Khmurchik V.T., Ilarionov S.A., Seleznycv I.A., Oborin A.A., Rubinstein L.M., Kolpakova E.G., Esaev A.L. Microbiological processes within terrigen layers of Palaeozoic sediments.// Int. Symp.Subaurf-Microbiol.(19-24 Sept.). - Bath, 1993. - B-14.

Иларионов С.А., Хмурчик B.T., Колпакова Е.Г., Селезнев И.А. Микробиологическая активность в подземных водах зоны аэрации.// Межд.конф. "Охраняемые природные территории. Проблемы выявления, исследования, организации систем". - Пермь, 1994. -4.2. -С.116.

Хмурчик В.Т., Иларионов С.А. Бактериальные сообщества подземных горизонтов.// Межд.конф. "Охраняемые природные территории. Проблемы выявления, исследования,

организации систем". - Пермь, 1994. -4.2. -С.142.

Khmurchik V.T., Ilarionov S.A., Seleznyov I.A., Oborin A.A., Rubinstein L.M., Kolpakova E.G. Microbial biodegradative potential of springs attending various mineral deposits.// Int. Conf. Environ. Pollut. (17-24 July). -St.Petersburg, 1995. -P.24.

Хмурчик В.Т., Иларионов С.А. Исследование микробиологических процессов цикла азота в подземных водах.// Межд.конф. "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды" (12-16 Сент.). - Томск, 1995. -Т.2. -С.309.

Титова А.В., Хмурчик В.Т. Некоторые аспекты экологии микроорганизмов подземных горизонтов.// IV Молодежи, научн.конф. "Актуальные проблемы биологии". -Сыктывкар, 1996.

Хмурчик В.Т., Иларионов С.А. Сезонные изменения гетеротрофного потенциала и бактериальной ассимиляции углекислоты в родниках Пермской области.// Межд.конф. "Перспективы развития естественных наук на Западном Урале". - Пермь, 1996. -Т.2. -С.62.

Khmurchik V.Т., Ilarionov S.A. Seasonal bacterial activity and bacteria of a nitrogen cycle in Palaeozoic aquifers.// Int. Conf. "Microbial diversity: current situation, conservation strategy, and ecological aspects" (8-11 Oct.). - Perm, 1996. -P.179.

Khmurchik V.T. The influence of acetylene on microflora of Palaeozoic aquifers.// Int. Symp. Subsurf. Microbiol.(15-21 Sept.). - Davos, 1996. -P.167.

Khmurchik V.T., Ilarionov S.A. Bacterial activity of Palaeozoic aquifers.// Int. Symp. Subsurf. Microbiol.

(15-21 Sept.). - Davos, 1996. -P.143.

Khmurchik V.T., Ilarionov S.A., Seleznyov I.A., Oborin A.A., Rubinstein L.M., Kolpakova E.G. Microbial biodegradative potential of springs attending various mineral deposits.// In: Environmental pollution: assessment and treatment (Read,P. and Kinross,J., Eds.).

Khmurchik V.T. The influence of acetylene_on aquifers microflora.// in print.