Новости

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В.ЛОМОНОСОВА
Биологический факультет

На правах, рукописи УДК 574.583:581.133.1

УЛАНОВА
Анастасия Юрьевна

Фотосинтетическая активность, динамика численности и
взаимодействие морских планктонных водорослей при
ассимиляции органического азота

Специальность 03.00.18. Гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук

Москва
2005

Работа выполнена на кафедре гидробиологии биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель:
     доктор биологических наук, Л.В. Ильяш

Официальные оппоненты:
     доктор биологических наук, А.П. Садчиков
     кандидат биологических наук, А.Ф. Сажин

Ведущая организация: Московский государственный университет технологии и управления

Зашита диссертации состоится 3 марта 2005 г. в 15 часов 30 мин на заседании диссертационного совета Д.501.001.55 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова, по адресу: 119992, г. Москва, Воробьевы горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, аудитория 389

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Автореферат разослан "    " 2005 года

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Первичная продукция в большинстве районов Мирового океана ограничена недостатком азота (Gilbert, 1988). Азотное лимитирование приводит к снижению эффективности и интенсивности световых реакций фотосинтеза, уменьшению скорости фотосинтетической фиксации углерода и популяционного роста водорослей (Falkowski, Raven, 1997). В условиях недостатка минерального азота возрастает значимость потребления планктонными водорослями растворенного органического азота (Nорг). При обширном объеме сведений о способности различных водорослей ассимилировать тот или иной содержащий азот органический субстрат (Antia et al., 1991), данные о динамике фотосинтетической активности и, в частности, световых реакций фотосинтеза, при потреблении органического азота практически отсутствуют. Оценка соотношения интенсивностей световых реакций фотосинтеза при минеральном и органическом источниках азота является принципиально важной задачей для продукционной гидробиологии, поскольку именно в результате световых реакций внешняя (солнечная) энергия поступает в водные экосистемы.

В природных экосистемах уровень N_орг в среде изменяется значительно как во временном, так и пространственном масштабах. Значимую долю в К_орг составляют вещества, которые планктонные водоросли способны ассимилировать. Например, в летний период доля азота мочевины в суммарном содержании N_орг может достигать 48%, а доля азота свободных аминокислот - более 25% (Flynn, Butler, 1986). В природных экосистемах фитопланктон в поверхностном слое испытывает стресс фотоингибирования, на промежуточных глубинах фотической зоны освещенность близка к насыщающему фотосинтез уровню, на нижней границе фотической зоны освещенность лимитирует фотосинтез. Различная обеспеченность фитопланктона световой энергией, а также зависимость скорости потребления водорослями мочевины и аминокислот от освещенности выдвигают в качестве актуальных задач оценку динамики биомассы и фотосинтетической активности у водорослей, ассимилирующих органический азот при разных уровнях освещенности.

Существование любой популяции, в том числе и популяций планктонных водорослей, определяется не только совокупностью абиотических факторов, но и биотическими условиями среды, важнейшей составляющей которых являются конкурентные взаимодействия между популяциями фитопланктона. Конкурентные взаимодействия между популяциями водорослей зависят от их обеспеченности компонентами минерального питания, и в частности, от того, какой минеральный ресурс лимитирует развитие водорослей (Tilman, 1982). С другой стороны, способность водорослей расти за счет ассимиляции органических субстратов в условиях недостатка минеральных компонентов дает основание предполагать, что между популяциями фитопланктона существуют конкурентные отношения и за органические ресурсы. Если взаимодействие водорослей при ассимиляции органического ресурса проявляется в виде эксплуатационной конкуренции, тогда закономерно возникает вопрос о соотношении конкурентных параметров популяций при эксплуатации органического и минерального ресурсов.

Таким образом, для понимания закономерностей формирования видовой структуры фитопланктона и первичной продукции в водных экосистемах, а также для определения факторов, определяющих сезонную изменчивость и пространственную неоднородность фитопланктона, необходимо выявление особенностей динамики биомассы, фотосинтетической активности и взаимодействия популяций планктонных водорослей при ассимиляции органических субстратов. Особую актуальность такой подход приобретает в свете ежегодного возрастания количества поступающего в водные экосистемы органического азота антропогенного происхождения (Seitzinger, Sanders, 1999).

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - выявление особенностей динамики численности, фотосинтетической активности и взаимодействия морских планктонных водорослей Tetraselmis viridis, Thalassiosira weiss/logii и Pseudo-nitzschia delicatissima при ассимиляции органического азота в условиях лимитирующей и насыщающей фотосинтез освещенности. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

1. Оценка и сравнительный анализ динамики численности водорослей T.viridis, T.weissflogii и P.delicatissima при ассимиляции мочевины, глицина, нитратов и аммония в условиях лимитирующей и насыщающей фотосинтез освещенности.
2. Оценка и сравнительный анализ параметров, характеризующих фотосинтетическую активность водорослей T.viridis, T.weissflogii та. P.delicatissima при ассимиляции мочевины, глицина, нитратов и аммония в условиях лимитирующей и насыщающей фотосинтез освещенности.
3. Оценка и сравнительный анализ конкурентных параметров водорослей T.viridis, T.weissflogii и P.delicatissima при совместном росте с использованием в качестве единственного источника азота мочевины или нитратов в условиях лимитирующей и насыщающей фотосинтез освещенности.

Научная новизна работы. Установлено, что морские планктонные водоросли T.viridis, T.weissflogii и P.delicatissima ассимилируют органические формы азота как на свету, так и в темноте, и способны расти с использованием мочевины и глицина в качестве единственного источника азота. Ассимилированный азот мочевины, глицина и нитратов одинаково эффективно используется на рост как при лимитирующей, так и при насыщающей фотосинтез интенсивности света.

Показано, что у водорослей T.viridis, T.weissflogii и P.delicatissima за счет ассимиляции мочевины и глицина происходит увеличение относительного выхода переменной флуоресценции, содержания фотосинтетических пигментов, коэффициента максимальной утилизации световой энергии, максимальной относительной скорости электронов по электрон транспортной цепи, насыщающей интенсивности света, скорости фотосинтетической фиксации углерода и фотосинтетического выделения кислорода, повышаются устойчивость к фотоингибированию и способность к восстановлению после ингибирования сильным светом. Выявлена видоспецифичная зависимость относительного выхода переменной флуоресценции, скорости синтеза фотосинтетических пигментов, скорости фотосинтетической фиксации углерода и фотосинтетического выделения кислорода от источника азота, его концентрации и освещенности.

Установлено, что при совместной эксплуатации органического азота (мочевины) взаимодействие между популяциями T.viridis, T.weissflogii и P.delicatissima так же как и при потреблении минерального ресурса (нитратов), соответствует конкурентным отношениям. Впервые показано, что конкурентный эффект популяций видоспецифично зависит от источника азота и уровня освещенности, тогда как устойчивость к конкурентному вытеснению от источника азота и уровня освещенности не зависит.

Практическая значимость. Результаты могут быть использованы при оценке продукционно-деструкционньгх процессов в водоемах, а также при прогнозировании изменений состояния водных экосистем в условиях загрязнения среды. Результаты работы могут найти применение при решении таких фундаментальных задач гидробиологии и экологии, как выявление механизмов формирования видовой структуры и поддержания видового разнообразия фитопланктона, выявление направления и движущих факторов сукцессии, создание и управление искусственными сообществами с заданными свойствами и др.

Апробация работы. Результаты работы доложены на Y Всероссийской конференции по водным растениям 'Гидроботаника 2000' (Борок, 2000), конференции 'Горизонты физико-химической биологии' (Пущино, 2000), VIII съезде гидробиологического общества РАН (Калининград, 2001), XII международной конференции молодых ученых 'Биология внутренних вод: проблемы экологии и биоразнообразия' (Борок, 2002), международной научно-практической конференции МГУ-СУНИ 'Человечество и окружающая среда' (Москва, 2004), на научных семинарах кафедры гидробиологии Биологического факультета МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав (обзор литературы, материалы и методы, результаты и обсуждение), заключения, выводов, списка литературных источников, включающего 386 наименований. Работа изложена на 107 страницах, иллюстрирована 29 рисунками и 14 таблицами.