Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экология сульфатредуцирующих бактерий и их геохимическая деятельность в подземных водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Экология сульфатредуцирующих бактерий и их геохимическая деятельность в подземных водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья"

оозовз юв

На правах рукописи

Лущаева Инна Владимировна

Экология сульфатредуцирующих бактерий и их геохимическая деятельность в подземных водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья

03 00 16-Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 3 МАЙ 2007

Томск-2007

003063106

Работа выполнена на кафедре физиологии растений и биотехнологии в ГОУ ВПО «Томский государственный университет» и в секторе общей микробиологии ОСП «НИИ биологии и биофизики ТГУ»

Научный руководитель доктор биологических наук

Карначук Ольга Викторовна

Официальные оппоненты докч ор биологических наук, профессор

Евдокимов Евгений Васильевич

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Тронова Татьяна Михайловна

Ведущая организация Институт химии нефти СО РАН

Защита диссертации состоится «23» мая 2007 г в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 267 10 в ГОУ «Томский государственный университет» по адресу 634050, г Томск, пр Ленина, 36

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета

Автореферат разослан «23» апреля 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Е Ю Просекина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Проблемы геохимии подземных вод давно привлекают внимание исследователей В И Вернадский отмечал, что среди химических соединений Земли вода занимает особое положение, а природные подземные воды являются сложными динамическими системами, которые находятся в тесной взаимосвязи с окружающей их средой (Вернадский, 1965) Содержание и активность микроорганизмов в подземной воде оказывает значительное влияние на ее геохимические и санитарно-гигиенические параметры (Younger, 2007) В последнее время в связи с глобальным загрязнением поверхностных вод централизованное водоснабжение все в большей степени ориентируется на подземные воды Поэтому проблема низкого качества питьевой воды в настоящее время является одной из самых актуальных проблем окружающей среды Месторождение подземной воды палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья является основным источником питьевого водоснабжения г Томска В процессе его эксплуатации возникает вопрос о поддержании санитарно-эпидемиологической надежности данной системы Проблема качества этих подземных вод связана с высоким содержанием железа и марганца (Шварцев, 1998) Кроме того, в подземной воде отмечается повышенное содержание ортофосфатов

На территории Обь-Томского междуречья исследования микрофлоры подземной воды, в том числе и сульфатредуцирующих бактерий (СРБ), не проводились СРБ играют важную роль в глобальных циклах серы и углерода (Иванов, Каравайко, 2004) и, таким образом, являются чрезвычайно важными элементами микробного сообщества Кроме того, СРБ являются относительно удобными объектами для культивирования и, следовательно, они представляют хорошую модель для изучения экологии микроорганизмов, их распределения и деятельности в окружающей среде Поэтому изучение распространения и геохимической деятельности сульфатредуцирующих бактерий в подземной воде необходимо как для оценки их влияния на санитарно-гигиенические характеристики питьевой воды, так и для понимания их роли в геохимических процессах, протекающих в системе вода-порода

В связи с вышеизложенным целью исследования явилось изучение экологии сульфатредуцирующих бактерий подземных вод палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья и ее участие в биогеохимических процессах, протекающих в подземной воде

Задачи исследования состояли в следующем

1 Изучить распространение и численность СРБ и аэробных сапрофитных микроорганизмов в подземных водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья

2 Изучить физиологию, филогению и кинетические характеристики роста на различных субстратах чистой культуры СРБ штамма 81, выделенной из подземных вод Обь-Томского междуречья

3. Исследовать возможное участие природного сообщества СРБ из подземных вод и чистой культуры СРБ в процессах мобилизации растворимых ортофосфатов из нерастворимых соединений фосфора

4 Исследовать способность природного сообщества СРБ из подземных вод и чистой культуры СРБ к мобилизации марганца из нерастворимых соединений марганца

Научная новизна Впервые исследованы распространение и численность сульфатредуцирующих и аэробных сапрофитных бактерий в подземной воде палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья Описана новая спорообразующая сульфатредуцирующая бактерия, выделенная из данных подземных вод Определены возможные доноры и акцепторы электронов, которые могут быть использованы группой СРБ в экосистеме подземных вод Определена активность сульфатного дыхания сообщества СРБ Показана роль микрофлоры подземных вод, и в частности природного сообщества СРБ, в мобилизации ортофосфата и марганца из нерастворимых соединений вмещающих пород Чистая культура СРБ штамма 81, выделенная из исследованных подземных вод, также способна мобилизовать растворимые ортофосфат и марганец из нерастворимых соединений

Практическая значимость Полученные данные по численности микроорганизмов в подземной воде могут быть использованы для мониторинга загрязнения подземной воды Полученные кинетические характеристики СРБ можно рекомендовать для моделирования процессов сульфатредукции в подземной воде палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья Показано, что СРБ способны мобилизовать ортофосфаты и марганец из нерастворимых соединений, что указывает на необходимость учитывать биологический фактор в геохимических процессах, протекающих в системе вода-порода

Апробация работы Материалы диссертации были доложены на городской конференции молодых ученых и специалистов (Томск, 1999), на международной конференции по экологии и рациональному

природопользованию (Томск, 2000), на И международном совещании «Экология пойм Сибирских рек и Арктики» (Томск, 2000), на международной конференции «Environment of Siberia, the Far East, and the Arctic» (Томск, 2001), на всероссийской научной конференции «Наука и образование» (Белово, 2002) По материалам диссертации опубликовано 7 работ, 2 из них в журналах, входящих в перечень ВАК

Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, 5 глав, обсуждения, выводов и списка литературы из 12 отечественных и 133 зарубежных источников Материал диссертации изложен на 107 страницах, содержит 6 таблиц и 18 рисунков

Список сокращений. ДНК -дезоксирибонуклеиновая кислота, КОЕ -колонии-образующие единицы, МПА - мясо-пептонный агар, ПЦР -полимеразная цепная реакция, рРНК - рибосомальная рибонуклеиновая кислота, СРБ - сульфатредуцирующие бактерии, РСА — Plate Count Agar, Т -время удвоения культуры

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объекты исследования

Нами было исследовано микробное сообщество подземной воды палеогеновых отложении Обь-Томского междуречья (Томский водозабор) Водозабор расположен в 10-15 км от Томска в пределах Западно-Сибирской плиты, фундамент которой погружается на глубину 0,2-0,5 км Основные водоносные горизонты неоген-четвертичных и палеогеновых отложений сложены рыхлыми песчано-глинистыми образованиями, разделенными водоупором Вследствие этого в палеогене развиты напорные воды, которые эксплуатируются 177 скважинами глубинои 60-100 м (Шварцев, 1998) Пробы воды отбирали непосредственно из эксплуатационных скважин Томского водозабора В проведенных исследованиях в качестве объекта изучения также использовалась чистая культура спорообразующей сульфатредуцирующей бактерии штамма S1, выделенная О В Карначук и ЮВТолоковым из проб воды, взятой из скважин Томского водозабора

Культивирование чистой культуры СРВ.

Культуру СРБ поддерживали на стандартной пресноводной среде Видделя с лактаточ (Widdel, Bäk, 1992) При таксономическом описании

чистой культуры использовали традиционные для сульфатредукторов субстраты роста (доноры электронов и углерода) — органические кислоты (лактат, формиат, фумарат, сукцинат, малат, оксалат, пируват, бензоат), спирты (этанол), углеводы (глюкозу, фруктозу), жирные кислоты (ацетат), аминокислоты (цистеин, аланин), ароматические соединения (никотиновую кислоту) Все растворы субстратов роста готовили отдельно от основной среды, стерилизовали автоклавированием при 0,5 Атм 20 минут Растворы вносили в основную питательную среду непосредственно перед посевом Конечная концентрация субстратов соответствовала концентрации, рекомендуемой Ф Видделем и Ф Баком (Widdel, Bäk, 1992) Для каждого проверяемого вещества проводили не менее 5 пересевов культуры О способности культуры использовать тот или иной субстрат в качестве донора электронов судили по наличию в пятом пересеве клеток по сравнению с контролем без добавления субстрата роста

Определение филогенетического положения чистой культуры СРБ.

Бактерии выращивали до поздней экспоненциальной фазы на среде Видделя (Widdel, Bäk, 1992) в 500мл сывороточных бутылях Клетки осаждали центрифугированием при 5000 х g в течение 15 мин и лизировали щелочным раствором додецилсульфата натрия Геномную ДНК выделяли как описано Самбрук с соавторами (Sambrook, Rüssel, 2001), а также с использованием PowerSoilTM DNA Isolation Kit (MO BIO Laboratories Inc) Для амплификации последовательностей генов 16S рРНК использовали специфичные для Bacteria праймеры 8F (5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3') (Amann, Stahl, 1992) и 1492R (5'-GGTTACCTTGTTACGАСТТ-3') (Lane, 1990) ПЦР проводили в 50 цл смеси, содержащей 50 - 100 нг матричной ДНК, 5 цл 10 х ПЦР буфера (ABgene, Epsom, UK), 1 75 mM MgCl2, 0 2 шМ смеси dNTP, 1 цМ каждого праймера, 1 25 U Red Hot polymerase (ABgene) Амплификатор (Thermo Hybaid PCR Express, Thermo Electron Corp, Basingstoke, UK) использовали для проведения следующих реакций первоначальная 5-мин денатурация при 94° С, последующие 32 цикла денатурация при 94° С в течение 1 мин, элонгация праймеров при 45° С в течение 1 мин, отжиг праймеров при 72° С в течение 1мин В конечном цикле инкубирование при 72° С составляло 7 мин ПЦР-продукт очищался и секвенировался коммерчески в DNA Sequencing Facility, Institute of Biotechnology, Helsinki University, Finland Анализ последовательностей ДНК проводили с использованием программы BioEdit, а также инструмента BLAST GenBank (http //www nebí nlm mh gov/) (Altschul et

al, 1997) Последовательности выравнивали и проводили филогенетический анализ с использованием пакета ARB (http //www.arb-home de)

Исходное филогенетическое дерево было построено методом ближайшего соседа (neighbor-joining) Bootstrapping analysis был основан на 1000 репликациях для установления доверительного уровня для каждого узла дерева Эксперименты по определению кинетических параметров поста. Кинетические параметры роста бактерий штамма S1 (истинная удельная скорость роста без учета скорости отмирания и время удвоения культуры) определяли графоаналитически, используя данные, полученные при измерении концентрации белка в разных временных точках в период фазы экспоненциального роста (Варфоломеев, Гуревич, 1999) Опыты проводили в трех повторностях Бактерии росли в пробирках объемом 30 мл на минеральной среде Видцеля В качестве донора электронов вносили лактат Результаты снимали через 16 часов после начала эксперимента и затем каждые четыре часа В пробах измеряли рН, количество сероводорода и белка

Опыты но изучению мобилизации растворимых ортофосфатов и марганца из нерастворимых соединений чистой культурой.

Способность чистой культуры штамма S1 мобилизовать растворимый ортофосфат из природного нерастворимого апатита проверяли на бесфосфатной среде Видцеля с лактатом Природный апатит добавляли в количестве 80 мг на пробирку Измерения начинали после 16-часовой лаг-фазы и затем фиксировали результат каждые четыре часа В пробах измеряли рН, количество сероводорода, ортофосфата и белка

Способность чистой культуры штамма S1 использовать Mn4f из нерастворимого соединения Мп02 в качестве акцептора электронов проверяли на бессульфатпой среде Видцеля с лактатом Оксид марганца Мп02 добавляли в количестве 200 мг на пробирку Измерения начинали после 13-часовой лаг-фазы и затем снимали результат каждые четыре часа В пробах измеряли рН, количество сероводорода и биомассы клеток

Нами была изучена способность накопительных культур СРБ осуществлять процессы мобилизации Мп2+ из нерастворимого оксида марганца Было поставлено 2 варианта опыта с тремя накопительными культурами 3, 28 и 163- на среде Видцеля с сульфатом и без сульфата В качестве субстрата роста добавляли лактат Оксид марганца вносили в количестве 200 мг на пробирку Количество марганца измеряли в нулевой точке, после 72-часовой и 168-часовой инкубации при температуре 28-30° С

Опыты с природной подземной водой.

Отбор проб подземной воды осуществляли непосредственно из эксплуатационных скважин в стерильную стеклянную посуду под плотно закрывающуюся пробку Опыты с природной водой, взятой из скважин Томского водозабора, проводили в 30, 50 и 100 мл флаконах под резиновыми пробками и с закручивающимися крышками Воду наливали во фчаконы до верха и плотно закрывали резиновыми пробками В качестве контроля во всех опытах служили подземная вода без внесения добавок В опытные флаконы стерильными шприцами вносили различные стерильные добавки Были заложены различные варианты опыта с внесением добавок Для стимуляции деятельности сульфагредуцирующих бактерий во флаконы вносили 20 % раствор сульфата натрия в количестве 1,5 мл на 100 мл Для ингибирования процессов сульфатредукции добавляли 10 % раствор натрия молибденовокислого в количестве от 10 до 40 мМ В опытах использовали различные органические субстраты - 12 % раствор этанола (вносили в количестве 1 мл/100 мл), 4 % раствор лактата (1,6 мл/100 мл), 0,5 М раствор бензоата (1 мл/100 мл), 10 % раствор ацетата (1 мл/100 мл), 20 % раствор NH4C1 (1,25 мл/100 мл), 20 % раствор КН2Р04 (1 мл/100 мл), 10 % раствор Na,Mo04 (4,84 мл/100 мл) В опытах по мобилизации фосфатов из нерастворимых соединений использовали синтетический нерастворимый осадок Саз(Р04)2 и природный апатит, которые вносили в 30 мл флаконы в количестве 50 мг В опытах по изучению мобилизации марганца из нерастворимых соединений использовали Мп02, который вносили в количестве 50 мг на 30 мл флакон Все опыты с природной водой проводили в 5 повторностях

Определение численности микроорганизмов в подземной воде

В пробах воды определяли общее содержание сульфатредуцирующих бактерий и аэробных сапрофитных микроорганизмов Количество сапрофитов определяли методом высева 10-кратных разведений проб воды на плотные питательные среды «Plate Count Agar» (Diflco, USA) и мясо-пептонный агар (МПА) Инкубировали посевы при температуре 28-30 °С в течении 2 недель Численность определяли подсчетом колоний микроорганизмов на чашках Петри

Численность сульфатредуцирующих бактерий определяли методом предельных разведений на среде Видцеля для пресноводных форм с добавлением лактата в качестве органического субстрата Посевы инкубировали при температуре 28-30 °С в течении 4-6 недель Численность

определяли визуально по почернению среды вследствие образования сульфида железа Использовали 7 последовательных разведений Наиболее вероятное число бактерий рассчитывали с использованием таблиц Мак-Креди (Koch, 1994)

Исследование активности сульфатного дыхания сообщества СРБ.

Эксперименты, проводимые с подземной водой, взятой непосредственно из эксплуатационных скважин, наиболее достоверно отражают процессы, протекающие в микробном сообществе данной системы Для стимуляции процессов сульфатредукции во флаконы добавляли сульфат натрия, а в качестве донора электронов — этанол Всего было поставлено два аналогичных опыта - скважина 1 (25 09 2000) и скважина 14 (24 11 2000) Измерения pH, Eh и H2S проводили еженедельно в течение 5 недель

Изучение потенциальных доноров и акцепторов электронов для природного сообщества СРБ.

Образование сероводорода природным сообществом СРБ при добавлении органических и неорганических субстратов роста (доноров электронов) исследовали на примере воды из разных скважин В двух опытах (скважины 143 и 19) было поставлено по 9 вариантов, в каждом варианте по 5 повторностей В другом опыте (скважина 14) было поставлено 6 вариантов, в каждом варианте также по 5 повторностей

В опыте проверяли возможность использования сульфата нерастворимых соединений I'bS04 и BaS04, которые вносили в количестве 100 мг/100 мл, в качестве акцептора электронов для роста сульфат редуцирующих (СРБ) бактерий В данном опыте исследовали воду из скважины № 14 Было поставлено 5 вариантов опыта В следующем опыте дополнительно для стимуляции деятельности СРБ был внесен органический субстрат- этанол В этом опыте также исследовали воду из скважины № 14

Изучение возможной мобилизации марганца и ортофосфата из нерастворимого соединения сообществом СРБ.

В опыте по изучению мобилизации Мп(Н) использовали воду из 37 скважины Проводили опыт в 30 мл флаконах, в которые вносили по 50 мг Мп02 Первоначальный pH 7,2 Всего было поставлено 15 вариантов опыта, в каждом варианте по 5 повторностей После 6-недельной инкубации при комнатной температуре измеряли количество сероводорода, Мп(И) и pH

Было проведено несколько опытов по изучению возможной мобилизации ортофосфатов из нерастворимых соединений под действием микроорганизмов

подземной воды В первом опыте использовали подземную воду из скважины №19 Первоначальный рН составлял 7,8, содержание фосфата - 1,09 мг/л Синтетический растворимый осадок Caj(POf)£ вносили в 30 мл флаконы в количестве 50 мг на флакон Было поставлено 13 вариантов опыта, в каждом варианте по 5 повторностей В следующем опыте, кроме Са3(РОД}ИСпользовали природные апатит1 и апатит 2, которые вносили во флаконы в количестве 50 мг на флакон В данном опыте исследовали воду из скважины № 14, рН воды равнялась 7,72, количество ортофосфата — 0,614 мг/л Было пос1авлено 11 вариантов опыта, в каждом варианте по 5 повторностей Все посевы инкубировались в течение 6 недель при комнатной температуре, после чего измеряли количество сероводорода и ортофосфата в образцах

Аналитические методы. Определение содержания сероводорода проводили колориметрическим методом по Pachmayer (Pachmayer, 1960) на спектрофотометре КФК-2МП при 590 нм

Количество белка определяли по методу Лоури (Lowry et al, 1951) с использованием фенольного реактива Фолина Данный меюд сочетает в себе биуретовую реакцию (т е реакцию на пептидные связи) и реакцию Фолина (на тирозин и триптофан) Метод Лоури является наиболее чувствительным и точным из всех существующих методов количественного определения белка

Определение содержания ортофосфатов проводили колориметрически на КФК-2МП при 670 нм Принцип метода основан на реакции с молебдагом аммония в кислой среде Образующаяся при этом желтая гетеропол и кислота под действием восстановителя хлорида олова превращается в интенсивно окрашенное синее соединение Предел обнаружения ортофосфатов 0,01 мг/л (Новиков и др , 1990)

Определение содержания марганца проводили колориметрически на КФК-2МП при 640 нм Метод определения марганца основан на окислении его соединений до иона М11О4" (перманганат-ион) в кислой среде персульфатом аммония или калия в присутствии ионов серебра в качестве катализатора Интенсивность появляющегося розового окрашивания пропорциональна содержанию марганца (Новиков и др , 1990)

Измерение рН проб проводили рН-метром фирмы Piccolo марки АТС HI 1280 amplified electrode Измерение Eh проводили рН-метром фирмы Hanna HI 9025 electrode

Статистическую обработку данных проводили в статистических пакетах Microsoft Exsel version 5 0 и Statistica for Windows version 5 0

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Численность микроорганизмов в подземной воде палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья.

В подземной воде палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья нами было определено общее количество СРБ и аэробных сапрофитных микроорганизмов Как известно, жизнеспособность микроорганизмов в глубинных средах зависит от физико-химических факторов окружающей среды и большинство микроорганизмов в подземных водах - сапрофигы (МюШпеп е1 а1, 1997) Сапрофитные микроорганизмы развиваются за счет использования легкоразлагаемых органических субстратов и быстро реагируют на загрязнение местообитания Поэтому численность данной группы микроорганизмов используют как показатель загрязнения природных экосистем (Гидрохимические показатели, 2000)

По нашим данным сульфатредуцирующие бактерии являются довольно многочисленной группой микроорганизмов, распространенной в подземных водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья Их количество в различных скважинах колебалось от 10 до 106 кл/мл Определенное нами количество аэробных сапрофитных бактерий в пробах подземной воды из разных скважин в 2000-2001 годах составило от 1,5*Ю2 до 7,2*108 КОЕ/мл (таблица 1) По нашим данным в период 1992-1993 г г численность аэробных сапрофитов в пробах воды из скважин Томского водозабора колебалась от 10 до 9,9*103 КОЕ/мл Полученные данные свидетельствуют об увеличении количества аэробных сапрофитных бактерий в пробах воды из разных скважин Томского водозабора

По нашим данным в подземной воде Томского водозабора за изученный период с 1991 по 2000 годы произошло снижение концентрации неорганических форм азота (иона аммония, нитрата и нитрита) и увеличение содержания иона Р043", что отражает смену типа лимитирования развития микроорганизмов в данной системе с фосфорного на азотный Таким образом, наряду с увеличением содержания органического вещества в подземной воде произошло и увеличение численности сапрофитных микроорганизмов

Таблица 1 - Содержание бактерий в подземных водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья

Номер Дата отбора Численность сапрофитных Численность

скважины проб бактерий на разных средах, СРБ, кл/мл

КОЕ/мл

РСА МПА

143 15 03 00 4,3*104±0,2*104 2,2*104±0,1*104 105

37 13 04 00 8,6* 10б±0,4* 10б 3,8*106±0,2*106 ю5

19 08 06 00 7,2*108±0,7*108 5,0*108±0,4*108 104

1 25 09 00 7,0*104±0,2*104 4,6*104±0,3*104 ю2

14 19 10 00 3,9*10s±0,3*105 2,5*105±0,2 * 105 ю2

83 15 11 00 4,4*105±0,2*105 1,5*105±0,4* 10S 10

73 15 11 00 7,2*104±1,1*104 4,2* 105±0,1 * 105 10

14 15 11 00 6,2*105±0,4*105 2,1*105±0,2*105 ю2

1 15 11 00 7,6*105±0,3*105 2,3*105±0,1*105 ю2

48 15 11 00 6,6*105±0,3*105 ^♦ю^гд^ю4 10

144 27 11 00 5,8*105±1,0*105 3,1*105±0,2*105 10

98 27 11 00 4,2*105±0,8*105 6Д*105±0,8*105 ю4

106 27 11 00 8,9*105±0,7*105 6,9*105+0,6*105 10

113 27 11 00 2,0*10б±0,6*106 8,7*105±0,9*105 10

127 27 11 00 3,8*105±0,2*105 2,9*105±0,2*105 10

129 24 04 01 2,9* 102±0,1 * 102 1,5*102±0,1 *102 106

158 24 04 01 1,6 * 102±0,2 * 102 2,9*102±0Д *102 106

159 24 04 01 2,3*102±0,1*102 4,9*102+0,2*102 10б

Характеристики чистой культуры 81.

Филогенетический анализ показывает, что штамм 81 относятся к роду Ое.чи1/о1отаси1шп отдела р1ггшси1ез (рисунок 1) Ближайшим из валидно описанных родственников является Веш^о1отаси]ит аегопагШсит с гомологией последовательностей гена 168 рРНК 99 2% Однако, в отличие от £) аегопаиисит штамм может использовать в качестве конечного электрона сульфат. Несмотря на высокую гомологию последовательностей гена 168 рРНК, штамм вероятно является новым видом рода Ое,чи1/о!отаси1ит

ОелЛо/паш/ш? гаЛшв, 09595? ОкЛстаси/ш в55 0е$и1Ыотаси1ит ттт, У1 /572 г 0е5и1ЬЬтаси1ит аегопаиНсит, Х98407 1— ОеБиШотасиШ яр. Б?

г йевиШотасикт сз/ЬохусНюгж, АУ961415 Т— Ое5ч1Шпасикп лдп/са/к Х62176 ОеэиМотзЫит ри!и, АР053934 Ое5и!Ыошгси!ит аЯаШит, АРВ97024 0ези!Ыотаси1ит тЬрЫит, 088891

- ОеяАШтасикп асеЬхИапБ У11568

— Ое$и1Ыотаси!ит аизЫ/сит. М96865

Ое$и1Ыотаси!ит //?егтоойетит, 1133455 ОегиШотасиЬт китеШи У11569 ОегиМотгсиЫ 1ис:ае, АШ9233 Ое5и1Шпаси1ит йегтоасйимйга У11 Ое$и1Ыотаси!ит ¡ЬегтоЬепжит, УН574 ОезиНоШасиЫ йшоярогогапз, У11575 5рого'отаси!ит МгохуЬеп:окит, У148' ОевиМошасиЬт 5аротапаеп5, АР1683В5 ОезиШотасиЬш дйжнгв, А№Ш\

ОеяАкяротзтв опеМв, У) 1570

Оеги1Ыотаси1ит део1Ьегткит, У11567

010

Рисунок 1 — Филогенетическое положение штамма Оези1/о1отаси1ит ер 81, определенное методом ближайшего соседа (nelghbor-JOlnlng) Масштаб показывает 10% расхождения последовательностей

Данный штамм представлен палочковидными спорообразующими микроорганизмы с оптимальной температурой роста 37°С Было определено, что СРБ штамма в качестве донора водорода используют лактат, этанол, глюкозу, малат и пируват Фенотипические характеристики штамма спорообразующей СРБ определяют его таксономическое положение как Веяи1/о1отаси1ит ьр Динамика роста данной культуры на стандартной среде Виделя с лактатом соответствует классической кривой роста бактерий (рисунок 2) Удельная скорость роста культуры 81 равна 0,057 час"1 (Т = 11,6 часа)

300

г 2

150

со

ж 100

ч 200

250

50

0

О 16 20 24 28 32 36 40 44 48

Время, час

Рисунок 2 - Динамика образования сероводорода и белка культурой Desidfotomaciilum sp SI на среде Видделя с лактатом

Образование сероводорода природным сообществом СРБ.

Мы изучали образование сероводорода природным сообществом СРБ в подземной воде на различных субстратах в условиях микрокосма Очень часто ограниченность моделируемых условий эксперимента объясняется неспособностью подлинно воспроизвести естественные условия в лаборатории Поэтому, экстраполяция лабораторных результатов к реальным ситуациям часто критикуется, если проверка правильности данных не выполнена in situ В так называемых микрокосмах обеспечиваются условия изучения микробных реакций в наиболее близких к естественным условиям (Mandelbaum et al, 1997) Эксперименты, проводимые с подземной водой, взятой непосредственно из эксплуатационных скважин, наиболее достоверно отражают процессы, протекающие в микробном биоценозе данной системы

В экспериментах с подземной водой, взятой из разных эксплуатационных скважин Томского водозабора (скважины 143,19,14), было показано, что донором электронов для сульфатредукции в подземных водах может служить этанол (рисунок 3) Внесение других добавок и субстратов (лактат, бензоат, ацетат) не стимулировало образования H2S Эти варианты опыта не отличаются достоверно от контрольного варианта В качестве акцепторов электронов в отсутствии растворимого сульфата СРБ могут использовать сульфат

малорастворимых соединений - Ва804 Потенциальная активность сульфатного дыхания сообществом СРВ в подземной воде, рассчитанная по прибыли сероводорода, была равна 4,23 мг/л в сутки

11

9 7

-1

1

8

2 3 4 5 6 7 СУБСТРАТ

Рисунок 3 - Влияние субстратов роста (1 — контроль без внесения добавок, 2 - Ка2804, 3 - №ь504 + №2Мо04, 4 - №2Б04 + ЫН4С1, 5 - Ыа2804 + КН2Р04, 6 - №28 04 + этанол, 7 - №2804 + лактат, 8 - Ка2Б04 + ацетат, 9 -№2804 + бензоат) на образование сероводорода в изолированных пробах подземной воды, взятой из скважины 19

Мобилизация ортофосфатов из нерастворимых соединений СРВ.

В исследованной нами системе подземных вод палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья отмечено повышенное содержание растворимого ортофосфата, в некоторых скважинах значительно превышающих рекомендованный государственный стандарт Одной из причин увеличения содержания растворимого ортофосфата в данной системе мы предполагаем активизацию процессов его мобилизации из нерастворимых соединений вмещающих пород под действием микрофлоры, и в частности СРВ

В экспериментах нами была изучена способность мобилизовать растворимые ортофосфаты из нерастворимых соединений фосфора (синтетического осадка Са]РО,,)ги природных соединений - апатита 1 (Кольский п-ов) и апатита II (Хакасия)) под действием сульфатредуцирующих бактерий подземных вод (таблица 2) При добавлении различных источников доноров

водорода наблюдалось образование растворимого ортофосфата в количестве от 19,9 до 27,8 мг/л из синтетического нерастворимого осадка Са^РО^В то же время при добавлении молибдата натрия в качестве ингибитора процесса сульфатредукции также в пробах фиксировался растворимый ортофосфат в количестве от 8,3 до 24,4 мг/л Это свидетельствует о том, что в мобилизации ортофосфата, наряду с СРБ, принимают участие и другие группы микроорганизмов

Таблица 2 - Образование сероводорода и мобилизация ортофосфата из нерастворимого осадка Са3(Р04)2 в микрокосмах с подземной водой при добавлении различных субстратов и ингибитора сульфатредукции

Субстрат Содержание сероводорода, мг/л Содержание ортофосфата, мг/л

Контроль без внесения субстрата 1,22 + 0,05 7,96 + 0,08

Этанол 4,20+1,28 14,39+ 1,03

Ацетат 1,97 ± 1,42 34,54 ± 1,30

Бензоат 0,31 ±0,16 27,68 ± 0,72

Лактат 0,21+0,12 25,61 +0,46

Ыа2804 + этанол 33,84 ± 0,62 19,94+ 1,00

Ыа2804 + ацетат 2,39 ± 0,94 25,43 ± 1,44

№2804 + бензоат 0 23,82 ±2,17

Ыа2й04 + лактат 2,14 ± 1,61 27,86 ±0,56

№2804+№2Мо04 + этанол 0,02 ±0,01 8,27 ±0,51

Ыа2804 + Ыа2Мо04 + ацетат 0,45 + 0,08 15,09 + 0,61

Ка2804 + №ьМо04 + бензоат 0,08 + 0,03 11,27+ 1,30

Ыа2804+№2Мо04+ лактаг 0,22 ± 0,05 24,38 ± 0,45

В опытах с природными нерастворимыми соединениями фосфора (апатитами I и II) отмечено, что в варианте с добавлением этанола и сульфата натрия мобилизовалось меньше растворимого ортофосфата, чем в варианте с добавлением только сульфата натрия При этом в вариантах с добавлением к апатитам I и II сульфата натрия сероводород образовывался в незначительных количествах, не отличающихся статистически достоверно от контрольного варианта без внесения добавок При добавлении к пробам воды с апатитом I и II этанола с сульфатом натрия интенсивно идет образование сероводорода, что

свидетельствует о росте сульфатредуцирующих бактерий Возможным объяснением результатов опыта является предположение, что на процесс мобилизации фосфата из нерастворимых соединений влияют не только СРБ, но и в большей степени другие группы микроорганизмов Возможно также, что весь образовавшийся фосфат используется на нужды клеток

Нами были поставлены эксперименты по изучению способности мобилизовать ортофосфаты из нерастворимых соединений под действием чистой культуры Пе.^и1/ок)таси1ит ,чр штамма 81, выделенной из подземной воды Томского водозабора При росте культуры штамма 81 в бесфосфатной среде с добавлением природного нерастворимого апатита происходит мобилизация растворимого ортофосфата (рисунок 4) При этом обнаружение ортофосфата в культуралыюй среде связано с образованием сероводорода и ростом биомассы бактерий Также на протяжении всего эксперимента рН среды существенно не изменялся (от 7,56 в нулевой точке до 7,45 в конце эксперимента) Следовательно, на выщелачивание ортофосфатов из апатита рН среды существенно не влияет

О 24 28 32 36 40 44 48 52 56 Время, час

Рисунок 4 - Динамика образования сероводорода, белка и мобилизация ортофосфата культурой 1)е.чи1[о1отаси1ит яр при росте на среде Видделя с добавлением апатита

Наши эксперименты подтверждают возможность мобилизовать растворимые ортофосфаты из нерастворимых соединений фосфора СРБ Многими авторами было показано, что для мобилизации фосфата из

0,9 -

4,5

нерастворимого осадка требуется избыток сероводорода (Эе Огоо1, 1991, ОоИегтап, 1995а) По всей видимости, в нашем случае возможно мобилизация ортофосфата происходит по этому же пути Либо в качестве механизма мобилизации возможно предположить связывание ионов Са2+ хелотирующими лигандами, образующимися при росте СРБ, такими, как, например, ацетат Но, наряду с СРБ, в процессах мобилизации иона РО43" из нерастворимых соединений фосфора вмещающих пород исследованных подземных вод, принимают участие и другие группы микроорганизмов

Мобилизация марганца из нерастворимых соединений сообществом

СРБ.

Нами были проведены эксперименты по изучению способности сульфатредуцирующих бактерий мобилизовать двухвалентный марганец из нерастворимого оксида марганца (таблица 3) В опыте с сообществом микроорганизмов подземной воды палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья было показано, что наибольшее количество Мп2+ (377,5 мг/л) образовывалось в варианте с добавлением лактата в качестве донора электронов При этом отмечено и наибольшее количество сероводорода (9,4 мг/л), что свидетельствует об интенсивном росте СРБ В то же время значительное количество Мп24" (303,5 и 89,4 мг/л) зафиксировано соответственно в вариантах опыта с добавлением молибденовокислого натрия в качестве ингибитора деятельности сульфатредукторов Образование сероводорода в этих вариантах не наблюдалось Следовательно, можно предположить, что наряду с сульфатредуцирующими бактериями в природных сообществах в мобилизации марганца (11) из нерастворимых соединений принимают участие и другие группы микроорганизмов Это подтверждается и литературными данными Нельсон и Саффарини (ИеаЬоп, Saffaпш, 1994) отмечали, что диссимиляционная редукция марганца встречается в некоторых организмах, включая сульфатредуцирующие бактерии и факультативные аэробы

Мобилизация марганца чистой культурой н накопительными культурами.

Подземные воды палеогеновых отложений Томского водозабора являются системой, лимитированной по сульфату, содержание которого, как правило, не превышает единиц миллиграммов на литр В подобных условиях

вероятным является вариант использования СРБ альтернативных акцепторов электронов, одним из которых является четырехвалентный марганец Для подтверждения предположения о способности СРБ использовать марганец в качестве акцептора электронов нами были проведены эксперименты по изучению способности чистой культурой Оези1/о1отаси1ит яр штамма 81 и накопительными культурами СРБ осуществлять процессы мобилизации марганца в раствор

Таблица 3 - Образование сероводорода и мобилизация марганца из нерастворимого Мп02 в микрокосмах с подземной водой при добавлении различных субстратов роста и ингибитора сульфатредукции

Субстрат роста Содержание Содержание

сероводорода, мг/л марганца, мг/л

Контроль без внесения 0,67 ± 0,42 23,28 ± 15,09

субстрата

№2804 1,19 ±0,64 23,28 ± 7,02

№2804 + №2МО04 0,05 ± 0,04 8,73 ± 7,42

Ыа2804 + этанол 3,12 ± 1,07 24,74 ± 7,64

Ыа2804 + лактат 9,38 ± 6,44 237,69+ 62,25

№2804 + бензоат 0,12 ± 0,07 22,31 + 10,36

Ма2Я04 + ацетат 0,03 ±0,01 5,82 ±3,78

Ш2804 + КН2Р04 0,64 ± 0,34 24,25 ± 9,71

№2804 + Т^Н4С1 0,25 ± 0,21 42,45 ± 9,73

Ка2804 + Ш2Мо04 + этанол 1,54+1,05 8,25 + 7,26

Ка28 04 + №2Мо04 +лактат 0 0,24 ± 0,20

Ыа2804+ Ыа2Мо04 + бензоат 0 0

На2804+№2Мо04 + ацетат 0,27 ± 0,24 1,46+1,21

№2804+Ыа2Мо04+ КН2Р04 0 56,27 + 20,17

Ыа2804+Ш2Мо04 + 1ЧН4С1 0 191,12 ±76,22

Было показано, что под действием Ое,т[/о1отаси1ит ьр ш гамма 81, выделенной из подземных вод палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья, в бессульфатной питательной среде происходит мобилизация Мп2+ из нерастворимого соединения Мп02 Восстановление марганца в начале опыта связано с ростом биомассы бактерий, а затем, после наступления стационарной

19

фазы роста и фазы отмирания, происходит накопление растворимого марганца в культуральной среде до 42,5 мг/л Это свидетельствует о том, что в отсутствии сульфатов СРБ способны использовать в качестве акцептора электронов марганец

В опытах с накопительными культурами использовали накопительные культуры СРБ, выделенные из проб воды эксплуатационных скважин NN 3, 28 и 163 Томского водозабора Выделение Мп2+ в культурапьную среду составляло от 15 до 40 мг/л в разных вариантах опыта и носило разный характер на средах с сульфатом и без него Полученные результаты могут свидетельствовать о различном механизме мобилизации марганца в вариантах опыта По всей видимости, на среде с сульфатом происходит абиологическая редукция марганца Сульфатредуцирующие бактерии в процессе своего роста образовывали Н2Б, который в свою очередь восстанавливал Мп4+ в результате химической реакции

ЗН++ Мп02+ Ш" > Мп2+ + Б0 + 2НгО (Вигс1ше, N6315011, 1986) На среде без сульфата появление Мп2+ можно рассматривать как результат использования Мп4 г культурами СРБ в качестве акцептора электрона Вероятно, отсутствие Н28, являющегося сильным восстановителем, в среде без сульфата приводит к позднейшему окислению его на 7-сутки или осаждению в виде МпСОз (родохорозита)

Таким образом, нами было доказано, что СРБ способны мобилизовать марганец из нерастворимых соединений В отсутствии сульфата сульфатредуцирующие бактерии используют марганец из нерастворимых соединений в качестве акцептора электронов В природных средах, в частности в подземных водах, мобилизация марганца из нерастворимых соединений также осуществляется под действием других групп микроорганизмов либо абиологическим путем

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные нами данные можно использовать для мониторинга санитарно-гигиенического состояния подземных вод Группу СРБ можно рекомендовать в качестве индикаторной группы микроорганизмов, так как они относительно удобны и просты в культивировании Данные по активности сульфатного дыхания сообществом СРБ в подземных водах и кинетические

характеристики чистой культуры Веьи^оЮтасиЫт яр можно использовать при моделировании процессов сульфатредукции в подземных водах

Численность аэробных сапрофитов используют как показатель загрязнения природных экосистем По нашим данным микроорганизмы широко распространенны в подземных водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья За последнее десятилетие их количество выросло в несколько раз Как показали наши исследования, деятельность микроорганизмов в подземной воде ведет к увеличению важног о биогенного вещества —ортофосфата, который является лимитирующим элементом для большинства сапрофитных микроорганизмов Учитывая тот факт, что антропогенная нагрузка на данную систему подземных вод не изменилась, а скорее даже уменьшилась, то увеличение численности сапрофитных микроорганизмов можно связать с увеличением содержания органического вещества и ортофосфата в подземной воде

ВЫВОДЫ

1 Численность сульфатредуцирующих бактерий, определенная по росту на пресноводной среде Видцеля с лактатом, в изученных пробах подземной воды палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья составляет от 10 до 106 кл/мл Численность сапрофитных бактерий, определенная по росту на двух питательных средах, в исследованной подземной воде составляет от 1,5* 102 до 7,2*108 КОЕ/мл

2 Анализ последовательностей гена 168 рРНК помещает штамм Б1, выделенный из подземных вод палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья, в род Ое,чи1/о1отаси1ит отдела РнгшсЩсб Бактерия может использовать этанол, лактат, глюкозу, малат и пируват в качестве доноров электронов для сульфатредукции Удельная скорость роста на лактате составляет 0,057 час1 (Т = 11,6 часа)

3 В исследованных подземных водах палеогеновых отложений наблюдается увеличение содержания растворимого ортофосфата Сообщество СРБ и чистая культура Ое$и1/о(отаси1ит яр способны мобилизовать растворимые ортофосфаты из апатита и синтетического осадка Са3(Р04)2

4 Сообщество СРБ и чистая культура Вехи1]о1отаси1ит способны мобилизовать Мп2+ из нерастворимого МпОг На среде с сульфатом возможным механизмом мобилизации является восстановление 4-валентного марганца сероводородом, образующимся при росте СРБ

5 Потенциальная активность сульфатного дыхания сообщества СРБ подземных вод, рассчитанная по прибыли количества сероводорода, составляет 4,23 мг/л в сутки Этанол является предпочтительным донором электронов для восстановления сульфата в подземных водах Обь-Томского междуречья В мобилизации растворимых ортофосфатов и марганца из нерастворимых соединений принимают участие группы микроорганизмов, отличные от СРБ

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1 Романенко И В (Лущаева), Карначук О В Возможное участие сульфатредуцирующих бактерий в мобилизации Mn(II) в подземных водах Обь-Томского междуречья // Экология и рациональное природопользование на рубеже веков Итоги и перспективы Материалы научной конференции, т III -Томск, 2000 - с 97-98

2 Романенко И В (Лущаева) Мобилизация марганца из нерастворимых соединений сульфатредуцирующей бактерией Desulfotomaculum spSl // Региональные проблемы экологии и природопользования Материалы городской конференции молодых ученых и специалистов - Томск, 2000 - с 3031

3 Карначук О В , Максимова Н М , Романенко И В (Лущаева), Ванина ЮН Мобилизация ортофосфата в подземных водах палеогеновых огложений Обь-Томского междуречья // Экология пойм Сибирских рек и Арктики Труды II совещания - Томск "STT", 2000 - с 160-167

4 Карначук О В , Романенко И В (Лущаева), Максимова Н М , Вагина С Э Эволюция биогенных элементов в водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья // Экология пойм Сибирских рек и Арктики Материалы международной конференции - Томск, 2001 - с 121-125

5 Романенко И В (Лущаева), Карначук О В Способность сульфатредуцирующих бактерий мобилизовать ортофосфат в подземных водах Обь-Томского междуречья // Наука и образование Материалы Всероссийской

научной конференции (12-13 апреля 2002 г) В 2ч ч2 - Белово БИ(Ф) КемГУ, 2002 - с 363-366

6 Романенко И В (Лущаева), Карначук О В Мобилизация фосфора и марганца из нерастворимых соединений под действием чистой культуры сульфатредуцирующих бактерий // Вестник Томского государственного университета Общенаучный периодический журнал Бюллетень оперативной научной информации, № 30 - Июнь 2004 - с 129-133

7 Романенко И В (Лущаева), Карначук О В Распространение сульфатредуцирующих бактерий в подземных водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья и их возможное участие в мобилизации ортофосфата и марганца // Вестник Томского государственного университета Общенаучный периодический журнал Бюллетень оперативной научной информации, № 30 -Июнь 2004- с 134-140

Автор выражает благодарность научному руководителю дбн Карначук О В и сотрудникам кафедры физиологии растений и биотехнологии Томского государственного университета за неоценимую помощь при проведении исследований и написании диссертации Также глубокую признательность сотрудникам муниципального предприятия «Томскводоканал» Вагиной С Э и Коневой Е Г за доброжелательное отношение и помощь в отборе проб воды Автор также выражает благодарность сотрудникам НИИ биологии и биофизики ТГУ за помощь при проведении исследований

Подписано к печати 23 04 07 Бумага офсетная Печать RISO Формат 60x84/16 Тираж 100 экз Заказ № 65-0407 Центр ризографии и копирования Ч/П Тисленко О В Св-во №14 263 от 21 01 2002 г, пр Ленина, 41, оф № 7а

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Лущаева, Инна Владимировна

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Характеристика сульфатредуцирующих бактерий.

1.2. Распространение микроорганизмов в подземной воде

1.3. Участие микроорганизмов в процессах мобилизации фосфата.

1.4. Микробиологическое восстановление марганца.

Глава 2. Материалы и методы.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Опыты с природной подземной водой.

2.2.1. Учет численности бактерий в подземной воде.

2.2.2. Получение накопительных культур.

2.2.3. Изучение образования сероводорода при инкубации проб воды с добавлением различных субстратов.

2.2.4. Изучение возможной мобилизации микроорганизмами марганца из нерастворимого соединения.

2.2.5. Изучение мобилизации микроорганизмами ортофосфата из нерастворимых соединений.

2.2.6. Изучение образования сероводорода при инкубации проб воды при добавлении нерастворимых сульфатов.

2.2.7. Изучение потенциальной активности сульфатного дыхания сообществом СРБ.

2.3. Культивирование сульфатредуцирующих бактерий.

2.4. Изучение кинетики роста чистой культуры СРБ штамма S

2.5. Определение филогенетического положения чистой культуры СРБ.

2.6. Изучение мобилизации ортофосфата из нерастворимых соединений чистой культурой штамма S1.

2.7. Изучение мобилизации марганца из нерастворимого с соединения чистой культурой штамма S1 и накопительными культурами.

2.8. Определение общего содержания сероводорода.

2.9. Определение биомассы.

2.10. Определение содержания белка.

2.11. Определение содержания ортофосфатов.

2.12. Определение содержания марганца.

2.13. Получение синтетического осадка Са3(Р04)2.

2.14. Измерение рН и Eh.

Глава 3. Численность и активность микроорганизмов в подземной воде.

3.1. Численность сапрофитных бактерий в подземной воде.

3.2. Численность сульфатредуцирующих бактерий в подземной воде.

3.3. Влияние различных субстратов роста на образование сероводорода сообществом СРБ из подземных вод.

3.4. Содержание ортофосфатов в подземной воде.

3.5. Мобилизация ортофосфата из нерастворимых соединений сообществом СРБ.

3.6. Влияние малорастворимых сульфатов на образование сероводорода сообществом СРБ их подземных вод.

3.7. Мобилизация марганца из нерастворимого соединения сообществом СРБ.

3.8. Определение потенциальной активности сульфатного дыхания сообществом СРБ в подземной воде.

Глава 4. Особенности физиологии накопительных культур и чистой культуры сульфатредуцирующей бактерии штамма S1, выделенной из подземной воды палеогеновых отложений.

4.1. Филогенетические и фенотипические характеристики чистой культуры СРБ штамма S1.

4.2. Кинетика роста чистой культуры

Desulfotomaculum sp. SI.

4.3. Мобилизация ортофосфата из нерастворимых соединений чистой культурой Desulfotomaculum sp. S1.

4.4. Использование Mn(IV) чистой культурой Desulfotomaculum sp. S как акцептора электронов.

4.5. Мобилизация марганца накопительными культурами СРБ.

Глава 5. Обсуждение результатов.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Экология сульфатредуцирующих бактерий и их геохимическая деятельность в подземных водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья"

Актуальность проблемы. Проблемы геохимии подземных вод давно привлекают внимание исследователей. В.И.Вернадский отмечал, что среди химических соединений Земли вода занимает особое положение, а природные подземные воды являются сложными динамическими системами, которые находятся в тесной взаимосвязи с окружающей их средой (Вернадский, 1965). Содержание и активность микроорганизмов в подземной воде оказывает значительное влияние на ее геохимические и санитарно-гигиенические параметры (Younger, 2007). В последнее время в связи с глобальным загрязнением поверхностных вод централизованное водоснабжение все в большей степени ориентируется на подземные воды. Поэтому проблема низкого качества питьевой воды в настоящее время является одной из самых актуальных проблем окружающей среды. Месторождение подземной воды палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья является основным источником питьевого водоснабжения г.Томска. В процессе его эксплуатации возникает вопрос о поддержании санитарно-эпидемиологической надежности данной системы. Проблема качества этих подземных вод связана с высоким содержанием железа и марганца (Шварцев, 1998). Кроме того, в подземной воде отмечается повышенное содержание ортофосфатов.

На территории Обь-Томского междуречья исследования микрофлоры подземной воды, в том числе и сульфатредуцирующих бактерий (СРБ), не проводились. СРБ играют важную роль в глобальных циклах серы и углерода (Иванов, Каравайко, 2004) и, таким образом, являются чрезвычайно важными элементами микробного сообщества. Кроме того, СРБ являются относительно удобными объектами для культивирования и, следовательно, они представляют хорошую модель для изучения экологии микроорганизмов, их распределения и деятельности в окружающей среде. Поэтому изучение распространения и геохимической деятельности сульфатредуцирующих бактерий в подземной воде необходимо как для оценки их влияния на санитарно-гигиенические характеристики питьевой воды, так и для понимания их роли в геохимических процессах, протекающих в системе вода-порода.

В связи с вышеизложенным целью исследования явилось изучение экологии сульфатредуцирующих бактерий подземных вод палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья и ее участие в биогеохимических процессах, протекающих в подземной воде.

Задачи исследования состояли в следующем:

1. Изучить распространение и численность СРБ и аэробных сапрофитных микроорганизмов в подземных водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья.

2. Изучить физиологию, филогению и кинетические характеристики роста на различных субстратах чистой культуры СРБ штамма S1, выделенной из подземных вод Обь-Томского междуречья.

3. Исследовать возможное участие природного сообщества СРБ из подземных вод и чистой культуры СРБ в процессах мобилизации растворимых ортофосфатов из нерастворимых соединений фосфора.

4. Исследовать способность природного сообщества СРБ из подземных вод и чистой культуры СРБ к мобилизации марганца из нерастворимых соединений марганца.

Научная новизна. Впервые исследованы распространение и численность сульфатредуцирующих и аэробных сапрофитных бактерий в подземной воде палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья. Описана новая спорообразующая сульфатредуцирующая бактерия, выделенная из данных подземных вод. Определены возможные доноры и акцепторы электронов, которые могут быть использованы группой СРБ в экосистеме подземных вод палеогеновых отложений. Определена потенциальная активность сульфатного дыхания сообществом СРБ в подземной воде. Показано возможность участия микрофлоры подземных вод, и в частности природного сообщества СРБ, в мобилизации растворимых ортофосфата и марганца из нерастворимых соединений вмещающих пород. Чистая культура СРБ штамма S1, выделенная из исследованных подземных вод, также способна мобилизовать растворимые ортофосфат и марганец из нерастворимых соединений.

Практическая значимость. Полученные данные по численности микроорганизмов в подземной воде могут быть использованы для мониторинга загрязнения подземной воды. Полученные кинетические характеристики СРБ можно рекомендовать для моделирования процессов сульфатредукции в подземной воде палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья. Показано, что СРБ способны мобилизовать ортофосфаты и марганец из нерастворимых соединений, что указывает на необходимость учитывать биологический фактор в моделировании геохимических процессов, протекающих в системе вода-порода.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на городской конференции молодых ученых и специалистов (Томск, 1999), на международной конференции по экологии и рациональному природопользованию (Томск, 2000), на II международном совещании «Экология пойм Сибирских рек и Арктики» (Томск, 2000), на международной конференции «Environment of Siberia, the Far East, and the Arctic» (Томск, 2001), на всероссийской научной конференции «Наука и образование» (Белово, 2002). По материалам диссертации опубликовано 7 работ, 2 из них в журналах, входящих в перечень ВАК.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю д.б.н. Карначук О.В. и сотрудникам кафедры физиологии растений и биотехнологии Томского государственного университета за неоценимую помощь при проведении исследований и написании диссертации. Также глубокую признательность сотрудникам муниципального предприятия «Томскводоканал» Вагиной С.Э. и Коневой Е.Г. за доброжелательное отношение и помощь в отборе проб воды. Автор также выражает благодарность сотрудникам НИИ биологии и биофизики ТГУ за помощь при проведении исследований.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Лущаева, Инна Владимировна

ВЫВОДЫ

1. Численность сульфатредуцирующих бактерий, определенная по росту на пресноводной среде Видделя с лактатом, в изученных пробах подземной воды палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья составляет от 10 до 106 кл/мл. Численность сапрофитных бактерий, определенная по росту на двух питательных средах, в исследованной подземной воде составляет от 1,5*102 до 7,2*108 КОЕ/мл.

2. Анализ последовательностей гена 16S рРНК помещает штамм S1, выделенный из подземных вод палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья, в род Desulfotomaculum отдела Firmicutes. Бактерия может использовать этанол, лактат, глюкозу, малат и пируват в качестве доноров электронов для сульфатредукции. Удельная скорость роста на лактате составляет 0,057 час"1 (Т = 11,6 часа).

3. В исследованных подземных водах палеогеновых отложений наблюдается увеличение содержания растворимого ортофосфата. Сообщество СРБ и чистая культура Desulfotomaculum sp. способны мобилизовать растворимые ортофосфаты из апатита и синтетического осадка Са3(Р04)2.

4. Сообщество СРБ и чистая культура Desulfotomaculum sp. способны

О Амобилизовать Мп из нерастворимого МпОг- На среде с сульфатом возможным механизмом мобилизации является восстановление 4-валентного марганца сероводородом, образующимся при росте СРБ.

5. Потенциальная активность сульфатного дыхания сообщества СРБ подземных вод, рассчитанная по прибыли количества сероводорода, составляет 4,23 мг/л в сутки. Этанол является предпочтительным донором электронов для восстановления сульфата в подземных водах Обь-Томского междуречья. В мобилизации растворимых ортофосфатов и марганца из нерастворимых соединений принимают участие группы микроорганизмов, отличные от СРБ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные нами данные можно использовать для мониторинга санитарно-гигиенического состояния подземных вод. Группу СРБ можно рекомендовать в качестве индикаторной группы микроорганизмов, так как они относительно удобны и просты в культивировании. В экспериментах с сообществом СРБ из подземной воды были определены доноры электронов для сульфатредукции в подземных водах и потенциальная активность сульфатного дыхания сообществом СРБ. Также была изучена чистая культура спорообразующей СРБ штамма S1. Фенотипические и филогенетические характеристики штамма S1 спорообразующей СРБ, выделенной ранее из подземных вод палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья, определяют его таксономическое положение как Desulfotomaculum sp. Штамм SI вероятно является новым видом рода Desulfotomaculum. Данные по активности сульфатного дыхания сообществом СРБ в подземных водах и кинетические характеристики чистой культуры Desulfotomaculum sp. можно использовать при моделировании процессов сульфатредукции в подземных водах.

Численность аэробных сапрофитов используют как показатель загрязнения природных экосистем. По нашим данным микроорганизмы широко распространенны в подземных водах палеогеновых отложений Обь-Томского междуречья. За последнее десятилетие их количество выросло в несколько раз. Как показали наши исследования, деятельность микроорганизмов в подземной воде ведет к увеличению важного биогенного вещества -ортофосфата, который является лимитирующим элементом для большинства сапрофитных микроорганизмов. Учитывая тот факт, что антропогенная нагрузка на данную систему подземных вод не изменилась, а скорее даже уменьшилась, то увеличение численности сапрофитных микроорганизмов можно связать с увеличением содержания органического вещества и ортофосфата в подземной воде.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Лущаева, Инна Владимировна, Томск

1. Варфоломеев С.Д., Гуревич К.Г. Биокинетика: Практический курс. -М.:ФАИР-ПРЕСС, 1999. 720 с.

2. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружение. М.: Наука, 1965. 376 с.

3. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды / Под ред. Т.В.Гусевой. М.:Социально-экологический союз, 2000.- С.21.

4. Зуев В.А., Картавых О.В., Шварцев C.JI. Химический состав подземных вод Томского водозабора // Обской вестник. 1999, № 3-4.- С.69-77.

5. Иванов М.В., Каравайко Г.И. Геологическая микробиология // Микробиология.- 2004.- Т.73.- С. 581-597.

6. Кузнецов С.И., Саралов А.И., Назина Т.Н. Микробиологические процессы круговорота углерода и азота в озерах. М.: Наука, 1985. - 213 с.

7. Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н. Методы исследования качества воды водоемов. М.: Медицина, 1990.- с.190-195.

8. Розанова Е.П., Назина Т.Н. Сульфатвосстанавливающие бактерии (систематика и метаболизм) // Успехи микробиологии М.: «Наука», 1989 -с.23-48.

9. Саралов А.И., Чикин С.М., Банникова О.М., Соломенный А.П. Распространение фосфатаккумулирующих бактерий в сточных водах Пермского промузла//Микробиология.- 1999.- т.68, №1.- с.114-121.

10. Шварцев С.Jl. Гидрогеохимия зоны гипергенеза.- М.: «Недра», 1998.-367 с.

11. Aller R.C. The sedimentary Mn cycle in Long-Island sound its role as intermediate oxidant and the influence of bioturbation, 02,and C(org) flux on diagenetic reaction balances // J. Mar. Res. - 1994.- № 52.- P.259-295

12. Altschul S.F., Madden T.L., Schaffer A.A., Zhang J., Zhang Z., Miller W., Lipman D.J. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs //Nucleic Acids Res.- 1997. V. 25.- P. 3389-3402.

13. Amann R.I., Stahl, D.A. Dual staining of natural bacterioplankton with 4',6-diamino-2-phenylindole and fluorescent oligonucleotide probes targeting kingdom-level 16S rRNA sequences // Appl. Environ. Microbiol. 1992.- V. 58.-P. 2158-2163.

14. Appelo C.A., Postma D. Geochemistry, grounwater and pollution. A.A.Balkema, Brookfield. 1993.- P. 536.

15. Appenzeller B.M., Duval Y.B., Thomas F., Block J.C. Influence of phosphate on bacterial adhesion onto iron oxyhydroxide in drinking water // Environ Sci Technol.- 2002, Feb 15.- Vol.36(4).- P. 646 652

16. Atlas R.M., Bartha R. Microbial ecology: fundamentals and applications. Menlo Park CA, Longman Inc., 1988.- P. 437 440.

17. Bade K., Manz W., Szewzyk U. Behavior of sulfate reducing bacteria under oligotrophic conditions and oxygen stress in particle-free systems related to drinking water // FEMS Microb. Ecology.- 2000,- Vol.32(3).- P. 215 223.

18. Baldwin D. S. Reactive "organic" phosphorus revisited // Water Res.-1998.- Vol.32.- P. 2265- 2270.

19. Baldwin D. S., Mitchell A. M., Rees G. N. Chemistry andmicrobial ecology: processes at the microscale. In Klomp, N. & L. Lunt (eds), Frontiers in Ecology. Elsevier Science Ltd. The Boulevard, Oxford. 1997.- P. 171-179.

20. Baldwin D. S., Mitchell A. M., Rees G. N. The effects of in situ drying on sediment-phosphate interactions in sediments from an old wetland//

21. Hydrobiologia.- 2000.- Vol. 431,- P. 3-12.

22. Balistrieri L.S., Murray J.W. The surface chemistry of M11O2 in major ion sea water // Geochem. Cosmochim.acta.- 1982.- Vol. 46.- P. 1041-1052

23. Bates M. H., Neafus N. J. E. Phosphorus release from sediments from lake Carl Black Well, Oklahoma // Wat. Res.- 1980.- Vol. 14.- P.1477-1481.

24. Battersby N.S., Malcolm S.J., Brown C.M., Stanley S.O. Sulphate reduction inoxic and suboxic North East Atlantic sediments // FEMS Microbiol. Ecol.- 1985. Vol. 31.-P. 225-228.

25. Bostrom В., Andersen J. M., Fleischer S., Jansson M. Exchange of phosphorus across the sediment-water interface // Hydrobiologia.- 1988.- Vol.170.-P. 229-244.

26. Brown C.J., Schoonen M.A.A., Candela J.L. Geochemical modeling of iron, sulfur, oxygen and carbon in a coastal plain aquifer // Journal of Hydrology.-2000.-Vol. 237.- P. 147-168.

27. Brunea A. Life at the oxic-anoxic interface: microbial activities and adaptations //FEMS Microbiology Reviews.- 2000.- Vol. 24 (5).- P. 691-710.

28. Burdige D.J., Nealson K.H. Chemical and microbiological studies of sulfide-mediated manganese reduction // J. Geomicrobiol. -1986.- Vol. 4.- P. 361387.

29. Burns R. G., Burns, V. E. Manganese oxides. In Marine Minerals (Burns, R. G., ed.). Mineralogical Society of America, Washington D.C., 1975.- P. 1-46.

30. Canfield D.E. Isotope fractionation by natural populations of sulfate-reducing bacteria // Geochimica et Cosmochimica Acta.- 2001.- Vol.65, No 7.-P.l 117-1124.

31. Canfield D. E., Des Marais D. J. Aerobic sulfate reduction in microbialmats//Science.-1991.- Vol. 251.-P. 1471-1473.

32. Caraco N. F., Cole J. J., Likens G. E. Evidence for sulfate-controlled phosphorus release from sediments from aquatic systems // Nature.- 1989.- Vol. 341.-P. 316-317.

33. Castro H.F., Williams N.H., Ogram A. Phylogeny of sulfate-reducing bacteria//FEMS Microbiology Ecology.- 2000.- Vol. 31.- P. 1-9.

34. Chapelle F.H., Lovley D.R. Rates of microbial metabolism in deep coastal plain aquifers // Applied Environmental Microbiology.- 1990.- Vol. 53(11).-P. 2636- 2641.

35. Chapelle F.H., Morris J.T., McMahon P.B., Zelibor J.L. Bacterial metabolism and the del-13C composition of groundwater, Floridian aquifer, South Carolina//Geology.- 1988.-Vol. 16.-P. 117-121.

36. Clement J., Sandwig A. Experience with corrosion control. In National Conference on Integrating Corrosion Control and Other Water Quality Goals. Boston, MA. 1996.- P. 23-29.

37. Cypionka H. Solute transport and cell energetics // See Ref.- 1995.- Vol. 5a.-P. 151-184.

38. Cypionka H. Oxygen respiration by Desulfovibrio species 1 // Annu. Rev. Microbiol.- 2000.- Vol. 54.- P. 827-848.

39. Cypionka H., Widdel F., Pfennig N. Survival of sulfate-reducing bacteria after oxygen stress, and growth in sulfate-free oxygen-sulfide gradients // FEMS Microbiol. Ecol.- 1985.- Vol. 31.- P. 39-45.

40. Dannenberg S., Kroder M., Dilling W., Cypionka H. Oxidation of H2, organic compounds and inorganic sulfur compounds coupled to reduction of О 2 or nitrate by sulfate-reducing bacteria // Arch. Microbiol.- 1992. Vol. 158.- P. 93-99.

41. De Groot С. J. The influence of FeS on the inorganic phosphate system in sediments // Verhn. int. Ver. Limnol.- 1991.- Vol. 23.- P. 3029-3035.

42. Detmers J., Schulte U., Strauss H., Kuever J. Sulfate reduction at a lignite seam: microbiol abundance and activity // Microb. Ecol.- 2001.- Oct, 42(3).- P. 238-247.

43. Dilling W., Cypionka H. Aerobic respiration in sulfate-reducing bacteria //FEMS Microbiol. Lett.- 1990. Vol. 71.- P. 123-128.

44. Einsele W. Ueber die Beziehungen des Eisenkreislaufs zum Phosphatekreislauf im eutrophen See // Arch. Hydriobiol.- 1936.- Vol. 29.- P. 664686.

45. Frias J., Ribas F., Lucena F. Effects of different nutrients on bacterial growth in a pilot distribution system //Antonie van Leeuwenhoek.- 2001.- Vol. 80.-P. 129-138.

46. Frund C., Cohen Y. Diurnal cycles of sulfate reduction under oxic conditions in cyanobacterial mats // Appl. Environ. Microbiol.- 1992.- Vol. 58.- P. 70-77.

47. Fry N.K., Fredrickson J.K., Fisiibain S., Wagner M., Staiil D.A. Population structure of microbial communities associated with two deep, anaerobic, alkaline aguifers // Applied and Environmental Microbiology.- Apr, 1997.- Vol. 63, No 4.- P. 1498-1504.

48. Fuseler K., Krekeler D., Sydow U., Cypionka H. A common pathway of sulfide oxidation by sulfate-reducing bacteria // FEMS Microbiology Letters.-1996.- Vol. 144.- P. 129-134.

49. Ghiorse W.C., Wilson J.T. Microbial ecology of the terrestrial subsurface // Adv.Appl.Microbiol.- 1988.-Vol. 33.-P. 107- 172.

50. Golterman H. L. Theoretical aspects of adsorption of orthophosphate onto Ironhydroxide // Hydrobiologia.- 1995a.- Vol. 315.- P. 59-68.

51. Golterman H. L. The labyrinth of nutrient cycles and buffers in wetlands: results based on research in the Camargue (Southern France) // Hydrobiologia.-1995b.- Vol.315.- P. 39-58.

52. Golterman H. L. The role of the ironhydroxide-phosphate-sulphide system in the phosphate exchange between sediments and overlying water // Hydrobiologia.- 1995c.- Vol. 297.- P. 43-54.

53. Golterman H. L. The distribution of phosphate over ironbound and calcium-bound phosphate in stratified sediments // Hydrobiologia.- 1998.- Vol. 364.-P. 75-81.

54. Golterman H. L. Phosphate release from anoxic sediments or 'What did Mortimer really write?' // Hydrobiologia.- 2001.- Vol. 450.- P. 99-106,

55. Gounot A. Microbial oxidation and reduction of manganese: consequences in groungwater and applications // FEMS Microbiol.rev.- Aug 1994.-Vol. 14(4).-P. 339-349.

56. Haas C.N., Bitter R., Scheff A. Reliminary determination of limiting nutrients for standard plate count organisms in Chicago intake water // Water Air Soil Pout.- 1987.-Vol. 7.-P. 65-72.

57. Hansen T.A. Carbon metabolism of sulfate-reducing bacteria. In: Odom J.M., Singleton R. (Eds). The sulfate-reducing bacteria: cintenporary perspectives. Springer-Verlag, New-York. 1993.- P. 21-40.

58. Hansen T.A. Metabolism of sulfate-reducing procaryotes // Antonie van Leeuwenhoek.- 1994.-Vol. 66.- P.165- 185.

59. Hardy J.A., Hamilton W.A. The oxygen tolerance of sulfate-reducing bacteria isolated from North Sea waters // Curr. Microbiol.- 1981.- Vol. 6.- P . 259262.

60. Hastings D., Emerson S. Sulfate reduction in the presence of low oxygen levels in the water column of the Cariaco Trench // Limnol. Oceanogr.- 1988.- Vol. 33.- P. 391-396.

61. Hines M.E., Bazylinski D.A., Tugel J.B., Lyons W.B. Anaerobic microbial biogeo-chemistry in sediments from two basins in the Gulf of Maine: Evidence for iron and manganese reduction // Est. Coastal Shelf Sci.- 1991.- Vol. 33.- P. 313-324.

62. Hines M.E., Faganeli J., Planinc R. Sedimentary anaerobic microbial biogeochemistry in the Gulf of Trieste, northern Adriatic Sea: Influences of bottom water oxygen depletion // Biogeochemistry.- 1997.- Vol. 39.- P. 65-86.

63. Hupfer M., Gachter R., Ruegger H. Polyphosphate in lake sediments: 31P NMR spectrospcopy as a tool for its identification // Limnol. Oceanogr.- 1995.-Vol. 40.- P. 610-617.

64. Jones R. D. Phosphorus cycling. In Manua of Environmental Microbiology, J. C. Hurst, G. R. Knudsen, M. J. Mclnerney, L. D. Stetzenbach and Walter M. V., ASM ress, Washington, DC 22 (5), 1997.- P. 343- 348.

65. Jorgensen B.B. The sulfur cycle of a coastal marine sediment (Limfjorden, Denmark) // Limnol. Oceanogr.- 1977.- Vol. 22.- P. 814- 832.

66. Jorgensen B.B., Bak F. Pathways and microbiology of thiosulfate transformations and sulfate reduction in a marine sediment (Kattegat, Denmark) // Appl. Environ. Microbiol.-1991.- Vol. 57,- P. 847-856.

67. Kinner N. E., Harvey R. W., Kazmierkiewicz-Tabaka M. Effect of flagellates on free-living bacterial abundance in an organically contaminated aquifer//FEMS Microbiol. Rev.- 1997.- Vol. 20.- P. 249-259.

68. Koch A.L. Most probable numbers // Methods for General and Molecular Bacteriology (Gerchard P., Murray R.G.E., Wood W.A. and Krieg N.R., Eds.), American Society for Microbiology. Washington DC, 1994. - P. 257 - 260.

69. Krekeler D., Sigalevich P., Teske A., Cypionka H., Cohen Y. A sulfate-reducing bacterium from the oxic layer of a microbial mat from Solar Lake (Sinai), Desulfovibrio oxyclinae sp. // Arch. Microbiol.- 1997.- Vol. 167.- P. 369-375.

70. Krekeler D., Teske A., Cypionka H. Strategies of sulfate-reducing bacteria to escape oxygen stress in a cyanobacterial mat // FEMS Microbiology ecology.- 1998.- Vol. 25 (2).- P. 89-96.

71. Kristiansen K.D., Kristensen E., Jensen M.H. The Influence of Water Column Hypoxia on the Behaviour of Manganese and Iron in Sandy Coastal Marine Sediment // Estuarine, Coastal and Shelf Science.- 2002.- Vol. 55.- P. 645654.

72. Kulaev I. S. (ed.) The Biochemistry of Inorganic Polyphosphates. John Wiley and Sons, Chichester. 1979. 255 p.

73. Kuznetsov S.I., Ivanov M.V., Lyalikova N.N. Introduction to Geological Microbiology. // McGraw-Hill, International Series inthe Earth Sciences, New York.- 1963.- P. 12-23.

74. Ladd T.I., Ventullo R.M., Wallis P.M., Costerton J.W. Heterotrofic activity and biodegradation of labile and refractory compounds by groundwater and stream microbial populations // Appl. Environ. Microbiol.- Aug. 1982.- Vol. 44 (2).- P. 321-329.

75. Lane D. J. 16S/23S rRNA sequencing // Nucleic acid techniques in bacterial systematics / Eds. Stackebrandt E. Goodfellow M. New York : John Wiley and Sons, 1991.-P. 115-175.

76. LeChevallier M. W., Schulz W., Lee R. G. Bacterial nutrients in drinking water//App . Environ. Microbiol.-1991.- Vol. 57.- P. 857- 862.

77. Le Gall J., Xavier A.V. Anaerobes response to oxygen: the sulfate-reducing bacteria // Anaerobe.- 1996.- Vol. 2,- P. 1-9.

78. Lehtola M. J., Miettinen I.T., Vartiane Т., Martikainen P. J. A new sensitive bioassay for determination of microbial ly available phosphorus in water // Applied and enviromental microbiology.- May 1999.- Vol. 65, No.5.- P. 20322034.

79. Lennox L. J. Lake Enell: laboratory studies on sediments phosphorus release under varying mixing, aerobic and anerobic conditions // Freshwat. Biol.-1984.-Vol. 14.-P. 183-187.

80. Lovley D.R. Dissimilatory metal reduction // Ann. Rev. Microbiol.-1993.-Vol. 47.-P. 263-290.

81. Lovley D.R., Phillips J.P. Novel processes for anaerobic sulfate production from elemental sulfur by sulfate-reducing bacteria // Appl. Environ. Microbiol.- July 1994.- P. 2394-2399.

82. Lowiy O.H, Rosebrough N.J., Farr A.L. and Randall RJ. Protein measurement with the Folin phenol reagent//J. Biol. Chem.-1951.-№ 193-P. 265-275.

83. Mandelbaum R.T., Shati M.R., Ronen D. In situ microcosms in aquifer bioremediation studies // FEMS Microbiol.Rev.- Jul ,1997.- Vol. 20(3-4).- P. 489502.

84. McMahon P.B., Williams D.F., Morris J.T. Production and carbon isotopic composition of bacterial C02 in deep coastal plain sediments of South Carolina // Ground Water.- 1990.- Vol. 28 (5).- P. 693- 702.

85. Miettinen I.T., Vartianen Т., Martikainen P.J. Phosphorus and bacterial growth in drinking water // Appl. And environmental microbiology.- 1997.- Vol.63, №8. -P. 3242-3245.

86. Millero F. J., Hubinger S., Fernandez M., Garnett S. Oxidation of H2S in seawater as a function of temperature, pH and ionic strength // Environ. Sci. Technol.- 1987.- Vol. 21.- P. 439- 443.

87. Mitchell A., Baldwin D. S. Effects of dessication/oxidation on the potential for bacterially mediated P release from sediments // Limnol. Oceanogr.-1998.- Vol. 43.- P. 481-487.

88. Mortimer С. H. The exchange of dissolved substances between mud and water in lakes // J. Ecol.-1941.- Vol. 29.- P. 280- 329.

89. Mortimer С. H. The exchange of dissolved substances between mud and water in lakes // J. Ecol.- 1942.- Vol. 30.- P. 147- 201.

90. Murray J. W. Iron oxides. In Marine minerals (Burns, R. G.,ed.). Mineralogical Society of America, Washington, D.C., 1979.- P. 47-98.

91. Myers Ch.R., Nealson K.H. Microbial reduction of manganese oxides: Interaction with iron and sulfur // Goechim. et. Cosmochim. Acta.- 1988.- Vol. 52.-P. 2727-2732.

92. Nealson K.H., Myers C.R. Microbial reduction of manganese and iron: new approaches to carbon cycling // Appl. Environ. Microbiol.- 1992,- Vol. 58.- P. 439-443.

93. Nealson K.H., Saffarini D. Iron and manganese in anaerobic respiration: environmental significance, physiology and regulation // Annu.Rev. Microbiol.-1994.-Vol. 48.- P. 311-343.

94. Olson S. C. Phosphate based corrosion inhibitor effects on distribution system regrowth. In National Conference on Integrating Corrosion Control and Other Water Quality Goals. Boston, MA. 1996.- P. 86- 97.

95. Pachmayr F. Vorkommen und Schwefelverbindungen in Mineralwasser. PhD thesis. University Munchen, FRG, 1960. - P. 171.

96. Peck H.D. Jr., LeGall J. Biochemistry of dissimilatory sulphate reduction // Philos Trans R Soc bond В Biol Sci.- Sep. 13,1982.- Vol. 298(1093).-P. 443- 466.

97. Pedersen K. Investigations of subterranean bacteria in deep crystalline bedrock and their importance for the disposal of nuclear waste // Can. J. Microbiol.- 1996.- Vol. 42.- P. 382-391.

98. Pedersen K. Microbial life in deep granitic rock // FEMS Microbiology Reviews.- 1997.- Vol. 20(3-4).- P. 399- 414.

99. Pedersen K., Ekendahl S. Distribution and activity of bacteria in deep granitic groundwaters of southeastern Sweden // Microb. Ecol.- 1990.- Vol. 20.- P. 37- 52.

100. Postgate J. R. The sulfate reducing bacteria. - Cambrige.: Cambrige university press, 1984.- 208 p.

101. Pucci Jr. A.A., Ehlke T.A., Owens J.P. Confining effects of groundwater quality in the New Jersey Coastal Plain // Ground Water.- 1992.- Vol. 30 (3).-P. 415- 427.

102. Ringelberg D.B., Sutton S., White D.C. Biomass, bioactivity and biodiversity: microbial ecology of the deep subsurface: analysis of ester-linked phospholipid fatty acids // FEMS Microbiol Rev.- 1997.- Vol. 20.- P. 371- 377.

103. Robertson J.B., Edberg S.C. Natural protection of spring and well drinking water againts surface microbial contamination. I. Hydrogeological parameters // Crit.Rev. Microbiol.- 1997.- Vol. 23(2).- P. 143- 178.

104. Roden E.E., Lovley D.R. Dissimilatory Fe(III) reduction by the marine microorganism, Desulfuromonas acetoxidans // Appl.Environ.Microbiol.- 1993.-Vol. 59.- P. 734- 742.

105. Roden E. E., Edmonds J.W. Phosphate mobilization in iron-rich anaerobic sediments: Microbial Fe(III) oxide reduction versus iron-sulfide formation // Archiv fur Hydrobiol.- 1997.- Vol. 139.- P. 347- 378.

106. Rosenzweig W. D. Influence of phosphate corrosion- control compounds on bacterial growth. EPA CR-811613-01-0. USEPA, Cincinnati, Ohio. 1997.- P.108- 120.

107. Ross N., Villemur R., Deschenes L., Samson R. Clogging of a limenstone fracture by stimulating groundwater microbes // Wat. Res.- 2001.- Vol. 35, No. 8.-P. 2029-2037.

108. Sambrook J., Russell D.W. Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbor, NY Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001.

109. Sass H., Cypionka H., Babenzien H.-D. Sulfate-reducing bacteria from the oxic sediment layers of the oligotrophic Lake Stechlin // Arch. Hydrobiol. Spec.1.sues Adv. Limnol.- 1996.- Vol. 48.- P. 241- 248.

110. Sass H., Cypionka H., Babenziena H.-D. Vertical distribution of sulfate-reducing bacteria at the oxic-anoxic interface in sediments of the oligotrophic Lake Stechlin // FEMS Microbiology ecology.- 1997.- Vol. 22(3).- P. 245-255.

111. Sathasivan A., Ohgaki S., Yamamoto K., Kamiko N. Role of inorganic phosphorus in controlling regrowth in water distribution system // Water Sci.Techno.- 1997.- Vol. 35.- P. 37- 44.

112. Sathasivan A., Ohgaki S. Application of new bacterial regrowth potential method for water distribution system a clear evidence of phosphorus limitation // Water Res.- 1999.- Vol. 33.- P. 137- 144.

113. Shirey Y.Y., Bissonnette G.K. Detection and identification of groundwater bacteria capable of escaping entrapment on 0,45-micron-pore-size membrane filters // Appl. Environ. Microbiol.- Aug. 1991.- Vol. 57 (8).- P. 22512254.

114. Sinclair J. L., Ghiorse W. C. Distribution of aerobic bacteria, protozoa, algae, and fungi in deep subsurface sediments // Geomicrobiol. J.- 1989.- Vol. 7.-P. 15-31.

115. Smith D. В., Hess A. F., Opheim D. Control of distribution system coliform regrowth. Proceedings 1989 AWWA-WQTC. San Diego, CA. 1989.- P. 166-174.

116. Stahl D.A., Fishbain S., Klein M., Baker B.J., Wagner M. Origins and diversification of sulfate-respiring microorganisms // Antonie van Leeuwenhoek.-2002.-Vol. 81.-P. 189-195.

117. Stevens Т. O., McKinley J. P., Fredrickson J. K. Bacteria associated with deep, alkaline, anaerobic groundwaters in southeast Washington // Microb. Ecol.- 1993.- Vol. 25.- P. 35-50.

118. Stump W., Morgan J. J. Aquatic Chemistry. Wiley Intersciences, New York, London, Toronto. 1970.- 583 p.

119. Suzumura, M., Kamatani A. Isolation and determination of inositol hexaphosphate in sediments from Tokyo Bay // Geochim. Cosmochim. Acta.-1993.-Vol. 57.-P. 2197-2202.

120. Thamdrup B. Bacterial manganese and iron reduction in aquatic sediments // Advances in Microbial Ecology.- 2000.- Vol. 16,- P. 41- 84.

121. Tebo B.M., Obraztsova A.Ya. Sulfate-reducing bacterium grows with Cr(YI), U(YI), Mn(YI), and Fe(III) as electron acceptors // FEMS Microbiol. Letters.- 1998.-Vol. 162.- P.193- 198.

122. Torriani-Gorini A. The Pho regulon of Escherichia coli. In Phosphate in Microorganisms: Cellular and Molecular Biology, eds A. Torriani-Gorini, E. Yagil and S. Silver, ASM Press, Washington, DC. 1994.- P. 1-4.

123. Underwood-Lemons Т., Moura I., To Ye K. Resonance Raman study of sirohydrochlorin ahd siroheme in sufite reductases from sulfate reducing bacteria // Biochim. Biophys.Acta 1157,- 1993.- P. 275-284.

124. Van der Kooij D., Hijnen W. A. M., Visser A.J. Determining the concentration of easily assimilable organic carbon in drinking water // J. Am. Water Works Assoc.- 1982.- Vol. 74.- P. 540- 545.

125. Wagner M.A., Roger J., Flax J.L., Brusseau G.A., Stahl D.A. Phylogeny of dissimilatory sul^te reductases supports an early origin of sulfate respiration // J. Bacteriol.- 1998,- Vol. 180.- P. 2975- 2982.

126. Wanner B. L. Multiple controls of Escherichia coli Pho regulon by the

127. Pi sensor PhoR, the catabolite regulatory sensor CreC, and acetyl phosphate. In Phosphate in Microorganisms: Cellular and Molecular Biology, eds A. Torriani-Gorini, E. Yagil and S. Silver, ASM Press, Washington. 1994.- P. 22-29.

128. Watts C. J. Seasonal phosphorus release from exposed, re-inundated littoral sediments of two australian reservoirs // Hydrobiologia.- 2000.- Vol. 431.-P. 27-39.

129. Wetzel R. G. Limnology / W.B. Saunders Company, USA, 1975.- 234 p.

130. White D.C., Ringelberg D.B. Monitoring deep subsurface microbiota for assessment of safe long-term nuclear waste disposal // Can. J. Microbiol.-1996.- Vol. 42.- P. 375-381.

131. Widdel F., Bak F. Gram-negative mesophilic sulfate-reducing bacteria. In: Balows A., Truper H.G., Dworkin M., Harder W., Schleifer K.H. (Eds.). The Prokaryotes, 2nd edition, Springer-Veilag, New-York, 1992. P. 3352- 3378.

132. Younger P.L. Groundwater in the environment: an introduction. Blackwell publishing, London. 2007.- 320 p.