Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологические аспекты взаимодействия растительных гидробионтов со средой обитания

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Иванов, Эдуард Венедиктович

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Окисленные и восстановленные формы азота и их роль в питании клеток фитопланктона.

2. Влияние окисленных и восстановленных форм азота на размеры клеток и размножение фитопланктона.

3. Редукция нитратов до аммиака

4. Накопление и потребление органического вещества в автотрофных культурах водорослей.

5. Потребность фитопланктона в фосфоре и связь последнего с размерами клеток.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Экологические аспекты взаимодействия растительных гидробионтов со средой обитания"

Проблема направленного регулирования водных фитоценозов является одной из важнейших в биологии в связи с массовым развитием фитопланктона в водоемах естественного назначения, в искусственных водоемах питьевого назначения и в водоемах рыбохозяйственного назначения.

Интенсивное развитие фитопланктона так сильно изменяет свойство водной среды, что это приводит к качественному изменению всего биоценоза, возникновению различных токсических для рыб ситуаций в водоеме, гибели рыбы. Использование в таких случаях воды для питьевого назначения (без предварительной специальной обработки) может вызвать гибель животных и заболевания у человека (Винберг, 1956; Горюнова и др., 1969).

Водные фитоценозы— системы саморегулирующиеся. Существуют различные точки зрения о причинах регулирования внутренних взаимоотношений, позволяющих виду доминировать или приводящих к его выпадению из сообщества (Bertalanffy, 1952, Федоров, 1974).

В последнее время большое внимание уделяется экзогенным метаболитам водорослей, в состав которых входят вещества с высокой биологической активностью: вещества типа пенициллина (Горюнова, 1969), специфические токсины сине-зеленых водорослей (Сиренко, 1971, 1972) продукты свободнорадикального окисления (Телитченко и др., 1971) и т.д. Предполагается, что экзогенные метаболиты позволяют виду-продуценту занимать доминирующующее положение в фитоценозе. 5

Естественно, что все эти механизмы в природе имеют место, но нам представляется, что проявляют они себя только в каких-то экстремальных условиях. Основанием утверждать это служит тот факт, что микроводоросли, в зависимости от состава питательной среды, освещенности, присутствия или отсутствия азота вырабатывают и накапливают различные соединения (или крахмал или жиры, или белки). Продуцирование экзометаболитов водорослей и их состав также зависит от выше названных условий выращивания (Гительзон, 1964).

Основным биогенным элементом обуславливающим эвтрофикацию водоемов, т.е. элементом находящимся в первом минимуме, является азот (Винберг, 1956, 1965; Гительзон, 1966). В отличие от существующих в литературе представлений о роли азота в жизни микроводорослей, мы, в своей работе, попытались подойти к проблеме саморегуляции фитоценозов, исходя из представлений о нормальной потребности растительного организма в минеральном азоте (окисленные и нейтральные формы), трансформации (редукции) этих форм в восстановленный азот, выделяющимся соединениям сопровождающим процесс редукции, а также роли этих соединений в размножении и увеличении размерных характеристик водорослей, что в, конечном итоге, и есть саморегулирование природных фитоценозов.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение Диссертация по теме "Экология", Иванов, Эдуард Венедиктович

ВЫВОДЫ

1. Планктонные клетки синхронных культур, несинхронных культур, природных фитоценозов по размерным структурам изменяются в сторону увеличения размеров клеток при смене стадий роста численности популяции.

2. Клетки планктонных водорослей синхронных культур, несинхронных культур, природных фитоценозов по размерным структурам имеют общую закономерность в процессах поглощения биогенов и метаболизма.

3. Мелкие, развивающиеся клетки, редуцируют свободный и окисленный азот до восстановленного практически без его ассимиляции и обогащают им среду обитания.

4. Крупные, остановившие свой рост клетки, в которых начинается подготовка к делению, поглощают восстановленный азот. Такая же закономерность установлена для перекиси водорода и растворенного органического вещества.

5. Впервые показано, что в мае в рыбоводных прудах, в отсутствии антропогенного воздействия, преобладающим источником обогащения водоема восстановленным азотом является процесс редукции в аммиак окисленных форм и свободного азота.

6. Перечисленные выше научные результаты позволяют эффективно регулировать состав фитоценозов в рыбоводных прудах, а также предотвращать токсические ситуации в них.

7. По материалам диссертации внесено дополнение в классическую схему кругооборота азота в водоемах.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Иванов, Эдуард Венедиктович, Москва

1. Андронников С.Б., Иванов Э.В., Лукина Т.М. Допустимое содержание свободного аммиака в рыбоводных прудах, ж. Рыбное хозяйство, 6, 1982, с. 25-28

2. Андронников С.Б., Шестерин И.С., Иванов Э.В. О нормировании свободного аммиака в рыбоводных прудах, там же. с. 32-34.

3. Альтергот В.Ф. Самоотравление растительной клетки при высоких температурах, как результат необратимого хода биохимических процессов. Труды ин-та физиологии растений 1,2, -М, 1937, 150 с.

4. Бабко А.К., Дубовенко Л.И., Луковская Н.М. Хемилюминесцентный анализ. 1966, с. 250.

5. Баславская С.С., Феофанова Н.Б. Некоторые данные о росте и составе Scenedesmus quadricauda(tupp) Breb в условиях аммиачного и нитратного питания. Научные доклады высшей школы, Биологические науки, 1, 1959, с.

6. Батовская Л.О., Козлова Н.Б., Штамм Е.В., Скурлатов Ю.И. Роль микроводорослей в регуляции содержания Н202 в природных водах, Доклады Академии наук СССР, том 301, №6, 1988г., с. 1513-1516.

7. Белая Т.И. Изучение связи гидрохимических характеристик Белого моря с продукцией фитопланктона. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Изд-во МГУ, 1970.

8. Белл JI.H., Линькова Е.А., Слободская Г.А. и др. Фотоэнергетика синхронной культуры хлорелла. Физиология растений, 1967, т. 14, вып. 3, с. 866-871.

9. Белл Л.Н., Линькова Е.А., Слободская Г.А. и др. Фотоэнергетика синхронной культуры хлорелла. Физиология растений. 1967, 14, 5, с. 866-871.

10. Белянин В.Н. и др. Рост и продуктивность водорослей на стационарных уровнях облученности. Непрерывное управляемое культивирование микроорганизмов. М.:Изд-во Наука, 1967,с.

11. Винберг Г.Г. Минеральное удобрение рыбоводных прудов. Минск, 1956.

12. Винберг Г.Г., Лехнович В.П. Удобрение прудов. Минск, 1965.

13. Владимирова М.Г., Семененко B.C. Интенсиргая культура одноклеточных водорослей. М.:Изд-во АН СССР, 1962.

14. Владимиров Ю.А., Литвин Ф.Ф. Фотобиология и спектральные методы исследования. М.: Изд-во Высшая школа, 1964.

15. Гаевская A.A. Проблемы использования одноклеточных водорослей. Природа, т.4,1956, с.

16. Гительзон И.И., Садикова Г.И. О формах азотного питания. Управляемое культивирование микроводорослей. 1964, с.

17. Гительзон И.И., Садикова Г.И. Изменение в скорости роста и химическом составе микроводоросли хлорелла, вызванные лимитированием биосинтеза биогенными элементами. Управляемый биосинтез. 1966, с. 110 116.

18. Горюнова C.B., Иванов Э.В. Защитная роль органических выделений планктонных водорослей. Первая межвузовская конференция "Актуальные проблемы экологии". Тезисы докладов. Москва, 1995, с. 9.

19. Горюнова C.B., Иванов Э.В. О роли перекиси водорода в нормальном развитии протококковых водорослей // Там же. С. 9.

20. Горюнова C.B., Ржанова Г.Н., Орлеанский В.К. Синезеленые водоросли. -М.: Наука, 1969

21. C.B. Горюнова, М.А. Пушева, JIM. Герасименко Влияние серусодержащего нуклеотиджитиаза на жизненный цикл синхронной культуры Chlorella vulgaris, ДАН СССР, 1970, 190, 2 с. 455- 457

22. Гродзинский Д.М. Биофизика растений. Киев.: Наукова думка, 1972.

23. Гусева К.А. " Цветение " воды, его причины, прогноз и меры борьбы с ним. Труды Всесоюзного гидробиологического общества. 1952, т.4, с. 3-92.

24. Гусева К.А. Экология и физиология синезеленых водорослей. Экология и физиология синезеленых водорослей. -М.: 1965, с. 12 13325. .

25. Гуревич A.A., Трубачев H.H., Рерберг М.С. О действии перекиси водорода на восстановление нитратов в зеленом растении. ДАН СССР, 1964, 156, 2, с.

26. Гуревич A.A., Захарова Т.К. Об определении потребности аэробной клетки в перекиси водорода. ДАН СССР, 1971, 199, 5, с.

27. Данилова Н.С. О состоянии свободного аммиака в растительных тканях. Биологические науки. 1975, 1, с.

28. Дауда Т.А. Экспериментальное изучение конкуренции за пищу между фитопланктонными организмами. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологич. наук. Изд- во МГУ, 1974.

29. Житина JI.C. Пространственное распределение фитопланктона белого моря. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Изд во МГУ, 1981

30. Иванов Э.В. Экспериментальное моделирование экологических условий, приводящих к жаберному некрозу карпа// Рыбное хозяйство, 1976, №1. С. 20-24.

31. Иванов Э.В. О роли фитопланктона в возникновении токсикозов рыб. Норма и патология в водной токсикологии. Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Байкальск, 1977, с. 99-101.

32. Иванов Э.В., Лукина Т.М., Андронников С.Б., Шестерин И.С. О допустимых уровнях накопления свободного аммиака в прудах // Всесоюзное совещание "Совершенствование биотехники прудового рыбоводства". Тезисы докладов. М., 1980. С. 102-103.

33. Иванов Э.В., Андронников С.Б., Лукина Т.М., Шестерин И.С. Допустимое содержание свободного аммиака в рыбоводных прудах// Рыбное хозяйство, 1982, №6. С. 34-37.

34. Иванов Э.В. Размерные характеристики фитопланктона и связь их с качеством воды. Проблемы экологии прибайкалья. Тезисы докладов к 111 Всесоюзной научной конференции. Иркутск, 1988, с. 95.

35. Горюнова C.B., Иванов Э.В. Защитная роль органических выделений планктонных водорослей. Первая межвузовская конференция "Актуальные проблемы Экологии". Тезисы докладов, М., 1995 г, с. 9.

36. Горюнова С.В., Иванов Э.В. О роли перекиси водорода в нормальном развитии протококковых водорослей. Там же, с 9.

37. Иванов Э.В., Горюнова С.В., Максимов В.Н. Применение биологических тестов для оценки степени токсичности водной среды при нормальном развитии фитопланктона. Вестник РУНД, серия Экология и безопасность жизнедеятельности. 1996, №1, с. 46-51.

38. Иванов Э.В., Горюнова С.В., Иванеха Е.В., Фомин O.K. Влияние фотодыхания планктонных водорослей на накопление перекиси водорода в окружающей среде. Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 1997,№2, с. 129-131.

39. Клячко Гурвич Г.Л. К вопросу о направленном биосинтезе белков, углеводов и липидов у хлореллы. Управляемый биосинтез. 1966, с. 116 -121.

40. Клячко Гурвич Г.Л. Изменение биосинтеза жирных кислот в условиях азотного голодания у Chlorella pyrenoidosa. Физиология растений. 1966, 13, 1, с. 13-25.

41. Киселев И.А. Планктон морей и континентальных водоемов. Водные и общие вопросы планктологии, 1. Л.: Наука, 1969.

42. Конев C.B. Электронно-возбужденные состояния биополимеров. Минск, 1965.

43. Костычев С.П. Избранные труды по физиологии и биохимии микроорганизмов. АН СССР, 1956, т.2, с.

44. Кузнецов С.И. Биологический метод оценки богатства водоема биогенными элементами. Микробиология, т.14, вып.4, 1945, с.248-253.

45. Кузнецов С.И. Сравнительное изучение азотного, фосфорного и кислородного режима Глубокого и Белого озер. Труды лимнологической станции в Косино. 1967, 17, с. 49 69.

46. Линькова Е.А. Изучение морфологических фаз в жизненном цикле синхронной культуры хлореллы. Управляемый биосинтез. 1966, с. 136-140.

47. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. М.: Химия, 1973.

48. Максимова И.В. Взаимоотношения водорослей с бактериями и другими микроорганизмами в смешанных культурах. Биология автотрофных организмов. 1966, с. 161 -183.

49. Никитинский Я.Я. Stigeoclonium tenue Kg. Физиология, морфология, экология. Тр. Ин та сооружений, 4. 1930.

50. ОСТ 15. 247-81 Показатели качества воды прудовых хозяйств. 1981.

51. ОСТ 15.372-87. Охрана природы. Гидросфера. Вода для рыбоводных хозяйств. Общие требования и нормы.

52. Пиневич В.В., Верзилина И.Н., Маслов Ю.И. Влияние различных источников азота на рост и накопление у Chlorella pyrenoidosa. Вестник ЛГУ. 1961, 9, 2. с. 16-25.

53. Пиневич В.В., Верзилина И.Н. Культивирование протококковых водорослей в установках под открытым небом. Вестник ЛГУ. 1963, 15, 3, с.

54. ПоляковГ.Д. Окисляемость воды. Пособие по гидрохимии для рыбоводов. М., Химиздат, 1950, с. 57-60.

55. Помилуйко В.П. "Цветение " воды. Киев.: 1968, 1, с. 196-202.

56. Прянишников Д.Н. Избранные сочинения. М.: Изд-во Космос, 1965, т. 3.

57. Садикова Г.И. Азот питательной среды, как фактор управления биосинтеза хлореллы. Непрерывное управляемое культивирование микроорганизмов. М.: Наука. 1967, с. 25-30.

58. Синельников В.Е. Гидробиологический журнал, т. 7, N 1, 1971, с. 115-120.

59. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Эрнестова Л.С. Изв. АН МССР. Сер. биол. и хим. наук, N 5, 1983, с.3-20.

60. Сиренко Jl.А. Физиологические основы размножения синезеленых водорослей в водохранилищах. Киев.: Наукова думка, 1972.

61. Спектрол К. С., Линьков Е. А. Доклады АН СССР, 147, 1962, с. 967- 970.

62. Тагеева C.B., Коршунова B.C., Михневич М.Л. Рост и развитие культуры Chlorella pyrenoidosa в зависимости от формы азотного питания. Проблемы создания замкнутых экологических систем. 1967.

63. Телитченко М.М., Шестерин И.С., Иванов Э.В. и др. Изучение антиокислительной и биологической активности внеклеточных метаболитов зеленых водорослей в процессе их роста. Биологические науки, 8,1972, 50- 65.

64. Томова И.Г. Ассимиляция нитратного и аммонийного азота у Chlorella pyrenoidosa. Физиология растений. 1964, 11, 6, с. 988 990.

65. Томова И.Г., Евстигнеев З.Г., Кретович В.Л. Ассимиляция азота нитрата и мочевины Chlorella pyrenoidosa. Известия АН СССР. 1968, 3, с. 431 -440.

66. Успенская В.И. Экология и физиология питания пресноводных водорослей. М.: МГУ, 1966.

67. Федеров В.Д. Устойчивость экологических систем и ее изменение. Серия биологическая № 3, 1974, с. 402-415.

68. Федоров В.Д., Дауда Т.А., Кольцова Т.В. О связи между временем генерации и биомассой фотолланктонных организмов. Биологические науки. 3, 1974.

69. Хайлов K.M. Экологический метаболизм в море. Киев.: Наукова думка, 1971

70. Чемерис Ю.К. Изучение функционирования системы первичных реакций фотосинтеза в течении цикла деления клеток хлореллы. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Изд во МГУ, 1979.

71. Чиков В.И. Фотосинтез и транспорт ассимилятов. М.: Наука. 1987.

72. Шестерин И.С., Богданова JI. А., Иванов Э.В. Технологические нормативы качества воды при выращивании карповых рыб в прудах, плакат, 1983 г.

73. Шестерин И.С., Андронников С.Б., Лукина Т.М., Иванов Э.В. Влияние физико-химических параметров водной среды на токсичность соединений взота для рыб. Рига, 1983, с 24- 28.

74. Щербаков А.П. Продукция органического вещества фитопланктона в Глубоком озере. Труды Всесоюзного гидробиологического общества. 5, 1953, с.224-253.

75. Allen M.B. Excretion of organic compounds by Chlamydomonas. Arch. Mikrobiol., 24, 1956, p. 163 180.

76. Baker A.L., Schmidt R.R. Ynduced utilization of polyphosphate during nuclear division in sinchronously growing Chlorella. Biochim. Biophis. Acta., 93,1964,180- 182.

77. Baxter R.M., Carey J/H/Natur, vol 306,1983, p. 575-576.

78. Bertalanffy L. Problems of Life. An E valuation of Modern biological Thought. London, 1952.

79. Bongers L.Y. Medederlinger van de Landbouwogesehool Le Wageningen. 56, 1, 1956.

80. Chu S.P. The influence of the numeral composition of the medium on the growth of planktik algae. Method and culture media. Gourn. Ecol., 30, 1956.

81. Fogg G.E. The methabolism of algae London Methuln.Cd. Ltd. 1952.

82. Golterman H.L. Stadies on the cycle of elements in fresh woter. Acta bot. neer. 9,1960, 1-58.

83. Hall L.M., Mc.Vical R. S.Biol. Chem., 213, 1955, s.s. 305-310.

84. Magee W.E., Burris R H. Am. S. Bot. 41. 1954, s.s. 777-782.

85. Harder R., von Witsch H. Uber massen kultur von Diatomeen. Ber. Dentsh. Bot.Ges., 60, 1942, 146- 152.

86. Kostychev S.P. Zeitschrift fur physiol. Chemie., 3, 1920.110

87. MacKereth T.S. Phosphorus utilization by Asterionella formosa. G. Exptl. Bot.,4, 1953,296-313.

88. Overbeck V. Unterrachungen zun Phosphathaushalt von griinalgin 1. Phosphaushalt und Fortfflaurungsrhythmus von Scenedesmus quadricanda (Turp) Breb. am naturlichem Standort. Arch. Hydrobiool. 58, 1962, 162 209.

89. Patterson C.O., Myers J. Plant. Physiol., vol 51, N 1, 1973, p.104.

90. Pringshein E. Pur cultre of algae their preparation and maintenance. Cambridge End At. the Univ. Press. L.W. Macmilan. 1921.

91. Schreckenbach K., Spangenberg R., Krug S. Die Ursache der Kiemenne Krose. Z. Binnenfischerei DDR, band XXII, September, 9, 1975, ss. 257-288.

92. ВЫЧИСЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА КОРРЕЛЯЦИИ ДЛЯ МАЛОЧИСЛЕННЫХ ГРУПП1. С- —-- \ с, с ^ " 1. Ч л даты признаков

93. Вывод: Отрицательная корреляция в генеральной совокупностина грани достоверности первого порядка . В обычных ис- | следованиях такую корреляцию можно считать достоверной. I

94. А1 1 А2 ** = 2 и, | XV И, 1 •

95. В1 в2 В3 В4 В5 В1 В2 ;В3{ I ч В5 ?в = 5 ш с

96. Пи 30 20 13 1,5 0 7 | 17 31,5 0 0 В3 4 ! 89 ; 1560 1 25,751. В4 4 : 3 ; 2,2 1 0,751. В5 4 : 0 0 ' 0п нг = 3930 1. Продолжение табл1. А В АВ X г У

97. С 2615 НВ — Н£ 3648,8 Сх"СА~СВ 63,5 ¿н,-- н£ 6327,3 2 Г* 15,5 5342,8

98. Ъ 0,48 0,68 0,011 1,18 0,002 I1.г в-1 4 4 ^А'^В""1 9 10 Ж-1 19 в1 -с-1 2615 1245 15,9 703 1,5! X I 4 9п /—г 1627 803,5 10 453,4 — \0 21,0 10,0 5,0 п.з 6,0 3 5 9,0 5,0 3,0

99. Пуг =0,0008 ; = { 0,476+ 0,484 } =0,0032 \ = ¿0,6688* 0,6912. =0,0032;, 0,0098* 0,0121} т^г =0,0072, ^=[0,97 * 1,00 ) ?х х

100. Выводы. В выборочном комплексе оказались достоверными как влияния каждого фактора,так и взаимодействие градаций и суммарное действие факторов.

101. ДИСПЕРСИОННЫЙ АНАЛИЗ ОДНОФАКТОРНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ, ДЛЯ МАЛЫХ ГРУПП

102. Градации Число гра • даций 2Г= 5 • Факториальная дисперсия Ос , /чоо, V12 3 4 5

103. Даты V 28 35 14 II 3 4 I 0 0 0 А/ Случайная дисперсия -¿О

104. И 2 2 2 2 2 Объем комплекса /У- (О Общая дисперсия Факториальная ва-рианса Случайная варианса * /У-г. 71. V 63 25 7 I 0 9611* 1г 19», 5 312,5 24,5 0,5 0 1. V* 2009 31? 25 I 0

105. Частные средние т 31,5 12,5 3,5 • 0,5 0 Общая средняя1. Показатель силы влияния1. Его ошибка1. Ср- £*.3*-//¥-3/1}

106. Доверительные границы генерального показателя (приближенные значения)л = Г^-п?,1. V,1. УЦ г ¿>др -£>ОГ~ ¿>9$

107. Достоверность по Фишеру б;г

108. Общий вывод: Влияние фактора достоверно с вероятностью уЗ > 0,999. Для всех объектов даннойкртего-рии влияние изучаемого фактора может составить не менее 93% от общего влияния всей суммы факторов116