Микробные сообщества Кульдурских термальных источников и их участие в накоплении микроэлементов и минералообразовании

Abstract

Актуальность исследований продиктована тем, что несмотря на многолетние режимные наблюдения за температурой и химическим составом термальных вод, сведения о населяющих термальные воды и бактериальные маты микроорганизмах и их биогеохимической роли практически отсутствуют. Цель: изучить состав, численность функциональных групп бактерий в воде и в микробных матах, формирующихся в различных температурных зонах, и исследовать их роль в накоплении микроэлементов и образовании минералов в термальных источниках Кульдур. Объектами исследования являлись термальные подземные воды месторождения Кульдур следующих скважин № 1-87, 2-87, 3-87, 3-51, 5-51, а также микробные маты, формирующиеся в озерах и ручьях по изливу термальных источников Кульдур. Методы: химические и микробиологические методы. Для анализа содержаний в воде микроэлементов пробы анализировали с помощью масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой. Определение содержание хлорофилла а в микробных матах проводили спектрофотометрически в этанольных экстрактах. Численность различных физиологических групп бактерий определяли на различных селективных средах методом Коха и предельных разведений. Культуры чистили методом истощающего штриха. Элементный анализ микробных матов проводили методом ISP-MS на спектрометре. Фазовый состав минералов определяли с помощью ренгено-фазового анализа на дифрактометре. Результаты. Показано, что термальные воды исследуемых скважин являются щелочными, низкоминерализованными, в составе катионов преобладает натрий, среди анионов превалирует хлор, фтор и сульфат ион. Среди микроэлементов доминирует литий, мышьяк и стронций. В изученных скважинах термальных вод отмечена низкая численность бактерий различных физиологических групп, при этом их количество было выше в более низкотемпературных водах. В микробных матах различных термальных зон отмечен разный состав физиологических групп бактерий, при этом преобладали микроорганизмы геохимического цикла серы, железа и марганца. Показано присутствие в составе всех отобранных матов цианобактерий, для которых характерно наличие хлорофилла а. Выявлено значительное накопление микробными сообществами многих ре дкоземельных элементов (особенно легких) - ванадия, а также урана и тория. В микробных матах отмечено преимущественное осаждение кремния в виде кварца и плагиоклаза.

Relevance. Despite long-term regime observations of the temperature and chemical composition of thermal waters, there is practically no information about the microorganisms inhabiting thermal waters and bacterial mats and their biogeochemical role. Purpose: to study the composition, the number of functional groups of bacteria in water and in microbial mats formed in different temper ature zones and to investigate their role in the accumulation of trace elements and the formation of minerals in the Kuldur thermal springs. The objects of study were the thermal underground waters of the Kuldur deposit of the following wells no. 1-87, 2-87, 3-87, 3-51, 5-51, as well as microbial mats formed in lakes and streams along the outflow of the Kuldur thermal springs. Methods: chemical and microbiological methods. To analyze the contents of microelements in water, the samples were analyzed using an inductively coupled plasma mass spectrometer. Determination of the content of chlorophyll a in microbial mats was carried out spectrophotometrically in ethanol extracts. The number of different physiological groups of bacteria was determined on various selective media by the Koch method and limiting dilutions. Cultures were cleaned by the exhaustive stroke method. Elemental analysis of microbial mats was performed by the ISP-MS method on a spectrometer. The phase composition of minerals was determined using X-ray phase analysis on a diffractometer. Results. It is shown that the thermal waters of the studied wells are alkaline, low mineralized, sodium predominates in the composition of cations, chlorine, fluorine and sulfate ions prevail among anions. Lithium, arsenic, and strontium dominate among microelements. In the studied wells of thermal waters, a low number of bacteria of various physiological groups was noted, while their number was higher in lower temperature waters. In microbial mats of different thermal zones, a different composition of physiological groups of bacteria was noted. Microorganisms of the geochemical cycle of sulfur, iron and manganese prevailed. The presence of cyanobacteria, which are characterized by the presence of chlorophyll a, was shown in the composition of all selected mats. A significant accumulation of many rare earth elements (especially light) - vanadium, as well as uranium and thorium by microbial communities - was revealed. In microbial mats, silicon was predominantly deposited in the form of quartz and plagioclase.