Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Взаимодействие трех видов черноморских динофлагеллят в смешанных культурах

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Ильяш, Людмила Васильевна

I. Введение

ГЛАВА I. Обзор литературы . б

1. Анализ смешанных накопительных культур.

2. Анализ сметанных культур при проточном культивировании

3. Изучение культур природного фитопланктона

4. Оценка индивидуального вклада популяций водорослей в общую фотосинтетическую активность сообщества

ГЛАВА П. Материалы и методы

ГЛАВА Ш. Анализ взаимодействия трех видов динофпагеллят в смешанных культурах на основе динамики численности популяций

ГЛАВА 1У. Анализ взаимодействия исследуемых видов в смешанных культурах на основе оценок парциальной фотосинтетической активности популяций.

ГЛАВА У. Связь между морфометрическими и функциональными характеристиками трех видов динофяагеллят в смешанных культурах

Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Взаимодействие трех видов черноморских динофлагеллят в смешанных культурах"

Основным звеном в создании первичного органического вещества в водных экосистемах является сообщество микроводорослей - фитопланктон. На видовую структуру и продуктивность фитопланктона помимо абиотических факторов (Киселев,1980) существенное влияние оказывают биотические взаимодействия между различными популяциями водорослей, в частности конкуренция за лимитирующий ресурс и метаболитические взаимодействия. Одним из эффективных способов изучения биотических взаимодействий является исследование смешанных культур водорослей, при этом выделение специфических видов взаимодействия проводят на основе анализа динамики численности, биомассы исследуемых видов при относительно постоянных условиях внешней среды, а также результатов экспериментов с фильтратами монокультур. Вид взаимодействия между отдельными популяциями в природных условиях может изменяться в зависимости от таких факторов как обеспеченность биогенными элементами, температура, освещенность и др. Следовательно, изучение биотических взаимодействий необходимо проводить при широком спектре внешних условий.

Интерпретацию полученных результатов затрудняет и ограниченное количество оцениваемых параметров. Более полное представление о биотических взаимодействиях дает сопоставление вкладов отдельных популяций в общий фотосинтез сообщества, однако оценка парциальной активности на основе прямых методов затруднительна. Перспективным подходом в этом случае является применение косвенного метода оценки парциальной фотосинтетической активности водорослей (Федоров,1982).

Цель работы - изучение взаимодействия трех видов динофлагел

ЛЯТОХепосИпз-ит foliaceum , Exuviaella cordata И Prorocentrum micans на основе структурных и функциональных характеристик в зависимости от содержания в среде биогенных элементов, В связи с этим исследования проводили в следующих направлениях:

I. Сравнительный анализ динамики численности и биомассы трех видов динофлагеллят в моно-, двухвидовых и трехвидовых культурах при различном соотношении посевных титров водорослей.

2* Оценка изменения удельной фотосинтетической активности и относительных вкладов популяций водорослей в общий фотосинтез смешанных культур,

3, Изучение связи между удельной фотосинтетической активностью и морфологической изменчивостью исследуемых видов водорослей,

В результате проведенной работы разработана модификация косвенного метода оценки парциальной фотосинтетической активности, позволяющая рассчитывать удельные активности водорослей и их вклад в общий фотосинтез на различных этапах смешанного накопительного культивирования. Показано, что взаимодействие между исследованными видами удовлетворительно объясняется механизмами конкуренции за лимитирующий ресурс. Однако, в некоторых смешанных культурах помимо распределения ресурса важными факторами оказываются метаболитная регуляция численности, а также способность некоторых видов переходить с фотоавтотрофного на фотоорга-нотрофный тип питания при исчерпании минерального ресурса. Впервые обнаджено, что ингибирующая метаболитическая активность "токсичного" вида возрастает с увеличением концентрации биогенных элементов в среде. Установлено, что взаимодействие водорослей через ресурс приводит к адаптивным изменениям морфологии клеток некоторых видов.

Предложенная модификация косвенного метода оценки парциальной фотосинтетической активности позволяет более детально исследовать динамику численности микроводорослей в смешанных лабораторных культурах, используемых в качестве натурных моделей фито-планктонных сообществ. Полученные данные по биотическому взаимодействию трех исследованных видов в смешанных культурах могут быть использованы для выявления закономерностей их сезонной динамики в природных условиях, а также для оценки действия антропогенных факторов среды при построении и верификации математических моделей водных экосистем.

Работа выполнена на кафедре общей экологии и гидробиологии биологического факультета М1У им. М.В.Ломоносова.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору биологических наук , профессору В.Д.Федорову за внимательное руководство работой, постоянный интерес к ее проведению и помощь при обсуждении и написании работы.

Автор искренне признателен к.б.н. Н.А.Смирнову и к.б.н. Ю.Э.Романовскому за полезные советы и ценные замечания по ряду вопросов работы.

Глубоко благодарна Л.А.Ланской (ин-т биологии южных морей АН УССР) за любезно предоставленные для работы культуры микроводорослей.

Выражаю также всем сотрудникам кафедры общей экологии и гидробиологии признательность за доброжелательное отношение, помощь и поддержку при выполнении работы.

Заключение Диссертация по теме "Гидробиология", Ильяш, Людмила Васильевна

ВЫВОДЫ

1. Разработана модификация косвенного метода оценки парциальной фотосинтетической активности, позволяющая рассчитывать удельные активности водорослей и их вклад в общий фотосинтез на различных этапах смешанного накопительного культивирования.

2. Анализ динамики численности трех видов динофлагеллят и изменения их удельной активности в смешанных культурах показал наличие взаимодействия между исследованными видами. Взаимодействие удовлетворительно объясняется механизмами конкуренции за ресурс. При этом, распределение лимитирующего ресурса оказывается единственным фактором регуляции численности водорослей P.micans и G.foliaceum в двухвидовых культурах.

3. В процессе роста водоросль G.foliaceum вьщеляет субстратные количества метаболитов, обладающих видоспецифичным действием. Показано угнетающее влияние метаболитов на рост и фотосинтез водоросли E.cordata . Метаболитическая активность G.foliaceum зависит от концентрации биогенных элементов в среде, наиболее сильное угнетение развития E.cordata метаболитами G.foliaceum наблюдается на среде с удвоенным начальным содержанием минеральных компонентов.

4. Водоросль E.cordata в условиях дефицита минеральных компонентов питания способна к изменению типа метаболизма с фотоав-тотрофного на фотоорганотрофный. Эта способность обеспечивает преимущества роста E.cordata при смешанном культивировании водорослей в условиях исчерпания минерального ресурса и обогащения среды продуктами автолиза клеток видов-партнеров.

5. Между максимальной удельной фотосинтетической активностью и средними объемами клеток установлена достоверная отрицательная корреляция. В лабораторных условиях получена оценка параметра аллометрического уравнения, близкая к таковой для природного фитопланктона. Однако зависимость, связывающая удельную фотосинтетическую активность со средними объемами размерных классов ди-нофлагеллят более слабая, что свидетельствует о существовании морфофизиологической регуляции, направленной на стабилизацию фотосинтетической активности клетки.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ильяш, Людмила Васильевна, Москва

1. Аникина Д.А. Некоторые данные о влиянии минерального фосфора на фотосинтез динофлагеллят. В кн.: Биология и распределение планктона Южных морей. М.: Наука,1967, с. 35-40.

2. Гутельмахер Б.Л. Относительное значение отдельных видов водорослей в первичной продукции планктона. Гидробиол. журн., 1974, т.10, № I, с.5-10.

3. Гутельмахер Б.Л.Радиоавтографический метод определения относительного значения отдельных видов водорослей в первичной продукции планктона. Гидробиол.журн.,1973, т.9, № I,с.61-64.

4. Гутельмахер Б.Л., Ведерников В.И., Суханова И.Н. Фотосинтетическая активность массовых видов фитопланктона Черного моря. В кн.: Экосистемы пелагиали Черного моря. М.: Наука, 1980, с. I18-122.

5. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Статистика, 1973, 392 а

6. Карауш Г.А., Гапочка Л.Д. Изменение физиологической активности развивающихся культур некоторых синезеленых водорослей. Докл. АН СССР, 1970, т.195, № I, с. 234-237.

7. Карауш Г.А., Федоров В.Д. Прижизненные выделения синезеленых водорослей Anacystis nidulans И Synechocystis aquatilis в моно- и смешанной культуре. Физиология растений,1975,т.22, № 3, с. 607-614.

8. Киселев И.А. Планктон морей и континентальных водоемов. Л.:1. Наука, 1980, т.2, 439 с.

9. Кондратьева Т.М. Роль отдельных видов и размерных групп планктонных водорослей в первичной продукции тропической зоны Атлантического океана. Биология моря, 1977, т.42, с.46-51.

10. Ланская Л.А. Культивирование водорослей. В кн.: Экологическая физиология морских планктонных водорослей. Киев: Наукова думка, 1971, с. 5-21.

11. Павловская Т.В., Кондратьева Т.М. Зависимость содержания органического углерода от объема клеток массовых видов фитопланктона Черного моря. Океанология, 1981, т. 21, № 3, с. 523-528.

12. Работнов Т.А. Некоторые вопросы изучения автотрофных растений как компонентов наземных биогеоценозов. Бюлл. МОИП. Отд. биол., 1980, т.85, вып. 3, с.65" 78.

13. Райе Э.А. Аллелопатия. М.: Мир, 1978, с. 260.

14. Раменский Л.Г. Введение в комплексное почвенно-геоботаничес-кое исследование земель. М.: Сельхозгиз, 1938, с.279-280.

15. Романенко В.И., Кузнецов С.И. Экология микроорганизмов пресных водоемов. Л.: Наука, 1974, с. 139-144.

16. Силкин В.А., Темных А.А., Паутова Л.А. Динамика видового состава сообщества морских микроводорослей в проточной культуре. В кн.; Параметрическое управление биосинтезом микроводорослей. Новосибирск: Наука, 1980, с. 57-72.

17. Сиренко Л.А. Методы количественного учета роста водорослей в культуре и водоеме. В кн.: Методы физиолого-биохимичес-кого исследования водорослей в гидробиологической практике.

18. Киев: Наукова думка, 1975, с. 30-50.

19. Сиренко JI.A. Физиологические основы размножения синезеле-ных водорослей в водохранилищах. Киев: Наукова думка, 1972,-203 с

20. Смирнов Н.А., Федоров В.Д. Оценки парциальной фотосинтетической активности природного фитопланктона Белого моря.- Науч. докл. высш.школы. Биол. науки., 1982, № II, с.55-61.

21. Сорокин Ю.И. 0 методике определения первичной продукции моря при помощи Труды всес.гидробиол. о-ва, I960, т.10, с. 235-254.

22. Угер Е.Г., Полякова Т.В., Тутубалин В.Н., Федоров В.Д. Опыт обработки экспериментов по определению парциальной дыхательной активности зоопланктона. Научн.докл. высш. школы. Биол. науки, 1982, № 6, с. 99-107.

23. Федоров В.Д. О корреляции между биомассой особи и предельной численностью популяций в фитопланктонном сообществе.- Докл. АН СССР, 1969, т. 188, № 3, с. 694-696.

24. Федоров В.Д. О методах изучения фитопланктона и его активности. М.: Изд-во МГУ, 1979, 169 с.

25. Федоров В.Д. Оценка парциальной активности популяций в природных сообществах. Науч. докл. высш.школы. Биол. науки, 1982, № 3, с. I02-110.

26. Федоров В.Д. Первичная продукция как функция структуры фи-топяанктониого сообщества. Докл. АН СССР, 1970, т.192,4, с. 901-904.

27. Федоров В.Д., Кафар-Заде Л. Исследование регуляторного действия метаболитов (фильтратов) водорослей на природный планктон. В кн.: Человек и биосфера. М.; Изд-во МГУ, 1978, № 2, с. 172-198.

28. Федоров В.Д., Кустенко Н.Г. Конкурентные отношения между морскими планктонными диатомеями в моно- и смешанных культурах.- Океанология, 1972, т.12, № I, с. III-I22.

29. Федоров В.Д., Смирнов Н.А. О корреляции между фотосинтетической активностью и морфометрией клеток фитопланктона. Докл. АН СССР, 1983, т.270, » 2, с. 497-500.

30. Финенко 3.3., Ланская Л.А. Рост и скорость деления водорослей в лимитированных объемах воды. В кн.: Экологическая физиология морских планктонных водорослей. Киев: Наукова думка, 1971, с. 22-50.

31. Царенко В.М. Рост некоторых синезеленых водорослей в условиях смешанного культивирования. Гидробиол. журн., 1980, т. 16, № 4, с. 68-72.33* Bodeanu N., Usurelu м. Dinoflagellate blooms in romanian

32. Black Sea coastal waters.- In: Toxic Dinoflagellate Blooms. New York: Taylor Dennis, 1979, p.151-154.

33. Brockman U.H., Eberlein K., Hentzschel G., Schone H.,Siebers D.

34. Wandschneider K., Weber A. Parallel plastic tank experiments with cultures of marine diatoms.- Helgolander wiss. Meeres-unters, 1977, v.30, N*l, p.201-216.

35. Brown E.J., Button D.K., Lang D.S. Competition between heterotrophic and autotrophic microplankton for dissolved nutrients.- Microb. Ecol., 1981, y.7,N-1, p.199-206.

36. Carlucci A.P., Bowes P.N. Vitamin production and utilizationby phytoplankton in mixed culture.- J.Phycol., v.6, N^2, p.393-400.

37. D'Elia C.P., Guillard R.b., Nelson D.M. Growth and competitionof the marine diatoms Phaeodactylum tricornutum and Thalassi-osira pseudonana. I. Nutrient effects.- Mar. Biol., 1979, v.50, N-3, p.305-312.

38. Dodson A.N., Thomas Y/.H. Marine phytoplankton growth and survival under simulated upwelling and oligotrophic conditions.

39. J.Exp.Mar.Biol.Ecol., 1977, v.22,N*l, p.153-161.

40. Droop M.R. The nutrient status of algal cells in continuosculture.- J.Mar.biol.Ass.U.K., 1974, v.54, N&4,p.825-855.

41. Droop M.R. The nutritional status of algal cells in batch culture.- J.Mar.biol.Ass.U.K.,1975, v.55, N«3, p.541-555.

42. Dunstan W.M., Kenneth T.R. Control of species composition inenriched mass cultures of natural phytoplankton populations.-J.Appl.Ecol., 1974, v.ll,№2, p.529-536.

43. Elbrachter M. On population dynamics in multi-species culturesof diatoms and dinoflagellates.- Helgolander wiss. Meeresunters,1977, v.30, Pi, p.192-200.

44. Elbrachter M. Population dynamics studies on phytoplanktoncultures.- Mar.Biol.,1976, v.35, №3, p.201-209.

45. Eppley R.,Koeller-P., Wallace G. Stirring influences the phytoplankton species composition within enclosed columns of coastal sea water.- J.Exp.Mar.Biol.Ecol., 1978, v.32, №3, p.219-239.

46. Freeberg L.R., Marshall A., Heyl M. Interrelationships of Gymnodinium breve (Florida red tide) within the phytoplankton community.- In: Toxic Dinoflagellate Blooms. New York: Taylor Dennis, 1979, p.139-144.

47. Grime J.P. Evidence for the existence of three primary strategies in plants and its relevance to ecological and evolutionary theory.- Am.Nat., 1977, v.Ill, N«6, p.1169-1194.

48. Guillard R.L., Wangersky P.J. The production of extracellularcarbohydrates by some marine flagellates.- Limnol.Oceanogr., 1958, v.12, № 1, p.32-40.

49. Gutelmacher B.L., Petrova N.A. Production of individual species of algae and its roie in the productivity of phytoplankton in Ladoga Lake.- Int.Revue ges.Hydrobiol.,1982, v.67, N-5, p.613-624.

50. Harrison P., Davis C. The use of outdoor phytoplankton continuous cultures to analyse factors influencing species selection.- J.Exp.Mar.Biol.Ecol.,1979, v.41, №1, p.9-23.

51. Holm N.P., Armstrong D.E. Role of nutrient limitation and competition in controlling the populations of Asterionalla formosa and Microcystis aeruginosa in semicontinuous cultures.-Limnol.Oceanogr., 1981, v.26, №3, p.622-624.- so

52. Iwasaki H. The physiological characteristics of neritic redtide flagellates.- In: Toxic Dinoflagellate Blooms. New York: Taylor Dennis, 1979, p.95-100.

53. Jones K.J., Tell P., Y/allis A., Wood B.J. Investigation ofnutrient-growth model using a continuous culture of natural phytoplankton.- J.Mar.biol.Ass.U.K., 1978, v.58,p.923-942.

54. J^rgensen E.G. Growth inhibiting substances formed by algae.

55. Phisiol.Plant, 1956, v.9,№4, p.712-726.

56. Kayser H. Growth interactions between marine dinoflagellatesin multispecies culture experiments.-Mar.Biol.,1979, v.52, N*3, p.357-369.

57. Knoechel R., Kalff J. The applicability of grain density autoradiography to the quantitative determination of algal specie es production: a critique.- Limnol.Oceanogr.,1976a, v.21,Nfe3, p.583-590.

58. Knoechel R., Kalff J. Track autoradiography: a method for thedetermination of phytoplankton species productivity.- Limnol. Oceanogr., 1976b, v.21, №3, p.590-596.

59. Ljtfvstad 0. competitive ability of laboratory batch phytoplankton population at limiting nutrient levels.- Oikos, 1984, v.42, N"2, p.176-184.

60. Macleans J.L. Indo-Pacific red tides.- In: Toxic Dinoflagellate Blooms. New York: Taylor Dennis, 1979, p.173-178.

61. Maguire B.Jr., Neill W.E. Species and individual productivityin phytoplankton communities.- Ecology, 1971» v.52, N«4, p.903-907.

62. Mickelson M.J., Maske H., Dugdale R.C. Nutrient-determined dominance in multispecies chemostat cultures of diatoms.- Limnol.Oceanogr., 1979, v.24, №2, p.298-315.

63. Mihnea P.E. Some specific features of dinoflagellata Exuviaella cordata Ostf. blooming in the Black Sea.- In: Toxic Dinoflagellate Blooms. New York: Taylor Dennis, 1979, p.178-182.

64. Monod J. Recherches sur la croissance des cultures bacteriennes. Paris: Hermann et Oil., 1942,-211 p.

65. Orthner Р.В., Holzknecht S.M., Cummings Sh.R. Assessing theutility of partioning primary productivity by density gradient centrifugation.- J.of plankton Research, 1983, v.5, №6, p.919-928.

66. Paerl H.W., Stull E.A. In defense of grain density autoradiography Limnol.Oceanogr., 1979, v.23, №1,p.179-183.

67. Parsons T.R., Thomas W.H., Selberl D., Beers J., Gleesplie P.

68. Bawden C. The effect of nutrient enrichment on the plankton community in enclosed water columns.- Int.Revue ges. Hydro-biol., 1977, v.62, №5, p.565-572.

69. Prakash A., Skoglund L.,Rystad В., Jensen A. Growth andcell-size distribution of marine planktonic algae in batch and dialysis cultures.- J.Pish.Res.Bd.Can., 1973, v.30, №1, p. 143-155.

70. Pratt D.M. Competition between Sceletonema costatum and Olisthodiscus luteus in Naragansett Bay and in culture.-Limnol.Oceanogr., 1966, v.11, №3, p.447-455.

71. Proctor V.W. Some controlling factors in the distributionof Haematococcus pluvialis.- Ecology, 1957, v.38, №3, p.457-462.

72. Rivkin R.B., Seliger H.H. Liquid scintillation counting for14

73. С uptake of single algal cells isolated from natural populations.- Limnol.Oceanogr., 1981, v.26, №4,p.780-784.

74. Sharp J.H. Excretion of organic matter by marine phytoplankton: do healthy cells do it?- Limnol.Oceanogr., 1977, v.22, №2, p.381-399.

75. Smith R.E. , Kalff J. Competition for phosphorus among co-occuring freshwater phytoplankton.- Limnol.Oceanogr.,1983a, v.28, №3, p.448-4-64.

76. Smith R.E., Kalff J. Sample preparation for quantitative autoradiography of phytoplankton.- Limnol.Oceanogr., 1983b,v.28, №2, p.383-392.

77. Sommer U. Nutrient competition between phytoplankton speciesin multispecies chemostat experiments.- Arch.Hydrobiol., 1983, v.96, p№4, p.399-414.

78. Thomas W.H., Dodson N.N. Inhibition of diatom photosynthesisby germanic acid: separation of diatom productivity from total marine primary productivity.- Mar.Biol.,1974, v.27, №1, p.11-19.

79. Thomas W.H., Pollock M., Seibert D.L.R. Effects of simulatedupwelling and oligotrophy on chemostat-grown natural marine phytoplankton assemblages.- J.Exp.Mar.Biol.Ecol., 1980, v.45, №1, p.25-36.

80. Tilman D. Resourse competition between planktonic algae: anexperimental and theoretical approach.- Ecology, 1977, v.58, №2, p.338-348.

81. Tilman D. Tests of resource competition theory using fourspecies of Lake Michigan algae.- Ecology, 1981, v.62, №3, p.802-815.

82. Turpin D.H., Harrison P.J. Limiting nutrient patchiness andits role in phytoplankton ecology.- J.Exp.Mar.Biol.Ecol., 1979., v.39, №2, p.151-166.

83. Watt W.D. Measuring the primary production rates of individual phytoplankton species in natural mixed populations.

84. Deep-Sea Res., 1971, v.18, №3, p.329-339.14

85. Wilcox S.M., Davol P. Loss of С activity after chemicalfixation of phytoplankton: error source for autoradiography and other productivity measurements.- Limnol.Oceanogr., 1978, v.23, №2, p.362-368.