CC BY
32УДК 577.118:582.273
Л.А. Позолотина1' 2, А.В. Климов2, Н.Г. Клочкова1
1 Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003;
2 Камчатский филиал
Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии,
Петропавловск-Камчатский, 683000 e-mail: Pozolotina84@gmail. com
СОДЕРЖАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ У КАМЧАТСКИХ КРАСНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ NEOPTILOTA ASPLENIOIDES И PALMARIA STENOGONA
Приведены результаты изучения содержания 12 микроэлементов в слоевищах красных водорослей-макрофитов Neoptilota asplenioides и Palmaria stenogona. Образцы для изучения были собраны в Авачин-ской губе (бухта Завойко), характеризующейся высоким антропогенным загрязнением. Для определения накопления водорослями металлов использовали метод кислотного озоления и последующее определение их количественного и качественного состава спектрохимическим методом. Дополнительно изучали содержание тех же элементов в морской воде, собранной в месте сбора биологического материала. Сравнительный анализ данных показал, что у Neoptilota asplenioides содержание никеля, хрома, алюминия, бария, стронция, кадмия, кобальта, меди и свинца больше, чем у Palmaria stenogona, в связи с чем первый вид предпочтительнее для использования в качестве вида-биоиндикатора металлического загрязнения.
Ключевые слова: красные водоросли-макрофиты, Rhodophyta, микроэлементы, антропогенное загрязнение, атомно-эмиссионный спектрофотометр с индуктивно-связанной плазмой (ICP-OES).
L.A. Pozolotina1' 2, A.V. Klimov2, N.G. Klochkova
1 Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003;
2 Kamchatka Branch of the Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography,
Petropavlovsk-Kamchatsky, 683000 e-mail: Pozolotina84@gmail. com
CONTENT OF MICROELEMENTS IN KAMCHATKA RED ALGAE NEOPTILOTA ASPLENIOIDES AND PALMARIA STENOGONA
The study results of 12 microelements content in the red algae macrophytes Neoptilota asplenioides and Palmaria stenogona thallus are presented. The samples characterizing by high anthropogenic pollution were collected in the Avacha Bay (Zavoyko Bay). For this purpose, the method of acid ashing and the subsequent determination of the quantitative and qualitative composition of microelements by the spectrochemical method was used. Additionally, the content of the same elements in seawater withdrawn at the place of biological material collection was studied. Comparative data analysis showed that Neoptilota asplenioides contains more nickel, chromium, aluminum, barium, strontium, cadmium, cobalt, copper and lead than Palmaria stenogona, and therefore, the first species is more preferable for using it as a species-indicator of metal contamination.
Key words: red macrophyte algae, Rhodophyta, microelements, anthropogenic pollution, Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES).
Введение
Авачинская губа - одна из наиболее изученных в альгофлористическом отношении акваторий восточной Камчатки. До 70-х гг. ХХ века здесь произрастало более 250 видов водорослей-макрофитов, большую часть из которых составляли багрянки [1]. В течение последующих 30 лет ее биоразнообразие значительно сократилось в основном за счет выпадения красных водорослей. Причиной этого являлось комплексное загрязнение губы. Среди поллютантов, изменивших экологическое состояние водоема, значительное место принадлежит ионам тяжелых металлов.
Они поступают в бухту с промышленными и бытовыми сточными водами, сбросами льяльных вод судов, базирующихся в Авачинской губе. О ее сильном металлическом загрязнении сообщалось в целом ряде работ [2]. Известно, что Авачинская губа характеризуется значительным водообменом с открытыми водами Тихого океана, поэтому судить о состоянии металлического загрязнения по абсолютным показателям содержания их в воде губы невозможно. Полнее об этом дает представление накопление металлов у живых организмов [3], и водоросли, являясь представителями сессильного бентоса, как нельзя лучше подходят для этой роли [4-7]. Наиболее полно основы биологического мониторинга в морских водах с использованием в качестве биоиндикаторов металлического загрязнения водорослей-макрофитов изложены в работе К.С. Бурдина [8].
В настоящее время сотрудниками специализированных отделов учреждений Камчатского УГМС и КамчатНИРО ведутся ежегодные наблюдения за экологическим состоянием Авачин-ской губы по гидрохимическим показателям. В свете сказанного выше, их данные по гидрохимии в связи с высокой подвижностью воды не дают объективной картины состояния металлического загрязнения водоема. Более полное представление об этом могло бы дать изучение накопления металлов у гидробионтов.
Настоящее исследование было предпринято с целью выявления перспективных в этом отношении видов, встречающихся в Авачинской губе, в районах с разным уровнем металлического загрязнения. Среди многих представителей животных и растений, ведущих прикрепленный образ жизни, предпочтение было отдано водорослям-макрофитам, в частности разным видам красных водорослей, у дальневосточных представителей которых накопление тяжелых металлов еще никем основательно не изучалось.
Материалы и методы
Для определения микроэлементного состава были выбраны широко распространенные в Авачинской губе и на всем российском Дальнем Востоке красные водоросли Neoptilota asplenioides (Esper) Kylin и Palmaria stenogona (Perestenko) Perestenko (рис. 1).
Рис. 1. Внешний вид Neoptilota asplenioides (1) и Palmaria stenogona (2)
Данные виды были собраны в конце вегетационного сезона 5 октября 2018 г. Известно, что N. asplenioides является многолетним представителем багряных водорослей. Она широко распространена вдоль всего побережья Камчатки. Растет этот вид обычно на скалистых и каменистых грунтах на глубинах 2-10 м, предпочитая при этом сильную и умеренную прибойность. Очень часто она встречается под пологом ламинариевых. Вместе с другими кустистыми водорослями она формирует глубоководный пояс багрянок. Для определения элементного состава были взяты фертильные образцы N. asplenioides в возрасте более двух лет.
P. stenogona имеет такое же широкое распространение в российских водах Дальнего Востока и относится к числу ложных многолетников. В отличие от N. asplenioides, она распростране-
но
на, главным образом, на литорали и в сублиторальной кайме. В Авачинской губе она присутствует практически повсеместно и встречается в течение всего вегетационного периода. Собранные растения представляли собой многократно разветвленные, грубые на ощупь слоевища. Подобную морфологию и текстуру она имеет в конце вегетации.
Взятые для исследования образцы указанных выше видов были собраны в бух. Завойко, расположенной у восточного побережья губы, на границе между ее внутренней частью и горлом (рис. 2). Сюда с отливными течениями регулярно поступают воды от городского северо-восточного побережья и из бух. Раковая - одной из самых загрязненных в Авачинской губе [9]. На берегах бухты Раковая расположены ТЭЦ-1, судоверфь, ремонтные мастерские, плавучий док, причальные стенки. Здесь базируется вспомогательный флот ВМФ. Мыс Санникова оборудован причалом, у которого осуществляются разгрузка и бункеровка нефтепродуктов. Рядом находится самое крупное прибрежное скопление затопленных судов. Перечисленные объекты в той или иной мере являются источниками металлического загрязнения.
Изучение содержания микроэлементов в образцах проводили с помощью эмиссионного спектрофотометра с индуктивно-связанной плазмой «Agilent AES-MP 4200» (Agilent Technologies, США). Для количественного определения элементов использовали калибровочный стандарт 50 ppm «Agilent» (Agilent Technologies, США). Кислотное озоление водорослевого материала проводили в системе кислотного разложения проб Ethos UP (Milestone, Италия), согласно инструкции фирмы-производителя.
В ходе подготовки проб для анализа взвешивали 0,5 г сухих водорослей, помещали их в раствор концентрированной азотной кислоты и деионизированной воды (5 : 3) и озоляли в течение 25 мин при температуре 180оС. После сжигания полученную пробу доводили деионизированной водой до объема 25 мл и анализировали на атомно-эмиссионном спектрофотометре. Морская вода для анализа на содержание микроэлементов была отобрана одновременно со сбором водорослей в том же месте. Она была отфильтрована через бумажный фильтр «синяя лента».
Вычисление концентраций элементов и предварительную обработку полученных данных проводили в программе MP Expert (Agilent Technologies, США) [10, 11]. Пересчет на абсолютное содержание элемента в микрограммах на один грамм сухой водоросли осуществляли в программе MS Excel.
Результаты и обсуждение
Определение содержаний микроэлементов в морских гидробионтах, в частности в водорослях-макрофитах, несет информацию о характере и интенсивности загрязнения прибрежных вод тяжелыми металлами антропогенного происхождения. Результаты спектрохимического анализа содержания 12 микроэлементов в слоевищах красных водорослей видов Neoptilota asplenioides и Palmaria stenogona и морской воде приведены в табл. 1.
Таблица 1
Микроэлементный состав разных видов красных водорослей и воды, отобранных в бухте Завойко
(Авачинская губа)
Наименование вида Содержание металлов, мкг/г
Zn Cd Sr Ba Cu Ni Co Pb Mo Mn Cr Al
Neoptilota asplenioides 16,38 0,99 12,43 0,76 4,14 2,80 1,59 0,60 < 0,001 24,54 2,73 428,01
Palmaria stenogona 19,50 0,92 6,67 0,30 2,90 1,15 1,31 0,50 < 0,001 9,99 1,46 193,19
Морская вода 0,002 < 0,001 245,4 0,70 21,55 < 0,001 2,56 12,54 0,42 3,52 < 0,001 22,88
Рис. 2 Карта-схема Авачинской губы с указанием места сбора водорослей
Анализ представленных в табл. 1 данных показывает, что содержание разных микроэлементов в воде бух. Завойко разное. Самое высокое, 245,4 мкг/г, оно у стронция. Достаточно высокое у алюминия, меди и свинца - 22,88, 21,55 и 12,54 мкг/г соответственно. Содержание остальных изученных элементов колеблется от 0,001 до 3,52 мкг/г. Однако прямая зависимость накопления этих металлов в слоевищах водорослей от уровня их содержания в воде отсутствует. Так, например, концентрация кадмия и никеля в воде является минимальной, а их содержание у водорослей превышает таковое. Молибден, несмотря на более высокую, чем, например, у цинка, никеля, хрома и кадмия концентрацию в воде у изученных видов водорослей не накапливается.
Изучение микроэлементного состава двух видов красных водорослей из бух. Завойко (восточная часть Авачинской губы) показало, что значительное накопление алюминия и цинка происходит у обоих видов. Несмотря на содержание в воде стронция, меди и свинца, содержание их в водорослях определено на 1-3 порядка ниже, что свидетельствует о незначительном накоплении этих металлов красными водорослями. Кадмий, никель и хром в морской воде обнаружен в следовых количествах, тем не менее, по свинцу в биологическом материале были обнаружены сотые доли этого вещества, а по никелю и хрому целые части.
Для сравнения способности водорослей накапливать в своих слоевищах те или иные металлы, их концентрации в воде были приняты за единицу. Далее для каждого элемента определили его накопление в водорослях в пересчете на условную единицу. Полученные таким образом величины показывают какое количество мкг/г того или иного микроэлемента по сравнению с таковым в воде накапливает каждая из проанализированных водорослей.
Последовательность уровня количественного накопления микроэлементов в слоевищах красных водорослей Neoptilota asplenioides и Palmaria stenogona относительно их содержания в морской воде, указанной в табл. 1, показана ниже.
Neoptilota Zn > Ni > Cr > Cd > Al > Mn > Ba > C o> Cu > Sr > Pb > Mo
asplenioides 9 190 2 800 2 730 990 18,7 2,46 1,1 0,621 0,192 0,051 0,048 -
Palmaria Zn > Cr > Ni > Cd> Al> Mn> Co > Ba > Cu > Pb > Sr > Mo
stenogona 9 750 1 460 1 150 920 8,44 2,84 0,511 0,430 0,135 0,040 0,027 -
Анализ убывающих рядов концентраций микроэлементов у разных водорослей показывает, что для каждой из них он, при общем сходстве, разный. Шесть микроэлементов (Zn, Cd, Al, Mn, Cu и Mo) занимают в этих рядах одинаковые позиции. Остальные элементы сдвинуты по отношению друг к другу не более чем на один шаг, например, Ni > Cr у Neoptilota и Cr > Ni у Palmaria.
Указанные выше величины, отражающие способность видов сорбировать из воды разные микроэлементы, далее были разделены на три группы: 1 - «значительная способность» к накоплению (от 9 750 до 920); 2 - «умеренная» (от 18,7 до 1,1); 3 - «незначительная» (менее 0,621). Характеристика способности N. asplenioides и P. stenogona к сорбции микроэлементов приведена в табл. 2. Она показывает, что таковая у первого вида, несомненно, больше, чем у второго.
Таблица 2
Сравнительная характеристика способности Neoptilota asplenioides и Palmaria stenogona к сорбции микроэлементов
Zn Ni Cr Cd Al Mn Ba Co Cu Sr Pb Mo
Neoptilota asplenioides +++ ++ + ++ ++ + + ++ + -
Palmaria stenogona + + -
Примечание: + + + - «значительная способность» к накоплению;
+ + - «умеренная способность» к накоплению; + - «незначительная способность» к накоплению.
Заключение
Авачинская губа, несмотря на хроническое загрязнение, до сих пор является важным рыбо-хозяйственным водоемом. Через нее в реки Авача и Паратунка идут на нерест стада лососевых рыб. В Авачинскую губу скатывается и некоторое время нагуливается их молодь. В связи с вы-
сокой хозяйственной ценностью водоема большое значение имеет оценка уровня его загрязнения. Металлическое загрязнение является одним из самых опасных для живых организмов [1, 3, 6], поэтому мониторингу тяжелых металлов должно уделяться особое место. Наши исследования показывают, что красные водоросли N. asplenioides и P. stenogona могут использоваться в качестве видов-мониторов, и что первый вид обладает более выраженной способностью к накоплению основного количества проанализированных элементов.
Литература
1. Клочкова Н.Г., Березовская В.А. Макрофитобентос Авачинской губы и его антропогенная деструкция: Монография. - Владивосток: Дальнаука, 2001. - 208 с.
2. Исторический обзор исследований и основные результаты комплексного экологического мониторнга 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. Щеголькова, В.В. Максименков, A.A. Полякова, P.C. Галямов, С.Л. Горин, М.В. Коваль // Исследования водных биологических ресурсов Камчатки и северо-западной части Тихого океана. - 2Q14. - № 34. - С. 5-21.
3. Федоров В.Д. Биологический мониторинг: обоснование и опыт организации // Гидробиологический журнал. - 1975. - Т. 11, № 5. - С. 5-11.
4. Березовская В.А. Макрофитобентос как показатель состояния среды в прибрежных водах Камчатки: Дис. ... д-ра геогр. наук. - Петропавловск-Камчатский, 2002. - 364 с.
5. Крупина М.В. Накопление тяжелых металлов морскими макроводорослями. Экологические и физиологические аспекты: Дис. ... канд. биол. наук. - М., 2QQ3. - 120 с.
6. Христофорова Н.К. Биоиндикация и мониторинг загрязнения морских вод тяжелыми металлами. - Л.: Наука, 1989. - 192 с.
7. Бурдин К.С., Золотухина Е.Ю. Тяжелые металлы в водных растениях (аккумуляция и токсичность). - М.: Диалог МГУ, 1998. - 202 с.
S. Бурдин К.С. Основы биологического мониторинга. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - 158 с.
9. Касперович Е.В. Техногенное влияние морских транспортных средств на состояние экосистем прикамчатских вод: Дис. ... канд. биол. наук. - Петропавловск-Камчатский, 2011. - 154 с.
1Q. Руководство пользователя по работе на приборе Атомно-эмиссионный спектрометр с микроволновой генерацией плазмы производства Agilent Technologies, Inc. - Изд. 2-е. - 2Q13. - 60 с.
11. Determination of macro and micronutrients in plants using the «Agilent 4200 MP AES» / Clayton G. Liberato, Juan A.V.A. Barros, Alex Virgilio, Raquel C. Machado, Ana Rita A. Nogueira, Joaquim A. Nóbrega, Daniela Schiavo. - Agilent Technologies, Inc., 2Q17. - 5 р.
