ИРН AP09563101 Тема проекта «Оценка состояния гидробионтов и микробиома водоемов Западного Казахстана и прогноз их изменения»

Актуальность

На западе Казахстана распространены многочисленные пресные, солоноватые и соленые озера, гидрохимические и гидробиологические характеристики которых наряду с пространственной неоднородностью подвержены значительным хронологическим изменениям. Причина таких изменений — циклические колебания климатических условий, вызывающие периодическое наполнение и высыхание озер, а также антропогенное влияние. Степень воздействия этих изменений на популяции рыб разных экологических групп оказывается различной. В последние десятилетия в озерах региона наблюдается сокращение запасов и резкое падение численности ценных видов рыб, вызванные негативными последствиями изменения климата и антропогенного воздействия. Большинство акваторий водоемов Западного Казахстана пригодны для рыборазведения. Этот природный резерв используется далеко не в полном объеме и требует господдержки для развития озерного рыбоводства на основе использования естественных кормовых ресурсов водоемов. Гидробионты и микробиом внутренних водоемов представляет собой кормовую базу для рыб, птиц и всей биоты в целом, являются начальным звеном пищевой цепи. Планируемые исследования сезонной и трехлетней динамики состава гидробионтов и микробиома являются основой для дальнейшего мониторинга и прогнозирования развития водоемов.

Цель:

Гидробиологические и метогеномное изучение гидробионтов и микробиома внутренних водоемов Западного Казахстана и использование их как маркеров экологического состояния окружающей среды, комплексная оценка их влияния на состояние рыбных ресурсов и водной растительности.

Ожидаемый результат:

Основные практические ожидаемые результаты проекта заключается в разработке рекомендации по повышению продуктивности водоемов для получения из них наибольшего количества рыбной продукции, новых данных комплексного аналитического контроля качества озер, разработке стратегии комплексного использования и адаптивного управления водоемами и их охраны от возможных негативных последствий. Будет создана репрезентативная коллекция микробиома воды озер Западного Казахстана. Из каждого образца будет выделена общая ДНК, созданы библиотеки 16S рРНК, включающие бактериальный и архейный компоненты, из каждой библиотеки будет просеквенировано не менее 5000 нуклеотидных последовательностей, проведен их таксономический анализ. Детальный сравнительный анализ образцов, позволит связать особенности таксономической структуры микробиома озер с физико-химическими, климатическими и экологическими факторами, состоянием и особенностями использования этих вод. Таким образом, выполнение данного проекта впервые позволит создать методическую базу для оценки геоэколого-биологического состояния озерных вод, основанной на принципиально новом и, очевидно, инновационном подходе – анализе структурных особенностей микробных сообществ воды с использованием секвенаторов нового поколения. Конкурентное преимущество заключается как раз в недостижимой ранее детальности анализа микробиомов с использованием NGS, позволяющих весь комплекс микроорганизмов, включая некультивируемые формы. Кроме того, весьма специфические особенности озер Западного Казахстана, безусловно, будут представлять интерес для мировой науки, так как по большей части аналогичные исследования проводятся с местными коллекциями. Студенты и магистранты, задействованные в проекте, приобретут навыки научно-исследовательского мышления, прикладные знания, по оценке качества воды и экологического состояния водоемов. Еще одним результатом проекта станет разработанная в рамках проекта сеть для мониторинга экологического и химического состояния озер, где нами было обеспечено последовательное и комплексное отслеживание экологического и химического состояния вод озер. Данную сеть государственные органы и другие заинтересованные лица могут использовать для дальнейшего мониторинга. Данные проведенных исследований будут проанализированы, интерпретированы и преобразованы в заранее определенные формы представления информации с использованием надлежащих методов анализа данных. Информация может быть направлена тем, кто нуждается в ней для принятия решений, оценки методов управления или проведения углубленного исследования. Кроме того, информация будет доступной для общественности и представляться в форме, отвечающей потребностям различных целевых групп. Результаты исследования будут основой для развития рыбного хозяйства путем исследования зависимости кормовой базы от сезонного колебания и гидрохимического режима озер Западного Казахстана. Будет составлен электронный каталог на CD диске и атлас основных видов гидробионтов, которым могут пользоваться государственные экологические и рыбохозяйственные органы и субъекты рыбного хозяйства. Будут опубликованы 3 статьи в рецензируемых научных изданиях по научному направлению проекта, входящих в 1 (первый), 2 (второй) либо 3 (третий) квартили в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти). Предположительные издания для опубликования результатов проекта: «Science of the Total Environment», «Ecohydrology and Hydrobiology», «Eurasian Soil Science» и др. Будет опубликовано 6 статей в рецензируемом зарубежном и (или) отечественном издании с ненулевым импакт-фактором (рекомендованном КОКСОН). Предположительно в одном из этих изданий: «Вестник (Хабаршы) государственного университета им. Шакарима г. Семей», «Вестник науки казахского аграрного университета им. Сейфуллина», «Ізденістер, нәтижелер – Исследования и результаты (КазНАУ)», «Вестник Астраханского государственно-технического университета» (РФ, г.Астрахань) и др. Целевые потребители полученных результатов. Основные потребители – фермеры рыбоводы, субъекты малого и среднего бизнеса, субъекты рыбного хозяйства. Будут использованы авторами при написании учебных пособий, внедрены в учебный процесс в НАО «ЗКУ им. М. Утемисова» и других высших учебных заведений Республики Казахстан. Результаты исследований также будут применены при подготовке студентов и магистрантов специальностей «Биология», «География», «Химия» и «Экология». Результаты исследований будут распространены среди потенциальных пользователей, сообщества ученых и широкой общественности проведением семинаров, изданием рекомендации и распространением брошюр и буклетов.

Достигнутые результаты

Проводиться работы по характеристике природных и техногенных условий развития озерных котловин. Выполняются работы по анализу пространственного размещения озер различных солености и химического типа, поиск закономерностей их дифференциации, классификации озер. Составлена карта размещения соленых озер. Продолжены работы по анализу многолетних изменений гидрологического режима озер региона по имеющимся данным гидрологических наблюдений и разновозрастным космическим снимкам и топокартам. В 2021 году нами проведены исследования гидрологического режима озер региона.

Выполняются работы по проведению комплекса натурных гидрологических работ, созданию модели водного баланса водоемов, определению причин и прогнозу изменений режима озер в результате природных факторов и антропогенного воздействия, разработке рекомендации по допустимому воздействию антропогенных факторов на озера региона и по поддержанию уровня воды на стабильно приемлемом уровне для сохранения биоразнообразия. Проведены полевые гидрологические исследования.

В результате проведенных анализов в весенний, летний и осенний период 2021 года было обследовано десять озёр Западно-Казахстанской области: Сарышыганак, Шалкар, Балыкты Саркыл, Айдын, Жанама, Едильсор, Прорва, Брусяное, Глубинное, Улкен Тузды Саркыл.

Проведено комплексные исследования озер ЗКО: оз. Прорва, оз. Глубинное, оз. Шалкар, оз. Балыкты Саркыл, оз. Едильсор, оз. Брусяное и оз. Айдын. В пробах зообентоса, отобранных с вышеуказанных озёр, были отмечены организмы 46 таксонов из 4 групп: Bivalvia, Gastropoda, Crustacea и Insecta.

Проведено выделение ДНК озерной воды. Для выделения ДНК использовали разрушение фильтров, разрезанных на 4 части стеклянными шариками (0,1 мм и 0,5 мм) при интенсивном встряхивании на приборе Precellis(6000 об/мин 30 сек) в 1 мл раствора CTAB 1x (0,05 M Tris HCl pH 8.0; 0,7 M NaCl; 0,01 М EDTA; 1% (w/v) CTAB (цетилтриметиламмоний бромид)) с добавлением 500 мл хлороформа (хлороформ-изоамиловый спирт 24:1).

Проведено оценка современного состояния и перспектив использования промысловых видов рыб озер. При этом установлен видовой состав ихтиофауны озера Шалкар: щука – 5,4%, красноперка – 29%, лещ – 4,3%, карась – 16,1%, синец – 22,6%, окунь – 12,9%, сазан – 5,4%, сом – 3,2%, линь – 1,1%.

Исследованные водоемы, относятся к пресным (Прорва, Глубинное, Брусяное), солоноватым (Шалкар, Балыкты Саркыл, Айдын) и соленым водоемам (Едильсор). Высокий уровень минерализации отмечено на озере Едильсор показатели варьировали в пределах 19,486 – 47,221 г/л, низкие показатели выявлены на озере Прорва от 0,295 до 0,390 г/л и относится к α гипогалинным водам. Выполнены исследования флористического состава и степени зарастания высшей водной растительностью озер.

Было разработона научная рекомендация по повышению биологической продуктивности водоемов. Определено влияние природно-климатических факторов на формирование сообществ гидробионтов.

Проведено систематизация информации о микробиоме озер разных географических регионов как «комплексных» индикаторов их экологического состояния проведен сбор озерного микробиома, выделение ДНК озерного микробиома, высокопроизводительное секвенирование, окончательная систематизация будет завершена в 2022 году.

Исследовательская группа

Сергалиев Нурлан Хабибуллович – руководитель проекта, кандидат биологических наук, профессор,

Scopus Author ID, (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55982921900).

Researcher ID, (P-7274-2017)

ORCID(http://orcid.org/0000-0003-3527-9593)

Email.: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Ахмеденов Кажмурат Максутович – ведущий научный сотрудник, кандидат географических наук,профессор,

Scopus Author ID, (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55022862400).

Researcher ID, (O-7726-2017)

ORCID (http://orcid.org/0000-0001-7294-0913)

Какишев Мурат Галиханович – научный консультант, PhD.

Scopus Author ID, (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55693811900).

Researcher ID, (AR-6321-2020)

ORCID (http://orcid.org/0000-0002-4601-4921)

Сарманов Айбек Ертлеуович – научный сотрудник, магистр сельскохозяйственных наук.

Султанов Ержан Сахыпжанович – научный сотрудник, магистр сельскохозяйственных наук.

Бакиев Серик Самигуллович – младший научный сотрудник, магистр сельскохозяйственных наук.

Сарсенова Бибигул Балгабаевна, старший научный сотрудник кандидат биологических наук, доцент, доцент

Кунашева Зарипа Хайроллиевна, младший научный сотрудник, кандидат химических наук,

Сабитқызы Самал младший научный сотрудник, магистр техники и технологий.

Публикации:

Сарманов, А.Е. Характеристика сообществ макрозообентоса озера Прорва (Западно-Казахстанская область, Казахстан) / А.Е. Сарманов, Е.С. Султанов, Н.Х. Сергалиев, Г.С. Кашеваров, Л.А. Фролова // Естественные и технические науки №4 (155). – М., 2021. – С. 112-118. (https://elibrary.ru/item.asp?id=45976678)
Сарманов А.Е. Таксономический состав и количественные показатели макрозообентоса ряда водоемов Западно-Казахстанской области // А.Е. Сарманов, Н.Х. Сергалиев, Е.С. Султанов, К.М. Ахмеденов, Г.С. Кашеваров, Л.А. Фролова // Вестник АГТУ. Сер.: «Рыбное хозяйство», №3. – Астрахань, 2021.(https://vestnik.astu.org/ru/nauka/article/45986/view)
Султанов, Е.С. Состав зоопланктонных сообществ разнотипных озер Западно-Казахстанской области (Республика Казахстан) / Е.С. Султанов, Г.Р.Нигаматзянова, А.Е. Сарманов, Л.А. Фролова // Естественные и технические науки №4 (155). – М., 2021. – С. 79-83. (https://elibrary.ru/item.asp?id=45976670)
Akhmedenov K.M., Khalelova R.A. Salt lakes of Western Kazakhstan as objects of medical tourism // GeoJournal of Tourism and Geosites, 2021, 36(2spl), 637–645.(https://elibrary.ru/contents.asp?id=46951409)