Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изучение метаболической активности функциональных групп эстуарного фито- и бактерипланктона Белого моря

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Изучение метаболической активности функциональных групп эстуарного фито- и бактерипланктона Белого моря"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.В.ЛОМОНОСОВА.

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 581.526

ДЕМЧЕВ Валерий Васильевич

ИЗУЧЕНИЕ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ФУНКЩОНАЛЬНЫХ ГРУШ ЭСТУАРНОГО ФИТО- И ВАКТЕРИПЛАНКТОНА БЕЛОГО МОРЯ

03.00.18 - Гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1992 г.

— о —

Работа выполнена на кафедре гидробиологии Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова .

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор

В.Д.Федоров

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор В.Н.Максимов; доктор биологических наук А.В.Абакумов

Ведущее учреждение: Институт микробиологии РАН.

ол

Защита состоится " 18 " декабря 1992г. в 15 час. на заседании заседании специализированного совета Д.053.05.71 при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу:

Москва, Ленинские горы, МГУ, Биологический факультет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ.

Отзыв в двух экземплярах просим направить по адресу: г. Москва, 119899, МГУ, Биологический факультет, специализированный Ученый Совет Д.053.05.71.

Атореферат разослан " 17 "ноября 1992 г.

Ученый секретарь Совета -^гШс^-ШсЬ-^ А.Г.Дмитриева

(

- з -

Актуальность темы. Эстуарии как пограничные местообитания между пресной и морской средами представляют собой монотипичные, уникальные экосистемы. Важнейшие особенности эстуарных экосистем определяются их геоморфологией (Boyle et.al. 1977). Резкое отличи эстуариев от других водных экосистем служит основанием их выделения в особый экологический тип, определенный Ю.Одумом (1975) как экотон, где наблюдается резкий переход между пресноводным и морским сообществами, и представляющий собой зону, содержащую органи змы как из контактирующих сообществ, так и организмы, свойственны только этой зоне.

Известно, что метаболическая активность является важнейшей функциональной характеристикой организмов планктонного сообщества Изучение долевого участия в метаболических процессах фито- и бак-териопланктона (Федоров, 1987) в экотоне в настоящее время представляет значительный интерес для решения широкого круга вопросов теоретической и прикладной экологии и гидробиологии эстуариев.

Традиционный интерес вызывают продукционные характеристики эстуариев (McLusky, 1981). Основная роль в новообразовании органи ческого вещества в водных экосистемах принадлежит водорослям и бактериям. Индивидуальная роль этих групп в условиях свойственных эстуариям изучена недостаточно. На наш взгляд первостепенное значение имеет комплекс проблем, связанных с количественной оценкой функциональной роли структурных групп водорослей и бактерий в трансформации органического и неорганического вещества, за счет осуществляемых ими метаболичеких процессов.Таким образом важное значение приобретает анализ природных сообществ эстуариев сходно! структуры на основе применения метода избирательного биохимическс

го ингибирования и специальной статистической процедуры обработки полученных данных.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является оценка индивидуального вклада наномикро- и ликофитопланктона и бактериопланктона в общую фиксацию углерода углекислоты за счет процессов фотосинтеза и темновой ассимиляции (наномикро- и пико-планктона), хемосинтеза и гетеротрофной ассимиляции сбактерио-планктон) в эстуарной экосистеме Белого моря.

Конкретные задачи исследования сводились к следующему: -спланировать факторный эксперимент с использованием радиакт-ивных субстратов, комбинации методов ступенчатой фильтрации и избирательного биохимического ингибирования в сочетании со статистическими методами анализа данных.

-предложить достаточно общую модель избирательного ингибирования для оценки параметров модели, имеющих смысл интенсивностей процессов в функциональных группах.

-разработать специальную статистическую процедуру и рассмотреть ее применение к экспериментальным данным.

-выяснить индивидуальную роль функциональных групп планктонного сообщества исследуемого эстуария в ассимиляции С02-

Научная новизна работы. Впервые проведено исследование функционирования сообщества фито- и бактериопланктона эстуария Белого моря в рамках определения индивидуальной роли этих групп в круговороте углерода. Полученные данные расширяют представление о продукционных характеристиках изученных груш в эстуариях. Установлены количественные закономерности эффективности действия биохимических ингибиторов в гидробиологических исследованиях.

Для оценки относительного вклада функциональных групп планк-

тона использована модель избирательного ингибирования, предложенная к.б.н. Н.А.Смирновым. Оценки параметров модели, имеющие смысл интенсивностей процессов в функциональных группах, получены с помощью специально разработанной статистической процедуры.

Практическое значение. Проведенные исследования позволяют выяснить закономерности в структуре процессов осуществляемых основными грушами планктонного сообщества в эстуарии Белого моря в течение сезона вегетации. Кроме того разработанная модель может быть применена в различных медико-биологических экспериментах со смешанными культурами клеточных организмов. Полученные данные могут быть использованы в ряде основных разделов экологии при количественной оценке функционального разнообразия сообщества. Результаты работы могут быть использованы в прикладной гидробиологии при оценке воздействия экологических факторов среды в т.ч. антропогенных на отдельные группы планктонного сообщества.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены на конференциях "Проблемы изучения и рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря "(Архангельск, 1985, 1987), г также на научных семинарах кафедры гидробиологии Биологического факультета МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем ¿дассертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и выводов. Работа изложена на страницах, содержит рисунков и таблиц. Список литературы включает 122 название: 57 отечественных и 65 иностранных.

ГЛАВА ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ФИТО- И БАКТЕРИОПЛАНКТОНА

В ПРИРОДНЫХ СООБЩЕСТВАХ И МЕТОДЫ ЕЕ ОЦЕНКИ.

Одной из главных задач экологического изучения фито- и Оакте-риопланктона заключается в установлении их роли и значения в водных экосистемах, обусловленных их функциональной и структурной организацией. Для понимания механизмов функционирования естественных экосистем необходимо иметь сведения о функциональной роли отдельных груш, слагающих сообщество, и о вкладе каждой из них в процессы трансформации вещества и энергии.

Проблема оценки функциональной активности отдельных групп, слагающих природные экосистемы, является сравнительно мало неученой, о чем свидетельствует небольшое количество публикаций по данному вопросу. Однако необходимость отыскания пригодных способов оценки индивидуального вклада функциональных групп в общую активность естественных сообществ является весьма важной для ряда разделов экологии к гидробиологии, важных как в теоретическом, так и в практическом отношениях.

Существующие в настоящее время немногочисленные методы решения данной проблемы можно разделить на прямые и косвенные. Среди применяемых подходов мокно указать следующие:

Авторадиоавтография. Этот метод является одним из основных прямых методов используемых при оценке индивидуального вклада -груш фито- и бактериопланктона. Авторадиография пока остается наиболее чувствительным методом для измерения поглощения меченого субстрата, позволяя локализовать место поглощения.Однако из-за значительных ошибок, возникающих в следствие различных причин присущих специфике данного метода, результаты исследований можно считать скорее качественными чем количественными.

Изоляция отдельных клеток. Метод изолирования клеток применя-

ют в совокупности с применением меченных субстратов, таких как минеральные соединения углерода, азота, фосфора и др. Следует отметить, что как и у метода авторадиографии так и у метода изоляции отдельных клеток есть один общий недостаток - предел по объему исследуемых клеток. Другими словами при методе изоляции отдельных клеток можно исследовать клетки только до 10 мкм в диаметре.

Градиентное центрифугирование. Для получения клеточных фракций широко применяются различные виды центрифугирования: дифференциальное центрифугирование, зональное центрифугирование и равновесное центрифугирование в градиенте плотности. Б последнее время метод центрифугирования в градиенте плотности (обычно в градиентах сахарозы) стали применять для разделения клеток водорослей фитопланктона и бактерий.

-ступенчатая фильтрация. Использование для получения фракций клеток щадящей фильтрации с применением набора мембранных фильтров с различным размером пор.

Избирательное биохимическое ингибирование. Наиболее применяемым ингибитором фотосинтеза является хорошо себя зарекомендовавший детергент ссми - даурон (3-(3,4 дахлорфенил)-1,1-даметилмоче-вша) который надежно разделяет бактериальный фотосинтез и фотосинтез осуществляемый водорослями. К широко применяемым в исследованиях водных организмов ингибиторам бактериальной активности также относятся антибиотики бактерицидного и бактериостатического действия: хлорамфеникол, цефалоспорин, пеницилин, а также комбини-рованые растворы этих агентов. Эти соединения в опытах приводят как к полному, так и частичному ингибированию функциональной деятельности микроорганизмов в зависимости от концентраций и вида антибиотика.

- я -

Для раздельного определения интенсивности бактериального хемосинтеза и гетеротрофной ассимиляции С02 применяется предложений в 1955 г. Ю.Сорокиным метод с применением энзиматического яда -азида натрия (напэ).

Косвенная оценка статистическими методами. Оценка функциональной активности груш планктона основывается на обработке данных методами математического моделирования. Идея данного подхода предложеная профессором В.Д.Федоровым получила дальнейшее развитие в работах сотрудников каф. гидробиологии Биологического ф-та МГУ (Смирнов, Федоров, 1982; Смирнов с соавт.,1986; 1991; Демчев, 1991).

Несомненным достоинством косвенных методов является их прос тота, возмозсность сравнительно быстрой обработки больших массивов данных на ПЭВМ и коррекции метода в ходе численной реализации, а также применимость к изучению накопленных данных прежних лет, что принципиально невозможно с помощью прямых методов.

ГЛАВА МОДЕЛЬ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО МНГИБИРОВАНИЯ. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

Рассмотрим систему, состоящую из п различных груш организмов с .....яп), осуществляющих т процессов (функций^

р1.....рт. Каждая груша о может осуществлять т функций

(О < т< т): в осуществлении каждой функции р1 может участвовать гг груш (1 < пс< п). При этом предполагаются выполненными условия аддитивности:

(ри+ рг)(оо) = р1(с) + р12(С.), (2)

- я -

где р^в ) - интенсивность процесса р., осуществляемого грушой

- объединение груш и (ри+ р 1г)Ц) - суммарная интенсивность процессов Ри и р.2, осуществляемых группой е., для всех допустимых значений индексов.

Имеются факторы ^.....^ которые оказывают ингибирующее

воздействие на систему, (полностью или частично). Обозначим реали-

г г

зованный вектор факторов через кг = (р/,____^ ). ^ т.п. При

этом я обозначает отсутствие действия з-го фактора, к* - значение 1-го фактора на ингибирующем уровне, ро= (р°.....к°)-

(контроль).

Результат действия факторов на процессы в грушах можно записать следующим образом:

р, (о,) (рг) = <.р. (с ) = а. (рг (а), (3)

Р,(а)(ко) = Р^а). (4)

Модель полного избирательного ингибирования (ПИИ) осуществляется в случае, когда коэффициенты могут принимать значения О или I.

Пусть каждому реализованному вектору ингибирующих факторов отвечаэт измеряемый отклик аг, (суммарная интенсивность процессов в грушах). Тогда, учитывая свойства аддитивности, можно записать:

те п

= 1 (5)

1=1 4=1

Задача состоит в оценке величин Р^^) по результатам этих наблюдений.

Материал и экспериментальные методы. Материалом для применения рассмотренного подхода послужили данные, получение в рамках исследования продукционных характеристик планктона эстуарной части экосистемы Белого моря. Пробы планктона отбирали в эстуарии -р.Нильмо Кандалакшского залива с 27 июня по 23 сентября 1987 г. на

3х постоянных декадных станциях (всего Э сезонных съемок), расположенных в направлении река - море (ст.Ш располагалась в месте впадения реки, ct.J62 и ci.Jfö - на расстояниях 50 и 150 м от -cT.Jil), два раза в сутки (в моменты полных прилива и отлива) батометром Молчанова. На станциях Ш и №3 пробы отбирали с трех горизонтов (Hj - О м, Hg - I м, Hg - придонный слой), на ст.Ш с двух горизонтов (Hj и Hg) вследствие малой глубины (в среднем около I м). Зоопланктон отфильтровывали с использованием газа J634. Объем пробы 1,8 л разливали в 2 серии по 6 склянок (по 150 мл).

В качестве ингибирующих факторов использовали: f1 - антибиотик бактерицидного действия - бензилпенициллина натриевая соль + канамицин в концентрациях I + 200 мг/л соответственно - ингибитор прокариотов; f2 - диурон, (dcmu, г3-(3,4- дихлорфенил)- 1,1- диме-тилмочевина i в конечной концентрации 10 М/л - ингибитор фотосинтеза; f3 - азид натрия в концентрации 6 мг/л для разграничения ассимиляции 14С09 чувствительными к азиду литотрофными и азидоре-зистентными гетеротрофными микроорганизмами.

Каждая серия включала три пары (светлая и темная) склянок. С использованием принятых обозначений схема опытов следующая: первая серия - контроль (без добавления ингибиторов), + f^ + вторая серия - контроль, + f^ + f3.

В каждую склянку добавляли раствор NaH14co„ (из расчета 150

ö

мКи/л). Склянки экспонировали 6 ч в соответствующих точках отбора проб, фиксировали 40% раствором формалина и сразу же фильтровали. Для первой серии использовали мембранные нитроцеллюлозные фильтры С порами диаметром 0.22 МКМ (фирма Schleicher & Schul1), ДЛЯ ВТОРОЙ - последовательно фильтры 3 и 0.22 мкм. В обеих сериях для счета брали только фильтры 0.22 мкм, следуя стандартной методике с

использованием сцинтилляционного счетчика Rackbeta lkb. Численные расчеты проводили на машине pc/at с использованием пакета статистических программ statgraphics.

Метод анализа данных При соответствии модели реальным данным и известности козффиентов ингибирования а*\ оценки pi(g.) можно получить с помощью простых алгебраических операций по результатам эксперимента. Однако, ситуация осложняется следующим рядом обстоятельств:

- действие большинства ингибирующих факторов не является ни полным,ни избирательным, что приводит к тому, что значения коэффициентов лишь в той или иной степени близки к 0 или I.

- действие некоторых из них неизвестны, а непосредственное измерение их невозможно, что вызывает необходимость использовать для них априорные оценки неопределенной точности.

- значения коэффициентов а*\ могут изменяться в результате совместного действия ингибирующих факторов f., а также в результате изменения факторов среды f. Поэтому для решения поставленной задачи требуются специальные приемы обработки данных.

Первым этапом обработки является анализ метрологических свойств данных, состоящий в статистической проверке эмпирических соотношений типа эквивалентности и порядка. Такими соотношениями служат, следующие неравенства:

(pu+pl2)(gj) >pu(gj), (6)

Выполнение соотношения рассматривается как + ("успех") , невыполнение как - ("неуспех"). Используя свойства биномиального распределения, по величине п,/п_ можно сделать вывод о значимости исследуемого соотношения. Систему уравнений (5) можно записать в

виде:

а = а р(а), (8)

где а = (А1.....ам) - вектор измеренных значений суммарных интен-

сивностей процессов в группах, а = а*. - (ы.р)-матрица, о = пт. р(0 = (Р.(е.).....Р (с,).....р,(в ).....р(в )), причем к-я стро-

11 т 1 1п т л 1

ка матрицы записывается в виде (а*.....ак.....ак.....ак ).

л 11 т! 1г» ГПГ1

к = 1.....N.

Учитывая то, что некоторые могут быть равны нулю ,

можно положить равными нулю соответствующие элементы о£ матрицы а, и удалить нулевые координаты вектора р(в) и соответствующие им нулевые столбцы матрицы а.

Множество элементов матрицы а можно разбить на три группы. В первую группу входят элементы, числовые значения которых известны (О или I). Вторую группу составляют элементы, значения которых можно оценить, используя комбинации строк матрицы. Третья группа -элементы, значения которых трудно или невозможно оценить с приемлемой точностью.

Далее, отбросив все наблюдения, содержащие элементы третьей группы, и подставив в нее полученные оценки элементов второй группы, получим новую матрицу а , все элементы которой - числовые оценки ингибирующих коэффициентов, и, соответственно, систему -уравнений

А = ар(й). А = (А ...•,АЬ. ). < N. (9)

О 1 МО о —

С этого момента величины рассматриваются как коэффи-

циенты, постоянные для анализируемой выборки, а строки матрицы ао как векторы новых "переменных", значения которых "измерены" в анализируемых наблюдениях.

Завершающий этап процедуры - применение стандартной техники

регрессионного оценивания и получения кнк-оценок р^).

ГЛАВА 3^ ИДЕНТИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ИНГИБИРОВАНШ.

Следуя принятым выше обозначениям и результатам применяемой экспериментальной техники, мокно считать, что планктонные организмы, участвующие в процессах фиксации "сог, представлены тремя грушами: наномикропланктон, размер более 3 мкм;02- пикопланк-тон, размер менее 3 мкм; сэ- бактериопланктон (менее 3 ют,-).

Участие этих груш в осуществляемых процессах можно записать следующим образом:р1(о1). р± () - фотосинтетическая фиксация "сог группами с1 и соответственно;р2(сд) , Р2 (с2) - нефото-синтетическая (темновая) фиксация "со2 группами вАи сг соответственно :Рэ(сэ) - гетеротрофная фиксация "со2 группой с3.-р_4(сэ) - фиксация "со2 группой сэ в процессе хемосинтеза.

Предварительные исследования, показали, что в водной толще изучаемого эстуария не наблюдается присутствие, в достаточном количестве, организмов осуществляющих бактериальный фотосинтез с интенсивностью сравнимой с интенсивностью фотосинтеза фитопланктона и ассимиляции С02 бактериопланктоном. Т.о. бактериальный фотосинтез в водной толще эстуария в модели не учитывается.

План каждого из экспериментов представляет собой реплику плана ПФЭ 2=. Для рассмотренной модели отклика из возможных 32 наблюдений 16 оказываются "дублирующимися", еще 4 наблюдения не использовали в связи с неопределенностью в интерпретации отклика, связанной со слабой изученностью совместного действия двух и более биохимических факторов. Так как количественное влияние факторов на процессы известно лишь с некоторой точностью, первичную схему опыта мокно рассматривать как совокупность "нулевых гипотез".

Формула (5) для удобства изложения используется следующим образом:

Величины аг записываются в виде причем в зависимости

от уровней рассматриваемых ингибирующих факторов индексы 1. л. ь.

принимают следующие значения:

0, р3= (нефильтрованная проба),

1, р== к* (фильтрованная проба);

0, без добавления ингибиторов,

1, добавление антибиотика (-н^),

2, добавление рсми (+р2),

3, добавление азида натрия (+?э);

0, р = (светлая склянка), к = 4 *

1, р = к (темная склянка).

4 4

Таким образом, материалом для дальнейшего анализа служат результаты 144 факторных экспериментов с одинаковым планом, в калдом из которых получено по 12 значений измеряемого отклика. Совокупность всех значений отклика представляет полный массив данных.

Метрологический анализ всего массива данных показал, что соотношения (6) и (7) выполняются не менее, чем в 97% случаев.

На первом этапе идентификации ингибирующих коэффициентов а^ в матрице а соответствующие элементы заменяются нулями или единицами в достоверно известных случаях. Для окончательной идентификации коэффициентов матрицы а были приняты следующие допущения:

Полнота действия фактора ^ на процессы в группе сэ:

< = а" ,= < = а* = < = ар = <!= а"= 0, (10)

33 43 33 43 33 43 33 4Э

Полнота действия фактора на р4(сэ):

с£=с£=о. (II)

Незначительная зависимость от света действия факторов на процессы в грушах - фактора на р2(с1) и Рг(а2), фактора р2 на Р2(с1), Р3(сз) к Фактора ?э на ?г(с2) и Рэ(пэ):

<4= агг*

азз= аээ- <3= (12)

а1г, а"= Z2 ' ЭЭ

Соотношения, отражающие действие биохимических ингибиторов ПО литературным данным (Саралов с соавт.,1984; Leeendre et al. 1983; Sherr et al. 1986):

<4-С <4= <4- 4= <2- (I3>

Оценки коэффициентов второй группы проводили с помощью численной процедуры. При этом наряду с получением мнк-оценок средних значений ряда коэффициентов появляется возможность количественной оценки избирательности и полноты действия отдельных факторов. Исследование распределений величин а* показало, что разброс значений коэффициентов в большинстве случаев (порядка 90%) сопоставим с ошибками измерений. Ряд наблюдений, в которых отклонение от среднего являлось значительным, а также наблюдения, для которых оказались невыполненными эмпирические соотношения (6),(7) рассматривались как "выбросы" и для дальнейшего анализа не использовались.

Используя соотношения, в которые входят линейные комбинации строк матрицы а, можно проанализировать действие биохимических факторов на процессы в группах.

Действие f4 на p1(gi+ gz):

ь- а = С£(Ао- А ). (14)

ОЮ ОН 1 ООО OOl

Действие fi на pz(gi):

Действие fz на pi(gi+ gz):

w ао21= <(аооо- а001). (16)

Действие fz на p2(gi+ g2 ) подтверждается значимостью соотношения аоо1 > ао21, для которого п+ /п_ = 136/8. Для определения

коэффициента а2 можно воспользоваться следующими формулами:

= АооГ А»«' (1?>

+ (<-1)р2(сг)= ас21- а1с1- (18)

Для тех случаев, когда величины р2(с2) малы (что должно выполняться в случаях, когда малы величины а и а. ). соотношения

11О 111

(17), (18) можно приближенно переписать в виде

и оценить коэффициент а® на соответствующем подмножестве наблюдений.

Действие ^ на Р1(сг):

А«о- Ах31= О-Г^оо- А1о1). (20)

Числовые оценки коэффициентов а* в формулах (14)-(17), (20) получены с помощью линейного регрессионного анализа для всего множества наблюдений, исключая выбросы (оценки - для определенного выше подмножества). Заметим, что оценки коэффициентов отличаются в среднем весьма незначительно, что свидетельствует об их устойчивости для анализируемых данных.

Кроме оценок коэффициентов а*, которые далее используются непосредственно для получения оценок р^), можно также оценить параметры, представляющие самостоятельный интерес. Так, указание на то, что при использовании радиоуглеродного метода темную склянку МОЖНО заменять светлой с добавлением рсми (Ьевепс1ге et а1,1983) соответствует тому, что коэффициент (3 в соотношении

Аого= р Аоо1 (21)

должен быть близок к единице. Однако для рассмотренных данных получена оценка (3 = 0,60. Этот результат свидетельствует об ингиби-ровании семи не только фотосинтетической, но и темновой ассимиляции со2 фитопланктоном и не позволяет считать предлагаемый способ

универсальным.

Полученные результаты позволили уточнить количественные одев ки влияния ингибирувдих факторов на процессы, осуществляемые выделенными функциональными грушами. Приведем последовательное изложение результатов численного анализа влияния изученных факторов на исследованные процессы.

Антибиотик Действие ^ на процессы в группе бактерий в плане с матрицей ао предполагалось полным. После проведения расчетов полноту действия этого фактора можно исследовать дополни тельно, использовав нижнюю и верхнюю оценки соответствующего коэф фивдента (далее обозначен аГ1) исходя из соотношения:

Вычисленные средние нижняя и верхняя оценки для этого коэффициент дают значения 0,126 ± 0,026 и 0,186 ± 0,053 соответственно. Этот результат показывает, что действие ^ на фиксацию "с является неполным, но достаточно эффективным. Выбранные концентрации одновременно не обеспечивали полной избирательности этого фактора

(одновременно частично ингибируются процессы в грушах фитопланктона).

ЕСМУ (р2). Действие р2 ингибирует около 90% фотосинтетической активности наномикропланктона, что хорошо согласуется с литературными данными (Ьевепаге еЪ а1. 1983). ИзбИрЭТеЛЬНОСТЬ СраВНИМ! с избирательностью антибиотика и обсуждена выше (формула (21)).

Азид натрия (ка). Избирательность этого фактора также не является полной . . Полноту действия для рассмотренных данных оценить не удается.

Несмотря на то, что полученные данные о действии факторов не соответствуют модели полного избирательного ингибирования, это не

препятствует получению мнк-оценок.

Применение алгоритма шаговой регрессии при вычислении величин Р^й ) приводит к тому, что результирующая модель включает лишь те переменные, коэффициенты при которых значимо отличны от нуля. Учитывая то, что биологическая интерпретация незначимости вклада отдельной группы означает его незначительность, можно ожидать, что полученные оценки окажутся завышенными. Для оценки степени этой завышенности достаточно сравнить величины а = у у р. (с ) и а

ООО 1- Д ООО

1 J

Вычисленное среднее отношение а /а оказалось равным 1,06, что свидетельствует о незначительной завышенности абсолютных значений оценок (в среднем на 6%). Для оценок относительных вкладов каждой из групп в соответствующие процессы этот эффект не тлеет существенного значения.

ГЛАВА 4. СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ ПОТРЕБЛЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ 14С ОТДЕЛЬНЫМИ ГРУППАМИ ПЛАНКТОНА ЭСТУАРИЯ БЕЛОГО МОРЯ. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Полученные данные позволяют определить вклады выделенных -групп фито- и бактериопланктона в процессы трансформации 14С02 в течение периода вегетационного сезона. На рисунках I и 2 представлены вклады отдельных функциональных груш фитопланктона в общую ассимиляцию неорганического углерода (14С02). Наномикрофито-планктон занимает доминирующую роль в этом процессе. При этом функциональная роль этой группы возрастает с начала периода вегетации.

vi vii \ziii ix

VI VII VIII

vii viii i*

Рис Л. Сезонная динамика фиксации 14С функциональными группами планктона (отлив): а,б - ст.Ш, горизонты Н1, Нд; в, г, д - ст.Ж горизонты Нр Н2, Нд; е, ж, з, - ст.ЖЗ, горизонты Нр Н0, Е^; I -

р1(с1>- 2 " р2(с0' 3 - 4 - М5^' 5 - (Рз+Р^Сз").

р»«гС/л

л с)

СО

"С/л г«!.)

11-2 Ш'-Ц

VI VII VIII К

VI VII VIII

рЛ-сГС/л глс) ..... Щ

vi vii уш ix

vi ун уш i*

vi vii viii (x

Рис.2. Сезонная динамика фиксации 14С функциональными грушами планктона (прилив): а,б - ст.Ж, горизонты Нр Ид,- з, г, д - ст.

горизонты Нр Н,, Нд; е, г;, з, - ст.>63, горизонты Нр Но, Е^; I - Р^б,), 2 - Р2(о~), 3 - р^сд, 4 - Р2(С2), 5 - (Р3+Р_)(С3К

Активность пикофитопланктона в течении вегетационного периода не является столь значительной как можно Оыло ожидать и уступает, как видно на рисунке 3, в значительной мере активности бактериопланктона.

Бактериопланктон в эстуарии играет по всей видимости значительную роль в фиксации С02. Причем активность фиксации бактерия] углекислоты за счет гетеротрофных процессов выше чем активность бактерий выполняющих этот же процесс за счет процессов хемосинте^ за.

о,чо

й»»»

.о. ев

СИ И"3

$3-5

Рис. 3 Относительные усредненные вклады групп планктона в сумма] ную фиксацию *4С02: I - Р1(с1) (фотосинтетическая фиксация нано-микропланктона); 2 - Р2(с1) (темновая фиксация наномикропланкто-на); 3 - р,(с2) (фотосинтетическая фиксация пикопланктона); 4 -р2(вг) (темновая фиксация пикопланктона); 5 - (р3+р4)(сэ) (гетере трогая фиксация - рэ и фиксация в процессе хемосинтеза - рд бак терий).

На рис. 3 представление диаграмма, иллюстрирующая относительную роль отдельных групп планктона в фиксации со2 за счет осуществляемых ими процессов. На диаграмме приведены усредненные значения для всего массива данных (аналогичные диаграммы могут быть построены и для каждого эксперимента в отдельности). Из диаграммы видно, что для рассмотренной эстуарной экосистемы наибольший вклад в общую фиксацию со2 обеспечивает наномикропланктон (в среднем около 60%), при этом в среднем 1/3 этого вклада составляет темновая фиксация. Относительный вклад бактерий составляет в среднем 28%, что свидетельствует об их значительной роли в общей асиимиляции неорганического углерода. Следует особо отметить незначительность вклада пикопланктона в общую ассимиляцию сог в течение всего периода наблюдений (12%), причем доля фотосинтетической фиксации составляет всего лишь около 2%. Столь незначительная активность пикопланктона, по всей видимости, объясняется характерными для приливных эстуариев нестабильными гидрологическими условиями и связанного с ниш неустойчивого режима солености.

вывода

1.Разработан метод исследования функциональных характеристик пико-, фито-, наномикрофитопланктона и бактериопланктона.

2.Предложена модель избирательного ингибирования для оценки параметров которой разработана специальная статистическая процедура и рассмотренно ее применение к экспериментальным данным.

3.На основе предложеной модели рассмотренно долевое участие пико—, наномикрофито- и бактериопланктона в потреблении С02-

4.Проанализирована сезонная динамика интенсивности фото- и хемосинтетической активности планктона в эстуарной экосистеме Бе-

лого моря.

5.Получены количественные оценки полноты и избирательности ряда ингибиторов на метаболические процессы в группах фито- и баз териопланктона.

Список работ опубликованных то теме диссертации. Горленко В.М., Пучков А.Н., Демчев В.В. Фотосинтезирующие микроорганизмы супралиторальных ванн Белого моря. Видовой состав //Научн. докл. высш. шк. Биол. науки.- 1985,- Л 5.- С.66-72, Пучков А.К., Пучнова H.H., Ростовцева Е.А., Малицкий-С.В., Демчев В.В. Альгобактериальные сообщества литоральных ванн Беле го моря.//Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря: Тез. докл. per. конф, 1935.- Архангельск.- 1985.- С. 168-169. Малицкий C.B., Пучков А.Н., Демчев В.В. Состояние прибрежных бак-териопланктонных сообществ Кандалакшского залива Белого моря. Системный подход.//Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря: Тез. докл. per. конф.,1985.- Архангельск.- 1985.- С.142. Демчев В.В., Пучков А.Н. Продукциднно-деструкционная активность планктонного сообщества залива Нильмо-губа Белого моря.//Прс бледа изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря: Тез. докл. Ш per. конф.,1987.- .-1987.-Кн.I.- С.157-160. Смирнов H.A., Демчев В.В., Федоров В.Д. Функциональная роль струи турных груш планктона в фиксации неорганического углерода. Статистический подход//Науч. докл. зысш. шк. Биол. науки.-1991.- JG 3.- С.

Демчев B.B., Смирнов H.A. Роль функциональных групп фито- и бак-териопланктона в фиксации неорганического углерода в эстуар-ной экосистеме Белого моря//Науч. докл. высш. шк. Биол. науки,- 1991.- J6 5.- С.