Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Хемотаксономическое значение жирных кислот в биологических исследованиях 7
1.1. Особенности биосинтеза и состав жирных кислот у различных организмов 9
1.1.1. Биосинтез жирных кислот у бактерий 10
1.1.2. Биосинтез жирных кислот у фотосинтезирующих прокариотических и эукариотических организмов 14
1.1.3. Биосинтез жирных кислот у животных 22
1.2. Информативность маркерных жирных кислот для определения источников органического вещества в сестоне водоемов 27
1.3. Методы исследования спектров питания гидробионтов 29
1.3.1. Классические гидробиологические методы 30
1.3.2. Использование маркерных жирных кислот для определения спектров питания гидробионтов 34
1.4. Значение биохимического качества пищи для зоопланктона 34
Резюме 37
Глава 2. Районы работ и методы исследований 39
2.1. Районы работ 39
2.1.1. Водохранилище на р.Бугач 39
2.1.2. Средний Енисей 41
2.2. Методы полевых исследований и камеральной обработки проб 42
2.3. Методика определения жирных кислот и идентификации метиловых эфиров жирных кислот 45
2.4. Статистическая обработка результатов 49
Глава 3. Маркерное значение жирных кислот для определения вклада таксономических групп фитопланктона в органическое вещество сес гона эвтрофного водохранилища 50
3.1 Сезонная динамика содержания жирных кислот в сестоне водохранилища Бугач 50
3.2. Корреляционный анализ концентраций жирных кислот сестона и биомассы фитопланктона водохранилища Бугач 59
Резюме 65
Глава 4. Определение основных источников питания зоопланктона на основе анализа маркерных жирных кислот 66
4.1. Информативность состава жирных кислот гриацил глицеринов и полярных липидов сестона водохранилища Бугач при анализе спектра питания микро- и мезозоопланктона 66
Резюме 88
Глава 5. Определение основных источников питания доминантов зообентоса бассейна енисея на основе анализа маркерных жирных кислот 89
5.1. Исследование спектров питания и выявление особенности биосинтеза жирных кислот у бентосных беспозвоночных литорали р. Енисей 89 Резюме 98
5.2. Сравнение спектров питания и выявление особенностей биосинтеза жирных кислот двух популяций Gammarus lacustns из водохранилища Бугач и соленого оз. Шира 99
Резюме 108
Выводы 109
Список литературы 111
- Биосинтез жирных кислот у фотосинтезирующих прокариотических и эукариотических организмов
- Методы полевых исследований и камеральной обработки проб
- Корреляционный анализ концентраций жирных кислот сестона и биомассы фитопланктона водохранилища Бугач
- Информативность состава жирных кислот гриацил глицеринов и полярных липидов сестона водохранилища Бугач при анализе спектра питания микро- и мезозоопланктона
Введение к работе
Водные экосистемы являются важной частью биосферы. В настоящее время в условиях возрастающей антропогенной нагрузки, получение адекватных знаний о механизмах функционирования водных экосистем становится особенно актуальной задачей. В современных гидроэкологических исследованиях все чаще применяют системный подход, т.е. рассмотрение функционирования целостной надор-ганизменной системы (Гладышев, 1999). Необходимой составляющей данных исследований является изучение трофометаболических взаимодействий между популяциями, в том числе - питания водных животных.
Спектры питания гидробионтов изучают путем визуального анализа содержимого кишечников гидробионтов, счетным методом учета концентраций частиц в среде до и после того, как в ней находились подопытные животные, радиоизотопным методом (DeMott, 1986; Knisely, Geller, 1986; Sorokin, 1986; Гутельмахер и др., 1988; Крючкова, 1989; Bern, 1990). Все перечисленные выше методы обладают теми или иными недостатками, часть которых может быть устранена с помощью применения дополнительных современных методик исследования питания водных животных. В настоящее время активно развиваются методы, основанные на применении биохимических маркеров
Биохимический состав различных компонент водных экосистем имеет большое маркерное значение для определения источников органического вещества и отслеживания траектории его переноса по трофическим цепям в водоеме (Currie, Johnes 1988; Claustre et al., 1988/89; Mancuso et al., 1990). Одним из наиболее информативных показателей является состав жирных кислот (ЖК) разных классов липидов. Разные таксономические группы организмов имеют разные маркерные ЖК (Erwin, 1973; Shaw, 1974; Claustre et al., 1988/1989; Napolitano, Ackman, 1989;
Reemtsma et. al., 1990; Ahlgren et al., 1992; Robin, 1995; Desvilettes et al., 1997; Oltra et al., 2000).
Состав ЖК основных фракций липидов сестона, таких как іриацилглицериньї (ТАГ) и полярные липиды (ПЛ), позволяет судить о конкретных группах организмов и возможных трофических взаимодействиях в экосистеме. Фракция ПЛ присутствует у всех гидробионтов, а ЖК состав ПЛ формируется главным образом за счет собственного биосинтеза организмов (Napolitano, Ackman, 1989). Интенсивное накопление ТАГ характерно только для животных (Desvilettes, 1997). Поскольку известно, что ЖК фракция ТАГ у животных происходит большей частью из пищи, то представляется весьма перспективным использовать ее для оценки источников ассимилируемой пищи (Desvilettes, 1997).
Цель диссертационной работы. Изучить спектры питания некоторых массовых видов и групп водных беспозвоночных бассейна Енисея с использованием ЖК-маркеров.
Основные задачи:
Определить ЖК-маркеры основных отделов микроводорослей в планктоне пресноводного вдхр. Бугач.
Установить источники питания и сезонные изменения спектров питания доминирующих видов микро- и мезозоопланктона из вдхр. Бугач на основе маркерных ЖК сестона эвтрофного водоема.
Исследовать спектры питания основных групп бентосных беспозвоночных р. Енисей с помощью ЖК-маркеров.
Провести сравнительный анализ ЖК состава и спектров питания популяций Gammarus lacustrh Sars из пресноводногоиводохранилища Бугач и соленого оз. Шира.
Автор выражает глубокую признательность к.б.н. Н.Н. Сущик за ценные консультации при проведении биохимических анализов и обсуждении результатов. Автор выражает искреннюю благодарность к.б.н. О.П. Дубовской за помощь при обработке проб зоопланктона. Автор благодарен д.б.н. Л.А.Ивановой и к.б.н. Л.С. Кравчук за любезно предоставленные данные по фитопланкюну из вдхр. Бугач (2000-2002 гг.) и к.б.н. М.Ю. Трусовой за данные по бактериопланктону вдхр. Бугач 2001 г. Автор благодарен Е.Б. Хромечек за любезно предоставленные данные по простейшим из вдхр. Бугач 2001 і., и к.б.н. А.Ю. Емельяновой за данные по составу ЖК тел гаммарусов, содержимого их кишечников, сестону и донных отложений из оз. Шира. Автор благодарит сотрудников лаборатории экспериментальной гидроэкологии и лаборатории аналитической химии Института биофизики СО РАН за неоценимую помощь в выполнении данной работы.
Биосинтез жирных кислот у фотосинтезирующих прокариотических и эукариотических организмов
Биосинтез жирных кислот у фотосинтезирующих организмов, как прокариотических (цианобактерии), так и эукариотических (водоросли и высшие растения) в целом схож (рис. 1.2) (Tocher et al., 1998), но в то же время имеет и некоторые специфические особенности. У цианобактерии биосинтез насыщенных ЖК осуществляется на АПБ, далее С16 и С18 ЖК переносятся трансферазами на фосфо- и гликолипиды, а все дальнейшие реакции встраивания двойной связи происходят исключительно на ацильных остатках липидов в аэробных условиях (Harwood, Jones, 1989; Los, Murata, 1998; Tocher et al., 1998). Трансферазы цианобактерии, как и трансферазы, локализованные в хлоропластах у эукариот, обладают характерной субстратной специфичностью и встраивают в sn-2 положение глицеринового основания липидов только ЖК с 16 углеродными атомами, формируя липиды "прокариотної о" типа (Joyard et al., 1998; Los, Murata, 1998). Необходимо отметить, что у эукариот имеются еще и микросомальные трансферазы, которые встраивают в sn-2 положение глицеринового основания липидов жирные кислоты с 18, 20 и 22 углеродными атомами, формируя липиды "эукариотного" типа.
Возможные пути биосинтеза основных ЖК у фотосинтезирующих организмов (цианобактерий, водорослей, высших растений). На стрелках обозначены соответствующие ферменты: ACP-synt - АПБ-синтаза, AxD - десатураза, специфичная к положению от карбоксильного конца, coxD - десатураза, специфичная к положению от метильного конца молекулы, АхЕ - элонгаза, специфичная к ЖК с двойной связью в данном положении, -2С - пероксисо-мальный комплекс, отвеїственньїй за (3-окисление (по Moore, 1993; Wada et al., 1993; Harwood, 1996; Los, Murata, 1998; Tocher et al., 1998; Domergue et al., 2002) Таким образом, у цианобактерий все липиды относятся к "прокариотному" типу, тогда как у водорослей и высших растений "прокариотными" являются только липиды, синтезированные в хлоропластах (Harwood, 1996).
Дальнейшая модификация ЖК-остатков в липидах цианобактерий представляет собой последовательное встраивание двойных связей ферментами де-сатуразами, обладающими субстратной специфичностью к строго определенным участкам углеродной цепи, а также к наличию предшествующих двойных связей, и к положению молекулы ЖК на глицериновом основании полярного липида (Wada et al, 1993; Лось, 1997; Los, Murata, 1998).
По составу десатураз в настоящее время выделяют пять групп цианобактерий. Первая группа содержит только десатуразу А9; вторая - Д9 и А12; третья - А9, А12 и соЗ; четвертая - А9, А12 и А6, и пятая - А9, А12, соЗ и А6 (Tocher et al., 1998). Увеличение количества ненасыщенных ЖК глицеролипидов мембран цианобактерий происходит при понижении температуры внешней среды. На примере А12 десатуразы было выяснено, что такое увеличение происходит за счет ускорения синтеза фермента de novo. (Los, Murata, 1998).
У фотосинтезирующих эукариот биосинтез насыщенных и моноеновых ЖК происходит в хлоропластах на АПБ. Встраивание первой двойной связи выполняет главным образом А9 АПБ-десатура а (рис. 1.2). Ацил-АПБ десату-раза более специфична к стеароил-АПБ, поэтому в клетке чаще всего отношение С18:1 /С 16:1 больше единицы. Дальнейшее встраивание двойных связей в жирные кислоты происходит после включения ЖК в состав сложных липидов в хлоропластах (прокариотический путь) или в эндоплазматическом ретикулуме (эукариотический путь). Перенос жирнокислотных остатков с АПБ в сложные липиды хлоропластов (в основном в галактолипиды и фосфотидилглицерин) осуществляют специфические трансферазы (Joyard et al., 1998; Slabas et al., 2001). У фотосинтезирующих эукариот существует альтернативный путь биосинтеза ЖК. Фермент теоэстераза отщепляеі от ацил-АПБ жирную кислоту, которая транспортируется через мембрану хлоропласта в цитоплазму. Теоэсте раза обладает наибольшим субстрагным родством к олеил-АПБ, поэтому в цитоплазму преимущественно переносится олеиновая кислота. Загем микросо-мальные трансферазы встраивают ЖК в фосфолипиды эндоплазматического ретикулума и других мембран.
В клетках происходит обмен продуктами биосинтеза между прокариоти-ческим и эукариотическим путями встраивания двойной связи в ЖК. Полиненасыщенные ЖК в составе диацилглицеринов транспортируются в хлоропласта из цитозоля и обратно. У ряда растений более активны хлоропластные десатуразы, и, соответственно, в клетках образуется много С16 полиненасыщенных ЖК, занимающих sn-2 положение в глицеролипидах (Thompson, 1996). У растений с доминированием микросомальной десатурации ЖК, наоборот, преобладают С18 ПНЖК. У большинства эукариошческих водорослей прокарио-тический путь встраивания двойных связей в ЖК является основным, тогда как у многих высших растений преобладает эукариотический путь.
У фотосинтезирующих эукариот обнаружено большое число десатураз, разделяемых на три основных типа по региоселективности (местоположению встраиваемой двойной связи) относительно карбоксильного конца молекулы (А десатуразы); метильного конца молекулы (со десатуразы) и положения имеющейся двойной связи (Meesapyodsuk et al., 2000). У исследованных видов водорослей и высших растений были идентифицированы следующие мембрансвя-занные десатуразы А12, А7 (только с С16 ЖК), А6, А5, соЗ и соб (рис. 1.2) (Moore, 1993). Образование длинноцепочечных кислот из С18 ЖК осуществляется в микросомах растений путем чередования реакций десатурации (встраивание двойной связи) и элонгации (удлинение углеродной цепи) (Harwood, 1996).
Для каждого отдела водорослей характерен свой специфичный набор ферментов для синтеза жирных кислот, который определяет специфичный состав ЖК водорослей. Эти ЖК широко используются в качестве маркеров отделов водорослей в различных биологических исследованиях. Однако, разные виды одного и того же отдела водорослей могу г иметь разный спектр жирных кислот. В литературе это явление описано для цианобактерий и диатомовых микроводорослей (Cohen et al., 1995; Tocher et al., 1998; Сущик и др., 2002; Gugger et al., 2002). Микроводоросли, особенно принадлежащие к отделам диатомовых, криптофитовых, динофитовых и золотисіьіх обладают наиболее широким набором десатураз и элонгаз (Knozin, Cohen, 1996; Tocher et al., 1998). Представители перечисленных отделов микроводорослей способны синтезировать длинноцепочечные (С20-22) полиненасыщенные ЖК, не присущие наземной растительности (рис. 1.2). Метаболически важная 20:5соЗ предположительно может быть синтезирована с помощью уникальных десатураз А17 и А5 (Domergue et al., 2002; Knozin-Goldberg et al., 2002). Пути и соответствующие ферменты синтеза С22 ПНЖК у микроводорослей в настоящее время активно исследуются (Sprecher, 2000; Heinz, 2002).
Cyanophyta (цианобактерий), как правило, содержат жирные кислоты с длиной цепи не более 18 углеродных атомов. По составу ЖК выделяют 5 групп Cyanophyta. Четыре группы были выделены С. Кеньон с соавторами (Кепуоп et al., 1972) и подтверждены Н. Мурата с соавторами (Murata et al, 1992) (классификация Кеньона - Мурата), а пятая группа была описана позже в работе 3. Коен с соавторами (Cohen et al., 1995). Первая группа цианобактерий содержит только насыщенные и мононенасыщенные ЖК 16:0, 16:1со7, 18:1ш9. К этой группе относиться Anacytis nidulans (Tocher et al., 1998; Gugger et al., 2002). Вторая группа, например, виды р .Nostoc, содержит насыщенные и моноеновые ЖК, а также диеновую 18:2ю6 (Ahlgren et al., 1992; Cohen et al, 1995). Третья группа способна синтезировать линолевую и а-линоленовую кислоты. В эту группу относят виды рода Anabaena, Oscillatoria и Microcystis (Ahlgren et al., 1992). Некоторые авторы относят к этой группе лабораторную культуру Aphanizomenon sp. (Gugger et al., 2002). В то же время полевые исследования показали, что виды p. Aphanizomenon практически не содержат а-линоленовую кислоту (Дембицкий, 2001).
Методы полевых исследований и камеральной обработки проб
Отбор проб сестона на небольшом водохранилище Бугач осуществлялся следующим образом. Интегральные пробы формировали, отбирая равные объемы воды с горизонтов 0, 1.5 и 3 м, а затем смешивали их. Интегрирование проб производили с целью сглаживания возможных неоднородностей в распределении планктона в пелагиали.
Пробы фитопланктона из вдхр. Бугач фильтровали через мембранные фильтры «Владипор» N 9 с диаметром пор 0.85-0.95 мкм. Подсчет и определение водорослей производили общепринятым методом под микроскопом. Определяли размеры клеток, затем их объем, и на его основе, с использованием общепринятых коэффициентов, рассчитывалась биомасса. Камеральную обработку проб фитопланктона проводили к.б.н. Е.С. Кравчук и д.б.н. Е.А. Иванова.
Пробы для определения биомассы бактериопланктона формировали из интегральных проб сестона. Общую численность бактерий оценивали методом эпифлуоресцентной микроскопии с использованием флуорескамина на капроновых мембранных фильтрах с диаметром пор 0.2 мкм ("Химифил", Эстония). Численность сапрофитных аэробных микроорганизмов определяли на РПА 1:10 (рыбо-пептонный агар) глубинным посевом. Количественный учет бактерий группы кишечной палочки проводили на среде Эндо. Биомассу бактерий рассчитывали с учетом объема клеток (Мучкина, 2003). Обработку проб бактериопланктона проводила к.б.н. М.Ю. Трусова.
Пробы для определения биомассы простейших (тип Ciliophora, подтип Intramacronucleata) формировали из интегральных проб сестона. Пробы фиксировались раствором Люголя (1% конечная концентрация) и формалином. Определение видового состава простейших проводилось в живом и фиксированном виде с использованием светового микроскопа МБИ-11 и флуоресцентного микроскопа Axioskop 40 (Carl Zeiss), камера: MC-3254R/MFG 3ccd,color video camera (AVT-Horn, Aalen, Germany).
Для таксономической классификации состава простейших была принята система Е. Смола и Д. Лиина (Small, Lynn, 1985). Использовались стандартные массы тела простейших (Foissner, Berger, 1996).
Численность крупных простейших определялась в камере Богорова в 5-ти повторностях по 1 мл неконцентрированной пробы. Мелкие виды считались капельным методом на предметных стеклах в пробах объемом 250 мкл в 15-20-ти повторностях (Pfister et al., 1999). Камеральную обработку проб простейших проводила Е.Б. Хромечек.
Пробы микро и мезозоопланктона из вдхр. Бугач отбирали батометром типа Дьяченко-Кожевникова объемом 8 л. Пробы с горизонтов 0, 1.5 и 3 м профильтровывали через сеть Апштейна из капронового сита №78. Таким образом, получали интегральную пробу зоопланктона из слоя 0-3 м. Сразу же после отбора пробы окрашивали анилиновым голубым в специальном стейнере для последующей дифференциации живых и мертвых зоопланктеров в фиксированных пробах (фиксировали 4% формалином) (Гладышев, 1993; Seepersad, Crip-pen, 1978). Пробы зоопланктона обрабатывали в камере Богорова сіандартньїм счетным методом. При подсчете измеряли 20-50 экземпляров каждого вида или группы для получения средневзвешенных размеров, необходимых для расчета биомассы по общепринятым уравнениям (Балушкина, Винберг, 1979). В данных исследованиях использовали биомассу только живых особей. Пробы зоопланктона были обработаны к.б.н. О.П. Дубовской и автором.
Организмы зообентоса из водохранилища Бугач - ракообразные Gamarus lacustris Sars отлавливались 1, 3 и 8 августа 2000г. в литоральной мелководной части водоема. Отделение содержимого кишечников от тел рачков (около 20 экземпляров) производили под стереоскопическим микроскопом. Липиды экст 44 рагировали из тел, содержимого кишечников, донных отложений и сестона стандартным способом, описанным ниже.
Образцы Gammarus lacustris из оз. Шира отбирались в июле и августе 1998г. Сразу после отбора проб іаммарусьі были обработаны 15% раствором метанола. 15-21 особи с длинной от 7 до 12 мм были разрезаны в областях 6-7 и 14-15 сегментами под стериоскопическим микроскопом для оїделения желудка, средней и задней кишки. Содержимое кишечника трех полученных сегментов было извлечено и помещено на предметное сіекло. Пробы для ЖК анализа содержимого разных отделов кишечника были помещены в метанол и заморожены при температуре -18С. Образцы тел гаммарусов без кишечников были так же помещены в метанол и заморожены для последующего анализа жирных кислот.
Пробы сестона из оз. Шира и вдхр. Бугач были отобраны в литорали и отфильтрованы через мембранные фильтры со слоем BaS04 ("Владипор" №8, с размером пор 0.75-0.85 мкм). Затем фильтры были высушены при температуре 35С в течение 30 мин. После чего пробы сестона вместе с BaS04 были помещены в метанол и заморожены.
Пробы донных отложений из оз. Шира и вдхр. Бугач были отобраны в литорали. Пластиковые сосуды помещали на дно, открывали и соскребали слой донных отложений в сосуд. Дальнейшая обработка проб донных отложений была аналогична обработке проб сестона (Gladyshev, 2000). Отбор гаммарусов, проб сестона и донных отложений из оз. Шира и их первичную обработку проводила к.б.н. А.Ю. Емельянова.
На р. Енисей пробы зообентоса собирали в течение одного вегетационного сезона (июнь-август 2001г.) на участке реки протяженностью 780 км от г. Красноярска (5600 с.ш., 9240 в.д.) до устья р. Подкаменной Тунгуски (6057 с.ш., 8940 в.д.) на пяти станциях. Отбор проб зообентоса производился стандартными методами с применением скребка Дулькейга, разработанною специально для р. Енисей, со штангой 2.5 м. На каждой станции было собрано несколько разновозрастных экземпляров животных четырех преобладающих таксономических групп: гаммариды (сем. Gammaridae), личинки ручейников (отр. Trichoptera), поденок (отр. Ephemeroptera), комаров-звонцов (сем. Chironomidae). Затем, животные были помещены в стеклянные бюксы с раствором хлороформа и этанола (2:1). До проведения ЖК анализа пробы хранились в переносном холодильнике при температуре +4С
Корреляционный анализ концентраций жирных кислот сестона и биомассы фитопланктона водохранилища Бугач
Были рассчитаны коэффициенты корреляции между концентрацией отдельных жирных кислот и биомассой разных таксономических групп фитопланктона в 2000-2002 гг. За период исследования достоверные и большие ( 0.5) коэффициенты корреляции были получены между биомассой диатомовых водорослей и концентрацией потенциальных ЖК-маркеров данного отдела: в 2000 г. - с 20:5о)3, в 2001 г. - с 14:0, суммой 16:1со9 и 16:1ш7 (16:1(07, ш9), 16:2(04, 16:3(04, 16:4ш1 и 20:5(оЗ, и в 2002 г. - с 14:0, 16:1о)7, юа и 16:2ю4 (табл.3.4). Известно, что жирная кислота 16:1о7 является маркером диатомей, а 16:1 о)9 синтезируется многими прокариотическими и эукариогическими организмами (Claustre et al., 1988/1989; Parrish et al., 1992; Lehninger et al., 1993; Leveille et al., 1997; Shin et al., 2000). В результате проведенного анализа разделить на хроматограмме пики этих двух кислот не удалось, но содержание 16:1со7 в пробах сестона было значительно выше, чем, 16:1о 9, поэтому высокие коэффициенты корреляции с суммой 16:1(о9 и 16:1 со7 обусловлены маркерным значением 16:10)7.
В 2002 г., в отличие от двух предыдущих вегетционных сезонов, коэффициент корреляции между биомассой диатомей и концентрацией 20:5шЗ был низкий (табл.3.4), хотя ЭГЖ является одним из основных маркеров этого отдела. В середине лета 2002 г. наблюдалось "цветение" водоема динофиювыми микроводорослями, которые также содержат много 20:5о)3, поэтому был рассчитан коэффициент корреляции между биомассой диатомей и концентрацией 20:5о)3 без учета точек, когда биомасса Dinophyta составляла больше 50% от общей биомассы фитопланктона. Полученный коэффициент корреляции был достоверным и большим (табл.3.4).
Для разных видов Bacillariophyta характерен специфический спектр ЖК. В вдхр. Бугач виды рода Stephanodiscus досюверно коррелировали со следующими ЖК: в 2000 г. - с 20:5шЗ, в 2001г. - с 14:0, 16:1ю7, ю9, 16:2со4, 16:Зсо4, 16:4со1 и 20:5соЗ; в 2002 г. - с 14:0, 16:1(о7, w9, 16:4 ol и 20:5шЗ, а виды рода Cyclotella в 2000 г. - с 14:0, в 2001 г. - с С18 ПНЖК (положение двойных связей не идентифицировано), с 18:Зсо6 и 22:6юЗ, и в 2002г. с 16:2со4 (іабл.3.4).
Следовательно, для отдела диатомовых водорослей из вдхр. Бугач основными ЖК-маркерами являются 14:0, 16:2со4, для видов рода Stephanodiscus -16:1о)7, 16:3w4, 16:4оз1 и 20:5юЗ, а для видов рода Cyclotella -С18 ПНЖК, 18:Зсо6 и 22:6(03. Полученные данные согласуются с работами других авторов, которые были проведены на морских сообществах и лабораторных культурах (Claustre et al., 1988/1989; Dunstan et al., 1994).
Достоверные, хотя и небольшие коэффициенты корреляции были получены между биомассой цианобактерий и концентрацией потенциальных ЖК-маркеров: в 2001 г. - с 18:1о)9 и 18:Зо)3, и в 2002 г. - с 18:ЗюЗ (габл.3.5). Разные виды цианобактерий содержали разные ЖК-маркеры. В 2001 г. биомасса А. flos-aquae коррелировала с концентрацией ЖК-маркеров Cyanophyta: 18:2о)6, 18:Зо)3, 18:Зо)6, 16:2ю6. В 2000 г. была получена корреляция между концентрацией 18:Зо)3 и биомассой Р agardhii (табл.3.5). Биомасса Microcystis aeruginosa и Aph. flos-aquae не коррелировала с концентрацией ЖК-маркеров Cyanophyta (табл.3.5). В.М. Дембицкий показал, что Aph flos-aquae не богат незаменимыми С18 ПНЖК (Дембицкий, 2001).
В течение двух вегетационных сезонов была обнаружена корреляция между биомассой Dinophyta и концентрацией потенциальных ЖК-маркеров: в 2001 г. - с 18:ЗюЗ и 22:5о)6, в 2002 г. - с 16:Зсо4, 20:5о)3 и 22:6о)3. (табл.3.6). Поскольку максимальные значения биомассы динофитовых наблюдались в 2002 г, то корреляции этого года являются наиболее надежными.
В результате проведенных исследований были обнаружены жирные кислоты, которые достоверно коррелировали с несколькими группами фитопланктона. Биомасса диатомовых и динофитовых водорослей коррелировала с концентрацией 16:Зсо4 и 20:5о)3 (табл.3.4, 3.6); биомасса цианобактерий (A flos-aquae и P. agardhii.) и диатомовых водорослей рода Cyclotella - с 18:ЗшЗ (табл.3.4, 3.5). Очевидно, для гидробиологических исследований более надежным является использование всего набора ЖК-маркеров, а не отдельных ЖК.
Биомасса остальных отделов микроводорослей была низкой, поэтому с ними корреляций обнаружено не было. Достоверных коэффициентов корреляций между суммарной концентрацией жирных кислот и общей биомассой фитопланктона также обнаружено не было (в 2000 г. г = -0.41, в 2001 г. г = 0.04, и в 2002 г. г = -0.09).
Таким образом, для основных групп фитопланктона из вдхр. Бугач являются маркерными следующие наборы ЖК. Для диатомовых водорослей - 14:0, 16:1 со7, 16:2со4, 16:Зсо4, 16:4со1 и 20:5соЗ; для цианобактерий - 16:2со6, 18:2со6, 18:ЗшЗ и 18:Зсо6; и для динофитовых - 16:Зо)4, 20:5юЗ, 22:5шЗ и 22:6соЗ.
В течение трех вегетационных сезонов мы идентифицировали наиболее устойчивые ЖК-маркеры основных групп фитопланктона и некоторых доминирующих видов Cyanophyta и Bacillariophyta. Однако, досюверные и большие коэффициенты корреляций были обнаружены не в каждом вегетационном сезоне. В водоеме одновременно присутствуют представители разных отделов фитопланктона, и все они в большей или меньшей степени вносят свой вклад в общее содержание той или иной кислоты.
В отдельные годы были зафиксированы коэффициенты корреляции между биомассой некоторых отделов микроводорослей и концентрацией их ЖК-маркеров незначительно ниже 0.5. Это может быть обусловлено тем, что разные виды микроводорослей содержали одну и іу же кислоту в высоких концентрациях и поэтому вносили дополнительный и большой вклад в вариацию содержания этой ЖК. В то же время, такие коэффициенты корреляции, хотя и объясняют не более половины вариации параметра, позволяют подтвердить, либо опровергнуть имеющиеся многолетние тенденции в зависимостях ЖК сестона от состава фитопланктона.
Информативность состава жирных кислот гриацил глицеринов и полярных липидов сестона водохранилища Бугач при анализе спектра питания микро- и мезозоопланктона
Спектр питания мелких консументов в пресноводных экосистемах, т.е. микро- и мезозоопланктона, является относительно малоизученной областью современной гидроэкологии. В то же время, эти организмы представляют собой одно из важных звеньев трофических цепей водоемов и могут играть значительную роль в процессах переноса вещества и энергии. Как правило, в гидробиологических исследованиях спектры питания изучают путем визуального анализа содержимого кишечников гидробионтов, но данный метод не позволяет установить реальную ассимиляцию органического вещества (Porter, 1975). В литературе имеются данные о селективности питания некоторых коловраток и мелких ракообразных, но практически все они либо косвенные (Ooms-wilms et al., 1999, Scherwass et al., 2005, Vrede, Vrede, 2005), либо посвящены лишь процессам заглатывания, а не усвоения пищи (Thouvenot, et al., 1999, Лазарева, 2004). Лишь в последние годы появились методы, позволяющие непосредственно определять спектры питания видов микрозоопланкюна с использованием различных меток. Например, С. Joaquim-Justo с коллегами, используя флуоресцентные микрочастицы, оценили скорости питания некоторых коловраток простейшими (Joaquim-justo et al., 2004). Однако этот метод обладает рядом недостатков, а именно, кратковременностью наблюдений и невозможностью непосредственного применения для полевых популяций.
Помимо вышеупомянутых методов, в настоящее время используются биохимические методы, основанные на анализе состава жирных кислот (ЖК) органического вещества, позволяющие проследить трофические связи между гид-робионтами и определить ассимиляцию і ой или иной пищи (Claustre et al., 1989; Ederington et al., 1995, Гладышев и др., 1999; Sushchik et al., 2003). Как известно, разные таксономические группы организмов обладают специфическими спектрами ЖК, что и явилось предпосылкой для использования ЖК в качестве маркеров конкретных групп гидробионгов.
Общий ЖК состав сестона является совокупностью ЖК всех его составляющих: бактериопланктона, фитопланктона, зоопланктона и неживого органического вещества. Состав ЖК основных фракций липидов сестона, таких как триацилглицерины (ТАГ) и полярные липиды (ПЛ), позволяет судить о конкретных группах организмов и возможных трофических взаимодействиях в экосистеме. Фракция ПЛ присутствует у всех гидробионтов, а ЖК состав ПЛ формируется главным образом за счет собственного биосинтеза организмов (Napolitano, Ackman, 1989). Фракция ТАГ полностью отсутствует у бактерий и цианобактерий; микроводоросли содержат относительно мало ТАГ, синтезируя их некоторое количество лишь в неблагоприятных условиях (Cobelas, Lechado, 1989; Brown et al., 1996; Tonon et. al., 2002). Интенсивное накопление ТАГ характерно для животных, следовательно, основная часть ТАГ сестона содержится в биомассе микро- и мезозоопланктона: простейших, коловраток, мелких ракообразных. Поскольку известно, что ЖК фракция ТАГ у животных происходит большей частью из пищи, то представляется весьма перспективным использовать ее для оценки источников ассимилируемой пищи (Desvilettes, 1997). Таким образом, в работе была поставлена задача установить основные источники питания и сезонные изменения спектров питания отдельных видов микро-и мезозоопланктона на основе маркерных ЖК сестона эвтрофного водоема.
Исследования проводили на вдхр. Бугач в течение вегетационного сезона 2001г. Была изучена динамика четырех основных групп планктона, входящих в состав сестона: бактериопланктона, фитопланктона, микрозоопланктона (простейшие) и мезозоопланктона (коловратки, мелкие ракообразные) (рис.4.1). Биомасса бактериопланктона составляла от 0.2 до 1.4 мг/л, со средним значением 0.4 мг/л. Биомасса фитопланктона значительно варьировала в течение вегетационного сезона от 5.9 до 64.1 мг/л, и в среднем составляла 27.2 мг/л. Биомасса микрозоопланктона колебалась в пределах от 0.1 до 12.6 мг/л, и в среднем составляла 2.2 мг/л. Биомасса мезозоопланктона варьировала от 0.02 до 3.1 мг/л, со средним значением 0.6 мг/л (рис.4.1). Очевидно, что в исследуемом водоеме основную часть органического вещества сестона и, по всей видимости, ЖК полярных липидов, составлял фитопланктон (рис.4.1). В целом, для эв-трофных водоемов характерно то, что основная часть органического вещества синтезируется фитопланктоном.
Динамика биомассы бактериопланктона, фитопланктона, микрозоопланктона и мезозоопланктона в вдхр. Бугач, 2001г. С целью выявления групп ЖК, имеющих сходную сезонную динамику процентного содержания, и, следовательно, происходящих из одного источника, были рассчитаны коэффициенты корреляции (г) между процентным содержанием всех ЖК полярных липидов и построен соответствующий корреляционный граф, включавший только большие (г 0.5), статистически достоверные корреляционные связи. Данный анализ позволил выделить три основных группы ЖК и две отдельные кислоты (рис.4.2). Первая группа - длинноцепочечные, насыщенные ЖК, являющиеся маркерами высшей растительности, и две кислоты - 18:0 и 18:10)9, встречающиеся практически во всех организмах. Основным источником данной группы ЖК, возможно, являются высшие водные растения и аллохтонное органическое вещество (высшие наземные растения). Динамика процентного содержания данной группы ЖК характеризовалась наличием сезонного максимума с середины мая до середины июня и повышением процентного содержания с конца июля до середины августа и в конце вегетационного сезона (рис.4.3).
Вторая группа - ЖК - маркеры цианобактерий, зеленых и динофитовых микроводорослей (рис.4.2). Эти ЖК объединились в одну группу, возможно, потому, что в водоеме происходила частая смена доминирующих видов микроводорослей и цианобактерий, и зачастую сосуществовали представители разных отделов фитопланктона, имеющие разные ЖК - маркеры (табл.4.1). Кроме того, жирные кислоты животного происхождения (22:5со6 и 22:5о)3), также вошли во вторую группу. Процентное содержание данной группы ЖК находилось на относительно постоянном уровне (-25%) в течение всего вегетационного сезона, за исключением резкого снижения (до -5%), а затем повышения (до -50%) в середине августа (рис.4.3).
