CC BY
18УДК 582.272.7
А.Н. Кашутин, А.В. Климова
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ПРОРОСТКОВ У КАМЧАТСКОЙ БУРОЙ ВОДОРОСЛИ
FUCUS DISTICHUS SUBSP. EVANESCENS (PHAEOPHYCEAE, FUCALES) В УСЛОВИЯХ НИЗКОЙ СОЛЕНОСТИ
В условиях лабораторного эксперимента изучено влияние низкой солености (0 и 10%о) на жизнеспособность и скорость роста проростков бурой водоросли Fucus distichus subsp. evanescens. В солоноватой среде (10%) они продолжали свое развитие в течение всего периода исследований. К концу трех недель культивирования их общие линейные размеры достигали 990 мкм и скорость роста составляла 43,4 мкм/сут. В пресной среде признаки угнетения развития проростков были зарегистрированы на шестые сутки после оплодотворения яйцеклеток, а их окончательная гибель была зафиксирована после 15-суточного содержания в культуральной среде, имеющей нулевую соленость. Проведенный эксперимент помогает объяснить некоторые наблюдаемые у побережья Камчатки особенности размножения и распределения фукуса.
Ключевые слова: F. distichus subsp. evanescens, проростки фукуса, абсолютная скорость роста, соленость, Камчатка.
A.N. Kashutin, A.V. Klimova
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003 e-mail: [email protected]
CULTIVATION OF FUCUS DISTICHUS SUBSP. EVANESCENS (PHAEOPHYCEAE, FUCALES) GERMLINGS IN LOW SALINITY CONDITIONS
The low salinity (0 and 10%) effect on the viability and growth speed of brown algae Fucus distichus subsp. evanescens was studied in a laboratory experiment. Being in the saltish medium (10%) they continued development throughout the whole research period. By the end of three weeks cultivation, their total linear dimensions reached 990 microns and the growth speed was 43,4 microns/day. The signs of germlings growth inhibition were recorded on the sixth day after eggs fertilization in fresh medium. Their final death was recorded after 15 days keeping in a culture medium with zero salinity. This experiment helps to explain some features of fucus reproduction and distribution which are observed near the coast of Kamchatka.
Key words: F. distichus subsp. evanescens, germlings, absolute growth rate, salinity, Kamchatka.
Введение
Одним из важнейших факторов, влияющих на рост и распределение морских водорослей, является соленость воды. Литоральные водоросли более адаптированы к ее изменению, чем сублиторальные, поскольку испытывают постоянное опресняющее воздействие атмосферных осадков. Общей тенденцией для представителей рода Fucus, населяющих водоемы с прогрессивно убывающей соленостью, является уменьшение размеров их талломов [1]. Для баренцевоморской популяции F. distichus установлено, что в мезогалинных условиях он может существовать только ограниченное время, не более трех недель [2], тогда как F. vesiculosus способен выдерживать опреснение до 2,5% [3]. Однако соленость ниже критических величин, 0,1-10%, уменьшает продолжительность их жизни [2].
Несмотря на высокую промысловую значимость и массовое распространение в российских морях Дальнего Востока F. distichus subsp. evanescens, специального изучения воздействия солености на его развитие не проводилось. У берегов Камчатки, в частности в Авачинской губе,
он нередко встречается в условиях значительного распреснения морских вод. Так, в летний период во время прилива вода, поступающая сюда из Тихого океана и распространяющаяся вдоль восточного побережья, заселенного фукусом, может иметь соленость 31-32%о. В то же время вдоль ее западного берега стекают пресные воды рек Авача и Паратунка. Частично они проникают и в бухты Моховая и Сероглазка [4], в результате этого соленость в поверхностном слое последней из указанных бухт в летний период может снижаться до 4,9%о [5].
Летнее время является периодом активного размножения фукуса. В ходе изучения биологии развития этого вида в Авачинской губе мы наблюдали достаточно выраженные изменения возрастной структуры и плотности его поселений в местах постоянного воздействия пресных вод. Вопрос о том, как влияют столь значительные перепады солености на раннее развитие проростков F. distichus subsp. evanescens, до сих пор оставался открытым.
Материалы и методы
В природной среде влияние солености на развитие микроскопических стадий развития фукуса проследить достаточно сложно. Поэтому для изучения поставленного выше вопроса были проведены исследования в лабораторных условиях с контролируемыми параметрами среды. Исходным материалом для экспериментов послужили зрелые водоросли F. distichus subsp. evanescens, собранные 6 ноября 2018 г. в литоральной зоне бух. Сероглазка (Авачинская губа). Они представляли собой дихотомически разветвленные кустики с хорошо развитыми концепта-кулами, их общие линейные размеры варьировали от 18 до 24 см.
Для получения зигот фукуса в лабораторных условиях использовали метод, детально описанный нами ранее [6]. Появившиеся эмбрионы фукуса перемещали в пластиковые чашки Петри, содержащие культуральную среду с заданными значениями солености: пресная - 0%о, солоноватая - 10%о и морская - 32%о. После этого вели регулярные наблюдения за их ростом и развитием. Все культуральные среды предварительно обогащали микро- и макроэлементами и заменяли каждые три дня. Культуры с проростками фукуса содержали при постоянной температуре 10°C и фотопериоде 12 ч света : 12 ч темноты.
Наблюдения за развитием F. distichus subsp. evanescens проводили с помощью стереомикро-скопа Olympus SZX10 (Olympus, Japan). Фотодокументирование и определение линейных размеров проростков фукуса выполняли в программе CellSens Entry (Olympus, Japan). Измерения проводили через каждые 3-4 дня. Объем выборки в каждой культивируемой группе составлял не менее 30 проростков. Абсолютную скорость роста (AGR, мкм/сут) рассчитывали по стандартной формуле [7]. Общая продолжительность эксперимента составила 21 сутки.
Результаты и обсуждение
Проростки фукуса во всех чашках Петри развивались из зигот, размер которых составлял 68,5-86,5 мкм. В течение первых двух суток значительных различий в развитии проростков, содержавшихся в среде с соленостью 10 и 32%о, не обнаружено (см. рисунок). К этому моменту все они прикрепились ко дну чашек Петри и достигали 169,6 и 187,3 мкм длины соответственно (см. рисунок). Их максимальная скорость роста составила 54,9 мкм/сут. Проростки, развивавшиеся в пресной воде, к концу вторых суток к субстрату не прикрепились. Их размеры едва достигали 135 мкм, значение AGR было вдвое меньше, чем у проростков, развивавшихся при нормальной морской солености.
На пятые сутки проростки, содержавшиеся в условиях солености 10 и 32%о, уже имели многоклеточную талломическую часть, как правило, один хорошо сформированный ризоид и несколько дополнительных, меньшего размера. Их общие линейные размеры не превышали 370 мкм. AGR проростков составляла 43,8 мкм/сут (для 10%о) и 60,2 мкм/сут (для 32%о). Кроме того у представителей последней группы в апикальной части талломов начали формироваться гиалиновые волоски. У проростков, содержавшихся в пресной воде, было выявлено заметное отставание в развитии. Их талломическая часть представляла собой однослойную пластину, единственный ризоид был слабо выражен и состоял из нескольких сегментов. Скорость роста этих проростков на пятые сутки культивирования существенно снизилась, до 12,2 мкм/сут.
После недели культивирования проростков при солености 10%о и 32%о средние значения их линейных размеров практически не различались. У тех и других длина проростков не превы-
шала 500 мкм (см. рисунок). ЛОЯ проростков в морской среде снизилась вдвое, тогда как у проростков, растущих при солености 10%о, значения этого показателя возросли до 49,4 мкм/сут. Эти различия можно объяснить тем, что у проростков фукуса, содержавшихся при нормальной морской солености, в течение указанного выше времени культивирования активно развивались гиалиновые волоски. Их длина в общий учет линейных размеров не входила. В культурах с соленостью 10%о волоски стали формироваться только к концу шестых суток. У фукусов, содержавшихся в пресной воде, на 8-е сутки стали отчетливо наблюдаться признаки разрушения их клеток. За этот период ни один из проростков не закрепился к поверхности чашки Петри. Количество особей, продолживших развитие без признаков деградации кутикулы и содержимого клеток, резко сократилось. Длина таких проростков не превышала 220 мкм, у них отсутствовали гиалиновые волоски, пластинчатая часть талломов состояла из более мелких, чем у проростков из других культур клеток, ризоиды были плохо развиты.
Рост Fucus distichus subsp. evanescens в условиях разной солености среды - пресной (0%о), солоноватой (10%) и морской (32%). На графике указаны средние значения длины проростков, интервалы средних значений отображают их среднеквадратичное отклонение (±s).
Пунктирной линией выделен период элиминации части проростков
После 12 сут культивирования фукусов при солености 10 и 32%о скорость их роста различалась почти в два раза. Их общие линейные размеры составляли 624,0 и 866,6 мкм, соответственно (см. рисунок). При этом у проростков, содержавшихся при нормальной морской солености, длина гиалиновых волосков уже превысила общую длину слоевищ. На 12-е сутки культивирования у них наблюдалась максимальная скорость роста за весь период наблюдений - 99,6 мкм/сут. После двух недель культивирования проростков в морской воде их длина превысила 1 мм, значение AGR составило 48,8 мкм/сут. Проростки фукуса к этому времени имели от 3 до 5 хорошо развитых гиалиновых волосков. Длина их ризоидов, как правило, вдвое превышала длину пластинчатой части. Проростки, развивавшиеся при солености 10%о, росли менее активно, их длина не превышала 750 мкм, а скорость роста - 40 мкм/сут. В культурах с пресной водой на 15-е сутки культивирования была отмечена гибель абсолютно всех проростков.
К концу наблюдений (на 23 сут), длина проростков, культивированных при нормальной морской солености, достигла 1,3 мм, в солоноватой среде - 990 мкм (см. рисунок). Их абсолютная скорость роста за весь период наблюдений в среднем составила 56,1 и 43,4 мкм/сут соответственно.
Таким образом, наши эксперименты показали, что ранее развитие Fucus distichus subsp. evanescens в пресной воде невозможно. Массовая гибель его эмбрионов в условиях нулевой солености начинается на 6-е сутки культивирования, а полная гибель отмечается на 15-е сутки. При этом они не способны прикрепиться к субстрату. Исходя из этого, можно предположить,
что экстремально низкая и нулевая соленость препятствуют выработке у эмбрионов фукуса адгезивного материала. У проростков фукуса, развивавшихся при солености 10%, критические изменения в морфофизиологическом состоянии не обнаружены. Однако скорость их роста была на 32,6% ниже, чем таковая у растений, культивированных в воде с нормальной морской соленостью. Результаты, полученные в ходе описанного выше эксперимента, помогают объяснить некоторые наблюдаемые у Камчатки особенности размножения и распределения фукуса. Они могут быть использованы при прогнозировании изменения запасов Fucus distichus subsp. evanescens в прикамчатских водах.
Литература
1. Камнев А.Н. Структура и функции бурых водорослей. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 200 с.
2. Малавенда С.В. Влияние солености на фукусовые водоросли Баренцева моря: Автореф. дис.... канд. биол. наук. - Мурманск: Изд. ММБИ КНЦ РАН, 2007. - 27 с.
3. Адаптация и регуляция роста у макрофитов Баренцева моря / Г.М. Воскобойников, М.В. Макаров, С.В. Малавенда, И.В. Рыжик // Вестник Кольского научного центра РАН. - 2015. - № 2(21). - С. 40-48.
4. Исторический обзор исследований и основные результаты комплексного экологического мониторинга Авачинской губы в 2013 г. / Е.В. Лепская, О.Б. Тепнин, В.В. Коломейцев, Е.А. Устименко, Н.В. Сергеенко, Д.С. Виноградова, В.Д. Свириденко, М.А. Походина, В.А. Ще-голькова, В.В. Максименков, А.А. Полякова, Р.С. Галямов, С.Л. Горин, М.В. Коваль // Исследования водных биологических ресурсов Камчатки и северо-западной части Тихого океана. - 2014. -Вып. 34. - С. 5-21.
5. Кашутин А.Н., Климова А.В. Динамика роста Fucus distichus subsp. evanescens (Phaeophyceae, Fucales) в Авачинской губе в 2017 г. // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: Материалы VII Всерос. науч.-практ. конф. (20-22 марта 2018 г.). - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2018. - С. 42-46.
6. Климова А.В., Кашутин А.Н. Раннее развитие камчатских представителей Fucus evanescens (Phaeophyceae, Fucales) в условиях лабораторного культивирования // Вестник Кам-чатГТУ. - 2016. - № 37. - С. 50-56.
7. Hunt R. Absolute growth rates // Basic Growth Analysis [Electronic resource]. - Dordrecht: Springer, 1990. - 17-24. - URL: https://doi.org/10.1007/978-94-010-9117-6_2.
