Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ADAPTIVE CHANGE OF THE NUMBER AND STRUCTURE OF TESTATE AMOEBAE COMMUNITIES IN OIL POLLUTION

Kartashev A.G. 1 Denisova T.V. 2
1 Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics
2 Yurga Institute of Technology, TPU Affiliate
We have done the effect of different concentrations of oil on the testate amoebae community structure in soils of sub-taiga zone of Western Siberia. Oil concentrations were 10, 20, 50, 100 and 200 g/kg of soil. The greatest impact on the structure and number of communities had oil pollution concentration of 200 g/kg. Testate amoebae genus Plagiopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis the most sustainable, and testate amoebae genus Corytion, Trinema, Nebela, Hyalosphenia less resistant to oil pollution. Stability of three main genera (Plagiopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis) caused by a structure of shell. There are four main stages in the development of adaptations communities testate amoebae: resistance, reduction in the numbers and species diversity of communities, the depressive stage of cist and extinction, restorative stage. Each of the stages of restructuring communities pay with the decrease of the factors capable to recover.
adaptation
testate amoebae
Oil pollution

Раковинные амебы являются непременным компонентом естественных и антропогенных биоценозов и широко распространены в почвах Западной Сибири [2]. Тестацеи устойчивы к различным химическим загрязнениям компонентов окружающей среды, а также к изменениям параметров окружающей среды [3-8]. Изучение влияния нефтезагрязнений, представленное в проведённой нами работе [1], выявило высокую устойчивость раковинных амеб к нефтезагрязнениям. В то же время особенности приспосабливаемости сообществ тестацей к химическим загрязнениям почв описаны недостаточно. Целью настоящей работы являлось изучение особенностей адаптации сообществ раковинных амеб к длительному влиянию нефти различной концентрации. Для оценки влияния нефти на популяцию раковинных амеб был заложен полевой модельный эксперимент на сухом луге. Опытные площадки размером 1 м2 поверхностно загрязнялись товарной нефтью. Схема опыта включала следующие варианты с дозированным внесением нефти: контроль (без нефти), нефтезагрязнения: 10, 20, 50, 100, 200 г/кг. Отбор проб осуществлялся еженедельно в 7, 14, 21, 28, 35, 41, 48, 55, 61, 68, 75, 83, 90, 97, 104, 372, 379, 386, 393, 400, 407, 414, 421, 428, 435, 442, 449, 456, 463 и 470 сутки нефтезагрязнений. Изучались изменения численности и структуры сообществ раковинных амеб родов Corytion, Trinema, Nebela, Hyalosphenia, Centropyxis, Cyclopyxis, Plagiopyxis под влиянием различных доз нефтепродуктов, действующих в течение исследуемого периода.

Результаты исследований выживаемости основных видов раковинных представлены в таблице 1.

Таблица 1

Выживаемость различных видов раковинных амеб в зависимости от концентрации нефтезагрязнения

Виды раковинных амеб

Первоначальная концентрация нефти (г/кг)

7-й день

60-й день

0

10

20

50

100

200

0

10

20

50

100

200

Arcella catinus

+

+

+

+

+

+

+

Centropyxis aerophila

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

C. elongata

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Cyclopyxis eurystoma v. parvula

+

+

+

+

+

+

+

+

C. kahli

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Plagiopyxis penardi

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

P. declivis

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Heleopera petricola

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

H. sylvatica

+

+

+

+

+

+

+

Hyalosphenia elegans

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

H. papilio

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Nebela collaris

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

N.tubulosa

+

+

+

+

+

+

+

Euglypha laevis

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

E. compressa

+

+

+

+

+

+

+

E. ciliata

+

+

+

+

+

+

+

+

Assulina muscorum

+

+

+

+

+

+

+

Trinema lineare v. minuskula

+

+

+

+

+

+

+

+

+

T. lineare

+

+

+

+

+

+

+

+

T. penardi

+

+

+

+

+

+

+

+

+

T.complanatum

+

+

+

+

+

+

+

+

Corytion dubium

+

+

+

+

+

+

+

+

C. orbicularis

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Анализ результатов позволил разделить исследуемое сообщество раковинных амеб по степени их устойчивости к влиянию нефти. В загрязненной почве на 7 и 60 сутки преобладали раковинные амебы родов Plagiopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis. Следовательно, можно считать, что раковинные амебы родов Plagiopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis наиболее устойчивые, а раковинные амебы родов Corytion, Trinema, Nebela, Hyalosphenia менее устойчивые к нефтезагрязнению. Устойчивость трех основных родов (Plagiopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis), вероятно, обусловлена строением раковинки - наличием второй камеры.

На рис. 1 показано изменение численности двухкамерных амеб при концентрации нефти 20 г/кг. В течение первых 28 суток происходит постепенное снижении численности двухкамерных тестацей. В 28-69 сутки наблюдается снижение численности до 50% и, начиная с 76 суток нефтезагрязнений, происходит восстановление численности амёб.

Рис. 1. Изменение численности родов двухкамерных раковинных амеб при концентрации нефти 20 г/кг на 7-98 сутки

Динамика изменений однокамерных амеб при нефтезагрязнении 20 г/кг представлена на рис. 2. Значительное снижение численности простейших до 70% наблюдается в первые 35 суток нефтезагрязнений, высокий уровень колебаний численности и неустойчивый период восстановления в 90-104 сутки. Следовательно, при относительно невысоком уровне загрязнений почв нефтью происходит дифференциация структуры сообществ раковинных амеб по степени их устойчивости к конкретному типу загрязнений.

Рис. 2. Изменение численности родов однокамерных раковинных амеб при концентрации нефти 20 г/кг на 7-98 сутки

Последующий анализ восстановительного этапа численности двухкамерных раковинных амеб, проведённый через год, свидетельствует о повышенной численности простейших в первой половине лета (рис. 3). Высокая численность тестацей свидетельствует об активной микробиологической деятельности почвенных микроорганизмов, входящих в пищевой рацион тестацей.

Рис. 3. Изменение численности родов двухкамерных раковинных амеб при нефтезагрязнении 20 г/кг на 372-470 сутки

Восстановительный период однокамерных амеб начинается с депрессии численности на уровне 50-80% (рис. 4). Повышение численности простейших наблюдается в период снижения численности двухкамерных амеб. Явно выраженная обратно пропорциональная зависимость колебаний численности между двумя группами морфологически различных тестацей предполагает конкурентные взаимоотношения между ними за экологические ниши. В условиях химических загрязнений, как показали наши исследования, преимущества в конкурентной борьбе находятся на стороне двухкамерных амеб.

Рис. 4. Изменение численности родов двухкамерных раковинных амеб при нефтезагрязнении 20 г/кг на 372-470 сутки

Рассматривая изменения численности двухкамерных раковинных амеб в условиях высокого уровня нефтезагрязнений 100 г/кг, представленные на рис. 5, необходимо отметить относительно короткий депрессионный период в течение первых семи дней влияния нефти. В течение последующих 21 суток происходит интенсивное увеличение численности тестацей с выходом на уровень колебаний в пределах 20% относительно значений численности контрольных групп простейших. Восстановление численности однокамерных раковинных амеб происходит более медленными темпами в течение 62 суток (рис. 6).

Рис. 5. Изменение численности родов двухкамерных раковинных амеб при нефтезагрязнении 100 г/кг на 7-98 сутки

Рис. 6. Изменение численности родов однокамерных раковинных амеб при нефтезагрязнении 100 г/кг на 7-98 сутки

В динамике повышения численности наблюдается рассогласование в темпах изменения численности различных родов амеб и флуктуационные колебания. В течение всего периода наблюдений численность однокамерных амеб находится на более низком уровне по сравнению с исследуемыми представителями двухкамерных.

Виды двухкамерных амеб характеризуются повышенной относительно однокамерных выживаемостью и способностью к восстановлению первоначальной численности.

Хроническое нефтезагрязнение почв приводит к изменениям в структуре сообществ раковинных амеб в зависимости от уровня устойчивости входящих в сообщества видов.

Следовательно, хроническое нефтезагрязнение почв приводит к системным изменениям в сообществах раковинных амёб в зависимости от концентрации и длительности влияния нефти. В зависимости от длительности действия нефти рассматриваются четыре основные стадии развития адаптаций сообществ тестацей.

1. Стадия резистентности в течение первых шести суток, в течение которых сохраняется исходный уровень численности амёб.

2. Стадия снижения численности и видового разнообразия сообществ, которая наблюдается в течение последующих восьми суток и осуществляется в колебательном режиме.

3. Депрессивная стадия цистирования и вымирания, при которой происходит подавление развития, размножения, значительное снижение численности и видового разнообразия простейших.

4. Восстановительная стадия характеризуется повышением численности и видового разнообразия тестацей пропорционально деградации нефтезагрязнений, происходит в колебательном режиме.

В результате проведённых исследований по влиянию нефтезагрязнений почв на сообщества раковинных амеб установлено, что устойчивость амеб и их выживаемость существенно зависят от их морфологических особенностей: наличия двойной камеры в строении раковин. Виды двухкамерных амеб характеризуются повышенной относительно однокамерных тестацей выживаемостью и способностью к более быстрому восстановлению первоначальной численности. На основании проведённых исследований по хроническому влиянию нефтезагрязнений на сообщества раковинных амёб можно выделить основные процессы в изменении структуры и численности элементов сообществ. Первый процесс характеризуется увеличением амплитуды и частоты колебаний численности видов сообществ. Второй – временным смещением и десинхронизацией колебаний численности родов раковинных амёб. Третий – развитие антикорреляционных зависимостей в колебательных процессах динамики численности видовых групп сообществ. Наблюдается дифференциация уровней численности на доминантные, субдоминантные, рецессивные и вымирающие виды, вымирание неадаптированных групп и построение новой структуры сообществ. Четвёртый – восстановительный: повышение численности выживших видов и синхронизация колебаний сезонных динамик численности составляющих видов сообществ. Необходимо отметить, что каждый из этапов перестройки сообществ обратим и при уменьшении действующих факторов способен к восстановлению.

Таким образом, при действии нефти происходит значительное снижение численности тестацей с последующим периодом восстановления. Повышенные концентрации нефти оказывают влияние на длительность восстановительного периода простейших.

Рецензенты:

Бабенко А.С., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой защиты растений ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет», г. Томск.

Куранов Б.Д., д.б.н., профессор кафедры экологического менеджмента ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет», г. Томск.