CC BY
58
УДК 581.526.325.4(571.13) О.П. Баженова, В.В. Михайлов
ОСОБЕННОСТИ СУЩЕСТВОВАНИЯ ARTHROSPIRA FUSIFORMIS В ОЗЕРЕ СОЛЕНОМ (г. ОМСК) В ЗИМНИЙ ПЕРИОД
Приведены данные о видовом составе, биомассе и численности подледного фитопланктона и криофитона озера Соленого города Омска. Доказано отсутствие Arthrospira fusiformis в подледном фитопланктоне и крио-фитоне озера Соленого и ее перезимовка в донных отложениях.
Ключевые слова: криофитон, озеро Соленое, Arthrospira fusiformis, подледный фитопланктон, донные отложения.
Введение
Arthrospira fusiformis (Woronich.) Komarek et Lund - микроскопический организм, относящийся к отделу Cyanoprokaryota, по старым представлениям - синезеленым водорослям (Cyanophyta). Первое исторически сложившееся название - спирулина (Spirulina). Этот вид, как и другие цианобактерии, обладает оксигенным фотосинтезом, содержит хлорофилл, имеет относительно большие размеры [1]. Артроспира является одним из самых древних организмов на Земле, поэтому обладает чрезвычайно высокой приспосабливаемостью к различным природным условиям [2]. В начале 70-х годов XX в. цианобактерии рода Arthrospira, представленные двумя видами А. platensis и А. maxima, вошли в список перспективных продуцентов белка [3].
Arthrospira (Spirulina) fusiformis впервые описана Н.Н. Воронихиным при исследовании минерализованных водоемов Кулундинской степи в 1931 г., причем редко он встречался в планктоне только двух содовых озер - Танатар-2 и Танатар-3. При их обследовании в 20012002 гг. Arthrospira fusiformis не была найдена. По литературным данным, к настоящему времени этот вид в обследованных водоемах юга Западной Сибири не обнаружен, но найден в реке Кишон (Израиль), подверженной сильному загрязнению. В некоторых озерах Западной Сибири, в том числе и в озере Соленом, найдены другие виды этого рода, но такой массовой вегетации, как у А. fusiformis, они никогда не достигают [4]. Arthrospira fusiformis, как и другие виды рода, обитает преимущественно в теплых минерализованных озерах [2].
Поглощение световой энергии у артроспиры обусловлено тремя группами пигментов: хлорофиллом а (основные максимумы поглощения в области 420-680 нм), фикоцианином (основной максимум 620 нм) и каротиноидами (490 нм). В условиях прерывистого освещения наиболее оптимальные промежутки произрастания артроспиры (промышленное получение ее биомассы) при режимах освещения 10 : 14 и 12 : 12. Этот режим соответствует режиму ее естественного распространения в экваториальной зоне Центральной Африки и Америки, свидетельствуя о сильной зависимости артроспиры от получаемой энергии Солнца [5].
В 2008 г. Аrthrospira fusiformis была найдена в составе летнего фитопланктона в озере Соленом, причем в осенний сезон наблюдалось ее массовое развитие вплоть до уровня «цветения» воды [4]. При исследовании химического состава артроспиры установлена высокая кормовая ценность фитомассы для живых организмов, обусловленная высоким содержанием протеинов, жиров и микроэлементов [6].
А.П. Скабичевским [7] было установлено, что в зимний период планктонные цианобак-терии могут зимовать в донных отложениях реки Иртыша. В период открытой воды Аrthrospira fusiformis в оз. Соленом обитает в планктоне, но где она находится зимой - в состоянии вегетации в подледном фитопланктоне и криофитоне или в покоящемся состоянии в
© Баженова О.П., Михайлов В.В., 2015
донных отложениях - было неизвестно. В связи с этим возникла задача изучения особенностей существования Arthrospirafusiformis в оз. Соленом в зимний период.
Объекты и методы
Материалом для исследования послужили пробы фитопланктона, криофитона и донных отложений, отобранные в 2013-2014 гг. в зимний период в оз. Соленом (г. Омск). Отбирали пробы криофитона и фитопланктона ежемесячно на трех станциях, равномерно расположенных по акватории озера. Одновременно проводили гидрохимический анализ, измерение толщины снежного и ледяного покровов, температуры воды и воздуха. Донные отложения отбирали после установления льда в одном месте вблизи берега.
Количественные пробы фитопланктона объемом 0,5 л отбирали зачерпыванием из поверхностного слоя воды. Фиксацию проб проводили 40%-ным раствором формалина, концентрирование - осадочным методом [8]. Пробы криофитона - с использованием ледобура. Лед растапливали в помещении до жидкого состояния с последующим измерением объема, фиксировали формалином и обрабатывали аналогично пробам фитопланктона [9].
Результаты исследований
Озеро Соленое находится в черте города Омска. Длина озера с севера на юг составляет 160 м, с востока на запад - 220 м, площадь - около 0,03 км2, наибольшая глубина - 2 м. Озеро лежит в небольшой котловине, имеет округлую форму, береговая линия не изрезана. Вода мутная, зеленовато-желтого цвета. По классификации О.А. Алекина [10], вода озера относится к хлоридному классу, группе натрия; по степени общей минерализации - к категории солоноватых вод [4].
Во время наших исследований активная реакция воды сильнощелочная (9,5), что на единицу превышает установленные нормы. Предельно допустимые концентрации (ПДК) существенно превышены по таким характеристикам, как перманганатная окисляемость (в 35 раз) и азот аммонийный (3,5 раза). Концентрации нитрат- и нитрит-ионов не превышали ПДК. Наибольшая минерализация отмечена в конце осени и зимой, наименьшая - в начале весны (табл. 1).
Таблица 1
Химический состав воды озера Соленого в зимний период (2013-2014)
Месяц Гидрохимические показатели
Общая минерализация, г/дм3 Общая жесткость, мг-экв./дм3 рН Окисляемость перманг., мг/дм3 Нитрат-анион, мг/дм3 Нитрит-анион, мг/дм3 Азот аммонийный, мг/дм3
2013 г.
Ноябрь 25,70 22,10 9,4 539,4 не обн. 0,0050 1,89
2014 г.
Январь 25,24 27,58 9,3 712,5 0,005 0,0056 2,43
Март 14,20 20,30 9,4 305,2 0,006 0,0071 0,80
Ноябрь 22,55 20,81 9,5 427,8 0,007 0,0050 1,90
По сравнению с предыдущими исследованиями в 2008-2010 гг. [4] концентрация аммонийного азота заметно снизилась (но по-прежнему превышает ПДК), а показатели перман-ганатной окисляемости увеличились в 4-7 раз. Согласно классификации качества воды по перманганатной окисляемости, предложенной А.А. Былинкиной и С.М. Драчёвым [11], вода озера Соленого характеризуется как «очень грязная».
В пробах подледного фитопланктона были обнаружены 20 видовых и внутривидовых таксонов (ВВТ) из трех отделов: Cyanoprokaryota (7), Euglenophyta (4) и Chlorophyta (9). В ноябре 2013 г. в подледном фитопланктоне как по численности, так и по биомассе преобладают зеленые водоросли (Chlorophyta), за ними следуют цианобактерии и эвгленовые водоросли. С декабря по февраль 2014 г. в подледном фитопланктоне по численности преобладают зеленые водоросли, а по биомассе - цианобактерии. В марте биомасса зеленых водорос-
лей преобладает над отделом Cyanoprokaryota. Эвгленовые водоросли по численности и биомассе занимают последнее место (табл. 2).
Таблица 2
Численность и биомасса фитопланктона озера Соленого в зимний период (2013-2014)
Месяц Общая численность, млн кл./л Общая биомасса, г/м3 Численность, % биомасса, %
Cyanoprokaryota Euglenophyta Chlorophyta
2013 г.
Ноябрь 199,68 200,27 12,19 43,18 0,10 0,16 87,71 56,66
Декабрь 9,63 15,62 1,26 64,25 2,00 1,73 96,74 34,02
2014 г.
Январь 7,92 8,82 0,63 52,15 - 99,37 47,85
Февраль 3,57 13,95 3,64 85,73 1,13 0,43 95,23 13,84
Март 206,81 118,62 12,53 0,45 0,32 0,95 87,15 98,60
В среднем за зимний период 78,36 ± 51,46 39,25 ± 26,50 4,52 50,61 0,86 0,78 94,62 48,58
В конце ноября, когда лед еще не установился, в озере наблюдалось «цветение» воды, вызванное вегетацией Chlamydomonas monadina Stein (Chlorophyta). После установки ледового покрова в начале декабря обилие фитопланктона резко уменьшается, численность постоянно падает, достигая минимума в феврале, а биомасса минимальна в январе. В марте, в пр еддверии весны и при уменьшающейся толщине ледяного и снежного покрова обилие по дледного фитопланктона резко возрастает (рис. 1, 2).
В криофитоне озера Соленого найдено 9 видовых и внутривидовых таксонов из трех отделов, в том числе Cyanoprokaryota - 1, Euglenophyta - 2, Chlorophyta - 6 . Единственный пр едставитель цианобактерий - Аrthrospira fusiformis в криофитоне представлена либо бес-цв етными мертвыми трихомами, либо зелеными фрагментами трихомов.
Обилие криофитона за время наблюдений постоянно возрастает. Максимальные значения численности и биомассы криофитона отмечены в марте при уменьшающейся средней то лщине ледяного покрова (рис. 1, 2).
Рис. 1. Динамика общей численности фитопланктона и криофитона озера Соленого в зимний период (2013-2014)
Рис. 2. Динамика общей биомассы фитопланктона и криофитона озера Соленого в зимний период (2013-2014)
В декабре и январе по численности и биомассе в криофитоне преобладают зеленые водоросли (Chlorophyta), за ними цианобактерии и эвгленовые водоросли. В марте по численности и биомассе уже преобладают эвгленовые водоросли, в то время как численность циа-нобактерий и зеленых водорослей одинакова, биомасса различается в два раза (табл. 3).
Таблица 3
Численность и биомасса криофитона озера Соленого в зимний период (2013-2014)
Месяц Общая численность, млн кл./л Общая биомасса, г/м3 Численность, % биомасса, %
Суапоргокагуо1а Е^кпорИуа СЫогорИуа Прочие
Декабрь 100,43 79,94 0,05 6,21 0,01 0,01 99,94 93,78 -
Январь 195,33 153,22 0,04 4,80 - 99,96 95,20 -
Март 216,57 163,05 0,004 0,30 99,98 99,48 0,004 0,15 0,012 0,07
В среднем за зимний период 170,78 ± 35,73 132,07 ± 26,22 0,031 3,77 24,99 24,87 66,63 60,04 0,003 0,02
Абсолютным доминантом за весь период наблюдений, как в подледном фитопланктоне, так и в криофитоне, был Chlamydomonas monadina. В подледном фитопланктоне субдоминантами являлись цианобактерии и зеленые водоросли.
Согласно исследованиям 2008-2009 гг. [4] Arthrospira fusiformis достигает максимальной вегетации с августа по октябрь, в ноябре ее численность резко снижается и в подледный период в фитопланктоне доминирует Chlamydomonas monadina. «Цветения» этого вида в предыдущие годы исследований не наблюдалось.
Пробы донных отложений из озера Соленого помещали в чашку Петри и ставили вблизи окна в теплом помещении, соблюдая естественный режим освещения. При выдерживании проб в течение двух месяцев на их поверхности нарастала темно-зеленая пленка. Микроско-пирование обрастаний показало: они представлены практически чистой культурой Artrospira
fusiformis. Таким образом, этот вид, как и другие планктонные цианобактерии из Иртыша [8], переживает зиму в донных отложениях.
Artrospira fusiformis, имеющая значительное морфологическое сходство с Artrospira platensis, обитает в щелочном водоеме города Омска в физико-географической зоне с резкоконтинентальным климатом и значительными колебаниями ночных и дневных температур. Область естественного обитания Artrospira platensis ограничена 30о северной и южной широт, где поступление солнечной радиации составляет более 1700 кВтч/м2/год и длительность периода температуры свыше 15оС должны составлять более 150 дн. в году [12].
Условия обитания Artrospira fusiformis в озере Соленом не соответствуют характеристикам обитания Artrospira platensis в естественных условиях вследствие более низкого значения рН и более сурового климата. Вероятно, это и способствует формированию экотипа Artrospira fusiformis, адаптированного к летним и осенним условиям южной лесостепи Западной Сибири. Возможно, недостаток ионов натрия Artrospira fusiformis восполняет поглощение их из воды [13], а источником этих ионов в озере являются соленосные глины третичного периода [4].
Цианобактерии способны к клеточной дифференцировке - образованию различных специализированных клеток. Это могут быть акинеты - крупные покоящиеся клетки с утолщенной оболочкой. Акинеты образуют многие планктонные нитчатые цианобактерии. В условиях умеренного климата некоторые планктонные цианобактерии при похолодании образуют акинеты, которые опускаются на дно водоемов, где перезимовывают, а весной прорастают, и молодые клетки, снабженные газовыми вакуолями, всплывают к поверхности водоема, к свету. Таким образом, акинеты являются не только средством перезимовки, но и способом сохранения организма в различных неблагоприятных условиях [14].
Заключение
Проведенные нами исследования установили отсутствие Artrospira fusiformis в подледном фитопланктоне и криофитоне озера Соленого и доказали, что она перезимовывает в донных отложениях.
Список литературы
1. Корзун, В.Н. Использование спирулины в производстве сухих завтраков / В.Н. Корзун, В.Н. Ковбаса, Н.Г. Миронова // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. - 1998. - № 7. - С. 43-45.
2. Тренкенш, Р.П. Технология промышленного культирирования спирулины (Spirulina platensis) / Р.П. Тренкенш, Р.Г. Геворгиз [Электронный ресурс] : Национальная академия наук Украины. Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского, Севастополь, 2004. - URL: http://biotex.ibss.org.ua (дата обращения 21.11.14).
3. Одноклеточные водоросли как возобновляемый ресурс : обзор / Г.С. Минюк [и др.] // Морський еколопчний журнал. - 2008. - Т. VII. - № 2. - C. 5-23 [Электронный ресурс] : Национальная академия наук Украины. Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского, Севастополь, 2004 год. - URL: repository.ibss.org.ua>dspace/bitstream.. .Minyuk.pdf (дата обращения: 21.11.13).
4. Баженова, О.П. Фитопланктон озера Соленого (г. Омск) как перспективный источник биоресурсов / О.П. Баженова, О.А. Коновалова // Сиб. эколог. журн. - 2012. - № 3. - С. 375-382.
5. Влияние чередования светлых и темновых периодов на продуктивность Spirulina (Artrospira) platensis (Nordst.) Geitler / СС. Мельников [и др.] // Альгология. - 2012. - T. 2. - № 2. - C. 121-131.
6. Коновалова, О.А. Элементный состав, пищевая ценность и запасы фитомассы артроспиры (Arthrospira fusiformis) в озере Соленом (г. Омск) / О.А. Коновалова, А.Б. Исиргепова, О.П. Баженова // Экологическая безопасность живых систем : сб. материалов науч.-практ. семинара, 16 мая 2012 г. - Омск : Вариант-Омск, 2012. -С. 30-35.
7. Скабичевский, А.П. О залежах планктонных водорослей в грунтах реки Иртыша / А.П. Скабичевский // Докл. АН СССР. - 1954. - Т. 96, № 4 . - С. 861-864.
8. Фёдоров, В.Д. О методах изучения фитопланктона и его активности / В.Д. Фёдоров. - М. : Изд-во МГУ, 1979. - 168 с.
9. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / под ред. В.А. Абакумова. - Л. : Гидрометеоиздат, 1983. - 240 с.
10. Алекин, О.А. Общая гидрохимия / О.А. Алекин.- Л. : Гидрометеоиздат. - 1970. - 443 с.
11. Шитиков, В.К. Количественная гидроэкология : методы системной идентификации / В.К. Шитиков, Г.С. Розенберг, Т.Д. Зинченко. - Тольятти : ИЭВБ РАН, 2003. - 463 с. [Электронный ресурс] : Электрон. журн. Jahrbuch fur EcoAnalytic und EcoPatologic, 2004. - URL : http://www.ievbras.ru/ecostat/Kiril/Library/Book1/ Con-tent236/Content236.htm#Begin (дата обращения 21.11.13).
12. Лямин, М.Я. Промышленное производство спирулины как перспективное направление кормопроизводства и повышение качества питания человека / М.Я. Лямин, Н.И. Чернова, С.И. Зайцев // Агробизнес-Россия. - 2008. - № 5. - С. 60-62.
13. Кольчугина, И.Б. Значение иона Na+ для роста культур цианобактерий Spirulina platensis и Spirulina maхima и транспорт этого иона в клетки / И.Б. Кольчугина, Е.Н. Маркорова // Микробиология. - 2005. - Т. 74. -№ 6. - С. 745-749.
14. Громов, Б.В. Цианобактерии в атмосфере / Б.В. Громов [Электронный ресурс] : сайт биология и медицина. - URL: http://medbiol.ru/medbiol/cyanobact/000237e6.htm (дата обращения: 07.01.14).
SUMMARY
O.P. Bazhenova, V. V. Mikhailov
Especially the of existence Arthrospira fusiformis in the lake of the Solenoye (Omsk) in winter
The data on species composition, biomass and number of a subglacial phytoplankton and cryophyton of the lake of the Solenoye city of Omsk are provided.
The absence Arthrospira fusiformis in the subglacial phytoplankton and the cryophyton of the lake the Solenoye and her wintering in ground deposits is proved.
Keywords: cryophyton, lake Solenoye, Arthrospira fusiformis, subglacial phytoplankton, ground deposits.
УДК 595.754
М.Ж. Нурушев, П.А. Есенбекова, И.И. Темрешев
ВОДНЫЕ ПОЛУЖЕСТКОКРЫЛЫЕ БИОРЕГУЛЯТОРЫ (HETEROPTERA) КРОВОСОСУЩИХ ДВУКРЫЛЫХ ИЛЕ-БАЛКАШСКОГО РЕГИОНА
В результате проведенных исследований в водоемах Иле-Балкашского региона выявлено 36 видов из 8 семейств водных клопов потенциальных биорегуляторов численности имаго и личинок кровососущих двукрылых. При изучении поедаемости отдельных видов водных полужесткокрылых установлено, что представители Nepidae, Notonectidae и Naucoridae высасывают от 15 до 60 личинок комаров Culex.
Ключевые слова: водные полужесткокрылые, биорегуляторы, кровососущие двукрылые, Иле-Балкашский регион.
Введение
Иле-Балкашский регион богат ландшафтным и биологическим разнообразием. Разнообразен животный мир бассейна. Обследовано более 60 изолированных проток и водоемов, в период половодья они соединяются с реками Шарын, Шелек, Лепсы, Иле, Шамалган, Каскелен, Аксай, Б. Алматинка. Это водоемы разных типов: открытые, полузаросшие и заросшие, вдоль канала и вдоль рек, площадью от 0,2-5 до 1500 м . Температура воды в водоемах колебалась от 17 до 29 С°.
Исследование видового разнообразия биорегуляторов кровососущих двукрылых проведено в Иле-Балкашском регионе. Эти территории в последние годы подвергаются очень интенсивному антропогенному воздействию. Почти не изучен состав основных экологических комплексов насекомых, едва затронуты при изучении экологические и биологические особенности видов, не выяснено территориальное размещение популяций видов. Фрагментар-
© Нурушев М.Ж., Есенбекова П.А., Темрешев И.И., 2015
