Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микроорганизмы, окисляющие железо и марганец в донных осадках озера Байкал

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Микроорганизмы, окисляющие железо и марганец в донных осадках озера Байкал"

На правах рукописи

□ОЗОБ8142

ЗАХАРОВА Юлия Робертовна

МИКРООРГАНИЗМЫ, ОКИСЛЯЮЩИЕ ЖЕЛЕЗО И МАРГАНЕЦ В ДОННЫХ ОСАДКАХ ОЗЕРА БАЙКАЛ

03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Владивосток, 2007

003058142

Работа выполнена в института СО РАН

лаборатории водной микробиологии Лимнологического

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

старший научный сотрудник Парфенова Валентина Владимировна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор

Бузолева Любовь Степановна

кандидат биологических наук, доцент Напрасникова Елизавета Викторовна

Ведущая организация Институт биологии внутренних вод им И Д ПапанинаРАН

Защита состоится «25» мая 2007 г в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212 056 02 при Дальневосточном государственном университете МОН РФ по адресу 690600, г Владивосток, Океаиский проспект, 37 Научный музей ДВГУ Факс (4232)26-85-43

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Дальневосточного государственного университета МОН РФ

Автореферат разослан 18 апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук

10 А Галышева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРНО! ИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы Байкал - один из очень немногих пресных водоемов, в которых хорошо представтена окислительная стадия диагенеза, характеризующаяся интенсивным накоплением и преобразованием соединении железа и марганца в донных осадках Донные отложения озера Байкал представляют собой особую экологическую зону, характеризующуюся широким спектром скоростей осадконакопления, концентраций Сорг и окислительно-восстановительных условий в поверхностных осадках Несмотря на то, что в пресных водоемах образование различных форм вторичного диагенетического концентрирования железа и марганца является процессом биогенным, в Байкале данный вопрос почти не изучен Способность окислять двухвалентные соединения железа и марганца и осаждать оксиды металлов на поверхности клеток присуща многим филогенетически разнообразным микроорганизмам Бактерии, использующие разные формы железа и марганца дня энергетических и конструктивных потребностей, играют ключевую роль в геохимическом цикле этих элементов Деятельность микроорганизмов, окисляющих железо и марганец ранее изучалась в пресноводных (Кузнецов, 1970, Заварзин, 1972, Горленко и др , 1977, Nelson et al, 1988, Miyajima, 1992, Straub, Buchholz-Cleven, 1998, и др) и морских экосистемах (Jannasch, Taylor, 1984, de Vrind et al, 1986, Waasbergen et al, 1986, Torteil et al, 1999, Emerson, Moyer, 2002, Edwards et al, 2003 и др ) В озере Байкал ранее также были обнаружены некоторые представители железо- и маргапецокисляющих микроорганизмов (Дубинина, 1978, Коробушкина и др, 1995, Granina et al, 2003) Исследование деятельности бактерий важно для характеристики геохимического цикла железа и марганца и определения роли микроорганизмов в накоплении этих рудообразующих элементов в донных осадках озера До настоящего времени видовое разнообразие и количественная оценка железо- и марганецокисляющих бактерий не проведена, поэтому изучение структуры и численности данной группы микроорганизмов, в том чисте и культивируемых в озере Байкал является актуальной задачей

Цель работы- выявить разнообразие и особенности распределения микроорганизмов, способных к окислению железа и марганца в донных осадках оз Байкал

Задачи исследования- 1 Определить видовое разнообразие микроорганизмов, окисляющих железо и марганец в донных осадках озера Байкал,

2 Оценить влияние физико-химических факторов на степень выявления железо- и марганецокисляющих бактерий,

3 Изучить количественный состав и закономерности вертикального распределения железо - и марганецокисляющих бактерий,

4 Провести сравнительные исследования Fe(II) и Мп(Н)окислительной активности у разных морфотипов железобактерий,

5 Получить в условиях лабораторно1 о эксперимента минерализованные образования с культурами микроорганизмов, изолированными из донных осадков оз Байкал

Научная новизна Впервые проведено исследование культивируемых микроорганизмов, окисляющих железо и марганец, в донных осадках озера Байкал Выделено и идентифицировано 115 чистых культур железо- и марганецокисляющих микроорганизмов, отнесенных к шести родам Metallogenim, Lepthotrix, Sideiocapsa, Naumaniellci, Bacillus и Pseudomonas Установлено, что исследуемые бактерии широко распространены в донных отложениях Байкала Экологические пиши железо- и марганецокисляющих микроорганизмов приурочены к поверхностным слоям грунта и границе окисленных и восстановленных осадков Основными факторами, влияющими на численность и распределение железобактерий, являются окислительно-восстановительные условия среды, наличие растворенных форм железа и марганца, а также органического вещества, которые контролируются условиями осадконакопления в озере Впервые в условиях лабораторного эксперимента показано получение железомарганцевых микроконкреций с участием микроорганизмов, изолированных из донных осадков оз Байкал

Практическая значимость Получены активные штаммы микроорганизмов, окисляющих железо и марганец Бактерии переводят металлы в нерастворимую форму и накапливают окислы на поверхностных структурах клеток Культуры могут быть рекомендованы к применению в технологии извлечения железа и марганца из растворов, обогащенных этими металлами Предлагается использовать данные штаммы на практических занятиях в ВУЗах для изучения процессов окисления железа и марганца в экосистемах

Основные положения, выносимые на защиту 1 В процессах окисления Ге(Н) и Mn(IIJ в донных осадках озера Байкал принимают участие представители шести родов бактерий Metallogenim, Lepthotrix, Siderocapsa, Naumaniella, Bacillus и Pseudomonas

2 Численность и распределение микроорганизмов, окисляющих железо и марганец зависит от лиюлогического состава донных отложений и условий осадконакопления в озере Основные факторы, влияющие на биогенное Ге(П) и Mn(II) окисление в осадках Байкала гл>бокое проникновение кислорода, подток восстановленных форм железа и марганца, количество органического вещества и реакция среды

Апробация работы Результаты работы были представлены на третьем международном симпозиуме «Ancient Lakes speciation, development in time and space, natural history» (Иркутск, 2002), на международном Байкальском микробиологическом симпозиуме «Микроорганизмы в экосистемах озер, рек и водохранилищ» (Иркутск, 2003), на международном совещании «Biochemical processes involving iron minerals m natural waters» (Monte Venta, Switzerland, 2003), на европейском микробиологическом конгрессе «1st FEMS congress of European microbiologist» (Ljubljana, Slovenia, 2003), на международном совещании «Biosphere Origin and Evolution» (Новосибирск, 2005), на 4-ой Верещагинской конференции (Иркутск, 2005), на молодежной конференции «Актуальные аспекты современной микробиологии» (Москва, 2005), на международном совещании «ESF Workshop» (Bayreuth, Germany, 2005), на всероссийской конференции «Биоразнообразие экосистем Внутренней Азии» (Улан-Удэ, 2006)

Публикации По теме диссертации опубликовано 15 работ

Структура Ii объем работы Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литера1уры, включающего 169 наименований и приложения Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 11 таблиц

Автор выражает благодарность научному руководителю к б н В В Парфеновой за всестороннюю помощь в работе, Т И Земской, JI3 Граниной, Г А Дубининой, Н JI Бельковой, Г Я Косторновой, О С Кравченко, И Б Мизандронцеву, О М Хлыстову, Р В Адельшину, И В Тихоновой и всем сотрудникам лаборатории водной микробиологии ЛИН СО РАН за оказанную помощь при выполнении работ и обсуждении результатов

ГЛАВА 1. Обзор литературы В главе обобщены и представ пены сведения о биогеохимическом цикле железа и марганца На основе современной филогенетической классификации дана общая характеристика микроорганизмов, окисляющих железо и марганец, а также показана биологическая роль окисления этих металлов Рассмотрены экологические условия среды, определяющие развитие микроорганизмов в донных осадках озера Байкал

ГЛАВА 2 Объекты и методы исследования

Исследования донных осадков озера Байкал проводились в 2001 - 2006 годах в разных районах, различающихся по темпам накопления осадков, окислительно-восстановительным условиям и физико-химическим параметрам среды (рис 1) Это глубоководные районы Южного, Среднего и Северного Байкала, мелководные - района Баргузинского залива, придельтовые р Селенги, районы подводных возвышенностей Среднего Байкала (Академический хребет, Посольская банка) Также были изучены места выхода гидротермальных вод (бухта Фролиха), распространения газовых гидратов (Кукуйский каньон, кратеры Маленький, Большой) и нефтепроявлений (м Толстый, Горевой Утес) Пробы донных осадков были отобраны в ходе экспедиций на НИС «Верещагин» при помощи пластиковых бентосных трубок, гравитационных труб и дночсрпателя «Океан» Всего было отобрано и исследовано 605 проб донных осадков на 58 станциях оз Байкал

Грунт в колонках исследовали послойно через 1- 2 см Обработку проб для микробиологических определений производили

непосредственно после отбора, а также после замораживания в стерильной стеклянной пос>де Сразу

Рис 1. Карта-схема районов отбора проб донных осадков оз Байкал

после извлечения грунта измеряли Т, рН и Eh при помощи портативных приборов EC/pH-meter WM-22EP (TOA, Япония) и Eh-meter (HORIBA, Япония)

Для выделения колоний микроорганизмов использовали прямой посев на селективные твердые среды как поверхностным, так и глубинным способом, метод предельных разведений и пластинок обрастания (Родина, 1965) Культивирование микроорганизмов,

окисляющих железо и марганец, проводили на девяти питательных селективных среда*, использованных ранее разными авторами (Родина, 1965, Ромапенко, Кузнецов, 1974, Кузнецов, Дубинина, 1989, Звягинцев, 1991, Розанова и др , 2003)

Учет численности и выделение чистых культур бактерий, окисляющих марганец и железо, проводили на средах (№10, 11) следующего состава (NH4)S040 5 г, NaN03 0 5 г, К2НР04 0 5 г, MgS04 7Н20 0 5 г, лимонная кислога 10 i, сахароза 2 г триптон 1 г, MnS04 5Н20 4 7 г, (для мар] анецокисляющих) или FeS04 7Н20 5 9 г, (для железоокисляющих бактерий), с добавлением агара (15-20 г) или без него, Н20 (диет ) -1 л, pH 6 8

Для идентификации железобактерий изучали морфологию выделенных штаммов, проводили окрашивание окислов железа и марганца в капсулах и чехлах бактерий, окрашивание по Граму (Родина, 1965, Хоулт и др, 1997, Кузнецов и др, 1987) Морфологию клеток и минеральных частиц изучали при помощи оптического микроскопа «Ачпчивал» эпифлуоресцентного микроскопа «Olympus», сканирующего электронного микроскопа (Philips SEM 525М, Япония), трансмиссионного микроскопа (JEOL JEM-2000 ЬХ, Япония), сканирующего электронного микроскопа, оснащенного энергетическим спектрометром (Philips XL 30 FEG, Япония)

Для обнаружения окислов железа и марганца на клеточных структурах использовали цитохимические методы окраски Ге3+ с применением желтой кровяной соли, дня Мп4+ -раствора бензидина (Родина, 1965, Кузнецов и др , 1987) Накопление окислов металлов окрашенных в синий цвет, наблюдали на клеточных структурах в световом микроскопе, а также в колониях, выросших на чашках

Для установления таксономической принадлежности части выделенных штаммов проводили молекулярно-биологические исследования на основе анализа последовательностей гена 16S рРНК

Общую численность железобактерий в донных осадках учитывали на мембранных фильтрах методом прямого счета (Кузнецов и др , 1987)

Скорость роста штаммов при проведении экспериментов оценивали методом эпифлуоресцентной микроскопии после окрашивания бактерий на фильтрах фтуорохромным красителем ДАФИ Подсчет клеток осуществляли с помошью программного комплекса, разработанною НГИ ЛИН СО РАН (авт свидетельство № 2005610667) Определение концентраций ионов Мп2+, Ге2+ в поровых водах осатков проводили колориметрически по модифицированной методике (Лейбович 1979) Для

определения концентраций железа и марганца в твердой фазе осадков и при проведении экспериментов использовали метод атомной абсорбционной спектрофотометрии в ацетиленовом пламени на спектрофотометре ASS-30.

Статистическую обработку данных проводили по стандартным методикам (ПлохинскйЙ Н. А., 1970) с использованием программного пакета Microsoft Hxccl 7.0 для Windows 98. Все эксперименты проводили в трех повториоетях. Для полученных данных рассчитывали среднее значение и среднее квадратичное отклонение,

ГЛАВА 3. Культивирование, морфология и систематика микроорганизмов, окисляющих железо и марганец В результате проведенной работы выделены железо- и марганецокисляющие бактерии, которые были ми кроаэроф ильными хемогетсротрофами, использующими в качестве источника углерода органические кислоты и сахара.

Дчя решения вопросов культивирования и оценки биоразнообразия железобактерий в донных осадках Байкала был применен экологический подход. Это дало возможность подойти к подбору питательных оптимальных сред для культивирования многих представителей группы железо- и мар га не цок им я го щи к микроорганизмов.

§ 1 г [ЩщШ

f HI

Рис. 2. Колонии микроорганизмов, окисляющих железо (а) и марганец (б), выращенные на селективной среде № 1 С1 и № 11

При использовании известных селективных сред {№1; 2; 3; 4; 7; 8) для культивирования получить развитие железо- и марганецокисляющих микроорганизмов не удалось. Гост на

средах №5, 6, сопровождался накоплением в колониях бурых окислов марганца, на среде №9 желто-оранжевых окислов железа Слабое накопление в коюниях окислов железа и марганца удавалось выявить только с помощью их окрашивания растворами желтой кровяной соли или бензидина соответственно

Развитие бактерий на чашках Петри с селективными средами №10 и 11 становилось заметным на 4 — 5-е сутки (при 25 °С), в некоторых случаях на 10 - 14-е сутки На поверхности среды появлялись характерные колонии, рост которых сопровождался накоплением желто-оранжевых окислов железа или бурьгх окислов марганца (рис 2) По мере роста и развития колоний, используемая среда так же меняла цвет, постепенно окисляясь от светло-зеленого до ржавого у железоокисляющих бактерий или от бежевого до коричневого у марганецокистяющих бактерий Размеры колоний варьировали от 1 - 2 мм до 1 — 1 5 см Их форма и структура так же отличались большим разнообразием Одни колонии имели шероховатую структуру с радиально расходящимися нитями по краю, другие были круглыми с фестончатым краем и гладкой с металлическим блеском поверхностью или крупными плоскими с неправильными изрезанными краями Часто наблюдали рост по краю чашки мелких точечных колонии, а также ползучий рост бактерий

В течение наших исследовании было выделено и идентифицировано 115 чистых культур, отнесенных к группе железо- и марганецокисляющих микроорганизмов

Выделенные штаммы были отнесены к родам Leptothrix, Siderocapsa, Naumamella, Metallogemum, Bacillus Pseudomonas (Хоулг и др, 1997) Большинство выделенных штаммов Leptothrix sp были представлены прямыми грамотрицательными палочками (0,6x2,0 мкм), соединенными в прямые и извитые цепочки Палочки в составе коротких цепочек, содержащих 8-10 клеток, окружены чехлом Чехлы заметно покрыты оксидами железа и марганца и окрашены в желто-коричневый или бурый цвет соответственно Клетки Leptothrix sp активно подвижны с помощью полярно расположенного жгутика и покидают чехлы, которые поэтому иногда пусты (рис 3)

Бактерии родов Siderocapsa и Naumamella (Siderocapsaceae) существенно варьировали по морфологии и капсулированию К роду Naumamella мы отнесли грамо грицательные палочковидные клетки (1,5хЗ,5-4,5 мкм), окруженные тонкой капсулой, покрытой оксидами железа, а так же эллипсоидные клетки (1,5x2,5 мкм), образующие сферические скопления Клетки эллипсоидной формы имели птотные ровные капсулы, микроколонии

образовывали сферические формы, к центре густо инкрустированные окислами железа Бактерии. идентифицированные как ЗШегоеарю ьр представлены короткими (1,1 -<0,8 мкм) грамотри«ательными палочками, а в стационарной фазе сферическими и овальными клетками (0,5*0.7 мкм), окруженные отдельной или общей капсулой. Капеуда покрыта окислами железа или марганца и имеет рыхлую структуру.

1. 2, 3.

Рис. 3. Морфология Leptothrix sp. (1), Naumaniella sp,(2), Siderocapsa Sp l3). выделенных из донных осадков оз. Байка;! (сканирующая электронная микроскопия, а - молодые культуры, б - оруднеиные культуры с чехлами или капсулами).

Культуры Metallogenium symbioticum выросшие на среде Заварзина (№б) получены в смешанной культуре С плесневым грибом. Микроколонии Metallogenium в форме «паучка» состояли из раДИальЯО расходящихся нитей и достигают десятки мкм в диаметре. Нити покрыты отложениями окислов марганца, которые в старых культурах заполняют промежутки между нитями. Г рам положительные спорообразующие бактерии, отнесенные к роду Bacillus, имели палочковидные клетки размером 0,8-1,2 х 5.0-10.0 мкм, продолговатые и овальные споры 1,0-1,5 <0,8-1,0 мкм. Железо- и марганецоксидазная активность проявлялась на поздних стадиях споро гене за, при этом оксиды металлов сосредотачивались в экзоспориуме, Грамотрицательные палочки (1.0'2.5-3.0), отнесенные к роду Pseudomonas осаждают диоксид марганца на поверхности клетки (рис.4), В иммобилизации катионов Мп" непосредственно участвует полимер, находящийся на Наружной мембране клетки. По мерс развития, бактериальная культура Pseudomonas sp.

образует биопленки, с которыми ассоциирован преципитат МпСк Результаты филогенетического анализа показали, что процент гомологии кулы ивируемых Pseudomonas и Bacillus и последовательностей из GeneBank банка данных составляет 98 — 99%, Для исследуемых штаммов, отнесенный к роду Pseudomonas ближайшими родственниками являлись Р. ¡nitida, Р. mándela и Р. migulae, для штаммов, отнесенных к роду Bacillus - Ii puní i!as В subtilis, В. megaténum.

i. 2, 3.

Рис. 4. Морфология \letallogeniwn sp. (1) - световая микроскопия увеличение x 100. Bacillus sp. (2) - трансмиссионная Электронная микроскопия, Pseudomonas sp. (3) - сканирующая электронная микроскопия, выделенных из донных осадков ш. Байкал (а - молодые культуры, б - орудисииие культуры}.

ГЛАВА J. Экологии микроорганизмов, окисляющих железо и марганец, в лонных осадках озера Байкал

Донные осадки озера Байкал представляют собой характерную экологическую зону, обильно заселенную микроорганизмами, которые участвуют в деструкции органического вещейжа и регенерации оиогеннмх элементов. Важной особенностью Байкала и&ляесся глубокое проникновение кислорода н осадки, иногда превышающее 4,5 см. благодаря чему донные отложения окислены на большей части поверхности дна (Marlin et aL 1998). Распределение в них разный форм же:даа и марганца зависит от окислится ьж>-восстановительной характеристики осадка, непосредственно связанной с условиями осадхокаколления. Микроорганизмы, окисляющие железо и марганец, обнаружены в

осадках всех исследованных районов Байкала В глубоководных районах озера максимальная общая численность железобактерий обнаружена в осадках станций южной котловины (1,6хЮ8 кл/r влажного грунта) Численность культивируемых железоокисляющих бактерий составляла - от 100 до 2100 кл/г, марганецокисляющих бактерий - от 50 до 1000 кл/г влажного грунта Исследуемые осадки фоновой станции Лисвянка - Танхой и районов метановой разгрузки (кратеры Маленький, Большой) представлены серыми диатомовыми илами, имеющими на поверхности небольшой окисленный слой (2-4 см) В осадках преобладали восстановительные условия, Eh верхних слоев составлят +200 мВ и снижался до -140 мВ на глубине 11 см от поверхности ила Значения рН варьировали от 6,8 до 7 2 Концентрации Fe2+ и Мп2+ в иловых растворах в отдечъных слоях различны и составляют от 0,01 до 0,32 мг/л и от 0,01 до 0,16 мг/л соответственно В осадках глубоководных станций Среднего и Северного Байкала общая численность железобактерий колебалось в пределах 1,1 - 3,4х 106 кл/г влажного грунта Количество культивируемых микроорганизмов, окисляющих железо, в Среднем Байкале достигало 1100 кл/г, а в Северном - 2600 кл/г влажного грунта Микроорганизмы, окисляющие марганец, преобладали в поверхностных слоях Среднего Байкала (до 900 кл/г влажного грунта)

3

Рис 5 Вертикальное распределение железо- и марганецокисляющих микроорганизмов в донных осадках глубоководных районов Баиката, 1- Южный Байкал (1483 м), 2 - Средним Байкал (1690 м), 3 - Северный Байкал (940 м)

В илах средней котловины значения Ек поверхностных слоев в большинстве проб ниже + 166 мВ и лишь в узкой зоне окисленных итов повышены до +320 мВ В большинстве кернов содержатся темно-коричневые железомарганцевые корки, расположенные в 1-2 см окисленного ила Концентрации Бе2+ и Мп2+ в поровых водах осадков увеличиваются с пубиной Донные отложения средней котловины представлены диатомовыми илами, к основанию которых приурочены восстановленные плотные 1лины Осадки окислены на глубину 8 см, содержат уплотненные железомарганцевые корки, залегающие на редокс-границе Значения рН близки к нейтральным (6,5 - 7,1), ЕЬ поверхностных слоев высокий (+457 мВ) Таким образом, область распространения железобактерий в глубоководных районах Байкала ограничена окисленным слоем грунта, причем максимум численности во всех котловинах приурочен к верхней и нижней его границе (рис 5)

Донные отложения подводных возвышенностей Посольской банки и Академического хребта характеризуется низкими скоростями накопления осадков и низким содержанием в них органического вещества В окисленном слое исследуемых осадков Посольской банки найдены железомарганцевые образования, которые в виде плоских корочек находятся на плотных восстановленных глинах вершины возвышенности (глубина 36 м) или -небольших конкреций, залегающих в более рыхлом осадке склона на глубине 200 м Высокая численность бактерий, до 4,6><107 о/г, отмечена в диатомовых илах склоновых районов, наименьшая — 3,5><104 кл/г влажного грунта, в песчаных восстановленных осадках В распределении культивируемых железо - и марганецокисляющих бактерий прослеживается четкая вертикальная зональность Как правило, их содержание в десятки раз выше в поверхностных слоях с железо-марганцевыми конкрециями, по сравнению с подстилающей их толщей осадков (рис 6)

В донных отложениях Академического хребта прослеживаются явные различия в мощности окисленной зоны На станции 47 диатомовые илы с подстилающей их глиной окислены на всю длину отобранного керна (до 58 см) В осадках остальных станций данного района глубина окисленной зоны составляла от 5 см до 11-12 см Зарегистрированы высокие значения Ек (до +510 мВ), которые остаются положительными в самых глубоких слоях отобранных кернов Условия среды в разных слоях варьируют от нейтральных до стабощелочных (рН 6,4-7 8) В большинстве исследуемых кернов обнаружены уплотненные железомарганцевые конкреции и корки, которые залегают на [ранице между окисленными и восстановленными осадками Значения концентраций Бе2+

и Мп2+ в поровых водах осадков неоднородны по вертикали и варьируют в пределах от 0,05 до 0,43 мг/л для железа, и от 0,19 до 3,61мг/л для марганца Колебания численности бактерий по вертикали в пределах одной колонки грунта достигали одного - двух порядков Максимальное количество железобактерий (3,6Х107- 2,6Х108 кл/г влажного грунта) приурочено к границам окисленных и восстановленных слоев осадков Неравномерное вертикальное распределение культивируемых железо- и марганецокисляющих бактерии определяется сменой типа осадка, а также колебаниями окислительно-восстановительных условий и концентраций железа и марганца в отдельных слоях грунта

1

1000 кл/г 2000

о +

5 -

10 -

£ 15

га 20 -

I х 25

ю >, 30 ¿

с; [_ 35 '

40

45

50 J

*=Е=Г

— Ге окисляюиуе бактерии

- Мп окисляюи^е бактерии

2

О 50 100 кл/г 150 200 250

I -окисляюц+1е бактерии ■—*г— Мп окисляюи>1е бактерии

Г

и

т~ 10

т

к

ю 15

с

20

25

1000 ¡¡„¡у 1500

• Ре окисляющие бактерии окисляющие бактерии

Рис 6 Вертикальное распределение железо- и марганецокисляющих бактерий в донных осадках районов Посольской банки (1, 2) и Академического хребта (3, 4)

На станциях в районах естественных выходов нефти наблюдалась высокая численность железобактерий Максимальные значения зарегистрированы в колонке грунта отобранной у м Толстый - 6,6х107 кч/г, на станциях района Горевой утес - до 1,5><107 кл/г влажного грунта В илах вентовой структуры Кукуйский каньон — месте обнаружения газовых гидратов - выявлена необычно высокая численность железоокисляющих бактерий (до 6100 кл/г), в то время как марганецокисляющие бактерии практически отсутствовали Следует отметить, что численность исследуемых бактерий в районах метановой разгрузки и

естественных нефтепроявлений была на порядок выше. чем на фоновой станции Среднего Байкала.

В поверхностном слое донных осадков придельтового района реки Селенги микроорганизмы, окисляющие железо и марганец, распределены неравномерно (рис. 7). Количество культивируемых железобактерий колеблется от 0 в крупных песках, от 200 о/г до 800 кл/г в мелкозернистых песках и от 1100 кл/г до 31000 кл/г в илистых песках и окисленных мелкоалевритовых идах.

35000 ■ 30000 -25000 ■ 20000

1

* 15000 юооо 5000

о

I Ре - окисляющие бактерии .;,5Мп-окисп*чощие бактерии

I

I

.. .1

.1

Станции 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Рис. 7. Распределение железо - и марга\еи,окиспяющих бактерий ь донных осадках придсльтового района р. Селенги.

Исследуемые осадки района Баргузинского залива состояли из песков, песчаных и слабодиатомовых илов. Большинство кернов имело незначительный окисленный слой (не более 1см), в грунтах на станциях 12, 31, 32, 33 окисленный слой отсутствовал. В осадках преобладали восстановительные условия, значения рН нейтральные (6,8-7,2), температура в поверхностных слоях варьировала от 4,2 до 8,2°С. В пробах поверхностного с;:оя значения обшей численности железобактерий варьировало от 3,7*106 до 4,7*10' кл/г влажного грунта, количество культивируемых марганецокисля ющйх бактерий находилось в пределах 100 - 800 кл/г. а железоокиеляющих от 250 до 6100 кл/г влажного грунта (рис.8). Подобное распределение железобактерий, скорее всего, связано с влиянием речного стока на концентрацию органических веществ в поверхностных грунтах мелководных районов озера,

В окисленных илах бухты Фролиха, общая численность железобактерий составляла от 9,4*10 до 8,0>- К)6 кл/г влажного грунта. В исследуемых образцах преобладали слабощелочные условия рН 7,3. низкие значения ЕЙ н концентраций Ре"4 и Мл24 в поротых

13

волах поверхностны* осадков. Численность кул минируемых групп микроорганизмов на разных станциях была невелика, 0 - 200 кл/г влажного грунта. Исключение составляли окисленные осадки с железомарганцевыми конкрециями, где было Обнаружено до 700 кл/г железоокисляюищх бактерий и до 500 кя/г микроорганизмов, окисляющих марганец

/ООО , кл/г

ешо Я>оо ■ ¿ОМ ■ ЗООС ■

же ■

10011 -

I,

о

Л Ге-икисляющие бактерий □ Мп-рки спя ющие бактерии

I I I 1! I

шП

2.

МО кл/г

700 600 500 400 300 ?00 100 О J

Шре-йкисляюцпие бактерии □ Мгизкисляющие бактерии

Станции 30 31 32

33

34 35 Станции 52 53

О

54 55

I

56 57

Рис. 8. Распределение железо- и марганецокис ляющих бак терий в донных осадках районов Бар гусинского залива (I) и бухты ФрЬлиха (2).

ГЛАВА 5. Изучение роли микроорганизмов в окислении железа и марганца и в осажден»и их окислов в женериме н тадъных условиях,

ГТри изучении процессов окисления железа и марганца в донных осадках Байкала необходимо учитывать наличие и активность микроорганизмов - охеидаитов, которые существенно влияют на ди аскетическое перераспределение металлов в среде. В экспериментальных опытах дана количественная оценка степени участия микроорганизмов, изолированных из осадков Байкала, в окислении железа и марганца. Развитие чистых культур железо - и марганецокисляющих бактерий в колбах с селектнвыми Средами (Ха]0 и №11) сопровождалось во всех вариантах опытов изменением цвета среды и образованием окислов марганца И железа в виде плотного бурого налета на стенках и дне опытных колб. При микроскопировании наблюдали различные стадии развития и колониального роста бактерий, которые Сопровождались трансформацией формы и объема клеток. Ьактерми в начальной стадии роста через 6 часов покрывались слизистой полисах аридной оболочкой, к 98 часам инкубации формировалась бактериальная пленка и через 312 часов рост бактерий замедлялся и наступала стадия образования Минерализованных агрегатов (рис.9). Через 24-48 часов после начала эксперимента регистрировали увеличение численности, бактерий, которая возрастала на три-четыре порядка через 168 - 264 часа Увеличение численности клеток сопровождалось

14

снижением содержания растворенных форм железа и марганца в среде. Достоверно установлено что накопление аморфных фаз оксидов металлов на поверхности клеток происходит уже через 98 часов эксперимента, о чем свидетельствуют пики железа и марганца при проведении электронной микроскопии и сопряженного локального энергодисперсионного химического анализа (рис. 10).

I. 6 часов 144 часа 312 часов

2.

Рис. 9. Динамика роста Бгйегосарха 5р. Ре 15 и формирования минерализованных образований в условиях лабораторного эксперимента (I — эпифлуоресцентная, 2 -сканирующая электронная микроскопия).

и k ¡Ill'jy^Lilhih' —

dlblU/.J*

llyl^

к к Мл

MliliiüLiija-^^---.......■

Ьи Ii—t ч^ы

ДУДЯИ1 1!| ш Di «I isi тл luv

2."

Рис. 10. Химический спектр клеток культивируемых Bacillus sp,, окисляющих железо{1) и марганец(2), через 98 часов эксперимента. Точка анализа указана стрелкой.

Скорость окисления ' Й Мгг' в культурах железобактерий составляла десятки мг/л в сутки. Исследуемые штаммы осаждали железо и марганец с различной скоростью В наиболее активных культурах полное осаждение железа и марганца из волной фазы происходило в течение 146-168 часов. Концентрации железа или марганца в безбактериальном контроле существенно не изменялись. Содержание железа и марганца определяли как в водной фазе, так и в сухом биогенном осадке

2.00 1.50 t 1.00

0,

1 у

о.оо ! Ц

0.8 -Г-

6 24 4В Э6 14416В1Э8264312 время эксперимента, ч, ] Fe 1, мг/мп ЕЖЭ Реосадка —*—ОЧБ

6 24 4В 96 144 168 198 264 312 Бремя эксперимента ,ч мг/мл Мп осадка ■ *— ОЧБ. 109

Рис. 11. Динамика изменения численности бактерий и содержания железа и марганца в среде и биогенном осадке в течение лабораторного эксперимента.

Рис. 12 Микрофотографии конкреций, полученных в условиях лабораторного эксперимента с культурой Bacillus sp. Мп34 (сканирующая электронная микроскопия),

Анализ полученных результатов показал, что при участии микроорганизмов активно происходило снижение концентрации железа и марганца в растворе и одновременное увеличение ее в биогенном осадке (рис. 11). Концентрации осажденного железа и марганца на 7 -8 сутки эксперимента составляли от 90% до 100 % от исходного количества

компонента в среде При дальнейшем культивировании в течение четырех месяцев наблюдали формирование микроконкреций на дне колб В конце эксперимента были выделены микроконкреции черно-бурого цвета, диаметром 2-5мм Электронно микроскопическое исстедование показало, что они имеют слоистую структуру Внутри «железистых» слойков четко выделяются бактериальные клетки (рис 12)

ВЫВОДЫ

1 Показано, что железо- и марганецокисляющие бактерии, культивируемые на селективных питательных средах, являются микроаэрофильными хемогетерогрофами, использующими в качестве источника углерода органические кислоты и сахара

2 Установлено, что в окислении Fe(II) и Мп(Н) в донных осадках оз Байкал принимают участие представители шести родов Metallogemm, Lepthotrix, Siderocapsa, Naumaniella, Bacillus и Pseudomonas

3 В донных отложениях разных районов озера выявлены экологические ниши благоприятные дтя развитйя микроорганизмов, окисляющих железо и марганец Установлено, что основными факторами, влияющими на биогенное Fe(II) и Мп(П)окислсние в осадках Байкала, являются глубокое проникновение кислорода, подток восстановленных форм железа и марганца, количество органического вещества и реакция среды

4 Выявлено, что железо- и марганецокисляющие бактерии в донных отложениях озера по вертикали распределены неравномерно Максимальное количество исследуемых микроорганизмов наблюдается в поверхностных слоях глубоководных районов Южного и Среднего Байкала, на границе окисленных и восстановленных осадков в толще отложений и в слоях железомарганцевычи конкрециями В глубоких слоях восстановленных грунтов, а также в песчаных илах и песках мелководных районов озера железобактерии не обнаружены

5 В результате лабораторных экспериментов и наблюдений, определено, что окисление и диагенетическое перераспределение элементов в толще донных отложений обусловлено активностью микрофлоры Наибольшей Fe(II) и Мп(П)окислительной активностью обладают К) льтивируемые бактерии родов Siderocapsa и Bacillus

6 Установлено, что микроорганизмы, окисляющие железо и марганец, участвуют в формировании конкреций в донных осадках оз Байкал В условиях лабораторного

эксперимента показана принципиальная возможность получения биогенных

железомар!анцевых конкреций с культурами Siderocapsa sp и Bacillus sp

Список работ, опубликованных по теме диссертации: Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах

1 Парфенова В В , Белькова Н JI, Денисова J1 Я , Зайчиков Е Ф , Максименко С Ю , Захарова Ю Р , Поддубняк Н Ю , Моложавая О А , Никулина И Г Изучение видового состава культивируемых гетеротрофных микроорганизмов оз Байкал // Биология внутренних вод 2006 №1 С 8-15

2 Захарова Ю Р , Парфенова В В Метод к>льтивирования микроорганизмов, окисляющих железо и марганец в донных осадках оз Байкал // Известия РАН Серия биологическая 2007 №2 С 1-6

Статьи, опубликованные в других изданиях

3 Belkova N L , Parfenova V V , Zakharova Ju R , Tazaki К Si and Fe biommerahzation by microorganisms m bottom sediments of Delta Selenga River, tributary of Lake Baikal, Russia //The Science Reports of Kanazawa University, 2001 V 46 №1,2,P 39-47

4 Granma L Z , Parfenova V V , Zemskaya T I, Zakharova Yu R , Golobokova L P On iron and manganese oxidizing microorganisms in sedimentary redox cycling m lake Baikal // Berlins Palaobiologische Abhandlungen 2003 V4 P 121-128

5 Belkova N L , Zakharova Ju R , Tazaki К, Okrugin V M , Parfenova V V Fe-Si biormnerals in the Vilyuchmskie hot springs, Kamchatka Peninsula, Russia // International Microbiology, 2004 V 7 P 193-198

Работы, опубликованные в материалах всероссийских , международных совещаний

и конференций

6 Granma L Z , Parfenova V V , Zemskaya Т Z , Zakharova Yu R , Golobokova L P , Sturm M On the Fe- and Mn- oxidizing microorganisms in sedimentary redox cycling m Lake Baikal // Third international symposium ancient lakes speciation, development in time and space, natural history Abstr of conference - IrkutSK, 2002 P 60

7 Парфенова В В , Захарова Ю Р , Белькова Н Л Микроорганизмы, окисляющие железо и марганец в донных осадках озера Байкал // Международный Байкальский симпозиум по микробиологии «Микроорганизмы в экосистемах озер, рек и водохранилищ» Тез докл -Иркутск 2003 С 115

8 Parfenova V V, Granma L Z, Zakharova Yu R Iron and manganese oxidizing microorganisms in sedimentary redox cycling m lake Baikal // International workshop on biochemical processes involving iron minerals in natural waters Abstr of conference -Monte Verita, S /ltzerland 2003 P 57

9 Belkova N, Tazaki К, Parfenova V, Zakharova Yu, Okrugm V The effect of microorganisms on Fe-As precipitation in not spring biomats at circumneutral Ph // The 1-st FEMS Congress ol European microbiologists Abstr of conferens - Ljubljana, Slovenia, 2003 P 431-432

10 Granina LZ, Mizandrontsev IB, Paifenova VV, Zakharova Yu R Iron and manganese cycling in sediments of Lake Baikal // 14th Annual Goldschmidt Abstr of conferens -Denmark, 2004 P 195

11 Захарова 10 P , Гранина JT 3 , Парфенова В В Биогенное железонакопление в донных осадках озера Байкал // Международное рабочее совещание «Происхождение и эволюция биосферы» Тез докл - Новосибирск 2005 С 167

12 Захарова Ю Р , Белькова H/JI, Гранина Л 3 , Парфенова В В Влияние микроорганизмов на процессы окисления железа и марганца в условиях лабораторного эксперимента // Четвертая Верещагинская байкальская конференция Тез докл и стенд сообщ -Иркутск, 2005 С 83

13 Захарова Ю Р, Парфенова В В , Кравченко О С Микроорганизмы, окисляющие железо и марганец в донных осадках оз Байкал культивирование, количество, распределение // Молодежная школа-конференция «Актуальные аспекты современной микробиологии» Тез докл -Москва, 2005 С 30

14 Захарова Ю Р , Парфенова В В Биогенное образование минералов железа и марганца в усчовиях лабораторно1 о эксперимента // Всероссийская конференция «Биоразнообразие экосистем Внутренней Азии» Тез докл - Улан-Удэ, 2006 С 44

15 Гранина Л 3 , Захарова Ю Р , Парфенова В В , Гранин Г Н Скорость окисления железа и марганца в осадках Байкала // Всероссийская конференция «Биоразнообразие экосистем Внутренней Азии» Тез докл - Улан-Удэ, 2006 С 32

Отпечатано в типографии ООО «Аспринт» г Иркутск, ул Лапина, 1 «Б», тел 202-570 тираж 100 экз заказ № 159 от 10 04 2007г бумага офсетная, печать трафаретная

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Захарова, Юлия Робертовна

ВВЕДЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1. Биогеохимический цикл железа и марганца

1.2. Общая характеристика микроорганизмов, окисляющих железо и марганец

1.3. Биологическая роль окисления железа и марганца микроорганизмами

1.4. Микроорганизмы донных осадков оз. Байкал и экологические условия среды

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования

2.1. Объекты исследования

2.2. Методы исследования

ГЛАВА 3. Культивирование, морфология и систематика микроорганизмов, окисляющих железо и марганец в донных осадках оз. Байкал

3.1. Подходы к изучению и культивированию микроорганизмов, окисляющих железо и марганец

3.2. Морфологический и таксономический состав железо- и марганецокисляющих микроорганизмов

ГЛАВА 4. Экология микроорганизмов, окисляющих железо и марганец в донных осадках оз. Байкал

4.1. Физико-химические условия развития железо- и марганецокисляющих бактерий

4.2. Численность и распределение микроорганизмов, окисляющих железо и марганец в донных осадках

ГЛАВА 5. Изучение роли микроорганизмов в окислении железа и марганца и в осаждении их окислов в экспериментальных условиях 5.1. Окисление Fe(II) и Mn(II) микроорганизмами в условиях лабораторного моделирования 102 5.2. Исследование роли микроорганизмов в образовании железомарганцевых конкреций

Введение Диссертация по биологии, на тему "Микроорганизмы, окисляющие железо и марганец в донных осадках озера Байкал"

Способность окислять двухвалентные соединения железа и марганца и осаждать окислы металлов на поверхности клеток, присуща многим прокариотным микроорганизмам. Круговорот железа и марганца имеет огромное значение для биосферы. Решающая роль в геохимическом цикле железа и марганца принадлежит микроорганизмам, использующим разные формы этих элементов для своих энергетических и конструктивных потребностей.

Согласно филогенетической классификации, основанной на данных секвенирования гена 16S рРНК, железо- и марганецокисляющие бактерии полифилетичны и принадлежат к нескольким таксономическим группам (Garrity, 2001). Они имеют грамотрицательный или грамположительный морфотип, очень разнообразны морфологически и гетерогенны в метаболическом плане. Физиологический смысл и конкретные способы окисления железа и марганца у них существенно варьируют от вида к виду. Микроорганизмы, окисляющие Fe(II) и Mn(II) широко распространены в домене Bacteria, а так же встречаются в домене Archaea и Eucarya (Hallberg, Johnson, 2001). Известные представители железо- и марганецокисляющих бюактерий принадлежат к семи таксономическим группам: Nitrospirae, Proteobacteria, Firmicutes, Planctomyces, Actinobacteria, Crenarchaeota, Euryarchaeota.

Железо- и марганецокисляющие бактерии часто встречаются в аэробных экосистемах. Благодаря их жизнедеятельности образуются обильные преципитаты оксидов железа и марганца, которые служат весьма характерным индикатором присутствия микроорганизмов данной группы.

Деятельность микроорганизмов, окисляющих железо и марганец, ранее изучалась в пресноводных (Кузнецов, 1970; Заварзин, 1972; Горленко и др., 1977; Nealson et al., 1988; Miyajima, 1992; Straub, Buchholz-Cleven, 1998; и др.) и морских экосистемах (Jannasch, Taylor, 1984; de Vrind et al., 1986; Waasbergen et al., 1986; Tortell et al., 1999; Tazaki, 2000; Emerson, Moyer, 2002; Edwards et al., 2003 и др.).

В озере Байкал микробиологические процессы окисления железа и марганца мало изучены, и характеризуются единичными данными (Дубинина, 1978; Коробушкина и др., 1995; Granina et al., 2003). Между тем, в донных осадках озера создаются условия для развития микроорганизмов, окисляющих железо и марганец. Железо и марганец поступают в Байкал преимущественно (более 95%) с речным стоком, поток из атмосферы не превышает 4-5%. В речном стоке явно преобладают взвешенные формы, на растворенные приходится лишь около 1% Fe и 8% Мп. В воде озера концентрации этих элементов ниже, чем обычно в пресных водоемах, и близки к таковым в океане (Лейбович-Гранина, 1985). Постоянное насыщение гиполимниона озера кислородом приводит к практически полному переходу железа и марганца в донные илы, где происходит интенсивное диагенетическое перераспределение вплоть до образования конкреций. Оценка баланса железа и марганца в Байкале свидетельствует, что более 90% поступающих в озеро элементов, захоранивается в его донных отложениях (Лейбович-Гранина, 1987).

Донные отложения озера Байкал представляют собой особую экологическую зону, характеризующуюся тонкой слоистостью физико-химических условий и распределения микрофлоры. Исследование деятельности железо- и марганецокисляющих бактерий важно для характеристики геохимического цикла железа и марганца и определения роли микроорганизмов в осаждении этих рудообразующих элементов в донных осадках озера Байкал. До настоящего времени видовое разнообразие и количественная оценка железо- и марганецокисляющих бактерий не проведена, поэтому изучение структуры и численности данной группы микроорганизмов в озере Байкал является актуальной задачей.

Цель настоящей работы: выявить разнообразие и особенности распределения микроорганизмов, способных к окислению железа и марганца в донных осадках оз. Байкал. Задачи исследования

1. Определить видовое разнообразие микроорганизмов, окисляющих железо и марганец в донных осадках оз. Байкал;

2. Показать влияние физико-химических факторов на выявляемость железо- и марганецокисляющих бактерий;

3. Изучить количественный состав и закономерности вертикального распределения железо- и марганецокисляющих бактерий;

4. Провести сравнительные исследования Fe(II) и Мп(И)окислительной активности у разных морфотипов железобактерий;

5. Получить в условиях лабораторного эксперимента минерализованные образования с культурами микроорганизмов, изолированными из донных осадков оз. Байкал.

Научная новизна. Впервые проведено исследование культивируемых микроорганизмов, окисляющих железо и марганец, в донных осадках озера Байкал. Выделено и идентифицировано 115 чистых культур железо- и марганецокисляющих микроорганизмов, отнесенных к шести родам: Metallogenim, Lepthotrix, Siderocapsa, Naumaniella, Bacillus и Pseudomonas. Установлено, что исследуемые бактерии широко распространены в донных отложениях Байкала. Экологические ниши железо- и марганецокисляющих микроорганизмов приурочены к поверхностным слоям грунта и границе окисленных и восстановленных осадков. Основными факторами, влияющими на численность и распределение железобактерий, являются окислительно-восстановительные условия среды, наличие растворенных форм железа и марганца, а также органического вещества, которые контролируются условиями осадконакопления в озере. Впервые в условиях лабораторного эксперимента показано получение железомарганцевых микроконкреций с участием микроорганизмов, изолированных из донных осадков оз. Байкал.

Практическая значимость. Получены активные штаммы микроорганизмов, окисляющих железо и марганец. Бактерии переводят металлы в нерастворимую форму и накапливают окислы на поверхностных структурах клеток. Культуры могут быть рекомендованы к применению в технологии извлечения железа и марганца из растворов, обогащенных этими металлами. Предлагается использовать данные штаммы на практических занятиях в ВУЗах для изучения процессов окисления железа и марганца в экосистемах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В процессах окисления Fe(II) и Mn(II) в донных осадках озера Байкал принимают участие представители шести родов бактерий: Metallogenim, Lepthotrix, Siderocapsa, Naumaniella, Bacillus и Pseudomonas.

2. Численность и распределение микроорганизмов, окисляющих железо и марганец, зависит от литологического состава донных отложений и условий осадконакопления в озере. Основные факторы, влияющие на биогенное Fe(II) и Mn(II) окисление в осадках Байкала: глубокое проникновение кислорода, подток восстановленных форм железа и марганца, количество органического вещества и реакция среды.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на третьем международном симпозиуме «Ancient Lakes: speciation, development in time and space, natural history» (Иркутск, 2002), на Байкальском микробиологическом симпозиуме «Микроорганизмы в экосистемах озер, рек и водохранилищ» (Иркутск, 2003), на международном совещании «Biochemical processes involving iron minerals in natural waters» (Monte Verita, Switzerland, 2003), на европейском микробиологическом конгрессе «1st FEMS congress of European microbiologist» (Ljubljana, Slovenia, 2003), на международной конференции «14th Annual Goldschmidt» (Denmark, 2004), на международном совещании «Biosphere Origin and Evolution» (Новосибирск, 2005), на 4-ой Верещагинской конференции (Иркутск, 2005), на молодежной конференции «Актуальные аспекты современной микробиологии» (Москва, 2005), на международном совещании «ESF Workshop» (Bayreuth, Germany, 2005), на всероссийской конференции «Биоразнообразие экосистем Внутренней Азии» (Улан-Удэ, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Захарова, Юлия Робертовна

ВЫВОДЫ

1. Показано, что железо - и марганецокисляющие бактерии, культивируемые на селективных питательных средах, являются микроаэрофильными хемогетеротрофами, использующими в качестве источника углерода органические кислоты и сахара.

2. Установлено, что в окислении Fe(II) и Mn(II) в донных осадках оз. Байкал принимают участие представители шести родов: Metallogenim, Lepthotrix, Siderocapsa, Naumaniella, Bacillus и Pseudomonas.

3. В донных отложениях разных районов озера выявлены экологические ниши благоприятные для развития микроорганизмов, окисляющих железо и марганец. Установлено, что основными факторами, влияющими на биогенное Fe(II) и Мп(И)окисление в осадках Байкала, являются: глубокое проникновение кислорода, подток восстановленных форм железа и марганца, количество органического вещества и реакция среды.

4. Выявлено, что железо- и марганецокисляющие бактерии по вертикали распределены неравномерно. Максимальное количество исследуемых микроорганизмов наблюдается в поверхностных слоях глубоководных районов Южного и Среднего Байкала, на границе окисленных и восстановленных осадков в толще отложений и в слоях железомарганцевыми конкрециями. В глубоких слоях восстановленных грунтов, а также в песчаных илах и песках мелководных районов озера железобактерии не обнаружены.

5. В результате лабораторных экспериментов и наблюдений, определено, что окисление и диагенетическое перераспределение элементов в толще донных отложений обусловлено активностью микрофлоры. Наибольшей Fe(II) и Мп(И)окислительной активностью обладают культивируемые бактерии родов Siderocapsa и Bacillus.

6. Установлено, что микроорганизмы, окисляющие железо и марганец, участвуют в формировании конкреций в донных осадках оз. Байкал. В условиях лабораторного эксперимента показана принципиальная возможность получения биогенных железомарганцевых конкреций с культурами Siderocapsa sp. и Bacillus sp.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает сердечную благодарность научному руководителю к.б.н. В.В. Парфеновой за всестороннюю помощь в работе, Т.И. Земской, JI.3. Граниной, H.JI. Бельковой, Т.Я. Ко^Ьторновой, О.С. Кравченко, И.Б. Мизандронцеву, О.М. Хлыстову, Р.В. Аделыпину, И.В.Тихоновой и всем сотрудникам лаборатории водной микробиологии ЛИН СО РАН за оказанную помощь при выполнении работ и обсуждении результатов. Выражаю искреннюю благодарность сотруднику Института Микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН д.б.н. Г.А. Дубининой за ценные советы и замечания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Донные отложения озера Байкал - особая экологическая ниша, характеризующаяся несколько большим содержанием органических веществ, нейтральным рН, высоким окислительно-восстановительным потенциалом, интенсивной вертикальной миграцией железа и марганца. Эти факторы определяют благоприятную среду обитания для микроорганизмов, влияющих на круговорот железа и марганца в осадках Байкала.

Для решения вопросов культивирования и оценки биоразнообразия железобактерий в донных осадках Байкала был применен экологический подход. Это дало возможность подойти к подбору оптимальных питательных сред для культивирования многих представителей группы железо- и марганецокисляющих микроорганизмов. Выделенные на селективноых средах бактерии являются микроаэрофильными хемогетеротрофами, использующими в качестве источника углерода органические кислоты и сахара. В результате проведенной работы по изучению таксономического состава бактерии, участвующие в окислительных реакциях Fe(II) и Mn(II) в донных осадках Байкала, отнесены к шести родам: Metallogenim, Lepthotrix, Siderocapsa, Naumaniella, Bacillus и Pseudomonas. Микроскопические наблюдения выявили достоверные признаки накопления окислов металлов в поверхностных структурах культивируемых железо- и марганецокисляющих бактерий.

В донных отложениях наблюдается четкая вертикальная зональность по физико-химическим параметрам. В осадках разных районов озера выявлены экологические ниши, благоприятные для развития микроорганизмов, окисляющих железо и марганец, характеризующихся присутствием кислорода, растворенных органических веществ, наличием восстановленных форм железа и марганца, высокими значениями окислительно-восстановительного потенциала и кислотности среды, близкой к нейтральной.

Микроорганизмы, окисляющие железо и марганец, обнаружены в осадках всех исследованных районов Байкала. Установлено, что в глубоководных осадках железобактерии преобладают в Южной котловине озера. В осадках глубоководных станций Среднего и Северного Байкала общая численность железобактерий на два порядка ниже. Область распространения железобактерий ограничена окисленным слоем грунта, причем максимум численности во всех котловинах приурочен к верхней и нижней его границе. В распределении железо- и марганецокисляющих бактерий подводной возвышенности Посольская банка прослеживается четкая вертикальная зональность. Как правило, их содержание в десятки раз выше в поверхностных слоях, вмещающих конкреции, по сравнению с подстилающей их толщей осадков. На станциях в районах естественных выходов нефти и обнаружения газовых гидратов выявлена необычно высокая численность железоокисляющих бактерий по сравнению с таковой на фоновой станции Северного Байкала. Очевидно, особые физико-химические параметры среды, характерные для данных районов создают благоприятные условия для развития железобактерий. В поверхностном слое илистых песков и окисленных мелкоалевритовых илов придельтового района реки Селенги отмечено наибольшее количество культивируемых железо- и марганецокисляющих бактерий. Подобное распределение скорее всего связано с влиянием речного стока на концентрацию органических веществ в грунтах придельтового района. Высокая численность железобактерий обнаружена в пробах поверхностного слоя осадков района Баргузинского залива, причем максимум железоокисляющих бактерий совпадает со средней численностью сапрофитных бактерий в осадках данного района. В донных осадках бухты Фролиха микроорганизмы, окисляющие железо и марганец немногочисленны и обнаруживаются в окисленных осадках с железомарганцевыми конкрециями.

Наиболее интенсивное преобразование форм железа и марганца и перераспределение между жидкой и твердой фазами происходит в поверхностном слое донных отложений. Анализ вертикального распределения микроорганизмов, окисляющих железо и марганец, показывает связь их развития с наличием и концентрированием рудообразующих элементов в осадках Байкала. Максимальное развитие железобактерий приурочено к нижней границе окисленных осадков, где накапливаются железо и марганец в виде корок и конкреций.

Установлено, что культивируемые железобактерии, изолированные из донных осадков озера, обладают высокой окислительной активностью. В условиях лабораторного эксперимента численность бактерий увеличивается на три - четыре порядка в течение 24 - 48 часов. Увеличение численности клеток сопровождалось снижением содержания растворенных форм железа и марганца в среде. Скорость окисления Fe2+ и Мп2+ в культурах железобактерий составляла десятки мг/л в сутки. Анализ полученных результатов показал, что при участии микроорганизмов активно происходило снижение концентрации растворенного железа и марганца и одновременное увеличение содержания осажденных форм этих элементов в биогенном осадке. Концентрации железа и марганца в биогенном осадке через семь суток эксперимета составляли от 90 % до 100 % от исходного количества этих элементов в среде.

Получены экспериментальные подтверждения биогенной природы, образующихся в осадках озера железомарганцевых конкреций. Их формирование связано с окислением и первичным осаждением окислов железа и марганца в поверхностных структурах микроорганизмов.

122

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Захарова, Юлия Робертовна, Иркутск

1. Байкал. Атлас Карты. / сост. и подг. к печ. РАН. Сиб. отд. Межведомств, научн. совет по прогр. «Сибирь» в 1993 г.; преде, ред. кол-гии, гл. ред., чл.-кор. РАН Г. И. Галазий М.: ФСГК, 1993.- 160 е., цв.; 33 см. - 5000 экз., ISBN 5- 85120-009-Х.

2. Балашова, В. В. Накопительная культура Gallionella filamenta п. sp. Текст. / В. В. Балашова // Микробиология. 1967. - Т. 36. - С. 646-650.

3. Балашова, В. В. Об отношении Gallionella к микоплазмам Текст. / В. В. Балашова // Доклады Академии наук СССР. 1969. - Т. 184. - С. 1429-1432.

4. Балашова, В. В. Ультраструктура Gallionella filamenta Текст. / В. В. Балашова, Н. Е. Черни // Микробиология. 1970. - Т. 39. - С. 348-351.

5. Балашова, В. В. Микоплазмы и железобактерии Текст. / В. В. Балашова, М.: Наука, 1974. - 64 е., ил.; 21 см. - Библиогр.: с. 59-62. - 1300 экз.

6. Богданов, Ю. А. Железо-марганцевые конкреции Карского моря Текст. / Ю. А. Богданов, А. И. Горшков, Е. Г. Гурвич, О. Ю. Богданова, Г. А. Дубинина, Г. В. Иванов, А. Б. Исаева, К. Г. Муравьев // Океанология. 1994. -Т. 34,№5.-С. 789-800.

7. Болотина, И. Н. О природе и распространении марганецокисляющих микроорганизмов спутников грибов Текст. / И. Н. Болотина, Т. Г. Мирчинк, Д. И. Никитин // Почвоведение. -1973. - № 9. - С. 75-81.

8. Волкова, О. Ю. Железобактерии минеральных источников района Кавказских минеральных вод и их участие в образовании железистых осадков Текст. / О. Ю. Волкова // Микробиология. 1939. - Т. 8. - Вып. 7. -С. 863-885.

9. Вернадский В.И. Очерки по геохимии Текст. / В. И. Вернадский / 7 -е (4-е рус) изд-е. АН СССР. Ин-т геохимии и аналит. химии им. В. И. Вернадского. М.: Наука, 1994. - 495 с. ил.; 22 см. - Библиогр.: с. 341-412.- 3500 экз.

10. Вологина, Е. Г. Особенности осадконакопления в озере Байкал в голоцене Текст. / Е. Г. Вологина, М. Штурм, С. С. Воробьёва, JI. 3. Гранина, С. Ю. Тощаков // Геология и геофизика. 2003. - Т. 44, № 5. - С. 407-421.

11. Вотинцев, К. К. Гидрохимия озера Байкал Текст. / К. К. Вотинцев ; Академ, наук СССР, Сиб. отд., вост.- сиб. филиал, труды Байк. лимн. ст. -М.: Изд-во АН СССР, 1961. Т. 20. - 302, е.; 26 см. - Библиогр.: с. 302 - 309. -1000 экз.

12. Вотинцев, К. К. Круговорот органического вещества в озере Байкал Текст. / К. К. Вотинцев, А. И. Мещерякова, Г. И. Поповская. -Новосибирск: Наука, 1975. 189 е.; 21 см. - 500 экз.

13. Выхристюк, Л. А. Органическое вещество и его преобразование в донных отложениях Текст. / JI. А. Выхристюк. // Динамика Байкальской впадины: сб. научн. тр. Новосибирск: Наука, 1972. - С. 192-203.

14. Выхристюк, JI. А. Органическое вещество донных осадков Байкала Текст. / JI. А. Выхристюк // АН СССР. Сиб. отд-е. Труды Лимнологического ин-та. Вып 32. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-е, 1980. - 80 е., 30 ил.с.; 20 см. -Библиогр.: с. 74-79. - 1000 экз.

15. Голдырев, Г. С. Донные отложения авандельты р. Селенги Текст. / Г. С. Голдырев, Л. А. Выхристюк, Ф. И. Лазо. // Лимнология придельтовых пространств Байкала: сб. научн. тр. Л.: Наука, 1971. - С. 43-64.

16. Голдырев Г. С. Осадкообразование и четвертичная история котловины Байкала Текст. / Г. С. Голдырев. Новосибирск: Наука. Сиб. отд- ние, 1982. -182 е.; 20 см. Библиогр.: с. 179-181. - 300 экз.

17. Горленко. М. В. Экология водных микроорганизмов Текст. / М. В. Горленко, Г. А. Дубинина, С. И. Кузнецов. М. : Наука, 1977. - 289, [2] е., 99 с. ил.; 22 см. - Библиогр.: с. 264 - 285. - 1700 экз.

18. Гранина, Л. 3. Железомарганцевые образования в Байкале Текст. / Л. 3. Гранина, Е. Б. Карабанов, В. Д. Пампура // География и природные ресурсы. 1991. - № 3. - С. 89-96.

19. Гранина, Л. 3. Вертикальные профили концентраций железа и марганца в иловых растворах Байкала Текст. / Л. 3. Гранина // Геохимия. -1991.-№ 10.-С. 1493-1500.

20. Дементьев, К. И. Железобактерии старорусских минеральных источников и озер Текст. / К. И. Дементьев // Микробиология. 1941. - Т. 10, вып. 3.-С. 333-341.

21. Дементьев, К. И. Железобактерии старорусских минеральных вод Текст. / К. И. Дементьев. // Микробиология. - 1958. Т. 27, вып. 1. - С. 110112.

22. Дубинина, Г. А. Изучение экологии железобактерий пресных водоемов Текст. / Г. А. Дубинина // Известия А Н. Серия биологическая. 1976. - № 4.-С. 575-592.

23. Дубинина Г. А. О функциональном значении окисления двухвалентного железа и марганца у Leptothrix pseudoochraceae Текст. / Г. А. Дубинина // Микробиология. 1978. - Т. 48. - Вып. 5. - С. 783-788.

24. Дубинина, Г. А. Механизм окисления двухвалентного железа и марганца железобактериями, развивающимися при нейтральной кислотности среды Текст. / Г. А. Дубинина // Микробиология. 1978. - Т. 47. - Вып. 4. -С. 591-598.

25. Дубинина, Г. А. Биология железобактерии и их роль в образовании железо-марганцевых руд Текст. : дис. . докт. биол. наук / Ин-т микробиологии АН СССР. Москва, 1977.

26. Заварзин, Г. А. Симбиотическая культура нового окисляющего марганец микроорганизма Текст. / Г. А. Заварзин // Микробиология. 1961.- Т. 30. С. 393-395.

27. Заварзин, Г. А. Строение Metallogenium Текст. / Г. А. Заварзин // Микробиология. 1963. - Т. 32, вып. 6. - С. 1020-1023.

28. Заварзин, Г. А., Епихина В.В. Симбиотический рост Metallogenium Текст. / Г. А. Заварзин // Доклады Академии наук СССР. 1963. - Т. 148, № 4.-С. 933-934.

29. Заварзин, Г. А. Литотрофные микроорганизмы Текст. / Г. А. Заварзин.- М.: Наука, 1972. - 323 е.; 20 см. - Библиогр.: с. 318 - 320. - 1000 экз.

30. Заварзин, Г. А. Введение в природоведческую микробиологию: Учебное пособие Текст. / Г. А. Заварзин, Н. Н. Колотилова. М.: Книжный дом «Университет», 2001. - 256 е., ил.; 20 см. - Библиогр.: с. 254 - 255. -3000 экз., ISBN 5-8013-0124-Ю.

31. Заварзин, Г. А. Лекции по природоведческой микробиологии Текст. / Г. А. Заварзин; Отв. ред. Н. Н. Колотилова; Ин-т микробиологии. М.:

32. Наука, 2003. 348 8. е.; 21 см. - Библиогр.: с. 340-341.-510 экз., ISBN 502-006454-8.

33. Звягинцев, Д. Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии Текст. / Д. Г. Звягинцев. М.: Изд- во МГУ, 1991. - 352 е.; 21 см. -Библиогр.: с 348 - 350. - 500 экз.

34. Земская, Е. И. Микроорганизмы донных осадков оз. Байкал и экологические условия среды Текст. / Е. И. Земская, Б. Б. Намсараев, В. В. Парфенова, Т. А. Ханаева, JI. П. Голобокова, J1. 3. Гранина // Экология. -1997. -№ 1.-С. 40-44.

35. Калиненко, В. О. Роль бактерий в формировании железомарганцевых конкреций Текст. / В. О. Калиненко // Микробиология. 1946. - Т. 15. - С. 364-369.

36. Калиненко, В. О. Происхождение железомарганцевых конкреций Текст. / В. О. Калиненко // Микробиология. 1949. - Т. 18. - С. 527-532.

37. Кожов, М. М. Биология озера Байкал Текст. / М. М. Кожов. М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 316 е.; 22 см. - Библиогр.: с. 310 - 314. - 300 экз.

38. Кожов, М. М. Очерки по байкаловедению Текст. / М. М. Кожов. -Иркутск: Вост.-сиб. книж. изд-во, 1972.-256 е.; 21 см.

39. Кондратьева, Е. Н. Автотрофные прокариоты Текст. / Е. Н. Кондратьева. М.: Изд-во МГУ, 1996. - 302 е.; 21 см. - Библиогр.: с. 296298. - 500 экз.

40. Коробушкина, Е. Д. Микроорганизмы и их геохимическая деятельность в донных отложениях Байкала Текст. / Е. Д. Коробушкина, В. Р. Мамитко, И. В. Сокольникова // Проблемы экологии: сб. научн. тр. Иркутск, 1995. -С. 40-41.

41. Косая, Т. А. О составе окислов марганца в культурах Metallogenim и Leptothrix Текст. / Т. А. Косая // Микробиология. 1967. - Т. 36, вып. 6. -С. 1024-1029.

42. Кузнецов, С. И. Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность Текст. / С. И. Кузнецов. АН СССР. Ин-т биол. внутр. вод. Л.: Наука. Ленингр. отд., 1970. - 440 [6] е., 202 1. с. ил.; 26 см. - Библиогр.: с. 402435.- 1250 экз.

43. Лейбович, Л. 3. Железо и марганец в окисленных осадках Байкала Текст. / Л. 3. Лейбович // Геохимия. 1983. -№ 12. - С. 1756 - 1761.

44. Лейбович-Гранина, Л. 3. Железо и марганец в воде Байкала. Текст. / Л. 3. Лейбович-Гранина // Водные ресурсы. 1985. - № 4. - С.118 - 127.

45. Лейбович-Гранина, Л. 3. К вопросу о круговороте железа и марганца в оз. Байкал. Текст. / Л. 3. Лейбович-Гранина // Водные ресурсы. 1987. - № 3. С. 67-73.

46. Максимова, Э. А. Биопродуктивность микробиоценозов донных отложений оз. Байкал Текст. / Э. А. Максимова, В. Н. Максимов, Г. Р. Колесницкая, А. Р. Рудых, Н. А. Черных // Гидробиологический журнал -1983.-Т. 19, №6.-С. 9-14.

47. Максимова, Э. А. Микробиологическая индикация и оценка состояния донных отложений Южного Байкала Текст. / Э. А. Максимова, В. Н.

48. Максимов, Г. Р. Колесницкая, В. В. Максимов, Е. В. Щетинина // Микробиология. 1995. - Т. 64, № 3. - С. 399-404.

49. Марданян, С.С., Балашова В.В. О состоянии железа на волокнах Gallionella Текст. / С. С. Марданян // Микробиология. 1971. - Т. 40. - С. 121-123.

50. Мизандронцев, И. Б. «Гидродинамическая концепция» Н.М. Страхова и осадконакопление в Байкале Текст. / И. Б. Мизандронцев // Позднекайнозойская история озер в СССР: сб. научн. тр. Новосибирск: Наука, 1982.-С. 11-18.

51. Мизандронцев, И. Б. Процессы осадкообразования Текст. / И. Б. Мизандронцев // Литодинамика и осадкообразование Северного Байкала: сб. научн. тр. Новосибирск: Наука, 1984. - С. 163-198.

52. Намсараев, Б. Б. Участие бактерий в процессах синтеза и деструкции органического вещества в микробных матах озера Байкал Текст. / Б. Б.

53. Намсараев, Jl. Е. Дулов, Г.А. Дубинина, Т. И. Земская, Л. 3. Гранина, Е. В. Карабанов // Микробиология. 1994. - Т. 64. - Вып. 2. - 345-351.

54. Намсараев, Б. Б. Антропогенная активация бактериальной деятельности в донных осадках озера Байкал Текст. / Б. Б. Намсараев, Л. Е. Дулов, Т. И. Земская, М. В. Иванов // Микробиология. 1995. - Т. 64, № 4. - С. 548-552.

55. Намсараев, Б. Б. Геохимическая деятельность сульфатредуцирующих бактерий в донных осадках озера Байкал Текст. / Б. Б. Намсараев, Л. Е. Дулов, Т. И. Земская, Е. Б. Карабанов // Микробиология. 1995 - Т. 64, № 3. -С. 405—410.

56. Намсараев, Б. Б. Бактериальное образование метана в донных осадках озера Байкал. Текст. / Б. Б. Намсараев, Л. Е. Дулов, Е. Н. Соколова, Т. И. Земская // Микробиология. 1995. - Т. 64, № 3. - С. 411-417.

57. Павлова, О. Н. Особенности распространения бактерий рода Pseudomonas в озере Байкал Текст. / О. Н. Павлова, В. В. Дрюккер, Т. Я. Косторнова, И. Г. Никулина // Сибирский экологический журнал 2003. - № З.-С. 267-272.

58. Пампура, В. Д. Геохимия современной седиментации озера Байкал Текст. / В. Д. Пампура, М. И. Кузьмин, А. Н. Гвоздиков. И. С. Ломоносов, А. П. Хаустов // Геология и геофизика. 1993. - Т. 34, № 10-11. - С. 188-189.

59. Парфенова, В. В. Фосформобилизующие микроорганизмы в донных осадках Байкала Текст. / В. В. Парфенова // Экологические проблемы водной микробиологии. Новосибирск: Наука, 1984. - С. 18-27.

60. Парфенова, В. В. Изучение микробного сообщества окисленного слоя донных осадков оз. Байкал в придельтовом районе реки Селенга Текст. / В.

61. B. Парфенова, О. Н. Павлова, И. А. Теркина, М. Ю. Суслова, Т. Я. Косторнова, И. Г. Никулина, В. Н. Синюкович, Л. М. Сороковикова // Водные ресурсы. 2005. - № 5. - С. 1-5.

62. Перфильев, Б. В. Микрозональное строение иловых отложений и методы его исследования Текст. / Перфильев Б. В. Отв. ред. чл.-корр. проф.

63. C. И. Кузнецов. АН СССР. Ин-т микробиологии Л: Наука, 1972. - 216 2. е., 87 [5] с. ил.; 27 см. - Библиогр.: с. 207 - 217. - 900 экз.

64. Пиневич, А. В. Микробиология железа и марганца Текст. / А. В. Пиневич. СПб.: Изд-во С.-Питерб. ун-та, 2005. - 374, [6] е., - 65 с. ил.; 24 см. - Библиогр.: с. 343-367. - 300 экз., - ISBN 5-288-03721-3.

65. Плохинский, Н. А. Биометрия Текст. / Н. А. Плохинский. М.: Изд-во Моск. ун-та., 1970. - 367 с.

66. Родина, А. Г. Методы водной микробиологии. Практическое руководство Текст. / А. Г. Родина. АН СССР. Зоологический ин-т. М.; Л.: Наука, 1965. - 363 е.; 21 см. - Библиогр.: с. 348-354. - 2000 экз.

67. Розанова, Е. П. Микроорганизмы в тепловых сетях и внутренняя коррозия стальных трубопроводов Текст. / Е. П. Розанова, Г. А. Дубинина, Е. В. Лебедева, Л. А. Сунцова, В. М. Липовских, Н. Н. Цветков. // Микробиология. 2003. - Т. 72, № 2. - С. 212-220.

68. Романенко, В. И. Микробиологические процессы продукции и деструкции органического вещества во внутренних водоемах Текст. / В. И. Романенко. Л.: Наука, 1985. - 295 е.; 21 см. - Библиогр.: с. 290 - 292. -2000 экз.

69. Романенко, В. И. Экология микроорганизмов пресных водоемов. Лабораторное руководство. Текст. / В. И. Романенко, С. И. Кузнецов. АН СССР. Ин-т биологии внутр. вод. Л.: Наука, Ленингр. отд., 1974. - 194 е.; 21,5 см. - Библиогр.: с. 181-188. - 1850 экз.

70. Савельева, Н. Д. Метод количественного учёта окисляющих марганец Leptothrix Текст. / Н. Д. Савельева // Микробиология. 1965. - Т. 34, вып. 5. - С. 895-900.

71. Семенович, Н. И. Лимнологические условия накопления железистых осадков в озерах Текст. / Н. И. Семенович // Труды лаб. озероведения АН СССР.- 1958.-Т. 7.

72. Соколова-Дубинина, Г. А. Изучение процесса образования железомарганцевых конкреций в озере Пуннус-Ярви Текст. / Г. А. Соколова-Дубинина, 3. П. Дерюгина // Микробиология. 1967. - Т. 36. - С. 1066-1075.

73. Страхов, Н. М. Диагенез осадков и его значение для осадочного рудообразования Текст. / Н. М. Страхов // Известия АН СССР. Сер. геол. -1962.-№5.-С. 80-88.

74. Тен, Хак-мун Микроорганизмы, окисляющие железо и марганец, в почвах южной части Сахалина Текст. / Тен Хак-мун // Микробиология. -1967. Т. 36, вып. 2. - С. 337-336.

75. Тен, Хак-мун О биологической природе железомарганцевых корок почвообразующих пород в горных почвах Сахалина Текст. / Тен Хак-мун // Микробиология. 1968 - Т. 37, вып. 4. - С. 749-752.

76. Теркина, И. А. К вопросу о биоразнообразии актиномицетов в озере Байкал Текст. / И. А. Теркина, В. В. Дрюккер., В. В. Парфенова, Т. Я. Косторнова // Микробиология. 2002. - Т. 71. - С. 404-408.

77. Фаламин, А. А. Выделение и характеристика одноклеточной марганецокисляющей бактерии из пресного водоёма на северо-западе России Текст. / А. А. Фаламин, А. В. Пиневич // Микробиология. 2006. - Т. 75, № 2.-С. 221-227.

78. Хиггинс, И. Биотехнология. Принципы и применение Текст. / И. Хиггинс, Д. Бест, К. Брейли М.: Мир, 1998. - 479 е.: ил; 26 см. - 1000 экз.

79. Холодный, Н. Г. Железобактерии Текст. / Н. Г. Холодный ; Акад. наук СССР, Ин-т микробиологии. М.: Изд. АН. СССР, 1953. - 223 с. ; 21 см. -Библиогр.: с. 217 - 221. - 2500 экз.

80. Чухров, Ф. В. О ферригидрите Текст. / Ф. В. Чухров, Б. Б. Звягин, А. И. Горшков, JI. П. Ермилова, В. В. Балашова // Известия АН СССР. Серия геологическая. 1973. - Т. 4. - С. 23-28.

81. Штевнева, А. И. Активность бактериальных процессов в донных отложениях южной части Байкала Текст. / А. И. Штевнева, Н. Д. Судакова // Микробиология. 1986. - Т. 55, вып. 5. - С. 839-845.

82. Штеренберг Л. Е. О биогенных структурах в марганцевых рудах Текст. / Л. Е. Штеренберг // Микробиология. 1967. - Т. 36, вып. 4. - С. 709-711.

83. Adams, L. F. Influence of manganese on growth of a sheathless strain of Leptothrix discophora Text. / L. F. Adams, W. C. Ghiorse // Applied Environmental Microbiology 1985. - V.49, № 3. - P. 556-562.1. Л I

84. Adams, L. F. Characterization of extracellular Mn oxidizing activity andу, ^^isolation of an Mn oxidizing protein from Leptothrix discophora SS-1 Text. / L. F. Adams, W. C. Ghiorse // Journal of Bacteriology. - 1987. - V. 169, № 3. - P. 1279-1285.

85. Adams, L. F. Oxidation state of Mn in the Mn oxide produced by Leptothrix discophora SS-1 Text. / L. F. Adams, W. C. Ghiorse // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1988. - V. 52. - P. 2073-2076.

86. Bargar, J. R. In situ characterization of Mn(II) oxidation by spores of the marine Bacillus sp. strain SG-1 Text. / J. R. Bargar, В. M. Tebo, J. E. Villinski // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2000. - V. 64, № 16. - P. 2775-2778.

87. Beck, J. V. A ferrous-ion-oxidizing bacterium. I. Isolation and some general physiological characteristics Text. / J. V. Beck, // Journal of Bacteriology. 1960. -V. 59.-P. 502-509.

88. Beveridge, T. J. Role of cellular design in bacterial metal accumulation and metal mineralization Text. / T. J. Beveridge // Annual Reviews Microbiology. -1998. -V. 43. -P.147-171.

89. Brok, Т. D. Biology of microorganisms Text. / T. D. Brok, M. T. Madigan, J. M. Martinko, J. Parker // Prentice-Hall Internetional, Inc. 1984. - P. 592-594.

90. Broogerd, F. C. Manganese oxidation by Leptothrix discophora Text. / F. C. Broogerd, J. P. M. de Vrind // Journal of Bacteriology. 1987. - V. 169, № 2. -P. 489-494.

91. Brouwers, G. J. Bacterial Mn2+ oxidizing systems and multicooper oxidase: an overview of mechanisms and functions Text. / G. J. Brouwers, E. Vijgenboom, P. L. A. M. Corstjens et al. // Geomicrobiology Journal. 2000. -V. 17. - P. 1-24.

92. Bruynesteyn, A. Mineral biotechnology Text. / A. Bruynesteyn // Journal Biotechnology. 1989. - V. 11 - P. 1-10.

93. Brune, A. Life at the oxic-anoxic interface: microbial activities and adaptations Text. / A. Brune, P. Frenzel, H. Cypionka // FEMS Microbiology Reviews. 2000. - V. 24. - P. 691-710.

94. Caspi, R. c-Type cytochromes and manganese oxidation in Pseudomonas putida MnBl Text. / A. Brune, P. Frenzel, H. Cypionka // Applied Environmental Microbiology. 1998. - V. 64, № 10. - P. 3549-3555.

95. Douka, C. Kinetics of manganese oxidation by cell-free extracts of bacteria isolated from manganese concretions from soil Text. // Applied Environmental Microbiology. 1980. - V. 39. - P. 74-80.

96. Ehrenreich, E. Anaerobic oxidation of ferrous iron by purple bacteria, a new type phototrophic metabolism Text. / E. Ehrenreich, F. Widdel // Applied Environmental Microbiology. 1994. - V. 60, № 12. - P. 4512^1526.

97. Ehrlich, H. Energy coupling in Mn oxidation by marine bacterium Text. / H. L. Ehrlich, J. C. Salerno // Achieves of Microbiology. 1990. -V. 154. - P. 1217.

98. Emerson D., Gheiorse W. C. Role of disulfide bonds in maintaining the structural integrity of the sheath of Leptothrix discophora SP-6 Text. / D. Emerson, W. C. Gheiorse // Journal Bacteriology. 1993. - V. 175. - P. 78197827.

99. Emerson, D. Investigation of an iron- oxidizing microbial mat community located near Arhus, Denmark: laboratory stadies Text. / D. Emerson, N. P. Revsbech // Applied Environmental Microbiology. 1994. - V. 60, № 11. - P. 4032-4038.

100. Emerson, D. Isolation and characterization of novel iron-oxidizing bacteria that grow at circumneutral pH Text. / D. Emerson, G. Moyer // Applied Environmental Microbiology. 1997. - V. 63. - P.4784-4792.

101. Emerson, D. Iron-oxidizing bacteria associated with ferric hydroxide precipitates (Fe-plaque) on the roots of wetland plants Text. / D. Emerson, J. V.

102. Weiss, J. P. Megonigal // Applied Environmental Microbiology. 1999. - V. 65, № 6. -P.2758-2761.

103. Emerson, D. Neutrophilic Fe-oxidizing bacteria are abundant at the Loihi Seamount hydrothermal vents and play a major role in Fe oxide deposition Text. / D. Emerson, C. Moyer // Applied Environmental Microbiology. 2002. - V 68, № 6.-P. 3085-3093.

104. Frensis, C. A. Enzimatic manganese(II) oxidation by a marine a -Proteobacterium Text. / C. A., Frensis, E. M. Co, В. M. Tebo // Applied Environmental Microbiology. 2001. - V. 67, № 9. - P. 4024-4039.

105. Frensis, C. A. cum A Multicoppper oxidase genes from diverse Mn(II) -oxidizing and non Mn(II) - oxidizing Pseudomonas strains Text. / C. A. Frensis, В. M. Tebo // Applied Environmental Microbiology. - 2001. - V. 67, № 9.-P. 4272-4278.

106. Frensis, C. A. Enzimatic manganese(II) oxidation by metabolically dormant spores of diverse Bacillus species Text. / C. A. Frensis, В. M. Tebo // Applied Environmental Microbiology. 2002. -V. 68, № 2. - P. 874 - 880.

107. Garrity, G. M. Bergey,s Manual of Systematic Bacteriology. Vol 1. Text. / G. M. Garrity, (ed.-in-chif). New York e. a.: Springer-Verlag, 2001. - 721 p.

108. Ghiorse, W. C. Biology of iron- and manganese-depositing bacteria Text. / W. C. Ghiorse // Annual Reviews Microbiology. 1984. - V. 38. - P. 515-550.

109. Ghiorse, W. C. Isolation and properties of ferromanganese-depositing budding bacteria from Baltic Sea ferromanganese concretions Text. / W. C. Ghiorse, P. Hirsch // Applied Environmental Microbiology. 1982. - V. 43, № 6 -P.1464-1472.

110. Gille, G. Oxidative stress and living cells Text. / G. Gille, K. Sigler // Follia Microbiology. 1995.-Vol. 40.-P. 131-152.

111. Gregory, E. Widespread distribution of oxidize manganese among freshwater bacteria Text. / E. Gregory, J. Staley // Applied Environmental Microbiology. 1982. - V. 44, № 2. - P. 509-511.

112. Granina, L. Mn cycling in Lake Baikal distribution of Mn and Mn reducing bacteria in water and sediments Text. / L. Granina, J.V. Klump, C.R. Myers, K.H. Nelson // Eos Trans. AGU. - 1990. - V. 71, № 2. - P. 76.

113. Granina, L. Mueller В., Wehrli В., Martin P. Oxygen, iron, and manganese at the sediment-water interface in Lake Baikal Text. / L. Granina, B. Mueller, B. Wehrli, P. Martin // Terra Nostra. 2000. - V. 9. - P. 87-94.

114. Granina, L. Origin and dynamics of Fe and Mn sedimentary layers in Lake Baikal Text. / L. Granina, B. Muller, B. Wehrli // Chemical Geology. 2004. -P. 55-72.

115. Granina, L. Z. and Callender E. The role of biological uptake in iron and manganese cycling in lake Baikal Text. / L. Z. Granina, E. Callender // Hydrobiologia. 2006. - V. 568, № 1. - P. 41-43.

116. Hallberg, К. B. Biodiversity of acidophilic prokaryotes Text. / К. B. Hallberg, D. B. Jonson // Adv. Applied Microbiology. 2001. - V. 49. - P. 37-84.

117. Jannasch H., Deep-sea microbiology Text. / H. Jannasch, C. D. Taylor // Annual Reviews Microbiology. 1984. - V. 38. - P. 487-514.

118. Jensen, H. S. Iron-bound phosphorus in marine sediments as measured by bicarbonate-dithionite extraction Text. / H. S. Jensen, B. Thamdrup. // Hydrobiologia. 1993. - V. 253. - P. 47-59.

119. Jonson, C. G. Microbially mediated Mn(II) oxidation in an oligotrophic arctic lake Text. / C. G. Jonson, G. W. Kipphut // Applied Environmental Microbiology. 1988. - V. 54, № 6. - P. 1440-1445.

120. Lane D. L. Evolutionary relationships among sulfur- and iron- oxidizing eubacteria Text. / D. L. Lane, A. P. Harrison, D. Stahl, P. Pase et al. // Journal of Bacteriology. 1992. - V. 174, № 1. - P. 279-278.

121. Lee, Y. Cobalt(II) oxidation by the marine mangenese(II)-oxidizing Bacillus sp. strain Text. / Y. Lee, B. Tebo // Applied Environmental Microbiology 1994. -V. 60, №3.- P. 2949-2957.

122. Lovley, D. R. Dissimilatory Fe(II) and Mn(II) reduction Text. / D. R. Lovley // Microbiol. Rev. 1991. - V. 55. - P. 259-287.

123. Lovley, D. R. Dissimilatory metal reduction Text. / D. R. Lovley // Annual Reviews Microbiology. 1993. - V. 47. - P. 263-290.

124. Mann, S. Oxidation of manganese and formation of МП3О4 (hausmannite) by spore coats of a marine Bacillus sp. Text. / S. Mann, N. H. C. Spares, G. H. E. Scott, E.W. de Vrind-de Jong // Applied Environmental Microbiology. 1988. -V. 54.-P. 2140-2143.

125. Martin P., Granina L., Maters K., Goddeeris B. Oxygen concentration profiles in sediments of two ancient lakes: Lake Baikal (Siberia, Russia) and Lake Malawi (East Africa) Text. // Hydrobiologia. 1998. - V. 89, № 2. - P. 221-238.

126. Miyajima T. Production of metallogenium-lake paticles by heterotrophic manganese-oxiding bacteria collected from a lake Text. / T. Miyajima // Achieves of Microbiology. 1992. - Vol. 158. - P. 100-106.

127. Mulder, E. G. The sheathed bacteria Text. / E. G. Mulder, M. H. Deinema // The Prokaryotes. M. P. Starr et al. (eds). Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 1981.-P. 425-440.

128. Nealson К. H. Occurrence and mechanisms of microbial oxidation of manganese Text. / К. H. Nealson, В. M. Tebo, R. A. Rosson // Adv. Applied Microbiology 1988. - Vol. 58. - P. 439-443.

129. Nealson К. H. Breating metals as a way of life geobiology in action Text. / К. H. Nealson, A. Belz, B. McKee // Ant. van Leeuvenhoek. 2002. - Vol. 82. -P. 215-222.

130. Nelson R. N. Sediment bacteria: who is there, what are they doing, and what is new? Text. / R. N. Nelson. // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 1997. - № 25. - P. 403-434.

131. Okazaki, M. Partial purification and characterization of manganese-oxidizing factors of Pseudomonas fluorescens GH-1 Text. / M. Okazaki, T. Sugita, M. Shimizu, Y. Ohode et al. // Applied Environmental Microbiology.-1997. V 63, № 12. - P. 4793-4799.

132. Rosson, R. A. Manganese binding and oxidation by spores of a marine Bacillus Text. / R. A. Rosson, К. H. Nealson // Journal of Bacteriology. 1982. -V. 151, № 2. -P. 1027-1034.

133. Scholz, A. S. Results of 1992 seismic reflection experiment in Lake Baikal Text. / A. S. Scholz, K. D. Klitgord, D. H. Hutchincon et al. // EOS. 1993. -Vol. 74.-P. 1201-1206.

134. Sobolev, D. Suboxic deposition of ferric iron by bacteria in opposing gradients of Fe (II) and oxygen at circumneutral pH Text. / D. Sobolev, E. E. Roden. // Applied Environmental Microbiology. 2001. - V. 67, № 3. - P. 13281334.

135. Sobolev, D. Characterization of a neutrophilic, chemolithoautotrophic, Fe(II)-oxidizing p- proteobacterium from freshwater wetland sediments Text. / D. Sobolev, E. E. Roden. // Geomicrobiology Journal. 2004. - V. 21. - P. 1-10.

136. Straub, K. L. Anaerobic, nitrate-dependent microbial oxidation of ferrous iron Text. / K. L. Straub, M. Benz, B. Schink, F. Widdel // Applied Environmental Microbiology. 1996. -V. 62, № 4. - P. 1458-1460.

137. Straub, K. L. Irion metabolism in anoxic environments at near neutral pH Text. / K. L. Straub, M. Benz, B. Schink // FEMS Microbial Ecology. 2001. -P. 181-186.

138. Tazaki, K. Bacteria as nucleation sites for authigenetic minerals Text. / K. Tazaki, H. Ishida // Jour. Geol. Soc. Japan. -1996. -V. 102. № 10. - P. 866-878.

139. Tazaki, K. Formation of banded iron-magnese structures by natural microbial communities Text. / K. Tazaki // Clays and Clay minerals. 2000. - V. 48,№5.-P. 511-520.

140. Thamdrup, B. Microbial manganese and sulfate reductin in bleck Sea shelf sediments Text. / B. Thamdrup, R. Rossello-Mora, R. Aman // Applied Environmental Microbiology. 2000. - V. 66, № 7. - 2888-2897.

141. Tortell, P. D. Marine bacteria and biogeochemical cycling of iron in the oceans Text. / P. D. Tortell, M. T. Maldonado, J. Granger // FEMS Microbial Ecology. 1999. - V. 29. - P. 1-11.