Введение к работе
Актуальность проблемы. Фенотипическое разнообразие популяций - это одна из фундаментальных особенностей их организации. Систематические исследования внутривидовой изменчивости особей привели к возникновению таких широко известных направлений современной биологии, как популяционная генетика, популя-ционная биометрия, фенетика популяций (Тимофеев - Ресовский и др., 1973; Яблоков,1980; Животовский,1991). Внутрипопуляционная неоднородность (гетерогенность) особей, как морфологическая, так и физиологическая, может служить не только одной из многих экологических характеристик популяции, но и должна быть чрезвычайно чувствительным показателем состояния этой популяции, ее жизнеспособности и устойчивости к внешним воздействиям.
Между тем, при изучении популяций микроорганизмов, в частности микроводорослей, количественное описание ответных реакций микроводорослей на внешние воздействия ограничивается обычно регистрацией суммарных, интегральных показателей, таких как численность и биомасса, скорость фотосинтеза в популяции, содержание пигментов и т.п. Это связано, конечно, с очевидными методическими трудностями в измерении соответствующих индивидуальных характеристик клеток.
Современные микроспектрофотометрические и микрофлуори-метрические методы позволяют определять содержание фотосинтетических пигментов и оценивать эффективность процессов фотосинтеза в каждой отдельной клетке. Благодаря этим методам открывается путь к внедрению в экспериментальную альгологию подходов и методов фенетики популяций и популяционной биометрии. В част-
пости, оказывается возможным изучить своего рода функциональную структуру популяции, т.е. закономерности распределения клеток в культуре водорослей по фотосинтетической активности и характеристикам функционирования их фотосинтетического аппарата. Для такого исследования особенно перспективной представляется регистрация кривых индукции флуоресценции, форма которых является интегральным показателем состояния фотосинтетического аппарата клетки (Уокер,1989; Bradbury, 1984).
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы было изучение функциональной структуры популяции микроводорослей по параметрам кривых индукции флуоресценции хлорофилла, полученных от отдельных клеток и обоснование рекомендаций к использованию микрофлуориметрического метода в работах по мониторингу водных экосистем.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
1). Разработать метод классификации кривых индукции флуоресценции хлорофилла, полученных от отдельных клеток популяции микроводорослей, по их параметрам.
2). Провести анализ структуры и динамики популяции микроводорослей в различных условиях среды.
3). Оценить возможность использования разработанных методических приемов для оценки состояния природных популяций микроводорослей.
Научная новизна. Впервые проведен анализ и классификация кривых индукции флуоресценции хлорофилла отдельных клеток микроводорослей с целью выяснения функционального состояния популяции. Предложен математический алгоритм для классифика-
ции индукционных кривых, позволяющий изучать структуру популяции микроводорослей как в условиях выращиваемой культуры, так и в природных условиях. Показано, что соотношение разных типов индукционных кривых в процессе роста культуры меняется. Исследовано воздействие ингибиторов фотосинтеза, используемых в качестве гербицидов - диурона и метнлвиологена на форму кривых индукции флуоресценции хлорофилла.
Впервые проведен анализ состояния природных популяций микроводорослей путем измерения кривых индукции флуоресценции хлорофилла отдельных клеток популяции. Показана возможность использования микрофлуориметрического метода измерения индукционных кривых для изучения состояния природных популяций микроводорослей.
Практическое значение. На основании полученных в работе результатов предложен метод оценки состояния природных популяций мнкроводорослей. С помощью предложенного математического алгоритма исследованы различные формы кривых индукции флуоресценции хлорофилла и проведена их классификация.
Полученные данные расширяют возможности применения микрофлуориметрического метода для оценки природного состояния среды и могут служить методической основой для экологического мониторинга популяций микроводорослей.
Апробация работы. Основные рультаты работы были доложены на заседании секции биофизики Московского общества испытателей природы (2 марта 1995г.). Обсуждены на научных семинарах кафедры биофизики Биологического факультета МГУ; на ежегодном симпозиуме Общества физиологов растений в г. Пенза (6 февраля 1996 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методики работ, 3 глав по результатам исследований, обсуждения, заключения, выводов, списка литературных источников, включающем НО наименований. Работа изложена на tZX страницах машинописного текста, иллюстрирована 14 рисунками и /о таблицами.