МИКРОБИОЛОГИЯ, 2014, том 83, № 3, с. 346-354
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 579.26
ЦВЕТЕНИЕ КРИПТОФИТОВОЙ ВОДОРОСЛИ RHODOMONAS SP. (CRYPTOPHYTA, PYRENOMONADACEAE) В РЕДОКС-ЗОНЕ ВОДОЕМОВ, ОТДЕЛЯЮЩИХСЯ ОТ БЕЛОГО МОРЯ
© 2014 г. Е. Д. Краснова1, А. Н. Пантюлин2, Д. Н. Маторин1, Д. А. Тодоренко1, Т. А. Белевич1, И. А. Милютина3, Д. А. Воронов3, 4
биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова 2Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова 3НИИ Физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ им. М.В. Ломоносова 4Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН Поступила в редакцию 06.08.2013 г.
В хемоклине соленых водоемов, отделяющихся от Белого моря, обнаружено цветение криптофито-вой водоросли Rhodomonas зр. (Сгур1орку1а, Pyrenomonadaceae), которая придает соответствующему слою воды красную окраску. По последовательности фрагмента гена 188 ядерной рРНК этот вид идентичен Rhodomonas зр. ЯСС2020 ^епВапк номер JN934672) из моря Бофорта. По условиям, при которых происходит цветение этой водоросли, определены экологические преференции вида в Белом море. Наличие красного слоя, созданного массовым развитием Rhodomonas зр., расценивается как индикатор определенной стадии отделения водоема от моря.
Ключевые слова: Rhodomonas, слой красной воды, водоемы, отделяющиеся от моря, редокс-зона, флуоресценция хлорофилла, 188 РНК, Белое море.
DOI: 10.7868/S0026365614030100
В некоторых меромиктических водоемах возле границы миксолимниона (слоя, подверженного волновому и конвективному перемешиванию) и монимолимниона (стабильной нижней водной массы, куда перемешивание не распространяется) иногда формируется слой "красной воды". Как правило, цвет ему придают фототрофные прокариоты — пурпурные или зеленые серобактерии [1—5]. Подобное явление зарегистрировано как в континентальных, так и в морских меро-миктических водоемах, в частности, в оз. Могильное на о. Кильдин в Баренцевом море [6—8]. В последние годы на Карельском побережье Белого моря было обнаружено множество водоемов с признаками меромиксиса [9—11]. Они образовались в результате постгляциального изостати-ческого поднятия берега, которое в районе Беломорской биостанции МГУ (ББС МГУ) происходит со скоростью около 4 мм в год [12], путем отшнуровывания заливов от основной морской акватории. Среди них есть водоемы на разных стадиях отделения от моря: в одних еще наблюдаются приливно-отливные явления, хотя и с меньшей амплитудой, чем в море, в других поступле-
1 Автор для корреспонденции (e-mail: e_d_krasnova@wsbs-
msu.ru).
ние морской воды ограничивается нерегулярными заплесками при сильных нагонных ветрах, есть несколько водоемов с пресным поверхностным слоем и соленой придонной водой, в том числе одно настоящее меромиктическое озеро. С 2010 г. на ББС МГУ проводится мониторинг этих водоемов, и в некоторых из них были зарегистрированы случаи появления красного слоя воды [13]. В настоящей работе проведено исследование биообъектов красного слоя воды и условий, при которых он возникает.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Работа выполнена на базе Беломорской биологической станции МГУ. В 2010—2013 гг. в окрестностях биостанции было обследовано 16 водоемов на разных стадиях отделения от моря. С помощью эхолота Fishfinder 90/140 в водоеме находили самое глубокое место, кондуктометром ProfiLine Cond 197i с зондом in situ измеряли температуру и соленость воды от поверхности до дна с шагом 0.5 м, после чего на тех же глубинах погружным насосом Mini Purger WP 4012 с силиконовой трубкой отбирали пробы.
Таблица 1. Водоемы со слоем красной воды и условия, при которых он возникал
Водоем Даты обнаружения красного слоя воды Температура воды в красном слое (°С) Соленость воды в красном слое (%о) Глубина (м)
Оз. Кисло-Сладкое 18.10.12 10.7-10.9 25.8 3.5
Лагуна на Зеленом мысу 03.09.12 18.10.12 08.01.13 11.1 11.3-12.7 4.0 28.8 28.6-28.8 27.4 5 4-5 4.5
оз. Еловое 19.06.12 23.07.12 7.8-9.1 6.6-9.5 23.4-23.5 23.8-23.9 2.5-3 3-4
оз. Большие Хрусломены 12.08.12 7.9-10.1 17.5-18.7 4-4.5
В общей сложности: Зарегистрирован в январе, июне, июле, августе, сентябре и октябре Диапазон температур: 4°С; 6.6-12.7°С Диапазон солености: 17.5-28.8% Диапазон глубин: 2.5-5 м
В пробах из красного слоя воды, отобранных 3 сентября 2012 г. в лагуне на Зеленом мысу, методом импульсной флуориметрии на приборе Wa-ter-PAM ("Walz GmbH", Германия) определяли параметры флуоресценции хлорофилла водорослей (Fo, Fv/Fm). Поскольку величина Fo зависит от количества хлорофилла в клетках, то это можно использовать для определения его концентрации, а также для оценки биомассы фитопланктона [14]. После выполненной калибровки можно быстро оценить концентрацию пигментов водорослей в пробе воды. На основании данных флуоресценции хлорофилла можно получить информацию не только об относительной численности фитопланктона (Fo), но также — о его фотосинтетической активности (Fv/Fm). Параметр Fv/Fm отражает эффективность запасания энергии света на начальных этапах фотосинтеза [14]. Спектр поглощения света в пробах из красного слоя воды определяли на спектрофотометре HITACHI-557. Параметры флуоресценции хлорофилла водорослей (Fo, Fv/Fm) в лагуне на Зеленом мысу были определены в сентябре и октябре 2012 г., когда в этом водоеме присутствовал отчетливый красный слой.
Присутствие в пробах микроводорослей и их таксономическую принадлежность определяли под флуоресцентным микроскопом Leica с набором фильтров N2.1 (возбуждение/пропускание 515—560/580 нм). Для более точного определения рода и вида была определена нуклеотидная последовательность фрагмента гена 18S ядерной рРНК (около 1500 п.н.) микроводорослей, которая депонирована в NCBI под номером KF039722. Препарат ДНК получен с помощью набора Nucleospin
Plant Extraction Kit ("Macherey-Nagel", Германия). PCR проводили с использованием набора реактивов производства "Диалат ЛТД" (Москва, Россия) при следующих условиях: начальная денатурация 94°С, 3 мин; 30 циклов: 94°С, 30 с, 58°С, 30 с, 72°С, 30 с; в заключительном цикле продолжительность элонгации 5 мин. Были использованы праймеры Q5 (forward) —5' -TCTGGTTGATCCTGCCAGT-3' (комплементарный к 5' концу гена) и r71 (reverse) — 5'-GGGCGGTGTGTACAAAGGGCAGGGAC-3'. Секвенирование ДНК проводили с использованием реагентов ABI PRISM® BigDye™ Terminator v. 3.1 и с последующим анализом продуктов реакции на Applied Biosystems 3730 DNA Analyzer в Центре коллективного пользования "Геном" (ИМБ РАН). Для определения таксономической принадлежности изучаемого организма с помощью программы BLAST проведено сравнение полученной последовательности 18S рДНК с нук-леотидными последовательностями из GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Слой красной воды был зарегистрирован в четырех водоемах: в оз. Кисло-Сладкое, лагуне на Зеленом мысу, оз. Еловом и оз. Б. Хрусломены (табл. 1). В остальных 12 водоемах данное явление не обнаружено.
Перечисленные водоемы находятся на разных стадиях отделения от моря: в оз. Хрусломены и лагуну на Зеленом мысу во время прилива еще заходит морская вода, в оз. Кисло-Сладком и оз. Еловом поступление воды из моря ограничи-
вается нерегулярными заплесками при очень сильных ветровых нагонах, что происходит не каждый год. Последние три водоема имеют небольшие размеры — от 5 до 15 га при максимальной глубине от 4.5 до 6.5 м, а оз. Большие Хрусло-мены — 157 га при глубине 21 м.
В период существования красного слоя воды во всех водоемах наблюдалась вертикальная стратификация с резкими градиентами гидрофизических показателей. Диапазоны температуры и солености в этих водоемах существенно различались.
В оз. Кисло-Сладкое (Полупресная лагуна; 66°32.87' N 33°08.14' Е) поверхностный слой воды частично опреснен, соленость в нем обычно колеблется от 7 до 17%с; придонная водная масса в течение всего года соленая — 22.6—27.8%. Красный слой зарегистрирован в октябре 2012 г. В этот момент галоклин располагался на глубине 1.5 м, и наблюдалась обратная температурная стратификация: возле поверхности вода была холоднее (3.5°С), чем у дна (10.7-10.9°С). Красный слой был приурочен к самому теплому глубокому слою, содержавшему сероводород — ниже 3.5 м.
В оз. Еловое (66°28.7' N 33°16.9' Е), возле поверхности до глубины 0.5 м находится практически пресная вода (0—0.4%), а донное углубление заполнено соленой водой (23.2—24.5%). Температура придонной водной массы даже в летнее время не поднимается выше 6°С. Красный слой зарегистрирован в июне и июле 2012 г. В период существования красного слоя галоклин располагался на глубине 1 м. Термоклин находился ниже га-локлина, на глубине 2—2.5 м, разница между температурой возле дна на глубине 5.5 м и у поверхности составляла 12.6—13.1°С. Слой красной воды располагался непосредственно под термоклином: в июне на глубине 2.5—3 м и в июле — на 3—4 м. Ниже 3.5 м (в июне) и 4 м (в июле) вода имела отчетливый запах сероводорода, однако в самом красном слое запах отсутствовал.
В оз. Большие Хрусломены на о. Оленьем в губе Ковда (66°43' N 32°51' Е) верхние 2 м опреснены до 4—7%, ниже располагается соленая вода, ко дну ее соленость постепенно понижается до значений, соответствующих морской воде (22.8—23.9%). Придонная водная масса летом имеет температуру 8—9°С, вышележащие слои могут прогреваться до значений выше 20°С. Красный слой отмечен в августе 2012 г. на глубине 4—4.5 м и приходился на термоклин. Вертикальный температурный градиент был 8.6°С на 1 м глубины. Запах сероводорода в слое красной воды отсутствовал и начинался с глубины 5.5 м.
Лагуна на Зеленом мысу (66°31.80' N 33°05.55' Е), в противоположность трем предыдущим водоемам, не имеет признаков опреснения, большая часть водной толщи, наоборот, имеет соленость выше, чем в Белом море — до 29%. Температура
придонной водной массы в течение года колеблется от 3 до 7.6°С, возле поверхности она прогревается в соответствии с сезоном. В этом водоеме красный слой отмечен на глубине 4—5 м, которая приходится на зону с повышенной соленостью. В сентябре наиболее прогретым был средний слой воды (2.5—4 м; 15.1—15.9°С), выше и ниже его вода была от
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.