Царство Дробянка. Цианобактерии или сине-зеленые водоросли

• Сине-зеленые водоросли (Cyanophyta), фикохромовые дробянки (Schizophyceae), слизевые водоросли (Myxophyceae).
• (Cyanobacteria, Blue Green algae (BGA), Slime or smear algae)

Описание. Сине-зеленые водоросли (Cyanophyta), фикохромовые дробянки (Schizophyceae), слизевые водоросли (Myxophyceae) — сколько различных названий получила от исследователей эта группа древнейших автотрофных растений. Сине-зеленые водоросли это на самом деле не водоросли, а колонии бактерий, что позволяет понять, как от них избавиться. Водорослями их называют потому, что они живут за счет фотосинтеза. Цианобактерии, или сине-зелёные водоросли (Cyanobacteria) одноклеточные, нитчатые и колониальные микроорганизмы. Средний размер клеток 2 мкм.

Отличаются выдающейся способностью адаптировать состав фотосинтетических пигментов к спектральному составу света, так что цвет варьирует от светло-зелёного до тёмно-синего. Главные участники цветения воды. Уникальное экологическое положение обусловлено наличием двух трудносочетаемых способностей: к фотосинтетической продукции кислорода и фиксации атмосферного азота.

Сине-зеленые водоросли прекрасно извлекают из окружающей среды все необходимые элементы, и в частности азот. Они самостоятельно синтезируют все вещества, необходимые для их развития. Такой метод питания называется автотрофным. Кроме того, водоросли могут использовать и содержащиеся в воде готовые органические соединения. Сине-зеленые водоросли родов: Microcystis, Oscillatoria, Anabaena, способны к смешанному, фотогетеротрофному питанию, то есть совмещают фотосинтез с поглощением готовых органических веществ, что обеспечивает возможность их существования даже в темноте и вдвое увеличивает скорость их размножения. У сине-зеленых водорослей также как и у красных водорослей (багрянок) имеется фотосинтетический пигмент – фикоцианин. Поэтому эти виды водорослей конкурируют между собой.

Сине-зеленые водоросли, или Cyanophyta (цианобактерии), включают в себя группу из приблизительно 2000 видов. Их можно определить даже невооруженным глазом, увидев студенистую массу, мелковолокнистый нарост и “цветение воды”.

Сине-зеленые водоросли образуют колонии различной окраски, от ярко-зеленой до синеватой и буро-зеленой.

Под типичными сине-зелеными водорослями (род Oscillatoria) аквариумисты понимают слизистую, скользкую поросль голубовато-зеленого оттенка, которая быстро покрывает всю оснастку аквариума густым ковром, подавляя все живое вокруг.

Колония может, например, выглядеть как сине-зеленый лист, длинные нитевидные нити или полый шар. Многие виды сине-зеленых водорослей могут распространяться на новые места, образуя подвижные нити. Эти сине-зеленые водоросли отличаются характерным неприятным запахом.

Помимо таких сине-зеленых водорослей, существуют другие виды водорослей, такие же вязкие, черного или коричневого оттенка.

Они не имеют запаха, однако размножаются с такой же скоростью и образуют такой же слизистый нарост.

Особенностью всех сине-зеленых водорослей является выделение обильной слизи, поэтому их колонии напоминают студенистую или слизистую пленку, обладающую довольно сильным неприятным запахом.

Сине-зеленые водоросли покрывают стекла и водные растения скользким темно-зеленым налетом. Эти водоросли замедляют развитие зеленых водорослей и некоторых высших растений. У водных растений, покрытых этими водорослями, замедлен фотосинтез, они плохо усваивают минеральные вещества и в результате ослабевают и отстают в росте. Развитие сине-зеленых водорослей на грунте приводит к застойным явлениям и снижению редокс-потенциала, потому что в грунте под ними накапливаются токсичные продукты их обмена веществ: аммиак, нитриты, сероводород, метан и пр. Они сдвигают значение рН воды в щелочную сторону.

Когда цианобактерии теряют способность регулировать свою плотность, например, при перепадах температур или нарушениях кислородного обмена, они всплывают на поверхность и вызывают, так называемое “цветение” воды. При этом цианобактерии выделяют химические вещества токсичные для других организмов и приводившие к их массовой гибели. (Вспомним, что циан — CN4, ядовитый газ).

Отдельные представители родов сине-зеленых водорослей вызывают гибель дафний, трубочников, мальков, а в случаях “цветения” воды, т.е. бурного развития микроскопических зеленых водорослей, даже взрослых рыб.

В последнее время установлена токсическая природа веществ, выделяемых в воду сине-зелеными водорослями, что делает их присутствие в ограниченном объеме аквариума особенно нежелательным.

    Идентификация: Сине-зеленые водоросли — Blue Green algae. 

Причины. Есть много причин неожиданного, на первый взгляд, взрыва численности сине-зеленых водорослей.

Прежде всего, это повышенное содержание в воде низкомолекулярных органических веществ (аминокислот, углеводов и др.).

Избыток же органических веществ в аквариуме появляется, например, вследствие разложения, не съеденного корма. Другая причина – слабощелочная среда (рН 7,5-9,5).

Сине-зеленые, как и другие водоросли, очень чувствительны к содержанию в воде микроэлементов, к которым относятся, в частности, отдельные металлы: железо, марганец, цинк, медь и др. Содержание их в воде находится в зависимости от показателя рН.

В щелочной среде, в которой соли указанных металлов плохо растворимы, обеспечивается необходимая концентрация этих элементов, превышение которой (в кислой среде) для водорослей губительно. Развитию сине-зеленых водорослей способствует также малое содержание кислорода в воде и низкое значение редокс-потенциала.

Их появление — свидетельство общего заболевания аквариума как экологической системы.

Сине-зеленые водоросли появляются и начинают бурно размножаться в интенсивно аэрируемых аквариумах или (и) при наличии в воде избыточного количества органических соединений.

Cyanobacteria появляется чаще всего, когда в воде избыток фосфатов [PO4], а нитраты [NO3] = 0! То есть присутствует большой недостаток азота [N] для роста растений.

Чаще всего эти водоросли начинают размножаться при сильном освещении на поверхности фильтрующих материалов в наружных фильтрах, в трубках эрлифтов и на поверхности воды, т. е. в тех местах, где они, находясь в водной среде, имеют наибольший контакт с воздухом.

Интенсивное освещение, особенно определенного спектрального состава (солнечный свет), также увеличивает продуктивность фотосинтеза сине-зеленых водорослей, что приводит к их ускоренному массовому развитию. Развиваются они и в слабощелочной воде (оптимум рН 7,5-9,5), поэтому их присутствие может в некоторых случаев (которые не стоит допускать) служить биологическим индикатором рН среды.

Еще одна причина бурного развития сине-зеленых – увеличение биогенных элементов (углерода, азота, фосфора) в воде. Углерод водоросли поглощают как из органических соединений, так и из углекислого газа.

Интересна их способность к фотосинтетическому поглощению углерода в форме гидрокарбонат-иона, что является приспособительным свойством к развитию в щелочной среде.

Повышенное содержание соединений азота в воде происходит в основном при разложении большого количества органических веществ.

Но больше всего развитию водорослей способствует повышенное содержание фосфора, поступающего в воду или с разлагающейся органикой, или с минеральной подкормкой для растений. В некоторых случаях “взрыв” численности сине-зеленых наблюдается и в присутствии гуминовых кислот.

Очевидно, причиной является то, что гуминовые кислоты играют роль желтого светофильтра, а желтый свет благоприятствует развитию этих водорослей. Повышение температуры воды на несколько градусов также способствует массовому развитию сине-зеленых.

Это объясняется тем, что активизируются обменные процессы и происходит быстрое (по сравнению с другими растениями) деление клеток.

В общем и целом сине-зеленые водоросли — это свидетельство нарушений в биологической системе. Они легко появляются во вновь оборудованных аквариумах с еще нестабильной средой. Подмены воды, затенение аквариума, улучшение фильтрации не всегда приносят желаемый результат.

C течением времени, когда экосистема в аквариуме сбалансируется, т.е.

в грунте и фильтре сформируется колония бактерий способная переработать все органические загрязнения, образующиеся в молодом аквариуме в больших количествах, и благодаря тому, что растений начнут хорошо расти, Cyanobacteria исчезнет.

В аквариумах с хорошо ассимилировавшимися растениями вы никогда не увидите нароста сине-зеленых водорослей. В старых аквариумах сине-зеленые водоросли почти всегда вырастают только после внезапных изменений, например, при изменении освещения, передозировке удобрений или применении какого-либо химического препарата.

Предполагают, что довольно часто сине-зеленые водоросли свидетельствуют о плохом качестве воды.

Причины этого могут крыться: в низком содержании кислорода, передозировке питательных веществ (в том числе нитратов, фосфатов), щелочном показателе рН, избытке органических веществ или слишком частом кормлении рыб, а также (почти всегда) в слишком редкой смене воды.

1. Методы борьбы с сине-зелеными водорослями.
2. Профилактические меры по недопущению размножения водорослей.

Цианобактерии: их строение, роль в биологии и особенности жизни

История открытия и исследования

Строение

Размножение

Значение и применение

Биохимический состав

Разновидности

Питание

Ареал обитания

Вред

Рекомендованная литература и полезные ссылки

Цианобактерии, они же сине-зеленные водоросли, эти простые одноклеточные организмы примечательны, прежде всего, своей огромной ролью в формировании атмосферы нашей планеты. Именно они первыми стали вырабатывать кислород из углекислого газа и воды под действием фотосинтеза, вследствие чего вокруг Земли сформировался озоновый слой, защищающий нашу планету от вредного воздействия ультрафиолетовых солнечных лучей. О строении цианобактерий, их питании и особенностях жизни, читайте далее.

История открытия и исследования

Первооткрывателем цианобактерий стал один из знаменитых изобретателей микроскопа, голландский ученый-любитель Антонио Ван Левенгук, живший в Нидерландах XVIII века.

Несмотря на то, что по своей основной профессии Антонио Ван Левенгук был успешным торговцем сукном, а наукой занимался как хобби, за свою жизнь он сделал множество важных научных открытий в биологии, одними из которых и были цианобактерии.

Обнаружил он их, рассматривая сине-зеленные водоросли через свой микроскоп. Будучи также талантливым художником, он первым зарисовал их в свой блокнот.

Впоследствии уже более детальным изучением цианобактерий занялся другой знаменитый французский биолог Луи Пастер. В ходе ряда занимательных опытов он выявил особенности их строения и жизнедеятельности, а также определил, что цианобактерии способны производить кислород.

Сейчас биологи уже знают наверняка, что первые цианобактерии существовали на нашей планете уже миллионы лет назад, а палеонтологи с интересом изучают останки древних водорослей, сохранившихся на древних горных породах.

Цианобактерии обладают отличными способностями к выживанию в самом разном климате, и даже самом неблагоприятном, благодаря своей высокой выносливости.

А строение цианобактерий сохранилось и после значительных температурных изменений на нашей планете, когда динозавры и многие другие древние животные давным-давно вымерли, цианобактерии продолжают спокойно существовать в своем первозданном виде в наши дни, как существовали во времена динозавром и задолго до них.

По биологической классификации цианобактерии отнесены к классу бактерий, где занимают свой отдельный подкласс, собственно и названный «цианобактериями».

Это интересно: по примерным подсчетам именно цианобактерии производят до 40% кислорода в атмосфере нашей планеты.

Строение

По своему строению цианобактерии состоят из шаровидных, эллипсоидных клеток соединенных в цепи. Клетки их покрыты тонкой пленкой из мембран. Некоторые виды цианобактерий обладают характерным слизистым чехлом, играющим определенные соединительные и защитные функции.

Также цианобактерии имеют специальные газовые вакуоли, играющие роль жгутиков, благодаря которым они способны перемещаться в пространстве, при этом сохраняя равновесие.

Если же цианобактерия по тем или иным причинам потеряет свойства плавучести, как-то повредив вакуоли, то она всплывет вверх.

Стоит отметить, что цианобактерии простейшие одноклеточные прокариоты, а это значит что в отличие от некоторых других одноклеточных организмов, именуемых эукариотами, их клетки не имеют ядра. Также помимо ядра у них отсутствует и ряд других важных органоидов клетки:

• митохондрии,
• хроматофоры,
• эндоплазматическая сеть,
• вакуоли с клеточным соком.

Размножение

Как и многие другие одноклеточные организмы цианобактерии размножаются посредством деления клеток. Но само деление у разных разновидностей может иметь разные формы, такие как

• равновеликое бинарное деление, когда из одной клетки образуются две,
• неравновеликое бинарное деление (почкование), когда дочерние клетки формируются из отростков материнской клетки,
• множественное бесполовое размножение, когда следующее поколение клеток формируется из соматических клеток без участия репродуктивных клеток — гамет.

Все эти разновидности деления клеток присутствуют у разных видов цианобактерий.

Значение и применение

Мы уже упомянули о самой важной роли цианобактерий, именно они первыми стали осуществлять фотосинтез и обогатили атмосферу Земли кислородом, помимо этого они имеют и ряд других полезных свойств – так они наполняют почву азотными удобрениями и полезными органическими веществами. Поэтому не удивительно, что их начали использовать в сельском хозяйстве для повышения урожайности. Благодаря способности насыщать почву азотом, с их помощью можно выращивать культурные растения даже на практически неплодородной земле.

Отдельные разновидности сине-зеленых водорослей используются для кормления домашних животных, так как они доставляют организму набор необходимых питательных веществ: жиров, белков, углеводов и витаминов.

А во многих азиатских странах из этих водорослей делают специальные вкусные и полезные приправы для людей.

Биохимический состав

Само название «сине-зеленные водоросли» говорит за себя, зеленый цвет цианобактериям придает имеющийся в них хлорофилл. Наличие же синего цвета обусловлено воздействием специальных пигментов: фикоцианина и алофикоцианина.

Некоторые подвиды цианобактерий имеют в своем составе такие специальные вещества как лютеин, ксантофил и зеаксантин, которые позволяют им запасаться углеводами и другими важными питательными элементами.

Само собой разумеется, что цианобактерии имеют в себе фотосинтезирующий аппарат, осуществляющий образование органических веществ и кислорода.

Разновидности

Разновидности цианобактерий включают в себя свыше 1500 видов. По некоторым важным общим признакам они объединены в классы:

• Хроококковые, в этот класс входят организмы с одиночной либо колониальной формой. Также отличаются большим количеством слизи, которая выделяется клеточными структурами.
• Плеврокапсовые – только они способны формировать репродуктивные клетки, так званные беоциты.
• Оксиллатории – этот класс объединяет в себе вегетативные клетки, делящиеся бесполым путем.
• Ностоковые – характерны тем, что в отличие от оксилаторий осуществляют половое размножение. Также имеют способность создавать цветные налеты и имеют свойство креофильности, иными словами могут адаптироваться даже к условиям пустыни.
• Стигонемовые – также осуществляют половое размножение, но в отличие от ностковых способны делится много раз в пределах одноклеточного организма.

Питание

Питание цианобактерий смешанное: с одной стороны, будучи автотрофами, они могут синтезировать углеводы из неорганических веществ.

Но в условиях измененной среды обитания они могут стать гетеротрофами и питаться как обычные цветковые растения.

Также некоторые цианобактерии имеют способность питаться посредством хемосинтеза – необычном способе питания бактерий, основанном на усвоении углекислого газа благодаря окислению неорганических соединений.

Именно благодаря своим способностям к универсальным видам питания цианобактерии могут расти в самых экстремальных условиях и заселять места с недостаточным количеством питательных элементов для других организмов, таким образом, создавая условия для последующего развития жизни.

Ареал обитания

Большая часть цианобактерий находится в пучинах мирового океана, на дне морей, но немалая их часть есть и в пресноводных озерах и реках, горячих источниках, полостях тропических листьев, рисовых полях и даже ледяных озерах Антарктиды. Среда обитания зависит от способа питания и биохимического склада той или иной разновидности цианобактерий. Порой цианобактерии вступают в биологический симбиоз с лишайниками и мхами.

Вред

Некоторые виды цианобактерий могут приносить не только пользу, но и вред, так как имеют в своем составе токсины, отравляющие места их обитания.

При массовом размножении таких вредоносных цианобактерий, водоем, который они «захватили» окрашивается в характерный зеленый цвет, и он становится непригодным для обитания других живых существ. Также вредоносные цианобактерии могут завестись в обычном аквариуме при отсутствии надлежащего ухода.

Излишне говорить о возможном вреде для рыб в такой ситуации, во избежание этого необходимо тщательно промыть аквариум, полностью заменив воду.

Рекомендованная литература и полезные ссылки

1. Биологический энциклопедический словарь / Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Баев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. — М. : Сов. энциклопедия, 1986. — С. 576. — 831 с. — 100 000 экз.
2. Синезелёные водоросли / Ю. Е. Петров // Сафлор — Соан. — М. : Советская энциклопедия, 1976.

   — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 23).

3. Исторически названия таксонов синезелёных водорослей регулируются МКН, поэтому высший ранг группы — отдел, а не тип, как у остальных бактерий.

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) и токсины цианобактерий: риски, инструменты контроля и технологии устранения

Сразу надо отметить, что другие цианотоксины, такие как сакситоксины и анатоксины (S), также встречаются в водах США, но в общем рассматриваются как намного менее обычные (немного реже встречающиеся). Поэтому настоящий обзор не касается этих хорошо известных токсинов цианобактерий, таких как паралитический токсин моллюсков (семейство сакситоксинов), анатоксин-а(S), лингбиатоксины, или загрязнителей запаха и вкуса, причиной которых являются цианобактерии.

Фоновая информация

Закон о безопасной питьевой воде (SDWA) защищает общественное здоровье путем нормирования национальных общественных запасов питьевой воды и их источников: рек, озер, водохранилищ, родников и скважин подземных вод.

SDWA обязывает Агентство охраны окружающей среды США (US EPA) публиковать список ненормируемых загрязнителей, которые встречаются или, как ожидается, могут встречаться в общественных системах водоснабжения в США и могут представлять риск в питьевой воде. Данный список известен как Список загрязнителей-кандидатов (CCL).

Для получения более полной информации о программе CCL следуйте по ссылке: http://water.epa.gov/scitech/ drinkingwater/dws/ccl/.

Цианотоксины, включенные в последний CCL, продуцируются несколькими видами цианобактерий (цианобактерии известны как сине-зеленые водоросли). Наиболее распространенные цианотоксины – это токсины пептидной природы класса микроцистинов.

Существует по меньшей мере 80 известных микроцистинов, включая микроцистин-LR, который считается одним из самых токсичных.

Более десятка стран, включая Канаду, Бразилию, Новую Зеландию и Австралию, располагают разработанными нормативами или руководствами по содержанию микроцистинов в питьевой воде и рекреационных водах.

Большинство руководств по питьевой воде основывается на предлагаемом Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) уровне содержания микроцистина-LR в питьевой воде в 1,0 мкг/л. В настоящее время в США не существует федеральных нормативных руководств по цианобактериям или их токсинам в питьевой воде и рекреационных водах.

Причины вредного водорослевого цветения цианобактерий

Цианобактерии – это фотосинтезирующие бактерии, имеющие ряд общих свойств с водорослями и естественно встречающиеся в озерах, реках, прудах и прочих поверхностных водах. Как и другие типы водорослей, цианобактерии могут при благоприятных условиях быстро размножаться в воде, вызывая «цветение».

Ниже описаны условия, усиливающие рост цианобактерий. Некоторые типы цианобактерий, например, Anabaena flos1 aquae, имеют газоносные полости, позволяющие им плавать на поверхности или под поверхностью, в зависимости от условий освещения или уровней концентраций питательных веществ.

Это служит причиной концентрации цианобактерий на поверхности воды, вызывая типичный цвет горохового супа или сине-зеленую пену. Некоторые цианобактерии, подобно Planktothrix agardhii, встречаются в донных отложениях и всплывают в результате шторма или иных взмучиваний отложений.

Другие цианобактерии при массовом развитии могут оставаться взвешенными в столбе воды (Cylindrospermopsis sp.), вызывая всеобщее изменение цветности воды.

Факторы, влияющие на развитие и продолжительность цветения цианобактерий, охватывают интенсивность освещения и общую продолжительность освещения солнцем, доступность питательных веществ (особенно фосфора), температуру воды, рН, увеличение количества осадков, потока воды (является ли водный массив непроточным или быстро текущим), стабильность водного столба.

Хотя условия развития цветения в большей части США являются наиболее благоприятными в поздней части лета, взаимодействия всех этих факторов вызывают существенные сезонные и годичные колебания численности цианобактерий. Некоторые продуцирующие токсины штаммы могут встречаться в начале лета, в то время как другие – только во второй половине летнего периода.

Цветение цианобактерий может быть вредным для окружающей среды, животных и здоровья человека.

При разложении наросшей при цветении биомассы потребляется кислород, создавая условия гипоксии – недостатка кислорода, приводящие к отмиранию животных и растений.

При благоприятных условиях освещенности и обеспечения питательными веществами некоторые виды цианобактерий продуцируют вторичные метаболиты, известные как цианотоксины. Распространенные токсинобразующие цианобактерии перечислены в таблице 1.

Условия, вызывающие образование цианобактериями цианотоксинов, не поняты до конца. Некоторые виды, способные к образованию токсинов, могут не продуцировать токсины при всех условиях среды. Данные виды часто входят во множество обычных формирующих цветение родов.

Существуют как нетоксичные, так и токсичные разновидности большинства обычных токсинпродуцирующих цианобактерий, поэтому невозможно сказать, является ли вид токсичным или нетоксичным при его определении. Даже при наличии токсинпродуцирующих цианобактерий в действительности они могут не образовывать токсины.

Более того, некоторые виды цианобактерий могут продуцировать многочисленные типы и разновидности цианотоксинов.

Доступны молекулярно биологические тесты, способные определить, несет ли цианобактерия, например, Microcystis, ген токсина; для того, чтобы определить, действительно ли цианобактерия продуцирует токсин, необходим количественный анализ по определению цианотоксинов. При этом загрязненная цианобактериями вода может встречаться без каких-либо проблем привкуса и запаха.

В большинстве случаев токсины цианобактерий существуют внутриклеточно в цитоплазме и остаются внутри клетки. Разновидности анатоксина-а и микроцистина обнаруживались внутриклеточно приблизительно в течение 95% времени ростовой стадии цветения.

Для данных видов токсины высвобождаются в воду при отмирании или разрушении клеток, при разрыве клеточной мембраны (экстрацеллюлярные внеклеточные токсины).

Однако у других видов, например, в случае цилиндроспермопсина, значительное количество токсина может выделяться естественным образом в воду живыми клетками цианобактерий; по литературным данным соотношение примерно 50% внутриклеточных к 50% внеклеточным токсинам.

Внеклеточные токсины могут абсорбироваться на глине и органических взвесях в водном столбе и в целом более сложно удаляются, чем внутриклеточные токсины.

Влияние цианоксинов на здоровье

Цианоксины включают нейротоксины (воздействующие на нервную систему), гепатотоксины (воздействующие на печень) и дерматотоксины (воздействующие на кожу).

Присутствие высоких уровней цианотоксинов в рекреационных и питьевых водах может вызывать у человека широкий спектр симптомов (таблица 1), включая повышение температуры, головную боль, мышечные и суставные боли, кожные волдыри, желудочные спазмы, понос, рвоту, язвы в ротовой полости и аллергические реакции. Данные эффекты могут проявляться в течение нескольких минут или дней после воздействия. В некоторых случаях могут происходить приступы, печеночная недостаточность, остановка дыхания и (редко) смерть. Существуют доказательства, что долгосрочное воздействие микроцистинов и цилиндроспермопсина может способствовать росту новообразований и вызывать рак.

Существует много документированных сообщений о гибели собак, птиц и скота во всех регионах мира в результате потребления поверхностных вод с цветением цианобактерий. Нечасто также документирована гибель людей.

Внутривенное введение воды, содержащей микроцистины, в центре почечного диализа в Бразилии в 1996 году привело к смерти 50 человек.

Действительный риск воздействия низких концентраций цианотоксинов в питьевой воде и долгосрочные эффекты воздействия этих токсинов точно неизвестны.

Методы проверки

Таблица 2 описывает методы, применимые для измерения концентрации цитотоксинов в воде.

Существуют коммерческие полевые наборы тестов для использования в качестве инструмента проверки присутствия или отсутствия специфических цианотоксинов в источниках водоснабжения. Проверочные наборы (ELISA1наборы) пригодны для определения микроцистинов, цилиндроспермопсина и сакситоксина, но в настоящее время непригодны для определения анатоксина-а.

Хотя они предоставляют экспрессные результаты, в целом данные наборы имеют ограничения по точности, чувствительности и специфичности.

В случае, если проверочный тест положительный, система водоснабжения должна направить пробы в лабораторию, способную количественно измерить концентрации специфичных цианотоксинов, используя более точные методики, такие как жидкостная хроматография, объединенная с масс-спектрометрией (LC/MS).

Очистка воды от цианотоксинов и управление цветением

При обнаружении в поверхностной воде, используемой для питьевой водоподготовки, цианобактерий и/или их токсинов операторы станции питьевой водоподготовки могут применить несколько способов для их удаления или инактивации. Некоторые способы водоподготовки эффективны в отношении определенных цианотоксинов, но не в отношении других групп цианотоксинов.

Поэтому операторы станций питьевой водоподготовки должны знать типы роста и доминирующие во время цветения виды цианобактерий, свойства цианотоксинов (например, внутриклеточные или внеклеточные) и наиболее эффективные технологии водоподготовки.

Применение ошибочного технологического процесса на специфическом этапе водоподготовки может повредить клетки и привести больше к высвобождению, чем удалению цианотоксинов.

В таблице 3 приведены данные об эффективности различных типов технологий водоподготовки в удалении неповрежденных клеток и процессах водоподготовки, которые эффективны в удалении внеклеточных растворенных цианотоксинов некоторых наиболее важных цианобактерий. Производители питьевой воды поощряются к мониторингу подготовленной воды, чтобы гарантировать удаление цианотоксинов.

Производители питьевой воды могут применять различные стратегии управления, связанные с цветением цианобактерий, чтобы избежать высвобождения цианотоксинов в воду.

Например, те станции питьевой водоподготовки, которые имеют более одного источника водоснабжения, могут их менять.

Другой альтернативой управления может быть изменение глубины водозабора, чтобы избежать попадания на станцию загрязненной воды и клеток цианобактерий.

Для уменьшения концентраций веществ, влияющих на привкус и запах воды, уменьшения количества дрейссен и прочих загрязнителей часто применяется предварительная обработка воды окислителем на входе процесса водоподготовки.

Однако использование данного метода вызывает определенное беспокойство в отношении разрыва клеток и высвобождения токсинов. Обработка сульфатом меди и озоном на входе процесса водоподготовки удаляет водорослевое цветение, но она не рекомендуется из-за риска лизиса клеток водорослей.

Хлорирование, в дополнение к разрушению клеток, может приводить к образованию в процессе очистки питьевой воды побочных продуктов дезинфекции. Если необходима предварительная обработка окислителем, то для перманганата калия (KMnO4) продемонстрирована эффективность в удалении клеток Micocystis без высвобождения токсина.

В дополнение рекомендуется применять порошковый активированный уголь (PAC), чтобы удалить любые потенциально высвободившиеся токсины.

Показано, что стандартный процесс очистки питьевой воды (коагуляция, флоккуляция, седиментация и фильтрация) может быть эффективен в удалении внутриклеточных токсинов. Коагуляция, флоккуляция и флотация растворенным воздухом (DAF) более эффективны, чем седиментация.

Микрофильтрация и ультрафильтрация в высшей степени эффективны в удалении неповрежденных клеток цианобактерий.

Когда наблюдается цветение, и клетки цианобактерий проходят через фильтры, следует чаще проводить обратную промывку, чтобы снизить риск высвобождения токсинов в воду.

Для удаления внеклеточных токсинов производители питьевой воды могут использовать активированный уголь, мембранную фильтрацию и химическую инактивацию (ультрафиолетовое облучение, дезинфектанты и оксиданты).

Порошковый активированный уголь (PAC) и гранулированный активированный уголь (GAC) эффективны при абсорбции микроцистина и цилиндроспермопсина, хотя разновидности микроцистина могут иметь разные эффективности абсорбции.

Эффективность работы активированного угля зависит от концентрации токсина, а также от дозы и происхождения активированного угля.

Для оценки эффективности различных типов PCA рекомендуется проводить поверхностные тесты яса с применением угля с наибольшей способностью удаления целевых загрязнителей.

GAC-фильтры эффективны в удалении микроцистинов, если они должным образом заменяются или регенерируются при высоком проскоке общего органического углерода.

Обычно для эффективного удаления токсинов требуются повышенные концентрации активированного угля, для полного удаления токсинов может быть необходима повторная обработка. Нанофильтрация и обратный осмос эффективны в удалении цилинроспермопсина и микроцистина. Но в любом случае рекомендуется проводить пилотные исследования, поскольку эффективность удаления зависит от распределения размера пор мембраны и качества воды

Обработка ультрафиолетовым излучением эффективна в разрушении клеток с микроцистином, анатоксином-а и цилиндроспермопсином. Однако в связи с тем, что для этого требуются более высокие дозы, чем применяемые на практике, данная обработка становится практически нереальной.

УФ-обработка использовалась с катализатором (оксидом титана), чтобы разрушить токсины окислением. Но эффективность данного процесса в значительной степени зависела от содержания органики в воде. Оксиданты, такие как хлор, озон и перманганат калия, являются эффективными способами инактивации микроцистина, однако эффективность хлора зависит от рН.

Различные цианоксины реагировали на хлор по-разному, например, доказано, что хлор неэффективен для инактивации анатоксина-а. Когда же рН ниже 8, хлор эффективен для инактивации микроцистина и цилиндроспермопсина.

Озон – хороший оксидант для микроцистинов, анатоксина-а и цилиндроспермопсина, но его эффективность также зависит от рН, присутствие органического вещества может влиять на эффективность озонирования. Хотя окисление озоном микроцистина не зависит от рН, эффективность озона зависит от рН (от 7 до 10) в отношении анатоксина-а и цилиндроспермопсина (от 4 до 10).

Перманганат калия эффективен в окислении микроцистина и анатоксина-а (при рН от 6 до 8), но не очень реакционноспособен в отношении цилиндроспермопсина. Обработка хлораминами и оксидом хлора неэффективна для микроцистина, анатоксина-а и цилиндроспермопсина.

Образование побочных продуктов дезинфекции является другой вероятной проблемой при использовании озона, сульфата железа и хлора при высоких концентрациях бромида в воде.

Тем не менее результаты исследований воздействия хлорирования на внутриклеточные токсины и результирующее образование побочных продуктов дезинфекции противоречивы.

Большинство исследований полагают, что в течение цветения следует в идеале избегать предварительного хлорирования до тех пор, пока должные уровни контактного времени не будут гарантировать полного эффективного окисления разрушенных цианобактерий.

Разработка плана действий в чрезвычайных ситуациях

Организации, управляющие водными запасами, должны разработать план действий в чрезвычайных ситуациях при цветении цианобактерий. Большинство массовых развитий водорослей нетоксично, и план должен предусматривать, как определить риск, связанный с каждым событием.

Элементы такого плана должны определять, где и когда отбираются пробы; частоту отбора проб; объем проб; когда отбираются пробы на наличие клеток цианобактерий или специфических токсинов или одновременно на наличие клеток и токсинов; какой аналитический тест используется для наблюдения за ситуацией; условия, при которых необходимо отослать в выбранную лабораторию пробу (пробы) для подтверждения. Производители питьевой воды должны также разработать план альтернативных действий до получения результатов аналитического контроля, включая способ (способы) очистки для применения при положительных результатах анализов, а также определение процесса общественного оповещения. Для разработки таких планов может использоваться глава 6 («Оценка ситуации, планирование и управление») из издания ВОЗ «Токсичные цианобактерии в воде: руководство по последствиям для общественного здоровья, мониторингу и управлению».

• Перевод – Владимир Ларин, кандидат биологических наук, начальник отдела биологических методов анализа ЗАО «РОСА»
• ufaleyadmin.ru
• Журнал «Вода Magazine» №4 (92), 2015 г.

cyanobacteria или сине-зеленые водоросли

Сине-зеленые водоросли ( blue-green (BGA), slime or smear algae) это на самом деле НЕ водоросли, а колонии бактерий , что позволяет понять как от них избавиться. Водорослями их называют потому, что они живут за счет фотосинтеза.

• Cyanobacteria появляется чаще всего когда в воде избыток фосфатов [PO4], а нитраты [NO3]=0! (см. Redfield ratio ¬ ) То есть присутствует большой недостаток азота ¬ [N] для роста растений.

Основная причина появления сине-зеленых водорослей – недостаток Азота.

Это означает, что вопреки методам борьбы с другими видами водорослей заключающихся в подменах воды для уменьшения концентрации питательных веществ, быстро избавиться от Cyanobacteria можно внося в аквариум Азот ¬ , но не забывая об ограничении времени освещения, кислороде, и движении воды.

Вероятность их возникновения проще всего контролировать по пропорции Редфилда ¬ (Redfield ratio) азот/фосфор. Наиболее часто Cyanobacteria появляется в аквариуме с высоким pH/kH, или после интенсивных подмен воды при избавлении от других видов водорослей.

При механической очистке ¬ аквариума они создают очень много грязи, но она очень быстро удаляется помпой-фильтром. Интенсивное движение воды в аквариуме (сделайте оборот воды по ADA ¬ ) значительно затрудняет восстановление колонии. Вносите азот, создайте нормальные условия для роста растений, и Cyanobacteria быстро исчезнет. Очень эффективны креветки Caridina multidentata ¬ или Red Cherry ¬ и Otocinclus affinis ¬ .

Руководство ADA о Cyanobacteria: “Плохая фильтрация или плохое состояние грунта создают условия для появления сине-зеленых водорослей.

Следовательно, если появились сине-зеленые водоросли первое что надо сделать – это открыть и проверить состояние фильтра и промыть наполнитель (имеется в виду убрать заиливание и недостаток кислорода для бактерий, naman ¬ ).

После этого добавить культуру бактерий в аквариум и попробовать аэрировать аквариум по ночам. Когда культура бактерий в фильтре здорова, размножение сине-зеленых водорослей осложняется.

Ухудшение состояния грунта также может служить причиной появления сине-зеленых водорослей. При этом они начинают расти от центра дна. В этом случае нужно внести в грунт культуру бактерий и penac W, растворив их воде или введя прямо в грунт при помощи шприца.”

Почему ADA говорит что сине-зеленые обычно начинают появляться от центра дна? У Charles Baddendorf в статье про Redfield ratio ¬ есть объяснение. Даже при нормальном P:N высокое соотношение C:N (>15) способствует росту сине-зеленых водорослей.

Мы не можем измерить C:N, но можем судить о нем косвенно по минерализации – быстрое накопление ила на поверхности субстрата означает что минерализация происходит плохо (мало гетеротрофных бактерий ¬ ) и соотношение C:N высокое (мало N).

Накопившийся ил быстро связывает фосфаты из воды и понижает на поверхности субстрата соотношение P:N ( недостаток азота N), и получается что даже при нормальном P:N в воде происходит локальное стимулирование размножения сине-зеленых водорослей на поверхности грунта (они размножаются при недостатке азота N)! Регулируя соотношение P:N мы также регулируем и C:N. Низкое C:N (когда побольше азота) улучшает нитрификацию, макро- и микроэлементов  выделяется больше, и растения могут лучше конкурировать с  водорослями.

1) Ограничение времени освещения аквариума до 6-8 часов – важнейшая мера в борьбе с Cyanobacteria. Поставьте таймер ¬ ! Это первое что нужно сделать.

Именно НЕ уменьшать Интенсивность освещения (чтобы не тормозить рост растений), а сократить количество часов в сутки! Это подавляет рост Cyanobacteria , и вот почему.

Существует Суточный ритм (Circadian rhythm) – внутренние биологические часы которые влияют на все фотосинтезирующие организмы – на Cyanobacteria , водоросли, высшие водные растения.

Суточный ритм у растений регулирует не только многие внутриклеточные процессы и фотосинтез, но и рост корней и стебля, время цветения. Суточный ритм строго подчинен циклу в 24 часа. Эти биологические часы постоянно перенастраиваются длительностью периода освещения в течение суток. Если длительность освещения не включает Суточный ритм, рост водорослей останавливается.

2) Во вторых, нужно механически удалять Cyanobacteria из аквариума во время подмен воды, и чем больше – тем лучше. Для этого держа зубную щетку перед концом сливного шланга очистить все поверхности в аквариуме. Электрическая зубная щетка ¬ вроде Oral-B Pulsar $5 – наилучшее решение.

Каждый раз когда вы чистите таким способом аквариум, нужно через несколько часов тщательно промыть тонкий фильтровальный наполнитель в канистровом фильтре. Если этого не сделать, разлагающиеся сине-зеленые водоросли вызовут сильный всплеск концентрации аммония, нитрита и токсинов, а это приведет к еще большему разрастанию Cyanobacteria или даже появления цветения воды ¬ *. Чтобы каждый раз не промывать канистровый фильтр лучше поступать следующим образом. Очистить аквариум зубной щеткой ¬ , и сразу же сменить 50-80% воды (сделайте “суперподмену” ¬ ). Залить воду, и поставить в аквариум очень мощный внутренний фильтр (10 и более объемов в час) с тонким фильтровальным материалом. Самый лучший и дешевый вариант – стаканные фильтры Resun® P-700/1000/1500L $5-10. Промывайте фильтр через пару часов после чистки аквариума зубной щеткой, и далее ежедневно пока не избавитесь от Cyanobacteria. Сильный поток поднимет в толщу воды клочки разрушенной колонии бактерий и фильтру быстро их удалит. Если нет внутреннего фильтра, нужно периодически в течение дня поднимать взвесь волнообразными движениями сачка чтобы ваш канистровый фильтр мог собрать грязь. Промывайте его каждый день!

В дальнейшем когда колония замедлит рост, для удаления продуктов распада Cyanobacteria во избежание всплеска аммония [NH4+] и нитрита [NO2] нужно подменивать 30-50% воды каждые два дня и промывать тонкий и грубый механические фильтры канистрового фильтра, не трогая биологический наполнитель (чтобы не разрушать колонию бактерий).

3) Высокое содержание кислорода в воде подавляет Cyanobacteria. Как кислород подавляет Cyanobacteria ? Промежуточные продукты фотосинтеза – супероксид, пероксид и гидроксильные радикалы – все они крайне реактивны.

Водоросли и растения вырабатывают энзимы которые детоксицируют эти формы кислорода и преобразовывают их в воду. Эти антиоксиданты нейтрализуют вредное воздействие кислорода внутри клетки (кислород разрушает стенки клетки). Бактерии, в том числе и Cyanobacteria , не имеют такой защиты.

Становится ясно почему Cyanobacteria процветает в загрязненной, бедной кислородом воде . Иногда удается избавиться от Cyanobacteria путем понижения уровня воды в аквариуме и направления тока воды богатой кислородом на пораженные участки грунта.

Хорошо растущие растения насыщают воду кислородом даже выше 100% и это будет способствовать подавлению Cyanobacteria .

• C течением времени, когда экосистема в аквариуме сбалансируется, т.е. в грунте и фильтре сформируется колония бактерий способная переработать все органические загрязнения образующиеся в молодом аквариуме в больших количествах, и благодаря тому что растений начнут хорошо расти Cyanobacteria исчезнет.

4) Эритромицин / Eriythromycin. Самая крайняя мера против сине-зеленых водорослей (также говорит и Takashi Amano) – это Эритромицин (Eriythromycin) или Эритроцин (Erythrocin). Так как Cyanobacteria бактерии а не водоросли, можно применить антибиотик который подавляет синтез протеинов . Говорят что Kanamycin тоже помогает.

Доза должна быть не менее 2,5мг/л: например на 200л аквариум (воды 135л) надо 135л х 2,5~350мг. Diana Walstad (книга PDF 12.6Mb ) пишет что Эритромицин в дозе 200мг на 40л воды (5мг/л) не повлияет на растения. Так как Эритромицин убивает бактерии населяющие фильтр, на время применения препарата его нужно отключить.

Подключите его к отдельной емкости с водой добавив аммоний как рассказано в разделе сайклинг без рыб Fishless cycling ¬ . Так можно держать фильтр сколько угодно долго, – получая питание бактерии не вымрут, и фильтр всегда будет готов к работе на полную мощность. Отключите также протеиновый скиммер, активированный уголь, УФ стерилизатор и пр. так как они адсорбируют лекарство.

Эритромицин абсолютно безопасен для рыб. Будьте готовы к массовому отмиранию Cyanobacteria и повышению уровня аммиака и нитрита в воде, резкому выбросу токсинов. Промывайте механический фильтр каждый день , удаляйте их сачком как можно больше. Через два дня подмените 40% воды в аквариуме и повторите дозу эритромицина.

На четвертый день снова тщательно очистите аквариум от Cyanobacteria и подмените 40% воды. Этот метод был отработан в группах новостей rec.aquaria в 1992 году. (см. архивы TheKrib ).

Можно также применить Метод затемнения ¬ с перекисью водорода ¬ или глутаровым альдегидом ¬ . ^

* Прим.: Самая действенная мера для устранения цветения воды ¬ (green water) – установка очень тонкого механического фильтра в качестве последней ступени очистки в канистровом фильтре.

Это например EHEIM EHFISYNTH, или же обычный синтепон – синтетический утеплитель для пошива одежды.

Лучший вариант это JBL SymecMicro – фильтрационный материал способный удалить цветение воды и бактериальную муть без УФ-лампы ¬ или медикаментов.

www.skepticalaquarist.com ,

” Fighting Blue-Green Algae with Erythromycin “, by Christopher Petrides The Algae War Tank, or How I Learned to Love That Green Slime! – TFH, June 2003