Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Пикоцианобактерии как компонент планктонных сообществ Черного моря

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Пикоцианобактерии как компонент планктонных сообществ Черного моря"

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ ЮЖНЫХ МОРЕЙ им. А. О. КОВАЛЕВСКОГО

На правах рукописи

ШАЛАПЁНОК Людмила Станиславовна

УДК 582.232(262.5)

ПИКОЦИАНОБАКТЕРИИ КАК КОМПОНЕНТ ПЛАНКТОННЫХ СООБЩЕСТВ ЧЁРНОГО МОРЯ

03.00.18 — гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Севастополь 1991

Работа выполнена в Институте биологии южных морей им. А.О. Ковалевского АН Украины

Научный руководитель член-корреспондент АН Украины В.Е. Заика

Официальные оппоненты доктор биологических наук А.П. Остапеня доктор биологических наук 3.3. Финенко

Ведущая организация

Институт теоретической и экспериментальной биофизики АН СССР.

Защита диссертации состоится '^-7^31992 г.

в час. на заседании специализированного совета по

защитам диссертаций на соискание учёной степени доктора •'аук при Институте биологии южных морей АН Украины Д 016.12.01.

335000, г. Севастополь, пр. Нахимова, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биологии южных морей АН Украины.

Автореферат разослан "о?/" ici 1991 г.

Учёный секретарь специализированного совета кандидат биологических наук

Н.Г. Сергеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТь!

Актуальность проблемы. Применение современных методов эли -флуоресцентной и электронной микроскопии расширило возможности изучения мельчайших фракций планктона. Это позволило устано -вить, что одним из основных компонентов морского автотрофного пикопланктона (0,2-2,0 мкм) являются фикоэритринсодержащие хро-ококкоидные цианобактерии рода ЗупесЪососсия . Они играют важнейшую роль в создании органического вещества олиготрофных районов, давая до 45-60, а подчас и 80-90 % первичной продукции.

Особенное значение пикопланктонные цианобактерии приобретают в функционировании мезо- и олиготрофных районов Мирового океана, где их концентрация достигает 10^-10^ кл/мл. Столь значительное развитие цианобактерий определяет необходимость изучения их как важного функционального компонента морских пелагических экосистем.

Сведения о цианобактериях Чёрного моря фрагментарны и каса -ются-лишь их количественного развития. Немногочисленные литературные данные не позволяют создать чёткой картины пространст -венного распределения цианобактерий, а их биология и роль в экосистеме не изучались вовсе.

Для определения систематического положения черноморских цианобактерий в соответствии с новой классификацией, помимо изучения морфологических характеристик, целесообразно уточнение особенностей субклеточного строения, пигментного состава. Получе -ние этих данных возможно при условии выделения чистых штаммов цианобактерий.

Важной проблемой является оценка роли пикопланктонных цианобактерий в биотическом балансе вещества и энергии пелагических сообществ, которая возможна при наличии данных о трофических связях цианобактерий с массовыми видами планктонных гетеротрофных организмов.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы состояла в изучении морфологии, ультрастчуктуры, пигментгого состава и особенностей распределения пикоцианобактерий в пелагиали Чёрного моря, а также их потребления планктонными гетеротрофами. Цель работы определила основные задачи исследования: I) Изучение закономерностей пространственного и вертикального распределения фикоэритринсодержащих пикоцианобактерий. 2) Определение харак -

тера суточной и пространственной динамики цитокинетической активности цианобактерий. 3) Выделение альгологически чистых культур черноморских пикоцианобактерий. 4) Изучение морфологии и ультраструктурной организации цианобактерий в природных попу -ляциях и культурах. 5) Изучение пигментной гетерогенности черноморских пикоцианобактерий. 6) Экспериментальное определение потребления пикоцианобактерий некоторыми группами гидробионтов.

Научная новизна. Среди планктонных хроококкоидных цианобактерий Чёрного моря электронно-микроскопическим методом ввделено несколько ультраструктурных типов. Микроспектральный анализ позволил выявить ф и к о!.;;: я н и н с од ер:к а щ и е и две группы фикоэритринсо-держащих пикоцианобактерий. Фикоцианинсодержащие цианобактерии были многочисленны на поверхности в прибрежных районах северозападной части. Массовое развитие фикоэритринсодержащих цианобактерий обнаружь в различных регионах Чёрного моря. Выявлены два основных типа вертикальных профилей распределения чис -ленности фикоэритринсодержащих цианобактерий в Чёрном море. Определена суточная динамика цитокинетической активности циа -нобактерий на разных глубинах. Впервые вццелена альгологически чистая культура черноморских пикопланктонных цианобактерий 5У~ песЬососсцэ вз 0901. Показана возможность заглатывания пикоцианобактерий черноморскими гидробионтами различного сис -тематического положения.

Научно-птактичоское значение. Полученные данные по количе -ственному распределению пикоцианобактерий, особенностям их ультраструктуры и спектральным характеристикам фикобилинов значительно расширяют наши знания об этой малоизученной группе мельчайших фотосинтезирующих организмов. Результаты исследования могут быть использованы при определении роли пикоцианобактерий в трансформации вещества -I энергии морских экосистем. Полученные материалы также представляют интерес в связи с за -гряэненнем Чёрного моря и возможностью использования их при гидробиологическом мониторинге различных биоценозов.

Апробация работы. Работа докладывалась на научных семинарах отделов экосистем шельфа, планктона и экологической физиологии водорослей ИнБШ АН У ССР, проблемной научно-у. следовательской лаборатории гцдроэкологии Белгосуниверситета (г. ¡Линек).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в четырёх работах, две из которых находятся в печати.

- з -

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения и шести глав, выводов, списка литературу. Работа изложила на 10э страницах машинописного текста, иллюстрирована 39 рисунками и 9 таблицами. Список цитируемой литературы содержит 211 наименования, из них 175 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Глава I. Обзор литературы

Освещено современное состояние вопроса. Обосновываются цель и задачи работы, рассматриваются терминологические аспекты,анализируются результаты исследований данной проблематики по литературным источникам.

Глава 2. Материалы и методы исследований

Описаны методы исследования ультраструктуры клеток и спект -ральннх свойств фикобилинов как в природных популяциях, так и в выделенных культурах черноморских цианобактерий. Приведены де -тальные описания метода прямого счёта клеток цианобактерий на фильтрах, определения частоты делящихся клеток. Описаны техника выделения альгологически чистых культур, особенности культиви -рования и состав среды, схема экспериментов по потреблению пи -коцианобактерий планктонными гетеротрофами.

Глава 3. Распределение и цитокинетическ^я активность цианобактерий в Чёрном море

Численность и вертикальное распределение цианобактерий. Ра -бота проводилась в августе-сентябре 1990 года в 32-м рейсе НИС "Профессор Водяницкий" в период устойчивой летней стратификации вод. Вертикальные профили численности фикоэритринсодержащих цианобактерий и температуры получены на трёх типах станций: глубоководные станции широтного разреза, прибрежные станции Крыма и шельфовые станции северо-западного района Чёрного моря.

На глубоководных станциях (общая глубина 1300-1400 м) был обнаружен один чётко выражен...лй пик обилия цианобактерий (ри;. I, Б) на всём разрезе он приходился на горизонты 25-35 м. Ниже зоны максимума наблюдалось резкоо снижение численности на два-три порядка до глубины 50 м и далее плавное снижение до 100110 м. Численность в максимуме колебалась в пределах

9x10^-7x10^ кл/мл, что соответствовало максимальному обилие, известному для Мирового океана. Сопоставление профилей численности и температуры показало, что максимумы обилия приурочены к градиентным температурным зонам. Для Чёрного моря аналогич -ная картина обнаружена В.Е. Заикой и В.А. Яшиным (1984), Т.Н. Ратьковой (1968), когда глубина единственного максимума коле -балась от 22 до 40 метров.

Распределение цианобактерий в северо-западной части носило иной характер (рис. I, А). Особенностью профиля обилия в этом

районе было наличие ярко ^о^Г^^о^Л^^о выраженного приповерхностного максимума (максимальная численность I,4x10 кл/мл), с гдубиной концентрация резко падала, составляя на 20 метрах менее 213 процентов поверхностной, и далее снижалась более плавно. Пик численности не был приурочен к температурному градиенту. Подобный тип распределения был отмечен Т.Н. Ратьковой (1988) для одной из трех станций северо-западного шельфа, при этом численность в максимуме (6x10^ кл/мл) вдвое ниже отмеченной нами.

В целом численность цианобактерий на поверхности в прибреж -ных и открытых районах отличалась незначительно (примерно в 1,5 раза выше в прибрежье), в то время как численность в максимумах была в 3-20 раз выше на глубоководных станциях, где пик обилия находился на 20-30 метрах. Наши доследования подтвердили массо -вое развитие цианобактерий в Чёрном море и позволили выявить два типа их вертикального распределения.

Изменение частоты делящихся цианобактерий по глубине и вре -мени суток. Суточная динамика частоты делящихся цианобактерий ( п , %) для трёх горизонтов показана на рис. 2. Изменение п у поверхности характеризовалось пиком в конце светлого времени суток. С увеличением глубины до 30-35 метров амплитуда суточных колебаний снижалась, а затем несколько возрастала на 50 метрах. Обычно с глубиной снижалась и максимальная частота делящихся

го м /о г<? ¿о температура со

Рис. I. Вертикальное распределение численности цианобактерий (Ц) и температуры (Т) на станции 4610 северо-западного шельфа и станции 4ь12 широтного разреза.

40

50

20

10

в 1*8

16 20 2<> 30 0,1

Рис. 2.

Суточные изменения частоты делящихся циа-нобактерий ( п , %) на трзх гориэон -тах. Заштрихованы периоды от заката до восхода. Ука -зана надводная освещённость

12 16 время, ч (хЮ3 люкс). 10 (% 1 Облике)

■клеток. Среднесуточная величина п. плавно уменьшалась до 50 метров.

Исследование 'вертикальных профилей частоты делящихся клеток до глубины 70-100 метров показало, что повышение значений п ниже 30-35 метров не является случайным. На глубинах 20-60, чаще 30-40 метров, наблюдается чётко выраженный устойчивый минимум значений п при относительно небольшой их вариабельности. На 50 метрах частота делящихся клеток возрастает. Глубже продолжается увеличение п , либо повторяется второй максимум на глубине 7п-75 метров. Следует отметить, что около половины полученных вертикаль -ных профилей (как в открытом море, так и на прибрежных станциях) не обнаруживали приповерхностных максимумов п . Все профили этого типа получены только на глубинах до 50 метров. Они отличаются от приведенных выше более узким и более-резким максимумом на 20-30 метрах, неопределёнными 'колебаниями п на других глубинах.

Различия между двумя выделенными типами йе]ЭтикаЛьйоЬо распределения п не связаны с временем суток. Возможно» они объясняются пятнистостью в распределении ¡различных приповерхностных форм цианобактерий. Суточная диИамика Частоты деля -щихся цианобактерий в приповерхностных водах Черного моря сходна с установленной для лрибре.хньгх вод Атлантики ( УаЪегЪигу с.Ь. п] . , 1986).

Глава 4. Гетерогенность пи^оцианобактерий в Чёрном море

4.1. Состав и морфология пикопланхтонных цианобактерий в Чёрном море

Результаты эпифлуоресцентного исследования пи ко циа ноб а кте-рий черноморской эпипелагиали показали, что эта группа орга -низмов весьма неоднородна. В условиях летней стратификации пелаг'/.али клетки в пробах воды с разных гдубин имели значительные различия по форме, размеру, окраске и интенсивности свечения.

Наибо^ьсим разнообразием всех признаков характеризовались цианобактерии приповерхностного слоя. Встречались клетка о« -руглой, эллипсоидной, цилиндрической и червеоб.разно.й формыи Помимо тусклых лимонно-жёлтых ц кёжгог-оранжевых цианобактерий фи ко эритринс одер-ка ще го тила* а большом количестве встречаются красноватые и красновато-оранжевые клетки. По размеру клетки на этом горизонте самые мелкие (0,5-1,0 мкм). Уже с глубины 10 м морфология цианобактерий резко меняется. Тусклые медленно разгорающиеся лимонно-жёлтые кокки преобладают в цианобак-териальной популяции до глубины 20-25 м. С глубиной происхо -дит постепенное увеличение доли клеток с ярким свечением. В зоне количественного максимума (20-40 м> чаще всего доминируют яркие, жёлто-лимонные, чётко очерченные кокки (1,5-1,7 мкмА» Другие формы немногочисленны» Горизонт 50. м характеризуете« наличием довольно крупных клеток (1,9- мкм а диаметре) ярких, жёлто-лимонных и оранжевых, с чётким контуром,, быстро выгораг-ющих. На глубинах 50-100 м происходит резкое падение числен -ности цианобактерий. Уменьшаются также их средние размеры,, яркость и разнообразие форм. На глубине 100-110 м. обычно встречались следовые количества цианобактерий.

Таким образом, в стратифицированных водах на разных рори -зонтах отчётливо выражено доминирование отдельных разновидное стей цианобактерий, позволившее на каждом горизонте вертика -льного профиля вьщелить морфологические разновидности, типичные для отдельных слоев. До глубины 50 м наблюдалась тенден -ция увеличения средних размеров и яркости сечения цианобак -терий. На горизонте 50-100 м возникает довольно сложная кар -тина, связанная с повторным появлением небольших бледных клеток.

Цианобактерии в обогащёняой культуре черноморского пикофито-планктона были представлены в основном мелкими, одиночными, округлыми фикоэритринсодержащими цианобактериями с яркой оранже -во-жёлтой автофлуоресценцией. При детальном рассмотрении попу -ляция пикоцианобактерий гетерогенна^ в ней были дифференцированы четыре типа клеток. Доминирующая форма - овоидные цианобактерии (0,3x0,4 мкм), составляющие до 60-70 % общего количества клеток. Субдоминантный вид - палочковидные цианобактерии (0,5x1,1 мкм), способные к формированию небольших цепочек, состоящих из 4-7 клеток. Реже встречаются неподвижные цианобактерии в форме уд -линённых палочек (0,8x3,0 мкм) и кокков (диаметр 0,7-0,8 мкм).

4.2. Ультраструктурная характеристика хроококкоидных цианобактерий черноморского пикопланктона

Электронно-микроскопическое исследование субклеточного строения цианобактерий позволило выделить шесть основных типов их ультраструктурной организации. Первый тип представлен овоидами (3,1x3,5 мкм), чехол или микрофибриллы отсутствуют. Мембраны, ограничивающие тилакоид, формируют стопки, несколько стопок могут смыкаться и образовывать в отдельных участках цитоплазмы целый комплекс, состоящий из 40 и более тилакоидных мембран. Комплексы тилакоидов пронизывают всю клетку, включая её центральную часть. Клетки второго типа также имеют овоидную форму (1,9x2,2 мкм). Фотосинтетический аппарат представлен разветв -лённой системой тилакоидов, часто ветвящихс. но не образующих сплошных рядов и стопок. Тилакоиды обнаруживают строгую лока -лизацию в периферической части клетки, распределяясь в основ -ном параллельно плазмалемме, хотя отдельные участки расположены под различными углами. Верхний слой клеточной стенки тлеет неправильные контуры, что выделяет данные организмы среди наблюдаемых нами типов цианобактерий. Клетки третьего морфотипа -овоиды (2,0x2,3 мкм)встречаются крайне редко. Разветвлённый фотосинтетический аппарат представлен фрагментами тилакоидов, ориентированных вдоль клеточной стенки. В цитоплазме находятся крупные осмиофильные включение, имеющие форму .лногогранника ч окружённые мембраной. Клетка покрыта мощным чехлом неравномерной толщины (от 60 до 100 нм), с чёткой слоистой верхней гра -ницей» покрытой филаментознымй образованиями. Для округлых клеток Чётэёстагя И щеруого ТИПОВ характерным является наличие тилэкоида, идущего вдоль плаэмалеммы и повторяющего т очертя-

- о -

ния. Клетки шестого морфотипа окружены фибриллярным чехлом., Кроме того, в популяции присутствуют клеткисубклеточное строение которых не позволяет однозначно утверждать^ принадлежноо--ти их к цианобактериям. Поэтому клетки пятого морротипа .и.-про.— кариотические организмы округлой формы (0,3x0,4 .мкм и. ¡0,3x0, мкм) отнесены к цианобактериальноподобным форткам.

Таким образом, электронно-микроскопическое исследование по -казало, что клетки, выявляемые методом люминесцентной микроскопии как сходные по форме и размеру и имеющие одинаковый харак -тер свечения, резко различаются на ультраструктурном уровне.

4.3. Распределение различных пигментных групп цианобактерий

Дифференциацию пикоцианобактерий мы осуществляли по спектрам флуоресценции одиночных клеток, основываясь на различиях длины волны максимумов флуоресценции фикоэритрина (ФЭ). Типичные спектры флуоресцслции клеток черноморских цианобактерий пред -ставлены на рис. 3 вместе с характерным для эукариотических водорослей спектром, обусловленным излучением хлорофилла "а" (кривая I). У не содержащих ФЭ цианобактерий основным антенным пигментом является С-фикоцианин с максимумом флуоресценции in vivo 650 нм (кривая 2). Цианобактерии этого типа не встреча -

Рис. 3. Спектры флуорес -ценции одиночных клеток:

1- Prorocentrun mican? ;

2-фикоцианинсодержацая пи-коцианобактерия; 3, 4 -фикоэритринсодержацие пихоцианобакте рии.

лись в открытой части моря, но были многочисленны на поверхности в прибрежных районах северо-западной части, где составляли ориентировочно до 20-40 % от общей численности обладающих красной флуоресценцией клеток лихопланктона. Эти цианобактерии визуально не отличимы от э„ лариотических пи-ководорослей и какие-либо сведения об их распространении в

soo S5P еоо eso roo

ни

—

мартеих-'водах*отсутствуютv/nterbury et. al., 1986). Очевидно,' .что в1прибрежных районах Чёрного моря они являются важным компонентом фитопланктонного сообщества.

У'остальных пикоцианобактерий основным антенным пигментом является 'ФЭ. Анализ 'распределения клеток по длине волны максимума флуоресценции показал наличие двух достаточно обособлен -ных'групп:-564+5 и 574+4 нм, что соответствует характеристикам флуоресценции in viv0 ФЭ типов I и 2 ( Alberte et. al. ,1984, Wood et. al., 1985). Основное функциональное различие между ФЭ двух типов заключается в более высокой эффективности усвоения синего света ФЭ типа I за счёт присутствия фикоуробилино -вого хромофора с максимумом поглощения около 495 нм ( Wood , 1985; Glover et. al., 1987).

Детальные исследования численности и вертикального распре -деления двух пигментных групп ФЭ-содержащих цианобактерий вы -полнены нами на четырёх станциях от свала глубин на границе северо-западной части моря до глубоководных открытых районов. Численность цианобактерий с ФЭ типа 2 и их относительная доля снижались с продвижением к глубоководным районам и их преобладание на ст. 4585 сменялось практически полным отсутствием на ст. 4613. В прибрежной зоне северо-западной части моря и вблизи Судака были обнаружены только клетки с ФЭ типа 2. Немного -численные исследования распределения различных пигментных ти -пов Syneсhoсоесus , проведённые в Атлантическом и Тихом океанах,показали практически полное отсутствие клеток с ФЭ типа 2 как в прибрежных, так и открытых водах ( Campbell , Iturriiga, 1988; Li, Wood, 1988; Olson et. al., 1988, 1990).

Доля клеток с ФЭ типа I отчётливо возрастала с глубиной вплоть до нижней границы эвфотической зоны (рис. 4). Максимум их численности был отчётливо выражен и во всех случаях при -урочен к нижней границе слоя термоклина. Распределение цианобактерий с ФЭ типа 2 было более разнообразным, но их тяготе -ние к вышележащим слоям очевидно.

Для клеток с ФЭ типа I было характерно наличие выраженного максимума интенсивности флуоресценции ФЭ ниже пика численности на глубинах 45-55 м. Клетки с ФЭ типа 2 слабо различались по интенсивностн флуоресценции, с глубиной наблюдались незначительные и незакономерные вариации.

Оп

температура, о

ы ИФФЭ.отн.ед.

¡О Л>

колич. клеток 1типа,$

с ю /с гоо

кодич, клеток 1типа,&

температура ,°С

Рис. 4. Вертикальные профили .исленности и интенсивности флуоресценции клеток цианобактерий различных пигментных групп, о - численность цианобактерий, кл/мл; а - интенсивность флуоресценции, отн. ед.; ^ - доля циано -бактерий типа 1 от общего количества фикоэритринсодержа-щих цианобактерий, %. Светлые символы-цианобактерии типа Г, тёмные - типа 2.

Таким образом, сравнительное обилие и распространение пигментных типов ЗупесЬососсцз в Чёрном море существенно отличается от наблюдаемого в океанических водах, однако в обоих случаях прослеживается тенденция к доминированию клеток с более "коротковолновыми" пигментами с продвижением от прибрежных к открытым водам и от поверхности к глубине.

Глава 5. Ультраструктурные особенности и спектральные характеристики пигментов черноморских пико-цианобактерий, выделенных в культуру

Исследование в режиме эпифлуоресцентной микроскопии куль -туры пикоцианобактерий ЗупесЬососсиз ££8901, выделенной нами из приповерхностных вод Чёрного моря, показало, что она представлена одиночными фикоэритринсодержащими клетками со средним размером 0,7x1,1 мкм. Электронно-микроскопическое исследование позволило дифференцировать в цитоплазме концентрические тилакоиды, располагающиеся параллельно цитоплазматиче-ской мембране. Кроме обычно описываемой четырёхслойной клеточной стенки цианобактерии имеют дополнительные поверхностные

структуры. На ультратонких срезах выделяются шесть поверхностных контуров (три электронно-плотных контура, между которыми локализованы два электронопроэрачных слоя и наружный рыхлый слой умеренной осмиофильности). Внешний структурированный слой состоит из небольших компактных глобул. Слои подобного строе -ния были описаны для цианобактериальных клеток и грамотрицате-льных бактерий ( Beveridce, Паггеу, 1975). По-видимому, это так называемый "s " слой, сформированный регулярно расположенными белковыми частицами или гликопротеином (sieytr.Vessherr, 1983).

На поверхности клетки цианобактерий локализованы необычные по, своей, организации трубчатые структуры, неупорядоченно рас-йодоженные по всей поверхности клетки. Они имеют правильную щвдащдаческую форму, ориентированы строго перпендикулярно к наружной поверхности клеточной стенки. Длина трубочек варьи -рует от 400. до 600' нм, диаметр также не является постоянной величиной и. составляет 100-200 нм. На срезах отдельных клеток насчитывается: до. 5-10 таких структур. На негативно окрашенных препаратах целых клеток трубочки не выявлены. Особенности строения трубчатых структур у черноморских цианобактерий позволяют определить, их как поверхностные образования типа спи -нов. í Sarokin», Carpenter, 1980; Perkins et. el., 1981),

Спектральные характеристики пигментов Sjmeehocoecus qs 8901 представлены, на рис. 5. Полосы поглощения in vivo 440 w 670 им принадлежат хлорофиллу "а", 560 нм - ФЭ, слабая ши-

Рис. 5.

Спектры поглощения (А,Б) и флуоресценции (В,Г) пигментов

Супеспососсиз

BS 8901 в водном экстракте (В,Г), in VÍVO

рокая полоса около 640 нм - фико-цианину и аллофи--коцианину. Плечо около 500 нм обусловлено иогло-

~-íLO -¡¡я SQ3 к> Л.чм 5й' s-a it: 5"з w

щением каротиноидов { Guillarrt et. al., 1985), но не фикоуро-.билинового хромофора в составе ФЭ, о чём свидетельствует отсутствие этого плеча в спектре поглощения водного экстракта фикобилинов. В спектрах фдуоресценции интактных клеток при -сутствуют полоса излучения ФЭ (573 нм) и суммарная полоса изучения хлорофилла "а", ал"офикоцианина и фикоцианина ( 645 -.680 нм). Спектр флуоресценции водного экстракта содержит интенсивную полосу излучения ФЭ и очень слабую - фикоцианина.

■Обращают на себя внимание необычные характеристики поглощение ФЭ данного штамма. По признаку отсутствия фикоуробили-новогр хромофора ФЭ Synechococcus Bs 8901 следует отнести к ФЭ типа 2, однако он отличается от описанных ранее коротко -волновым сдвигом полосы поглощения - около 10 нм in vivo и около 5 нм in vitro , занимая по этому признак промежуточное положение между ФЭ типов I и 2 ( Alberte et. al., 1984; Barlow, Alberte, 1985;'íood et. al., 1985). При атом спектры флуоресценции типичны для ФЭ типа 2.

Такие необычные спектральные характеристики ФЭ Synechococcus BS 8901 заслуживают более детального .изучения как с эколого-физиологической, так и биохимической .точек зрения. Очевидна также необходимость выделения других,штаммов черно -морских пикоцианобактерий и анализа характеристик их ФЭ.

Глава 6. Потребление пикоцианобактерий гзд-робионтами черноморской пелаг.иади

Целью исследования являлось выяснение возможности заглатывания пикоцианобактерий черноморскими гццробиоитами различного систематического положения.

Сравнительный анализ пищевых вакуолей £uplot«s sp. и Frontonia sp. содержавшихся на культурах планктонных цианобак-терий и эукариотных микрододорослей, проводимый методом эпи-флуоресцентной микроскопии,показал, что при культивировании инфузорий на цианобактериях ракуоли имели оранжево-жёлтое свечение, а на диатомеях - ярко-красное, Встречались участки с изменённой пигментацией.

0 способности мелких гетеротрофов потреблять пиководоросли судили по изменению времени И* генерации (рис. 6). Наибольшие СКОрОСТИ размножения ДЛЯ инфузорий Cyclidiun op. И Euploten яр при культивировали на нескольких видах корма и в различных

температурных условиях получены на культурах Р.Чаеос'ас -Ъгз.согпиЬига И ЗупесЬо-соооиз ".'И 5701. Понижение температуры до 13°С во всех случаях сопровождается падением активности деления, однако, питаясь цианобактерия-ми, инфузории делились несколько быстрее, чем при питании динофлагеллятами. Для оценки зависимости времени генерации инфузорий от степени выедания корма отдель -ные экземпляры 2ир1сЛез ар. помещали в небольшие объёмы монокультуры ЗупесЪососсиз и Н 5701 И ?.'Ьг1согпи1п1п. В первые сутки достигнуты самые высокие темпы деления, резко уменьшающиеся на вторые и третьи сутки, что можно отнести за счёт падения концентрации корма, вызванного его активным выеданием.

Результаты микроскопических наблюдений и данные по скоростям размножения нескольких видов морских инфузорий приводят к выводу, что:для данных видов цилиат в экспериментальных условиях пикоцианобактерии служат одним из наиболее подходящих видов корма, из числа исследованных водорослей.

Микроскопирование зоофлагеллят, содержавшихся на культуре ЗупесЬососсиз В 3 8901, позволило регистрировать у них довольно крупные вакуоли, заполненные пикоцианобактериями. При электронно-микроскопическом исследовании в цитоплазме отдельных жгутиконосцев обнаружены фрагменты клеточной стенки циа -нобактерий. Микрофлагелляты при содержании на культурах циа -нобактсрий показали высокие темпы долоння (по сравнению с контролем), уменьшающиеся по мере выедания корча (рис. 7). Содержание зоофлагеллят на культуре цианобактерий сопровождалось резким падением концентрации последних по сравнении с контрольным вариантом. В это же время жгутиконосцы на циано-бакгериях обнаруживали высокие скорости деления, тогда как микрофлагелляты, содержащиеся на отфильтрованной морской вэ-

8,5

§ 3,7>

4 лЧ.

§ 3.0 н

к 2,2

В,

га '

#0,7'

о 10 15 сутки

Рис. 6. Динамика численности инфузорий СусПсЧит пр. при содержании на различном корме: I- ;:опосЪг1з1з 1и(;еги,

2- 31йсЬососсиг. ЬасИ1аг1з,

3- РЬзео<1а<^у1ип йго.согпиЪига,

4- зупесЬососсия V/II5701, К-контроль.

л

/' V М15701 /Ал

// \Л*».В58Э0Т

/у «онколь —.

— __

*

/ 4 >

сутки

Рис. 7. Динамика численности микрофлагеллят при содержа -нии на культурах пикоциано -бактерий: I- ^упесЬососсиз

иК 5701, 2- ЙупесЬосоосиз

ВЗ 8901 и в контроле.

контрольЦБ

и 1С го х« же л

часы

Рис. 8. Динамика численности зоофлагеллят, помешенных на культуру пикоцианооактерий аупесЪососсиз V Н 5701(1) и на отфильтрованную морскую воду (контроль ЗФ). Измене -ние концентрации ЗупесЪо-соссц-; V/ н 5701 в сосуде с зоофлагеллятами (2) и в ус -ловиях отсутствия потребителя (контроль Ц£).

де (контроль) почти не размножались (рис. 8). Таким образом, результаты прове -дённых экспериментов свидетельствуют в пользу загла -тывания V., возможно, частичного переваривания пикоци-анобактерий гетеротрофными жгутиконосцами.

Сравнительный анализ пищевых вакуолей черноморских ночесветок, содержавшихся на монокультурах: Бупе сЬососсияВЗ 8901, аутпс<и -п!ит 1апакаув, "опосЬгХвгй

1ийеги показал,

что в среднем у 50 % нокти-люк на всех видах корма формировались пищеварчпльние вакуоли, относительно более многочисленные на цианобак-териях. Личинки двустворчатых моллюсков и гастропод, помещённые в культуру циа -нобактерий, активно отфильтровывали их, заполняя кишечник и формируя большое количество фекальных комочков. Исследование эпифлуо -ресцентным методом содержимого желудков черноморских коловраток ВгасЬО-Опиг; ср. показало, что они также способны заглатывать пикоциано-бакгерий.

Таким образом, пикоцианобактерии, являясь непременным элементом в сложных трофических цепях черноморских экосистем,потребляются многими гидробионтами.Количественные характеристи-

ки процесса питания не исследовались.

Выводы

1. Наши исследования показали массовое развитие фикоэрит -ринсодержащих пикоцианобактерий в различных районах Чёрного моря в летний период. Их численность достигала максимальных известных для Мирового океана величин. На вертикальных про -филях наибольшие концентрации клеток (0,9-7,0*10° кл/мл) от -мечены в резко выраженных пиках обилия, приуроченных к слою сезонного термоклина в открытых глубоководных районах. В мелководных районах моря максимальные концентрации цианобактерий были существенно ниже (6-10^ кл/мл) и обнаруживались над слоем термоклина (у побережья Крыма) или на поверхности (северозападная часть моря).

2. Популяции фикоэритринсодержащих цианобактерий характе -ризовались высоким содержанием делящихся клеток. Кривые вер -тикального распределения частоты делящихся клеток в большин -стве случаев имели поверхностный максимум. Суточная динамика частоты делящихся цианобактерий в приповерхностных водах имела отчётливый пик в конце светлого времени суток.

3. Эпифлуоресцентнши, электронно-микроскопическими и микроспектральными исследованиями выявлена высокая степень гетерогенности черноморских пикоцианобактерий. При значительном морфологическом разнообразии доминировали коккоидные форм с размерами от 0,6 до 2,0 мкм. По ультраструктурной организации дифференцированы 9 типов цианобактерий и цианобактериальнопо-добны/ к .те ток. Впервые показано, что в Чёрном море развиваются фикоэритринсодержащие пикоцианобактерии двух пигментных типов. Выявлены значительны-1 различия в распределении этих типов по акватории и глубине моря. Также обнаружено не опи -санное для морских вод массовое развитие фикоцианинсодертащих

o.ynechococcun в прибрежной зоне северо-западной части моря.

4. Впервые выделена альгологически чистая культура черно -морских фикоэритринсодеркящих пикоцианобактерий syncchococ _ eue В"> 8901. Описаны особенности морфологии и ультраструкт.у-рной организации клеток. Выявлены необычные спектральные ха -рактеристики поглощения фикоэритрина данного штамма, не имеющие аналогов в литературе.

5. Показана возможность заглатывания пикоцианобактерий черноморскими гидробионтами различного систематического положения: микрофлагеллятами и цилиатами, пелагическими личинками двуст -ворок и гастропод, ночесветками, коловратками и аппендикуляри-ями. Получены экспериментальные данные, позволяющие предпола -гать частичное переваривание пикоцианобактерий гетеротрофными жгутиконосцами. Результаты микроскопических исследований и данные по скоростям размножения морских инфузорий ?гоп<;оп1а зр. , Еир1оЬез зр., сусигНш] зр. при питании различными организмами показали, что для этих массовых видов цилиат пикоциа-нобактерии в опытах служили одним из лучших видов корма.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Заика В.Е., Шалапёнок Л.С., Покотилов С.Л. Изменение частоты делящихся цианобактерий по глубине и времени суток // АН УССР, ИнБШ.- Севастополь, 1991.- 9 е.- Деп. в ВИНИТИ 21.02.91, № 870-В91.

2. Шалапёнок Л.С. Сравнение роста морских инфузорий на культурах планктонных пикоцианобактерий и эукариотных микроводорослей // АН УССР, ИнБШ.- Севастополь, 1991.- 9 е.- Деп. в ВИНИТИ 13.03.91, № И08-В91.

3. Шалапёнок Л.С., Илькевич Ю.Г. Ультраструктурная характе -ристика хроококкоидных цианобактерий, выделенных из пикопланк -тона Чёрного моря // Микробиология (в печати).

4. Заика В.Е., Покотилов С.Л., Шалапёнок Л.С. Фототрофный пикопланктон // Планктон Чёрного моря (в печати).

Подписано н печати '.Л мь Фориат 60x84 1/мЗ.

Усл. печ.л. 1.С Тирах :Ст энз. Бесплатно. Зал аз I. ШШ Г&.-ЛьКНТИ. 220004, Икнсн, пр. Мзаерова, 23.