Тезисы докладов Апатиты 2016
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
АЛЬГОФЛОРЫ НЕКОТОРЫХ ИСКУССТВЕННЫХ ВОДОЁМОВ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА Бурдо А. Ю, Никитина В. Н, Павлова О. А, Николаева Е. В 1 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия e-mail: narow@yandex.ru, botsadspbgu@yandex.ru, e2405p@yandex.ru Институт озероведения РАН, Санкт-Петербург, Россия e-mail: pavlova@limno.org.ru С середины XX века проблема контроля качества воды в водоёмах крупных городов приобрела большую актуальность во многих странах Европы и Америки. Влияние урбанизированных ландшафтов – одна из наиболее глубоких, активных и комплексных форм воздействия на природные объекты, в том числе на водные системы. Большая часть случаев антропогенного эвтрофирования водных объектов была отмечена впервые именно на таких территориях. Влияние городов ведёт к тому, что нарушается естественное функционирование водных экосистем, и они превращаются в антропогенно изменённые экосистемы. Для Санкт-Петербурга в настоящее время подобные исследования весьма актуальны. Малые водоемы – озера, водохранилища, реки и другие, расположенные в черте крупных городов, наилучшим образом отражают степень загрязнения окружающей среды урбанизированных территорий, так как являются аккумулирующими звеньями гидрографической сети. Объектами исследования являлись 3 водоёма, расположенные в рекреационной зоне Фрунзенского района Санкт-Петербурга. Два из них расположены в парке Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 34 Интернационалистов (Малый и Большой пруды, а третий Большой карьер) на прилегающей к парку зелёной территории. Парк Интернационалистов является одной из немногих зелёных зон района. Пруды парка и Купчинские карьеры являются самыми большими водоёмами района – суммарно 26,3 га. Естественные водоёмы парка – остатки русла реки Волковки, которая была засыпана входе строительства района. Глиняные карьеры были вырыты впервой половине XX века в результате деятельности Кирпичного завода и после заполнились водой. Мониторинг производился в сезон 2014 года. За период наблюдений выявлена достаточно разнообразная и богатая в видовом отношении альгофлора, представленная более чем 219 видами и внутривидовыми таксонами. Цианобактерии составили 15% от общего числа видов 33 вида и внутривидовых таксона. В Малом пруду был обнаружен 31 таксон (16% от общего числа водорослей, в Большом пруду – 17 (24%) ив Большом карьере – 6 (14%). Экологические характеристики видов схожи для всех изученных водоёмов. По отношению к субстрату большинство цианобактерий относится к планктонным видам, также присутствуют планктонно-бентосные виды. Индексы сапробности большинства видов соответствуют β- мезосапробной зоне. Особый интерес представляют 2 группы видов, обнаруженные в альгофлоре изученных водоёмов сточки зрения их потенциальной опасности. Первую группу составляют 18 видов, которые могут являться возбудителями цветения воды в условиях Северо-Запада России. Кроме того, 10 из них, составляющие вторую группу, являются потенциально токсигенными. Такие виды были обнаружены во всех 3 водоёмах. Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 35 Биомасса цианобактерий значительно менялась в течение сезона ив зависимости от водоёма. В Малом пруду они доминировали в июне-августе и полностью исчезали к ноябрю. Максимум доминирования был зафиксирован в июне и составлял 92% (0,94 мг/л) от общей биомассы водорослей. В июле и августе наблюдалось цветение цианобактерий. Доминировали Dolichospermum circinale (Rabenh. ex Born. et Flah.) P. Wacklin et al. и Aphanizomenon flosaquae (L.) Ralfs ex Born. et Flah. Максимальных значений биомасса достигала в июле - 5,99 мг/л. (89% от общей биомассы. В Большом пруду наблюдалось цветение в июне. Биомасса составляла 30,33 мг/л, доминирование по биомассе 99%. Преобладал вид Dolichospermum planctonicum (Brunnth.) P. Wacklin et al. В Большом карьере биомасса цианобактерий не достигала значительных величин, и они не являлись доминантами альгофлоры. Максимальные значения приходились на июнь. Биомасса достигала 0,03 мг/л (8% от общей биомассы. Доминировал вид Dolichospermum lemmermannii f. minor (Uterm.) Beljak. К октябрю вегетация цианобактерий в Большом карьере прекратилась. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТАКСОНОМИЧЕСКОЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ ЦИАНОБАКТЕРИЙ (OSCILLATORIALES) МОЛЕКУЛЯРНО- ГЕНЕТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ Величко Н. В, Емельянова МС 1 Сaнкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия e-mail: n.v.velichko@mail.ru 2 Сaнкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия e-mail: margar9@mail.ru Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 36 Классификация цианопрокариот осложняется не только в связи с проблемой вида у прокариот, но также из- за двойственной таксономической ситуации сними в целом. Согласно Бактериологическому кодексу фундаментом в систематике прокариот является род, состоящий из одного или нескольких видов/штамов, представленных живыми культурами. Обязательное определение до уровня вида, подкрепленное гербарным образцом, связано преимущественно с традицией Международного кодекса ботанической номенклатуры. Однако ив томи в другом случае, для однозначного определения таксономического статуса морфологически сходных цианобактерий используется комплексный подход, включающий молекулярно-генетические методы. Особенно актуальными они являются в случае попыток классификации осциллаториевых цианобактерий. Согласному изданию Определителя Берги по систематике бактерий они входят в Субсекцию III (ранее пор. Oscillatoriales), который содержит 17 «форм-родов»: Oscillatoria, Leptolyngbya, Planktothrix, Arthrospira, Limnothrix, Borzia, Pseudanabaena, Geitlerinema, Spirulina, Lyngbya, Crinalium, Starria, Microcoleus, Trichodesmium, Tychonema, Symploca и Prochlorothrix. В случае ботанической классификации, количество описанных родов значительно больше. Основным диагностическим признаком рода в случае Руководства Берги..» служит морфология клеток. Однако некоторые таксономически важные признаки у осциллаториевых цианобактерий, такие как наличие/отсутствие чехла, агрегатов газовых везикула также выраженность спирализации у трихомов в лабораторных условиях могут изменяться. Наряду с этим важную роль в систематике цианобактерий играет филогенетический анализ Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 37 последовательности гена 16S рРНК. Во многих случаях для уточнения таксономического положения на уровне рода необходимо применять дополнительные методы молекулярно-генетического анализа. Так, методы ДНК- фингерпринта и рестрикционного анализа используются достаточно широко для уточнения внутриродового статуса цианобактерий. Нами был проведен морфологический, филогенетический и молекулярно-генетический анализ с целью определения таксономического статуса 30 представителей цианобактерий родов Oscillatoria, Leptolyngbya, Planktothrix, Arthrospira, Limnothrix, Pseudanabaena, Geitlerinema, Symploca и Prochlorothrix. КОНЦЕПЦИЯ ВИДА, СИСТЕМАТИКА И НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ АЛЬГОФЛОРИСТИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ ЦИАНОБАКТЕРИЙ Виноградова ОН. Институт ботаники им. Н.Г. Холодного НАН Украины, Киев, Украина e-mail: o.vinogradova@gmail.com Cинезеленые водоросли (Cyanoprokaryota, Cyanobacteria, Cyanophyta) известны своей уникальной функционально-биологической организацией и важной ролью вводных и наземных экосистемах. Сочетание прокариотического строения клетки со способностью к оксигенному фотосинтезу и фиксации атмосферного азота делает их наиболее значимыми первичными продуцентами на Земле. Вода, как основная среда обитания и донор электрона при фотосинтезе объединяет про- и Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 38 эукариотические водоросли в общую эколого- биологическую группу, изучением которой традиционно занимается специальный раздел ботаники – альгология. Концепция вида, принципы систематики и методы оценки их разнообразия долгое время развивались в русле общеботанических подходов, однако за прошедшие полвека претерпели радикальные изменения. Признание бактериальной природы синезеленых водорослей инициировало поиск новых признаков для их таксономического разграничения, нов итоге не привело к окончательному переходу на бактериологический стандарт вида, который опирается на аксенический штамма главным критерием является генетическое сходство/различие, порог которого зависит от использованных молекулярных методов и для которого монофилия не является необходимым требованием. Было признано, что исследования, выполненные на культуральном материале, и учитывающие только молекулярные данные, дают неполное представление о существующих генотипах и их распространении в разнообразных экосистемах, не учитывают морфологическую изменчивость in situ и непрерывный процесс адаптации и возникновения новых цианобактериальних эко- и морфотипов (Wilmotte, Golubič, 1991; Komárek, Časlavská, 1991; Komárek, Kaštovský, 2003; Hoffmann et al., 2005). На смену классической концепции вида у синезеленых водорослей, в основе которой лежали морфологические и отчасти экологические отличия, которые к тому же служили источником описания многочисленных внутривидовых единиц, пришла монофилетическая концепция вида. Было предложено рассматривать вид как группу популяций (штаммов, принадлежащих к одному генотипу, имеющую стабильные Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 39 четко очерченные фенотипические признаки и одинаковые экологические требования (Komárek, Anagnostidis, 2005), те. наименьшую монофилетическую группу, обладающую аутапоморфией (Johansen, Casamatta, 2005). Такой подход позволяет по-прежнему работать в рамках Ботанического кодекса (на чем в свое время настаивала Н.В. Кондратьева). Большинство современных таксономических исследований цианобактерий сочетают молекулярно-генетические, морфологические и экологические наблюдения с последующим филогенетическим анализом, благодаря чему активно обновляется систематическая структура отдела и создаются предпосылки для создания новой классификационной системы, предварительный вариант которой недавно опубликован (Komárek et al., 2014). При этом ее авторы подчеркивают, что до того, как будет накоплено достаточно данных для создания филогенетической системы цианобактерий, любые ныне принятые таксоны рангом выше рода следует рассматривать как предварительные. Поэтому попытки анализировать систематическую структуру цианобактерий на уровне классов, порядков и семейств противоречат современным подходам к систематике этой группы. Это важное обстоятельство не должно игнорироваться при проведении альгофлористических и гидроэкологических исследований. Природные популяции остаются основным источником наших знаний о разнообразии цианобактерий, поэтому наша главная задача – это корректная идентификация с учетом монофилетической концепции вида, внимание к деталям морфологии и экологическим условиям местообитания. Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 40 ЦИАНОБАКТЕРИИ И ИХ МЕТАБОЛИТЫ В ЭВТРОФНЫХ ВОДОЕМАХ Г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГА Воякина ЕЮ, Чернова Е. Н, Русских Я. В, Жаковская ЗА. ФГБУН Санкт-Петербургский научно- исследовательский центр экологической безопасности РАН, Санкт-Петербург, Россия e-mail: katerina.voyakina@gmail.com Со второй половины XX века вследствие интенсивного развития промышленности и сельского хозяйства усиливается антропогенное эвтрофирование водоемов, что в свою очередь приводит к нарушению экологического баланса и массовому развитию отдельных видов водорослей (или цветению. При современном состоянии водных экосистем это явление становится все более частым. Отрицательные последствия антропогенного эвтрофирования проявляются преимущественно в массовой вегетации в озерах планктонных водорослей, которые вызывают появление неприятных запаха и вкуса воды, увеличение содержания в ней органического вещества. Исследование проводили в пресноводных акваториях, различающихся по лимнологическим параметрам, трофическому статусу от мезотрофных до гиперэвтрофных), структуре фитопланктона, спектру и концентрации цианотоксинов, с июня по сентябрь 2008 - 2015 гг. в водоемах г. Санкт-Петербурга со значительной рекреационной нагрузкой (оз. Сестрорецкий Разлив и оз. Нижнее Суздальское. Для определения индивидуальных соединений цианотоксинов использовали комплексный метод жидкостной хроматографии - тандемной масс Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 41 спектрометрии на хромато-масс-спектрометре LTQ Orbitrap (Finnigan) с линейной и орбитальной ловушками в режиме электроспрей - ионизации (ESI+) и времяпролетном хромато-масс-спектрометре LCMS-IT-TOF фирмы «Shimadzu». Характеристичные масс-спектры аналитов зарегистрированы в условиях масс-спектрометрии высокого разрешения и тандемной масс-спектрометрии. Параллельно с исследованием природной воды изучали и биомассу цианобактерий. Для экстракции внутриклеточных токсинов из образцов биомассы необходимо разрушение клеточной стенки бактерий, что достигается либо лиофиллизацией, либо многократным замораживанием- размораживанием образца с последующей экстракцией. В составе альгофлоры исследованных озер было обнаружено 155 таксонов рангом ниже рода, относящихся к 9 отделам. По числу видов преобладали зеленые, синезеленые (цианобактерии, эвгленовые и диатомовые водоросли. Все исследованные акватории в период максимального прогрева воды характеризовались высокими значениями биомассы фитопланктона, особенно цианобактерий. Среднемноголетнее значение биомассы фитопланктона воз. Сестрорецкий Разлив было 28,2 мгла воз. Нижнее Суздальское – 63,0 мг/л. Кроме того, на всех участках доминировали потенциально токсичные виды цианобактерий. Состав доминирующих видов в этих озерах несколько различался. Так, если воз. Сестрорецкий Разлив видами-доминантами были потенциально токсичные виды Aphanizomenon flos-aquae и виды рода Microcystis, тов оз. Нижнее Суздальское чаще всего в состав доминант входили Planktothrix agardhii и Aphanizomenon flos-aquae. В сезонной динамике фитопланктона воз. Сестрорецкий Разлив в разные годы было характерно наличие одного летнего пика, связанного с вегетацией цианобактерий. В Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 42 целом за период исследования состав видов – доминант воз. Нижнее Суздальское был более разнообразен, чем воз. Сестрорецкий Разлив. Воз. Нижнее Суздальское также наблюдался один пик вегетации фитопланктона, за счет активного развития цианобактерий, динофитовых, криптофитовых и зеленых водорослей. Наибольшее число различных видов метаболитов цианобактерий (18) было обнаружено воз. Сестрорецкий Разлив. В течение сезона 2014 г. воз. Нижнее Суздальское регистрировалось постоянное присутствие вводе анатоксина-а. Максимальная концентрация микроцистинов вводе была отмечена в июле 2014 г. воз. Сестрорецкий Разлив (8,2 мкг/л), а максимальная концентрация анатоксина-а - вначале июля 2014 г. воз. Нижнее Суздальское (1,7 мкг/л). В 2015 г. концентрация цианотоксинов вводе исследуемых озер была очень низкой. ГЕНОТИПЫ ПОТЕНЦИАЛЬНО ТОКСИГЕННЫХ ЦИАНОБАКТЕРИЙ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ Гаврилова О. В. Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра микробиологии, Санкт-Петербург, Россия e-mail: avanti1958@inbox.ru Многие одноклеточные и нитчатые цианобактерии образуют микроцистины, или циклические олигопептиды, обладающие гепатотоксической активностью. За их нерибосомный биосинтез отвечает кластер mcy, состоящий из 9–11 генов. Токсигенность является штаммовым признаком – кластер mcy может быть полностью или частично утрачен входе микроэволюции. В то время как его Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 43 строение различается у представителей разных таксонов цианобактерий, в нем имеются консервативные гены mcyA, mcyB, mcyD и mcyE, которые используются в качестве молекулярных маркеров при мониторинге токсигенных штаммов. Эвтрофикация водоемов, дефицит осадков, повышение температуры воды стимулирует цветение цианобактерий, повышая риск прямого контакта человека и животных с токсигенными штаммами, мониторинг и анализ генов mcy на материале России становится все более актуальным. Методом ПЦР с использованием специфичных праймеров выявлены ключевые гены кластера mcy в образцах планктона озер Ладога, Онего, Байкала также в малых водоемах Южного Урала, Прибайкалья, Северо- Запада и Центральной части России (причем как в эвтрофных, таки в ультра-олиготрофных зонах. Сравнение реконструированных нуклеотидных последовательностей генов mcy с базами данных указывает на их принадлежность роду Microcystis, как основного носителя кластера mcy. Вместе стем, анализ лабораторных штаммов, выделенных из тех же самых местообитаний, свидетельствует о наличии этого кластера и у других родов одноклеточных и трихомных цианобактерий. Самым распространенным в исследованных регионах является ген mcyA. Последовательности генов mcy группируются на дендрограмме в кластеры, частично отражающие географические области сбора проб, что указывает на возможность их горизонтального переноса. Систематические исследования помогут дать ответ на вопрос, получают ли штаммы - носители генов mcy какие- либо преимущества в условиях эвтрофикации. Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 44 ЦИАНОБАКТЕРИИ И ЧЛЕНИСТОНОГИЕ ПРОБЛЕМЫ МЕЖВИДОВЫХ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ Гольдин Е. Б. Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского – Академия биоресурсов и природопользования Симферополь, Республика Крым, Россия e-mail: evgeny_goldin@mail.ru Цианобактерии (Ц) и членистоногие (Ч) входят в число важнейших компонентов наземных и водных экосистем. Взаимоотношения между ними носят сложный и разнообразный характер и включают несколько комплексов, не выраженных как структуры с четко обозначенными границами. В природных и искусственных экосистемах наблюдаются различные варианты их сочетаний и/или переходы одной формы взаимоотношений в другую. 1. Трофический (растительноядный. Трофические связи между Ц и Ч присутствуют повсеместно. Ц служат базовым звеном в пищевых цепях водных и почвенных Ч и участвуют в процессах саморегуляции природных экосистем. Разные способы питания, способность к массовому размножению, существование токсичных и нетоксичных штаммов, позволяют Ц (например, Microcystis aeruginosa) использовать экологические механизмы и выполнять определенные функции в пищевых цепях. 1.1. Фагостимулирующий. Наблюдается избирательность питания растительноядных организмов некоторыми видами Ц (species-specific feeding). Одни виды Ц активно поглощаются ракообразными, клещами и насекомыми, другие игнорируются. Отмечено Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 45 стимулирующее действие некоторых Ц и их метаболитов нарост и развитие ряда насекомых. 1.2. Детеррентный (антифидантный). Подавление трофической функции проявляется в полном или частичном прекращении питания. Личинки и гусеницы младших возрастов растительноядных насекомых в модельных экспериментах практически не питаются, а старших – поглощают корма в 2-3 раза меньше, чем контрольные особи 1.3. Трансмиссионный. Ц способны к передаче микроцистина и других токсинов по пищевой цепи через водные организмы, включая Ч (крабы, из пресноводных местообитаний с нижних трофических уровней к вершине пищевой пирамиды в морской среде. Таким образом, Ц связывают организмы различного эволюционного уровня, – от первичных продуцентов до вершины трофической пирамиды, – обитателей пресных и морских водоемов и прибрежной зоны, гидросферы и суши, и оказывают влияние на динамику ряда процессов, происходящих в окружающей среде. 2. Защитный («аллелопатический», репеллентный). Продуцирование и выделение в окружающую среду биологически активных метаболитов, безопасных для хозяина, но направленных на прямое или косвенное отпугивание и/или угнетение Ч-фитофагов. В отличие от известных токсинов Ц, поражающих теплокровных животных и гидробионтов вовремя «цветений» воды, они не вызывают летальный эффект непосредственно, но оказывают многостороннее влияние на физиологические функции целевого объекта. Защитные реакции Ц сходны с проявлениями ингибирующей активности макрофитов по отношению к растительноядным консументам, или наземных растений, продуцирующих аллелохимические Цианопрокариоты (цианобактерии систематика, экология, распространение 46 вещества для зашиты от Ч-фитофагов. Генетическое и фенотипическое разнообразие на популяционном уровне способствует формированию у Ц своеобразных защитных механизмов против выедания («grazing»). Существуют свидетельства роста биоцидности или токсичности у Ц как реакции на появление в экосистеме растительноядных организмов-Ч («grazers»). 3. Биоцидный. Активное продуцирование биологически активных и/или токсичных веществ, приводящее к прямому или опосредованному (через накопление в других организмах) патологическим или летальным последствиям в отношении Ч. Эти вещества оказывают многостороннее влияние на жизненные функции растительноядных Ч, вызывая ингибирующие эффекты, ноне гибель, и служат важным инструментом в межвидовых взаимоотношениях вводных и наземных экосистемах. Активный комплекс включает физиологические, тератогенные, дерепродукционные, патологические и элиминационные компоненты, действующие параллельно, и отражающиеся не только на личинках, подвергшихся непосредственному воздействию, но и на последующих фазах развития, что проявляется в росте уязвимости и смертности Ч. |