Микробные биоценозы в естественных водоемах

Микробные биоценозы  в естественных водоемах  

 

 

      

Биоценоз - совокупность растений и животных, населяющих участок среды обитания с более-менее однородными условиями обитания, образовавшимися естественно или в результате деятельности человека и характеризующаяся определенными взаимоотношениями между ее членами и средой обитания . Животные (зооценоз) и растения (фитоценоз), а также микробы в биоценозе настолько связаны между собой, что составляют единое целое и зависят от окружающей среды (климат, почва, гидрологические условия, на которые в свою очередь влияют определяющим образом);  их следует считать частью природного комплекса и среды, в которой они обитают. Биоценозы непрерывно развиваются в исторической перспективе, как в результате разрешения межвидовых противоречий, так и в результате изменения среды обитания. В составе биоценозов достаточно возбудителей различных болезней, передающих их от одного организма к другому по пищевым или контактным биоценотическим связям .   

 Взаимовлияние и связи биоценозов очень сложны и разнообразны, но информация о них практически необходима, хотим ли мы включить их в производственный процесс или просто сосуществовать: одни организмы создают необходимые условия для существования других, изменяя среду обитания; другие – служат сами или продуктами своего распада пищей для других, третьи связаны размножением или гнездованием на одном пространстве.      

 Организмы,  постоянно обитающие в воде  (гидробионты), составляют: планктон (пассивно плавающий, обычно представлен мелкими формами), нектон (активно плавающие организмы, способные противостоять течениям вод) и бентос(живущий на дне).    

 Зоопланктон  населяет обычно всю толщу пресных и соленых водоемов, в то время как фитопланктон, нуждающийся в солнечном свете – лишь в верхних слоях водоемов (до глубин 50 – 100 м.).  По размерам организмов различают:

• ультрапланктон (в основном бактерии) – величиной до нескольких микрон;
• нанопланктон ( некоторые растения и многие простейшие животные) – до 50 микрон;
• микропланктон (большая часть планктонных растений и некоторая часть животных) – до 1 мм.;
• мезопланктон (некоторые планктонные  растения и большая часть планктонных животных) – до 5 мм.;
• макропланктон (некоторые животные – высшие раки, черви, медузы) – до нескольких сантиметров;
• мегапланктон (некоторые медузы) – до 2 м

 

      Обильное развитие планктонных организмов в природной воде (преимущественно растительных) вызывает ее цветение.

Состав и состояние  биоценозов может определяться не только ходом естественных процессов, но и  процессов, протекающих под действием  параметров технологии.  При этом и инженерные сооружения для вод - всего лишь  емкости, в которых формируются сообщества водных организмов, а сочетание инженерного сооружения и биоценозов составляет технологическую систему со своими особыми свойствами .        

Простейшие – тип одноклеточных, преимущественно  микроскопических, организмов, который включает 4 класса: жгутиковые, корненожки, споровики, инфузории, Наиболее мелкие простейшие не превышают нескольких микрон, самые крупные достигают 2 – 3 см.   

  Известно около 15 тыс. видов простейших, из них около 12 тыс. – свободно живущие формы, около 3 тыс. – паразиты различных животных и человека. Большинство свободно живущих форм (около 10 тыс.) обитают в морях, остальные – в  водоемах (всюду,  где есть влага): в реках, озерах, болотах, лужах, колодцах, во влажной земле, мхах и т.д. Роль простейших в засорении и самоочистке  водоемов  является  определяющей.   

 Тело простейших состоит из протоплазмы, ядра (или нескольких ядер) и различных плазменных включений. Протоплазма по своему строению неоднородна. В простейшем случае (у некоторых корненожек) протоплазма имеет 2 слоя: внутренний (эндоплазма) – жидкий зернистый слой и наружный (эктоплазма) – более вязкий и прозрачный. У большинства простейших слой эктоплазма уплотняется, превращаясь в тонкую эластичную пленку – пелликулу, позволяющую вместе с тем временно менять форму тела  (метаболизировать).    

 У ряда форм поверхностный  слой (эктоплазма) утрачивает свойства  живой плазмы и превращается в продукт ее выделения (кутикулла) – биологическая система клетки изолируется от аналогичных систем, старается стать закрытой.    

Ядро простейших является непременной их частью; без него любая жизнедеятельность клетки невозможна. Строение ядер разнообразно. Различаются ядра пузырьковые и массивные различных типов. Известны простейшие имеющие несколько ядер.   

 Помимо ядер, протоплазма  простейших содержит ряд включений.  Одни из включений являются  продуктами жизнедеятельности клетки, содержат запасные питательные  вещества (крахмал, гликоген, парагликоген, лейкозин, жиры и др.),  продукты обмена, или гидростатические аппараты для выравнивания давления. С жировыми включениями связана способность некоторых простейших светиться в темноте.   

 У высших простейших (инфузории, некоторые жгутиковые) получили развитие фибриллы, пронизывающие  протоплазму и образующие внутренний  скелет, в том числе из минеральных  материалов, выделяемых плазмой  из крекмнезема (у солнечников), углекислого кальция, сернистого стронция. У планктонных форм простейших иглы могут выходить на поверхность тела.   

 Многие планктонные  организмы имеют наружный скелет (раковину) из хитина, клетчатки,   извести или кремния,    

Инцистирование  простейших - переход организма в простейшего в форму существования - “циста”, характеризующаяся наличием оболочки. У животных организмов (жгутиковые корненожки, споровики, инфузории) различают цисты покоя и цисты размножения.    

 Цисты покоя  – имеют толстые оболочки (студенистые или твердые); состоящие из хитинообразных веществ, иногда минерализуются,  выполняя защитные функции. Инцистирование наступает при возникновении неблагоприятных условий существования (например, при пересыхании водоема или его промерзании), а у паразитических форм – также перед выделением из организма – хозяина, обеспечивая возможность перехода от одного организма – хозяина к другому через внешнюю среду. В состоянии цисты организм может существовать весьма долго.     

Цисты размножения – имеют тонкую оболочку и образуются на короткий срок, в течении которого содержимое цисты делится на несколько самостоятельных организмов.   

 У растительных организмов  цисты образуются в результате  простого сжатия тела и выделения  из него новой, особо плотной  трудно проницаемой оболочки.   

 К наиболее изученным  и используемым в производственной  практике биоценотическим связям  относятся пищевые связи (трофические  связи).   

 Цепи питания – это ряды видов животных, растений и микроорганизмов, связанные пищевыми отношениями, или  последовательности организмов, через которые передается энергия из мест ее первичного накопления, в которых каждое звено является пищей.    

 Цепи питания начинаются продуцентами – организмами, способными производить органические вещества, К продуцентам относятся зеленые растения, синтезирующие органические вещества из углекислоты воздуха и почвенных растворов с помощью энергии солнечного света при участии зеленого пигмента – хлорофилла (фотосинтез) и серные, водородные и другие бактерии, использующие для синтеза органики окисление химических веществ.   

     Цепи питания  установились в ходе длительного исторического развития органического мира. Они связывают различные виды, объединяя их в сообщества – биоценозы. Строение биоценоза, его длина, ярусность зависят от числа и длины цепей питания.    

 Питание простейших  осуществляется различными способами:

• за счет органических веществ по типу фотосинтеза растительных организмов, в протоплазме которых содержатся особые окрашенные органические вещества;
• сапрофитным – впитывая поверхностью тела растворенные органические вещества; это преимущественно формы, обитающие в водоемах, богатых гниющими остатками, а также паразиты;
• галозейным – захватывают твердые частицы пищи (это некоторые корненожки и жгутиковые и большинство инфузорий); некоторые формы имеют для этого органеллы для захвата твердой пищи, ее переваривания и выбрасывания  остатков.

 

    Размножение простейших осуществляется как бесполым, так и половым путем; различные циклы могут чередоваться. Выделяются следующие циклы бесполого размножения: равномерное деление, повторное равномерное деление, неравномерное деление, почкование, множественное деление.  Типы полового размножения прстейших:

• копуляция – слияние двух половых особей;
• конъюнкция – временное соединение лвух  особей с обменом между ними частями половых ядер (свойственно только инфузориям).

 

    

 Водоем или его часть  может иметь:   

 сильно загрязненные  воды с преобладанием восстановительных  процессов – полисапробные зоны;    

 зоны, в которых восстановительные  процессы прекращаются и начинаются  окислительные процессы – мезосапробные зоны,     

зоны, в которых произошло  полное окисление органических веществ  – олигосапробные зоы.  

 Иногда  мезосапробную зону делят на ряд подзон:

a – мезосапробную (более загрязненную), близкую к полисапробной,

b – мезосапробную (менее загрязненную), близкую к олигосапробной    

 Сапробность водоема – характеристика степени загрязненности водоема органическими веществами. Сапробность водоема можно оценивать  по видовому составу обитающих в нем организмов – сапробов.   

     По материалам Сладечека (Sladecek, 1973) соотношение индекса сапробности и биологической потребности в кислороде на окисление БПК5 может быть представлено следующим графиком, который для удобства использования в программах представлен регрессионной зависимостью (см.на графике).     

Биохимическое потребление  кислорода  (БПК) – показатель загрязнения воды, характеризуемый количеством кислорода, которое за определенное время (обычно 5 сут – БПК5), пошло на окисление химических веществ (загрязнителей), содержащихся в единице объема воды. 

 

0экологически опасны для водоемов и безусловно подлежат очистке перед сбросом в водоем.

Ø      Изосапробная зона – зона вод, очень сильно загрязненных органикой (БПК5= 50 –400 мг/л), лишенных растворенного кислорода. Сероводород отсутствует. В водоеме огромное количество бактерий и простейших. Примером вод, относимых к изосапробной зоне могут быть свежие бытовые стоки.    

Биологическое тестирование воды – метод оценки и контроля качества воды по основным реакциям водных организмов, являющихся тест – объектиами (ГОСТ 27065 – 86.   

 Биологическая  индикация воды – это оценка воды по наличию водных организмов, являющихся индикаторами ее загрязненности (ГОСТ 27065 - 86). Например, такое соответствие предлагается классификатором Росгидромета. 

 

Классификатор качества вод Росгидромета. МУ. Охрана природы. Гидросфера РД 52.24.309 – 92.

Класс качества вод	Степень загрязнения  вод	Индекс сапробности по Патле и Букку	(Число олигохет) : (Число водных организмов),%	Общее количество бактерий  в мл	Количество сапрофитн -                     ых бактерий в мл
1	Очень чистая	1,0	10 - 20	< 0,5	< 0,5
2	Чистая	1,0 – 1,5	21 = 35	0,51 – 1,0	0,5 - 5
3	Умеренно загрязненная	1,51 – 2,50	36 - 50	1,1 – 3,0	5,1 - 10
4	Загрязненная	2,51 – 3,50	51 - 65	3,1 – 5,0	10,1 – 50,0
5	Грязная	3,51 – 4,0	66 - 85	5,1 – 10,0	50,1 - 100
6	Очень грязная	> 4,0	86 - 100	> 10	> 100

 

 

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ  СИСТЕМ 

 

 

    Каждой среде обитания (водоем, сооружение) соответствует свое  сообщество живых организмов, сложившееся  исторически или в результате  технологической деятельности человека. Деятельность организмов, с одной  стороны направлена на улучшение  среды обитания - самоочищение водоемов, с другой приводит к заилению  этих же водоемов, забиваются  очистные фильтры и трубы очистных  систем, вода приобретает цветность,  переносятся патогенные микроорганизмы  и простейшие. Сообщество живых  организмов и окружающая их  среда, или сооружение, составляют  некоторую систему, в которой  первые составляют открытую подсистему (биологическую систему).   

 Существенной особенностью  биологической системы является  иерархия ее строения, связей, организации,  управления. Любой биологический  объект может быть целостной  системой или подчиненной, сформированной  в результате длительного эволюционного  развития, в котором система более  высокого ранга подчиняет своим  закономерностям системы более  низкого ранга.