CC BY
3Изучение видового состава фитопланктона озера Неро (Ярославская область) с помощью СЭМ. I
Д. А. Капустин, Е. М. Кезля, М. С. Куликовский
Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН, Москва, Россия Автор для переписки: Д. А. Капустин, phycology@mail.ru
Резюме. Несмотря на то, что существует много работ по фитопланктону гиперэвтрофного оз. Неро, сканирующая электронная микроскопия никогда не применялась для идентификации водорослей. В данной статье задокументированы с помощью СЭМ 13 видов водорослей, девять из которых являются новыми видами для альгофлоры озера.
Ключевые слова: Bacillariophyta, Chrysophyceae, Eustigmatophyceae, Haptophyta, фитопланктон, СЭМ, Россия.
Study of the species composition of phytoplankton from the Lake Nero (Yaroslavl Region, Russia) using SEM. I
D. A. Kapustin, E. M. Kezlya, M. S. Kulikovskiy
K. A. Timiryazev Institute of Plant Physiology of the Russian Academy of Sciences,
Moscow, Russia Corresponding author: D. A. Kapustin, phycology@mail.ru
Abstract. The phytoplankton of the hypereutrophic Lake Nero is well studied but it has never been investigated using the scanning electron microscopy (SEM). In this article the records of 13 algal species were documented using SEM. Nine species are new to the Lake Nero algal flora.
Keywords: Bacillariophyta, Chrysophyceae, Eustigmatophyceae, Haptophyta, phytoplankton, SEM, Russia.
Озеро Неро — крупнейшее озеро Ярославской обл. и памятник природы регионального значения. Площадь его водного зеркала составляет 57.8 км2, средняя глубина — 1.6 м. Озеро подвержено значительному антропогенному воздействию за счет промышленного и бытового стока (Sostoyanie..., 2008).
Альгофлора озера изучена достаточно полно. В литературе имеются сведения о видовом составе фитопланктона (Lyashenko, Babanazarova, 2008; Sidelev, Babanazarova, 2011), микрофитобентоса (Zubishina, Babanazarova, 2003) и эпи-фитона оз. Неро (Meteleva, 2001). В работе Сиделева, Бабаназаровой (Sidelev, Babanazarova, 2011) приведен список видового состава фитопланктона, насчитывающий 800 таксонов. Косолапова и Косолапов (Kosolapova, Kosolapova, 2009), изучавшие разнообразие гетеротрофных жгутиконосцев оз. Неро, среди прочих обнаружили чуть более десяти таксонов, традиционно рассматриваемых как водоросли. Примечательно, что сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)
https://doi.org/10.31111/nsnr/2023.57.2.A33
Received: 4 August 2023 Accepted: 17 October 2023 Published: 20 October 2023
ранее не применялась для изучения водорослей оз. Неро. Данное исследование является началом нашей работы по изучению водорослей оз. Неро с использованием методов электронной микроскопии.
Материал и методы
Пробы фитопланктона отобраны Е. М. Кезля и Д. А. Капустиным в окрестностях г. Ростов (57°10'18.2"N, 39°23'22.2"E) с помощью планктонной сети (размер ячеи 30 мкм) весной и осенью 2022 г. Температура воды, рН и удельная электропроводность измерены с помощью портативного анализатора HANNA Combo HI 9828. Основные физико-химические параметры воды приведены в табл. 1.
Таблица 1 / Table 1
Физико-химическая характеристика воды оз. Неро /
Physical and chemical characteristics of the Lake Nero waters
Дата / Date Номер пробы Температура, °C / Temperature, °C pH Электропроводность, мкСм-см-1 / Conductivity, ^S-cm-1
30V2022 Н03 17.7 7.74 355
31X2022 Н18 4.0 7.80 421
Для СЭМ несколько капель свежей нефиксированной пробы высушивали на алюминиевом столике, а затем напыляли золотом. Исследования проводили на сканирующем электронном микроскопе TESCAN Vega III (Палеонтологический институт им. А. А. Борисяка РАН, г. Москва). Фиксированные раствором Люголя пробы хранятся в лаборатории молекулярной систематики водных растений ИФР РАН.
Относительное обилие видов оценивалось по шкале, использованной в работе Л. Н. Волошко и О. В. Гавриловой (Voloshko, Gavrilova, 2001): «редко» — 1-10 чешуек (клеток), «довольно часто» — 11-20 чешуек (клеток), «обильно» — 21-30 чешуек (клеток), «очень обильно» — больше 30 чешуек (клеток).
Результаты
В результате изучения двух проб с помощью СЭМ удалось обнаружить девять видов золотистых водорослей (Chrysophyceae), относящихся к родам Chryso-coccus G.A. Klebs, Mallomonas Perty, Spiniferomonas E. Takahashi, Synura Ehrenb. и Paraphysomonas De Saedeleer. Ниже приводятся их описания.
Chrysococcus triporus B. Mack (Fig. 1A)
Домик сферический, 6.79 мкм в диам., с двумя порами на апикальном полюсе и одной — на антапикальном полюсе.
Новый вид для альгофлоры оз. Неро. Встречался редко, весной (проба Н03).
Mallomonas acaroides Perty emend. Iwanoff (Fig. 1B)
У клеток этого вида чешуйки широко овальные, 5.3-6.0 х 3.5-3.9 мкм, состоящие из купола, щита и кромки; передняя кромка узкая и гладкая; задняя кромка широкая с рёбрами; V-образное ребро острое; купол гладкий; на щите короткие ребра, отходящие от V-образного ребра.
Этот вид ранее уже был известен в оз. Неро (Sidelev, Babanazarova, 2011), но электронно-микроскопических фотографий, подтверждающих правильность его идентификации, не приводилось. Нами отмечался довольно часто, весной и осенью (пробы Н03 и Н18).
M. crassisquama (Asmund) Fott (Fig. 1C)
Чешуйки овальные, 5.5-5.7x3.5-3.7 мкм, состоящие из купола, щита и кромки; передняя кромка узкая и гладкая; задняя кромка широкая с толстыми рёбрами; V-образное ребро с капюшоном; купол гладкий; щит покрыт грубым ретику-лумом.
Новый вид для оз. Неро. Встречался весной (проба Н03), довольно часто.
M. alpina Pascher et Ruttner (Fig. 1D)
Клетка широко эллиптическая, 22.6 х 19 мкм. Чешуйки овальные, 4.4-5.3 х 2.5-3.2 мкм, с куполом или без него; купол, щит и задняя кромка гладкие; ка-удальные чешуйки с маленьким шипиком; щетинки изогнутые и зазубренные по внешнему краю.
Новый вид для альгофлоры оз. Неро. Встречался редко, осенью (проба Н18).
M. tonsurata Teiling emend. Krieger (Fig. 1E)
Отличительными признаками этого вида являются чешуйки, покрытые вторичным слоем кремнезема, и два типа щетинок: более короткие изогнутые апикальные щетинки с зубчатыми краями и более длинные и прямые щетинки с субапикальным зубчиком (Kristiansen, Preisig, 2007).
Вид ранее отмечен в фитопланктоне оз. Неро (Sidelev, Babanazarova, 2011).
Spiniferomonas trioralis E. Takahashi (Fig. 1F)
Чешуйки овальные с одной лакуной; шипы треугольные, в поперечном сечении трехгранные.
Новый род и вид для оз. Неро. Встречался редко, весной (проба Н03).
Synura mollispina (J.B. Petersen et J.B. Hansen) Péterfi et Momeu (Fig. 2A)
Чешуйка овальная, 5.1 х 3.3 мкм, с тонким шипом; поверхность почти полностью покрыта гексагональным ретикулумом (Kristiansen, Preisig, 2007).
Новый вид для альгофлоры оз. Неро. Единственная чешуйка клетки этого вида обнаружена в осенней пробе Н18.
Fig. 1. Золотистые водоросли из оз. Неро (СЭМ) / Chrysophytes from the Lake Nero (SEM).
A — домик Chrysococcus triporus (проба Н03) / lorica of Chrysococcus triporus (sample N03); B — чешуйки Mallomonas acaroides (проба Н03)/scales of Mallomonas acaroides (sample N03); C — клетка M. alpina, покрытая чешуйками (проба Н03) / cell of M. alpina covered with scales (sample N03); D — чешуйки M. crassisquama (проба Н03)/ scales of M. crassisquama (sample N03); E — чешуйки Mallomonas tonsurata с разными типа щетинок (проба Н03) / scales of Mallomonas tonsurata with different types of bristles (sample N03); F — чешуйки и шипы Spiniferomonas trioralis (проба Н03) / scales and spines of Spiniferomonas trioralis (sample N03). Масштабные линейки / Scale bars: A, D, F — 2 мкм; B, E — 5 мкм; C — 10 мкм.
Fig. 2. Золотистые, эустигматовые и диатомовые водоросли из оз. Неро (СЭМ) / Chrysophytes, eustigmatophytes and diatoms from the Lake Nero (SEM). A — чешуйка Synura mollispina (проба Н18)/scale of Synura mollispina (sample N18); B — чешуйка S. petersenii s. l. (проба Н18) / scale of S. petersenii s. l. (sample Н18); C — чешуйка Paraphysomonas sp. (проба Н03) / scale of Paraphysomonas sp. (sample N03); D, E — кокколиты Hymenomonas roseola (проба Н03) / coccoliths of Hymenomonas roseola sample N03); F — клетка Pseudostaurastrum hastatum (проба Н03) / cell of Pseudostaurastrum hastatum (sample N03); G — створка Staurosira exigua (проба Н03) / valve of Staurosira exigua (sample N03). Масштабные линейки / Scale bars: A, B — 2 мкм; C, E, G — 5 мкм; D, F — 10 мкм.
S. petersenii Korshikov s. l.
(Fig. 2B)
Чешуйки овальные, 3.7-3.9 х 2.0-2.2 мкм; гребень с острым кончиком; от гребня отходит 21-25 поперечных рёбер.
Новый вид для альгофлоры оз. Неро. Встречался довольно часто, весной и осенью (пробы Н03 и Н18).
Найденные клетки имеют довольно крупные чешуйки (2.78-3.07 мкм в диам.) и очень длинный шип (8.26-9.45 мкм дл.), что превышает размерные характеристики описанных в настоящее время видов (Scoble, Cavalier-Smith, 2014). Возможно, является новым для науки видом.
Встречался редко, весной и осенью (пробы Н03 и Н18).
Кроме того, удалось обнаружить представителей и других таксономических групп водорослей, интересных с флористической точки зрения: Hymeno-monas roseola F. Stein (Haptophyta), Pseudostaurastrum hastatum (Reinsch) Chodat (Eustigmatophyceae), Staurosira exigua (W. Smith) Van de Vijver et Guiry и Uroso-lenia eriensis (H. L. Smith) Round et R. M. Crawford (Bacillariophyta). Ниже приводятся их описания.
Hymenomonas roseola F. Stein (Fig. 2D, E)
Поверхность клеток покрыта чашевидными кокколитами с зазубренными краями.
Новый вид для оз. Неро. Встречался довольно часто, весной и осенью (пробы Н03 и Н18).
Клетки тетраэдрические, с длинными, равномерно расходящимися отростками; отростки прямые, постепенно суживающиеся от основания к вершине, с 2-3 зубцами на конце.
Встречался редко весной (проба Н03). Этот вид ранее отмечен в фитопланктоне оз. Неро (Sidelev, Babanazarova, 2011). Единственное электронно-микроскопическое изображение P. hastatum, обнаруженного в планктоне старицы р. Эльбы (Германия), опубликовано Krienitz, Heynig (1992).
Staurosira exigua (W. Smith) Van de Vijver et Guiry (Fig. 2G)
Створки трехрадиальные, выпуклые в средней части с удлиненными концами. Длина от апекса до центра 6.0-6.9 мкм, штрихов 16 в 10 мкм. Встречался довольно часто, весной (проба Н03).
Этот вид ранее отмечался в планктоне оз. Неро под названиями Fragilaria con-struens (Ehrenb.) Grunow var. exigua (W. Smith) Hust. (Lyashenko, Babanazarova,
Paraphysomonas sp.
(Fig. 2C)
Pseudostaurastrum hastatum (Reinsch) Chodat
(Fig. 2F)
2008) или S. construens var. exigua (W. Smith) H. Kobayashi (Sidelev, Babanazarova, 2011). В настоящее время оба этих названия рассматривают как синонимы S. exigua (Van de Vijver, Guiry, 2022).
Urosolenia eriensis (H. L. Smith) Round et R. M. Crawford (Fig. 3)
Панцирь тонкостенный, 9.8 мкм шир., отросток 29.3 мкм дл. Новая находка для оз. Неро. Встречался редко, весной (проба Н03). Ранее представители этого рода в планктоне озера отмечены не были (Lyashenko, Babanazarova, 2008; Sidelev, Babanazarova, 2011).
Fig. 3. Urosolenia eriensis из оз. Неро, проба Н03 (СЭМ) / Urosolenia eriensis from the Lake Nero,
sample N03 (SEM).
A — калиптра / calyptra; B — панцирь / frustule.
Масштабные линейки / Scale bars: A — 10 мкм; B — 5 мкм.
Обсуждение
В своем чек-листе планктонных водорослей оз. Неро Сиделев и Бабаназа-рова (Sidelev, Babanazarova, 2011) привели семь видов рода Mallomonas, но один вид был определен только до рода, а три вида (M. denticulata Matv., M. mirabilis Conrad и M. raditata Conrad) считаются сомнительными (Kristiansen, Preisig, 2007). С помощью СЭМ нам удалось подтвердить находки двух видов (M. acaroides и M. tonsurata), а также обнаружить два новых для альгофлоры озера вида (M. crassisquama и M. alpina), которые широко распространены в водоемах России (Voloshko, 2017) и, очевидно, не отмечались в планктоне оз. Неро только из-за отсутствия электронно-микроскопических исследований.
По литературным данным в фитопланктоне оз. Неро отмечено два вида рода Synura: S. uvella Ehrenb. и Synura sp. (Lyashenko, Babanazarova, 2008; Sidelev, Babanazarova, 2011). Чешуйки клеток S. uvella нами не обнаружены, но вполне вероятно, что этот вид обитает в озере. Вид S. mollispina, обнаруженный в результате наших исследований, является редким: в России отмечен в озере на п-ве Таймыр (Bessudova et al, 2018), водоемах Ленинградской обл. (Voloshko, 2017) и Южного Урала (Snitko et al, 2021). А вот виды комплекса «S. petersenii» широко распространены в пресных водоемах, но для точной идентификации в ряде случаев требуется применение молекулярно-генетических методов (Skaloud et al, 2012, 2014, 2020).
Обнаруженный нами вид Paraphysomonas sp. существенно отличается от всех описанных к настоящему времени таксонов этого рода и, вероятно, в будущем может быть описан как новый для науки. Косолапова и Косолапов (Kosolapova, Kosolapova, 2009) привели для оз. Неро три вида Paraphysomonas: P. imperforata Lucas, P. vestita (A. C. Stokes) De Saedeleer и Paraphysomonas sp. Для точной идентификации видов рода Paraphysomonas необходимо применение электронной микроскопии, а также молекулярно-генетических методов. P. imperforata, и P. vestita являются политипическими видами (Scoble, Cavalier-Smith, 2014), а для P. vestita еще и неизвестен тип, что делает использование этого названия проблематичным (Kapustin et al, 2020).
При всех достоинствах больших видовых списков существенным их недостатком остается невозможность верифицировать находку того или иного вида, т. к. зачастую такие списки не сопровождаются рисунками или микрофотографиями. Например, в планктоне оз. Неро ранее отмечался Chrysococcus triporus Matv. (Sidelev, Babanazarova, 2011). Позднее выяснилось, что это название незаконно, т. к. является более поздним омонимом Chrysococcus triporus B. Mack, и поэтому для него было предложено заменяющее название, C. matvienkoae Kapustin (Kapustin, 2019). Обнаруженные нами экземпляры соответствовали описанию C. triporus. Вполне возможно, что предыдущие находки также следует относить к этому виду.
Также нам удалось обнаружить в оз. Неро одного из немногих пресноводных представителей гаптофитовых водорослей — Hymenomonas roseola. В России этот вид отмечен в водоемах Ярославской обл. (Pyrina et al., 1989), Алтайского края (Romanov, 2008) и Оренбургской обл. (Ignatenko, Yatsenko-Stepanova, 2023; Kotkova et al., 2023). Однако, лишь находки из Оренбургской обл. подкреплены микрофотографиями. Вероятно, Сиделев и Бабаназарова (Sidelev, Babanazarova, 2011) ошибочно идентифицировали этот вид как золотистую водоросль Micro-glenapunctifera (O.F. Müll.) Ehrenb.
Заключение
Проведенные нами электронно-микроскопические исследования позволили обнаружить девять видов, новых для альгофлоры оз. Неро, а также подтвердить находки четырех видов, которые уже отмечались ранее. Безусловно, дальнейшие исследования с привлечением не только электронной микроскопии,
но и молекулярно-генетических методов, позволят значительно дополнить наши представления о биоразнообразии оз. Неро.
Благодарности
Авторы выражают признательность к. б. н. Р. А. Ракитову (ПИН РАН) за помощь при работе на СЭМ , а также к. б. н. Р. М. Гогореву (БИН РАН) и к. б. н. М. А. Гололобовой (МГУ) за ценные замечания. Работа выполнена при поддержке РНФ (проект №22-24-00965).
References / Литература
Bessudova A. Y., Bukin Y. S., Sorokovikova L. M., Firsova A. D., Tomberg I. V. 2018. Silica-scaled chrysophytes in small lakes of the Lower Yenisei Basin, the Arctic. Nova Hedwigia 107: 315-336. https://doi.org/10.1127/nova_hedwigia/2018/0473
Ignatenko M., Yatsenko-Stepanova T. N. 2023. Coccolithophores in the algal flora from South Urals (Russia) with the description of a new Hymenomonas species. Phytotaxa 609: 55-64. https://doi.org/10.11646/phytotaxa.609.1.5
Kapustin D. A. 2019. Nomenclatural notes on triporous taxa of Chrysococcus G.A. Klebs (Chryso-phyceae). Phytotaxa 387: 71-72. https://doi.org/10.11646/phytotaxa.387.L6
Kapustin D. A., Gusev E. S., Lilitskaya G. G., Kulikovskiy M. S. 2020. Silica-scaled chrysophytes from the Ukrainian Polissia. Cryptogamie, Algologie 41: 121-135. https://doi.org/10.5252/cryptogamie-algologie2020v41a12
Kosolapova N. G., Kosolapov D. B. 2009. The diversity and distribution of heterotrophic nannofla-gellates in the eutrophic Lake Nero. Inland Water Biology 2: 42-49. https://doi.org/10.1134/S1995082909010076 Kotkova V. M., Czernyadjeva I. V., Davydov E. A., Doroshina G. Ya., Efimov D. Yu., Efimova L. A., Frolov I. V., Gabiger Ya. I., Glishchenko M. Yu., Gorbunova I. A. et al. 2023. New cryptogamic records. 11. Novosti sistematiki nizshikh rastenii 57(1): 155-204. https://doi.org/10.31111/nsnr/2023.57.1.155
Krienitz L., Heynig H. 1992. Interessante planktische Xanthophyceen aus dem Elbe-Saale-Gebiet (Deutschland). III. Archive für Protistenkunde 141: 101-117. https: //doi.org/10.1016/S0003-9365( 11 )80050-3
Kristiansen J., Preisig H. R. 2007. Synurophyceae. Süßwasserflora von Mitteleuropa. Bd 1, Teil2. Berlin-Heidelberg: 252 p.
Lyashenko O. A., Babanazarova O. V. 2008. Phytoplankton. State of the Lake Nero ecosystem at the beginning of the XXI century. Moscow: 71-89. [Ляшенко О. А., Бабаназаров О. В. 2008. Фитопланктон. Состояние экосистемы озера Неро в начале XXI века. M.: 71-89].
Meteleva N. Yu. 2001. Epiphyton of the lake Nero. Biologiya vnutrennikh vod 4: 32-46. [Метеле-ва Н. Ю. 2001. Эпифитон озера Неро. Биология внутренних вод 4: 32-46].
Pyrina I. L., Sigareva L. E., Balonov I. M. 1989. Fitoplankton i ego produktsionnaya sposobnost'. Ekosistema ozera Pleshcheevo [Ecosystem of the Lake Pleshcheevo]. Leningrad: 71-114. [Пыри-на И. Л., Сигарева Л. Е., Балонов И. М. 1989. Фитопланктон и его продукционная способность. Экосистема озера Плещеево. Л.: 71-114]. Romanov R. E. 2008. Haptophyta as a new division of the algal flora of West Siberia. Rastitel'nyi mir Aziatskoi Rossii 2: 9-11. [Романов Р. Е. 2008. Haptophyta — новый отдел для альгофлоры Западной Сибири. Растительный мир Азиатской России 2: 9-11].
Scoble J. M., Cavalier-Smith T. 2014. Scale evolution in Paraphysomonadida (Chrysophyceae): sequence phylogeny and revised taxonomy of Paraphysomonas, new genus Clathromonas, and 25 new species. European Journal of Protistology 50: 551-592. https://doi.org/10.1016/j.ejop.2014.08.001
Sidelev S. I., Babanazarova O. V. 2011. Species composition of phytoplankton in Nero Lake (Yaroslavl Region). Novosti sistematiki nizshikh rastenii 45: 59-84. [Сиделев С. И., Бабаназарова О. В. 2011. Видовой состав фитопланктона озера Неро (Ярославская область). Новости систематики низших растений 45: 59-84]. https://doi.org/10.31111/nsnr/2011.45.59
Skaloud P., Kynclova A., Benada O., Kofronova O., Skaloudova M. 2012. Toward a revision of the genus Synura, section Petersenianae (Synurophyceae, Heterokontophyta): morphological characterization of six pseudocryptic species. Phycologia 51: 303-329. https://doi.org/10.2216/11-20.1
Skaloud P., Skaloudova M., Jadrna I., Bestova H., Pusztai M., Kapustin D., Siver P. A. 2020. Comparing morphological and molecular estimates of species diversity in the freshwater genus Synura (Stramenopiles): a model for understanding diversity of eukaryotic microorganisms. Journal of Phycology 56: 574-591. https://doi.org/10.1111/jpy.12978
Skaloud P., Skaloudova M., Prochazkova A., Nemcova Y. 2014. Morphological delineation and distribution patterns of four newly described species within the Synura petersenii species complex (Chrysophyceae, Stramenopiles). European Journal of Phycology 49: 213-229. https://doi.org/10.1080/09670262.2014.905710
Snitko L. V., Safronova T. V., Blinov I. A., Snitko V. P. 2021. New species of Synura section Synura (Chrysophyceae, Synurales, Synuraceae) in waterbodies of the South Urals. Botanicheskii zhur-nal 106: 1101-1112. [Снитько Л. В., Сафронова Т. В., Блинов И. А., Снитько В. П. 2021. Новые виды рода Synura секции Synura (Chrysophyceae, Synurales, Synuraceae) в водоемах Южного Урала. Ботанический журнал 106: 1101-1112]. https://doi.org/10.31857/S0006813621110107
Sostoyanie ekosistemy ozera Nero v nachale XXI veka [State of the Lake Nero ecosystem at the beginning of the XXI century]. 2008. Moscow: 406 p. [Состояние экосистемы озера Неро в начале XXI века. 2008. М.: 406 с.].
Van de Vijver B., Guiry M. D. 2022. Typification and observations on Triceratium exiguum W. Smith and its elevation to species level in the genus Staurosira (Staurosiraceae, Bacillariophyta). No-tulae Algarum 240: 1-4.
Voloshko L. N. 2017. Zolotistye vodorosli vodoemov Severa Rossii [Chrysophycean algae in water bodies of the Northern Russia]. St. Petersburg: 380 p. [Волошко Л. Н. 2017. Золотистые водоросли водоемов Севера России. СПб.: 380 с.].
Voloshko L. N., Gavrilova O. V. 2001. A checklist of silica-scaled chrysophytes in Russia with an emphasis on the flora of Lake Ladoga. Nova Hedwigia, Beiheft 122: 147-167.
Zubishina A. A., Babanazarova O. V. 2003. Microphytobenthos of the lake Nero. Biologiya vnutren-nikh vod 3: 60-66. [Зубишина А. А., Бабаназарова О. В. 2003. О микрофитобентосе озеро Неро. Биология внутренних вод 3: 60-66].
