научная статья по теме ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЛИТОРАЛЬНЫХ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ FUCUS SERRATUS LINNAEUS, 1753 И FUCUS DISTICHUS LINNAEUS, 1767, ПРОИЗРАСТАВШИХ НА ПЛАНТАЦИИ-БИОФИЛЬТРЕ В БАРЕНЦЕВОМ МОРЕ Биология

Текст научной статьи на тему «ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЛИТОРАЛЬНЫХ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ FUCUS SERRATUS LINNAEUS, 1753 И FUCUS DISTICHUS LINNAEUS, 1767, ПРОИЗРАСТАВШИХ НА ПЛАНТАЦИИ-БИОФИЛЬТРЕ В БАРЕНЦЕВОМ МОРЕ»

БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2014, том 40, № 2, с. 131-136

УДК 576.311.342.+581.1+582.561 АЛЬГОЛОГИЯ

физиологическое состояние литоральных бурых водорослей Fucus SERRATUS LINNAEUs, 1753 и FUCUS DISTICHUS LINNAEUs, 1767, ПРоиЗРАСТАВшиХ

на плантации-биофильтре в Баренцевом море1

© 2014 г. и. В. Рыжик, М. В. Макаров, Г. М. Воскобойников

Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН, Мурманск 183010 e-mail: alaria@yandex.ru

Статья принята к печати 6.06.2013 г.

Исследованы физиологические параметры (скорость роста, удельная площадь, интенсивность фотосинтеза, метаболическая активность клеток, содержание фотосинтетических пигментов, сухих веществ и растворимых флоротаннинов) литоральных бурых водорослей Fucus serratus и F. distichus, произраставших на плантации-биофильтре в Баренцевом море. Показана возможность обитания этих видов в погруженном состоянии на глубине до 5 м. Установлено, что длительность выживания растений при отсутствии приливо-отливного цикла зависит от степени их обрастания эпибионтами и наличия фитофагов. Для долговременного выращивания водорослей на плантации-биофильтре необходимо подвергать фукоиды периодическому осушению.

Ключевые слова: Fucus serratus, Fucus distichus, фотосинтетические пигменты, интенсивность фотосинтеза, метаболическая активность клеток, скорость роста, плантация-биофильтр.

physiological state of intertidal brown seaweeds Fucus serratus linnaeus, 1753 and Fucus distichus linnaeus, 1767 cultivated on a biofiltration system in the Barents sea. I. V. Ryzhik, M. V. Makarov, G. M. Voskoboinikov (Murmansk Marine Biological Institute, Kola Science Center, Russian Academy of Sciences, Murmansk 183010)

We investigated the physiological parameters (growth rate, specific area, photosynthesis rate, cell metabolic activity, contents of photosynthetic pigments, dry matter, and soluble phlorotannins) of the intertidal brown seaweeds Fucus serratus and F. distichus cultivated in the Barents Sea for oil biofiltration purposes. The possibility of their existence submerged to 5 m deep is shown. The duration of survival of the plants in the absence of a tide cycle depended on the degree of fouling and the presence of phytophages. For long-term growing of seaweeds on vertical ropes, fucoids need to be subjected to periodic desiccation. (Biologiya Morya, 2014, vol. 40, no. 2, pp. 131-136).

Keywords: Fucus serratus, Fucus distichus, photosynthetic pigments, photosynthetic rate, cell metabolic activity, growth rate, biofiltration system.

В настоящее время усиление антропогенной нагрузки (рост портовых городов, транспортировка, переработка газоконденсата, нефти и нефтепродуктов) приводит к загрязнению прибрежных морских акваторий, что губительно влияет на морскую биоту. Широко используемые боновые заграждения лишь на некоторое время задерживают распространение нефтепродуктов по поверхности, не затрагивая глубинные слои воды. Применяемые реагенты оказывают негативное воздействие на большинство видов гидробионтов.

Сотрудниками лаборатории альгологии Мурманского морского биологического института (ММБИ) КНЦ РАН разработана плантация-биофильтр для очистки морской воды от нефтяного загрязнения на основе искусственной симбиотической ассоциации "водоросли - углеводородокисляющие бактерии" (Патент RU 2375315). Плантация препятствует распространению нефтяного пятна, выступая в качестве бонового заграждения, ассоциация "водоросли - углеводородокис-ляющие бактерии" значительно ускоряет разложение

нефтепродуктов. В арктических регионах в качестве водорослевой составляющей плантации предлагается использовать доминантные виды бурых макрофитов: литоральные Fucus vesiculosus, F. distichus, F. serratus и сублиторальную Saccharina latissima. Установлено, что данные водоросли достаточно устойчивы к нефтяному загрязнению (Биологические аспекты..., 1988; Driskell et al., 2001; Степаньян, 2002; Степаньян, Воскобойников, 2006; Воскобойников и др., 2007).

Сублиторальный вид S. latissima хорошо растет на плантации, но отсутствие приливо-отливных циклов (и связанных с ними периодов осушения, значительных колебаний температуры, освещения, изменения гидродинамического режима) может пагубно сказаться на жизнеспособности литоральных фукоидов. Экспериментальные исследования показали, что наличие приливо-отливного цикла не обязательно для фукусовых водорослей (McLachlan et al., 1971) и что F. vesiculosus в Белом и Балтийском морях обитает на глубине до 10 м (Возжинская, 1986; Russell et al., 1998; Gylle

1 Работа выполнена по проекту ОБН РАН "Биологические ресурсы России".

et al., 2009, 2011). Однако в Баренцевом море осушение является необходимым условием для длительного (более 3 мес.) произрастания этого вида. При отсутствии осушения растения зарастают эпибионтами и разрушаются фитофагами (Макаров и др., 2012).

Цель настоящего исследования - оценка и сравнение морфофункционального состояния литоральных бурых водорослей F. distichus и F. serratus, произраставших на плантации-биофильтре и в естественных условиях. Полученные данные позволят выявить виды водорослей, наиболее пригодные для использования в санитарной марикультуре.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Исследование выполнено на биостанции ММБИ КНЦ РАН в летне-осенний период (июль-октябрь) 2011 и 2012 гг. Водоросли находились на экспериментальной плантации, расположенной в губе Зеленецкая Баренцева моря (69.07° с.ш., 37.04° в.д.).

Целые талломы Fucus serratus и F. distichus приблизительно одного возраста (6-8 дихотомических ветвлений) отбирали из естественных зарослей (каменисто-песчаная литораль, 3-4-я степень прибойности) и закрепляли на вертикальных канатах плантации, располагавшейся в 50 м от места сбора материала. Исследование проводили в два этапа. В 2011 г. анализировали скорость роста, внешний вид, морфологию и обрастание эпибионтами водорослей, которые в течение 3 мес. (июль-октябрь) находились на глубинах 0, 0.5, 2, 5, 10 и 15 м. В 2012 г определяли интенсивность фотосинтеза, содержание фотосинтетических пигментов, растворимых флоротаннинов, метаболическую активность клеток, содержание сухого вещества и удельную площадь водорослей, находившихся 3 мес. (июль-октябрь) на глубинах 0 и 5 м. Полученные результаты сравнивали с показателями этих же водорослей из естественных фитоценозов.

Относительную скорость роста определяли по изменению площади апикальных частей таллома. Для этого у растений, произраставших в течение 3 мес. на определенной глубине, отрезали апексы (n = 30 экз.) и измеряли их площадь, затем апексы в прозрачных перфорированных контейнерах помещали на 7 сут на ту же глубину. Площадь апексов измеряли с помощью компьютерной программы анализа изображения (ВидеоТесТ 4.0). Относительную скорость роста (прирост площади, %/сут) определяли по формуле:

V = (lnS2 - lnS1)/T х 100%,

где S2 и S1 - конечная и начальная площадь растений; Т - продолжительность эксперимента (Фотосинтез и биопродуктивность..., 1989).

Интенсивность видимого фотосинтеза водорослей определяли по изменению содержания кислорода в воде за период их инкубации. Для этого целое растение (массой около 6 г), находившееся на известной глубине, очищали от обрастателей и помещали на той же глубине в прозрачную емкость объемом 1.5 л на 1 ч. Содержание кислорода в воде до и после инкубации талломов определяли йодометрическим методом по Винклеру (Лурье, 1973). Измерения проводили в трех повтор-ностях. Интенсивность фотосинтеза рассчитывали в мкг О2 на 1 г сырой массы таллома в час с учетом "холостой" пробы (изменение концентрации кислорода в емкости без водоросли), находившейся в тех же условиях.

Содержание сухого вещества в апикальных частях талломов водорослей оценивали после высушивания предварительно взвешенных высечек в сушильном шкафу при температуре 105°С в течение 24 ч. Взвешивали высечки на весах с точностью до 0.001 г. Удельную площадь водорослей определяли по соотношению площади и массы апикальных частей талломов.

Качественный и количественный состав пигментов водорослей исследовали по модифицированным методикам (Пигменты..., 1964; Ли, 1978; Маслова и др., 1986). Содержание хлорофиллов а и с определяли в смеси пигментов спектрофотометрически по принятым формулам (Jeffrey, Humphrey, 1975). Разделение каротиноидов (ß-каротин, вио-лаксантин, фукоксантин) проводили методом бумажной хроматографии. Количество пигментов определяли с помощью спектрофотометра "Specord UV-VIS" (Carl Zeiss, Германия). Концентрацию пигментов определяли из расчета на 1 мм2 площади апикальной части таллома.

Содержание растворимых флоротаннинов в апикальных частях талломов водорослей оценивали по методу Суэйна и Хиллиса (Методы., 1975).

Метаболическую активность клеток апикальных частей талломов водорослей определяли тетразолиевым методом (Vistica et al., 1991), модифицированным для фукусовых водорослей (Рыжик, 2013). Расчет производили на 1 г сырой массы.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Состояние водорослей, произраставших на плантации

Эпибионты на поверхности водорослей поселялись в течение первого месяца произрастания растений на плантации. Так как эксперименты начинались во второй половине лета, в эпибиозе были только животные.

Водоросли, находившиеся в поверхностном слое воды (0-0.5 м), по внешнему виду не отличались от растений из естественных зарослей. На водорослях, произраставших на большей глубине (до 2 м), встречались единичные мелкие особи гидроида Obelia geniculata и двустворчатого моллюска Mytilus edulis. Растения с глубины 2-5 м имели более темную окраску, на них поселилось большое количество гидроидов и мидий, в обрастании отмечены также брюхоногие моллюски, в основном Epheria vincta и редко Margarites helicinus. Разрушения талломов не наблюдалось.

На глубине более 5 м водоросли обильно обросли гидроидами, присутствовали колонии мшанок Lichenopora verrucaria (Fabricius, 1780) и Electra pilosa (Linnaeus, 1768). Апикальные части талломов начинали разрушаться, на стволиках в большом количестве поселились мидии. По внешнему виду (количество обрастателей, цвет таллома, наличие повреждений и т.д.) талломы F. serratus выглядели

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком