Сполуки вуглеводневої природи у функціонуванні прісноводних мікроводоростей

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГІДРОБІОЛОГІЇ

СПОЛУКИ ВУГЛЕВОДНЕВОЇ ПРИРОДИ У ФУНКЦІОНУВАННІ ПРІСНОВОДНИХ МІКРОВОДОРОСТЕЙ

03.00.17 - гідробіологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

ГУСЕЙНОВА Валіда Полад-кизи

УДК 543.383.2 : (547.454 : 582.232)

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті гідробіології НАН України.

Науковий керівник: доктор біологічних наук,

старший науковий співробітник

Ліщук Алефтіна Вікторівна,

Інститут гідробіології НАН України,

провідний науковий співробітник

відділу екологічної фізіології водяних рослин

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Щербак Володимир Іванович,

Інститут гідробіології НАН України,

провідний науковий співробітник

відділу екології водоймищ

кандидат біологічних наук

Сиваш Олександр Олексійович

Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного

НАН України, старший науковий співробітник

відділу мембранології і фітохімії.

Захист дисертації відбудеться 26 травня 2010 р. об 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.213.01 в Інституті гідробіології НАН України за адресою: 04210, м. Київ, проспект Героїв Сталінграду, 12.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту гідробіології НАН України (04210, м. Київ, проспект Героїв Сталінграду, 12).

Автореферат розісланий « » квітня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат біологічних наук Гончаренко Н.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Cукупність сполук вуглеводневої природи у водному середовищі формують алохтонні вуглеводні ? нафта та нафтопродукти, що потрапляють у водойми в результаті антропогенного впливу, і автохтонні - ті, що входять до складу біоти, в тому числі метаболіти гідробіонтів. Алохтонні вуглеводні належать до пріоритетних забруднюючих речовин. Згідно з літературними даними (Арсан та ін., 1997; Екологічний стан ..., 2002) вміст нафтопродуктів у деяких водних об'єктах України перевищує ГДК рибогосподарську (ГДКр = 0,05 мг/дм3) в десятки і сотні разів. Вплив нафти і нафтопродуктів на функціонування фітопланктону як основної фотосинтезуючої ланки водних екосистем досліджений більше для морських вод (Миронов, 1973, 1985 та ін.) і значно менше для континентальних (Курочкина и др., 1986; Щербак та ін., 2004, 2005 та ін.). Інформація з цих питань необхідна для з'ясування закономірностей формування гідробіоценозів і якості води.

Вуглеводні, що виділяються водоростями у водне середовище, у зв'язку з методичними труднощами вивчені недостатньо. Зазвичай автохтонні вуглеводні визначають сукупно з нафтопродуктами, тобто окремо їх практично не враховують. Роботи, присвячені дослідженню ролі вуглеводнів та інших гідрофобних сполук водоростей стосуються в першу чергу вивчення їх загального вмісту в клітинах, а також значимості як високоенергетичних речовин (Золотарьова та ін., 2008; Bigogno, 2002). Фізіологічна роль вуглеводнів живих організмів, і зокрема водоростей, досліджена недостатньо.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження з дисертаційної роботи проводилися в Інституті гідробіології НАН України в рамках держбюджетних тем: «Дослідити вплив біологічно активних речовин водних рослин на формування якості води та перспективи їх практичного використання» (номер держреєстрації 0198U003582); «Дослідити фізіолого-біохімічні механізми формування угруповань планктонних і перифітонних водоростей» (номер держреєстрації 0105U000485).

Мета і завдання досліджень. Мета роботи ? встановити закономірності функціонування мікроводоростей в умовах впливу нафтопродуктів та еколого-фізіологічні аспекти значення вуглеводнів водоростей.

Для виконання даної мети нами були поставлені наступні завдання:

1. Вивчити вплив нафтопродуктів на ростові характеристики, вміст пігментів, а також інтенсивність пероксидного окиснення ліпідів у клітинах Cyanophyta і Chlorophyta (на прикладі їх культур);

2. Дослідити вплив нафтопродуктів на функціональну активність фітопланктону та його видовий склад;

3. Вивчити якісний склад вуглеводневих комплексів поширених представників прісноводних синьозелених і зелених водоростей;

4. Дослідити комплекси вуглеводнів, локалізованих в клітинах водоростей, на їх поверхні, а також присутніх у культуральному середовищі;

5. Дати порівняльну оцінку вуглеводневих комплексів бактеріально та альгологічно чистих культур водоростей;

6. Встановити функціональну роль сполук вуглеводневої природи, локалізованих на поверхні клітин мікроводоростей.

Об'єкт досліджень: культури синьозелених і зелених водоростей, фітопланктон Канівського водосховища.

Предмет досліджень: вуглеводні різного походження в життєдіяльності прісноводних мікроводоростей.

Методи досліджень: гідробіологічні, фізіолого-біохімічні, хімічні.

Наукова новизна отриманих результатів. Встановлено, що реакція мікроводоростей на вплив алохтонних вуглеводнів відрізняється у представників різних відділів та екологічних груп водоростей. В експериментах з фітопланктоном вперше виявлено, що найбільш стійкі до нафтопродуктів представники Chlorophyta, найменш - планктонні види Cyanophyta. Це узгоджується з отриманими нами даними щодо суттєвої інтенсифікації під впливом бензину процесів пероксидного окиснення ліпідів у клітинах культур планктонних синьозелених водоростей на відміну від зелених. Меншою чутливістю до нафтопродуктів характеризуються і перифітонні Cyanophyta.

Вперше проведено порівняльний аналіз вуглеводневих комплексів локалізованих в клітинах, на їх поверхні і присутніх у культуральному середовищі різних видів синьозелених та зелених водоростей. Виявлено, що вказані варіанти відрізняються як за співвідношенням різних груп вуглеводнів (насичені, ненасичені, аліциклічні і ароматичні та їх похідні), так і за компонентним складом. Встановлено високий вміст ароматичних вуглеводнів у культуральних середовищах деяких видів водоростей. Ідентифікація складу вуглеводневих комплексів представників Cyanophyta і Chlorophyta показала, що більшість ароматичних і насичених вуглеводнів є спільними, а ненасичені вуглеводні та їх похідні - специфічні сполуки, властиві певним видам. Вперше проведено порівняння вуглеводневих комплексів бактеріально і альгологічно чистих культур водоростей, екстрагованих з клітин, їх поверхні і культурального середовища. Встановлено, що саме водорості, а не бактерії визначають склад вуглеводнів альгобактеріальних угруповань.

Виявлено, що вміст гідрофобних сполук на поверхні клітин різних видів водоростей істотно відрізняється. Вперше показано, що їх кількість корелює зі стійкістю останніх до токсикантів, що вказує на захисну роль вуглеводнів, локалізованих на поверхні клітин.

Доведено, що за допомогою методу, який широко використовується для визначення нафтопродуктів у воді, реєструється досить високий вміст сполук вуглеводневої природи в культуральних середовищах різних видів Cyanophyta і Chlorophyta.

Практичне значення отриманих результатів. Матеріали досліджень доповнюють інформацію щодо складу і локалізації вуглеводневих сполук у різних видів планктонних і перифітонних водоростей. Відомості про наявність в культуральних середовищах водоростей вуглеводнів, що визначаються за допомогою стандартних методів як «нафтопродукти», слід враховувати при проведенні моніторингу якості води, а також в системах водопідготовки. Отримані результати становлять інтерес при розробці та вдосконаленні методів контролю якості поверхневих вод. Матеріали дисертації можуть бути використані при складанні гідробіологічних прогнозів і з'ясуванні причин зміни структури альгоугруповань в умовах антропогенного забруднення водойм, а також в учбових курсах з альгології, фізіології водоростей, гідробіології та екології.

Особистий внесок дисертанта. Дисертація базується на результатах експериментальних робіт, отриманих автором особисто. Дисертант самостійно підготувала огляд літератури, освоїла низку необхідних методів, провела експериментальні дослідження, узагальнила та проаналізувала одержані дані, сформулювала основні положення дисертації, її новизну, практичне значення та висновки.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертації були представлені на Міжнародній конференції «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов» (Петрозаводськ, Росія, 2004); Міжнародній науковій конференції «Первичная продукция водных экосистем» (Борок, Росія, 2004); IV З'їзді гідроекологічного товариства України (Карадаг, 2005); III Міжнародній конференції «Актуальні проблеми сучасної альгології» (Харків, 2005); Міжнародній науковій конференції, присвяченій пам'яті Б.А. Флерова «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок, Росія, 2005); Third International Conference «Ecological Chemistry-2005» (Chisinau, Moldova, 2005); Міжнародній науковій конференції, присвяченій пам'яті проф. М.В. Гусєва «Физиология микроорганизмов в природных и экспериментальных системах» (Москва, Росія, 2006); II науковій конференції країн СНД «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов» (Петрозаводськ, Росія, 2007); Об'єднаній III Всеросійській конференції з водної токсикології, присвяченій пам'яті Б.А. Флерова «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» (Борок, Росія, 2008); Всеросійській науковій конференції з міжнародною участю «Физиология и генетика микроорганизмов в природных и экспериментальных системах» (Москва, Росія, 2009).

Публікації за матеріалами дисертаційної роботи. За темою дисертації опубліковано 14 друкованих праць, у тому числі у фахових наукових виданнях, затверджених ВАК України ? 6, у матеріалах міжнародних і регіональних конференцій ? 8.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку літератури, якій нараховує 220 літературних джерел. Робота викладена на 160 сторінках, ілюстрована 25 таблицями та 33 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

У розділі узагальнені дані вітчизняної та зарубіжної літератури щодо шляхів трансформації алохтонних вуглеводнів у морських та прісноводних екосистемах. Проаналізовано матеріали, що стосуються ролі бактерій і водоростей у процесах біологічної деградації нафти та нафтопродуктів. Особливу увагу приділено питанням впливу алохтонних вуглеводнів на функціональні характеристики мікроводоростей та видовий склад фітопланктону.

Розглянуто і проаналізовано дані щодо складу вуглеводнів водоростей та їх екзометаболітів вуглеводневої природи. Акцентується увага на те, що вуглеводні водоростей у зв'язку з методичними труднощами, досліджені недостатньо. Не з'ясовані повною мірою питання щодо ролі вуглеводнів у процесах життєдіяльності мікроводоростей та формуванні якості води.

ОБ'ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Об'єктом досліджень були культури синьозелених та зелених водоростей і фітопланктон затоки Оболонь (Канівське водосховище).

В процессі виконання роботи були використані альгологічно чисті культури Cyanophyta: Anabaena cylindrica Lemm. HPDP-1, Anabaena flos-aquae (Lyngb.) Brйb. HPDP-26, Anabaena variabilis Kьtz. HPDP-4, Lyngbya limnetica Lemm. HPDP-9, Microcystis aeruginosa Kьtz. emend. Elenk. HPDP-6, Nostoc punctiforme (Kьtz.) Hariot HPDP-48, Oscillatoria acutissima Kuff. HPDP-64, Oscillatoria limosa Ag. HPDP-27, Oscillatoria neglecta Lemm. HPDP-25, Phormidium autumnale f. uncinata (Ag.) Kondrat. HPDP-36, і Chlorophyta: Acutodesmus obliquus (Turp.) Tsar. HPDP-104, Chlorella vulgaris Beijer. HPDP-119, Desmodesmus armatus (Chod.) Hegew. HPDP-101, Desmodesmus communis (Hegew.) Hegew. HPDP-109, Monoraphidium contortum (Thur.) Kom.-Legn. HPDP-105, Selenastrum gracile Reinsch HPDP-115.

Водорості вирощували на середовищі Фітцджеральда № 11 в модифікації Цендера і Горема (Методы физиолого-биохимического ..., 1975) за температури 20-25°С та освітленості 3000 лк з чергуванням світлового і темнового періодів 16:8.

Дослідження проводили також з бактеріально чистою культурою зеленої водорості Desmodesmus armatus IBASU-270.

Фізіологічний стан культур водоростей і фітопланктону оцінювали методом люмінесцентної мікроскопії (Методы физиолого-биохимического ..., 1975).

Визначення сухої маси культур водоростей проводили стандартним ваговим методом (Методы физиолого-биохимического ..., 1975).

Відносну швидкість росту культур водоростей (м) розраховували згідно М.М. Мусієнко (Мусієнко, 2001).

Вміст пігментів у фітопланктоні і культурах водоростей визначали стандартним екстрактивним спектрофотометричним методом (Минеева, 2004).

Інтенсивність пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ) у клітинах водоростей оцінювали за вмістом продуктів ПОЛ - малонового диальдегіду, дієнових кон'югатів і гідропероксидів ліпідів (Романова, Стальная, 1977; Стальная, 1977; Cтальная, Гаришвили, 1977).

Чисельність і біомасу фітопланктону визначали загальноприйнятим гідробіологічним методом у фіксованих 40%-м розчином формальдегіду зразках води (Топачевський, Масюк, 1984). Назви і об'єм таксонів наведені згідно системи (Разнобразие водорослей Украины, 2000; Царенко, Петлеванный, 2001).

Визначення первинної продукції фітопланктону і деструкції органічної речовини проводили кисневим методом у склянковій модифікації (Винберг, 1960; Приймаченко, 1981; Щербак, 2004). Освітленість вимірювали люксметром Ю-117.

Показник рН води встановлювали за допомогою рН-метра ЛПУ-01.

Визначення концентрації біогенних елементів у воді проводили стандартними гідрохімічними методами (Методи гідроекологічних досліджень…, 2006).

Вміст нафтопродуктів визначали згідно з загальноприйнятою методикою (Методика выполнения измерений ..., 1998).

Екстракцію вуглеводневого комплексу водоростей здійснювали за методом П. Станчева (1980) після відділення клітин від середовища, з використанням гідрофобних органічних розчинників. Ідентифікацію сполук вуглеводневої природи проводили за допомогою газового хромато-мас-спектрометра Hewlett Packard GS / MS 5890/5972 (колонка HP 5MS l = 30 m, у d = 0,25 mm).

Сумарний вміст гідрофобних речовин на поверхні клітин водоростей визначали ваговим методом після екстракції петролейним ефіром (40-600 С) (Станчев, 1980).

В експериментах були використані нафтопродукти - бензин А-92 і дизельне паливо літнє Тюменської нафтової компанії і Кременчуцького нафтопереробного комбінату, які вносили в товщу культурального середовища та зразків природної води. Після внесення нафтопродуктів, а також у процесі експерименту колби з культурами водоростей (об'єм 2 дм3) в контрольних і дослідних варіантах регулярно струшували, а воду у скляних акваріумах (об'єм 3 та 25 дм3) перемішували.

Отримані дані оброблялись статистично з використанням програм Microsoft Excel 2003, 2007.

ВПЛИВ АЛОХТОННИХ ВУГЛЕВОДНІВ НА ФУНКЦІОНУВАННЯ ПРІСНОВОДНИХ МІКРОВОДОРОСТЕЙ (на прикладі культур Cyanophyta і Chlorophyta)

Дослідження впливу бензину та дизельного палива на альгологічно чисті культури Cyanophyta (Microcystis aeruginosa) і Chlorophyta (Desmodesmus armatus) виявило особливості фізіологічного відгуку цих водоростей на дію нафтопродуктів. Встановлено, що бензин і дизпаливо впливали на водорості при всіх досліджуваних концентраціях - 0,025; 0,05; 0,25; 0,5 і 1,0 мг/дм3, що відповідають 0,5; 1; 5; 10 і 20 ГДКр.

При внесенні в культуральне середовище M. aeruginosa бензину з розрахунку 0,5 ГДКр вміст хлорофілу а був у середньому в 1,3 рази вищим, ніж у контролі. При додаванні до середовища бензину 1 ГДКр суха маса водоростей і вміст пігментів (хлорофіл а і сума каротиноїдів) суттєво не відрізнялись порівняно з контролем. У той же час добавки бензину 10 і 20 ГДКр призвели до істотного зниження цих показників, і на 9-у добу експозиції культур спостерігався повний лізис клітин водоростей.

В експерименті з культурою D. armatus зниження вмісту пігментів порівняно з контролем відзначено при всіх добавках бензину (1, 10, 20 ГДКр), проте його зменшення при 10 і 20 ГДКр було не таким суттєвим, як у M. aeruginosa, а показники сухої речовини істотно не відрізнялися від контрольних. Пригнічуючий вплив нафтопродуктів на водорості пов'язують із уповільненням швидкості поділу клітин, що супроводжується їх відмиранням (Миронов, 1985).

Дизельне паливо виявилося менш токсичним для культури M. aeruginosa, ніж бензин. Водночас у зеленої водорості D. armatus вміст хлорофілу а і каротиноїдів з добавками дизпалива (1, 10, 20 ГДКр) був нижчим, ніж у контролі, хоча показники сухої речовини не відрізнялися від контрольних.

Встановлено, що реакція водоростей на пригнічуючий вплив добавок бензину і дизпалива у більшому ступені проявлялась у зменшенні вмісту хлорофілу а в одиниці об'єму культурального середовища, ніж біомаси водоростей. Внесення до культурального середовища водоростей нафтопродуктів з розрахунку 10 і 20 ГДКр призводило до суттєвого зменшення питомого вмісту хлорофілу а (табл. 1). Виключення складав лише M. aeruginosa, у якого цей показник за дії дизпалива істотно не змінився.

Таблиця 1

Вплив нафтопродуктів на питомий вміст хлорофілу а в біомасі водоростей (мг/г сухої маси)

Культури водоростей	Варіанти досліду	Хл. а/ біомаса, M±m
Desmodesmus armatus	Бензин
	Контроль	18,15±1,46
	1 ГДКр	14,26±1,95
	10 ГДКр	9,51±1,75
	20 ГДКр	8,25±2,12
Desmodesmus armatus	Дизельне паливо
	Контроль	18,15±1,46
	1 ГДКр	16,19±1,95
	10 ГДКр	9,22±2,36
	20 ГДКр	8,95±2,84
Microcystis aeruginosa	Бензин
	Контроль	9,03±0,56
	1 ГДКр	9,38±0,73
	10 ГДКр	4,51±1,63
	20 ГДКр	4,44±1,52

П р и м і т к а: Представлені середні значення за 9 днів експозиції.

Отримані дані свідчать про те, що однією з причин зафіксованого у природних умовах порушення кореляції між вмістом хлорофілу а і біомасою фітопланктону у водоймах, які зазнають антропогенного забруднення (Курейшевич, Сиренко, 2001; Семенюк, 2007), може бути вплив на функціонування водоростей деяких токсикантів, зокрема нафтопродуктів.

Подовження терміну експозиції культур водоростей з нафтопродуктами до 3-х місяців супроводжувалось стимуляцією їх росту. У культурі M. aeruginosa під впливом бензину (1 ГДКр) вміст хлорофілу а був вищим, ніж у контролі в 1,7 рази, дизпалива - в 1,5 рази. Культура M. aeruginosa, в якій після додавання бензину (10 і 20 ГДКр) спостерігався лізис клітин, через 3 місяці знову інтенсивно розвивалася, хоча і відставала за показниками росту від контролю. Причиною цього, на наш погляд, є те, що при зменшенні концентрації нафтопродуктів у культуральному середовищі в результаті хімічної і бактеріальної деградації, їх прес на водорості знижувався.

Хоча провідна роль у процесах біодеградації нафтових вуглеводнів належить бактеріям, в літературі є відомості про те, що синьозелені і еукаріотичні водорості також здатні використовувати вуглеводні, в тому числі ароматичні сполуки як джерело вуглецю (Gogotov, 1992). Експериментально показано, що низькомолекулярні алкани (бутан - 14С і пентан - 14С), введені в культуральне середовище синьозелених водоростей, включалися в метаболізм клітин (Сакевич, 1985). На нафтопродукти позитивно реагують переважно «дрібні» форми фітопланктону, що може бути наслідком використання нафти та інших органічних сполук при фотоорганотрофному живленні (Кузьменко, 1981; Курочкина та ін., 1986).

Як відомо, токсиканти викликають посилення процесів пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ) в клітинах гідробіонтів (Грубінко, Леус, 2001). Встановлено, що нафтопродукти по-різному впливають на перебіг цих процесів у різних видів водоростей. Найбільш суттєво кількість продуктів ПОЛ за дії бензину (з розрахунку 5 ГДКр) на 3-ю добу зростала у представника планктонних синьозелених водоростей - Microcystis aeruginosa, а також у Anabaena variabilis і Oscillatoria acutissima, які розвиваються в планктоні, бентосі і перифітоні. Необхідно відзначити, що збільшення вмісту продуктів ПОЛ в клітинах водоростей корелювало із зменшенням вмісту хлорофілу а і сухої маси водоростей. У перифітонних синьозелених водоростей Nostoc punctiforme, Phormidium autumnale f. uncinata і переважно бентосного виду Anabaena cylindrica істотного підвищення порівняно з контролем кількості продуктів ПОЛ після додавання бензину в умовах наших експериментів не зафіксовано. Така реакція представників перифітонних водоростей пояснюється очевидно тим, що вони більш стійкі до дії негативних факторів середовища (Курейшевич, Медведь, 2009).

Найбільш толерантними до впливу бензину виявилися досліджені зелені водорості: збільшення порівняно з контролем кількості продуктів ПОЛ після внесення бензину в культури Chlorella vulgaris, Selenastrum gracile і Monoraphidium contortum в більшості випадків не спостерігалося.

зміна фотосинтетичної активності та видового складу фітопланктону за дії нафтопродуктів

Дані, отримані в експериментах з культурами водоростей, стали основою для проведення подальших досліджень впливу нафтопродуктів на угруповання фітопланктону природних водойм.

Встановлено, що реакція фітопланктону на дію нафтопродуктів виявляється досить швидко після їх додавання до проб природної води. Так, після 3-х годинної експозиції на світлі чиста продукція фітопланктону під впливом бензину (1 ГДКр) мало відрізнялася від контролю, а при 10 ГДКр зменшилась у середньому в 6 разів. У разі додавання бензину з розрахунку 20 ГДКр спостерігалося перевищення поглинання кисню на світлі над його виділенням. За 10 і 20 ГДКр істотно посилилась деструкція органічної речовини (в 1,6 і 4,3 рази порівняно з контролем, відповідно).

Дизельне паливо також пригнічувало фотосинтез, але менш суттєво, ніж бензин. Це пов'язано з тим, що в бензині міститься більша частка токсичних водорозчинних компонентів, ніж у дизпаливі. На відміну від бензину дизельне паливо неістотно впливало на показники деструкції органічної речовини. Отримані результати щодо інгібування фотосинтезу фітопланктону нафтопродуктами узгоджуються з даними інших дослідників (Щербак та ін.., 2005) про те, що підвищення концентрації нафтопродуктів у воді Каховського водосховища до 0,28?1,87 мг/дм3 (5-37 ГДКр) призводило до зниження інтенсивності валової і питомої первинної продукції.

Результати експериментів показали, що за подібного видового складу фітопланктону і співмірних показників його чисельності і біомаси пригнічення фотосинтезу нафтопродуктами було суттєвішим в яскраві сонячні дні. За нашими даними, збільшення освітленості призводить до посилення інгібуючого впливу нафтопродуктів на фотосинтетичну активність фітопланктону

За дії нафтопродуктів спостерігалась також зміна видового складу альгоугруповань. Враховуючи, що фітопланктон в різні сезони характеризується домінуванням представників різних відділів водоростей, істотний інтерес становило порівняння особливостей відгуку планктонних водоростей на нафтопродукти у весняний, літній та осінній сезони.

В пробах фітопланктону, відібраних у весняний сезон, за чисельністю і біомасою переважали діатомові водорості (домінант Stephanodiscus hantzschii Grun.). Біомасу формували також Dinophyta, Chlorophyta, Chrysophyta і Euglenophyta.

Під впливом бензину та дизельного палива з розрахунку 1 ГДКр відзначено суттєве збільшення порівняно з контролем загальних показників чисельності та біомаси водоростей за рахунок посилення розвитку представників Chlorophyta і Bacillariophyta. В разі додавання до зразків фітопланктону бензину з розрахунку 10 і 20 ГДКр на 8-у добу експерименту біомаса водоростей була нижче контрольних значень. Дизельне паливо для них так само, як і в експериментах з культурами водоростей, виявилося менш токсичним, ніж бензин. Так, на 8-у добу у варіантах з початковою концентрацією дизпалива 10 і 20 ГДКр біомаса водоростей перевищувала значення у контролі приблизно в 4 рази.

У літній сезон у фітопланктоні домінували Cyanophyta - Microcystis aeruginosa, Anabaena flos-aquae, Aphаnizomenon flos-aquae (L.) Ralfs. Результати показали, що літній фітопланктон з домінуванням синьозелених водоростей виявився більш чутливим до добавок нафтопродуктів, ніж весняний з домінуванням діатомових. Внесення у дослідні варіанти нафтопродуктів з розрахунку 1 ГДКр на 3-ю добу призводило до збільшення біомаси водоростей, однак до кінця експерименту (6-а доба) цей показник знижувався. У варіантах з добавками бензину з розрахунку 10 і 20 ГДКр на 6-у добу значення біомаси були нижчі, ніж у контролі в 4 і 10 разів відповідно, дизельного палива - в 2,5 і 2,7 рази.

Реакція представників різних відділів водоростей на нафтопродукти відрізнялася. Cyanophyta пригнічувалися як під впливом бензину, так і дизпалива, і в дослідах з літнім фітопланктоном їхня біомаса зменшилася на 6-у добу експерименту порівняно з контролем за максимальної добавки бензину в 22 рази, дизпалива - в 11 разів. При наявності у планктоні представників родів Melosira Ag. і Aulacoseira Thw. на 6-у добу практично при всіх добавках нафтопродуктів відзначено зменшення біомаси діатомових водоростей. Необхідно зазначити, що зелені водорості виявилися найменш чутливими до нафтопродуктів, і на 6-у добу їх біомаса за найбільшої добавки дизельного палива була приблизно в 2 рази вищою, ніж у контролі.

В осінній сезон у фітопланктоні за чисельностю та біомасою переважали синьозелені водорості (домінант Microcystis aeruginosa). Істотний внесок у загальну біомасу вносили також діатомові водорості Nitzschia pusilla Grun., Melosira varians Ag. і Aulacoseira sp. Додавання до проб бензину з розрахунку 1 ГДКр призводило до збільшення біомаси водоростей на 3-ю добу, однак на 6-у і 10-у добу цей показник був нижчим за контроль. За такої ж добавки дизельного палива на 3-ю і 6-у добу значення біомаси водоростей були співмірні з показниками в контролі, проте на 10-у - також істотно відставали від них. Більші добавки бензину і дизпалива (10 і 20 ГДКр) так само, як і в літній сезон, викликали зменшення показників біомаси водоростей і вмісту хлорофілу а в одиниці об'єму води.

В результаті експериментів виявлено також певні зміни вмісту біогенних елементів у зразках природної води при додаванні нафтопродуктів. Наприклад, у дослідах з осіннім фітопланктоном спостерігалась тенденція до зростання у воді вмісту фосфатів. Кількість останніх на 3-ю добу досліду збільшилась порівняно з контролем на 50 і 85% у варіантах 10 і 20 ГДКр бензину та на 46 і 67% дизпалива відповідно, що може свідчити про недоспоживання фосфатів фітопланктоном. Дещо збільшився також вміст амонійного (на 25 і 21% відповідно) і нітритного азоту (на 10 і 30%). У всіх дослідних варіантах нами зафіксовано зменшення вмісту розчиненого у воді кисню і показника рН води. Однією з причин цього може бути зменшення продукції кисню водоростями.

Важливо відзначити, що на фоні зниження показників загальної біомаси водоростей у дослідних варіантах спостерігалася інтенсифікація розвитку Chlorophyta. На 10-у добу за рахунок збільшення чисельності зелених водоростей їх біомаса зросла порівняно зі значеннями в контролі за максимальної добавки бензину в 10 разів, дизпалива - в 4 рази. Найвищими кількісними показниками у варіанті з добавкою 20 ГДКр бензину характеризувалися види родів Acutodesmus (Hegew.) Tsar., Coelastrum Nдg., Desmodesmus (Chod.) An, Friedl et Hegew., Pediastrum Meyen. За літературними даними (Щербак та ін., 2004) дуже високий вміст нафтопродуктів, що перевищує ГДКр в сотні разів, навпаки, призводить до зменшення чисельності і біомаси водоростей та до спрощення структури альгоугруповань.

Більша стійкість до нафтопродуктів представників Chlorophyta в порівнянні з планктонними видами Cyanophyta, що викликають «цвітіння» води, узгоджується з отриманими нами даними щодо значної інтенсифікації під впливом бензину (5 ГДКр) процесів пероксидного окиснення ліпідів у клітинах планктонних синьозелених водоростей на відміну від зелених.

Отже, алохтонні вуглеводні істотно впливають на структуру альгоугруповань. Виживають стійкі до дії нафтопродуктів види. Вони заміщують водорості, більш чутливі до даного виду забруднення. Таким чином може відбуватися зміна складу альгоугруповань.

екологічна і фізіологічна роль вуглеводнів мікроводоростей

Враховуючи, що автохтонні вуглеводні при проведенні моніторингу якості води окремо від нафтопродуктів не визначаються, важливо оцінити кількісні показники і склад сполук вуглеводневої природи, які є продуктами життєдіяльності прісноводних мікроводоростей.

За допомогою стандартного методу, що широко використовується для визначення концентрації нафтопродуктів у воді, нами виявлено досить високий вміст вуглеводнів у культуральних середовищах різних видів Cyanоphyta і Chlorophyta (табл. 2).

Таблиця 2

Вміст вуглеводнів у культуральних середовищах водоростей (вік культур - 6-10 місяців)

Культури водоростей	Вуглеводні, мг/дм3	Вуглеводні, мг/г сухої речовини
Cyanophyta
Microcystis aeruginosa	0,106	0,097
Nostoc punctiforme	0,110	0,036
Phormidium autumnale f. uncinata	0,155	0,075
Chlorophyta
Acutodesmus obliquus	0,062	0,055
Chlorella vulgaris	0,140	0,432

Причиною цього є той факт, що багато з вуглеводнів містяться як у водоростях, так і входять до складу нафтопродуктів. Концентрація вуглеводнів у культуральних середовищах досліджених нами видів водоростей у більшості випадків перевищувала ГДКр для нафтопродуктів (0,05 мг/дм3) у 2-3 рази (див. табл. 2). Це означає, що вуглеводні, які потрапляють у воду з прижиттєвими та постлетальними виділеннями водоростей, можуть вносити похибку в оцінку ступеню забруднення водойм нафтопродуктами.

Досліджено якісний та кількісний склад вуглеводневих комплексів поширених видів водоростей різних екологічних груп. Результати екстрагування і подальшої ідентифікації вуглеводнів альгологічно чистих культур синьозелених водоростей (Anabaena variabilis, Oscillatoria limosa) і зеленої (Desmodesmus communis), показали наявність в них насичених, ненасичених, аліциклічних і ароматичних вуглеводнів та їх похідних. З усіх перерахованих вуглеводнів тільки насичені є умовно індиферентними, решта - у різному ступені токсичними.

У складі вуглеводневого комплексу, екстрагованого з Anabaena variabilis, найбільше (69,6%) міститься аліциклічного вуглеводню - прегнан-3,17,20-тріол, циклічного 17,20-метилборонату. Як попередник стероїдів, ця сполука є потенційно небезпечною для гідробіонтів вищих трофічних рівнів і водоспоживачів. Відомо, що стероїди входять також до складу нафти і нафтопродуктів (Ебрахим, 2007).

У вуглеводневому комплексі Oscillatoria limosa зазначений вище аліциклічний вуглеводень також був присутній у найбільшій кількості - 66,2%. В екстракті цієї водорості нами виявлено і надзвичайно токсичну похідну ароматичного вуглеводню 2,3,5,6-тетрахлорфеніл-метилсульфоксид, що містить 4 атоми хлору.

Вуглеводневий комплекс Desmodesmus communis характеризувався найбагатшим компонентним складом. При цьому в найбільшій кількості (43,6%) в екстракті цієї водорості зареєстровано похідну ароматичного вуглеводню ? 2,5-дибромо-4'-метоксібіфеніл (рис. 1, час утримання 13.00). Як відомо, ароматичні вуглеводні є найбільш токсичними, багато з них канцерогенні (Arrieta-Baez et al., 2002; Leung et al., 2003).

Одержані результати свідчать про те, що склад вуглеводневих комплексів мікроводоростей є видоспецифічним. Синьозелені водорості A. variabilis і O. limosa характеризуються подібним вмістом ароматичних вуглеводнів та їх похідних, водночас для зеленої водорості D. communis цей показник у 8 разів вищий. Зелена водорість містить також більше ненасичених вуглеводнів та їх похідних, що характеризує її прижиттєві і постлетальні виділення як вельми токсичні.

Для більш детального вивчення складу сполук вуглеводневої природи водоростей, а також з'ясування їх локалізації, нами проведена екстракція вуглеводневих комплексів окремо з клітин водоростей, з їх поверхні і з культурального середовища. Виявлено, що у всіх трьох типах екстрактів, отриманих з культури синьозеленої водорості Phormidium autumnale f. uncinata, містилася значна кількість ароматичних вуглеводнів (рис. 2), причому максимальна їх частка виявлена в культуральному середовищі. В екстракті з поверхні клітин зафіксовано найбільше насичених вуглеводнів та їх похідних.

У зеленої водорості Chlorella vulgaris екстракти з клітин, з їх поверхні і з культурального середовища відрізнялися як за співвідношенням різних груп вуглеводнів, так і за компонентним складом (див. рис.1). Культуральне середовище зеленої водорості, як і синьозеленої, характеризувалось найбільшим вмістом ароматичних вуглеводнів та їх похідних, які можуть суттєво впливати на якість води.

Високий вміст токсичних ароматичних вуглеводнів у культуральних середовищах водоростей (до 64% від загального вмісту вуглеводнів) і істотні відмінності в їх кількості у різних видів (більш, ніж у 6 разів) може свідчити про алелопатичну роль цих сполук у життєдіяльності представників альгофлори.

Водорості, як у природі, так і в умовах культур, знаходяться в тісному взаємозв'язку з супутніми бактеріями. Для розмежування їх ролі у виділенні сполук вуглеводневої природи були досліджені альгологічно і бактеріально чисті культури зеленої водорості Desmodesmus armatus. Аналізувалися екстракти з клітин водоростей, їх поверхні і культурального середовища.

Виявлено, що до складу вуглеводневих комплексів водорості D. armatus, виділених з клітинної маси, поверхні клітин і культурального середовища бактеріально і альгологічно чистої культури, входять одні й ті самі вуглеводні. Це свідчить про те, що саме водорості, а не бактерії визначають склад вуглеводнів альгобактеріальних угруповань.

Аналіз експериментальних даних показав, що в екстракті з поверхні клітин бактеріально чистої культури містилося в 6 разів більше ненасичених вуглеводнів. Це може бути пов'язано з тим, що в альгологічно чистих культурах бактерії, які знаходяться на клітинних стінках водоростей, очевидно здатні відновлювати ненасичені вуглеводні.

Метаболізм і функціонування мікроводоростей значною мірою пов'язані з будовою клітинних оболонок, до складу яких входять гідрофобні сполуки, головним чином вуглеводні та їх похідні. Істотний інтерес становить дослідження фізіологічної ролі вуглеводнів, які знаходяться на клітинних стінках водоростей. Для з'ясування цього питання було проведено серію експериментів з метою встановлення зв'язку між кількісними показниками вуглеводнів, локалізованих на клітинних стінках водоростей, і стійкістю останніх до токсикантів.

Результати свідчать, що вміст вуглеводнів на поверхні клітинних оболонок різних видів водоростей суттєво відрізняється (табл. 3).

Таблиця 3

Вміст гідрофобних речовин на поверхні клітин деяких видів культур синьозелених і зелених водоростей

Види водоростей	Частка від сухої маси клітин, %
Microcystis aeruginosa	0,010
Anabaena flos-aquae	0,059
Phormidium autumnale f. uncinata	0,463
Oscillatoria neglecta	0,573
Lyngbya limnetica	0,695
Desmodesmus armatus	0,375
Selenastrum gracile	0,607
Chlorella vulgaris	3,432

У зелених водоростей Desmodesmus armatus, Selenastrum gracile, Chlorella vulgaris і синьозелених Phormidium autumnale f. uncinata (перифітонний вид), Lyngbya limnetica, Oscillatoria neglecta (еврибіонтні види) вміст гідрофобних сполук значно вищий, ніж у планктонних синьозелених водоростей Microcystis aeruginosa і Anabаena flos-aquae. Виявлено, що цей факт впливає на неоднакову чутливість різних видів водоростей до деяких токсикантів, зокрема п-хінону (рис. 3).

Найбільш чутливими до нього виявилися культури планктонних синьозелених водоростей Microcystis aeruginosa і Anabaena flos-aquae, вуглеводневий шар на поверхні клітин яких був мінімальним, найменш чутливими - зелені, що містять максимальну кількість гідрофобних сполук (див. рис. 3). Немає сумніву в тому, що гідрофобні речовини, серед яких найбільше вуглеводнів, певною мірою регулюють виділення з клітин і поглинання з середовища розчинених речовин, у тому числі і токсикантів.

Цей висновок підтверджується експериментами з пробами фітопланктону, які збагачували індиферентними насиченими вуглеводнями ? пентадеканом і докозаном. Додавання їх до зразків води, відібраних під час «цвітіння» води синьозеленими водоростями, підвищувало стійкість Cyanophyta до токсикантів. Якщо у варіанті з добавками п-хінону біомаса синьозелених водоростей на 4-у добу зменшилася у 8 разів порівняно з вихідною, то у варіантах з додаванням п-хінону і насичених вуглеводнів - у середньому лише в 1,5 рази. Це може пояснюватися тим, що індиферентні вуглеводні адсорбуються на поверхні клітин водоростей і виконують захисну функцію.

ВИСНОВКИ

1. Встановлено закономірності реакції прісноводних мікроводоростей на вплив алохтонних вуглеводнів (бензин, дизельне паливо). Визначено склад вуглеводневих комплексів різних видів водоростей і показана захисна функція гідрофобних сполук, локалізованих на поверхні їхніх клітин. Доведено, що водорості можуть відігравати істотну роль у надходженні у водне середовище речовин вуглеводневої природи, багато з яких належать до високотоксичних сполук, що погіршують якість води.

2. Виявлено, що реакція мікроводоростей на вплив нафтопродуктів залежить від їх типу (бензин, дизельне паливо), концентрації, тривалості впливу та індивідуальної чутливості до них різних представників альгофлори.

3. Встановлено, що внесення нафтопродуктів в культуральне середовище з розрахунку 0,5 ГДКр стимулювало розвиток водоростей, 1 ГДКр - суттєво не впливало на них. Реакція культур водоростей на пригнічуючі їх ріст концентрації (10 і 20 ГДКр) проявлялась у зменшенні сухої маси, концентрації пігментів, показників питомого вмісту хлорофілу а в біомасі, посиленні процесів пероксидного окиснення ліпідів у клітинах водоростей.

4. Показано, що фітопланктон швидко реагує на дію нафтопродуктів. Вже через 3 години після внесення їх у проби води чиста продукція у варіантах з добавками бензину 10 ГДКр зменшувалася у порівнянні з контролем у середньому в 6 разів, 20 ГДКр - спостерігалось перевищення поглинання кисню над виділенням. Такі ж концентрації дизпалива призводили до зниження продукції у 2 і 16 разів відповідно. При високій сонячній інсоляції інгібуючий вплив нафтопродуктів на фотосинтез водоростей посилювався.

5. В експериментах з фітопланктоном встановлено, що найбільш стійкі до нафтопродуктів ? зелені водорості, найменш - планктонні види синьозелених, які викликають «цвітіння» води. Це узгоджується з даними, отриманими на культурах водоростей, про значну інтенсифікацію під впливом бензину (5 ГДКр) процесів пероксидного окиснення ліпідів у клітинах планктонних видів Cyanophyta на відміну від Chlorophyta.

6. Порівняльний аналіз вуглеводневих комплексів альгологічно і бактеріально чистих культур мікроводоростей показав подібність його складу, що свідчить про провідну роль водоростей у формуванні пулу вуглеводнів альгобактеріальних угруповань.

7. Виявлено, що більшість ароматичних і насичених вуглеводнів є спільними для вуглеводневих комплексів всіх досліджених видів водоростей, в той же час ненасичені вуглеводні та їх похідні - специфічні сполуки, властиві певним видам.

8. Вуглеводневі сполуки, екстраговані з клітин, з їх поверхні і з культурального середовища представників Cyanophyta і Chlorophyta, відрізняються як за співвідношенням різних груп вуглеводнів, так і за компонентним складом. Високий вміст ароматичних вуглеводнів у культуральних середовищах деяких водоростей (до 64% від загального вмісту) і істотні відмінності в їх кількості у різних видів (більш, ніж у 6 разів) можуть свідчити про алелопатичну роль цих сполук у життєдіяльності представників альгофлори.

9. Встановлено, що вміст гідрофобних речовин на поверхні клітин різних видів водоростей відрізняється більш, ніж у 300 разів. Мінімальна їх кількість (0,01?0,06% від сухої маси) виявлена у представників планктонних синьозелених водоростей, максимальна - у зелених (0,36?3,43%), що визначає, за нашими даними, стійкість останніх до токсикантів і свідчить про захисну роль вуглеводнів, локалізованих на поверхні клітин.

10. Реєстрація вуглеводнів у культуральних середовищах водоростей (0,04?0,16 мг/дм3) за допомогою загальноприйнятого методу визначення вмісту нафтопродуктів у воді свідчить про те, що при інтенсивному розвитку водоростей їх екзометаболіти вуглеводневої природи можуть становити частку сполук, які визначаються у водоймах як нафтопродукти.

СПИСОК НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Курейшевич А.В. Влияние метаболитов водорослей на качество воды в условиях действия природных и антропогенных факторов / А.В. Курейшевич, В.П. Гусейнова, А.И. Сакевич // Гидробиол. журн. - 2003. - Т. 39, №6. - С. 57-73 (відбір та дослідження проб фітопланктону, експериментальна робота з культурами водоростей, обробка даних, узагальнення матеріалів, участь у написанні статті).

2. Курейшевич А.В. Сочетанное влияние некоторых загрязняющих веществ и ультрафиолетовой радиации на фотосинтез фитопланктона / А.В. Курейшевич, В.П. Гусейнова // Гидробиол. журн. - 2004. - Т. 40. - №6. - С.84-101 (відбір та дослідження проб фітопланктону, постановка експериментальних досліджень, обробка даних, узагальнення матеріалів, участь у написанні статті).

3. Гусейнова В.П. Сравнительное изучение углеводородных комплексов Desmodesmus armatus (Chodat) E. Hegew (Chlorophyta) в условиях бактериально и альгологически чистых культур / В.П. Гусейнова, Е.В. Борисова, А.В. Курейшевич // Гидробиол. журн. - 2007. - Т. 43, - № 6. - С. 32-42 (експериментальна робота з культурами водоростей, обробка даних, узагальнення матеріалів, написання статті).

4. Гусейнова В.П. Углеводороды клеточных оболочек пресноводных водорослей и некоторые аспекты их экологического метаболизма / В.П. Гусейнова, А.И. Сакевич // Гидробиол. журн. - 2007. - Т. 43, - № 4. - С. 62-76 (експериментальна робота з культурами водоростей, обробка даних, узагальнення матеріалів, написання статті).

5. Курейшевич А.В. Влияние нефтепродуктов на рост и содержание пигментов в культурах водорослей Microcystis aeruginosa и Desmodesmus armatus / А.В. Курейшевич, В.П. Гусейнова // Гидробиол. журн. - 2008. - Т. 44, №2. - С. 75-87 (експериментальна робота з культурами водоростей, обробка даних, узагальнення матеріалів, написання статті).

6. Усенко О.М. Особенности влияния полифенолов на водоросли в условиях изменения активной реакции (pH) среды / О.М. Усенко, В.П. Гусейнова, А.И. Сакевич // Гидробиол. журн. - 2008. - Т. 44, №3. - С. 39-48 (відбір та дослідження проб фітопланктону, експериментальна робота з культурами водоростей, обробка даних, узагальнення матеріалів, участь у написанні статті).

7. Гусейнова В.П. Влияние нефтепродуктов на количественные показатели и видовой состав фитопланктона / В.П. Гусейнова, А.В. Курейшевич // Актуальные проблемы современной альгологии (Мат. науч. конф., Харьков, 20-23 апреля 2004 г.). - Харьков, 2004. - С. 43 (відбір та дослідження проб фітопланктону, обробка даних, узагальнення матеріалів, написання тез).

8. Курейшевич А.В. Влияние УФ-компоненты солнечного света на фотосинтетическую активность фитопланктона / А.В. Курейшевич В.П. Гусейнова // Материалы конференции «Первичная продукция водных экосистем» (Ярославль, Россия, 11-16 мая 2004 г.). - Ярославль, 2004 - С. 54-55 (відбір та дослідження проб фітопланктону, постановка експериментальних досліджень, обробка даних, узагальнення матеріалів, участь у написанні тез).

9. Гусейнова В.П. Экзометаболиты планктонных водорослей и их роль в загрязнении среды / В.П. Гусейнова, А.В. Курейшевич // Материалы ІІІ Международной конф. «Экологическая химия 2005» (20-21 мая 2005г., Кишинев, Молдова). - Кишинев, 2005. - С. 67 (експериментальні дослідження з культурами водоростей, обробка даних, узагальнення матеріалів, написання тез).

10. Курейшевич А.В. Экзометаболиты планктонных водорослей углеводородной природы и их роль в загрязнении среды / А.В. Курейшевич, В.П. Гусейнова // Современные проблемы водной токсикологии (Мат. науч. конф., Борок, Россия, 20-24 сентября 2005 г.). - Борок, 2005. - С. 78-79 (експериментальна робота з культурами водоростей, обробка даних, узагальнення матеріалів, участь у написанні тез).

11. Гусейнова В.П. Влияние нефтепродуктов на пигментные и ростовые показатели культур синезеленой и зеленой водорослей / В.П. Гусейнова, А.В. Курейшевич, Н.В. Рыбак // Физиология микроорганизмов в природных и экспериментальных системах (Материалы конференции). (16-19 мая 2006 г., Москва, Россия). - Москва, 2006. - С. 73 (експериментальна робота з культурами водоростей, обробка даних, узагальнення матеріалів, написання тез).

12. Гусейнова В.П. Роль гидрофобных веществ клеточных оболочек пресноводных водоростей в формировании их устойчивости к альгицидам / В.П. Гусейнова, А.И. Сакевич // Материалы 2-й научной конференции стран СНГ «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов» (11-14 сентября 2007 г., Петрозаводск, Россия). - Петрозаводск, 2007. - С.50 (експериментальна робота з культурами водоростей, обробка даних, узагальнення матеріалів, написання тез).

13. Гусейнова В.П. Отклик пресноводных микроводорослей на воздействие различных нефтепродуктов / [В.П. Гусейнова, А.В. Курейшевич, Ю.В. Крылова, Е.А. Курашов] // Материалы III Всероссийской конференции по водной токсикологии памяти Б.А. Флерова «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» (Борок, 11-16 ноября 2008г.) - 2008. - Часть 2. - С. 221-225 (відбір та дослідження проб фітопланктону, обробка даних, узагальнення матеріалів, написання тез).

14. Курейшевич А.В. Влияние нефтепродуктов на интенсивность перекисного окисления липидов у различных видов микроводорослей / [Курейшевич А.В., Гусейнова В.П., Потрохов А.С., Зиньковский О.Г., Сосновская О.Г.] // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел биологический. Физиология и генетика микроорганизмов в природных и экспериментальных системах. - 2009. - Т. 114, вып. 2, приложение 1. - С. 239-240 (експериментальна робота з культурами водоростей, обробка даних, узагальнення матеріалів, участь у написанні тез).

ПОДЯКИ

Автор висловлює щиру вдячність д.б.н. Алефтіні Вікторівні Ліщук за наукове керівництво. Дисертант дякує д.б.н О.Й. Сакевичу за цінні поради та співпрацю. Також подяку за консультації автор висловлює к.б.н. Н.І. Кірпенко, к.б.н. В.О. Медведь, інженерам М.Н. Пахомовій та Н.В. Рибак.

фітопланктон вуглеводень мікроводорость прісноводний

АНОТАЦІЯ

Гусейнова В.П. Сполуки вуглеводневої природи у функціонуванні прісноводних мікроводоростей - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук зі спеціальності 03.00.17 - гідробіологія. - Інститут гідробіології НАН України, Київ, 2010.

В дисертації наведено результати досліджень ролі сполук вуглеводневої природи у життєдіяльності прісноводних мікроводоростей. Встановлено закономірності впливу нафтопродуктів на функціонування мікроводоростей. Виявлено, що концентрації бензину та дизельного палива з розрахунку 0,5 ГДКр (ГДКр=0,05 мг/дм3) стимулювали розвиток водоростей. Реакція культур водоростей на концентрації, що пригнічуювали їх ріст (10 і 20 ГДКр), проявлялась у зменшенні сухої маси, концентрації пігментів, показників питомого вмісту хлорофілу а в біомасі, посиленні процесів пероксидного окиснення ліпідів у клітинах водоростей. В експериментах з фітопланктоном встановлено, що найбільш стійкі до дії нафтопродуктів представники Chlorophyta, найменш ? планктонні види Cyanophyta, що викликають «цвітіння» води.

Визначено склад вуглеводневих комплексів різних видів водоростей. Проведено порівняльний аналіз вуглеводнів, що знаходяться в клітинах, на їх поверхні і в культуральному середовищі. Встановлена захисна функція вуглеводневих сполук, локалізованих на поверхні клітин водоростей. Доведено, що водорості можуть відігравати істотну роль у надходженні у водне середовище речовин вуглеводневої природи, багато з яких належать до високотоксичних сполук. Виявлено, що за допомогою методу визначення у воді кількості нафтопродуктів, реєструється досить високий вміст сполук вуглеводневої природи в культуральних середовищах різних видів Cyanophyta і Chlorophyta. Це свідчить про те, що екзометаболіти вуглеводневої природи водоростей під час їх інтенсивного розвитку можуть складати частку сполук, які визначаються як нафтопродукти.

Ключові слова: прісноводний фітопланктон, культури водоростей, автохтонні вуглеводні, нафтопродукти, функціонування.

АННОТАЦИЯ

Гусейнова В.П. Соединения углеводородной природы в функционировании пресноводных микроводорослей. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.17 - гидробиология. - Институт гидробиологии НАН Украины, Киев, 2010.

В диссертации представлены результаты исследований по выяснению роли соединений углеводородной природы в процессах жизнедеятельности пресноводных микроводорослей. Установлены закономерности влияния нефтепродуктов на функционирование водорослей. Выявлено, что концентрации бензина и дизельного топлива из расчета 0,5 ПДКр (ПДКр=0,05 мг/дм3) стимулировали развитие водорослей. Реакция культур водорослей на ингибирующие их рост концентрации (10 и 20 ПДКр) проявлялась в уменьшении сухой массы, содержания пигментов, показателей удельного содержания хлорофилла а в биомассе и усилении процессов перекисного окисления липидов в клетках водорослей. Показано, что угнетение фотосинтеза фитопланктона под влиянием нефтепродуктов проявляется уже через 3 часа после внесения их в пробы воды. Ингибирующее влияние бензина и дизтоплива на фотосинтетическую активность водорослей усиливалось при увеличении освещённости. В экспериментах с фитопланктоном установлено, что наиболее устойчивы к нефтепродуктам зеленые водоросли, наименее - планктонные виды синезеленых, вызывающие «цветение» воды. Это согласуется с полученными данными о существенной интенсификации под воздействием бензина (5 ПДКр) процессов перекисного окисления липидов в клетках культур планктонных синезеленых водорослей в отличие от зеленых.

Определен состав углеводородных комплексов распространённых представителей Cyanophyta и Chlorophyta. Проведён сравнительный анализ углеводородов, содержащихся в клетках, на их поверхности и в культуральной среде различных видов водорослей. Сравнение углеводородных комплексов альгологически и бактериально чистых культур водорослей показало подобность его состава, что свидетельствует о том, что основная роль в формировании пула углеводородов альгобактериальных сообществ принадлежит водорослям. Высокое содержание ароматических углеводородов в культуральных средах некоторых видов водорослей (до 64% от общего содержания углеводородов) и существенные различия в их количестве в среде разных видов (более чем в 6 раз) может свидетельствовать об аллелопатической роли этих соединений в жизнедеятельности представителей альгофлоры. Установлено, что содержание гидрофобных веществ на поверхности клеток различных видов водорослей различается более, чем в 300 раз. Минимальное их количество (0,01?0,059% от сухой массы) обнаружено у представителей планктонных Cyanophyta, максимальное - у Chlorophyta (0,36?3,43%), что определяет, по нашим данным, устойчивость последних к токсикантам и свидетельствует о защитной роли углеводородов, находящихся на поверхности клеток. Выявлено, что с помощью метода определения в воде количества нефтепродуктов регистрируется довольно высокое содержание углеводородов (0,04?0,155 мг/дм3) в культуральных средах водорослей. Это свидетельствует о том, что экзометаболиты углеводородной природы водорослей при их интенсивном развитии могут составлять часть соединений, которые определяются в водоёмах как нефтепродукты.