ВКР: Флуоресценция оксигенных и аноксигенных фототрофов отделяющихся водоемов Белого моря

Введение
Актуальность исследования природы арктического региона определяется его ролью в формировании глобального климата и поддержании устойчивости биосферы, а также наличием огромных запасов углеводородов. Для целей мониторинга природных водных объектов в настоящее время все более широкое применение находят разнообразные физические методы, включая методы оптической спектроскопии. Однако прибрежные водоемы, частично отделенные от моря, обладают целым рядом особенностей, из-за которых к ним применимы не все современные методы. Из-за малых размеров водоемов невозможно использовать спутниковое дистанционное зондирование, а их изоляция от основной акватории не позволяет использовать стационарное судовое оборудование. Глубина водоемов обычно небольшая, резкие градиенты наблюдаются уже на расстоянии нескольких сантиметров, что накладывает существенные ограничения на применение погружаемых аппаратов. Для изучения водоемов, образовавшихся в результате изоляции от моря, необходимо разрабатывать новые подходы и подбирать новые методы. Берега Белого моря в районе Кандалакшского залива поднимаются со скоростью около 4 мм в год, в результате чего некоторые морские лагуны постепенно превращаются в озера. Экологическая система изолированных соленых водоемов со временем претерпевает катастрофические изменения – из-за ослабления амплитуды приливно-отливных колебаний или их прекращения, а также из-за уменьшения водообмена возникают застойные явления, поверхностный слой воды постепенно опресняется, а в придонной воде возникает дефицит кислорода и сероводородное заражение. Исходные морские фауна и флора постепенно деградируют и замещаются на солоноватоводные или пресноводные. Такие отделяющиеся водоемы интересны для изучения своей многослойностью: слои воды различаются не только температурой, соленостью и другими физико-химическими характеристиками, но и микроорганизмами, обитающими в них, содержанием растворенного органического вещества и оптическими свойствами. Целью данной работы являлось исследование и разделение вкладов оксигенных и аноксигенных фотосинтезирующих микроорганизмов из отделяющихся водоѐмов Кандалакшского залива Белого моря с В работе ставились следующие задачи: отбор проб с различной глубины из разных водоемов, измерение физико-химических параметров воды и спектрально-оптические измерения, интерпретация полученных спектральных полос фотосинтетических пигментов микроорганизмов оксигенной и аноксигенной зоны водоемов. В работе регистрировали спектры поглощения и флуоресценции образцов воды, отобранных в экспедициях по отделяющимся водоѐмам Кандалакшского залива Белого моря, содержащих зеленые серные бактерии и криптофитовые водоросли, культур зеленых серных бактерий, выделенных из проб воды, приготавливали их ацетон-метанольные экстракты, выделяли и идентифицировали основные полосы в спектрах, на основании значений оптической плотности и интенсивности флуоресценции определяли распределение пигментов и микроорганизмов по глубине, и эти данные сопоставляли с физико-химическими характеристиками воды (температурой, соленостью, pH, содержанием растворенного кислорода и освещенностью).
1. Криптофитовые водоросли (обзор литературы)
Фототрофные микроорганизмы – такие микроорганизмы, которые способны использовать энергию солнечного излучения на биосинтетические процессы. Они делятся на две физиолого-биохимические группы: оксигенные фототрофы и аноксигенные фототрофы [1]. В процессе оксигенного фотосинтеза образуется кислород с использованием воды в качестве донора электронов; аноксигенные организмы в процессе фотосинтеза используют иные доноры: водород, сульфид, арсениты и др. Криптофитовые водоросли (Cryptophyta) – одноклеточные двужгутиковые эукариоты со специфическим составом пигментов, обладающие способностью к оксигенному фотосинтезу. Большинство криптофитовых обитают в хорошо прогревающихся слоях воды, чаще в прибрежной зоне. Они преобладают в прудах, лужах, в очистных сооружениях различных предприятий; нередко встречаются в болотах, каналах, озерах, водохранилищах; цветение криптофитовых водорослей может происходить осенью и зимой. Криптофитовые водоросли часто используют в качестве кормового объекта при выращивании личинок и моллюсков (устриц, гребешков, мидий и др.) [2]. Некоторые виды из этой группы способны при определенных условиях приостанавливать фотосинтез и переходить на гетеротрофное питание готовыми органическими веществами в виде растворенной органики или оформленных частиц, а также бактериями. Способность организмов осуществлять как автотрофный, так и гетеротрофный тип питания, называется миксотрофией. Эта особенность позволяет миксотрофным организмам существовать в условиях с переменной или слабой освещенностью, например, в нижней части фотического слоя водоемов, при избытке органики. Благодаря этому криптофитовые водоросли нередко участвуют в формировании глубинного максимума хлорофилла в морях и глубоких озерах [3].
1.1. Места обитания криптофитовых водорослей
Большинство криптофитовых обитают в широком диапазоне температур, но некоторые представители, например из рода Rhodomonas, являются холодолюбивыми, они способны развиваться на поверхности льда и снега. Криптофитовые водоросли в могут массово развиваться в озѐрах в местах с резким градиентом содержания кислорода. Еще одна особенность криптофитовых водорослей – высокая чувствительность к коротковолновому свету, которая позволяет им обитать на глубинах с меньшей освещенностью, чем у поверхности. Зимой из-за низкой интенсивности света под снежным и ледяным покровом криптофитовые водоросли сосредотачиваются вблизи поверхности водоема [4]. Весной после таяния снега и в результате резкого увеличения света они подвержены значительному световому стрессу, в результате чего происходит перемещение организмов в более глубокие воды. Известны суточные вертикальные миграции слоев с криптофитовыми водорослями с амплитудой до 5 метров [5]. Пресноводные представители криптофитовых водорослей обычно обитают в водоемах со стоячей водой (отстойники, пруды), иногда встречаются в водохранилищах и озерах. Благодаря составу пигментов и способности к миксотрофии они хорошо приспособлены к обитанию в стоячих водоемах с прозрачной водой и устойчивым градиентом плотности. Условия, подходящие для их массового развития, складываются в некоторых тропических озерах, в полярных областях, в горных районах, а также в мелких водоемах, которые принимают обогащенные органикой стоки на сельскохозяйственных территориях. В морских водоемах эти организмы распространены широко, однако массовое их развитие наблюдается крайне редко. В Белом море цветение криптомонад бывает в водоемах, отделяющимися от моря: во льду и над границей сероводородной водной массы [6]. Криптофитовые водоросли играют значительную роль в водоѐмах в круговороте кислорода, углерода, азота и фосфора, в синтезе органического вещества из минеральных веществ.