Изучение экосистем современных водоемов

9

Введение

Региональные альгофлористические исследования в настоящее время приобретают все большую актуальность. Значительное внимание уделяется исследованиям альгофлор водохранилищ, однако флоры малых рек, питающих водохранилища, практически не изучены.

Вместе с тем обобщение и анализ данных по этим водным объектам позволил бы выявить не только флористическое богатство водорослей в разнотипных водоемах и водотоках, но и особенности экологии и распространения отдельных видов и групп водорослей.

1. Изучение экосистем современных водоемов

Исследования проводили на территории Национального парка «Завидово». Сбор материала осуществляли на следующих речных системах: реки Шоша, Лама и Инюха от верхнего течения до устья, со всеми притоками, а также Шошинский плес Иваньковского водохранилища. В результате проведенных исследований нами идентифицировано 115 видов из 56 родов водорослей.

Обнаруженные таксоны относятся к 34 семействам, 22 порядкам, 10 классам, 5 отделам водорослей. Наибольшее число видов относится к отделу Ochrophyta (59 видов), на втором месте - Chlorophyta, из отдела Euglenophyta обнаружено 10 видов водорослей, Cyanophyta и Dinophyta - 9 и 3 вида, соответственно.

Проведен экологический анализ таксономического состава фитопланктона бассейна р. Шоши с использованием эколого-географической картотеки. Выявлены таксоны, относящиеся к экологическим группам по пяти аспектам: по степени приуроченности к определенным местообитаниям, температуре воды, по обогащенности ее кислородом; по отношению к активной реакции воды (рН) и к галобности.

По отношению к типу местообитания, организмы в изучаемой среде распределены между пятью группами: планктонные, планктонно-бентосные, бентосные, планктонно-бентосные, способные обитать в почве, и бентосные, способные обитать в почве.

Отмечено, что наряду с планктонными водорослями большое значение имеют планктонно-бентосные и бентосные организмы. По отношению к температурному режиму водоросли планктона изучаемых водных объектов Национального парка «Завидово» подразделяются на три группы: предпочитающие теплые воды, эвритермные и предпочитающие холодные воды. По отношению к реофильности выявлено преобладание индифферентов, которые не нуждаются в большом количестве растворенного в воде кислорода.

2. Изучение ассоциации водоросли

Ascophyllum nodosum (L.) LeJolis (Phaeophyta, Fucaceae) - широко распространенная в северных морях водоросль. Но не только это делает ее интересной для изучения. A. nodosum представляет из себя уникальное явление - облигатную ассоциацию морской бурой водоросли и морского гриба Mycophycias ascophylli (Cotton) Kohlmeyer&Volkman-Kohlmeyer (Ascomycota). Мицелий гриба всегда присутствует в тканях водоросли, и размножение обоих партнеров происходит синхронизированно. Таким образом, эту ассоциацию можно назвать “морским лишайником”.

Целью нашей работы было изучение биологии симбиоза A. nodosum- M. ascophylli в Кандалакшском заливе Белого моря в окрестностях ББС. Для достижения этой цели были использованы методы световой и электронной микроскопии, посевы на культуральные среды и методы молекулярной филогенетики.

Нами впервые были исследованы экологические формы (экады) A. nodosum, о микофильности которых ранее известно не было. Мицелий гриба пронизывает талломы экад полностью, как и у типичной формы A. nodosum. Количество мицелия увеличивается у экад, подвергающихся длительному осушению при отливе. Этот результат подтверждает уже существующую гипотезу о том, что гриб в данной ассоциации повышает выживаемость водоросли при длительном осушении. Кроме того, на талломах экад водоросли, размножающихся исключительно вегетативно, не найдено плодовых тел M. ascophylli. Для исследования филогении M. ascophylli были разработаны методы выделения тотальной ДНК из талломов водорослей с последующей амплификацией грибной рДНК. Для выяснения филогенетических связей M. ascophylli был секвенированы участки ITS1, 5.8S, ITS2 геномной рДНК, как наиболее употребительные.

По результатам секвенирования выяснилось, что ближайшими, однако достаточно удаленными родственниками M. ascophylli являются грибы рода Mycosphaerella, паразитирующие на листьях Eucalyptus spp.(www.ncbi.nih.nlm.gov). Здесь необходимо отметить следующее: семейство Fucaceae бурых водорослей, распространенное почти исключительно в северном полушарии, по данным геносистематики происходит из Австралии. A. nodosum считается самым древним таксоном в этом семействе.

Так что, скорее всего, отделение этого монотипического рода произошло одновременно с образованием ассоциации с M. ascophylli (или вследствие этого), а затем уже произошло повсеместное расселение A. nodosum в северном полушарии.

3. Изменение черноморской бурой водоросли Cystoseira barbata

В течение последних десятилетий в мире наблюдается повышенный интерес к изучению океана. В настоящее время одними из важнейших объектов исследования являются бурые макроводоросли. В связи с тем, что именно эти организмы синтезируют ценные биологически активные вещества, широко используемые в различных областях народного хозяйства, а также вносят незаменимый вклад в биогеохимический круговорот химических элементов в природе.

Основная цель данной работы - исследование закономерностей изменений минерального состава черноморской бурой макроводоросли Cystoseira barbata, в зависимости от различных факторов. Образцы были собраны на глубине 1,5 м и 4 м, на двух станциях: «условно чистая» - удаленная от всех городских и промышленных центров, и «условно грязная» (с выносом реки) - находящаяся около густо населенной территории. Отбор проб осуществлялся летом 2008 и 2009 годов. Для анализа образцов использовали метод нейтронной активации и атомно-адсорбционный метод.

В результате наших исследований был получен ряд закономерностей содержания различных химических элементов в талломе C. barbata. В пределах химической группы металлов нами проанализированы щелочные (Na, K, Rb), щелочноземельные металлы (Mg, Ca, Ba), а также металлы IV группы B подгруппы (Pb, Cs) и V группы B подгруппы (Sb) таблицы Менделеева. Для черноморской бурой водоросли C. barbata диапазон изменения содержания Na колеблется от 7584 до 11228 мкг/г, содержание K колеблется от 8201 до 14439 мкг/г, Rb лежит в пределах 3,3-7,7 мкг/г. Для Mg и Ca диапазоны концентрации лежат в пределах 6485-10015 мкг/г и 19707-20972 мкг/г соответственно, Ba колеблется от 41 до 96 мкг/г, Pb изменяется в пределах 0,1-2,38 мкг/г. Видно, что максимальной концентрацией в талломе обладает кальций, и ряд убывания концентраций металлов выглядит следующим образом:

Ca ? K ? Na ? Mg > Ba > Rb > Pb ? Sb ? Cs

При этом наибольшие концентрации приходятся на Ca, K, Na и Mg, которые являются необходимыми организму макроэлементами и содержание которых в образцах примерно одинаково. Свинец и сурьма - токсичные металлы, концентрации которых по сравнению с щелочными и щелочноземельными металлами малы. Вероятно, они лишь накапливаются в клеточной стенке, кроме того, их содержание в морской воде по сравнению с Ca, K, Na и Mg также незначительно.

Концентрации в талломах тоже значительно ниже соответственно их концентрации в морской воде. В результате исследования зависимости изменения минерального состава C. barbata от степени загрязненности местообитания и его глубины было обнаружено, что в целом содержание большинства рассматриваемых элементов в талломе выше в районе выноса реки, т. е. на «условно-грязной» станции. Наиболее четко это проявляется на глубине 1,5 м, что, вероятно, связано с непосредственным выносом различных элементов со стоком реки, и более высокой метаболической активностью водорослей на малой глубине.

4. Находки диатомовых водорослей

Озеро Глубокое находится в Рузском районе Московской области. Первые публикации по водорослям оз. Глубокого относятся к 1900 году. Накопленные за почти столетний период исследований данные по водорослям обобщены в статье А.Н. Смирнова с соавт. Сводный список диатомовых водорослей, составленный данными авторами, включает 133 вида (без учета внутривидовых таксонов).

По данным М.А. Гололобовой общий список диатомовых водорослей оз. Глубокого составляет 220 таксонов видового и внутривидового ранга. В 2005 году было указано14 новых для озера видов и разновидностей.

Материалом для нашей работы послужили пробы эпифитона. Определение диатомовых водорослей проводили при помощи светового и сканирующего электронного микроскопов. Современные названия таксонов приведены по Fourtanier et al., Silva.

В результате наших исследований выявлено более 100 таксонов диатомовых водорослей видового и внутривидового ранга, из которых 25 являются новыми для озера Глубокого: Achnanthidium bioretii (Germain) Monnier, Lange-Bertalot & Ector, Brachysira vitrea (Grunow) Ross, Cavinula cocconeiformis (Gregory ex Greville) Mann & Stickle, Cymatopleura solea (Brйbisson) W. Smith, Cymbella proxima Reimer, Cymbopleura hercynica (A. Schmidt) Krammer, Discostella pseudostelligera (Hustedt) Houk & Klee, Encyonema caespitosum Kьtzing, Eolimna minima (Grunow) Lange-Bertalot, Geissleria acceptata (Hustedt) Lange-Bertalot & Metzeltin, G. similis (Krasske) Lange-Bertalot, Karayevia laterostrata (Hustedt) Kingston, Kolbesia suchlandtii (Hustedt) Kingston, Navicula absoluta1 Hustedt, N. detenta1 Hustedt, N. laterostrata1 Hustedt, N. pseudoventralis1 Hustedt, N. trophicatrix Lange-Bertalot, Neidium dubium (Ehrenberg) Cleve, Nitzschia lacuum Lange-Bertalot, Pinnularia nodosa var. percapitata Krammer, Planothidium joursacense (Hйribaud) Lange-Bertalot, P. peragalli (Brun et Hйribaud) Round & Bukhtiyarova, Sellaphora mutata (Krasske) Lange-Bertalot, Stauroneis kriegeri Patrick.

Заключение

В результате проведенного экологического анализа можно заключить, что фитопланктон водоема является типичным для пресного водоема и составлен организмами, предпочитающими теплые воды, обедненные кислородом, со слабощелочной реакцией среды и отсутствием хлоридов.

Среди индикаторов концентрации протонов (рН воды) преобладают алкалифилы, что обусловлено слабощелочной реакцией воды исследованных водоемов. В достаточном количестве их также сопровождают индифференты. Распределение водорослей по категориям галобности выявило 4 группы таксонов-индикаторов - галофобы, индифференты, галофилы и мезогалобы. Преобладают представители индифферентных к хлоридам водорослей.

Список литературы

1. Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. Водоросли - индикаторы в оценке качества окружающей среды. - М. - 2007.

2. Булах Е.М. Базидиальные макромицеты Верхне-Уссурийского стационара (Южный Сихотэ-Алинь): автореф. дис… канд. биол. наук. Владивосток, 2007.

3. Косолапов Д.А. Афиллофороидные макромицеты подзоны средней тайги Республики Коми: автореф. Дис. канд. биол. наук. СПб., 2008.

4. Лосицкая В.М. Афиллофоровые грибы Республики Карелия: автореф. дис. … канд. биол. наук. СПб., 2009.

5. Шхагапсоев С.Х., Крапивина Е.А. Макромицеты лесных экосистем Кабардино-Балкарии. Нальчик: Полиграфсервис и Т., 2008.

6. Garbary D.J., Deckert R.J. (2008) Three part harmony - Ascophyllum and its symbionts //In: “Symbiosis: Mechanisms and Model Systems” (ed. J.Seckbach). Kluwer, Dortrecht, the Netherlands.

7. Kohlmeyer J., Kohlmeyer E. (2007) Is Ascophyllum nodosum lichenized? // Botanica Marina. Vol.XV.

8. Кирик М.М., Піковський М.Й. Біологічні особливості фітопатогенного некротрофного гриба Botrytis cinerea Pers. // Наукові доповідді Національного аграрного університету /Електронний журнал, 2008.

9. Справочник пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации (2008) //М.: Агрорус.

10. S. Elansky, A. Smirnov, Y. Dyakov, A. Dolgova, A. Filippov, B. Kozlovsky, I. Kozlovskaya, P. Russo, C. Smart, W. Fry (2008) Genotypic analysis of Russian isolates of Phytophthora infestans from the Moscow region, Siberia and Far East//J.Phytopathology, 149 (10).

11. Иванюк В.Г., Банадысев С.А., Журомский Г.К. (2008) Защита картофеля от вредителей, болезней и сорняков. Минск: Белпринт.

12. Гололобова М.А. Диатомовые водоросли озера Глубокого //Сборник трудов международной конференции, посвященной 80-летию кафедры микологии и альгологии Московского государственного университета и 90-летию со дня рождения М.В. Горленко «Современные проблемы микологии, альгологии и фитопатологии». М.: Изд. Дом «Муравей», 2008.

13. Смирнов А.Н., Гололобова М.А., Белякова Г.А. Водоросли Глубокого озера //Труды Гидробиологической станции на Глубоком озере. М.: Аргус, 2007. Т.7.

14. Fourtanier E., Kociolek J.P., Demouthe J. California Academy of Sciences. 2007. http://research.calacademy.org/research/diatoms.

15. Silva P.C. Index Nominum Algarum. 1997-2004. http://ucjeps.berkeley.edu/INA.html.