Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Аминокислоты сестона малых эвтрофных водоемов бассейна Енисея

ВАК РФ 03.02.10, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Аминокислоты сестона малых эвтрофных водоемов бассейна Енисея"

004609685 Направтиукогшси

Колмакова Анжелика Александровна

АМИНОКИСЛОТЫ СЕСТОНА МАЛЫХ ЭВТРОФНЫХ ВОДОЕМОВ БАССЕЙНА ЕНИСЕЯ

03.02.10 - гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

3 0 СЕН 2010

Красноярск-2010

004609685

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте биофизики Сибирского Отделения РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук

Сущик H.H.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, чл.-корр. НАНБелоруси

Остапеня А.П. доктор биологических наук, профессор Кратасюк В.А..

Ведущая организация: Институт биологии моря им. A.B. Жирмунского ДВО РАН

Защита состоится "Wte/VAdpfl 010 г. в часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.099.15 при Сибирском федеральном университете по адресу: 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского федерального университета.

Автореферат разослан " с"ияЯеЯр'Л 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, доцент

Гаевский H.A.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ключевая проблема в современной гидробиологии -исследование закономерностей переноса вещества и энергии по трофическим цепям (Алимов, 2000). При исследовании трофических взаимодействий наряду с количественными показателями потоков вещества и энергии важной частью является учет качества органического вещества Вследствие глубоких биохимических различий между растениями и животными трофическая пара продуценты - консументы может лимитировать скорость переноса вещества во всей трофической цепи.

В водных пелагических экосистемах основными факторами, ограничивающими рост зоопланктона при высокой биомассе фитопланктона, считаются элементный состав, стехиометрическое соотношение C:N:P, содержание незаменимых соЗ полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) и стеринов в различных видах фитопланктона (Gulati, DeMott, 1997; Acharya et al., 2004). Другие биохимические компоненты биомассы первичных продуцентов, такие как незаменимые аминокислоты (HAK), обычно не принимаются во внимание, поскольку считается, что аминокислотный состав планктонных микроводорослей является практически одинаковым у всех видов (Ahlgren et al., 1992, Brown et al., 1997; Klein Breteler et al., 1999). Однако подобные представления базируются в основном на анализе ограниченного числа лабораторных культур и планктонных морских видов микроводорослей. Данные о составе аминокислот (АК) природных популяций пресноводного фитопланктона очень малочисленны (Душейко и др., 1969, Сиренко, Гавриленко, 1978). Вместе с тем, известно, что профили АК некоторых групп фитопланктона, например, цианобактерий и эукариотических микроводорослей, могут существенно различаться (Sorimachi, 1999; Sorimachi et al., 2000). Исследования стехиометрии биогенных элементов также дают основание предполагать, что содержание АК у продуцентов может быть лимитирующим фактором в питании консументов (Anderson et al., 2004) . Как известно, животные не могут синтезировать 10 HAK, а именно, аргинин, гистидин, триптофан, фенилаланин, метионин, лизин, валин, треонин, изолейцин, лейцин, и должны получать их с пищей растительного и бактериального происхождения. Следовательно, представляется актуальным исследовать профили АК природных пресноводных популяций фитопланктона с целью выявления биохимических особенностей доминирующих видов эукариотического и прокариотического

фитопланктона и определить значение содержания АК в сестоне, включая содержание НАК, как фактора, потенциально лимитирующего качество пищи зоопланктона.

Цель диссертационной работы - сравнительный анализ профилей и содержания АК сестона при доминировании различных видов фитопланктона и оценка содержания АК в фитопланктоне как фактора, потенциально лимитирующего качество пищи пресноводных консументов.

В соответствии с поставленной целью решали следующие задачи:

- сравнить качественный состав и концентрации АК общего пула органического вещества (суммы взвешенного и растворенного) двух водоемов, в одном из которых доминировал прокариотический фитопланктон (т.е. наблюдалось "цветение" цианобактерий);

- исследовать сезонную динамику АК и ее связь с сезонной динамикой фитопланктона;

- с помощью статистических методов определить возможные источники происхождения отдельных аминокислот сестона;

- определить содержание аминокислот у доминирующих видов фитопланктона в эвтрофном водохранилище с помощью методов мультивариантной статистики;

- проанализировать возможность лимитирования зоопланктона недостатком незаменимых аминокислот в сестоне.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. "Цветение" воды цианобактериями представляется основной причиной, вызывающей изменение аминокислотного профиля общего пула органического вещества эвтрофных водоемов.

2. Природные популяции доминирующих видов эукариотического и прокариотического фитопланктона характеризуются специфическим содержанием аминокислот, включая различия в содержании незаменимых АК.

3. Видоспецифичные особенности количественного соотношения аминокислот доминирующего пресноводного фитопланктона потенциально могут лимитировать рост и развитие первичных консументов в эвтрофных водоемах.

Научная новизна. Впервые выполнено сравнительное исследование сезонной динамики аминокислот сестона двух водоемов при доминировании эукариотических микроводорослей и цианобактерий, вызывающих "цветение" воды. Установлено, что

общий пул аминокислот в эвтрофных водоемах имел преимущественно автохтонное происхождение. Впервые с помощью анализа биохимических и таксономических характеристик сестона методами мультивариантной статистики определены аминокислотные профили природных популяций фитопланктона эвтрофного водоема. Впервые обнаружено потенциальное лимитирование популяций пресноводного зоопланктона недостатком незаменимых АК у доминирующих видов фитопланктона.

Практическая значимость. Установлено, что "цветение" воды цианобактериями в эвтрофных водоемах, наряду с воздействием на многие другие компоненты экосистемы, приводит к существенному изменению аминокислотного профиля сестона. Изменение количественного соотношения аминокислот в сестоне может приводить к разобщениям в трофической цепи и, тем самым, оказывать негативное влияние на восстановление качества воды биологическими методами. Показало, что содержание незаменимых АК в сестоне следует учитывать при оценке качества пищи пресноводного зоопланктона.

Апробация работы. Материалы работы представлены в виде секционных и постерных докладов на Международной конференции «Научные основы сохранения водосборных бассейнов: междисциплинарные подходы к управлению природными ресурсами» (г. Улан-Удэ, Россия, 2004 г.), 12-ой Международной конференции по вредоносным водорослям (Копенгаген, Дания, 2006 г.), на IX съезде ГБО при РАН в г. Тольятти (сентябрь, 2006 г.), 11-ой Международной конференции по прикладной фикологии (Голуэй, Ирландия, 2008 г.), на X съезде ГБО при РАН (г. Владивосток, сентябрь 2009 г.) и на заседаниях объединенного семинара лаборатории экспериментальной гидроэкологии Института биофизики СО РАН и базовой кафедры гидробиологии и ихтиологии Красноярского государственного университета (г. Красноярск, 2000 - 2005 гг.).

Выигранные гранты. Исследования по теме были поддержаны со стороны Министерства образования Российской Федерации и Американского фонда гражданских исследований и развития для независимых государств бывшего Советского Союза (CRDF, грант № REC-002, программа "Фундаментальные исследования и высшее образование"), Российского фонда фундаментальных исследований (04-04-48550а, 06-05-64294а, 08-04-00291а), программы "Университеты России - фундаментальные исследования" Министерства образования и науки РФ (грант № УР 07-01-011).

Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие в постановке задач, определении состава аминокислот, органического углерода и органического азота, обработке и анализе полученного материала

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей в рецензируемых журналах

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, списка литературы. Общий объем работы 131 страница, включая 15 рисунков, 18 таблиц. Список литературы включает 169 источников, из них 146 - на английском языке.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, даны сведения об объекте исследования, сформулированы цели и задачи исследования.

ГЛАВА 1. АМИНОКИСЛОТЫ КАК ЧАСТЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ: ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Дана биохимическая характеристика аминокислот морских и пресных водоемов, а именно, распределение свободных и связанных АК в растворенном и взвешенном органическом веществе, в донных отложениях. Рассмотрено значение АК как источника азота и углерода для водных организмов: бактерий, водорослей, беспозвоночных и рыб. Рассмотрена роль АК как маркеров источников органического вещества донных отложений.

Описал аминокислотный состав основных групп водной биоты. Обнаружено, что состав свободных аминокислот грам-отрицательных эубактерий значительно отличается от такового грам-положительных эубактерий. Доказана роль планктонных микроводорослей как основного источника аминокислот в водных экосистемах. Данные о содержании АК в микроводорослях весьма противоречивы. Согласно ряду источников, АК состав разных видов микроводорослей в условиях лабораторных культур является достаточно постоянным. По другим данным, АК состав микроводорослей существенно различается, что может в значительной степени влиять на питательные качества их биомассы для зоопланктона, вследствие различий в

содержании НАК. Установлено, что АК состав беспозвоночных не только предопределен генетически, но и зависит от различных гидрохимических и гидрофизических факторов, стадии зрелости, а также от биохимического состава пищи.

Считается, что основные факторы, ограничивающие рост зоопланктона при высокой концентрации пищи - это стехиометрическое соотношение С:№Р и содержание незаменимых полиненасыщенных жирных кислот в различных видах фитопланктона Влияние содержания аминокислот в фитопланктоне на рост и развитие зоопланктона исследовано слабо, хотя известно, что ряд АК являются незаменимыми компонентами питания животных и должны поступать с пищей. Описано значение ключевых незаменимых АК, а именно, лизина, метионина, гистидина, аргинина, для некоторых групп водных консументов. Показаны способы расчета количества пищи, необходимого для удовлетворения потребностей водных консументов в отдельных незаменимых АК. Дана оценка качества тех или иных пищевых ресурсов на основании знаний о потребностях животных в содержании незаменимых аминокислот в пище.

ГЛАВА 2. РАЙОН И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Приводится описание гидроэкологических особенностей водохранилищ Бугач и Лесное, на которых в 2000-2005 гг. выполнялись полевые исследования. Водохранилище Бугач было выбрано в качестве эвтрофного водоема, ежегодно испытывающего массовое развитие цианобактерий ("цветение"), а водохранилище Лесное - как эвтрофный водоем с доминированием эукариотических микроводорослей. Пробы отбирали еженедельно в течение всего вегетационного сезона, при отборе формировали интегрированную пробу из разных горизонтов. Далее организмы зоопланктона удаляли пропусканием пробы через сеть с размером пор 115 мкм. Для определения общего пула взвешенных и растворенных АК фиксированный объем пробы выпаривали досуха При определении взвешенных АК пробы концентрировали фильтрованием через мембранные фильтры с нанесенной подложкой из ВаБОд. Сухой осадок пробы подвергали кислотному гидролизу в запаянной ампуле в 6Ы растворе НС1 22 часа при 110°С. Гидролизат фильтровали, кислоту выпаривали. Для удаления оставшихся солей раствор гидролизата пропускали через колонку со смолой БОХУЕХ-50. АК элюировали с колонки 614 раствором аммиака и перерастворяли в цитратном

s

буфере (pH 2.2). Состав и содержание шестнадцати АК определяли на аминокислотном анализаторе KLA-3B (Hitachi, Япония). АК разделяли на ионообменной колонке со сшитыми сульфополисгирольными смолами с использованием цитратных буферных растворов в качестве элюентов, после разделения получали нингидриновые производные, согласно классическому методу (Moore, Stein, 1951). Концентрации аминокислот определяли методом внешней калибровки по стандартной смеси аминокислот (Sigma, США).

В 2001 г. выполнили методическое сравнение концентраций АК обшего пула и взвешенного вещества (сестона), отбирая пробы в три близкие даты. Средняя концентрация АК общего пула органического вещества составила 6.17±0.36 мг/л, а средняя величина АК сестона - 5.58±0.42 мг/л, различия статистически недостоверны (t=1.07, п=4, р>0.05). Таким образом, основную долю АК общего пула составляли АК сестона, в среднем - более 90%, что дало основание рассматривать данные общего пула аминокислот как отражающие преимущественно состав АК сестона.

Для определения азота и углерода пробы сестона фильтровали на прокаленные фильтры GF/F (Whatman, USA). Содержание азота и углерода в сестоне определяли на элементном анализаторе Flash ЕА 1112 NC Soil/MAS 200 (NEOLAB LLC, USA).

Приводятся методы статистической обработки результатов.

ГЛАВА 3. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОФИЛЕЙ АМИНОКИСЛОТ ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ФИТОПЛАНКТОНА «ЦВЕТУЩЕГО» И «НЕЦВЕТУЩЕГО» ЭВТРОФНЫХ ВОДОЕМОВ

Целью первого этапа работы было вьивление возможной связи между профилем АК и составом фитопланктона в двух водоемах, в одном из которых доминировал прокариотический фитопланктон (т.е. наблюдалось "цветение" цианобактерий), а в другом - эукариотические микроводоросли.

В обоих водоемах был изучен пул АК общего органического вещества, включавший свободные и связанные в пептидах, белках и гуминовых веществах АК, а также АК живых организмов. В результате методического сравнения (гл.2) нами установлено, что основную долю (более 90%) общего пула составляли АК сестона. Это согласуется с данными о том, что в эвтрофных водоемах биохимический состав сестона отражает главным образом таковой фитопланктона, тогда как доля зоопланктона

составляет менее 5% от общего углерода сестона (Hessen et al., 2003).

В вдхр. Бугач в мае 2000 г. доминировали диатомовые рода Stephanodiscus. В июне происходила смена видового состава фитопланктона, при этом доминировали цианобактерии Anabaena flos-aquae (Lyngb.) Breb., и Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs. С 20 июня по 11 июля наблюдалось интенсивное "цветение" воды, вызванное Aph. flos-aquae, доля которого увеличивалась до 95%, а биомасса фитопланктона возрастала до 144 мг/л. В июле возрастала биомасса диатомовых, зеленых и динофитовых водорослей, среди которых доминировали виды рода Stephanodiscus, Chlamydomonas, Peridinium, соответственно, а также возрастала биомасса эвгленовых Euglena próxima Dang, и Trachelomonas volvocina Ehr. В августе доминирующим видом стала цианобактерия Planktothrix agardhii (Gom.) Anagn. et Kom.

В общем пуле органического вещества проб, отобранных в водохранилищах Бугач и Лесное, обнаружено 16 базовых аминокислот (Табл. 1).

Таблица 1.

Концентрация аминокислот (мг/л) общего пула органического вещества вдхр. Бугач в 2000 г.

дата Ly$ His Arg Asp Thr Ser Glu Pro Gly Ala Val Met Не Leu Tyr Phe

17.05 0.25 0.06 0.41 0.54 0.26 0.33 0.86 0.06 0.33 0.42 0.19 0.07 0.25 0.43 0.16 0.25

30.05 0.10 0.03 0.10 0.24 0.13 0.12 0.34 0.П 0.17 0.19 0.14 0.01 0.08 0.18 0.06 0.09

06.06 0.05 0.01 004 0.11 0.06 0.06 0.13 006 0.10 0.07 0.09 0.01 0.03 0.07 0.02 0.04

13.06 0.06 0.01 0.02 0.1] 0.05 0.07 0.15 0.07 0.14 0.11 0.11 0.01 0.03 0.06 0.01 0.02

20.06 0.06 0.02 0.02 0.18 0.06 0.10 0.23 0.09 0.18 0.17 0.13 0.01 0.04 0.13 0.02 0.03

27.06 0.12 0.03 0.03 0,60 0.20 0.32 1.07 0.17 0.39 0.58 0.43 0.04 0.28 0.78 0.05 0.09

04 07 0.15 0.02 0.04 0.88 0.19 0.38 1.22 0.19 0.46 0.70 0.41 0.02 0.15 0.65 0.62 0.08

11 07 0.15 003 0.09 1.07 0.35 0.62 1.77 0.22 0.55 0.73 0.72 0.03 0.26 1.07 0.04 0.07

18.07 0.18 0.05 0.07 0.39 0.25 0.24 0.71 0.17 0.30 0.38 0.24 0.05 0.19 0.33 0.12 0.15

25.07 0.80 0.14 0.12 1.43 0.82 0.72 2.94 0.63 0.80 1.41 0.92 0.16 0.79 1.55 0.54 0.85

01.08 0.42 0.10 0.11 0.94 0.45 0.53 1.47 0.35 0.48 0.75 0.48 0.07 0.40 0.72 0.26 0.35

15.08 0.33 0.06 0.70 0.60 0.28 0.26 0.99 0.24 0.33 0.44 0.31 0.07 0.26 0.44 0.18 0.23

22.08 0.20 0.06 0.10 0.54 0.29 0.25 0.69 0.25 0.29 0.39 0.28 0.05 0.23 0.40 0.14 015

29.08 0.19 0.05 0.07 0.80 0.26 0.29 1.01 0.24 0.32 0.43 0.27 0.05 0.24 0.41 0.16 0.18

06.09 0.32 0.07 0.16 0.76 0.32 0.31 1.05 0.28 0.40 0.51 0.40 0.06 0.31 0.51 0.19 0.26

13.09 0.21 0.06 0.08 0.65 0.30 0.30 1.00 0.28 0.34 0.49 0.36 0.07 0.27 0.48 0.16 0.20

20.09 0.28 0.08 0.13 0.60 0.28 028 094 0.24 0.34 0.46 0.35 0.06 0.27 0.46 0.18 0.21

27.09 0.31 0.07 0.23 0.84 0.42 0.42 1.01 0.30 0.48 0.62 0.44 0.07 0.35 0.55 0.24 0.28

Известно, что при гидролизе белков соляной кислотой разрушаются цистеин и триптофан. Глутамин и аспарагин определяются в виде глутаминовой и аспарагиновой кислот. Поэтому с помощью используемого метода возможно определение лишь 16 из 20 аминокислот, являющихся базовыми для синтеза белков. Аминокислоты, являющиеся промежуточными метаболитами в клетке (орнитин, таурин, у-аминомасляная кислота и др.) и часто определяемые в составе растворенного органического вещества (Сакевич, Клоченко, 1996; Thomas, 1997), в исследованных нами водоемах обнаружены не были.

В результате корреляционного анализа процентного содержания АК (% от суммы АК), представленного в виде графа, выявлено три группы АК со сходной сезонной динамикой (Рис.1): основная группа из семи АК (I), группа глицина из четырех АК (II) и пара лейцин-глютаминовая кислота (III). Три АК, аспарагиновая кислота, аланин и аргинин, имели свою специфическую сезонную динамику каждая (Рис.1).

группа 7 кислот группа Иу

Рис. 1. Корреляционный граф содержания аминокислот (% от суммы) в водохранилище Бугач, май-сентябрь 2000 г. г- статистически достоверные (р<0.05) коэффициенты корреляции.

Для выявления возможной связи между содержанием АК общего пула органического вещества и составом фитопланктона был проведен корреляционный анализ (Табл. 2). Выявлена статистически достоверная корреляция суммарной концентрации АК

с химическим потреблением кислорода (ХПК), концентрацией хлорофилла а, биомассой эвгленовых и динофитовых водорослей: Корреляция с общей биомассой фитопланктона оказалась статистически недостоверной.

Суммарное процентное содержание (% от суммы АК) группы I (тирозин, фенилаланин, лизин, гистидин, треонин, метионин, изолейцин) коррелировало с концентрацией хлорофилла а и биомассой эвгленовых водорослей. Процентное содержание АК группы II (глицина) имело достоверную отрицательную корреляционную связь с концентрацией хлорофилла а и с биомассой динофитовых. Содержание группы III (лейцина и глютаминовой кислоты) достоверно коррелировало с общей биомассой фитопланктона и с биомассой цианобактерий (Табл. 2).

Аспарагиповая кислота коррелировала с биомассой хризофитовых водорослей, тогда как для аргинина и аланина не было отмечено значимых корреляций ни с одной из групп фитопланктона. Мы предполагаем, что лейцин и глютаминовая кислота, аспарагиновая кислота и некоторые АК из группы 1 могут в дальнейшем быть использованы в качестве маркеров соответствующих групп фитопланктона.

Таблица 2

Коэффициенты корреляции общей концентрации (мг/л) и относительного содержания (% от суммы АК) основных групп аминокислот с биомассой фитопланктона (мг/л), концентрацией хлорофилла (мкг/л), ХПК (мг/л) и биомассой отдельных таксонов водорослей в водохранилище Бугач, май - октябрь 2000 г., п=18.

Аминоки Общий Хлоро- ХПК Циане Диато- Зеле- Эвглен Диноф Хрюо

слоты фитоллан филл бактер мовые ные -овые итовьге фигов

кгон ИИ ыс

Общие аминокис 0.35 0.60 0.74 0.30 0.12 0.18 0.53 0.52 0.05

лоты

Группа 7-ми АК, % -0.43 0.66 0.23 -0.48 0.40 •0.29 0.50 0.15 0.18

Группа Gly, % -0.32 -0.60 -0.27 -0.27 -0.23 0.10 -0.37 -0.58 -0.40

Leu + Glu, % 0.79 0.08 0.24 0.78 -0.09 0.21 -0.04 0.40 0.05

Asp, % 0.09 0.04 -0.21 0.12 -0.25 0.06 -0.25 0.30 0.59

Arg, % -0.29 -0.04 -0.10 -0.35 0.44 -0.19 0.23 -0.10 -0.19

Ala, % 0.21 -0.28 0.05 0.23 -0.22 0.40 -0.3 0 -0.27 -О.П

В мае 2000 г. в водохранилище Лесное доминировали диатомовые водоросли Asteríonella formosa Hass. и виды рода Stephanodiscus. В июне также доминировала А. formosa, а в середине лета кратковременно - цианобактерия Synechocystis salina Wisl. К середине августа биомасса фитопланктона увеличивалась за счет диатомовых рода

Stephanodiscus и зеленой водоросли Chlamydomonas sp. В сентябре биомасса фитопланктона увеличивалась в основном за счет диатомовой водоросли A. formosa. Таким образом, в вдхр. Лесное в течение всего вегетационного сезона доминировали эукариотические виды фитопланктона. Тем самым, динамика видов фитопланктона обоих водохранилищ значительно различалась. Суммарная концентрация АК в вдхр. Лесное была существенно ниже, чем в вдхр. Бугач и также не коррелировала с общей биомассой фитопланктона.

Процентное содержание всех АК, за исключением аргинина, в течение сезона в Лесном, в отличие от такового в Бугаче, оставалось практически постоянным: величины содержания всех кислот, за исключением аргинина, коррелировали между собой и в корреляционном графе представляли одну группу (Рис.2). Скорее всего, такая корреляция АК состава вдхр. Лесного объяснялась постоянным доминированием эукариотического фитопланктона. Следует отметить, что как в вдхр. Лесном, так и в вдхр. Бугач, большинство АК образовывало единую группу в корреляционном анализе, тем самым, свидетельствуя о происхождении АК из одного источника - фитопланктона

Рис.2. Корреляционный граф содержания аминокислот (% от суммы) в водохранилище Лесное, май-сентябрь 2000г. г- статистически достоверные (р<0.05) коэффициенты корреляции.

0.3<rs0.6

0.6< г<07

•0.75 г <0.8 ■0.8<t<fl.9 "0.9<г<1.0

В кластерном анализе процентного содержания АК получено два раздельных кластера проб, указывающих на различия в количественном соотношении АК двух изученных водохранилищ (Рис. 3). Первый, малый кластер, состоял из трех проб

0.0 I_

1.0

2.0

3.0

_I_

4.0

5.0

6.0

В27.06-В04.07-В11.07-В13.06-В20.06-1-27.06-Ь 04.071.11.071.25.071.01.08-В06.09-В13.09-В20.09-В01.08-В22.08-В27.09-1.18.07-В30.05-В18.07-1.30.051.20.091.06.091.22.08-И3.09-1.15.081.27.09-В25.07-В15.08-В29.08-Ю6.06-В06.06-В17.05-1.17.051.08.081-13.06-

ь-

Рис. 3. Дендрограмма кластерного анализа содержания аминокислот (% от суммы) общего пула органического вещества водохранилищ Бугач (В) и Лесного (Ь), май-сентябрь, 2000 г. Ось абцисс - евклидовы расстояния, шестнадцатимерное гиперпространсгво.

27.06.00 - 11.07.00 из Бугача, взятых в период интенсивного "цветения" цианобактерий. Второй, большой кластер, объединил пробы как из Бугача, так и из Лесного, взятые в периоды доминирования эукариотического фитопланктона. Вместе с тем, в большом кластере наблюдались небольшие подкластеры проб, взятых в определенные периоды сезона, например, в сентябре и июне в вдхр. Бугач, что могло быть связано с доминированием определенных эукариотических видов. Очевидно, что такая смена доминирующих эукариотических видов была вызвана сезонными колебаниями различных факторов среды.

Таким образом, основной причиной достоверного изменения профиля АК общего пула органического вещества являлось "цветение" цианобактерий в эвтрофном водоеме. Следовательно, в водоемах, в которых доминируют эукариотические микроводоросли, профиль АК остается относительно постоянным в течение сезона. В водоеме, подверженном "цветению" цианобактерий, количественные соотношения АК сестона претерпевают значительные изменения в течение сезона и потенциально могут являться фактором, определяющим качество пищи и влияющим на рост и развитие зоопланктона.

ГЛАВА 4. РАЗЛИЧИЯ СОДЕРЖАНИЯ АМИНОКИСЛОТ В ДОМИНИРУЮЩИХ ВИДАХ ФИТОПЛАНКТОНА ЭВТРОФНОГО ВОДОХРАНИЛИЩА.

С целью определения содержания АК в природных пресноводных популяциях микроводорослей исследовали сезонную динамику аминокислот в сестоне в периоды доминирования (> 50% от общей биомассы) отдельных видов фитопланктона в мае -октябре 2002 - 2005 гг. в эвтрофном водохранилище Бугач.

Доминирующими видами эукариотического фитопланктона являлись динофлагеллята Peridinium sp. и диатомеи Stephanodiscus sp., доминирующими видами прокариотического фитопланктона - цианобактерии Planktothrix agardhii (Gom). Anagn., Gomphosphaeria lacustris Chod. и Anabaena flox-aquae (Lyngb.). Поскольку биомасса фитопланктона в вдхр. Бугач существенно превышала 0.8 мг/л, то согласно (Hessen et al., 2003) содержание органического углерода, азота и аминокислот в сестоне определялось вкладом фитопланктона. В статистическом анализе были использованы данные проб с выраженным доминированием какого-либо вида фитопланктона, т.е. биомасса этого вида составляла более чем 50% от биомассы фитопланктона.

Для выявления возможных различий в биохимическом составе доминирующих видов водорослей проведен однофакторный дисперсионный анализ для трех наборов данных: процентного содержания АК, соотношения АК:С (мг/мг) и AK:N (мг/мг) для каждой аминокислоты (Табл. 3, 4) Периоды доминирования данных видов были использованы в качестве градаций однофакторного дисперсионного анализа. Они статистически достоверно определяли значительную часть вариабельности процентного содержания девяти аминокислот: гистидина (His), аспарагиновой кислоты (Asp), треонина (Thr), глютаминовой кислоты (Glu), аланина (Ala), метионина (Met), изолейцина (Ile), тирозина (Туг) и и фенилаланина (Phe) (Табл. 3).

Мультивариантный канонический анализ соответствия, проведенный для этих девяти кислот, позволил установить, что наибольшие различия в количественных соотношениях аминокислот наблюдались между Stephanodiscus sp. и P. agardhii (ось фактора 1) и были обусловлены в основном различиями в содержании гистидина (His), тирозина (Туг) и метионина (Met) (Рис. 4).

Таблица 3

Результаты однофакторного дисперсионного анализа аминокислот сесгона (% от суммы АК) в периоды выраженного доминирования Stephanodiscus, Anabaena, Planktothrix, Peridinium и Gomphosphaeria как независимых переменных в водохранилище Бугач: jfK - показатель степени влияния организованного фактора (%), F - критерий Фишера, р - достоверность степени влияния, степени свободы Vi = 4, v2 = 39. Пробы были собраны в мае - октябре 2002 -2005 гг. Незаменимые аминокислоты отмечены звездочкой.

Аминокислоты —2 F р

Lys* 14.0 1.38 >0.05

His* 40.9 5.87 <0.01

Arg* 12.9 1.26 >0.05

Asp 46.5 7.38 <0.001

Thr* 2S.8 3.43 <0.05

Ser 90 0.84 >0.05

Glu 35.3 4.65 <0.01

Pro 14.0 1.38 >0.05

Gly 23.4 2.60 >0.05

Ala 34.9 4.55 <0.01

Val» 9.2 0.86 >0.05

Met* 48.2 7.92 <0.001

He* 25.2 287 <0.05

Leu* 11.0 1.05 >0.05

Tyr 28.5 3.39 <0.05

Phe* 33 8 4.34 <0.01

Таблица 4

Результаты однофахторного дисперсионного анализа соотношения АК.С (мг/мг) в сестоле в периоды выраженного доминирования Згер/юиск/ипк, АпаЬаепа, ПапкоЛпх, РегШтит и СотркозрИаепа как независимых переменных в водохранилище Бугач: ^ - показатель степени влияния организованного фактора (%), /•'- критерий Фишера, р- достоверность степени влияния, степени свободы VI = 4, у2 = 39. Пробы были собраны в мае - октябре 2002 - 2005 гг. Незаменимые аминокислоты отмечены звездочками.

Аминокислоты ^ Р

Ьуз* 17.3 1.78 >0.05

Нв* 11.3 1.09 >0.05

Ат§* 14.0 1.39 >0.05

Азр 33.6 4.30 <0.05

ТЪт* 11.8 1.14 >0.05

Бег 7.9 0.73 >0.05

С1и 22.9 2.52 >0.05

Рго 3.7 0.33 >0.05

в1у 9.5 0.90 >0.05

А1а 8.9 0.83 >0.05

Уа1* 6.9 0.63 >0.05

Ме1* 52.8 9.51 <0.001

Не* 20.9 2.25 >0.05

Ьеи* 12.4 1.20 >0.05

Туг 33.1 4.21 <0.05

РЬе* 2.3 0.20 >0.05

0.06

0.02 -

-0.02

-0.06

№

ОотрЬоэрЬаепэ

№е* д«.Пел л . ткг А АпаЬаепа

^¡ерЬапосИэсиз

Туг»

А1а

Аэр

Ме1

Д Р/алШЛлх

С!и

^РепсИтит

-0.2

о.о

0.2 Фактор 1

Рис. 4. Результаты мультивариантного канонического анализа соответствия содержания аминокислот в сесгоне (кружки) периодам доминирования определенных видов фитопланктона (треугольники) в мае - октябре 2002-2005 гг. в водохранилище Бугач в двумерном пространстве факторов, представляющих 90.1% общей дисперсии - 2.59 при степени свободы 32): фактор 1 - 78.5% дисперсии, фактор 2 - 11.6% дисперсии.

Было выявлено, что Stephanodiscus статистически значимо отличался от других видов более высоким (в 1.3 - 1.8 раза) средним процентным содержанием His. Низкий уровень Thr был характерен для Peridinium. Цианобактерия Gomphosphaeria имела наивысший уровень Ala. Planktoíhrix имел сравнительно низкий уровень Phe, но наивысший уровень Met. В отличие от вышеупомянутых видов, Anabaena не отличалась видоспецифичным содержанием упомянутых аминокислот (Рис.5).

Высокое процентное содержание в пересчете на единицу массы углерода Asp, Met и Туг было характерно для Planktoíhrix, тогда как величины содержания у цианобактерий Anabaena и Gomphosphaeria были несколько ниже. Эукариотические виды, Stephanodiscus и Peridinium, имели значительно меньшее процентное содержание Asp, Met и Туг, чем цианобактерии (Рис.6).

Р~!

П

S/hndsc Perdnm Gmphsph Pinktrx АпаЬк

Stpnndsc PnJnm Gmphsph flnktrx Ansbn

rb

Sibidsc Perdnm Gmphsph Plnknx Artabn

Рис.5. Средние значения содержания аминокислот (% от суммы), выбранных с помощью однофакторного дисперсионного анализа, для проб выраженного доминирования пяти видов фитопланктона в период с мая по октябрь 2002-2005 в водохранилище Бугач. Средние, имеющие в обозначении одинаковую букву, статистически достоверно не различались (р < 0.05). Штриховкой отмечено достоверное минимальное или максимальное содержание АК у отдельных видов.

Содержание Lys и Met в пересчете на единицу массы азота также было видоспецифичным. Наивысшее значение Met:N было характерно для Planktothrix. Цианобаюгерия Gomphosphaeria имела наименьшее содержание Lys:N по сравнению с другими видами.

¡Г

Stphndsc Ршпт Gmpnsph P;nkU7 Anabn

Slphndsc Prdnm Gmpt

Рис. 6. Средние значения содержания аминокислот по отношению к углероду (мг/мг). выбранных с помощью однофакторного дисперсионного анализа, для проб выраженного доминирования пяти видов фитопланктона в период с мая по октябрь 2002-2005 в водохранилище Бугач. Средние, имеющие в обозначении одинаковую букву, статистически достоверно не различались (р < 0.05).

Вместе с тем, выявлены аминокислоты, процентное содержание которых, а также соотношения АК:К и АК:С достоверно не различались для доминирующих видов фитопланктона, т.е. являлись инвариантными параметрами сестона изучаемого водоема (Рис.7).

АК

0,0 2,0 4,0 6,0 В,0 10,0

Lys î Arg Ser Pro Gly Va I Leu

г- ,,

k ■ 4 ;

9 W: , + ■

i _j-

■ ■ ф

¡■¡fc .... m

Рис. 7. Средние значения содержания аминокислот (% от суммы АК), не различавшихся для пяти видов фитопланктона во время их выраженного доминирования, в период с мая по октябрь 2002-2005 в водохранилище Бугач. Отрезки обозначают стандартные ошибки.

Таким образом, в отличие от данных многих других исследований, выявлено, что природные популяции фитопланктона обладают видоспецифическими различиями в содержании ряда аминокислот, включая незаменимые, и, возможно, имеют разную кормовую ценность для первичных консументов.

ГЛАВА 5. СОДЕРЖАНИЕ АМИНОКИСЛОТ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ЛИМИТИРУЮЩИЙ ФАКТОР ДЛЯ РАЗВИТИЯ ПЕРВИЧНЫХ КОНСУМЕНТОВ В ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

В главе рассматривается возможность лимитирования роста пресноводного зоопланктона вследствие несбалансированности количественного соотношения аминокислот фитопланктона на основе сравнения с литературными данными. Выявленные нами видоспецифические особенности содержания АК продуцентов могут отражать «неполноценность» качества фитопланктона как пищи, необходимой для роста первичных консумеитов, особенно по содержанию HAK.

Существует несколько способов оценки АК состава как показателя качества пищи консументов. Некоторые авторы предполагают, что уровень HAK, составляющий 50-60% от суммы АК способствует максимальному росту молоди рыб (Peres, Oliva-Teles, 2006). Уровень HAK в сестонс водохранилища Бугач составлял в среднем 48%. Следовательно, личинки рыб, являющиеся первичными консументами на ранних стадиях развития, и зоопланктон потенциально могли быть лимитированы в отдельные даты содержанием HAK в сестоне.

Второй подход для оценки АК качества пищи заключается в сопоставлении отношения HAK к общему азоту в пище и телах консументов (Andersen et al., 2004). Если животные потребляют пищу с соотношением какой-либо HAK к общему азоту

F x.n> меньшем, чем в тканях данного консумснта Т Х:№ то такая АК считается фактором, лимитирующим рост (Andersen et al., 2004). Мы сравнили соотношения HAK к азоту (Рис.8) в изученном нами сестоне с соотношениями, опубликованными для копепод, допуская, что соотношения Т X:n У животных постоянны (Andersen et al., 2004). Обнаружено, что соотношение F Lys:N у Gomphoshaería было существенно меньше, чем TLys N У копепод (Рис.8), что, вероятно, могло влиять на их популяционный рост. Данные по содержанию метионина в копеподах отсутствовали.

0,040

оде

аоэо

1 0.0»

О.СЙО

2

0,015

2

0,010

0,005

0.000

rfl

ao

m

одю

0.300

0.25С

I 0,200

z 0,150

0,100

0,060

rf

Sfpftndsc Prönm Gmptisph Pfnttrx АпаЬл

Рис. 8. Средние значения содержания аминокислот по отношению к азоту (мг/мг), выбранные с помощью однофакторного дисперсионного анализа для дат выраженного доминирования пяти видов фитопланктона в период с мая по октябрь 2002-2005 в водохранилище Бугач. Стандартные ошибки обозначенные одной и той же буквой незначительно различались при р < 0.05.

Согласно другому подходу, качество пищи считается выше, если АК профили пищевых источников ближе к АК профилю питающихся животных (Brown et al., 1997; Conceicao et al., 2003). Нами использованы для сравнения данные по АК профилям для морских и солоноватоводных беспозвоночных, поскольку в литературе отсутствуют данные для пресноводного зоопланктона, допуская сходство АК профилей всех животных (Sorimachi et al., 1999, Anderson et al., 2004).

Так, коловратки Brachionus и науплии Artemia имели уровень метионина 2.1-3.9% (Aragao et al., 2004), а пресноводная креветка Macrobrachium - 2.6% (Tidwell et al., 1998), тогда как в изученных видах фитопланктона уровень метионина был менее 1% (Рис.5). Метионин рассматривается как одна из АК, наиболее часто лимитирующих рост водных животных (Fox et al, 1995; Kleppel et al., 1998; Tidwell et al., 1998; Luo et al., 2005). Особенно низкие и, вероятно, лимитирующие уровни метионина, были характерны для сестона в периоды доминирования диатомеи Stephanodiscus и динофлагелляты Peridinium. В целом, уровень метионина в изученном пресноводном

сестоне был в 2-3 раза ниже, чем, предположительно, требуется для зоопланктона. Науплии Artemia имели уровень лизина 7.9-8.8% (Aragao et al., 2004), а пресноводная креветка - 7.8- 8.0% (Tidwell et al., 1998), что было выше, чем процентное содержание лизина у всех изученных видов фитопланктона (Рис.7). Лизин рассматривается как ключевая незаменимая аминокислота, лимитирующая рост и развитие водных животных (Fox et al, 1995; Brown et al., 1997; Schuhmacher et al., 1997; Tidwell et al., 1998).

Все изученные виды фитопланктона, исключая Stephanodiscus, также имели субоптимальные уровни гистидина. Пресноводная пильчатая креветка содержала 3.8-4% гистидина (Tidwell et al., 1998), что значительно выше, чем в изученном пресноводном сестоне (Рис.5). Этот факт дает основание предполагать лимитирование роста зоопланктона данной HAK в изученном водоеме.

Таким образом, выявленные видоспецифичные особенности содержания аминокислот у доминирующего пресноводного фитопланктона, могут являться лимитирующими факторами для роста и развития первичных консументов в эвтрофных водоемах.

22

ВЫВОДЫ

1. В изученных эвтрофных водоемах концентрации всех аминокислот общего пула органического вещества, за исключением аргинина, достоверно коррелировали друг с другом, что свидетельствовало об их происхождении из общего источника. Наиболее вероятным источником аминокислот общего пула органического вещества данных водоемов представляется фитопланктон.

2. Процентное содержание аминокислот общего пула достоверно изменялось при "цветении" цианобактерий эвтрофного водоема, в то время как в эвтрофном водоеме, в котором последовательно доминировали различные эукариотические микроводоросли, профиль аминокислот оставался относительно постоянным в течение всего вегетационного сезона. Показано, что "цветение" цианобактерий является ведущей причиной изменения профиля АК эвтрофных водоемов.

3. Получены корреляции между процентным содержанием отдельных аминокислот и таксономическими группами фитопланктона, например, между суммарным содержанием пары лейцин - глутаминовая кислота и биомассой цианобактерий. Обнаруженные корреляции свидетельствуют о перспективности использования некоторых групп аминокислот в качестве биомаркеров прокариотического и эукариотического фитопланктона.

4. Методами мультивариантного анализа установлено, что доминирование отдельных видов эукариотического и прокариотического фитопланктона вызывало существенные изменения в содержании аминокислот сестона эвтрофного водоема. Таким образом, в отличие от общепринятых представлений, обнаружено, что природные популяции доминирующих видов эукариотического и прокариотического фитопланктона характеризуются специфическим содержанием аминокислот, включая различия в содержании незаменимых АК.

5. На основании сравнения с данными по содержанию АК у видов зоопланктона оценено содержание АК в сестоне исследованного эвтрофного водохранилища как фактор, определяющий качество пищи консументов. Установлено, что при доминировании некоторых видов фитопланктона рост и развитие первичных консументов планктона потенциально могут быть лимитированы из-за недостатка отдельных незаменимых аминокислот.

ПУБЛИКАЦИИ В РЕЦЕНЗИРУЕМЫХ ЖУРНАЛАХ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ

1. Гладышев М.И. Прорастание акинет цианобактерий из донных отложений в эксперименте в водах "цветущего" и "нецветущего" водоемов / М.И.Гладышев, В.И. Колмаков, Е.С. Кравчук, Г.С. Калачева, A.A. Колмакова, И.В. Грибовская, A.B. Москвичева, М.Ю. Трусова, М.Д. Жиленков, О.Н. Махутова // Докл.АН.-2001.-Т.378.-№1.-С.134-137.

2. Колмакова A.A. Сравнительное изучение сезонной динамики амкокисшх в воде двух малых сибирских водоемов / A.A. Колмакова, Г.С. Калачева, М.И. Гладышев, Е.А. Иванова, Е.С. Кравчук II Вестник КрасГУ.-2004.-№7.-С. 106-119.

3. Колмакова АЛ. Различия аминокислотного состава доминирующих видов фитопланктона в эвтрофном водохранилище / A.A. Колмакова, М.И. Гладышев, Г.С. Калачева// Докл. AH.-2007.-T.415.-K25.-C.711-713.

4. Kalachova G.S. Seasonal dynamics of amino acids in two small Siberian reservoirs dominated by prokaryotic and eukaryotic phytoplankton / G.S. Kalachova, A.A. Kolmakova, M.I. Gladyshev, E.S. Kravchuk, E.A. Ivanova// Aquat Ecol.-2004.-№38.-P. 3-15

5. Gladyshev M.I. Seasonal correlations of elemental and co3 PUFA composition of seston and dominant phytoplankton species in a eutrophic Siberian Reservoir / M.I. Gladyshev, N.N. Sushchik, A.A. Kolmakova, G.S. Kalachova, E.S. Kravchuk, E.A. Ivanova, О.N. Makhutova II Aquat Ecol.- 2007.-№ 41 ,-P.9-23

Подписано в печать 06.09.2010г. Формат 60x84/16 Тираж 100 экз. Заказ № 27

Отпечатано в типографии ИФ СО РАН

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Колмакова, Анжелика Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АМИНОКИСЛОТЫ КАК ЧАСТЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ:

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Биохимическая характеристика аминокислот морских и пресноводных экосистем.

1.2. Распределение аминокислот в основных компонентах водоемов.

1.2.1. Аминокислоты растворенного органического вещества.

1.2.1.1. Растворенные связанные аминокислоты.:.

1.2.1.2. Растворенные свободные аминокислоты.

1.2.2. Аминокислоты взвешенного органического,вещества.

1.2.3. Аминокислоты донных отложений.

1.2.3.1. Роль биотических и абиотических факторов в формировании состава аминокислот донных отложений.

1.2.3.2. Аминокислоты как биомаркеры качества органического вещества донных отложений.

1.3. Аминокислотный состав основных групп водной биоты.

1.3.1. Аминокислотный состав бактерий.

1.3.2. Аминокислотный состав фитопланктона.

1.3.2.1.Связанные аминокислоты фитопланктона.

1.3.2.2. Свободные аминокислоты фитопланктона.

1.3.3. Аминокислотный состав беспозвоночных животных.

1.3.3.1. Суммарный аминокислотный состав беспозвоночных.

1.3.3.2. Свободные аминокислоты беспозвоночных.

1.4. Фитопланктон как основной источник пула аминокислот в водоемах.

1.5. Роль растворенных аминокислот водоемов в питании бактерио- и фитопланктона.

1.6. Аминокислотный состав как фактор качества пищи водных консу ментов.

1.6.1. Аминокислоты, незаменимые в питании гидробионтов.

1.6.2. Влияние экологических факторов на содержание аминокислот в беспозвоночных как пищевых объектах рыб.

1.6.3. Значение содержания аминокислот в пище для роста и развития рыб.

1.6.4. Способы оценки качества пищи на основе ее аминокислотного состава.

1.7. Резюме.

ГЛАВА 2. РАЙОН И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Характеристика районов работ.

2.1.1. Водохранилище Бугач.

2.1.2. Водохранилище Лесное.58 '

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Методика отбора и обработки проб.

2.2.2. Определение органического азота и углерода.

2.2.3. Метод определения аминокислот.

2.2.4. Методическая оценка содержания аминокислот в пуле взвешенного и в общем пуле взвешенного и растворенного органического вещества.

2.2.5. Статистическая обработка результатов.•.

ГЛАВА 3. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОФИЛЕЙ АМИНОКИСЛОТ ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ФИТОПЛАНКТОНА «ЦВЕТУЩЕГО» И «НЕЦВЕТУЩЕГО» ЭВТРОФНЫХ ВОДОЕМОВ.

3.1. Сезонная динамика содержания аминокислот в сестоне водохранилища Бугач.

3.2. Сезонная динамика содержания аминокислот в сестоне водохранилища Лесное.

3.3. Сравнительный анализ содержания аминокислот в прокариотическом и эукариотическом фитопланктоне двух водохранилищ.

3.4. Резюме.

ГЛАВА 4. РАЗЛИЧИЯ СОДЕРЖАНИЯ АМИНОКИСЛОТ

В ДОМИНИРУЮЩИХ ВИДАХ ФИТОПЛАНКТОНА

ЭВТРОФНОГО ВОДОХРАНИЛИЩА.

4.1. Содержание аминокислот в сестоне в периоды массового развития отдельных видов фитопланктона.

4.2. Резюме.

ГЛАВА 5. СОДЕРЖАНИЕ АМИНОКИСЛОТ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ЛИМИТИРУЮЩИЙ ФАКТОР ДЛЯ РАЗВИТИЯ ПЕРВИЧНЫХ

КОНСУМЕНТОВ В ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Аминокислоты сестона малых эвтрофных водоемов бассейна Енисея"

Важным звеном гидросферы являются континентальные водоемы, в которых сосредоточен основной запас доступной пресной воды. Для решения актуальных задач сохранения водоемов в условиях возрастающей антропогенной нагрузки и прогнозирования их изменений под влиянием внешних факторов необходимы точные знания механизмов функционирования пресноводных экосистем.

На современном этапе развития гидробиологии большое значение придается системному подходу, т.е. изучению закономерностей структурно-функциональной организации целостных водных экосистем, с учетом круговорота веществ и потоков энергии. Наряду с количественными показателями потоков вещества и энергии важным направлением продукционной гидробиологии и гидроэкологии является определение качества органического вещества. Так, понимание принципов взаимодействия двух базовых трофических звеньев: продуцентов (фитопланктона) и первичных консументов (зоопланктона) невозможно без исследования биохимических особенностей фитопланктона, определяющих качество питания для зоопланктона. В водных пелагических экосистемах основными факторами, ограничивающими рост зоопланктона при высокой биомассе фитопланктона, считаются элементный состав, стехиометрическое соотношение C:N:P, содержание незаменимых соЗ полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) и стеринов в различных видах фитопланктона (Gulati, DeMott, 1997; Acharya et al., 2004).

Вместе с тем, фитопланктон обладает и другими специфическими биохимическими особенностями, например, такими как аминокислотный состав, которому до настоящего времени практически не уделялось внимание исследователей. Это обусловлено общепринятым представлением о том, что состав аминокислот (АК) фитопланктона является в целом постоянным, в отличие от состава ПНЖК.

Тем не менее, стехиометрическая теория, распространенная на биогенные элементы, предсказывает, что содержание АК первичных продуцентов также может быть лимитирующим фактором для консументов (Anderson et al., 2004).

По нашему мнению, было бы ошибочным переносить представления об универсальности профилей АК, полученные на весьма ограниченном наборе лабораторных культур и видов морских водорослей, на пресноводный фитопланктон. Поэтому для определения существования (или отсутствия) видоспецифичности профиля АК пресноводного фитопланктона необходимо выполнить сравнительное изучение содержания аминокислот в природных популяциях основных доминирующих таксономических групп. Данные исследования актуальны и для окончательного выяснения роли аминокислот в водных экосистемах, в частности, их влияния на рост и развитие первичных консументов. , \

Таким образом, целью данной работы является сравнительный анализ профилей и содержания АК сестона при доминировании различных видов фитопланктона и оценка содержания АК в фитопланктоне как фактора, потенциально лимитирующего качество пищи пресноводных консументов. л

Л'

В работе были поставлены следующие задачи:

- сравнить качественный состав и концентрации АК общего пула органического вещества (суммы взвешенного и растворенного) двух водоемов, в одном из которых доминировал прокариотический фитопланктон (т.е. наблюдалось "цветение" цианобактерий);

- исследовать сезонную динамику АК и ее связь с сезонной динамикой фитопланктона;

- с помощью статистических методов определить возможные источники происхождения отдельных аминокислот сестона;

- определить содержание аминокислот у доминирующих видов фитопланктона в эвтрофном водохранилище с помощью методов мультивариантной статистики; проанализировать возможность лимитирования зоопланктона недостатком незаменимых аминокислот в сестоне.

В качестве исследуемых объектов были выбраны два малых эвтрофных водоема в окрестностях г. Красноярска - водохранилище Бугач ежегодно испытывающее массовое развитие цианобактерий ("цветение") и водохранилище Лесное с доминированием эукариотических микроводорослей.

Работа выполнена в лаборатории Экспериментальной гидроэкологии и Аналитической лаборатории Института биофизики СО РАН. Автор искренне благодарен научному руководителю д.б.н. Н.Н. Сущик. Автор выражает глубокую признательность д.б.н. М.И. Гладышеву за бесценную помощь и поддержку, оказанную на всех этапах проведения данной работы. Автор благодарен к.б.н. Г.С. Калачевой за ценные консультации при проведении биохимических анализов. Автор выражает искреннюю благодарность д.б.н. О.П. Дубовской за предоставленные данные по зоопланктону из вдхр. Бугач. Автор благодарен д.б.н. Е.А.Ивановой и к.б.н. Е.С. Кравчук. за предоставленные данные по фитопланктону из вдхр. Лесное и вдхр. Бугач за 2000-2005г. Автор благодарит сотрудников лабораторий Экспериментальной гидроэкологии и Аналитической Института биофизики СО РАН за неоценимую помощь в выполнении данной работы.

Заключение Диссертация по теме "Гидробиология", Колмакова, Анжелика Александровна

выводы

1. В изученных эвтрофных водоемах концентрации всех аминокислот общего пула органического вещества, за исключением аргинина, достоверно коррелировали друг с другом, что свидетельствовало об их происхождении из общего источника. Наиболее вероятным источником аминокислот общего пула органического вещества данных водоемов представляется фитопланктон.

2. Процентное содержание аминокислот общего пула достоверно изменялось при "цветении" цианобактерий эвтрофного водоема, в то время как в эвтрофном водоеме, в котором последовательно доминировали различные эукариотические микроводоросли, профиль, аминокислот оставался относительно постоянным в течение всего вегетационного сезона. Показано, что* "цветение" цианобактерий является ведущей причиной» изменения профиля АК эвтрофных водоемов.

3. Получены корреляции между процентным содержанием отдельных:, аминокислот и таксономическими группами фитопланктона, например, между суммарным содержанием пары лейцин - глутаминовая кислота и биомассой, цианобактерий: Обнаруженные корреляции свидетельствуют о перспективности использования некоторых групп аминокислот в качестве биомаркеров прокариотического и эукариотического фитопланктона.

4. Методами мультивариантного анализа установлено, что доминирование отдельных видов эукариотического и прокариотического фитопланктона вызывало существенные изменения в содержании аминокислот сестона эвтрофного водоема. Таким образом, в отличие от общепринятых представлений, обнаружено, что природные популяции доминирующих видов эукариотического и прокариотического фитопланктона характеризуются специфическим содержанием аминокислот, включая различия в содержании незаменимых АК.

5. На основании сравнения с данными по содержанию АК у видов зоопланктона оценено содержание АК в сестоне исследованного эвтрофного водохранилища как фактор, определяющий качество пищи консументов. Установлено, что при доминировании некоторых видов фитопланктона рост и развитие первичных консументов планктона потенциально могут быть лимитированы из-за недостатка отдельных незаменимых аминокислот.

113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование показало, что в двух водоемах, в одном из которых доминировал прокариотический фитопланктон (т.е. наблюдалось "цветение" цианобактерий), а в другом - эукариотические микроводоросли, концентрации всех аминокислот, за исключением аргинина, достоверно коррелировали друг с другом, что свидетельствует об их происхождении из одного источника — фитопланктона. Обнаружено, что количественное соотношение аминокислот общего пула достоверно изменялось при "цветении" цианобактерий в эвтрофном водоеме. Это подтвердило данные других авторов, полученные на лабораторных культурах о существенных различиях в содержании аминокислот у эукариотических водорослей и цианобактерий. В водоемах с доминированием эукариотических микроводорослей, профиль аминокислот оставался относительно постоянным в течение сезона. Таким образом, впервые выявлено, что; "цветение" цианобактерий в эвтрофных водоемах, наряду с воздействием на многие другие компоненты экосистемы, приводит к существенному, изменению количественного соотношения аминокислот в сестоне. Выявленные видоспецифичные особенности содержания аминокислот у доминирующего пресноводного фитопланктона, могут являться: лимитирующими факторами для роста и развития первичных консументов в эвтрофных водоемах, однако, значение происходящих изменений содержания аминокислот в сестоне для роста и развития пресноводного зоопланктона еще предстоит выяснить.

В выполненной работе был применен оригинальный подход, основанный на современных методах мультивариантной статистики, который впервые позволил определить и сопоставить содержание аминокислот, включая незаменимые, у природных популяций доминирующих видов фитопланктона эвтрофного водоема. С помощью дисперсионного анализа и мультивариантного канонического анализа соответствия выявлены различия в профиле аминокислот сестона при доминировании различных видов фитопланктона. Доминирующие виды эукариотического и прокариотического фитопланктона статистически достоверно отличались по содержанию отдельных аминокислот, включая незаменимые. Эти результаты опровергают ранее принятое в литературе мнение о неизменности состава аминокислот в природных сообществах фитопланктона. Выявленные различия дали основание предполагать, что содержание незаменимых аминокислот в некоторых видах фитопланктона может выступать в качестве фактора, лимитирующего рост и развитие популяций пресноводных консументов.

На основе известных данных была проверена возможность лимитирования пресноводного зоопланктона содержанием незаменимых АК в изученных видах фитопланктона. Содержание наиболее физиологически важных незаменимых аминокислот в изученном сестоне оказалось субоптимальным для первичных консументов, а, следовательно, могло влиять на его популяционный рост. Субоптимальные уровни метионина, были характерны для сестона в периоды доминирования Stephanodiscus и Peridinium, тогда как Planktothrix имел сравнительно, высокий уровень этой аминокислоты. Все изученные виды фитопланктона, обладали субоптимальным для консументов- содержанием лизина. Учитывая стехиометрические соотношения между незаменимыми биохимическими компонентами и макроэлементами выявлено, что наиболее низкой питательной ценностью характеризовалась Gomphosphaeria, содержавшая субоптимальное соотношение лизина к общему азоту. Все изученные виды фитопланктона, исключая Stephanodiscus, также имели субоптимальные уровни гистидина. Таким образом, выявленные видоспецифичные особенности содержания аминокислот у доминирующего пресноводного фитопланктона могут являться лимитирующими факторами для роста и развития первичных консументов в эвтрофных водоемах и свидетельствуют о необходимости проведения дальнейших исследований содержания аминокислот как фактора качества пищи зоопланктона. Очевидно, что учет содержания аминокислот должен быть необходимой составляющей современных гидробиологических исследований, направленных на понимание трофометаболических взаимодействий двух базовых трофических звеньев: продуцентов (фитопланктона) и первичных консументов (зоопланктона).

Ill

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Колмакова, Анжелика Александровна, Красноярск

1. Гладышев М.И. Биоманипуляция в обход трофического каскада на небольшом водохранилище / М.И. Гладышев, С.М. Чупров, В.И. Колмаков, О.П. Дубовская, А.А. Задорин, И.В. Зуев, Е.А. Иванова, Е.С. Кравчук // Докл. АН. 2003. - Т. 390, №2. - С. 276-277.

2. Горюнова С.В. / Синезеленые водоросли // С.В. Горюнова, Г.Н. Ржанова, В.Н. Орлананский // М.: Наука, 1969.- 223с.

3. Джефферс Дж. Введение в системный анализ: применение в экологии.-М.: Мир., 1981.-252с.

4. Дубовская О.П. Оценка возможных причин не связанной с хищниками смертности рачкового зоопланктона в небольшом сибирском водохранилище / О.П. Дубовская // Сибирский экологический журнал. 2006. - № 1. - С. 3141. и

5. Душейко А.А. Некоторые данные об аминокислотном и витаминном составе синезеленых водорослей / А.А. Душейко, Р.И. Макарова, С.М. Щербина // в кн.: «Цветение» воды. Киев, Наукова думка, 1978.-232с. Вып.2. Киев, Наукова думка, 1969, с.131-137.

6. Иванова Е.А. Динамика и функциональная роль фитопланктона в экосистемах водохранилищ бассейна верхнего Енисея.: Автореф. дис. .докт. биол. наук / Е.А. Иванова.- Красноярск, 2004.- 32с.

7. Касумян А.О. Вкусовые предпочтения и динамика вкусового поведенческого ответа у линя Tinea tinea (Cyprinidae)IА.О. Касумян, О.М. Прокопова//Вопросы ихтиологии. 2001. - №. 41, №5. - С. 670-685

8. Кораблева А.И. Особенности распределения органических веществ в водохранилищах среднего Днепра / А.И. Кораблева // Водные ресурсы.-1983. №5. - С. 64-67

9. Кораблева А.И. Особенности формирования органического вещества воды и донных отложений запорожского водохранилища /А.И. Кораблева // Водные ресурсы. 1987. - №2. - С. 163-167

10. Кизеветтер И.В. Биохимия сырья водного происхождения / И.В. Кизеветтер.- М.: Пищевая промышленность, 1973. 424с.

11. Кретович B.JI. Биохимия растений / B.JI. Кретович // М.: Высш. шк.-1980. 448с.

12. Кузьменко М.И. Роль илов в развитии Microcystis aeruginosa / М.И. Кузьменко// Гидробиол. журн. 1972. - Т.8, №1.- С. 38-42

13. Кузьменко М.И. Миксотрофизм синезеленых водорослей и его экологическое значение / Кузьменко М.И. // Киев.: Наук, думка, 1981. 211с.

14. Парсонс Т.Р. Биологическая океанография / Т.Р. Парсонс, М. Такахаши, Б. Харгрейв // М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. -432с.

15. Плохинский Н.А. Алгоритмы биометрии / Н.А. Плохинский.- М.: МГУ, 1980.- 150с.

16. Садчиков А.П. Ферментативная и гетеротрофная активность водорослей и бактерий / А.П. Садчиков, О. А. Френкель, Т.Н. Скобеева // Гидробиол. журн. 1992. - Т.28, №6. - С. 51-56

17. Садчиков А.П. Влияние концентрации белка на протеолитическую активность бактерий (на примере Bacillus subtilis) / А.П. Садчиков, О.А. Френкель // Гидробиол. Журн. 1993. - Т. 29, № 4. - С. 81-85

18. Сакевич А.И. Свободные аминокислоты в экологическом метаболизме водорослей / А.И. Сакевич, П.Д. Клоченко // Гидробиол. журн. 1996. - т.32, №5.-с33-41ч

19. Трубачев И.Н. Одноклеточные водоросли потенциальный источник пищевого сырья / И.Н. Трубачев, В.А Барашков, Г.С. Калачева, Ю.И. Баянова // Препринт института физики им JT.B. Киренского СО АН СССР.- 1977

20. Acharya К. Effects of stoichiometric dietary mixing on Daphnia growth and reproduction / K. Acharya, M. Kyle, J J. Elser // Oecologia. 2004. - № 138. - P. 333-340.

21. Ahlgren G. Fatty acid content and chemical composition of freshwater microalgae / G. Ahlgren, I.-B. Gustafsson, M. Boberg // J. Phycol. 1992. - V.28. -P.37-50.

22. Alam M. S. Influence of different dietary amino acid patterns on growth and body composition of juvenile Japanese flounder, Paralichthys olivaceus / M.S. Alam, S-i. Teshima, D. Yaniharto et al. // Aquaculture. 2002. - V.210. - P.359-369.

23. Anderson T. Stoichiometiy: linking elements to biochemical / T. Anderson, M. Boersma, D. Raubenheimer //Ecoogy. 2004. - №85 (5). - P. 1193 - 1202.

24. Aragao C. Amino acid pool of rotifers and Artemia under different conditions: nutritional implications for fish larvae / C. Aragao, L.E.C. Conceicao, M.T. Dinis, H.-J. Fuhn // Aquaculture.- 2004. № 234. -P. 429 - 445.

25. Azam F. The ecological role of water-column microbes in the sea / F. Azam, T. Fenchel, J.G. Field, J.S. Gray, L.A. Meyer-Reil, F. Thingstad // Mar. Ecol. Prog. Ser. № 10.-P. 257-263i A

26. Boersma M, Schops C, McCauley E (2001) Nutritional quality of seston for the freshwater herbivore Daphnia galeata x hyalina: biochemical versus mineral limitation. Oecologia 129: 342 348.

27. Bronk D.A. 15N tracer method for the measurement of dissolved organic nitrogen release by phytoplankton / D.A. Bronk, P.M.A. Glibert // Mar. Ecol. Prog. Ser.- 1991.- V.ll.-P. 171 182.

28. Brown M.R. Nutritional properties of mariculture / M.R. Brown, S.W. Jeffrey, J.K. Volkman, G.A. Dunstan // Aquaculture. 1997. - 151. - P.315 - 331.

29. Brucet S. Ontogenetic changes of amino acid composition in planctonic crustacean species / S. Brucet, D. Boix, R. Lopez-Flores, A. Badosa, X.D. Quintana // Marine Biology. 2005. - V. 148. - P. 131 - 139.

30. Burdige D.J. Biogeochemical cycling in an organic-rich coastal, marine basin: 10. The role of amino acids in an sedimentary carbon and nitrogen cycling / D.J.Burdige, C.S. Martens // Geochim. Cosmochim. Acta. 1988 - V.52.,- P.1571-1584

31. Campbell, R.C. Statistics for biologists / R.C Campbell, University Press.-Cambridge. 1967. - 242 p.

32. Carlucci A.F. Diel production and microheterotrophic utilization of dissolved free amino acids in waters off Southern California / A.F. Carlucci, D.B. Craven, S.M. Henrichs // Appl. Environ. Microbiol. 1984. - V.48. - P. 165 - 170.

33. Carter C.G. Protein synthesis / C.G. Carter, Houlihan D.F. // In: Wright P.A., Anderson P.M. (Eds.), Fish Physiology, V.XX. Academic Press, London, P. 178-252

34. Clayton J.R. Evaluation of methods for the separation and analysis of proteins and free amino acids in phytoplankton / J.R. Clayton, D. Quay, S.S. Thoresen, S.I. Ahmed // J. Plankt. Res. 1988. - V.10. - P. 341 - 358.

35. Conceicao L.E.C. Amino acid requirement of fish larvae and post-larvae: new tools and recent findings / L.E.C. Conceicao, H. Grasdalen, I. Ronnestad // Aquaculture. 2003. - V. 227. - P. 221 - 232.

36. Cowie G.L. Sources and reactivities of amino acids in a coastal marine environment / G.L. Cowie, J.I. Hedges // Limnol. Oceanogr. 1992. - № 37(4).- P. 703 - 724.

37. Dabrowski K. The effect of dietary indispensable amino acid imbalances on feed intake: Is there a sensing of deficiency and neural signaling present in fish? / K. Dabrowski, M. Arslan, B.E.Terjesen, Y. Zhang // Aquaculture. 2007. - V. 268. -P. 136-142

38. Dabrowski K. Content of total free amino acids in zooplanktonic food of fish larvae / Dabrowski K., Rusiecki M. // Aquaculture. 1983. - V. 30. -.P. 31-42

39. Dauwe B. Amino acid and hexosamines as indicators of organic matter degradation state in North Sea'sediments / B. Dauwe, J. J. Middelburg // Limnol. Oceanogr. 1998. - V. 43, № 5. - P. 782 - 798.

40. Dauwe B. Linking diagenetic alteration of amino acids and bulk organic matter reactivity / B. Dauwe, J.J. Middelburg, P.MJ. Herman, C.H. Heip // Limnol. Oceanogr. 1999. - 44 (7). - P. 1809 - 1814.

41. Dawczynski C. Amino acids, fatty acids, and dietary fibre in edible seaweed products / C. Dawczynski, R. Schubert, G. Jahreis // Food Chemistry. 2007. -V. 102.- P. 891 -899.

42. Desvilettes C. Use fatty acids for the assessment of zooplankton grazing on bacteria, protozoans and microalgae / C. Desvilettes, G. Bourdier, C. Amblard and B.Barth // Freshwater Biology. 1997. - V. 38. - P. 629 - 637.

43. Ferguson J.L. Uptake and release of free amino acids by starfishes / J.L.Ferguson // Biological Bulletin. 1971. - V. 141. - P. 122 - 129.

44. Feuillade M. Amino acid uptake by a natural population of Oscillatoria rubescens in relation to uptake by bacterioplankton / M.Feuillade, J.Bohatier, G.Bourdier et.al // Arch. Hydrobiol. 1988. - № 3. - P. 345 - 358.

45. Finn R.N. Fuel and metabolic scaling during the early life stages of Atlantic cod Gadus morhua / R.N. Finn, I. Ronnestad, T. van der Meeren, H.J. Fyhn // Mar.Ecol. Progr. 2002. - V. 243. - P. 217 - 234.

46. Flynn K. Use of extracellular amino acid analys as an indicator of the physiological status of natural dinoflagellate populations // K.S. Flynn, K.S. Sones, R. Raine, S. Richard, K. Flynn // Mar.Ecol. Progr.- 1994. V. 103, N1-2. - P. 175186.

47. Fogg G.E. The production of extracellular nitrogenous substances by a blue-green algae / G.E. Fogg // Proc. Roy. Soc. Biol. Sci.- 1952. V.139. - № 896.-P. 372 - 379.

48. Fox J.M. Dietary requirement, for lysine by juvenile Penaeus vannamei using intact and free amino acid sources / J.M. Fox, A.L. Lawrence, E. li-Chan // Aquaculture. 1995. - № 131. - P. 279 - 290.

49. Fuhrman J.A. Nanomolar concentrations and repid turnover of dessolved free amino acids in seawater: Agreement between chemical and microbiological measurements / J.A. Fuhrman, R.L Ferguson. // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1986.-V. 33.-P. 237-242.

50. Gardner W.S. Source and fate of dissolved free amino acids in epilimnetic Lake Michigan water / W.S. Gardner, J.F. Chandler, G.A. Laird, H.J. Carrick // Limnol. Oceanogr. 1987. - V. 32. - P. 1353 - 1362.

51. Gladyshev M.I. The effect of algal blooms on the disappearance of phenol in a small forest pond / M.I. Gladyshev, N.N. Sushchik, G.S. Kalachova, L.A. Shchur // Water Research. 1998.- V. 32, № 9.- P. 2769-2775.

52. Gladyshev M.I. Content of metals in compartments of ecosystem of a Siberian pond / M.I. Gladyshev, I.V Gribovskaya., A.V. Moskvicheva, E.Y Muchkina., S.M.

53. Ghuprov, E.A. Ivanova // Arch. Environ. Contam. Toxicol. 2001. -V. 41. -P. 157162.

54. Gladyshev M.I. Evaluation of non-predatory mortality of two Daphnia species in a Siberian reservoir / M.I. Gladyshev, O.P. Dubovskaya, V.G. Gubanov, O.N. Makhutova // J Plankton Res. 2003. - № 25. - P. 999 - 1003.

55. Giani A. Implications of phytoplankton chemical composition for zooplankton production: experimental evidence / A. Giani // Oecologia. 1991. -№87.-P. 409-416.

56. Guisande C. Homeostasis in the essential amino acid composition of the marine copepod Euterpina acutifrons / C. Guisande, I. Maneiro, I. Riveiro // Limnol. Oceanogr. -1999.- V.44.- P. 691-696.

57. Gulati R.D. The role of food quality for zooplankton: remarks on the state-of-the-art, perspectives and priorities / Gulati R.D., DeMott W.R. // Freshwat. Biol. 1997.-V. 38.-P. 753-768.

58. Gupta L.P. ENSO related variations in biogeochemistry of AA and HA in settling particles along the Equatorial Pacific Ocean / L.P. Gupta, H. Kawahata // Journal of Oceanography.- 2007. V. 63. - P. 695 - 709.

59. Наша Т. Determination of amino acid production rate of marine phytoplankton with 13C and gas chromatography-mass spectrometry / T. Hama, N. Handa, J. Hama // Limnol. Oceanogr.- 1987.- V. 32.- P. 1144 1153.

60. Hamanaka J. Production and export of particulate fatty acids, carbohydrates and combined amino acid in the euphotic zone / J. Hamanaka, E. Tanoue, T. Hama et al. // Marine Chemistry. 2002. - № 77. - p. 55 - 69.

61. Hammer K.D. Dissolved free amino acids in the marine environment: a carbon to nitrogen ratio shift during diatom blooms / K.D. Hammer, G. Kattner // Marine Ecology. 1986. - Vol. 31. - P. 35 - 45.

62. Hantouch A. A. The Biochemical Composition of Some Micro-Algal Species Isolated From* the Shatt al-Arab River / A.A.Hantouch, K.K. Hreeb, II Marina Mesopotamica. 2003. - № 1. - P: 1 - 8.

63. Hashimoto S. Annual and seasonal variations of amino acid and hexosaamine fluxes in deep Bering Sea and deep central Subarctic Pacific / S. Hashimoto, Y. Maita, M. Yanada, K. Takahashi // Deep-Sea Research I. 1998.-V. 45.-P. 1029- 1051.

64. Hecky R.E. The amino acid and sugar composition of diatom» cell walls / R.E. Hecky, K. Mopper, P. Kilham, E.T. Degens // Mar. Biol. 1973. - V. 19. P. 323 -331.

65. Hedgs J.T. Origins and prossessing of organic matter in the Amason river as indicated by carbohydrates and aminoacids / J.T. Hedgs, G. L. Cowie at all.// Limnol. and Oceanogr. 1994. - V. 39, № 4. - P. 743 - 761.

66. Hefu J. Distribution of free amino acidin sea and lake ice cores from Antarctica with special reference to ice biota. / J. Hefu // Proc NIPR Symp. Polar biol. 1995. - № 8. - P. 114-125.

67. Heikkinen E. Utilisation of polimeric and manomeric aromatic and amino carbon in a humic boreal forest lake / E. Heikkinen, M. Likolammi, M. Jarvinen,

68. К. Salonen and H. D. Haan // Arch. Hydrobiol. Spec. Issues Advanc.Limnol.-1999. V. 54. - № 4. - P. 105 - 134.

69. Helland S. Modulation of the free pool and protein content in populations of the brine shrimp Artemia spp / S. Helland, G. Triantaphullidis, H. Fuhn, M.S.Evjen, P. Lavens, P. Sorgeloos // Marine Biology. 2000. - V. 137. - P. 1005 -1016

70. Helland S. Effects of season and material food on Calanus finmarchicus reproduction, with emphasis on the free amino acids / S. Helland, J.C. Nejstgaard, R. Humlen, H.J. Fyhn, U. Bamstedt // Marine Biology. 2003a. - V. 142. - P. 1141 - 1151

71. Helland S. Free amino acid and protein content in the planctonic copepod Temora longicornis compared to artemia franciscana / S. Helland, B. Terjesen, L. Berg // Aquaculture 2003b. - V. 215. - P. 213 - 228.

72. Hessen D.O. Phytoplankton contribution to sestonic mass and elemental ration in lakes: Implications for. zooplankton nutrition / D.O: Hessen, T. Andersen, P. Brettum, В .A, Faafeng // Limnol. Oceanogr. 2003. - № 48. -P. 1289 - 1296.

73. Hobbie J. Competition between planktonic bacteria and algae for organic solutes / J. Hobbie, R. Wright // Met. 1st. Ital. Idrobiol., 18 Suppl. 1965. -P. 175 -185.

74. Hollibaugh J.T. The biological degradation of arginina and glutamic acid in seawater in relation to the growth of phytoplankton / J.T. Hollibaugh // Marine Biology. 1976. - № 36. - P. 303 - 312.

75. Jefers J., 1981. An introduction to system analysis: with ecological application. "Mir", Moscow, 252 p.

76. Jorgensen N. O. G. Free amino acids in lakes: Concentrations and assimilation rates in relation to phytoplankton and bacterial production. // N. O. G. Jorgensen // Limnol. oceanogr. 1987. - № 32,- P. 97 - 111.

77. Jorgensen N.O.G. Dissolved free amino acids, combined amino acids, and DNA as sources of carbon and nitrogen to marine bacteria/ N.O.G. Jorgensen, N. Kroer, R. B. Coffin, X-H. Yang, C. Lee // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1993. - №9.- P. 135- 148.

78. Jorgensen N.O.G. Utilization of dissolved nitrogen by geterotrophic bacterioplancton: Effect of substrate C/N ratio/ N.O.G. Jorgensen, N. Kroer, R. B. Coffin // Appl. and Environ. Microbiol. 1994. - V.60. - №11. - P. 4124 - 4133.

79. Kamjunke N. Leucine incorporation by Microcystis aeruginosa / N. Kamjunke, S.Jahnichen // Limnol. Oceanogr. 2000. - № 45(3). - P.741 - 743.

80. Kamjunke N. Utilisation of leucine by several phytoplankton species / N. Kamjunke N. Tittel // Limnologia. 2008. - № 38. - P. 360 - 366.

81. Kattner G.J. Refractory organic compound in polar waters: Relationship between humic substances and amino acids in the Arctic and Antarctic / G.J. Kattner, U. Hubberten, R. J. Lara // Mar. Res. 1995. - 53, № 1. - P. 137 - 149.

82. Klein Breteler W.C.M. Trophic upgrading of food quality by protozoans enhancing copepod growth: role of essential lipids / W.C.M. Klein Breteler, N. Schogt, M. Baas et al. // Marine Biol. 1999. - V.135. - P. 191 -198.

83. Kleppel G.S. Egg production and the nutritional environment of Acartia tonsa the role of food quality in copepod nutrition / G.S. Kleppel, C.A. Burcart // ICES. J.mar. Sci. 1995. - V. 52. - P. 297 - 304.

84. Kleppel G.S. Nutrition and the regulation of egg production in the calanoid copepod Acartia tonsa / G.S. Kleppel, C.A. Burkart, L. Houchin // Limnol. oceanogr. 1998. - № 43(5). - P. 1000 - 1007.

85. Martin-Creuzburg D. Life history consequences of sterol availability in, the aquatic keystone species Daphnia / D.Martin-Creuzburg, A.Wacker, E.Yon Elert // Oecologia. 2005. - № 144. - P. 362 - 372.

86. Masumoto T. Amino acid availability values for several protein sources for yellowtail (Seriola guingueradiata) / T. Masumoto, T. Ruchimat, J. Ito, H. Hosokawa, S. Shimeno // Aquaculture. 1996. - V. 146. - P. 109 - 119.

87. McClelland J. Trophic relationships and the nitrogen isotopic composition of amino acids in plankton / J. McClelland, J. Montoya // Ecology. 2002. - № 83(8). -P. 2173 -2180.

88. Meon B. Dynamics and molecular composition of dissolved organic material during experimental phytoplankton blooms / B. Meon, D. Kirchman // Marine Chemistry. 2001. - № 75. - P. 185 - 199.

89. Millamena O.M. Requirements of juvenile marine shrimp, Penaeus monodon (Fabricius) for lysine and arginine / O.M. Millamena, M.N. Bautista-Teruel, O.S.Reyes, A. Kanazawa// Aquaculture. 1998. - V. 164. - P. 95 - 104.

90. Miyashita S. Effects of nutrient addition on phytoplankton in lake Nahanuma, Japan / S. Miyashita, T. Miyazaki // Hydrobiologia. 1993. - № 254. -P. 43-51.

91. Miyazaki T. Effects of nutrient addition on phytoplankton in lake Nahanuma, Japan / T. Miyazaki, S. Miyashita // Hydrobiologia. 1995.,- № 308. - . P. 109-116.

92. Moore S. Chromatography of amino acids of sulfonated polystyrene resins / S. Moore, W.H. Stein // J. Biol. Chem.-1951. № 192. - P. 663 - 681.

93. Munster U. Amino asid profiling in natural organic matter isolated by reverse osmosis from eight different boreal freshwaters / U. Munster // Envir. Intern. 1999. - V. 25, №. 2/3. - P. 209 - 224.

94. Nagata T. Release of dissolved free and combined amino acids by bacterivorous marine flagellates / T. Nagata, D.L. Kirchman / Limnol. Oceanogr.-1991.-V.36.-P. 433 -443.

95. Pedersen A. Bacterial influence on amino acid enantiomerization in a coastal marine sediment / A. Pedersen, T.Thomsen, Lomstein. et al. // Limnol. Oceanogr. -2001. № 46(6). - P. 1358 - 1369.

96. Petersson M. Use of amino acid composition to investigate settling and resuspension of a spring bloom in the southern Skagerrak / M. Petersson, S. Floderus // Limnol. Oceanogr. 2001. - № 46(5). - P. 1111 - 1120.

97. Peres H. Effect of the dietary essential to non-essential amino acid ratio on growth, feed utilization and nitrogen metabolism of European sea bass (Dicentrarchus labrax) / H. Peres, A.Oliva-Teles // Aquaculture. 2006. - V. 256. -P. - 395 - 402.

98. Peres H. Effect of the dietary essential amino acid pattern on growth, feed utilization and nitrogen metabolism of European sea bass {Dicentrarchus labrax) / H. Peres, A. Oliva-Teles // Aquaculture. 2007. - № 267. - P. 119 - 128.

99. Peres H. Lysine requirement and efficiency of lysine utilization in turbot (Scophthalmus maximus) juveniles / H. Peres, A.Oliva-Teles // Aquaculture. -2008. -V. 275.-P. 283-290.

100. Ping X. Uptake of amino acids by the cyanobacterium Anabaena ATCC 27893 / X. Ping, PJ. McAuley // New Phytol. 1990. - №. 115. -P. 581 - 585.

101. Ronnestad I. Fish larval nutrition: a review of recent advances in the roles of amino acids /1. Ronnestad, A. Thorsten, R.N. Finn // Peres 1999. № 177. - P. 201 -216.

102. Ronnestad I. The supply of amino acids during early feeding stages of marine fish larvae: a review of recent findings / I. Ronnestad, S.K. Tonheim, H.J. Fyhn et.al. // Aquaculture. 2003. - № 227. - P. 147 - 164.

103. Rosenstock B. Sources and sinks of dissolved free amino acids and protein in a large and deep mesotrophic lake / B. Rosenstock, M. Simon // Limnol. Oceanogr. 2001. -V. 46. - № 3. - P. 644 - 654.

104. Rosa R. Seasonal patterns of nucleic acid concentrations and amino acid profiles of Parapenaeus longirostris (Crustacea, Decapoda): relation to growth and nutritional condition / R. Rosa, M.L. Nunes // Hydrobiologia. 2005. - № 537. - p. 207 - 216.

105. Schuhmacher A. Plasma amino acids in rainbow trout {Oncorhynchus mykiss) fed intact protein or a crystalline amino acid diet / A. Schuhmacher, C. Wax, J.M. Gropp // Aquaculture. 1997. - V. 151. -P. 15 - 28.

106. Schweitzer B. a- and $-Proteobacteria Control the Consumption and Release of Amino Acid on Lake* Snow Aggregates / B. Schweitzer, I. Huber, R. Amann, W. Ludwig, M.Simon // Applied and Environmental Microbiology. -2001. V.67.-№ 2. - P. 632 - 645.

107. Servais P. Measurement of the incorporation rates of four amino acids into proteins for estimating bacterial production / P. Servais // Microb. Ecol. 1995. -V. 29.-P. 115-128.

108. Singh V.P. Extracellular protein amino acids of blue-green algae. 1. The production of extracellular amino acids by Aulosira fertilissima and Anacystis nidulans / V.P. Singh, K. Trehan // Phycos. 1973. - V. 12. - № 1. - P. 36-41.

109. Sigleo A.C. Amino acid composition of suspended particles, sediment- trap material, and benthic sediment in the Potomac Estuary / A.C. Sigleo, D.J. Shultz // Estuaries. 1993. - № ЗА. -P. 405-415.

110. Simon M. Protein content and protein synthesis rates of planctonic marine bacteria / M. Simon, F. Azam // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1988. - V. 51. - P. 201

111. Simon M. Bacterioplankton dynamics in a large mesotrophic lake: II. concentrations and turnover of dissolved amino acids / M. Simon // Arch. Hydrobiol. 1998. - № 144. - P. 1 - 23.

112. Small L.F. Dissolved and fecal pellet carbon and nitrogen release by zooplankton in tropical water / L. Small, S.A. Fowler, S.A. Moore, L. Rosa // Deep sea research. 1983. - V. 30. - P. 1199 - 1220.

113. Sorimachi K. Evolutionary changes reflected by the cellular amino acid composition / K. Sorimachi // Amino Acids. 1999. - V. 17. - P. 207 - 226.

114. Sorimachi K. Conservation of the basic pattern of cellular amino acid composition during evolution in plants / K. Sorimachi, T. Okayasu, K. Akimoto, A. Niwa // Amino Acids. 2000. - V. 18. - P. 193 - 197.

115. Sorimachi K. The classification of various organisms according „to the free amino acid composition change as the result of biological evolution / K. Sorimachi // Amino acids 2002. - № 22. - P. 55 - 69.

116. Sterner R.W. Zooplankton nutrition: recent progress and a reality check / R.W. Sterner, K.L. Schulz // Aquat Ecol. 1998. - V. 32. - P. 261 - 279.

117. Strom S.L. Responses of marine planktonic protists to amino acids: Feeding inhibition and swemming behavior in the ciliate Favella sp. / S.L. Strom, G.V. Wolfe, K.J. Bright // Aquat. Microb. Ecol. 2007. - V. 47. - P. 107 - 121.

118. Sundh I. Extracellular dissolved organiccarbon released from phytoplancton as a source of carbon for heterotrophic bacteria in lakes of different humic content /1. Sundh, R.T. Bell // Hydrobiologia. 1992. - V. 229. - P. 93 - 106.

119. Tartarotti B. Large variability in the concentration- of mycosporine-like amino acid among zooplankton from lakes located across an «altitude gradient / B. Tartarotti, I. Laurion, R. Sommaruga // Limnol. Oceanogr. 2001. - № 46(6). - P. 1546 - 1552.

120. Thomas J. The spatio-temporal patterns and ecological significance of free amino acids and humic substanses in contrasting oligotrophic and eutrophic freshwater ecosystems / J.Thomas, P.Eaton // Hydrobiologia. 1996. - V.332. - P. 183-211.

121. Thomas J. The role of dissolved organic matter, particularly free amino acid and humic substances, in freshwater ecosystems / J.Thomas // Freshwater Biology. -1997.-№38.-P. 1-36.

122. Tranvik L.J. Colloidal and dissolved organic matter in lake water: Carbohudrate and amino acid composition, and ability to support bacterial growth / L. J. Tranvik, N. O. G. Jorgensen // Biogeochemistry. 1995. - V. 30. - P. 77 - 97.

123. Vilasoa-Martinez M. Protein and amino acid content in the crab, Chionoecetes opilio / M. Vilasoa-Martinez, J. Lopez-Hernandez, M.A.Lage-Yusty //Food.Chemistry. 2007. - V. 103. - P. 1330 - 1336.

124. Wang S. Quantitative dietary lysine requirement of juvenile grass carp Ctenopharyngodon idella / S. Wang, Y.-J. Liu, L.X. Tian, M.Q. Xie, H.J. Yang, Y. Wang, G.Y. Liang //Aquaculture. 2005. - V. 249. - P. 419 - 429.

125. Weiss M. Consumption of labile dissolved organic matter by limnetic bacterioplancton: the relative significance of amino acid and carbohydrates / M. Weiss, M. Simon // Aquatic Microbial Ecology. 1999. - V. 17. - P. 1 - 12.

126. Wetzel R.G. Gradient-dominated ecosystems: Sources and regulatory functions of dissolved organic matter in freshwater ecosystems / R.G. .Wetzel // Hydrobiologia. 1992. - V. 229. - P. 181 - 192.

127. Whelan J.K. Amino acids in a surface sediment core of the Atlantic abyssal plan. / J.K. Whelan // Geochim. Cosmochim.- Acta. .- 1977 V. 41. - P. 803 - 810.

128. Wilson R.P. Protein and amino acid requirements of fishes / R.P. Wilson, J.E. Halver // Annu. Rev. Nutr. 1986. - № 6. - P. 225 - 244.

129. Wilson R.P. Amino acid and proteins / In: Halver J.E., Hardy R.W. (Eds.), Fish Nutrition, 3rd ed. Academic Press, San Diego, CA. 2002. - P. 144 - 175.

130. Yancey Р.Н. Living with water stress: evolution of osmolyte systems / Yancey P.H., Clark M.E., Hand S.C., Bowlus R.D., Somero G.N. // 1982. -Science. № 217. - P. 1214 - 1222.

131. Zhou Q. Dietary lysine requirement of juvenile cobia {Rachycentron canadum ) / Q. Zhiu, Z. Wu, S. Chi, Q. Yang // Aquaculture 2007. - V. 273. - P. 634-640.