Минченок Е. Е., Пахомова Н. А.

 ФГОУ ВПО «Мурманский государственный технический университет»,

 г. Мурманск, Российская Федерация

ГЕТЕРОТРОФНАЯ СУКЦЕССИЯ В КУЛЬТУРЕ СЕННОГО НАСТОЯ

    Развитие экосистемы - экологическая сукцессия - определяется по некоторым параметрам: развитие видовой структуры во времени, изменение условий среды обитания под воздействием предшествующих организмов, смена видов в экосистеме, которая контролируется сообществом. Кульминацией развития экосистемы является формирование стабильного сообщества, длительность существования которого определяется поступлением (или отсутствием) энергии из внешней среды. Смена одних видов другими происходит достаточно быстро и схема смены одних организмов другими обусловлена индивидуальными потребностями организмов. Сукцессия связана с фундаментальным сдвигом потока энергии в сторону увеличения количества энергии, направленного на поддержание системы, в соответствии с правилом максимума энергии в биологических системах, сформулированным А. Лоткой (Одум, Пинкертон, 1955, цитировано по Матишов, Кренева и др., 2003). 

В настоящей работе приводятся данные о гетеротрофной сукцессии сенного настоя. Актуальность проведенной работы заключается в том, что получаемые в культуре простейшие гетеротрофы могут быть использованы в качестве тест-объектов контроля качества водной среды. Эти организмы можно также использовать для определения ПДК загрязняющих веществ.

В работе описаны и проанализированы особенности гетеротрофной сукцессии в модельной экосистеме - сенном настое. В литературе методы получения культур организмов-биотестов достаточно разработаны и описаны (Федорова, Никольская, 2001; Биологический контроль…, 2008; и др.). Однако, как показывает практика, получение культур сенного настоя требует проведения предварительных исследований, так как скорость сукцессионных процессов, особенно на ранних стадиях, высока, смена видов может произойти очень быстро, и не всегда понятны причины, вызывающие гибель или исчезновение организмов. Поэтому для длительного поддержания их жизнедеятельности необходимо изучить оптимальные условия существования организмов, выбранных в качестве тест-объектов.

    Опыт с сенным настоем был поставлен 17 ноября 2009 г. Через два дня в сосуде с настоем появляется бактериальная пленка, просмотр проб показал наличие в отваре многочисленных бактериальных клеток, жгутиконосцев, очень много цист разного размера. Из простейших организмов первыми появились ресничные инфузории Colpoda steini и Aspidisca turrida, относящиеся к подклассу равноресничных инфузорий. Подсчет инфузорий проводили под микроскопом при увеличении: ок. 10, об. 20. Пробы для просмотра брали с поверхности, в толще воды и у дна. Объем пробы каждый раз был один и тот же и был равен 4 мл. Инфузории и другие организмы подсчитывались по 10 полям зрения, затем находили среднеарифметическое значение. Основная масса инфузорий Colpoda steini находилась у дна, их количество было равно соответственно 4,1; 2,0; 7,2 экз. на одно поле зрения микроскопа.

Начиная с 26 ноября число С. steini стало уменьшаться, в одном поле зрения мы насчитывали в среднем 1,7; 2,1; 1,3 экз. – произошло увеличение  С. steini в толще воды. Решающим фактором для инфузорий является пища. Известно, что С. steini живут в среде, бедной растворенной органикой и при возрастании органики они инцистируются. Colpoda в течение 12 часов успевают эксцистироваться, обеспечить себя пищей, разделиться и снова инцистироваться (Хаусман, 1988; цитировано по Матишов, Кренева и др., 2003). 

    Одновременно в пробах были обнаружены единичные экземпляры двух видов брюхоресничных инфузорий, принадлежащих к роду Stylonichia. С увеличением количества стилонихий  исчезали равноресничные инфузории. К 9 января 2010 г. число стилонихий возросло: у дна, в толще воды и на поверхности их количество было соответственно равно 5; 2; 3 экз. на одно поле зрения микроскопа.

Вслед за стилонихиями в пробах появились коловратки, их количество было невелико и через несколько дней они инцистировались. 9 января пробах были обнаружены ресничные черви, первоначально в небольшом количестве, а затем с каждым днем их количество увеличивалось в геометрической прогрессии – к 23 января мы насчитали до 200 экз. плоских червей в объеме 4 мл. 12 января в пробе обнаружены единичные нематоды, однако их число также с каждым днем увеличивалось и к 23 января в настое доминировали плоские черви и нематоды.

Стилонихии при увеличении трофности микроэкосистемы быстро цистировались. Периодически в сенной настой в качестве пищи добавляли несколько капель кипяченого молока. Добавление 25 капель стимулировало размножение стилонихий, однако при следующей подкормке добавили 30 капель и все стилонихии инцистировались. После второй подкормки появились голые амебы. Их присутствие в пробе постепенно увеличивалось и составило в среднем 5-6 в поле зрения микроскопа. Они активно фагоцитируют, часто внутри амеб можно увидеть цисты инфузорий. 

Вероятно, благодаря активному потреблению мертвой органики плоскими червями и нематодами, ее уровень достиг оптимальных для стилонихий значений и на девятые сутки после подкормки молоком стилонихии вновь были обнаружены, их число стало увеличиваться.

Изучаемую микроэкосистему можно отнести к замкнутой экосистеме, в незначительной степени обменивающейся с окружающей средой. К внешнему воздействию на систему можно отнести периодическое добавление кипяченого молока в качестве пищи и отстоянной водопроводной воды по мере испарения воды в кристаллизаторах.

По мере минерализации мертвой органики происходит осветление воды и снижение источников энергии (пищи) для гетеротрофов, поэтому число видов будет снижаться. Через четыре месяца - в начале марта - в исследуемой нами микроэкосистеме исчезли все инфузории, коловратки, значительно снизилось количество ресничных червей и нематод. Однако численно преобладали нематоды. Среднее число ресничных червей и нематод в объеме жидкости 4 мл на 12 марта было соответственно равно 10 и 45 экз.

Таким образом, поставленный нами эксперимент по получению культуры простейших гетеротрофов позволил установить сукцессионный ряд организмов: бактерии → жгутиконосцы → голые амебы → равноресничные инфузории → брюхоресничные инфузории → ресничные черви → нематоды.

Подводя итог выявленным закономерностям гетеротрофного сукцессионного процесса, можно сделать вывод, что формирование экосистемы сенного настоя полностью соответствует установленным теоретическим предпосылкам:

·          экосистему формирует биотический фактор - виды ранних сукцессионных стадий меняют условия существования и подготавливают почву для последующих поселенцев;

 

Литература

 

1.Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О. П. Мелехова, Е. И. Егорова, Т. И. Евсеева и др.; под ред. О.П. Мелеховой и Е.И. Егоровой – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 288 с.

2.Матишов Г.Г., Кренева С.В., Муравейко В.М., Шпарковский И.А., Ильин Г.В. Биотестирование и прогноз изменчивости водных экосистем при антропогенном загрязнении. – Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2003. – 468 с.

3.Федорова, А. И. Практикум по экологии и охране окружающей среды / А. И. Федорова, А.Н. Никольская  // Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. – 288 с.