Влияние температуры на активность микроорганизмов Бурейского водохранилища в районе оползня

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты экспериментальных исследований адаптационного потенциала микроорганизмов, входящих в состав бактериопланктона поверхностных и придонных слоев воды Бурейского водохранилища вокруг оползня, который сошел в зимний период 2018 г. В летний период 2022 г. в зоне влиянии оползня исследованы структура и активность микробных комплексов, выделены >60 штаммов микроорганизмов разных физиологических групп. На примере четырех штаммов из разных местообитаний (выше и ниже тела оползня, поверхностные и придонные слои воды) после 30 сут замораживания при температуре –18°С показана их жизнеспособность и активность в утилизации легкодоступных азотсодержащих органических веществ. При экспериментальном циклическом замораживании/оттаивании применяли два варианта оттаивания: медленное оттаивание в холодильнике от –18°С до +4°С; быстрое оттаивание при широком диапазоне температуры от –18°С до +23°С (при комнатной температуре). Независимо от местообитания все штаммы активно росли in vitro при использовании легкодоступного источника углерода пептона до и после замораживания. Максимальную активность на пептоне, проявлял штамм 40 НД (ниже тела оползня, придонная вода) при отсутствии смены субстрата. Утилизация пептона как источника аминокислот и пептидов могла сопровождаться активизацией защитной функции от холодового стресса. Выбранные штаммы микроорганизмов различались по своей способности трансформировать молекулы гумата натрия в зависимости от условий циклов замерзания/оттаивания. Согласно спектральным характеристикам, существенные изменения алифатической и ароматической составляющей молекулы гумата происходили при участии штаммов 45ВД и 40НД, выделенных из придонной воды. Эти штаммы оказались более активными при низкой температуре оттаивания, которая соответствовала температуре придонных слоев воды in situ, составляющей 4–6°С. Для штамма 13НП из поверхностной воды, отобранной ниже тела оползня, характерна активная трансформации ароматической составляющей гуминовых веществ при широком диапазоне температуры оттаивания (от –18 до +23°C). Полученные результаты свидетельствуют, что в разных регионах могут проявляться свои механизмы формирования качества природных вод при таянии многолетней мерзлоты и поступлении специфических органических веществ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. М. Кондратьева

Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук

Email: freckles2008@yandex.ru
Россия, Хабаровск

Д. В. Андреева

Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: freckles2008@yandex.ru
Россия, Хабаровск

З. Н. Литвиненко

Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук

Email: freckles2008@yandex.ru
Россия, Хабаровск

Е. М. Голубева

Институт тектоники и геофизики им. Ю.А. Косыгина Дальневосточного отделения Российской академии наук; Тихоокеанский государственный университет

Email: freckles2008@yandex.ru
Россия, Хабаровск; Хабаровск

Список литературы

  1. Глушакова А.М., Лысак Л.В., Качалкин А.В. и др. 2021. Трансформация микробных комплексов в компонентах почвенных конструкций разного генезиса (почва, торф, песок) при процессах замораживания–оттаивания // Микробиология. Т. 90. № 2. С. 166.
  2. Зеркаль О.В., Махинов А.Н., Кудымов А.В. и др. 2019. Буреинский оползень 11 декабря 2018 г. Условия формирования и особенности механизма развития // ГеоРиск. Т. XIII. № 4. С. 18.
  3. Кондратьева Л.М., Махинов А.Н., Андреева Д.В., Башкурова А.С. 2020. Изменение качества воды в Бурейском водохранилище в результате крупного оползня // Водн. ресурсы. Т. 47. № 2. С. 170.
  4. Кондратьева Л.М., Литвиненко З.Н., Андреева Д.В., Башкурова А.С. 2021. Изменение численности и активности микробоценозов в зоне влияния крупного оползня на Бурейском водохранилище // Биология внутр. вод. № 3. С. 243. https://doi.org/10.31857/S0320965221030086
  5. Кулаков В.В., Махинов А.Н., Ким В.И., Остроухов А.В. 2019. Катастрофический оползень и цунами в водохранилище Бурейской ГЭС (бассейн Амура) // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. № 3. С. 12.
  6. Кусковский В.С. 2011. Экзогенные геологические процессы на берегах Саяно-Шушенского водохранилища // Проблемы гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии: Матер. Всерос. науч. конф. Томский политехн. ун-т. Томск: Изд-во НТЛ. С. 140.
  7. Махинов А.Н., Ким В.И., Остроухов А.В., Матвеенко Д.В. 2019. Крупный оползень в долине реки Бурея и цунами в водохранилище Бурейской ГЭС // Вестн. Дальневосточного отделения Российской академии наук. № 2. С. 35.
  8. Махинов А.Н., Махинова А.Ф., Левшина С.И. 2020. Оценка смыва водно-ледяным цунами почвенного покрова и качество воды в районе оползня на Бурейском водохранилище // Метеорология и гидрология. № 11. С. 64.
  9. Мордовин А.М., Шестеркин В.П., Антонов А.Л. 2006. Река Бурея: гидрология, гидрохимия, ихтиология. Хабаровск: ИВЭП ДВО РАН.
  10. Намсараев Б.Б., Бархутова Д.Д., Хасинов В.В. 2006. Полевой практикум по водной микробиологии и гидрохимии. Методическое пособие. Улан-Удэ: Изд-во БГУ.
  11. Черобаева А.С., Степанов А.Л., Кравченко И.К. 2011. Отклик аммонийокисляющих бактерий и архей на резкие изменения температуры в почвах разных климатических зон // Проблемы агрохимии и экологии. № 3. С. 17.
  12. Ширшова Л.Т., Гиличинский Д.А., Остроумова Н.В., Ермолаев А.М. 2015. Применение спектрофотометрии для определения содержания гуминовых веществ в многолетнемерзлых отложениях // Криосфера Земли. Т. 19. № 4. С. 107.
  13. Acuña-Rodríguez I.S., Newsham K.K., Gundel P.E. et al. 2020. Functional roles of microbial symbionts in plant cold tolerance // Ecol. Lett. V. 23. P. 1034.
  14. Allsup C.M., George I., Lankau R.A. 2023. Shifting microbial communities can enhance tree tolerance to changing climates// Science. V. 380(6647). P. 835. https://doi.org/10.1126/science.adf2027
  15. Andres N., Badoux A. 2018. The Swiss flood and landslide damage database: normalisation and trends // J. Flood Risk Manag. e12510.
  16. Bell N.G.A., Murray L., Graham M.C., Uhrin D. 2014. NMR methodology for complex mixture ‘separation’ // Chem. Communications. V. 50. №. 14. Р. 1694.
  17. Christner B.C. 2002. Incorporation of DNA and protein precursors into macromolecules by bacteria at –15 degrees C // Appl. Environ. Microbiol. V. 68. Р. 6435.
  18. Dutta K., Schuur E.A.G., Neff J.C., Zimov S.A. 2006. Potential carbon release from permafrost soils of Northeastern Siberia // Global Change Biol. V. 12. Р. 2336.
  19. Jansson J.K., Tas N. 2014. The microbial ecology of permafrost // Nat. Rev. Microbiol. V. 12. P. 414.
  20. Hou N., Wen L., Cao H. et al. 2017. Role of psychrotrophic bacteria in organic domestic waste composting in cold regions of China // Bioresour. Technol. V. 236. P. 20.
  21. Lee B.M., Seo Y.S., Hur J. 2015. Investigation of adsorptive fractionation of humic acid on graphene oxide using fluorescence EEM-PARAFAC // Water Res. V. 73. P. 242.
  22. Patton A.I., Rathburn S.L., Capps D.M. 2019. Landslide response to climate change in permafrost regions // Geomorphology. V. 340. P. 116.
  23. Perminova I.V. 2019. From green chemistry and nature-like technologies towards ecoadaptive chemistry and technology // Pure and Appl. Chem. V. 91. № 5. P. 851.
  24. Price P.B., Sowers T. 2004. Temperature dependence of metabolic rates for microbial growth, survival and maintenance // Proc. Nat. Acad. Sci. V. 101. P. 4631.
  25. Keuschnig C., Larose C., Rudner M. et al. 2022. Reduced methane emissions in former permafrost soils driven by vegetation and microbial changes following drainage // Global Change Biol. V. 28(10). Р. 3411.
  26. Koh H.Y., Park H., Lee J.H. et al. 2017. Proteomic and transcriptomic investigations on cold-responsive properties of the psychrophilic Antarctic bacterium Psychrobacter sp. PAMC 21119 at subzero temperatures // Environ. Microbiol. V. 19(2). P. 628.
  27. Kramshøj M., Albers C.N., Holst T. et al. 2018. Biogenic volatile release from permafrost thaw is determined by the soil microbial sink // Nat. Commun. V. 9. e-3412. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05824-y
  28. Kumar S. 2006. Organic chemistry. spectroscopy of organic compounds // Guru Nanak Dev University.
  29. Kwon M.J., Jung J.Y., Tripathi B.M. et al. 2019. Dynamics of microbial communities and CO2 and CH4 fluxes in the tundra ecosystems of the changing Arctic // J. Microbiol. V. 57(5). Р. 325. https://doi.org/10.1007/s12275-019-8661-2
  30. Lawrence D.M., Koven C.D., Swenson S.C. et al. 2015. Permafrost thaw and resulting soil moisture changes regulate projected high-latitude CO2 and CH4 emissions // Environ. Res. Letters. V. 10(9). е094011. https://doi.org/110.1088/1748-9326/10/9/094011
  31. Margesin R., Collins T. 2019. Microbial ecology of the cryosphere (glacial and permafrost habitats): current knowledge // Appl. Microbiol. and Biotechnol. V. 103. Р. 1. https://doi.org/10.1007/s00253-018-9435-1
  32. Messan K.S., Jones R.M., Doherty S.J. et al. 2020. The role of changing temperature in microbial metabolic processes during permafrost thaw // PLoS ONE. V. 15(4). e0232169. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0232169
  33. Oh Y., Zhuang Q., Liu L. et al. 2020. Reduced net methane emissions due to microbial methane oxidation in a warmer Arctic // Nature Climate Change. V. 10(4). Р. 317. https://doi.org/110.1038/s41558-020-0734-z
  34. Rivkina E., Laurinavichius K., McGrath J. et al. 2004. Microbial life in permafrost // Adv. Space Res. V. 33. P. 1215.
  35. Rivkina E., Shcherbakova V., Laurinavichius K. et al. 2007. Biogeochemistry of methane and methanogenic archaea in Permafrost // FEMS Microbiol Ecol. V. 61. P. 1.
  36. Schuur E.A.G., Bracho R., Celis G. et al. 2021. Tundra underlain by thawing permafrost persistently emits carbon to the atmosphere over 15 years of measurements // J. Geophys. Res: Biogeosciences. V. 126(6). e 2020JG006044. https://doi.org/10.1029/2020JG006044
  37. Struvay С., Feller G. 2012. Optimization to Low Temperature Activity in Psychrophilic Enzymes // Int. J. Molecular Sci. V. 13(9). P. 11643. https://doi.org/10.3390/ijms130911643
  38. Vasilevich R., Lodygin E., Abakumov E. 2018. Molecular composition of humic substances isolated from permafrost peat soils of the eastern European Arctic // Pol. Polar Res. V. 39(4). P. 48.
  39. Zhang D., Chen A.Q., Xiong D.H., Liu G.C. 2013. Effect of moisture and temperature conditions on the decay rate of purple mudstone in south-western China // Geomorphology. V. 182. P. 125.
  40. Zheng Q., Shen S.-L., Zhou A.-N., Cai H. 2019. Investigation of landslides that occurred in August on the Chengdu–Kunming Railway, Sichuan, China // Geosciences. V. 9. № 12. e 497.
  41. Zona D. 2016. Long-term effects of permafrost thaw // Nature. V. 537(7622). Р. 625. https://doi.org/10.1038/537625a

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта-схема отбора проб воды в районе Бурейского оползня в августе 2022 г.: 1 – залив Первый; 2 – источник Средний Сандар; 3 – залив Средний Сандар; 4, 5 – выше тела оползня, поверхностная и придонная вода, соответственно; 6, 7 – ниже тела оползня, поверхностная и придонная вода; 8 – тело оползня; 9 – место схода тела оползня.

Скачать (311KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектральная характеристика изменения состава гуминовых веществ при разном диапазоне оттаивания: а – –18°С…+4°С, б – –18°С…+23°С; на оси ординат – единицы абсорбции, на оси абсцисс – длина волны; К – контроль; штаммы: 1 – 17ВП, 2 – 13НП, 3 – 45ВД, 4 – 40НД.

Скачать (150KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024