Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности формирования биомассы у морских водорослей (в условиях культур)

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Особенности формирования биомассы у морских водорослей (в условиях культур)"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 577.475(268.5)

КАЛАНТАГОВ МИХАИЛ ГЕОРГИЕВИЧ

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ БИОМАССЫ У МОРСКИХ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ (В УСЛОВИЯХ КУЛЬТУР)

03.00.18 - гидробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1961

Работа выполнена на кафедре гидробиологии биологического факультета МГУ им.М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

_тасов на заседании Специализированного Ученого совета в

Московском Государственном Университете им.М.В.Ломоносова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биолгического факультета МГУ.

Отзыв в двух экземплярах просим направить по адресу: г.Москва, 119899, МГУ, Биологический факультет.

В.Д.Федоров

А.С.Константинов

канд.блол.наук, ст.науч.сотрудник С.А.Соколова

Ведущее учреждение: институт Океанографии

Защита диссертации состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь Совета

Л Г. ЪмлйрчеЬ 9

Актуальность темы. К одной из актуальных задач гидробиологии следует отнести изучение процессов потребления микроводорослями растворенных органических соединений (РОВ) и оценку гетеротрофной составляющей в продуцировании фигопланктонных сообществ. Исследо-дования в этой области показали, что в рамках традиционней модели трофической цепи фитопланктон не может быть адекватно представлен единственным уровнем первичных продуцентов.

Удовлетворительных методов определения интенсивности потребления РОВ микроводорослями в природных условиях не существует. Это обусловлено как сложным и -непостоянным составом РОВ в морских и пресных водах, так и различными потребностями отдельных популяций микроводорослей в том или ином органическом соединении.

Цель и задачи исследования. Цель работы - изучение особенностей формирования биомассы у морских микроводорослей Platymonas viridis, Gymnodinium wulffii, Prorocentrum micans, Skeletonema costatum, Gymnodinium Icovalevskü в условиях накопительного культивирования. В связи с этим исследования проводили в следующих направлениях:

1. Анализ динамики численности, биомассы и первичной продукции исследуемых популяций водорослей при монокультивировании.

2. Оценка удельных скоростей потребления органических субстратов (глюкозы, лейцина, гидролизата хлореллы) популяциями водорослей на различных стадиях культивирования.

3. Сравнительный анализ процессов первичного продуцирования и' потребления растворенного органического вещества исследуемыми по- ' пуляциями микроводорослей.

4. Исследование влияния соотношений концентраций минеральных азота и фосфора на скорость потребления органического углерода во-

дорослью бутпосИгпит коуа1еузкИ.

Научная новизна работы. Предложен способ анализа степени ге-теротрофности микроводорослей, который позволяет получить приближенные количественные оценки долевого участия процессов гетеро-ротрофного питания и первичного продуцирования. На основе анализа степени гетеротрофности и трофических функций среди исследуемых видов выделено три хорошо различимые экологические формы: 1. Популяции характеризующиеся высокими значениями фотосинтетической активности и низкими значениями гетеротрофной активности. Рост происходит в основном за счет фотосинтеза, роль гетеротрофного питания незначительна. 2. Популяции, характеризующиеся сопоставимыми оценками фотосинтетической и гетеротрофной активности. При лимитировании роста низкими концентрациями элементов минерального питания, он происходит в основном за счет потребления РОВ. 3. Популяции, характеризующиеся низкими значениями фотосинтетической и высокими значениями гетеротрофной активности. При обеспеченности минеральным и органическим питанием рост происходит в основном за счет потребления РОВ. Установлено, что у активно растущих популяций микроводорослей интенсивность потребления лейцина превышает интенсивность потребления глюкозы. С приближением популяции к стационарной фазе роста эти процессы идут с сопоставимыми интенсив-ностями.Показано, что на обедненной минеральным азотом среде накопления биомассы популяцией водоросли бутпосЦпиит коуа1еузк::и идет за счет миксотрофного роста с преимущественным потреблением азотсодержащих соединений.

Практическое значение работы. Предложенный способ оценки степени гетеротрофности микроводорослей позволяет получить прибли-венные количественные оценки долевого участия процессов гетерот-

рофного питания и первичного продуцирования. На его основе выделено три хорошо различимые экологические формы водорослей, которые могут быть использованы для выявления закономерностей сезонной динамики в природных условиях, а также для оценки действия антропогенных факторов среды при построении и верификации математических моделей водных экосистем.

Для оценки физиологического состояния популяций микроводорослей предложен коэффициент Кф, основанный на отношении удельных скоростей потребления лейцина и глюкозы.

Публикация результатов исследования. Основные результаты исследования опубликованы в четырех статьях.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на 20-ой конференции Молодых Ученых Биологического факультета МГУ и заседании кафедры гидробиологии Биологического факультета МГУ.

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа включает _ страниц машинописного текста, _ таблиц, _ рисунков и приложение обьемом _ страниц. Библиография

соодержит _ названий, из них на русском языке_.

ГЛАВА I.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

На основании обзора последних работ обсуждены вопросы состава растворенного органического вещества в природных водах, потребления его водорослями, приведены классификации типов питания микроводорослей.

л- ед

-6-ГЛАВА II.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Материалом для исследований послужили альгологически чистые культуры зеленой водоросли Platymonas viridis Rouch., пери-диниевых Gymnodinium kovalevskii Pitzik, Gymnodinium wulfii Schiller,Prorocentrum micans Ehr., диатомовой Skeletonena costatum (Grev.) Cl.

Водоросли культивировали в накопительном режиме на искусственной морской воде (Шубравый О.И. 1983) с соленостью 22%ч обогащенной биогенными элементами по прописи Г'ольдберга. Культуру перидиниевой водоросли G.kovalevskii выращивали на двух средах, отличающихся по соотношению азота и фосфора при начальном обогащении среды:

I среда - N : Р = 18 : 1(28 мкгА M - М03/л - 1,55 мкгА Р - РО^/л)

II среда - N : Р = 3 : 1(4,67 мкгА N - ГО3/л - 1,55 мкгА Р - РО^/л) '

Культивирование проводили .в плоских микробиологических матрацах (V=l,5 л), помещенных в водную рубашку с t = 19 ±. 1 С. при освещенности - 7000 люкс. Продолжительность светового периода - 14 час., темнового - 10 час.

Диатомовую водоросль 5.costatum культивировали в чашках Петри при естественном освещении' (на северном окне лаборатории, декабрь 1989 года, длительность светового дня ? часов). Объем культуры - 25 мл.

Численность минроводорослей определяли под микроскопом "Виолам" в камере типа Нажотта (V=0,05 мл) при пятикратном ее заполнении, так что число просчитанных клеток популяции каждого вида превышало 3000. При этом ожидаемая относительная ошибка измерений оказывается в пределах 5-10% (Федоров, 1979).

Для определения величин клеточных объемов не менее 4-5 раз по мере роста измеряли по 100 и более клеток каждого вида.

Объемы клеток водорослей определяли расчетным путем по методу геометрического подобия клеток. Содержание органического углерода в зависимости от объема клеток определяли по уравнению:

с=а»Е (Цейтлин, 1987) (1)

где № - сырая масса клетки в пг, а = 0,485, в = 0,712 для диатомовых и а = 0,347 и в = 0,866 для фитопланктона, за исключением диатомовых.

Фо'тосинтетическую активность определяли радиоуглеродным методом (Сорокин 1959).

Оценку скорости потребления органических источников углерода проводили с использованием препаратов глюкозы, лейцина (ЧССР) и гидролизата хлореллы, меченных по углероду. Гидролизат хлореллы готовили по прописи (Сорокин, 1970).

Добавки каждого меченного вещества вносили с тем рассчетом, чтобы получить следующие концентрации:

Вид водоросли лейцин и глюкоза гидролиза!

Мкг С/л Мг С/л

Platymonas viridis Gymnodinium kovalevskii Skeletonema costatum Gymnodinium wulffi Prorocentrum micans 5;10;25;50;100;500;1000; 5;10;50;100;500;1000 10;100;1000 10;100;500;1000; 10;100;500;1000; 23,5 2,96 23,5 23,5

Объем экспонируемой в течении 3 часов пробы - 10 мл. Время начала экспозиции не менее 4-х и не более 5-ти часов после окончания темнового периода.

По окончании экспозиции пробы профильтровывали через фракци-

онную воронку, обеспечивающую одновременную фильтрацию на фильтры с диаметром пор 2,5 мкм и 0,23 - 0,3 мкм (SYNP0R, ЧССР). Фильтры промывали 0,01 N раствором HCL, приготовленном на морской воде с' целью удаления адсорбированной на поверхности клеток меченной углекислоты. Перед просчетом фильтры, смоченные 0,1 мл дистили-рованной воды (нейтрализованной) растворяли добавлением 10 мл J8C-7, ЖС-8 . После выдерживания флаконов 12 часов на холоде и в темноте для снятия фона хемолюминесценции, их просчитывали на жидкостном сцинтилляционном счетчике по методу внешней стандартизации.

Расчет скорости потребления органических добавок проводили по формуле:

г. S

V =--------; мкг С/л час (2)

R • Т

где: г - радиоактивность фильтра, dpm, имп/мин

R - радиоактивность вносимой добавки, dpm, имп/мин S - концентрация вносимого органического вещества, мкг С/л Т - время экспозиции, час

В работе (Федоров с соавт., 1991) по исследованию кинетики потребления гидролизата хлореллы, меченного по С , природным беломорским фитопланктоном приведены приделы варьирования значений константы полунасыщения от 1,6 до 13,9 мкг С/л. Это дает основание считать, что использованные в экспериментах, с культурами концентрации гидролизата хлореллы находятся в области насыщения, а полученные оценки скоростей потреблена РОВ близки к максимальным значениям .

Содержание растворенного органического вещества в среде определяли методом бихроматного окисления (Строганов Н.С., Бузи-нова Н.С., 1980).

Для грубой оценки выделения прижизненных матаболитов проводили сравнение наблюдаемого прироста биомассы ДВ за время Т.С величиной ассимилированного за время Д Г углерода.в процессе фотосинтеза Р Д Т (Р - фотосинтетическая активность; Т - продолжительность расчетного светового периода, соответствующего интервалу времени Д Т).

Для оценки соотношения процессов гетеротрофного потребления органического вещества и фотосинтетической активности введен коэффициент:

Ня /РЙ (3)

где Нй - удельная (на единицу биомассы) скорость потребления растворенного органического вещества гидролизата хлореллы, Рй -удельная (на единицу биомассы) фотосинтетическая активность.

Зависимости удельных скоростей потребления глюкозы и лейцина (V) от концентрации субстрата (Б) аппроксимировали гиперболической моделью

Б

V = Ушах-----------— мг С/л час (4)

Кэ + Б

где Утах - максимальная скорость потребления субстрата, Кэ - константа полунасыщения. Оценки параметров модели получены методом нелинейной регрессии.

ГЛАВА III.

Фотосинтетическая и гетеротрофная активность четырех видов морских микроводорослей в условиях культур.

Сравнительный анализ динамики биомассы и основных функциональных показателей исследуемых популяций микроводорослей выявил особенности процессов накопления водорослевой биомассы, состоящие в

различной доле фотосинтетической и гетеротрофной активностей. ¿-459*1

Тсут

Рис.1. Динамика Б (+) LgPs(*), LgHs ( ■ )водорослей Р.viridis (A), G.wulffii (Б), P.micans (В) и S.costatum (Г).

Водоросль Platymonas viridis . Рост характеризуется высокими значениями фотосинтетической активности (Р) (рис. 1). При этом выполнено соотношение РД Т >Ь.В (табл. 1). Фиксированный в процессе фотосинтеза углерод, не идущий на прирост биомассы водорослей, вероятно, выделяется в культуральную среду в виде прижизненных метаболитов. В тоже время, активно растущая и фотосинтезирующая популяция потребляет растворенные в среде органические вещества (РОВ) (рис 1). Скорость потребления водорослью РОВ - наименьшая среди изученных культур. Процессы выделения и потребления РОВ имеют сравнимые скорости, на что указывает постоянная концентрация РОВ в культуральной среде в первые семь суток культивирования (табл. 1).

В первые семь суток культивирования значения Ps на порядок превышают значения Hs . На 14-е сутки эти величины имеют близкие значения. Значения коэффициента^варьируют в пределах от 0,1 до 1.

Водоросли Gymnidinium wulffii и Prorocentrum micans. Рост G.vmlffii в первые семь суток культивирования характеризуется наибольшими для всех изученных видов значениями фотосинтетической и гетеротрофной активностей для всего периода роста при Hs>Ps (рис.1). Соотношение РДТ <ДВ (табл.1) свидетельствует о значимости процессов потребления РОВ для роста популяции. Значения коэффициента ^ лежат в пределах от 4 до 18.

Сходные результаты получены и для Р.micans (рис.1). Пределы изменения коэффициента (J'- от 1 до 10.

Водоросль Skeletonema costatum. С первых суток культивирования рост водоросли S. costatum происходит в основном за счет пот-

ребления РОВ, так как значения Нб превышают значения Рэ более чем на два порядка (рис.1). Это ведет к снижению концентрации РОВ в культуральной среде (табл.1). Значения коэффициента ^ варьируют в пределах от 300 до 440.

К настоящему времени разработан ряд классификаций типов питания микроводорослей, в основу которых положено различие основных источников вещества и энергии, используемых водорослями. Предложенный нами способ анализа степени гетеротрофности с использованием коэффициента^ позволяет получить приближенные к о л и ч е ствекные оценки интенсивностей двух основных процессов поступления энергии и вещества в клетку - фотосинтеза и потребления РОВ.

Коэффициент ^ служит показателем долевого участия процессов гетеротрофного питания и первичного продуцирования. Сопоставле-

водорослей в экспоненциальной фазе роста представляют три хорошо различимые экологические формы.

Для каждой из рассматриваемых экологических форм характерны следующие признаки:

1. Высокие значения Рй, низкие значения Нб. Рост происходит в основном за счет фотосинтеза, роль гетеротрофного питания незначительна.

2. Сопоставимые значения Ре и Не. При лимитировании роста низкими концентрациями элементов минерального питания, он происходит, в основном за счет потребления РОВ.

3. Низкие значения Рг, высокие значения Нэ. При обеспеченности минеральным, и органическим питанием рост происходит в основном за счет потребления РОВ.

ние пределов варьирования

изученные популяции

Отметим, что экологические формы рассмотренных видов в данном случае связаны с их таксономическим положением:

1. Р.viridis Chlorophyta ¡f = 0,1 - 1

2. G. wulffii Pyrrophyta ^=1-18 P.micans

3. S. costatum Bacillariophyta 300 - 440

При сезонном развитии природных фитопланктонкых сообществ умеренных широт во время цветения на фоне высокой концентрации элементов минерального питания следует ожидать преимущественного развития экологических форм водорослей первого типа, при летнем цветении в период исчерпания элементов минерального питания и увеличения концентраций РОВ - третьего типа, во время осеннего пика при повышении концентраций элементов минерального питания к лимитирования фотосинтеза светом - второго типа.

Так, в фитопланктоне Белого моря наибольшие значения биомассы Р.viridis наблюдаются весной, перидиниевые водоросли являются эди-фикаторами осеннего комплекса, а S.costatum доминирует летом. При этом косвенные оценки парциальной фотосинтетической активности S.costatum, на фоне пика цветения этого виды имеют крайне низкие значения(Смирнов, Федоров, 19S2), что хорошо согласуется с результатами настоящей работы.

Таблица 1.

Динамические характеристики культур четырех видов микроводорослей.

т Р.viridis т G.vulffii , Т P.Micans т S.costatum

РОВ Л В РДТ РОВ д в РД1 • РОВ AB РЛТ РОВ дв РДТ

0 7 14 10,0 10,6 6 ,7 72,7 52,0 285,6 268,6j 1 6 9 13 1-6 23,8 27,8 23,6 26,1 27,5 0,5 3,8 6,6 10,7 2,2 1,1 1,С 1 8 15 23 20,9 22.5 22,7 25.6 0,4 3,6 10 4,6 4,6 7,2 0 2 4 7 42.1 35,8 38.2 361,3 3.0 8.1 7,9 0,009 0,008 0,009

-14-ГЛАВА IV.

Потребление лейцина и глюкозы популяциями микроводорослей в условиях культур

Если скорость потребления гидролизата хлореллы, меченного по С14, дает интегральную оценку гетеротрофной активности популяции, то по интенсивности потребления монорастворов органических субстратов лейцина и глюкозы водорослями можно судить о скорости отдельных процессов в метаболизме клеток водорослей.

Скорость включения лейцина свидетельствует об интенсивности белкового синтеза, поскольку лейцин - аминокислота, непосредственно включающаяся в состав растительного белка без предшествующей трансформации.

Скорость потребления глюкозы свидетельствует об интенсивности процесса пластического, в основном углеводного обмена.

Расчитанные по гиперболической модели и максимальные наблюдавшиеся в эксперименте значения удельных скоростей (Vmax) потребления лейцина и глюкозы имеют близкие значения.

Среди всех изученных культур наибольшие значения Vmax потребления лейцина и глюкозы наблюдали у перидиниевых водорослей (в первые сутки культивирования). По мере роста и накопления биомассы значения Vmax убывали (рис.2). Предали варьирования значений Ушах . составили (1050 - 0,1)-Ю-3 4ac"J для потребления лейцина; и (250 -0,12) Ю-3 час х для потребления глюкозы.

При культивировании Р.viridis значения Vmax потребления лейцина были наибольшими в первые сутки роста, а затем убывали в течение последующих четырнадцати суток (рис. 2). При дальнейшем росте популяции значения Vmax повышались, однако уровень, наблю-

Tcu п.

Рис.2. Динамика Vmax потребления лейцина ( • ) и глюкозы (+) микроводорослями:Р.viridis (а), P.micans (b), G.vulffii (с) и S.costatum (d).

даемый в первые сутки культивирования достигнут не был. При оценке скорости потребления глюкозы зеленой водорослью наибольшее значение Ушах наблюдали на 28 сутки культивирования после монотонного убывания Ушах с первых по 21 сутки роста. Пределы изменений значений Ушах потребления лейцина составили (0,4 - 2,0).10-3час~' глюкозы (0,4 - 0,7)10-3час

В целом, для популяций перидиниевых и зеленой водорослей наблюдали сходный характер изменений значений Ушах потребления лейцина и глюкозы (рис.2) по мере роста культур.

При культивировании диатомовой водоросли S.costatum отмечены наименьшие, среди изученных популяций, значения Ушах потребления лейцина (0,3 - 1,5) 10~3час 1 и глюкозы (ОД - 0,5) 10 3 час 1. Наибольшие значения этого параметра наблюдали на вторые сутки роста (рис. 2).

Поскольку скорости включения лейцина и глюкозы свидетельствуют об интенсивности различных процессов в метаболизме водорослевой клетки, то соотношение значений Ушах для кинетики потребления этих веществ, можно рассматривать в качестве показателя функционального состояния популяции водорослей (Кф).

В метаболизме активно растущих клеток микроводорослей на логарифмической стадии развития популяций преобладают процессы белкового синтеза, тогда как по мере приближения к стационарной ста дии интенсивность синтеза энергоемких веществ (в первую очередь -белков) снижается, и в метаболизме клетки начинают преобладать процессы синтеза и трансформации простых органических веществ, в частности - углеводов (Эпи^е еЪ а1, 1980, РаШБзапо et а1. 1988 и др.).

Максимальные значения Кф наблюдали в первые сутки культивирования, т.е. в периоды-наилучшего функционального состояния популяций. По мере роста культур значения Кф приближаются к 1 для всех популяций, за исключением S.costatum. Значения Кф, близкие к единице свидетельствуют о том, что в метаболизме клеток процессы синтеза белков и трансформации углеводов протекают с сопоставимыми скоростями.

Значения Кф для популяций S.costatum всегда превышали 1, не приближались к 1 по мере развития культуры, как это наблюдали для культур зеленой и перидиниевых водорослей. Это свидетельствует о том, что семь суток культивированиия популяция S.costatum находилась в хорошем физиологическом состоянии. Если характеризовать физиологическое состояние этой популяции только на основе динамики ее удельной фотосинтетической активности, как это принято для микроводорослей, то следовало бы заключить, что уже на четвертые сутки культивирования крайне низкие значения Р/В коэффициента (0,3 10-^час) свидетельствуют об угнетенном состоянии популяции. "Однако, поскольку S.costatum относится к■экологической форме, ' характеризую щейся низкими значениями фотосинтетической активности и высокими значениями гетеротрофной составляющей, и даже при обеспеченности минеральными ресурсами ее рост происходит в основном за счет потребления РОВ, то адекватная оценка физиологического состояния водорослевых популяций такой экологической формы возможна на основе параметров, характеризующих гетеротрофную составляющую, в частности - коэффициента Кф.

Использование предложенного коэффициента Кф может быть весьма перспективным для оценки физиологического состояния микроводорос-

лей природных сообществ фитопланктона, особенно при пространственной съемке акваторий со сложным гидрологическим режимом или подвереянных влиянию загрязнений.

ГЛАВА V.

Влияние соотношений концентраций минеральных азота и фосфора на скорость потребления органического углерода водорослью Сутпо(Нп1ит коуа1еузкП РНгИс

Одним из экологических аспектов процесса потребления популяциями водорослей РОВ является способность микроводорослей компенсировать недостаток минеральных форм биогенных элементов азота и фосфора за счет азот-.и фосфорсодержжащих органических соединений.

Как показано в работе (Ку№ег, Циг^ап, 1971) при соотношении N и Р в среде меньше 18 развитие микроводорослей лимитировано недостатком азота; при 11:Р>18 - недостатком фосфора. Соотношение Ы:Р=18 характерно для сбалансированной среды.

Динамики биомассы популяций С.коуа1еувкП на сбалансированной (ср.1) и лимитированной по N (ср.2) средах существенно различаются. Скорости роста и величины накопленной к 14 суткам биомассы выше на среде 2. Однако величина удельной фотосинтетической активности лишь в первые сутки культивирования превышает таковые для популяции на среде 1 (рис.3). В результате интенсивного фотосинтеза водорослей на среде 1 снижается концентрация карбонатов (Скарб ) и возрастает концентрация растворенных органических веществ (Сорг ). На среде 2 наблюдается обратная картина: по мере накопления водорослевой биомассы возрастает Скарб и снижается Сорг (рис.3).

Рис.З. Динамика В(а), Ра(Ъ), Скарб(с) и Сорг(й); ср.1 - • ; ср.2 - +.

Различия в динамике Сорг при культивировании водорослей на средах 1 и 2 обусловлены соотношением процессов выделения прижиз-зненных метаболитов, с одной стороны и потребление растворенных органических веществ из среды, с другой.

На рис. 4 приведены зависимости рассчитаных по модели и максимальных наблюдавшихся в экспериментах значений параметра Vmax от возраста культур. Значения Vmax убывают по мере роста культур. Эти изменения являются статистически значимыми. Значения параметра константы полунасыщения (Ks) для лейцина лежат в пределах от 310 до 680 мкгС/л, для глюкозы от 200- до 620 мкгС/л.

Сравнение значений параметра Ушах на средах 1 и 2 в первые сутки роста показывает, что водоросль G.kovalevskii интенсивнее потребляет лейцин на среде 2, а глюкозу - на среде 1. Таким образом, в гетеротрофном потреблении растворенного органического вещества этой водорослью на обедненной минеральным азотом среде преимущественную роль играет потребление азотсодержащих веществ.

По мере роста популяции G.kovalevskii на среде 1 и исчерпания минерального азота интенсивность фотосинтеза падает, а потребление органических веществ повышается.

Сравнение параметров, характеризующих интенсивность различных процессов метаболизма клеток микроводорослей (накопленная биомасса, фотосинтетическая активность, скорости потребления органических соединений, динамика различных форм углерода в среде) показывает, что рост культур водоросли G.kovalevskii существенно различается в зависимости "от обеспеченности микроводорослей минеральными формами азота.

Накопление биомассы происходит более интенсивно на среде 2, тогда как интенсивность фотосинтеза выше на среде 1. Исключение

Рис.4. Динамика параметра Ушах - скорость потребления лейцина (I) и глюкозы (II) водорослью 6-.ко7а1еу8кИ на средах 1-а и 2-6; * - расчетные данные; + - данные, полученные в эксперименте.

составляет лишь соотношение фотосинтетических активностей в первые сутки культивирования. Это может быть обусловлено ингибированием фотосинтеза высокой концентрацией минерального азота в среде 1. Подобное ингибирование описано для культуры перидиниевой водоросли Prorocentrum micans (Аникина, 1967).

Интенсивное накопление биомассы водорослью G.kovalevskii на обедненной по азоту среде 2 идет за счет миксотрофного роста с преимущественным потреблением азотсодержащих органических соединений, что компенсирует дефицит минерального азота. Это ведет к снижению концентрации Сорг в культуральной среде и повышению концентрации карбонатных форм углерода (рис.3).

Водоросль G.kovalevskii при росте на сбалансированной среде 1 также потребляет органические соединения, о чем свидетельствуют результаты экспериментов с добавками лейцина и глюкозы. Однако, скорость потребления этих соединений на среде 1 ниже, чем скорость выделения прижизненных метаболитов, что приводит к повышению Сорг в среде. По мере роста популяции происходит исчерпание минерального азота и в миксотрофном питании водоросли повышается роль гетеротрофной составляющей. При этом водоросли начинают потреблять накопленные в процессе роста экзометаболиты. Способность многих популяций микроводорослей утилизировать свои экзометаболиты показана в ряде работ (Eppley, Sloan, 1965 и

др.).

Варьирование соотношения фотоавтотрофной и гетеротрофной составляющих клеточного метаболизма дает популяции G.kovalevskii возможность приспосабливаться к условиям различной обеспеченности минеральными формами биогенных элементов в природных экосистемах.

-23-ВЫВОДЫ

1. Предложен способ анализа стёпени гетеротрофности микроводорослей, который позволяет получить приближенные количественные оценки долевого участия процессов гетеротрофного питания и первичного продуцирования.

2. На основе анализа долевого учас гия процессов фотосинтеза и гетертрофного потребления РОВ в накоплении водорослевой биомассы среди исследуемых видов выделено три хорошо различимые экологические формы:

а) Популяции, характеризующиеся высокими значениями фотосинтетической и низкими значениями гетеротрофной активности. Рост происходит в основном за счет фотосинтеза, роль гетеротрофного питания незначительна (водоросль Platynonas viridis).

б) Популяции, характеризующиеся сопоставимыми значениями фотосинтетической активности и гетеротрофной ассимиляции. При лимитировании' роста низкими концентрациями элементов минерального питания, он происходит в основном за счет потребления РОВ (водоросли Gymno dinium wulffii, Prorocentrum micans).

в) Популяции,' характеризующиеся низкими значениями фотосинтетической и высокими значениями гетеротрофной активности. При обес-пе 'ности минеральным и органическим питанием рост происходит в основном за счет потребления РОВ (водоросль Skeletonema costatum).

3. У активно растущих популяций микроводорослей интенсивность потребления лейцина превышает интенсивность потребления глюкозы. По мере приближения популяций к стационарной фазе роста эти процессы идут с сопоставимыми интенсивностями. Выявленная закономерность может использоваться в качестве показателя

физиологического состояния как популяций микроводорослей, так и фитопланктонных сообществ.

4. Изучение влияния минерального азота на скорость потребления органического углерода на примере водоросли G.kovalevskii показало, что на обедненной минеральным азотом среде накопление биомассы популяции идет за счет миксотрофного роста с преимущественным потреблением азотсодержащих органических соединений, что компенсирует дефицит минерального азота._

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. М.Г.Калантаров, Потребление различных органических веществ морской зеленой водорослью Р.viridis. "Проблемы современной биологии": Тр.20 науч.конф.мол.ученых биол.фак. МГУ, Москва,24-28 апр., 1989. 4.1. МГУ.М., 1989. С.136-140. Деп. в ВИНИТИ 05.02.90, N641-В90.

2. М.Г.Калантаров, Л.В.Ильяш, Н.А.Смирнов. Влияние минерального азота на скорость потребления органического углерода водорослью (¿ymnodinium kovalevskii Pitzik //"Биол.науки".- 1991. N4. С.89-94.

3. Л.В.Ильяш, М.Г.Калантаров, Н.А.Смирнов, В.Д.Федоров. Гетеротрофная активность четырех видов морских микроводорослей в условиях культур//"Биол.науки".- 1991. N6. С.99-105.

4. М.Г.Калантаров, Потребление лейцина и глюкозы популяциями микроводорослей в услоовиях культур//"Биол.науки".- 1992, в печати.