Частота встречаемости разных типов поверхности хориона цист артемии в гипергалинных озерах Алтайского края

Старовойтова Дарья Анатольевна; Бурмистрова Ольга Сергеевна

Раздел 3 Section 3

БИОЛОГИЯ. ЭКОЛОГИЯ ECOLOGY. FLORA. FAUNA

УДК 574.583

ЧАСТОТА ВСТРЕЧАЕМОСТИ РАЗНЫХ ТИПОВ ПОВЕРХНОСТИ ХОРИОНА ЦИСТ АРТЕМИИ В ГИПЕРГАЛИННЫХ ОЗЕРАХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ

Д.А. Старовойтова, О.С. Бурмистрова

Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул E-mail: [email protected], [email protected]

Проведены исследования ультраструктуры поверхности хориона цист при увеличении х350, х4000 и х20000 в гипергалинных озерах Алтайского края. Выделено три типа поверхности хориона цист, подразделяющихся на два подтипа каждый. Отмечено преобладание гладкого типа поверхности цист артемии в озерах.

Ключевые слова: цисты, артемия, микроморфология поверхности хориона, гиперга-линные озера, электронная сканирующая микроскопия.

Дата поступления 1.03.2018

Артемия - один из древнейших видов, населяющий гипергалинные водоемы и широко распространенный на всех континентах кроме Антарктиды. По систематическому положению рачок артемия относится к типу членистоногих (Arthropoda), подтипу ракообразных (Crustacea), классу жаброногих (Branchiopoda), подклассу саркострака (Sarcostraca), отряду жаброногов (Anostraca), семейству артемиевые (Ar-temiidae), роду артемия (Artemia) [1]. Научный интерес к артемии вызван ее адаптацией к экстремальным условиям среды (высокая соленость, низкое содержание кислорода). Рачки характеризуются высокой экологической пластичностью. Встречаются как бисексуальные, так и состоящие из одних только самок популяции [2].

Самки артемии откладывают два типа яиц - с тонкой (летние яйца) и толстой (цисты) оболочками [3]. Оболочки

цист артемии состоят из трех слоев: хориона, внешней кутикулярной мембраны и эмбриональной кутикулы [4]. Хорион защищает эмбрион от механических повреждений и ультрафиолетовой радиации. Инцистирование является одной из наиболее значимых адаптационных систем, обеспечивающих выживание популяций в крайне неблагоприятных условиях [5]. Принципы и способы адаптации природных популяций к изменяющимся условиям среды обитания составляют одну из фундаментальных проблем экологии организмов. Цисты артемии, из которых в любое время можно получить науплиусы (личинки), во всем мире признаны лучшим стартовым кормом для личинок рыб и ракообразных. Главная ценность этих кормов заключена в удобстве использования и пищевых качествах [6]. В настоящее время достаточно хорошо разработана систематика бисексуальных видов Ar-

temia franciscana, A. persimilis (Новый Свет), A. urmiana, A. tibetiana и A. sinica (Старый Свет). Гораздо менее изучены партеногенетические популяции рачка, обитающие в азиатской части света, в том числе и популяции из соленых озер Сибири. Все они отнесены к виду A. Parthenogenetica, и идут поиски критериев, по которым была бы возможна их классификация [7]. Таким образом, цисты артемии представляют значительный научный и практический интерес.

Много работ посвящено изучению ультраструктуры оболочки цист и функции составляющих ее мембран [812]. Изначально считалось, что топография поверхности хориона цист артемии имеет внешнюю гладкую поверхность [13-14]. Позднее в литературе стали появляться сведения о морфологических особенностях поверхности хориона цист артемии. Например, было обнаружено, что Artemia monica имела бугорки на поверхности цист. В одной из трех изученных популяций артемии в Южной Индии также были обнаружены различные типы поверхности хориона, в т.ч. и бугорчатая [8]. Наиболее подробное изучение топографии поверхности цист выполнили Суфенг Вонг и Чичан Сан [9]. Исследования дегидратированных цист артемии из семи гипергалин-ных озер Китая на электронном сканирующем микроскопе показало, что рельеф поверхности оболочек цист может быть классифицирован по нескольким типам. Также крупные работы по выявлению разных типов поверхности хориона цист артемии проводили в гиперга-линных озерах Китая [11] и Индии [12].

Впервые для нашего региона работа по исследованию микроморфологии поверхности хориона цист была проведена

Географическое расположение озер Кулун

Г.И. Егоркиной с соавторами. При увеличении х4000 они выделили 19 ультраструктур поверхности хориона цист из 10 гипергалинных озер Алтая. Детальное изучение структуры цист является необходимым условием как для точной интерпретации процессов, связанных с криптобиозом эмбрионов, так и для оценки происхождения цист при освоении ресурса. Описание морфологии цист стало составной частью таксономического определения видов [15].

Целью исследования был анализ частоты встречаемости разных типов поверхности хориона цист артемии в ги-пергалинных озерах Алтайского края. В задачи исследования входило: выявление типов поверхности хориона цист артемии на различном увеличении сканирующего электронного микроскопа, анализ частоты встречаемости разных типов поверхности хориона цист артемии в трех гипергалинных озерах Алтайского края.

Материал и методы

Материалом для исследования послужили цисты рачков артемии, собранные на разнотипных гипергалин-ных озерах Алтайского края (Шукыр-туз, Кучукское, Малое Яровое) в 2016 г. Озера отличаются по размерам акватории, глубине, минерализации и типу воды (табл. 1). В оз. Шукыртуз и оз. Малое Яровое преобладают хлориды натрия, а в оз. Кучукское - сульфаты натрия. В сибирском регионе периодически наблюдаются периоды усыхания водоемов [16], вследствие этого в период, предшествующий времени отбора исследованных цист, было отмечено увеличение солености озер [17].

Таблица 1

:ой низменности и их характеристики [18]

Озера Географические координаты Площадь акватории, км Глубина, м Пределы многолетних колебаний солености летом, г/л

средняя максимальная

Шукыртуз 52°24'с.ш., 79°19'в.д. 5,2 0,4 0,8 180-240

Малое Яровое 53°04'с.ш., 79°10'в.д. 35 2,0 3,9 202-280

Кучукское 52°42'с.ш., 79°46'в.д. 181 1,3 1,8 216-320

Исследование ультраструктуры поверхности хориона цист производили с помощью электронного сканирующего микроскопа НкасЫ-3400^ Каждая циста фотографировалась при увеличении х350, х4000, х20000. При увеличении х350 выделяли тип поверхности хориона, при увеличении х4000 определяли вид ультраструктуры рельефа поверхности по классификации Г.И. Егорки-ной с соавторами [15]. Фотографии при увеличении х20000 использовали для уточнения вида, выделенного при увеличении х4000. Изученная выборка составила 148 цист: 50 штук из оз. Малое Яровое, и по 49 штук из озер Шукыртуз и Кучукское.

Результаты

При увеличении х350 в изученных озерах можно выделить три типа: гладкий (47,3 %), шероховатый (27,7 %) и макрорельефный (25 %). В типах визуально можно идентифицировать по два подтипа. Гладкий морфотип поверхности хориона цист подразделяется на Г -обычный гладкий и Г2 - гладкий пористый, шероховатый на Ш1 - слабо шероховатый и Ш2 - сильно шероховатый, а макрорельефный на М1 - макрорель-ефный ячеистый и М2 - макрорельеф-ный с вмятинами (рис. 1).

В исследованных озерах преобладал гладкий тип поверхности хориона цист 47,3 %. При увеличении х4000 в обычном гладком морфотипе преобладают популяции артемии со слабо выраженным рельефом поверхности оболочек цист (рис. 2): вид ультраструктуры а (полностью гладкая ровная поверхность) и вид ультраструктуры Ь (слабо выраженная морщинистая поверхность). Гладкий пористый морфотип в выборке был представлен только одним видом ультраструктуры I - мелко бугристая поверхность (табл. 2).

Шероховатый тип поверхности хориона цист артемии встречался в 27,7 % из общего числа изученных цист. При увеличении х4000 преобладали популяции артемии с сильно выраженной

морщинистой поверхностью - вид ультраструктуры с. В слабо шероховатом морфотипе также часто встречались цисты с рыхлой поверхностью, похожей на губку - вид ультраструктуры g (рис. 2), а в сильно шероховатом с гладкой ультраструктурой (а), при этом хорион имеет волнистую поверхность (табл. 2).

Ячеистая ультраструктура М1 образует слабо или сильно выраженные равномерно расположенные одинаковые шестиугольные секции. При увеличении х4000 отмечено преобладание мелкой ямчатой поверхности - вид ультраструктуры к (рис. 3) или многочисленных плотно расположенных глубоких ямок по всей поверхность хориона -вид ультраструктуры q (рис. 4). В макрорельефе с вмятинами М2 визуально можно идентифицировать даже при увеличении х350 как неглубокие продолговатые вмятины, так и глубокие округлой формы. При увеличении х4000 преобладают популяции артемии со слабо выраженной морщинистой поверхностью - вид ультраструктуры Ь, но с более ярко выраженной волнистостью, чем в гладком морфотипе (табл. 2).

Отмечено, что некоторые виды ультраструктур встречаются в нескольких подтипах поверхности хориона цист артемии - с, е, / к (рис. 3), другие, например, 7, к, I и q (рис. 4), характерны только для конкретных подтипов - Г1, Ш1, Г2, и М1, соответственно (табл. 2).

Изучение морфологии поверхности оболочки цист артемии в гипергалин-ных озерах Алтайского края показало высокий полиморфизм рисунка поверхности цист артемии. Так в оз. Шукыртуз и оз. Кучукское выявлены все шесть подтипов топографии поверхности хориона цист, а в оз. Малое Яровое их идентифицировано пять, т.к. группа М2 не обнаружена.

В озерах Шукыртуз и Малое Яровое преобладали цисты с обычным гладким морфотипом поверхности хориона (47 % и 52 %, соответственно), а в оз. Кучук-ском наиболее многочисленны были цисты с ячеистым макрорельефом (29 %) (рис. 5).

Рис. 1. Типы поверхности хориона цист артемии при увеличении х350

Возможно, это связано с преобладанием в озерах Шукыртуз и Малое Яровое хлоридов натрия, а в оз. Кучукском - сульфатов натрия. Необходимо более детальное исследование. Разное соотношение различных типов поверхности

хориона цист артемии в озерах также может быть связано с адаптационной системой, обеспечивающей выживание популяций в крайне неблагоприятных условиях (высокая соленость, низкое содержание кислорода) [19-20].

Таблица 2

Количество цист различного вида ультраструктуры с разным типом поверхности хориона

Тип Подтип

Гладкий Г Г 2

а Ь с а к } 1

18 19 12 7 2 1 11

305 322 203 11,9 3,4 1,7 100

Шероховатый Ш1 Ш2

с е f Ь к ё а с е f

8 5 3 1 5 6 3 7 2 1

28,6 17,9 10,7 3,6 17,9 21,4 23,1 53,8 15,4 7,7

Макрорельефный М1 М2

с е е' f к q Ь с а е

1 2 3 4 9 5 8 2 2 1

4,2 8,3 12,5 16,7 375 20,8 61,5 15,4 15,4 7,7

Примечание: числитель - количество, шт.; знаменатель - доля, %.

Обсуждение результатов

Работы по выявлению разных типов поверхности хориона цист артемии проводили на гипергалинных озерах Китая [9; 11] и Индии [12]. Китайскими учеными была изучена поверхность цист из девяти озер. В рассмотренных 270 цистах при увеличении х4000 учеными было обнаружено 15 различных ультраструктур. Это дало основания предполагать, что разнообразие топографии поверхности хориона цист артемии может быть доступным инструментом для идентификации определенных видов артемии. Часть указанных для озер Китая типов встречаются и в исследованных озерах Алтайского края как при увеличении х350, так и при х4000. В озерах Китая наиболее распространенная группа - бугристая поверхность хориона [11], в алтайских -преобладает гладкий тип поверхности хориона цист [5; 15; 21].

Показано, что бисексуальные популяции артемии из водных объектов Индии имеют полностью гладкую ультраструктуру оболочки цист без существенных различий в топографии поверхности хориона [12]. Эти результаты подтверждают ранее проводимые исследования Г.И. Егоркиной с соавторами

[15], которые установили, что рисунок поверхности оболочек цист артемии образуется под воздействием не случайных факторов, а определен наследственно, также показано, что бисексуальные популяции артемии имеют гладкую ультраструктуру поверхности хориона цист. Кроме того, установлено, что составной частью таксономческого определения видов можно считать микроморфологию поверхности хориона, толщину мембраны и разницу в альвеолярной сетки цист артемии [10; 12].

Учитывая значительный полиморфизм рисунка поверхности цист артемии в изученных озерах, целесообразно продолжать исследования частоты встречаемости типов поверхности хориона в разнотипных озерах юга Западной Сибири, расширив географию изучаемого материала и увеличив объем выборки для каждого водоема. Кроме того, принимая во внимание кло-нальный тип сибирских популяций Аг-1еш1а, целесообразно изучить цисты партеногенетических самок взятые из яйцевых мешков отдельно. А также необходимо включение в исследования и других слоев хориона цист, а не только его поверхности.

Ч

N ОО0151М0 30 <*У10 5ттж4 00к5£ 8/302017

'100итНм-«Ю15951 ЭООМ/ 10 7тт ж20 0к БЕ 8/300017 ' '20<Хт

Рис. 2. Преобладающие виды ультраструктуры в разных типах поверхностей хориона цист артемии:

слева - при увеличении х4000, справа - при увеличении х20000.

Рис. 3. Виды ультраструктуры, встречающиеся в нескольких типах поверхности хориона цист артемии при увеличении х4000

Рис. 4. Виды ультраструктуры, встречающиеся в одном типе поверхности хориона цист артемии при увеличении х4000

Рис. 5. Доля подтипов поверхности хориона цист артемии в гипергалинных озерах

а - оз. Шукыртуз; б - оз. Малое Яровое; в - оз. Кучукское.

Выводы

1. При увеличении х350 выделено три типа поверхности хориона цист: гладкий, шероховатый и макрорельеф-ный. В каждом отмечено по два подтипа.

2. При увеличении х4000 в гладком морфотипе преобладают виды ультраструктуры со слабо выраженным рельефом поверхности оболочек цист - а, Ь и 1, в то время как в шероховатом, напротив, виды с сильно выраженным рельефом - с, е и ё. В ячеистом макро-

рельефном подтипе отмечено преобладание вида ультраструктуры с ямчатой поверхностью хориона цист (к), а в макрорельефном с вмятинами - со слабо выраженным рельефом (а, Ь).

3. В озерах Шукыртуз и Малое Яровое преобладали цисты с обычным гладким морфотипом поверхности хориона (47 % и 52 %, соответственно), а в оз. Кучукском наиболее многочисленны были цисты с ячеистым макрорельефом (29 %).

Список литературы

1. Zhang Z.-Q. Phylum Athropoda // Animal Biodiversity: An Outline of Higher-level Classification and Survey of Taxonomic Richness (Addenda 2013). - Auckland, New Zealand: Magnolia Press. - 2013. - Vol. 3703. - №. 1. - P. 17-26.

2. Takami A.G. Two strains of Artemia in Urmia Lake (Iran) // Artemia Newsletter. -1989. - Vol. 13. - P. 5-11.

3. Wear R.G., Haslett S.J. Studies on the biology and ecology of Artemia from Lake Grass-mere, New Zealand // Artemia Research and Applications. - 1987. - Vol. 3. - P. 101-126.

4. Sorgeloos P., Lavens P., Leger Ph. et al Manual for the culture and use of brine shrimp in aquaculture. - Belgium: Chent Universiteit, 1986. - 319 p.

5. Егоркина Г.И., Бендер Ю.В. Микроморфология поверхности хориона цист пар-теногенетических рас Artemia Западной Сибири // Проблемы популяционной и общей генетики: тез. док. междунар. конф., 14-16 ноября 2011 г. - М., 2011. - С. 63-64.

6. Бойко Е.Г., Литвиненко Л.И., Литвиненко А.И. Сравнительная морфометриче-ская характеристика рачков рода Artemia Уральских и Западно-Сибирских популяций в годы с разной водностью // Агропродовольственная политика России. - 2016. -№ 12 (60). - С. 63-70.

7. Егоркина Г.И., Павлова Е.К., Верещигин А.Л., Бычин Н.В., Кириллов В.В., Романова Н.С. Сравнительный анализ популяций артемии в озерах Обь-Иртышского междуречья по морфометрическим признакам цист и науплиусов // Вест. Алтайского государственного университета. - 2008. - № 6 (44). - C. 44-47.

8. Sugumar V., Munuswamy N. Ultrastructure of cyst shell and underlying membranes of three strains of the brine shrimp Artemia (Branchiopoda: Anostraca) from South India // Microscopy research and technique. - 2006. - № 69. - P. 957-963.

9. Sufeng W., Shichun S. Comparative observations on the cyst shells of seven Artemia streins from China // Wiley Inter Sience J. - 2007. - V. 70. - 1 (8). - P. 663-670.

10. Vetriselvan M., Munuswamy N. Morphological and molecular characterization of various Artemia strains from tropical saltpans in South East Coast of India // J. of American Science. - 2011. - 7 (7). - P. 689-695.

11. Alireza As., Shi-Chun S. EM study of diversity in the cyst surface topography of nine parthenogenetic Artemia (Crustacea: Anostraca) populations from China // Microscopy research and technique. - 2014. - 77. - P. 1005-1014.

12. Shanmugam S., Velayudhannair K., Munuswamy N. Morphology and Ultrastructure of cysts in different species of the brine shrimp, Artemia from Southern India // In. J. of Aquatic Biology. - 2013. - 1 (5). - P. 226-272.

13. Anderson E., Lochhead J.H., Lochhead M.S., Huebner, E. The origin and structure of the tertiary envelope in thick-shelled eggs of the brine shrimp, Artemia // J. of ultrastructure research. - 1970. - 32 (5). - P. 497-525.

14. Morris J.E., Afzelius B.A. The structure of the shell and outer membranes in encysted Artemia salina embryos during cryptobiosis and development // J. of ultrastructure research. -1967. - 20 (3). - P. 244-259.

15. Egorkina G.I., Romanova N.S., Bender Yu.A. Micromorphology of cyst chorion surface in Artemia parthenogenetic races of West Siberia: its functional and ecological importance // Advances in zoology research. - 2012. - V. 1. - № 6. - P. 135-154.

16. Шнитников А.В. Озера Западной Сибири и Северного Казахстана и многовековая изменчивость увлажненности степей // Тр. лаборатории озероведения АН СССР. -М.-Л.: Изд. АН СССР, 1957. - Том V. - С. 5-68.

17. Долматова Л.А. Химический состав и качество воды озер ложбин древнего стока юга Западной Сибири (Алтайский край) // Вода: Химия и Экология. - 2017. - № 11. - С. 94-104.

18. Литвиненко Л.И., Литвиненко А.И., Соловов В.П., Визер Л.С., Веснина Л.В., Ясюченя Т.Л. Биогеография и характеристика природных мест обитания сибирской артемии // Биоразнообразие артемии в странах СНГ: современное состояние ее запасов и их использование: c6. докл. междунар. семинара. - Тюмень, 2004. - С. 3-28.

19. Соловов В.П., Студеникина Т.Л. Рачок артемия в озерах Западной Сибири: морфология, экология, перспективы хозяйственного использования. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. - 81 с.

20. Pilla E.J.S. Genetic differentiation and speciation in Old World Artemia. - U.K.: University College of Swansea, 1992. - 356 p.

21. Старовойтова Д.А., Бурмистрова О.С. Размеры цист и микроморфология поверхности хориона цист в популяции артемии озера Малое Яровое // Ломоносовские чтения на Алтае: сб. науч. ст. междунар. конф. - Барнаул, 2017. - С. 1440-1446.

References

1. Zhang Z.-Q. Phylum Athropoda // Animal Biodiversity: An Outline of Higher-level Classification and Survey of Taxonomic Richness (Addenda 2013). - Auckland, New Zealand: Magnolia Press. - 2013. - Vol. 3703. - №. 1. - P. 17-26.

2. Takami A.G. Two strains of Artemia in Urmia Lake (Iran) // Artemia Newsletter. -1989. - Vol. 13. - P. 5-11.

3. Wear R.G., Haslett S.J. Studies on the biology and ecology of Artemia from Lake Grass-mere, New Zealand // Artemia Research and Applications. - 1987. - Vol. 3. - P. 101-126.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Sorgeloos P., Lavens P., Leger Ph. et al Manual for the culture and use of brine shrimp in aquaculture. - Belgium: Chent Universiteit, 1986. - 319 p.

5. Egorkina G.I., Bender Yu.V. Mikromorfologiya poverkhnosti khoriona tsist par-tenogeneticheskikh ras Artemia Zapadnoy Sibiri // Problemy populyatsionnoy i obshchey ge-netiki: тez. dok. мezhdunar. konf., 14-16 noyabrya 2011 g. - M., 2011. - S. 63-64.

6. Boyko Ye.G., Litvinenko L.I., Litvinenko A.I. Sravnitelnaya morfometricheskaya kha-rakteristika rachkov roda Artemia Uralskikh i Zapadno-Sibirskikh populyatsy v gody s raznoy vodnostyu // Agroprodovolstvennaya politika Rossii. - 2016. - № 12 (60). - S. 63-70.

7. Egorkina G.I., Pavlova Ye.K., Vereshchigin A.L., Bychin N.V., Kirillov V.V., Romanova N.S. Sravnitelny analiz populyatsy artemii v ozerakh Ob-Irtyshskogo mezhdurechya po morfometricheskim priznakam tsist i naupliusov // Vest. Altayskogo gosudarstvennogo uni-versiteta. - 2008. - № 6 (44). - C. 44-47.