Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биохимические аспекты оценки стадий продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона и физиологического состояния микроводорослей в культурах

ВАК РФ 03.02.10, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Биохимические аспекты оценки стадий продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона и физиологического состояния микроводорослей в культурах"

ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ ЮЖНЫХ МОРЕЙ им. А.О. КОВАЛЕВСКОГО

СЫСОЕВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 577.1:574.583(262.5+99)

БИОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ СТАДИЙ ПРОДУКЦИОННО-ДЕСТРУКЦИОННОЙ СУКЦЕССИИ МИКРОПЛАНКТОНА И ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ в

КУЛЬТУРАХ

03.02.10 - гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

11 ДЕК 2014

Севастополь - 2014

005556672

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Инсгиту-е биологии южных морей им. Л. О. Ковалевского. Севастополь

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Самышев Эрнест Зайнуллинович Институт биолс гии южных морей им. А. О. Ковалевского,

заведующий отделом функционирования морских экосистем.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Золотницкий Александр Петрович

Керченский государственный уорской технглогический университет заведующий кафедрой водных ресурсов и марикультуры.

доктор биологических наук, старший научный сотрудник Силкин Влааимир Арсентьевич Южное отделение Института океанологии РлН, г. Геленджик заведующий лабораторией экологии.

Защита состоится .< 29 » ...декабря... 2014 г. в « !сУ» часов на заегдании специализированного Учёного Совета Д 50.214.01 Института биологии морей им. А.О. Ковалевского но адресу: пр. Нахимова, 2, г. Севастополь, 299011 РФ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института бкелогчк к к-морей им. А.О. Ковалевского по адресу: пр. Нахимова, 2, г. Севастополь, 299011 РФ

Автореферат разослан 2014 г.

Учёный секретарь

специализированною учёного совета Д 50.214.01

кандидат биологиче;ких нг> к г Н.В. Поспелог а

/ - /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Актуальность темы. В практике гидробиологических исследований перспективных для промысла районов Мирового океана одной из наиболее важных целей является оценка продуктивности исследуемых вод. В приложении к экосистеме пелагиали одной из важных задач является оценка состояния базового трофического звена - микропланктона {Beers, 1971). От того, какие процессы доминируют, зависит рост или снижение биомассы (Виноградов, ¡Пушкина, 1983) и, соответственно, кормовой базы для консументов более высокого порядка. Имеющийся опыт оценки стадий продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона основан на анализе огромного массива данных о составляющих сообщества: таксономической принадлежности, численности и биомассе. Все виды перечисленных анализов трудоемки и требуют долгосрочной обработки. При этом из-за отсутствия информации о физиологическом состоянии микропланктонтов оценка продукционно-деструкционного процесса зачастую сводится к парадигме соотношений биомасс автотрофных и гетеротрофных составляющих сообщества. В связи с этим представляется целесообразным внедрение в исследования этого процесса комплекса биохимических методов, предусматривающих использование данных о соотношении содержания АТФ и хлорофилла «а» в микропланктоне.

Предлагаемый подход отличается от классического относительной простотой использования и оперативностью обработки.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа выполнена в рамках научных тем отдела функционирования морских экосистем Института биологии южных морей НАН Украины: "Структурно-функциональные основы продукционных процессов у гидробионтов" (№ 0199U001388); "Трансформация морских экосистем в условиях глобальных изменений окружающей среды: механизмы и последствия" (№ 0103U001047);«Антропогенная трансформация морских экосистем» (№ 0107U012021), «Комплексные исследования биологических и экологических ресурсов Азово-Черноморского бассейна и других стратегически важных регионов Мирового океана» (№ 0110U006203), а также по международному гранту INTAS 0351-6196: «Энергетика гетеротрофно-фотоавтотрофного микробиального взаимодействия: верификация HP индекса и функциональной роли размерной структуры сообщества».

Цель и задачи исследования. Цель - разработать схему использования комплекса определения адениновых нуклеотидов и растительных пигментов и с ее реализацией провести анализ продукционно-деструкционных процессов в морском микропланктоне, дать экспресс-оценку стадий его сукцессии. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Определить критерии оценки стадий продукционной сукцессии микропланктонного сообщества по содержанию адениновых нуклеотидов и растительных пигментов.

• На основании экспериментальных исследований определить связь между аденилатным энергетическим зарядом и репродуктивной активностью клеток под воздействием негативных факторов среды в культурах морских планктонных водорослей различной таксономической принадлежности.

• По данным мониторинговых исследований микропланктона Севастопольской бухты Черного моря и экспедиционных исследований Антарктики определить связь

1

биохимических показателей с критериями оценки стадий продукционной сукцессии микропланктонного сообщества.

Объект исследования — микропланктон вод Севастопольской бухты, западной Антарктики и морские микроводоросли в культурах.

Предмет исследования - комплекс биохимических методов оценки продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона и физиологического состояния микроводорослей в культурах.-

Методы исследования: традиционные методы отбора микропланктонных проб; вакуумная фильтрация на мембранные фильтры; получение экстрактов адениновых нуклеотидов методом кипячения фильтров в трис-ацетатном буфере, хлорофилла «а» -растворением фильтров в ацетоне; хемилюминесцентный анализ АТФ, спектрофотометрический - хлорофилла «а»; статистические методы анализа данных Excel 7.0.

Научная новизна работы. Впервые разработан комплекс биохимических параметров, применяемых в гидробиологической практике, с целью оценки функционального состояния микропланктонного сообщества. Для оценки стадий продукционно-деструкционной сукцессии предложены научно обоснованные подходы использования данных аденилатного и пигментного анализов микропланктонных проб, рассчитаны индексы. В экспериментах с культурами микроводорослей показано влияние величины аденилатного энергетического заряда на репродуктивную активность клеток. Впервые для микроводорослей был обнаружен эффект снижения внутриклеточного аденилатного пула в ответ на воздействие негативных факторов среды,- ' как вынужденный механизм для компенсаторного повышения аденилатного энергетического заряда.

Практическая значимость. Результаты могут быть использованы при оценке продукционно-деструкционных процессов в водоемах, а также при прогнозировании изменений состояния водных экосистем в условиях загрязнения среды. Результаты работы могут найти применение при решении таких фундаментальных задач гидробиологии как выявление направленности сукцессии, создание и управление искусственными сообществами.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является самостоятельным научным исследованием. Представленный в работе фактический материал на основе 338 проб собран и проанализирован автором лично. На основе значительного объема литературных источников автором собраны и проанализированы функциональные характеристики данных аденилатных и пигментных анализов, применяемых в гидробиологии, и адаптированы для оценки стадии продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона. Показаны варианты применения биохимических параметров для оценки функциональных характеристик микропланктонного сообщества при полевых съемках акваторий в различных широтных условиях и микроводорослей - в экспериментах с культурами.

Апробация работы. Материалы, на которых основана работа, были представлены в докладах на конференциях: VI-я Международная научно-практическая конференция "Вода: проблемы и решения". 16 - 17 октября 2002 г., Днепропетровск; International Conference: "30th Pacem in Maribus", October 2003, Kiev; Международный научно-технический семинар «Системы контроля окружающей среды» (Севастополь, 2004 -2008, 2010, 2011 гг.); 2-nd Ukrainian Antarctic Meeting: "Antarctic Peninsula; Key region

for environment change study" (Kiev, June, 2004); «Водная экология на заре XXI века» (Санкт-Петербург, октябрь, 2005 г.); «Проблемы биологической океанографии XXI века» (Севастополь, 2006 г.); Научный доклад на заседании ученого совета ИнБЮМ НАНУ - 2011 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 работ, в том числе - 13 статей в научных журналах и сборниках научных трудов (из них 4 - в издательствах, рекомендованных ДАК МОН Украины, глава - в монографии), 14 тезисов докладов в материалах международных и отечественных конференций. В работах, опубликованных в соавторстве, личным вкладом соискателя было непосредственное участие в отборе и обработке проб, анализ и интерпретация полученных результатов были выполнены с соавторами на паритетных основах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения, выводов, списка литературных источников, включающего 112 наименований, из них 62 - на латинице. Работа изложена на 122 страницах, иллюстрирована 37 рисунками и 4 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Аналитический обзор литературы (раздел 1). В разделе рассмотрены основные биохимические методы, применяемые в гидробиологической практике для оценки функциональных характеристик микропланктона. Приведены критерии оценки стадий продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона по функциональным характеристикам сообщества, представлены основы адаптации к ним биохимических параметров.

Материал и методы обработки проб (раздел 2). Материалы получены при выполнении экспедиционных исследований вод западной Антарктики, при проведении экологического мониторинга Севастопольской бухты, а также в лабораторных экспериментальных исследованиях культур морских планктонных водорослей. При анализах использованы стандартные методы определения концентраций адениновых нуклеотидов (хемилюминесцентный анализ) (Holm-Hansen, 1966) и растительных пигментов (спектрофотометрический анализ) (Jeffrey & Humphrey, 1975). Размерное фракционирование проводилось методом последовательной фильтрации на мембранные фильтры с различными размерами пор.

Биохимические основы оценки стадии продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона (раздел 3). Для оценки стадий продукционно-деструкционной сукцессии применяются функциональные показатели микропланктона: отношение первичной продукции к обшей гетеротрофной деструкции сообщества, или индекс зрелости (K3p=Pp/D). Эта величина, отражая продукционно-деструкционную активность сообщества, позволяет различать фазы сукцессии, а также степень превалирования в нем продукционных и деструкционных процессов. По концентрациям АТФ судят о величине метаболически активной (живой) биомассы микропланктона, по концентрациям хлорофилла «а» - об ее фотоавтотрофной части. По критериям, разработанным Чиаудани и Пагнотга (Chiaudani, Pagnotta, 1978), гетеротрофно-фотоавтотрофный индекс (НР-индекс), рассчитанный по формуле: ///> = —— «юо, при величинах 10-20 означает паритетное

Схл а

соотношение биомасс гетеротрофных и фотоавтотрофных организмов микропланктонного сообщества. Значения индекса более 20 свидетельствуют о

гетеротрофном доминировании, при индексе менее 10 - о фотоавтотрофном. Для оценки баланса продукционных и деструкционных процессов данные соотношений концентраций АТФ и хлорофилла «а» микропланктона целесообразно использовать в функциональном аспекте этих показателей. Известно, что первичную продукцию определяют по выделенному водорослями кислороду, а деструкцию — по биологически потребленному кислороду (БПК). На основе анализа большого массива данных, полученных в морских водах различных широт, приведена формула пересчета первичной продукции (Р0): Р„ = 1,56 + 0,92 С0 (мгС-м"3-день"'), где С0 -концентрация хлорофилла «а» (Шемшура и др. 1990). Исходя из того, что в процессах продукции 1мг Сорг соответствует 3,15мг 02 (ассимиляционный коэффициент равен 1,18) (Алимов, 1989), а БПК/АТФ=500 {Океанология, 1977), т.е. 1 нг АТФ соответствует БПК = 0,5 мкг-л"1 Ог-час"1, (дыхательный коэффициент равен 0,85), нами приведены соотношения биохимических характеристик к критериям зрелости продукционно-деструкционной сукцессии по Виноградову - Шушкиной (Виноградов, ¡Пушкина, 1983), (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика состояния планктонных сообществ (К3р - индекс зрелости) с использованием значений концентраций хлорофилла «а» (С0) и АТФ (Сатф)

Состояние сообществ Диапазон изменений K3p=Pp/D Диапазон изменений Со/САТФ

Со=0,01 -Ю, 1 мкг/л Со=0,1-И мкг/л Со=1-Н0 мкг/л

Молодое 5,0-1,6 44,8-14,1 36,6-11,7 30,4-9,7

Равновесное 1,6-0,6 14,1-5,3 11,7-4,4 9,7-3,6

Развитое 0,6-0,1 5,3 - 0,9 4,4 - 0,7 3,6 - 0,6

Зрелое 0,1-0,01 0,9-0,09 0,7 - 0,07 0,6 - 0,06

Деградирующее <0,01 <0,09 <0,07 <0,06

Для оценки потенциала продукции в квазиоднородном слое данные по концентрациям хлорофилла бывают недостаточными, поскольку не учитывается физиологическое состояние продуцентов, которое зависит от многих факторов среды. Одним из наиболее надежных методов оценки физиологического состояния одноклеточных организмов признан метод определения внутриклеточного аденилатного энергетического заряда (АЭЗ) ( Atkinson, 1968), который вычисляется из молярных концентраций по формуле: АЭЗ = (АТФ + 1/2АДФ)/(АТФ+АДФ+АМФ).

Изменения биохимических параметров в культурах морских планктонных водорослей (раздел 4). В эксперименте с культурами морских планктонных водорослей по влиянию различной степени обеспечения минеральным питанием на динамику численности и аденилатный пул определены следующие особенности. По динамике численности клеток в процессе культивирования водорослей наибольшее развитие имели г-стратеги (рис. 1). При этом прирост их численности на питательной среде Гольдберга примерно вдвое выше такового на фильтрате.

Рис. 1. Динамика численности морских планктонных водорослей (г-стратегов - А, К-стратегов - В) и АЭЗ в культурах во время 10-суточной экспозиции на среде Гольдберга и на фильтрате морской воды (режимы «подпитки» и «минерального дефицита», соответственно)

У К-стратегов разница прироста численности в различных режимах была невелика (рис. 2). В режиме "подпитки" почти у всех видов водорослей незначительно снизились АЭЗ в фазе пика их развития, в то время как в режиме "минерального дефицита" в этой фазе снижение в них АЭЗ произошло значительно сильнее, особенно у г-стратегов. У представителей К-стратегов снижение АЭЗ было гораздо меньшим, что указывает на устойчивость этих культур к дефициту биогенных элементов. В заключительной фазе так же отмечен рост АЭЗ, особенно значительный у г-стратегов. Во время 10-дневной экспозиции произошли изменения и в соотношениях биомассы (в пересчете на средний объем клеток) и аденилатного пула водорослей (рис. 2). Интенсивная фотосинтетическая ассимиляция фитопланктона приводит к ограниченному, но реальному развитию пула адениновых нуклеотидов в направлении форм, менее заряженных высокоэнергетическими фосфатными связями (АДФ и АМФ). Это развитие обусловлено гидролизом АТФ в процессе клеточного биосинтеза (А!еуа, 1989).

Рис. 2. Динамика соотношений аденилатного пула (в пикомолях) и биомассы в культурах морских планктонных водорослей: А - на среде Гольдберга; В - на фильтрате морской воды, 1- в начальной фазе, 2 - в фазе пика численности, 3 - в конце эксперимента

Рост биомассы и численности фитопланктонных организмов в системах с ограниченным водообменом приводит к недостатку биогенных ресурсов вод, в частности, к дефициту растворенного фосфора, и, соответственно, к снижению энергетического заряда аденилатной системы (Hiño, 1988). Поскольку метаболическая активность организмов находится в строгой зависимости от таких макромолекул, как ферменты и нуклеотиды, процессы адаптации должны сводиться к тому, чтобы функции макромолекул были такого типа и осуществлялись с такими скоростями, при которых жизненные процессы организма протекали бы удовлетворительно - несмотря на негативное влияние среды (Atkinson, 1977). АЭЗ, неизбежно снижающийся при использовании энергии для деления клеток, достигает своего минимума при максимуме численности. Эта точка экстремальных значений включает механизм возврата аденилатной системы к заряженному состоянию в целях сохранения жизнеспособности и нормальному протеканию физиологических процессов. При недостатке биогенных элементов, в первую очередь - фосфатов - «подзарядка» аденилатной системы фосфорилированием АМФ и АДФ происходит из внутренних ресурсов клетки. В результате этой перестройки снижается аденилатный пул.

Работу по изучению динамики репродуктивной активности и аденилатной системы клеток, как реакции на импактное воздействие нефтяного токсиканта, проводили используя три варианта условий содержания культуры морской планктонной водоросли Platymonas viridis: 1) на среде Гольдберга (контроль); 2) на среде Гольдберга с добавлением бензина Б-70 (концентрация 10 мкл-л"') - (А); 3) на среде Гольдберга с добавлением бензина Б-70 (концентрация 50 мкл-л"1) - (Б). В контрольном варианте эксперимента наблюдался активный прирост водоросли: в результате 10-дневной экспозиции ее численность увеличилась на порядок (рис. 3). Значительно меньший прирост отмечен в среде с бензином в варианте А: к концу экспозиции численность клеток едва приблизилась к трехкратному значению от

стартовой, в среде с бензином в варианте Б прирост численности к 7-м суткам вообще не наблюдался, к концу 10-дневной экспозиции она приблизилась к полуторократной от стартовой.

Рис. 3. Динамика численности клеток Platymonas viridis (кл. -мл"1) под воздействием бензина Б-70

Судя по динамике численности, в варианте А основной адаптационный период водоросли занял не менее 7 суток. В варианте Б отсутствие ощутимого возрастания ее численности указывает на то, что адаптационный период не завершился в рамках времени, отведенного на эксперимент. В контроле относительно пропорциональное повышение концентраций аденилатов, адекватное росту численности клеток, отслежено на протяжении всего эксперимента (рис. 4). При этом отмечено значительное преобладание АТФ, доля АДФ занимала вторую позицию, АМФ имело наименьшие показатели. На 10-е сутки экспозиции заметно прибавилась доля АМФ. Его концентрация почти достигла уровня АДФ. Вероятно, это связано с приближением к критической численности и снижением активности деления клеток. В контрольном варианте эксперимента АЭЗ существенно возрос в первой фазе эксперимента, затем, по мере возрастания численности водоросли, снизился к концу экспозиции до размера стартового. Причина этого снижения, очевидно, связана с возросшими энергетическими тратами водоросли на репродукцию. Можно предположить, что величина АЭЗ и в дальнейшем должна снижаться, понижая тем самым скорость деления клеток при достижении определенного численного максимума.

аденилаты, пМ

1000

800 600

АТФ '' '' ч п АДФ I

аэз

- 0,83 j 0,78

- 0,73 ■j 0,68 -» 0,63 -< 0,58

0,53 0,48 сутки

-АЭЗ

Рис. 4. Динамика концентраций адениновых нуклеотидов (пМ) и АЭЗ в культуре Platymonas viridis на среде Гольдберга (контроль)

В сравнении с контрольным вариантом в варианте А эксперимента отмечено значительное снижение скорости синтеза аденилатов, согласующееся с динамикой численности клеток (рис 5). На 4-е сутки экспозиции содержание АТФ было ниже, чем АДФ.

аденилаты, пм

1000 -

800 600 -400 -

200 -О

Ssw , ЩШт , Bik

ä АДФ

АЭЗ

0,83 -< 0,78 т 0.73

-I 0,68

л 0,63 J 0,58 0,53 0,48 сутки -АЭЗ I

Рис. 5. Динамика концентраций адениновых нуклеотидов (пМ) и АЭЗ в культуре Platymonas viridis на среде Гольдберга с добавлением бензина Б-70, конечная концентрация 10 мкл-л"1 (вариант А)

Из этого можно предположить, что на первом этапе эксперимента главные энергетические траты были направлены на адаптационные механизмы клеток в связи с негативным влиянием токсиканта. В последующем доминирующее положение АТФ в аденилатном пуле постепенно «выправилось», что отразилось на возрастании активности деления клеток (рис. 3). Динамика АЭЗ в этом варианте эксперимента выразилась в его резком спаде в начальной фазе и затем в постепенном возрастании с достижением величины, близкой к фазе активного роста численности водоросли. В варианте Б эксперимента в начальной фазе эксперимента, на 4-е сутки, содержание АТФ было ниже, чем других аденилатов (рис. 6). Это свидетельствует о значительных энергопотерях от воздействия токсиканта. Негативное воздействие токсиканта на АЭЗ было выражено наиболее сильно. В первой фазе эксперимента АЭЗ снизился до значений латентной активности аденилатной энергетической системы, что нашло отражение и в некотором снижении численности клеток (рис. 3). В дальнейшем наблюдалась тенденция к восстановлению эффективного соотношения аденилатов. Однако, вероятно, при высокой концентрации бензина адаптационные процессы растянулись на более продолжительный срок: даже по завершении эксперимента величина АЭЗ не достигла значения активной фазы роста. Очевидно, адаптационный период не завершился в период эксперимента.

адснилаты, шпппМ

800 Q

S00

400

200

Hm i Ii' iшш i [ГТПТки , FRTTIm 4

- 0,83 -j 0,78 4 0.73 ■i 0,68 " -f 0,63

0- - * 4 O.ss

0,53 0,48 сутки

АДФ ИПДМФ - о - АЭЗ 1

Рис. 6. Динамика концентраций адениновых нуклеотидов (пМ) и АЭЗ в культуре Platymonas viridis на среде Гольдберга с добавлением бензина Б-70, конечная концентрация 50 мкл-л"1 (вариант Б)

Динамика соотношений аденилатного пула и численности клеток имела следующие особенности. В контроле не было отмечено значительных колебаний величин на протяжении всего эксперимента (рис. 7, Контроль). Это свидетельствует о физиологическом гомеостазе, несмотря на значительные энергетические траты в процессе активного деления клеток. При приросте численности водоросли в течение 10 суток почти на порядок (рис. 3), сохранявшийся высоким АЭЗ на протяжении эксперимента (рис. 4) и стабильное соотношение аденилатного пула с численностью клеток дают основание для утверждения о высоком продукционном потенциале культуры при заданных контрольных условиях. В варианте А эксперимента на 4-е сутки отмечено значительное повышение аденилатного пула (рис. 7, Вариант А) при резком снижении АЭЗ (рис. 5). В дальнейшем, на 7-е сутки наблюдалось существенное снижение аденилатного пула, уровень которого сохранялся и на 10-е сутки. В этот же период отмечен постепенный рост АЭЗ. В варианте Б на протяжении всего эксперимента наблюдалось снижение удельного клеточного аденилатного пула (рис. 7, Вариант Б). Несмотря на то, что после четвертого дня эксперимента АЭЗ показал значительный рост, приближаясь на десятые сутки к субординарным значениям (рис. 6), снижение пула происходило в прежнем режиме. Это свидетельствует о том, что угнетение токсикантом аденилатной энергетической системы продолжало быть существенным, поскольку для повышения АЭЗ в системе по-прежнему сокращалось количество адениновых оснований, задействованных во внутриклеточной энергетике.

Рис. 7. Динамика соотношений концентраций аденилатного пула (пМ) и численности клеток (N, кл./мл) в культуре Platymonas viridis на среде Гольдберга (контроль), с добавлением бензина Б-70: в концентрации 10 мкл-л-1 (вариант А) и в концентрации 50 мкл-л"1 (вариант Б)

В начальной фазе эксперимента существенные различия в динамике соотношений внутриклеточного аденилатного пула и численностью клеток при разных концентрациях токсиканта основаны, прежде всего, в проявлении двух типов адаптационной стратегии. Ö варианте А проявляется такой тип стратегии биохимических адаптации, при котором возрастают концентрации макромолекул для активного противодействия негативному влиянию токсиканта. Подобная адаптационная реакция представляет собой процесс, направленный, как правило, на длительный период адаптации. В варианте Б прослеживаются «авральные» траты внутриклеточной энергии, значительная часть которой, вероятно, была направлена на активный вывод токсиканта из клетки. Логично предположить, что в случае активного вывода токсикантов уменьшается поступление питательных веществ из среды, что приводит к дефициту, в т.ч. фосфатов. Это в свою очередь приводит к утилизации части пула АМФ для снабжения фосфатами остальной части «недозаряженного» аденилатного пула с целью повышения АЭЗ, необходимого для протекания процессов метаболизма. Результаты работы, проведенной с культурой Platymonas viridis, наглядно продемонстрировали четкую взаимосвязь между физиологическим состоянием клеток, определяемым аденилатным энергетическим зарядом и репродукционной активностью водоросли, а также обозначили сроки адаптационного периода по динамике восстановления АЭЗ в зависимости от концентраций токсиканта. В обоих вариантах с токсикантом прослежено значительное снижение АЭЗ в начальной фазе эксперимента с последующим частичным его восстановлением. При этом отмечено снижение удельного внутриклеточного аденилатного пула, что указывает на компенсаторную реакцию экстренной зарядки аденилатной системы, необходимой для протекания процессов метаболизма.

Биохимические параметры в применении к сезонному мониторингу микропланктона Севастопольской бухты (раздел 5). На основе мелкомасштабных съемок, выполненных на 33 станциях (рис. 8) в Севастопольской бухте в середине календарных сезонов 2004-2005 гг получены карты распределения АТФ (рис. 9), хлорофилла «а» (рис. 10) и гетеротрофно-фотоавтотрофного индекса (НР-индекса) (рис. 11) микропланктона.

Рис. 8. Схема расположения станций отбора проб микропланктона при выполнении сезонных съемок в Севастопольской бухте

Анализ распределения биохимических параметров показал следующее (рис. 9 -11). В январе очаги высоких концентраций АТФ (рис. 9) отмечены в районе ГРЭС, Килин-бухты и в начале Южной бухты. В апреле концентрации АТФ составляли от 56 до 143 нг-л" . Повышение концентраций отмечены в районах Нефтегавани и ГРЭС, бухты Голландия, у входа в Южную бухту, на траверсе мыса Николаевский. Очень высокие концентрации АТФ в целом по бухте (от 76 до 959 нг-л"1) зарегистрированы в июле. Самые высокие концентрации отмечены в районе Инкермана и водах, прилежащих к ГРЭС и Нефтегавани. Сравнительно высокие концентрации отмечены также в районе Северной стороны и Артиллерийской бухты. В октябре АТФ имел значения от 47 до 252 нг-л"1. В отличие от предыдущих сезонов максимумы концентраций АТФ и хлорофилла «а» не располагаются в кутовой части бухты в районе устья р.Черной. Один максимум АТФ отмечен в бухте Сухарной и близлежащих бухтах, а другой - от Артиллерийской бухты до открытой части. Повышенные концентрации хлорофилла «а» в январе (до 1,2 мг-м"3, рис. 10) отмечены в районе Сухарной бухты, в середине Севастопольской бухты и в середине Южной бухты. Величины концентраций хлорофилла «а» в январе колебались от 0,255 до 1,33 мг-м" . В апреле концентрации хлорофилла «а» составляли от 0,82 до 2,05 мг-м"3. Наиболее высокие величины отмечены в районах Инкермана и бухты Сухарная. В июле концентрации хлорофилла «а» составляли от 0,987 до 4 мг-м"3. Максимальные значения отмечены в районах Инкермана, Нефтегавани и Сухарной бухты. В октябре концентрации хлорофилла «а» в целом находились на уровне от 0,39 до 1,259 мг-м"3. Повышенные значения отмечены в районе ГРЭС, в середине бухты вблизи бухты Голландия и частично вблизи ее открытой части.

Рис. 9. Распределение АТФ микропланктона в Севастопольской бухте в разные сезоны года (нг-л"1)

Минимальные значения НР-индекса в январе (рис.11) на подавляющей части акватории указывают на автотрофную доминанту в микропланктоне. Наибольшие очаги паритетных отношений авто- и гетеротрофных биомасс отмечены в Северной части Инкермана, в районе ГРЭС, в районе Килин-бухты и в кутовой части Южной бухты. Зато воды близ открытой части моря характеризуются гетеротрофной доминантой. В апреле НР-индекс составлял от 5,8 до 27,3.

бухте в разные сезоны года

Значения НР-индекса в июле в среднем были наиболее высокими в годовой динамике. По критериям Чиаудани и Пагнотты безусловное и многократное доминирование гетеротрофной биомассы микропланктона зафиксированы на обширной акватории дальней части бухты с эпицентром в районе ГРЭС, северной части бухты, прилегающей к открытому морю, и в Артиллерийской бухте.

Повышенные значения НР-индекса отмечены в районе ГРЭС, бухты Голландия, на входе в Южную бухту и на траверсе мыса Николаевский. Участки с повышенными значениями НР-индекса близки по расположению к ядрам повышенных концентраций АТФ. Из этого следует, что высокие концентрации АТФ обязаны, главным образом, развитию гетеротрофных организмов. Обширность акватории с высоким значением НР-индекса свидетельствуют о поздней стадии продукционной сукцессии и развивающейся стадии депрессии.

Рис. 11. Распределение гетеротрофно-фотоавтотрофного индекса микропланктона в Севастопольской бухте в разные сезоны года

В октябре уровень НР-индекса свидетельствует об автотрофной доминанте и паритетных значениях автотрофных и гетеротрофных биомасс на обширной акватории. Явная гетеротрофная доминанта отмечена лишь в районе Сухарной бухты, в середине Севастопольской бухты и в Артиллерийской бухте. Эти малые участки, по-видимому, обрели «гетеротрофную биомассу» за счет промышленных и бытовых стоков.

На основании сезонного мониторинга, проведенного с ежемесячным отбором проб в реперных точках Севастопольской бухты (разд. 4.2), было зарегистрировано два основных максимума «цветения» фитопланктона в течение года: весенний (июнь-июль) и осенний (ноябрь), ассоциирующиеся с развивающейся стадией продукционной сукцессии, что подтверждается высокими значениями соотношений хлорофиллов «а»/«с». Но для июля характерны и высокие значения НР-индекса, которые указывают на преобладание гетеротрофной активности над автотрофной. В подобной ситуации следовало бы ожидать быстрое снижение биомассы микропланктона, поскольку, деструкционные процессы преобладают над

продукционными. Судя по динамике АТФ и хлорофилла «а», можно заключить, что общая метаболически активная биомасса микропланктона возросла в целом больше, чем ее фотоавтотрофная компонента, т.е. прирост биомассы гетеротрофной части микропланктона был выше, чем автотрофной. Дальнейшее развитие сообщества проходило по следующей схеме. К середине летнего сезона, включающего в себя годовой максимум инсоляции, воды Севастопольской бухты обрели большой вклад органического вещества, включая растворенное органическое вещество, что позволило развиться большой биомассе гетеротрофной части микропланктонного сообщества, главным образом бактериопланктона. Большая гетеротрофная активность привела к быстрой минерализации органики и пополнению вод биогенами. В результате фотосинтетическая активность не снизилась, эколого-метаболические связи и обмен веществ и энергии между гетеротрофной и автотрофной частями сообщества поднялись на более высокий уровень. Сложившееся относительное равновесие в обменных процессах неизбежно нарушается со сменой светового режима в процессе сезонных изменений. Высокие значения НР-индекса с высокой экстенсивностью (НР>20 - около 70% исследуемой акватории) летом, ассоциируются со зрелой стадией продукционно-деструкционной сукцессии в обширной части бухты, в то время как в другие сезоны локальные участки его повышенных значений, вероятно, обусловлены влиянием на микропланктон промышленных и бытовых сбросов. Таким образом, сезонная изменчивость значений НР-индекса может быть использована как для суждения о сменах сукцессионных состояний системы в разном пространственном масштабе, так и для использования его в качестве критерия антропогенного пресса (когда значения индекса сильно отличаются от фоновых в отдельных точках).

Для исследования динамики АТФ и хлорофилла «а» микропланктона с меньшей временной дискретностью были выбраны станции, отбор проб в которых производили ежемесячно: у мыса Николаевский и в бухте Южная (станции 32 и 19, рис. 8). Динамика НР-индекса микропланктона (рис. 12) характеризовалась сходными трендами для обеих станций: просматривается синусоидальный характер сезонного колебания НР-индекса - с максимальными значениями летом, минимальными - зимой.

Рис. 12. Динамика НР-индекса микропланктона Севастопольской бухты по данным ежемесячного мониторинга 2004-2005 гг.

Сезонная динамика НР-индекса размерно-фракционного микропланктона на представленных станциях Севастопольской бухты (рис.13) имеет одну характерную особенность, выражавшуюся в его значениях различных фракций в различные сезоны: самые высокие значения индекса, как правило, были характерны для пикофракции и, напротив, самые низкие - для микрофракции. Исключение составляют случаи

повышения гетеротрофной роли микрофракции в б. Южная в марте 2004 г. и в марте и июле 2005 г.

Рис. 13. Динамика НР-индекса размерных фракций микропланктона Севастопольской бухты по данным ежемесячного мониторинга 2004-2005 гг.

При сравнении наиболее выраженных максимумов пикофракции с общей динамикой АТФ выявлено, что гетеротрофная компонента микропланктона в теплое время года прирастала главным образом за счет бактериальной части микропланктона.

Таким образом, несмотря на значительные различия в динамике биохимических показателей сезонного развития микропланктона в различных точках Севастопольской бухты, прослеживаются общие тенденции, выраженные, прежде всего, в годовой цикличности НР-индекса. Фракционным анализом хлорофилла «а» хорошо выявляются стадии продукционной сукцессии в бухте: мелкие формы (нанофракция) доминируют в начальных стадиях, крупные (микрофракция) - в зрелых. Фракционный анализ НР-индекса позволяет утверждать, что прирост гетеротрофной части микропланктона в теплое время года происходит главным образом за счет бактериопланктона. Ранним стадиям сукцессии, как правило, соответствует малое удельное содержание гетеротрофов в мелких (пико- и нано-) фракциях микропланктона. В микрофракции при этом может быть относительно высокая доля гетеротрофных организмов. На поздних стадиях продукционной сукцессии картина меняется на противоположную: возрастает доля гетеротрофов в нано- и пикофракции. Таким образом, выявленная динамика вклада в значения НР-индекса различных размерных фракций позволяет описывать процессы сукцессии микропланктона в целом.

Зависимость величины энергетического заряда морского микропланктона от степени нефтяного загрязнения и стадии сезонной сукцессии (раздел 6). Цель работы - выявление связей между степенью нефтяного загрязнения среды и стадией сезонной сукцессии микропланктона, с одной стороны, и величиной аденилатного энергетического заряда микропланктона - с другой. Пробы микропланктона отбирались в различных точках Севастопольской бухты с различной степенью | загрязненности среды нефтепродуктами в период, предшествовавший максимальному | развитию метаболически активной биомассы микропланктона (в апреле) и во время пика развития его биомассы (в мае). Степень нефтяного загрязнения в точках отбора проб оценивали по интегральному показателю - содержанию битумоидов в грунте. На основе анализа аденилатно-энергетических особенностей различных фракций микропланктона исследуемых районов выявлены значительные колебания АЭЗ в зависимости от степени загрязненности различных районов Севастопольской бухты, в

16

которых производили отбор проб для исследований. Установлено, что самые высокие показатели АЭЗ выявлены в апреле в пробах у мыса Николаевский (относительно чистого района с ограниченным судоходством, характеризующимся водообменом с умеренной интенсивностью и содержанием битумоидов в фунте 0,44 весовых %). Следует отметить, что АЭЗ преимущественно крупной фракции фитопланктона в апреле значительно превышал показатели, регистрируемые в мае во время пика "цветения" воды (блюминга). Вероятно, снижение уровня АЭЗ у самой крупной фракции микропланктона в этот период является результатом естественной элиминации части этой фракции, тогда как мелкие фракции, особенно пикофракция, сохраняли достаточно высокие показатели АЭЗ и в мае (рис. 14). АЭЗ крупных фракций микропланктона у траверса ГРЭС (достаточно загрязненный район с содержанием битумоидов в грунте 1,88 весовых %) был занижен в апреле и, особенно в мае (рис. 14). Несмотря на общее возрастание пула всех нуклеотидов, особенно АМФ, АЭЗ мелких фракций оставался достаточно высоким в апреле и несколько снижался в мае. Значительное снижение АЭЗ на фоне увеличения содержания моно- и динуклеотидов в период пика "цветения" может свидетельствовать, скорее всего, о наличии заморных явлений микроорганизмов, особенно в крупных фракциях микропланктона. АЭЗ в пробах из Южной бухты, (самый загрязненный из исследуемых районов, с содержанием битумоидов в грунте 4,92 вес.%) занижена во всех фракциях микропланктона - кроме тех, что соответствуют бактериопланктону (рис. 14). В мае, в период пика "цветения", АЭЗ самой крупной фракции микропланктона снижался до порогового уровня, который граничит с выживаемостью организмов.

Рис. 14. Зависимость АЭЗ и содержания адениновых нуклеотидов (пМ) от степ« нефтяного загрязнения и стадии сукцессии в различных районах Севастопольской бухт (м. Николаевский, ГРЭС, б. Южная)

Выявленное высокое содержание АТФ в этот период, свидетельствующее, очевидно, о низкой степени утилизации макроэргических связей моно- и динуклеотидов, вероятно, является результатом появившихся массовых заморных , явлений в крупных фракциях микропланктона. Что касается АЭЗ пикопланктона, этот показатель оставался достаточно высоким как в апреле, так и в мае, во всех пробах, отобранных на всех трех станциях. Эти данные несомненно свидетельствуют о биологической устойчивости данной фракции в исследуемые периоды. Интенсивная фотосинтетическая ассимиляция крупных фракций фитопланктона вероятно приводит к гидролизу АТФ в процессе клеточного метаболизма. Кроме того, на энергетическом состоянии клеток может сказываться также интенсивный рост биомассы и численности фитопланктонных организмов в системах с ограниченным водообменом (особенно четко это наблюдается в водах б. Южная), что приводит к недостатку биогенных ресурсов вод, в частности, к дефициту растворенного фосфора. При этих обстоятельствах может снижаться энергетический заряд аденилатной системы фитопланктонных микроорганизмов. Таким образом, на основе сравнительного изучения энергетического заряда различных размерных спектров микропланктона прослеживается, прежде всего, отрицательная корреляция АЭЗ микропланктона самой крупной фракции со степенью загрязненности вод нефтепродуктами, причем наиболее резкие изменения регистрировались в мае, в период пика блюминга, тогда как в других фракциях такой четкой закономерности не выявлено.

Биохимические критерии оценки стадии продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона на акватории пролива Брансфилда (Западная Антарктика) в ранне-осенний сезон 2002 г (раздел 7).

Наибольшие величины метаболически активной биомассы микропланктона отмечены в северо-западной части полигона (рис. 6.1). Здесь, согласно гидрологическим данным, имело место влияние вод пролива Дрейка и моря Беллинсгаузена. Столь высокая трофность характерна для этих мест, но резкое размежевание величин концентраций северной и южной частей полигона указывает на значительную разницу в условиях развития сообщества. Характерным является и контур основного градиента, некоторым образом повторяющий изгиб береговой линии материка. В противоположность северной зоне, в южной части полигона концентрации АТФ были значительно ниже, кое-где - на величину порядка.

долготе

Рис. 15. Распределение АТФ (нг/л) микропланктона в поверхностных водах пролива Брансфилда в марте 2002 г

Распределение хлорофилла «а» некоторым образом было сходно с таковым у АТФ (рис. 16). Диапазон концентраций так же достигал величины порядка. Обозначились две зоны максимальных концентраций - на северо-западе и северо-востоке полигона. Пространственная совместимость основных градиентов АТФ и хлорофилла «а» может свидетельствовать о том, что в большинстве случаев величина метаболически активной биомассы была производной от содержания первичных продуцентов.

Рис. 16. Распределение хлорофилла «а» (мкг/л) микропланктона в поверхностных водах пролива Брансфилда в марте 2002 г

Анализ НР-индекса показал обширное доминирование автотрофов по полигону, в меньшей степени - паритет автотрофной и гетеротрофной биомасс и незначительный участок - с гетеротрофным доминированием (рис. 17). Из этого следует, что оценка физиологического статуса сообщества, проведенная через анализ аденилатного энергетического заряда практически полностью относится к его автотрофной части.

Рис. 17. Распределение НР-индекса микропланктона в поверхностных водах пролива Брансфилда в марте 2002 г

В поверхностных водах полигона величины АЭЗ микропланктона, отражающие наиболее угнетенное физиологическое состояние, выраженное в разряженности аденилатной системы до пороговых значений выживаемости, наблюдались на западе и севере полигона (рис.18). Умеренная степень физиологической депрессии проявлялась в северо-восточной части полигона. На большей части полигона отмечена довольно высокая степень заряженности аденилатной системы, что свидетельствует о гомеостазе продукционно-деструкционных процессов, нехарактерных для поздних стадий сукцессии. Максимумы заряженности системы зарегистрированы в южной части полигона, где довольно малые величины биомассы.

Рис. 18. Распределение аденилатного энергетического заряда микропланктона в поверхностных водах пролива Брансфилда в марте 2002 г

Судя по содержанию фосфатов, в северной части полигона ресурс биогенов несколько подорван в результате продукционных процессов, пик которых предшествовал нашей съемке (рис. 19А).

Рис. 19. Распределение фосфатов (А, мкМ) и динамических высот (Б, 5/200 м, дин. см) в водах пролива Брансфилда в марте 2002 г (по данным отряда гидрологии 7-й УАЗ)

Необходимо отметить, что этой съемке предшествовали аномально холодная зима и прохладное лето. Затянувшийся ледостав не мог не повлиять на общее развитие микропланктонного сообщества. Можно предположить, что в то время как в северной части полигона в силу влияния более теплых вод и их высокой динамической активности (рис. 19Б) развитие микропланктона началось в ранние сроки, сообщество в момент наших исследований находилась в зрелой стадии, что имеет отражение в видовом и размерном составе фитопланктона. По причине затяжного ледостава в южной части полигона в пик вегетационного сезона биомасса фитопланктона не получила такого развития как в северной части полигона. Это обстоятельство некоторым образом могло привести к существенному сохранению ресурса биогенов (рис. 19А) для первичной продукции во время годового пика инсоляции и сместило сроки развития микропланктона на более поздний период. Высокая заряженность аденилатной системы микропланктона с безусловным доминированием автотрофной компоненты в южной части полигона в конце вегетационного сезона отражает высокий потенциал продукции в этом районе. Таким образом, сравнительный анализ показателей биомассы и аденилатного пула позволяет сделать заключение о поздней стадии продукционно-деструкционной сукцессии в северной части полигона в период работ.

ВЫВОДЫ

1. Разработана схема использования комплексного анализа клеточного содержания адениновых нуклеотидов и растительных пигментов в микропланктоне для экспресс-| оценки стадий его продукционно-деструкционной сукцессии.

| 2. В экспериментах по влиянию минерального обеспечения на репродуктивную активность и функциональное состояние микроводорослей в культурах большую устойчивость к минеральному дефициту проявили виды, относящиеся к К-стратегам, чем виды, отнесенные к г-стратегам.

3. В экспериментах с культурами микроводорослей показано влияние величины аденилатного энергетического заряда на репродуктивную активность клеток, зависимость снижения АЭЗ от степени загрязнения среды легкой фракцией нефти.

Обнаружен механизм восстановления АЭЗ с вынужденным для этого снижением внутриклеточного аденилатного пула.

4. В работах по экологическому мониторингу для экспресс-оценки стадий продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона может быть вполне достаточным использование данных соотношений содержания хлорофилла «а» и АТФ.

5. Размерно-фракционный анализ АТФ и хлорофилла «а» (фракционный НР-индекс) позволяет сделать оценку стадии продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона с учетом размерно-структурных особенностей развития гетеротрофной и автотрофной составляющих м икр о план кто на.

6. Величина АЭЗ крупных размерных фракций микропланктона в значительной степени снижается от загрязнения среды и в зрелой стадии сукцессии сообщества.

7. При экологическом исследовании акваторий со значительными гидролого-гидрохимическими градиентами среды в оценке стадий продукционной сукцессии микропланктонного сообщества большое значение приобретает анализ его физиологического состояния по значениям аденилатного энергетического заряда.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Sysoeva I.V. The adenylate energy charge in marine microplankton under different level pollution by oil products and the stage of seasonal succession./ Sysoeva I.V., Sysoev A.A., Popova A.F., Kemp R. // International Journal on Algae - N.-Y., 2002, V. 4, No 3, P. 117-124.

2. Сысоева И.В. Сезонная динамика АТФ различных размерных фракций микропланктона Севастопольской бухты / И.В.Сысоева, А.А.Сысоев// Экология моря. - 2001. - Вып. 56. - С. 63-68.

3. С.А. Серегин. Микропланктон западной части пролива Брансфилда: Структура численности и биомассы южной осенью 2002 года./ С.А. Серегин, Л.В. Кузьменко, A.A. Сысоев, H.A. Гаврилова//Морской Экологический Журнал.-Севастополь,- 2005,- т. IV,- №2.- С. 68-81

4. Сысоева И.В. Динамика биохимических параметров и ее связь с адаптационными процессами./И.В. Сысоева, A.A. Сысоев// Микроводоросли Черного моря: проблемы биоразнообразия, сохранения и биотехнологического использования.- Севастополь, 2008,- Гл. 17,- С. 430-447.

5. A.C. Лопухин. Микропланктона тропических районов Тихого океана: распределение и сравнительная характеристика размерных фракций по результатам определения АТФ и хлорофилла «а». / A.C. Лопухин, В.Г. Шайда, Ю.Г. Каменир, A.A. Сысоев//Океанология.- М.- 1990,- т. 30,- Вып 6 - С 987998.

Статьи в других изданиях:

6. Сысоева И.В. Сезонная динамика гетеротрофно-фотоавтотрофного индекса основных размерных фракций микропланктонного сообщества Севастопольской бухты. / И.В. Сысоева, A.A. Сысоев //Науков1 записки Терношльського нащонального педагопчного ушверситету ¡меш Володимира Гнатюка. Сер1я: Бюлогня. Спещальний випуск "Пдроеколопя" - 2005,- № 4(27).- С. 234-236.

7. A.A. Сысоев. АТФ и хлорофилл "а" микропланктона в проливе Брансфилд в ранний осенний сезон 2002 г./ A.A. Сысоев // Украшськш Антарктичний Журнал,-№2,-2004,- С. 153-159.

8. В.Д. Чмыр Первичная продукция в проливе Брансфилда в марте 2002 года. / В.Д. Чмыр, A.A. Сысоев// УкраТнськш Антарктичний Журнал.- №2.- 2004.- С 145152.

9. Sysocv A.A. Estimation of the microplankton physiological status of Bransfield Strait waters (Antarctic Region) during early autumn season./ Sysoev A.A., Sysoeva I.V.//A Gateway to Sustainable Development: Proc. of the 30th Intern. Conf. Pacem in Maribus. A year after Johan-nesburg. Ocean Governance and Sustainable Development: Ocean and Coasts - a Glimpse into the Future (Kiev, Oct. 27-30 2003) Sevastopol, 2004,- P. 738-741.

10.A.A. Сысоев. Биохимические основы оценки стадии продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона вод пролива Брансфилд (Западная Антарктика) в ранне-осенний сезон 2002 г. / A.A. Сысоев, И.В. Сысоева// Укра'шсьюй Антарктичний Журнал,- 2005.- №3,- С. 108-114.

П.Сысоев A.A. Влияние легкой фракции нефти на динамику численности, содержание адениновых нуклеотидов и аденилатный энергетический заряд в культуре морской планктонной водоросли Platymonas viridis./ A.A. Сысоев, И.В. Сысоева// Сб. науч. тр. "Системы контроля окружающей среды",- Севастополь.-2010,- вып. 14,- С. 209-214.

12.Лопухин A.C. Концепция размерно-спектральной характеристики и методические особенности изучения структуры микропланктона как показателя устойчивого развития прибрежных экосистем./ Лопухин A.C., Осадчая Т.С., Сысоева И.В., Лопухина O.A., Сысоев A.A., Лопухин С.А., Кемп Р.Б. // Экологическая безопасность прибрежных и шельфовых зон и комплексное использование ресурсов шельфа: сб. науч. тр.- Севастополь, 2009,- Вып. 20,- С 204-233.

АННОТАЦИЯ

Сысоев A.A. Биохимические аспекты оценки стадий продукционно-деструкционной сукцессии микропланктона и физиологического состояния микроводорослей в культурах - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.02.10 - гидробиология. - Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского, Севастополь, 2014.

На основании полученного в полевых работах обширного материала по пространственно-временному распределению адениновых нуклеотидов и хлорофилла «а» микропланктона, с учетом функциональных характеристик этих биохимических параметров, разработана схема использования комплекса биохимических методов, показана ее реализация при анализе продукционно-деструкционных процессов в морском микропланктоне и экспресс-оценке стадий его сукцессии. Предложены критерии оценки стадий продукционно-деструкционной сукцессии на основании соотношений концентраций АТФ и хлорофилла «а» микропланктона, рассчитаны индексы. В экспериментах с культурами планктонных микроводорослей показаны динамики изменений внутриклеточного аденилатного пула и аденилатного энергетического заряда в сравнении с репродукционной активностью клеток, в

зависимости от степени негативного влияния среды и таксономической принадлежности микроводорослей. Прослежен механизм восстановления аденилатного энергетического заряда с вынужденным для этого снижением внутриклеточного аденилатного пула.

Ключевые слова: микропланктон, продукционно-деструкционная сукцессия, хлорофилл»а», адениновые нуклеотиды, аденилатный энергетический заряд, культуры микроводорослей.

SUMMARY

Sysoev A. A. Biochcmical aspects of the production-destruction succession stage of microplankton and physiological state of microalgae cultures. - Manuscript.

Thesis for PhD degree in speciality 03.02.10 -Hydrobiology. - Institute of Biology of the Southern Seas, Sevastopol, 2014

On the basis of field works extensive material on the spatiotemporal distribution of adenine nucleotides and chlorophyll "a" of microplankton, considering the functional characteristics of these biochemical parameters, developed a scheme for the use of complex biochemical methods, its implementation is shown in the analysis of production-destruction processes in marine microplankton and rapid estimation of stages of its succession. The criteria of evaluation steps production-destruction succession on the basis of concentration ratios of ATP and chlorophyll "a" of microplankton are proposed. In experiments with cultures of planktonic microalgae shows the dynamics of changes in intracellular adenylate pool and adenylate energy charge in comparison with the reproduction activity of cells, depending on the extent of the negative impact of the environment and the taxonomy attribute of microalgae. Traced recovery mechanism of adenylate energy charge with forced for this decrease in intracellular adenylate pool.

Keywords: microplankton, production-destruction succession , chlorophyll "a", adenine nucleotides , adenylate energy charge , the culture of microalgae.

АНОТАЦ1Я

Сисоев A. A. BioxiMi4Hi аспекти оцшки стад in продукшйно-деструкцшноУ сукцесп мжропланктошв i фЫолопчного стану мжроводоростей у культурах -Рукопис.

Дисертащя на змагання наукового ступеня кандидата бюлопчних наук за фахом 03.02.10 - гщробюлопя. - 1нститут бюлогп твденних Mopie iM. А.О. Ковалевського. Севастополь, 2014.

На пщстав1 отриманого в польових роботах великого MaTepiany по просторово-тимчасовому розподш адениновых нуклеотщцв i хлорофшу «а» мшропланктошв, з урахуванням функцюнальних характеристик цих 6ioxiMi4HHX napaMeTpiB, розроблена схема використання комплексу 6ioxiMi4Hnx метод1в, показана и реалЬащя при анал!з! продукцшно-деструкцшних процеЫв у морському мшропланктош й експрес-оцшщ сладй його сукцесц. Запропоновано критерй' ouiiiKH стад1й продукцшно-деструкцшноУ сукцесп на пщстав1 сшввщношень концентрацш АТФ i хлорофшу «а» м|кропланктон!в, розрахова1п шдекси. В експериментах з культурами планктонних м!кроводоростей показан! дина\пки 3MiH внутршньоклггинного аденилатного пула й аденилатного енергетичного заряду (АЕЗ) в пор1внянш' з репродукцшною активн!стю iciiTOK, залежно вщ ступеня негативного впливу середовища й таксономичноТ приналежност1 м!кроводоростей. Простежено мехашзм вщновлення АЕЗ 3i змушеним для цього зниженням внутр1шньокл1тинного аденилатного пула.

Ключов1 слова: мжропланктонн, продукщппо деструкцшна сукцесш, хлорофш»а», аденинови нуклеотиди, аденилатный ен^ргетиччий заряд, культур и мжроводоростей.