Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Морфологические и биологические особенности перспективных штаммов микроводорослей в интенсивных культурах

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Морфологические и биологические особенности перспективных штаммов микроводорослей в интенсивных культурах"

ПЙЛШ'УТ БОТАНИКИ АКАДЕМИИ НАУК РШ1/БЛИКН МОЛДОВА

На правах рукопиои

ДИБ ДЕОРЖ

иОРФОЯСИЗДЕСКИЕ И ШОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ШТАММОВ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ В ИНТЕНСИВНЫХ КУЛЬТУРАХ

03.00,05. - ботаника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Кишинев 1991

Работа выполнена на кафедре ботаники Молдавского государственного университета.

Научные руководители: Заслуженный деятель науки Молдовы,

доктор (биологических наук, профессор ' ШАЛАРЬ В.М.

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник МОГУЛДЯ В.М.

/

Официальные оппоненты: Лауреат государственной премии СССР,

доктор биологических наук, профессор ГРОМОВ Б.В.

Доктор биологических наук, профессор РУДИК В.Ф.

Ведущая организация: кафедра ботаники Тираспольокого педагогического института

Защита состоится " " Jj(_ 1991 г. в /О час.

на заседании специализированного совета Д - 012.01.01 по защите докторских диссертаций при Институте ботаники АНРМ.

Адрес: 277018, г.Кпяяиол, ул. Лесная, IB.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института ботаники Ail РМ.

Автореферат разослан " ! £> "_[j( ,_ 1991 г.

Ученый секретарь специализировашюго совета, доктор биологических наук

Ш.Г.ТОПАЛЭ

ОЩЛЯ ХАРМТЕРПС'Ши. РАШШ

Актуальность теш. Вопросам всестороннего из учения подо -юслей уделяется все возрастающее внимании. Это связано с тем, но водоросли обладают высокий биологическим потенциалом. Они ;пособш за "сравнительно короткий срок создавать огромную био-югическую массу, во много раз превышающую таковую высших рас-■ений. Водоросли являются источником белка, углеводов, липидов, шташшов, фигогормонов, микроэлементов и друх'их удзиологичес-ш активных вещрств.

Несравненна роль водорослей как индикатора загрязнения [риродной среды. Они широко могут быть использованы и в настояло время ухе применяются в процессах биологической очистки за-'рязненных стоков в с ид/ высокой способности отдельных видов искумулировать в своих клетках токсические вещества и дет о конципировать их.

В этой связи представляется актуальным поиск видов и штам-юв водорослей, разработка биотехнологии их культивирования в (елях получения высококачественной биомассы, а такие для интен-¡и^пкации процессов апологической очистки сточных вод. Актуальны является так® изучение морфо лого-биологических особенностей ламмов "водорослей, культивируемых на* минеральных и содержащих ¡точные воды .питательных средах.

Работа является частью исследований, проводимых кафедрой ютаники Молдавского университета.по теме "Изучение организа-цш и продуктивности биоценозов искусственных водоемов Молдовы з целях разработки научных основ создания оптимальных для народ-юго хозяйства экосистем"»

Цели и задачи исследования. Целью настоящих исследований бы-|ю изучение перспективных для масовой культуры шкроводорослей ¡а минеральных и содержащих сточные воды животноводческих комплексов питательных средах для получения полезной биомассы и Зиологический очистки сточных вод. В ходе выполнения работы решались следующие задачи:

1. Получение новых штаммов водорослей, перспективных' для культивирования на минеральных и содер;яащих сточные воды животноводческих комплексов питательных средах, и введение их в. массовую культуру.

2. Разработка параметров культивирования выделенных штам-

мов на минеральных средах и сточных водах животноводческих комплексов.

3. Изучение морфологической изменчивости водорослей в интенсивных культурах га минеральных и органо-млнеральных питатель дах средах.

Научная новизна работы. Детально изучены м о рфо лог о-би о логические особенности в интенсивных культурах штаммов сине зеленых водорослей Synechocystis salina Víisl. В-141, Spirulina platen-eis CALU-835 , зеленых Scenedesmus acutus Meyen S- 322, Micrao

tinium pusilluia Fres., Chluinydomonas reinhardtii Dang. Разработаны параметры культивирования (свет, концентрация биоген-пых элементов в питательных средах, режим освещения) указанных водорослей. Иоказана возможность культивирования водорослей на лидкой фракции отходов животноводства. Наиболее перспективными для использования в этих цел,« является штаммы Synechocystis salina и Kicractinium pusillum . Впервые на основе обширных экспериментальных исследований установлен диапазон морфологической изменчивости культивируемых водорослей в дабораторных и производственных условиях. Выявлены закономерности морфологической изменчивости водорослей под влиянием сточных вод, концентрации биогенных элементов, интенсивности и режимов' освоирния.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на выездной сессии секшш альгологов всесоюзного ботанического общества "Теоретические и прикладные аспекты изучения флоры Молдавии" (Кишинев, 1Э8Э), на .11-ом сьезд^ гидробиологов Молдовы (Кишинев, IJí)I г.), на годичных научных конференциях Молдавского государственного университета (1988 - It)ül гг.).

Публикации и изобретения. Основное содержание .диссертации из лож н о в 3 печатных i и богах.

' Объем и структура работы, ,1[иссертацня изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 513 таблиц и 10 рисунков. Работа состоит из введения, обзора литературы, описания обьекгов и методов исследования, излояошш и обсуздсиил полученных-результатов, заключения, шводов. Ghücoic литературы нглычает '¿¿-b тимено-ваний, в том число ВП ипострашшх авторов. 2

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность и перспективность выбранного направления исследований.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В этой главе рассматривается современное состояние вопроса. Отражены основные достижения в области культивирования микроводорослей для подучения биомассы и очистки сточных вод. Показана взшшозависимость морфологических л биологических особенностей культивируемых шкроводорослей от интенсивности и режимов освещения, состава питательных сред, наличия в последних различных токсических веществ.

П. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исслздовашй были коллекционные штаммы синезеле-ных и зеленых водорослей Synechocystis salina Wisl. в-141, Spi-rulina platensis CALU-835, Soenedesmua acutus Mayen' S- 32г, хранящиеся на кафедре ботаники Молдавского госуниверситега, а уакжв отселектированные наш из биологических прудов очистных сооружений свиноводческого комплекса штаммы Micractinlum риаШша ?гев. и Chlafflydomonas reinhardtil Dang.

Б главе дается характеристика вашшов водорослой, а также применявшихся питательных сред.

Экспериментальное изучение влияния интенсивности и режимов освещения, состава питательных сред, в том числе сточных вод ш-вогноводческих комплексов (СВЖ) на развитие и морфолого-биологические особенности.микроводорослей проводили в условиях интенсивного культивирования как в лаборат орных, так и в производственных условиях. . '

Циклы развития водорослей изучали как на квдких, так'и на агаризовашщх средах. Для микроскопирования готовили препараты по методу висячей капли.

Численность клеток определяли с помощью гемоцитометра Горяе-ва, а абсолютно сухую биомассу (АСБ) - общепринятым весовым методом (Владимирова, Семененко,■I9G2).

Морфологическую изменчивость водорослей изучали по выборкам нндавидумов, отобранным из лабораторных и естественных популяций. [> зависимости от вида исследовали один или насколысо признаков .

у Spirillina platensis уЧИГЫШЛИ ДЛИНУ И ширину ТрИХОМОВ, У

Synechocystis salina кроме численности и биомассы - размеры клвток и степень их агрегированности. При исследовании S.acutus и м. pusiiium учитывали так;ке размеры денобиев и колоний. ' .

При оценке свойств поцуляции водорослей наравне с численностью и бйомассой учитывали размерные признаки разного типа клеток и особей, что давало возможность строить морфологические спектры, характеризуйте. отдельные совокупности особой и проводить необходимый статистичоский анализ.

Дяя оценки уровня разнообразия популяций руководствовались классификацией Кондратьевой II.В. (1У8Э), согласно которой, если коэффициент вариации шпе 5/¿, уровень разнообразия считается низким, 5,1 - 1ЦЙ - нонижнным, Iü,l - 15;2 - модальным, 15,1 -20% - повышенным, 20,1 - 25 - высоким; Ддя анализа размерных спектров того или иного признака рассчитывали количество размерных классов, которых для у дебет га обработки результатов обозначали следупцим образом: I класс - очень мелкие, 2-й - мелкие, 3-й ктсс - довольно крупные, 5-й класс - очень крупные особи ( или признаки).

Результаты массовых промеров были подвергнуты регрессиошю-эду и корреляционному анализу на .персональной ЭВ.»1 на кафедро зоологии Молдавского госуппверсптета.

ш. развитие сншз^шщ водорослей пд генеральных

И ОРГАН О - ШДОРАЛЬШХ НПШЁЛЬНШ СРЕДАХ В НШЖЧШШХ КУЛЬТУРАХ

Предварительное выращивание синезелелих водорослей на разных минеральных средах показало значительную специфичность отношения видов к условиям минерального питания. Лучший рост Syne-chocystis salina отмечен на средах Фитцдже ральда и Ягутошскога. IIa этих средах максимальная численность клеток достигает соответственно 162,2 и 171,8тыс.кл/мм3 с биомассоЛ U.JB и 1,23 АСБ. Spirulinu píateusis наиболее интенсивно развивается на среде Заррука. За 4-5 суток кулыивироетшш дчшшй шгаш накапливает до 2,5 - 2,7-г/л ЛОБ. Изк и S. plutonsis, ыхаш s- salina оказался чувствительным к наличии в питательных средах гидрокар-бопат-ионов ( ¡ICO" ). Уотаномоио, что доЗиолзше в среду Ягу конского ü,5 - .1,0 г/л HnllCOj cuaioJ'jiiy jt упалглошш численности клетот: S. ч-ги.р.» ,гд тот -sc r<uj-tUvi. ¡кп.1 ;.]-о.г,а!И'п до 4

127,8 - 36o,I тис. кл/мм3, что почт вдвое выше, чем ¡в чистой :реде Ягу.шнского. Темпы роста s. piatensis были выше при ¡одержана в среда Заррука 4,0 - ь,и г/л ИвИСО^, однако при сультивировании водоросли в накопительном решило максимальной 5иомассы культурц достигали в вариантах с содзр.яанием HalICOj [6,0 - 2u,ü г/л. Продуктивность 3. platenais в массовых культурах зависит от качества водц, используемой для приготовления мидких сред. Сравнение продуктивности - ¡5. plutensis , вы-хшрнной в разных зонах молдови выявило, что при соблюдении лрочих равных условий (световой и температурный режимы, количество л качество вносимых дополнительных веществ, скорость пере-дешшшш и др.) (Зпошсса коррелирует с содержанием в данных водах гидрокарбонат-иоиов.

Установлено, что оптимальная интенсивность освещения лабора-горшх культур s. salina составляет З-ü тыс. лк., а для в. piatunsis - ю тис. лк. Оба штамма сине зеленых водорослей интенсивнее накапливают биомассу при круглосуточном освещзшш.

Изучение действия СВШС на рост и развитие водорослей, в т.ч. и сшюзеленых, проводили как в лабораторных условиях, так и под открытым небом. Приготовление питательных сред на основе куриного помета (Ш1) проводили следующим обра зал. Свели! К11 разбавляли водой до концентрации 2ó/í и отстаивали в течение 24 часов. Посла оседания грубодисйерсных частиц супернатант отделяли и разбавляли ьодопроводной водой до необходимой концентрации. В опытах использовали питательные среды с содержанием помета I, 3, 5, 7, 15 и '¿Q/¡. Питательные среды со сточной водой свиноводческого комплекса (СВСК) готовили путем разбавления исходной сточной воды до вышеуказанных концентраций. ,

Результаты показали, что использование в качестве питательной среда СЬСК значительно ускоряет рост S^neohocystis salina. Численность клеток при вцраидашшш водоросли на оптимальной концентрации ( 3/e K1I) достигает максимума на пятые сутки и составляет 324,7,тыс. кд/мм3, т.е. вреш выхода культуры на "плато" сокраидегся вдвое но сравнению с минеральной средой Яху¡шнского. Ва:шое зшчение для роста s. salina на CBÜK имеет величина инокулята, при котором проводится культивирование. Опыты показали, что при увеличении инокулята до 50 - 100 тыс. кл/мм3 вреш выхода культур т "плато" сокрадается до 3-4 суток, при атом во-

5

доросли способны интенсивно расти и при более высоких концентрациях CBGK ( до 10 %).

Штамм Splrulina piatensis на разбавлещшх СВШ{ без внесения гидрокарбоната натрия погибает в короткие сроки. В связи, с этим, для изучения влияния СВЖК на скорость роста и морфоло-гическйе особенности спирулшш сточную воду разбавляли не водопроводной водой, а средой Заррука. Установлено, что внесение в среду Заррука до I % СВЖК увеличивает выход биомассы на 10 -12 %. Более высокие концентрации сточных вод в питательной среде иагибируют развитие водоросли.

На среде Явлинского средний диаметр клеток 6. salina колеблется по фазам роста от 3,21 - 0,07 до 3,57 ± 0,00 мкм. Минимальным средпш диаметром клеток лабораторные популяции характеризовались в логарифмической $азе роста, а максимальным -в стационарной.

Добавление в среду Ягужинского от 0,1- до 5,0 г/л MaHCOj существенно не влияет на средний диаметр клеток. Разница состоит только в том, что заметно увеличивается диапазон разнообразия диаметра гаю ток.По классификации Кондратьевой (1989) на среде Ягупшнсхого уровень разнообразия - модальный (Cv = 12,5), а в вариантах с гидрокарбонатом натрия - повышснпнй( Cv » 15,1) •

Из испытанных факторов наибольшее влияние на морфологическую изменчивость synechocjretie salina оказывал водна fl экстракт куршюго помета (KII). Доказано статистически достоверное увеличение диаметра клеток с повш.'-шкм 'оицентрацпи КП в питательных средах • (табл.1) .Происходив такт, значительный рост уровня разнообразия, который практичас'си in *;оех испытанных концентрациях IUI классифицировался как повышенный. Анализ распределения клеток по размерным классам поглзал,- что в вариантах с I-3,1 КЦ, в среде на долю мелких и очень мелких клеток приходится " . 55,7 -60,0,2. Довольно крупные и крупные метки составляют около АО/о и лишь незначительная их часть (13,3,¡5) имеет статус очень крупных. На 5 - 10% концентрации ¡СП т доли крупных и очень крупник" приходится 80 - 90/2 от общего количества ююток.

Исследования показали, что интенсивность освещения как экологический фактор влияет в большей -степени на скорость раз:.цо:ке-ния синезелено?'! водоросли s. salina и меньше на ее морф ологическую изменчивость. Устаномонн статистически достоверные уменьшения диаметра клеток при ку пьтипироганпи tí. salina в условч-6

Таблица I

диаметр клеток

Synechocysvis salina npjz выращяванпи на разных конгрнтрациях эксракта КП nps разных резимах освещения

(Количество j Хшах, мкм размерных •, ¡ классов

Концентрация КП, %

Ых, шал j X nin, мыл i

Cv %

Свет : ;■ темнота - 12 : 12 часов

I - 30 ЗД6 i 0,11 1,75 4,30 6 16,7

3 - 30 ' 3,57 1 0,10 2,60 4,30 3 15,3

' 5 30 3,97 г 0,10 3,50 5,20 4 13,2

7 30 4,52 т 0,24 2,60 5,20 ■ ® 27,7

10 30 4,16 г 0,23 . 2,50 7,00 о 32,9

Свет : : темнота - 24 : 0 часов

I 30 2,68 т 0,12 1,75 3,50 4 25,0

3 30 2,95 г 0,15 1,75 4,30 4 • 30,2

5 30 4,21 г 0,24 1,75 7,00 7 31,5

7 30 . 5,36 г 0,33 1,75 7,00 5 33,2

ю s. 30 4,30 г 0,32 2,60 7,00 6 • 40,5

ях высокой интенсивности освещения ( 25Ш1) лк ).

Водоросль . вр1гиИпа р1аЬеПэ1а в интенсивных культурах проявляет вырагопный морфологический полиморфизм. В лабораторных популяциях трихош были исключительно прямыми, тогда как в условиях массовой культуры отмена на и спиральная форма. Длина трихшОв водоросли оказалась тесно связанной с разами роста культуры. В лабораторных, условиях на среде Заррука обычно после инокуляции в лаг-фазе происходит фрагментация трихомов. Затем о наступлением логарифмической ¿[азы средняя длила трихомов возрастает, достигая для изученного наш шташа 488,5 г 14,2 ~ 542,2 г 16,8 мкм . С наступлением стационарной фазы развития культуры длит трихомов снова уменьшается ( табл. 2 ). Эти закономерности сохраняются но зависимо от интенсивности и режима освещения, отличалоь лишь скоростью их протекания и относительной величиной из/чаемого признака. Установлено, что при освещении 5000 лк максимум средний величины трихомов е. наступает на 6-е сутки, составляя 659,3 мкм, а при 10000 и 20000 лк соответственно на 5-е и 3-й сутки, по величине существе няо не отличаясь от предыдущего варианта.

Анализ размерных групп трлхомов жбораторшх ноцуляций Зр1-ги11па рХагепз1Е на среде Зяррука'показал, что характерным оказался размерный класс довольно крупных ( 233 - 425 мкм) и крупных трихомов ( 423 - 625 мкм), обшше которых достигало 78100 /о независимо от ре;;ишов и интенсир'юсти освещения. Поэтому этот класс для данного тииа популчщГ; слсду от рассматривать как базовый. Установлено такл;е, что длша три;:омов 2« р1абопв1а тесно связана с копцен'гргцией в имтатьлыюп среде Зарру.,гл гидрокарбоната натрия. При низ ¡сих исходных концентрациях Иансо^ С I - 4 г/л) в популяциях про обладают короткие трихомы (длина до 225 мкм ), а в вариантах с содержанием 8 - 20 г/л - крупные ( -(длит более 400 мкм). Доля последних составляет в среднем 60$ от общего их количества. '

Добавлв1ше к питательной среде I - 3 ,ь СВСК существенно не влияет на морфологическую Изменчивость : з. р1а1;оив1з. Разрушение трихомов наступает при концентрациях 5 ;С и более СВОИ.

Проведенные наш исследования показали, что Б. р1иЬепи1з проявляет высокую морфологическую изменчивость и при массовом культивировании, и поднял длина трихомов водоросли мояет коле-8

Таблица 2

Длина трихомов Зр1дШпа р1агеп&1в при выращивании на среде Заррука

! Дай 1 | п !...... \ -1 ? ! №. ш ! .....- ......—! } X в1п, ыкм; — X тис, мкм Количество ; размерных ; юн с сов \ От, %

I . 60 344,0. ± ИД 240,0 525,0 13 25,0

2 60 472,6 ± 17,7 405,0 840,0 20 19,1

3 60 488,5 ± 14,2 345,0 810,0 20 22,5

4' 60 542,5 ± 16,8 300,0 900,0 20 24,1

5 60 457,2 ± 15,5 240,0 840,0 20 26,3

6 60 483,9 т 14,9 240,0 660,0 20 26,7

7 60 404,9 г 12,1 240,0 630,0 20 23,2

8 60 416,9 ± 17,0 220,0 833,0 20 31,7

Э 60 455,7 ± 13,6 270,0 ■ 575,0 17 22,7

10 60 452,3 г 11,2 215,0 645,0 17 13,3

баться в разных условиях культивирования от 1203,5 % 87,6 мкм до 3640,5 - 426,4 мкм. Подбор условий, при которых длина трихомов наивысшая, значительно облегчает процесс сепарирования водорослей от культу ральной жидкости.

, 1У. РАЗВИТИЕ КУЛЬТУР ЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ НА ШНЕРАЛЬШХ И 01ТАН0 - МИШРАЛЬНЫХ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ В №ПЕН- ' СИВНЫХ КУЛЬТУРАХ

Полученные нами штаммы зеленых водорослей легко поддаются культивированию в контролируемых условиях. Scenedesmus acutus лучив развивается на минеральных средах Прага и Ягужинского. На данных средах указанная водоросль за 12 суток культивирования достигает численности соответственно 29,5 и 18,8 тыс.клеток/мм3. Максимальной численности Micractinium pusillum достигает на т.ех же средах - 12,4 и 18,2 тыс. клеток/мм3, но на 6 суток раныое, a Chlamydomonas reinhtrdtii на среде № I - 1,3 тыс. клэгок/мм3.

Отношение культивируемых водорослей к свотовоаду фактору оказалось различным. Штамм в. acutus лучив растет в лабораторных уоловиях при интенсивности освещения 3-10 тыс. лк (табл. 3), а для Micractinium pasillum оптимальйым является освещение в 10 тыс. лк. Менее светолюбивой оказалась вольвоксовая водоросль Chlamydomonas reinhardtil.

Использование в качестве питательно"; среды СВСК или КП значительно ускоряет рост зеленых ВОД-ЛОСЛ';''. ¡Scenedesmus acutus на 10 % концентрации СВСК достигав.' <5олзе 30 тыс. кл./мм3 ужа на 5-6 сутки. Примерно о такой яв скоростью рготет донная водоросль и на водном экстракте КП. Результаты лабораторных исследований показали, что Micractinium pusillum значительно интенсивнее развивается на СВСК, чем m КП. На СВСК за 4-5 суток культивирования численность клеток достигает 53,5 - 68,2 тыо. кл./мм3, на КП за тот же период выращивания численность клеток составляет только 24,8 - 31,7 тыс. кл./мм3. Это явление объясняется тем, что данный вид был выделен из биологических прудов очистных сооружений свиноводческого комплекса, где он был подвержен естественной селекции длительное время. Установлено тают, что скорость роста м. pusillum в бассейнах-культиваторах под открытым небом существенно из отлп "ется от контролируемых лдбортторннх условий, т.е. данный вид оказался более толерантным к колебаниям таких

io

*' Таблица 3

Здшшие интенсивности освещения на рост зеленых водорослей аа минеральных средах

( свет : те;ляота - 12 : 12 часов )

тт- ;1ятенсяэность 1 Ч и с л е я я о с т ь x л e ток по дня ;л ----г i

032га, лк ¡ 0 I ! 1 1 ! з ! Э i 7 | э Í

Scenedasaus acutua ( среда Ягу энского )

I5C0 '2000 1950 5650 3550 ÍI750 14750

3000 2000 7550 8150 IQI25 I5I00 18975

IOGOO 2300 2300 8525 12875 17550 • 21475

25000 2000 1500 3000 4600 " S300 13450

líicraotiniaa paatllim ( среда Ятузинского )

1500 500 950 2100 7800 1X200 I7S25

3000 500 1825 4150 13850 I9I25 20175

ioooo- 500 1750 5600 Г7225 23500 28600

25000 500 1925 3225 9100 14600 ■ 19325

• ГЫ amyrinmnna« reinbardtü ( среда Л I )

1500 100 187 750 1022 USO 960

. 3000 100 205 937 1285 1450 1322

10000 100 92 140 зео 72б . 340

25000 ÍI00 57 - 120 . 285 422 757

факторов как температура, интенсивность солнечной радиации, продолжительность сватовой а темновой фаз в цикла развития популяция.

Вид C^liiffljdomouas raiubardtii растет на питательных средах, содержащих сточные воды, медленнее, чем два предаду- . цях вида зеленых водорослей. За Э-Ю суток культивирования его численность составляв! всего 1,1 - 1,3 тис. кл./ш3. Тем не менее, доходя из биохимической ценности биомассы ( в первую очередь легкоусвояемости ее животными), этот вид является перспективным для промышленного культивирования.

Исследования показали, что на минеральной среда Ягуайнского средние размер! клеток Scenedeamus acutus колзблятся ОТ • 8,7 до 10,4 мкм в длину и от 5,4 до 6,7 ыкм в ширину (табл. 4). Наименьшими размерами отличается клетки в фазе интенсивного рос?-та. Уровень разнообразия повторяет кривую размеров клеток. Наивысший отмечен в лаг- и стационарной фазах (коэффициенты вариации соответственно составляют 21,7 и 20,3 %), пониженный - в Логарифмической фазе ( Cv = 8,3 Я). То же отмечено и для ширины клеток. Из подученных данных видно, что на долю очень мелких и шлких клеток в популяции в. acutus на среде Ягужинского приход датся 13 - 25 %. 'Базовым выступает класс довольно крупных клеток, количество которых в зависимости от фазы роста колебалось от 43 до 77 %.

На водном экстракта КП клетки Scenedaaiaua acutus крупнее. Их доля'в культуре превышает 70,£. Показано, что весьма удобным критерием дам оценки степени влияния среды обитания на морфологические особенности водорослей является индекс форш клеток (длина : ширина), который для поцуляции 3.acutus, выращенной на минеральной среде Ягукинского, составлял в среднем 1,62. На средах со сточной водой отношение длины к ширине клеток значительно ниже и в зависимости от их концентрации варьировала от 1,30 до 1,47. Приобретение клетками более или менее шаровидной формы очевидно направлено на снижение поступления в них токси-чеоких веществ вследствие уменьшения удельной поверхности. По- . казано, что на сточнсй воде уровень разнообразия клеток остается высоким и в экспоненциальной фазе роста, указывая на высокую степень асинхронного их деления.

_ Исследования показали, что размер и форма клеток, степень их'агрегированности, а такта наличив или отсутствие шипов у 12

■ Изменение, размеров клеток Sceaedesmus acutus S-3¿2.

яа разных питательных средах

■ Таблица 4 при культивировании

г аНН куль- ! тазлоова- ! нГм ' ! -----г f Длина к л ......— Т" ä 1 0 К j .¡Лари на к л з ток ;

j 1 % Iii , ЫКЛ 1 1 i Cv, % f X ± Iis l , мкы ! Cv, % ■ !

Среда. Ягуяинского

0 30' 10,35 0,38 - 19,9 6,28- + 0,21 18,3

I 30 9,40 + 0,37 21,7 o,25 0,36 29,4

3 за .8,73 + 0,13 8,3 5,40 + 0,17 17,3-

4 30 9,10 + 0,34 20,3 5,50 + 0,25 24,1

7 ' 30 9,10 i 0,30 18',2 5,55 + 0,35 33,9

3 % KU

0 30 10,35 + 0,38 19,9 6,28 + 0,21 18,3

Г 30 10,35 + 0,27 20,4 7,04 + 0,26 ' . 18,1

3 30 9,66 0,47 25,5 7,38 0,35 23,4

4 30 10,22 + 0,26 14,5 . 7,30 + 0,32 22,6

i - 30 10,45 + 0,22 12,5 6,08 > 0,23 24,5

зеленой водоросли tiicractinium pusilluia . тесно связаны с условиями культивирования. Г1р'и культивировании водоросли в естественных, условиях под открытым не.бом в культурах встречались как одноклеточные особи, так и ценобии из 4'- 36 клеток среднее число ¡слеток в ценобиях составляло 8,7 i 0,6. Клетки круглые, их средний диаметр в естественной популяции составлял 8,65 - 0,80 мкм. Каждая клетка имеет 5-7 щетинок, средняя длина которых в условиях под открытым небом составляла 22,78 -0,57 мкм,меняясь от 14,0 до 42,5 мюл. Уровень разнообразия (диа{,1етра клеток и колоши, количества и размеров щетинок ) 'классифицировался.как высокий.

Культивирование ¡.ЦсгасЬ1ахцш pusíiiuui в лабораторных условиях на минеральных и содержащих сточные воды питательных средах показал, что в этих условиях водоросль претерпевает сильную морфологическую изменчивость. Резко снижается численность клеток в колониях'как при выращивании на минеральных питательных средах, так и на сточных водах. lia среде Прага и Ягужинского встречались только 2-х и 4-х клеточные особи, а 30 - 50 % клеток находились в одноклеточном состоянии. На средах со сточной водой при концентрациях до I ,!> часть клеток была агрегирована в колонии, а при более высоких концентрациях клетки находились в исключительно одноклеточном состоянии.

При культивировании водоросли в лабораторных'условиях происходит статистически достоверное уменьшение диаметра клеток. ■На минеральных средах диаметр клеток в среднем- ниже, чем в естественной популяции па II - 27 %, а на сточной воде - на 20 -30 %. В отличие от других водорослей у Miciuctinium ^и»хХ1ш не обнаружено четкой зависимости мевду концентрацией сточной воды в питательных средах и диаметром клеток. Однако возрастная изменчивость популяций сходна с таковой у одноклеточных водорослей Scenbdeuiüus ucutu& И Sj-пес lio с у a tía salina. í.UlHIl-мальные размеры клеток совпадаиг с экспоненциальной фазой роста, а максимальные - со стационарной.

Иод открытым цебом в культурах преобладали классы крупных и очень крупных, тогда как в лабораторных условиях - фракции мелких и очень мелких клеток. Установлено, что признаки размеров и форш клеток являются обратимыми.При повторном переводе лабораторной культуры •Micraotiniiua putiilium из лаборатории для культивирования под открытым небом происходит восстанов-" 14

ленне статуса естественной популяции.

Установлено, что разбери клеток вольвоксовой водоросли chlamydoinonas roiníiardtii также крупнее при ее выращивании на сточных водах. На минеральных средах длина клеток колеблется от 9,4 до 12,7 мкм при ширине от 6,5 до 9,6 мкм, а на СВСК -от 17,0 до 20',0 мкм при ширине 12-17 мкм.'Полученные данные свидетельствуют такда о том, что с увеличением концентрации с точи их вод в питательных средах длина клеток существенно не ■меняется, тогда как ширина клеток статистически достоверно увеличивается. Это проявляется в величине индекса формы клеток, который при 30 - 50 % концентрации сточных вод почти равняется ■ единице, т.о. форма imеток приближается к сферической.,-что согласуется с данными для других шдогослей.

У. ИЗУЧЕНИЕ РАЗВИТИЯ ПОШЖУЛЬТУР СИНЕЗЕЛБНЫХ И ЗЕЛЕНЫХ ■ ВОДОРОСЛЕЙ IIA глПНЕРАЛЬШХ И ОРГАНО - МИНЕРАЛЬНЫХ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ

Исследованиями установлено, чТо совместное культивирование синезеленых водорослей Synechocystié salina и Spirull- ■ nu platensis возможно проводить на питательных средах; относительно сбалансированных для обоих видов. Из испытанных.питательных сред такой оказалась среда Заррука." Только на данной сре-. • де суммарная биомасса культуры больше, чем биомасса монокультур, составляя на 5-е сутки культивирования 4,25 г/л АСБ. На среде* Ягушшского, а такхо на средах со сточной водой сравнительно, интенсивный рост в условиях бпкульгуры отмечен только для Syne-chocysris salina. Соотношение биомассы öpirulina platoMis к биомассе Synechocystis salina в бикультуре та средах Ягушшского; Заррука, а такта на водном, экстракте КП m 5-е сутки культивирования составляет соответственно 1,7 : I; 7,3 : I" и I : 10,2. . • ... .

В бикультуре зеленых водорослей Scensdesmus acutus + tiicractinimii pusillum , независимо от состава питательной среда, более быстрыми темпами развивается s. acutus. Соотношение биомасс 3. acutus i ы. ризШша на среде Яг.уминского и 3 % КП примерно одинаково И составляет 3:1, причем, скорость роста Scenede:;::.us acutus на длшшх средах в бикультуре сопоставима со с.соросгь?) его роста в монокультуре, тогда как скорость pocïa * Bicjfjctiniuia puaillum значительно отстает от монокультуры.

■ '15

Сказанноо позволяет сделать вывод о том, что между данными видами существуют антагонистические отношения, причем наиболее , индифферентным видом оказался tí, acutus.

Поликультуру сине зеленых и зеленых водорослей S/necimcys-tis salina + Spirulina platensis + Scenedesmus acutus + Uicrac-. tinium pueilluia ■ выращивали на комплексной среде и на водном экстракте КП. Полученные результаты показали, чю на комплексной ореде преимущественное развитие получили сине зеленые водоросли • ßynecho&ystia salina и Spirulina platen^is'. Их доля в. суммарной. биомассе поликульгуры достигает около 90 %, На водном экстракте КП интенсивнее развивались виды Synechocystis salina и Scenedesmus acutus. Установлено также, что посредством режима освещения возможно регулировать развитие того или иного компонента поликультуры. При круглосуточном осЕещешш быстрее развивались синезеленые водоросли, а б ^режима свет : темнота -12 : 12 часов в сутки быстрее накапливали биомассу зеленые водо-'.росли,

Анализ изменчивости морфологических признаков, водорослей в поликультуре показал, что они находятся в тесной зависимости как от систематической принадлежности, так и от .условий культивирования. Установлено, что средний диаметр клеток Synecho-cystis salina при совместном культивировании с Spirulina platensis статистически достоверно .уменьшается по сравнению с монокультурой. Так на реагирует и Spirulina plutensia. ß öii-культуре зеленых водорослей по морфологическим признакам отмечена стабильность размеров Scenedesmus acutus и увеличение " " размеров liicructinium pusillum. Последнее является скорее всего реакцией данной водоросли на ингибирующее действие со стороны S. acutus.

. ■ В условиях полииультур указанные закономерности сохраняются. Меньшим уровнем разнообразим характеризуются виды . Synecho-cystis salina и Scenedesmus acutus , а более высоким - Spirulina platensis И Micractinium pusillum.

выводы'

.• ' I. Штаммы сииезелзных и зеленых водорослей Synochocystis

salina Wisl. В-14-1, Spirulina platensis Geitl. CAIU - -

Scenedesmus ácutus lieyen. S-322, Micructinium pusillum íres., 16

Chlamydomonas teinhardtii Dang. по СВОИМ РОСТОВЫМ характе-. ристикам являются перспективными для массового культивировании в интенсивных культурах.

2. Установлено, что о целью удешевления биомассы для промышленного культивирования указанных водорослей можно использовать жидкую фракцию отходов :пивогноводств&, причем для выращивания на водном экстракте куриного помета наиболее подходящи- ' МИ ЯВЛЯЮТСЯ штаммы Synechocystis salina . И Scenedefemus acu-

' tus, а на сточных водах свиноводческих комплексов - Micracti-nium pusillura.

3. Для интенсивного роста водорослей важное значение имеют' оостав питательных сред и условия культивирования. Установлено, что синезелзные водоросли интенсивнее развиваются при.круглосуточном освещении, а зелэные - режиме свет : темнота 12.: 12 часов в сутки.

4. При совместном культивировании синезеленнх и зеленых водорослей меладу компонентами поликультуры могут проявляться как , синергические, так и антагонистические взаимоотношения. Харакг тер взаимодействий меяду компонентами поликультуры зависит прежде всего от таксономической принадлежности водорослей и от специфичности условий питания.

.5. Установлено, что развитие культур связано со стабипиза-' цией размеров клеток в определенных пределах. . Йэ изученных ija— ми водорослей наименьшей морфологической изменчивостью обладает Synechocystis salina, а наибольшей - Spirulina platero-sis.

6. Средние минимальные значения размеров клеток для одноклеточных водорослей отмечены в период интенсивного роста (фаза экспоненциального роста), а для нитчатой многоклеточной водоросли s. plütensis _ в лаг-фазеОбнаруаена положительная корреляция мезду скоростью роста спирулины и средней длиной трихомов.

■ -7. При выращивании водорослей m сточных водах животноводческих комплексов происходит статистически достоверное укрупнение обьемов клеток.. Таким образом, подтверждается вывод о том, что приспособительная реакция водорослей на избыточное загряз-' нение питательных сред состоит в уменьшении относительной пот. верхносги клеток при одновременном возрастании их объемов."

8, Данные морфологической изменчивости водорослей (размеры клеток и колоний, распределение юс до размерным клаосам, диапазон изменчивости) является удобным критерием для сравнительной характеристики штаммов и должны быть приняты во внимание при их паспортизации и выявлении оптимальных питательны* • сред для их культивирования, а также при использовании водорослей в качестве биологического агента при очистке сточных вод и в качестве корма для животных гидробионтов.

По теме диссертации опубликованы следующие работы;

1. Диб Дж., Могылдя В.М., Ыорфологичеокая изменчивость популяций некоторых видов водорослей в интенсивных культурах // Научная конференция профессорско-преподавательского состава и сотрудников Молдавского ун-та по итогам НИР (тез.докл.) Кишинев, 1990. - Т. I,, с. 207.

2. Могылдя В.М.,' Шаларь В.М., *Диб Дк. Отбор и оценка штаммов ыикроводорослей для выращивания на сточных водах животноводческих комплексов // Теоретические и прикладные аспекты изучения флоры Молдавии, Кишинев, 1989, с.83-85.

3. Могылдя В.М., Шаларь В.М., Диб Дж. Особенности развития некоторых штаммов микроводорослей в моно- и поликультурах на сточных водах // П съезд гидробиологов Молдовы, Кишинев, апрель, 1991, с. 70-71.

ДИБ ДЖОРК

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОЛОШЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ШТАММОВ МИКРСВОДОРОСЛЕЙ В ИНТЕНСИВНЫХ КУЛЬТУРАХ

03.00.05 - ботаника Автореферат

Подписано в печать II.09.91. Формат 60x84 1/16. Ротапринт. Печ.л. 1,2. Уч.-изд.л. 1,0. Заказ 426. Тираж 100.Бесплатно.

Отдел оперативной полиграфии Молдавского госуниверситета. 277014. Кишинев, ул. М.Когэлничану, 65-а.