Применение микроводорослей для оценки качества морской воды и действия детергентов
На правах рукописи
МАРКИНА Жанна Васильевна
ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
МОРСКОЙ ВОДЫ И ДЕЙСТВИЯ ДЕТЕРГЕНТОВ
03.00.18 – гидробиология
03.00.16 – экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Владивосток - 2008
2
Работа выполнена в Лаборатории физиологии Института биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН
Научный руководитель кандидат биологических наук, доцент Айздайчер Нина Александровна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Бузолева Любовь Степановна доктор биологических наук, старший научный сотрудник Латыпов Юрий Яковлевич
Ведущая организация Московский государственный университет им.
М.В. Ломоносова
Защита состоится 17 октября 2008 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 005.008.02 при Институте биологии моря им. А.В.
Жирмунского ДВО РАН по адресу:
690041, г. Владивосток, ул. Пальчевского, 17, факс (4232) 310900.
Электронный адрес: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН Автореферат разослан “10” сентября 2008 г.
Ученый секретарь Костина Е.Е.
диссертационного совета кандидат биологических наук Актуальность работы Одноклеточные водоросли – важный компонент морских экосистем. Они одни из первых страдают от воздействия токсических веществ, что приводит к нарушению функционирования всей экосистемы (Патин, 1979;
Эколого токсикологические…,1985;
Blasco et al., 2003). В морскую среду попадают различные токсиканты, в том числе детергенты и их основной компонент – поверхностно-активные вещества (ПАВ). Действие этих веществ на микроводоросли является многофакторным, что выражается в изменении функционирования клеток и их гибели. С другой стороны, наличие в составе детергентов фосфорных компонентов способствует евтрофикации, последствия которой ведут к увеличению числа клеток отдельных видов водорослей при одновременном снижении видового разнообразия (Lewis, Hamm, 1986;
Брагинский и др., 1987;
Паршикова, Негруцкий, 1988;
Belanger et al., 2002;
Lizotte et al., 2002;
Wong et al., 2003).
В настоящее время в исследованиях с микроводорослями оценивается только влияние ПАВ, а не детергентов в целом (Aidar et al., 1997;
Utsunomia et al., 1997a,b;
Hampel et al., 2001;
Morreno-Garrido et al., 2001;
Sun et al., 2004 и др.). В связи с этим, наряду с изучением воздействия отдельных ПАВ необходимо оценивать воздействие детергентов (Патин, 1979;
Lewis, 1992;
Жмур, 1997;
Pettersson et al., 2000;
Остроумов, 2001). При этом важно исследовать действие токсических агентов как на рост, так и на физиологическое состояние одноклеточных водорослей.
Среди огромного разнообразия микроводорослей наиболее часто для оценки действия веществ применяются обитающие в планктоне водоросли отдела Chlorophyta, в то время как представители других отделов остаются малоизученными (Lewis et al., 1990a, Hampel et al., 2001), что особенно касается бентосных микроводорослей (Morreno-Garrido et al., 2003a,b).
Загрязнение морской воды является комплексным и, следовательно, оценку его характера и действия можно провести только с помощью биотестирования, которое средством получения принципиально новой информации о загрязнении (Флеров, 1983;
Крайнюкова, 1988;
Жмур, 1997;
Черкашин, 2001;
Терехова, 2003).
Одноклеточные водоросли, вследствие круглогодичной доступности и высокой чувствительности, широко применяются в качестве тест-объектов при биотестировании (Walsh, Garnes, 1983;
Крайнюкова, 1988;
Lewis, 1995;
Жмур, 1997;
Руководство, 2002). В то же время микроводоросли для биотестирования вод зал. Петра Великого Японского моря до настоящего времени не использовали.
В связи с вышеизложенным очевидна актуальность исследования влияния ПАВ и детергентов на микроводоросли, а также возможность применения данных организмов в качестве тест-объектов для биотестирования прибрежных морских вод.
Цель работы заключалась в изучении действия детергентов и прибрежных вод зал. Петра Великого Японского моря на микроводоросли разных систематических групп.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
1. Исследовать чувствительность микроводорослей Dunaliella salina Teod.
(Chlorophyta), Plagioselmis prolonga Butch. (Cryptophyta), Attheya ussurensis Stonik, Orlova & Crawford (Bacillariophyta) к модельному токсиканту бихромату калия.
2. Выявить, используя в качестве модельного объекта D. salina, оптимальные условия опыта (возраст, численность клеток, время введения токсиканта) для изучения влияния ПАВ и детергентов и оценки качества вод.
3. Исследовать действие поверхностно-активного вещества и детергентов на динамику численности клеток, скорость их роста, изменение pH культуральной среды, содержание хлорофилла а и каротиноидов и кислородную продуктивность микроводорослей D. salina, A.
ussurensis, P. prolonga.
4. Исследовать действие поверхностно-активного вещества и детергентов на подвижность клеток P. prolonga и скорость их движения.
5. Показать возможность биотестирования прибрежных вод зал. Петра Великого с помощью микроводорослей D. salina и P. prolonga.
Личное участие в получении научных результатов. Личное участие заключается в планировании и проведении экспериментальной работы.
Самостоятельно осуществляла микроскопические и химические методы исследования, интерпретацию полученных данных и формулирование научных выводов. Все заимствованные данные, использованные в работе, имеют ссылки на их источники.
Научная новизна: впервые оценена степень чувствительности микроводорослей D. salina, P. prolonga и A. ussurensis по их реакции на модельный токсикант бихромат калия. Исследовано применение новых тест-объектов:
микроводорослей P. prolonga и A. ussurensis при изучении дейтсвия ПАВ и детергентов, а также качества морских вод на примере зал. Петра Великого Японского моря. Установлено, что подвижность клеток P. prolonga – наиболее чувствительный показатель к действию ПАВ и детергентов, который может быть использован для тестирования морской воды.
Практическая значимость: полученные сведения пополняют знания о действии ПАВ и детергентов на микроводоросли. Эти данные могут быть использованы при разработке систем оценки действия ПАВ и детергентов. Данные, полученные в ходе биотестирования прибрежных вод зал. Петра Великого с помощью микроводорослей, дают дополнительную информацию о свойствах загрязнения прибрежных вод залива и их действия на морскую биоту. Они могут быть использованы при проведении мониторинга качества морских вод и при оценке среды в районах развития марикультурных хозяйств. Разработанные методики по определению действия ПАВ и детергентов применяли на практических работах в курсе “Большой практикум” для студентов-экологов.
Защищаемые положения:
1. ПАВ и детергенты оказывают влияние на D. salina, A. ussurensis и P.
prolonga в концентрациях 0.1, 1 и 10 мг/л. Воздействие токсикантов усиливается с возрастанием их концентраций.
2. Наиболее чувствительным показателем действия ПАВ и детергентов является подвижность клеток P. prolonga, что позволяет использовать ее для оценки качества морских вод.
Апробация работы. Результаты и основные положения работы докладывались на V, VI, VII Региональных конференциях по актуальным проблемам морской биологии, экологии и биотехнологии (Владивосток, 2002;
2003;
2004), VII и IX международной Пущинской школе-конференции молодых ученых (Пущино, 2004, 2005), Международной конференции “Bridges of science between north America and the Russian Far East: past, present and future” (Владивосток, 2004), IX и X дальневосточных молодежных школах-конференциях по актуальным проблемам химии и биологии (Владивосток, 2005;
2006), II Международной конференции “Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов” (Петрозаводск, 2007) и ежегодных конференциях ИБМ ДВО РАН (2003;
2004;
2005;
2006;
2007;
2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 научных работ.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Фонда содействия отечественной науке (2007;
2008 гг.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на страницах и состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы ( источник, из них 87 иностранных). Работа включает 6 таблиц и 23 рисунка.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю к.б.н. Н.А. Айздайчер за помощь на всех этапах планирования и выполнения работы. Особую признательность выражаю доценту Е.В. Журавель за интерес к работе и участие в обсуждении результатов исследования, д.б.н. В.П.
Челомину, к.б.н. Л.Т. Ковековдовой и к.б.н. Г.М. Каменеву за критические замечания и ценные советы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Обобщены литературные сведения о составе детергентов, рассмотрена классификация ПАВ. Представлены сведения об источниках и объемах содержания ПАВ в морских водах. Проанализированы данные о микроводорослях как объектах экотоксикологических исследований. Рассмотрено влияние анионных ПАВ и детергентов на динамику численности, физиологическое состояние и биохимический состав микроводорослей.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Объекты исследования и условия эксперимента Оценку действия ПАВ и детергентов проводили на D. salina (Chlorophyta), P.
prolonga (Cryptophyta) и A. ussurensis (Bacillariophyta).
D. salina – планктонная подвижная водоросль. Выбор в качестве объекта исследования обусловлен широким применением ее для оценки токсичности веществ и качества вод. P. prolonga также планктонный активно подвижный вид.
Преимуществом этой водоросли является способность оставаться подвижной при пересеве в свежую среду в отличие от D. salina, которая кратковременно утрачивает подвижность в данных условиях. Необходимость исследования P.
prolonga связана с широким распространением криптофитовых в прибрежных водах дальневосточных морей, ее подвижностью, значительной ролью в экосистемах, способностью вызывать “красные приливы”, в том числе и в Амурском заливе Японского моря (Коновалова, 1999;
Бегун, 2006). A. ussurensis является бентосным видом, обитающим в зал. Петра Великого (Stonik et al., 2006);
необходимость исследования данной водоросли связана, прежде всего с тем, что количество работ по бентосным микроводорослям ограничено. Сходство исследованных водорослей заключается в наличии основного пигмента – хлорофилла а. Кроме того, все виды микроводорослей соответствуют одному из важных требований к тест-объектам – они легко и в течение длительного времени поддерживаются в лабораторной культуре.
Тест-объектами для биотестирования вод зал. Петра Великого служили D.
salina как часто применяемая для данных целей водоросль (Стом и др., 1984;
Балаян, Стом, 1988;
Рудик и др., 1995) и P. prolonga – организм, предложенный нами в качестве нового тест-объекта, дающий оперативный отклик на загрязнение и обладающий чувствительным показателем – подвижностью клеток (Айздайчер, Маркина, 2006;
Маркина, 2008).
Альгологически чистую культуру микроводоросли D. salina выращивали на среде Гольдберга (Кабанова, 1961), P. prolonga и A. ussurensis – на среде f (Guillard, Ryther, 1962). Водоросли культивировали при температуре 20°±2°С и свето темновом периоде 12 ч свет: 12 ч темнота.
Для проверки чувствительности культур микроводорослей оценивали действие модельного токсиканта бихромата калия производства фирмы “Sigma” в концентрациях 1 до 10 мг/л (Руководство…, 2002). Среднюю эффективную концентрацию (ЭК50) для бихромата калия устанавливали графическим способом, применяя пробит-анализ (Руководство, 2002).
В опытах исследовали влияние додецилсульфата натрия (ДСН) производства фирмы “Serva” (Германия) и используемых в быту детергентов “Обычный порошок” (Байкальская косметика) и “Ariel” (Procter & Gamble) в концентрациях 0.1;
1 и 10 мг/л. Уровень содержания 0.1 мг/л ПАВ соответствует ПДК для рыбохозяйственных водоемов в России (Перечень…, 1995). Концентрации до мг/л токсикантов отмечены в морских водах (Остроумов, 2001), а в некоторых случаях уровень их содержания может достигать до 97 мг/л (Наумов, 2006), поэтому нами также исследована концентрация 10 мг/л токсикантов.
Продолжительность опытов – 4 сут при выяснении действия модельного токсиканта (бихромата калия), 14 сут при оценке влияния ПАВ и детергентов на микроводоросли, для биотестирования морской воды – 7 сут (Руководство…, 2002).
Для оценки действия загрязняющих агентов использовали численность клеток, скорость их роста – показатели часто применяемые для оценки токсического действия. Как указывает Брагинский с соавторами (1987), содержание фотосинтетических пигментов и кислородная продуктивность – также интегральные показатели действия токсикантов на микроводоросль, отражающие изменение всей совокупности метаболических процессов организма.
Подсчет численности клеток. В настоящей работе для определения интенсивности роста культур водорослей использовали подсчет численности клеток. В связи с этим термин “рост” означает увеличение численности клеток в единице объема. Численность клеток D. salina и P. prolonga считали в камере Горяева;
клетки A. ussurensis – в счетной камере типа Ножотта объемом 0.044 мл под микроскопом “Jenamed 2” на 1, 2, 3, 4, 7, 10 и 14 сут экспериментов (Методы…,1975;
Методические…, 1998).
Скорость роста рассчитывали в начале и в конце экспоненциальной фазы (на 1 и 4 сут эксперимента) по стандартной формуле (Guillard, Ryther, 1962).
Измерение pH культуральной среды проводили с помощью pH-метра HI 8314 фирмы “Hanna” с точностью до 0.01 через 1, 2, 3, 4, 7, 10 и 14 сут опытов.
Определение содержания хлорофилла а и суммарной концентрации каротиноидов у микроводорослей проводили по стандартной методике (Lorenzen, 1967;
Jeffrey, Humphrey, 1975;
Вода, 1990). Отбор проб для определения концентрации фотосинтетических пигментов производили на 2, 4, 7, 10 и 14 сут опытов.
Кислородную продуктивность микроводорослей определяли йодометрическим методом (Методы…,1975) на 2, 4, 7, 10 и 14-е сут.
Определение скорости движения клеток производили в счетной камере Горяева путем подсчета количества клеток, проходящих через заданную поверхность за 60 сек, и вычисляли скорость движения клеток, используя формулу (Ojakian, Katz, 1973) Краткая характеристика района работ. Тестируемая вода отбиралась из акваторий с разной степенью антропогенной нагрузки: Амурский залив, на берегах которого расположен крупный город-порт Владивосток, зал. Восток, испытывающий сезонное влияние отдыхающих, и юго-западной части зал. Петра Великого вблизи устья р. Туманной, поставляющей широкий спектр загрязняющих веществ (Ващенко, 2000;
Наумов, 2006). Воду для биотестирования отбирали на станциях в августе – сентябре 2003 и 2006 гг. (глубина отбора воды 0.5 – 1 м) (рис.
1).
Рис. 1. Расположение станций отбора проб воды.
Все эксперименты, представленные в работе, проведены в трех повторностях. На графиках средние арифметические значения и стандартные отклонения рассчитаны с помощью программы Excel.
Всего обработано 1473 пробы.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Оценка токсичности веществ и качества среды с помощью лабораторных тест-объектов предполагает не только точное следование методике и условиям, при которых проводится биотестирование, но и проверку тест-функций самих культур.
Использование бихромата калия наиболее подходит для этих целей (Жмур, 1997;
Петросян, 2000;
Руководство…, 2002). Нами показано, что D. salina оказалась гораздо устойчивее к действию бихромата калия по сравнению с остальными микроводорослями, в то время как P. prolonga и A. ussurensis незначительно отличались друг от друга по чувствительности (см. таблицу).
ЭК50 96 бихромата калия (мг/л) для микроводорослей Микроводоросль Dunaliella salina Plagioselmis Attheya ussurensis prolonga ЭК5096 бихромата 10 6.3 2. калия (мг/л) Следовательно, A. ussurensis и P. prolonga являются потенциальными тест объектами, так как они чувствительны к бихромату калия.
Действие любого загрязняющего агента на микроводоросли зависит не только от уровня его содержания и условий, при которых проводится биотестирование, но и от самой культуры микроводорослей (возраста маточной культуры, начальной концентрации клеток и времени введения токсиканта). В связи с этим нами были проведены исследования по выяснению действия ПАВ на модельный объект D. salina в зависимости от этих условий. Наши исследования показали, что культура D. salina, выращенная из маточной в экспоненциальной фазе роста, оказалась наиболее чувствительной к воздействию ДСН. Это, вероятно, связано с тем, что на разных стадиях роста культуры клетки отличаются особенностями ультраструктуры и функциональной активностью органоидов (Селях и др., 1984;
Walsh, 1988). В результате экспериментов показано, что культура с меньшей исходной плотностью клеток чувствительнее к влиянию токсиканта, чем с большей. Это, вероятно, связано с тем, что в растворах с одинаковым содержанием токсиканта при более высокой начальной концентрации клеток на каждую особь приходиться меньшее содержание токсиканта, вследствие этого такая популяция устойчивее, чем с меньшим количеством клеток. Реакция водорослей на токсикант зависит также от времени его внесения в среду.
Возможно, что более слабый отклик микроводоросли на внесение токсиканта не в самом начале опыта, а через несколько дней, связан с тем, что популяция к этому времени является уже сформированной (Fogg, 1966), и ее устойчивость к действию токсикантов повышается в 10 – 100 раз и не происходит массовой гибели клеток, как в молодой культуре (Corre et al., 1996;
Гапочка, Шавырина, 1999).
Таким образом, наиболее чувствительной к действию ДСН оказалась культура, отобранная из маточной в экспоненциальной фазе роста. При исходном количестве клеток 4 х 104 кл/мл восстановление культуры при токсическом действии происходит быстрее, чем при 12 х 104 кл/мл. Добавление ДСН в день постановки опыта вызывало большее угнетение роста популяции микроводоросли, что не отмечено при внесении токсиканта на 4-е сут опыта.
Dunaliella salina ДСН в концентрации 0.1 мг/л оказал слабое стимулирующее действие на динамику численности (рис. 2а) и физиологические процессы D. salina (синтез хлорофилла а и каротиноидов и кислородную продуктивность), pH культуральной среды также возрастала. Внесение 1 мг/л токсиканта приводило к небольшому ингибированию роста, уменьшению содержания хлорофилла а и каротиноидов, снижению кислородной продуктивности. Увеличение содержания вещества в среде до 10 мг/л вызывало подавление роста и физиологических процессов водоросли, однако они восстанавливались до контрольного уровня.
Рис. 2. Действие додецилсульфата натрия (а), детергентов “Обычный порошок” (б) и “Ariel” (в) на динамику численности клеток Dunaliella salina.
При добавлении детергентов “Обычный порошок и “Ariel” во всех концентрациях численность клеток (рис. 2б,в), pH культуральной среды, содержание фотосинтетических пигментов и содержание кислорода в среде снижались в начале опыта, однако все показатели восстанавливались до уровня контроля к его завершению. Степень изменений возрастала с увеличением уровня содержания загрязняющего агента.
Attheya ussurensis ДСН в концентрациях 0.1 и 1 мг/л вызывал снижение числа клеток (рис 3а) и подавление физиологических процессов, особенно выраженных к концу опыта.
Добавление 10 мг/л вещества приводило к ингибированию роста, снижению pH культуральной среды, синтеза пигментов, процессов выработки кислорода уже на вторые сутки опыта, с увеличением экспозиции все процессы восстанавливались, однако не достигали контрольного уровня.
Рис. 3. Действие додецилсульфата натрия (а), детергентов “Обычный порошок” (б) и “Ariel” (в) на динамику численности клеток Attheya ussurensis.
Детергенты “Обычный порошок” и “Ariel” в концентрациях 0.1 и 1 мг/л вызывали сходные изменения числа клеток (рис. 3б,в), pH культуральной среды, содержания фотосинтетических пигментов и кислородной продуктивности A.
ussurensis: в начале опыта происходило снижение числа клеток, замедление физиологических процессов, но к 14-м сут они восстанавливались. В тоже время содержание кислорода в среде при данных концентрациях детергента “Обычный порошок” на всем протяжении экспозиции превышало таковое в контроле, а в опыте с детергентом “Ariel” незначительно отличалось от контрольного.
Увеличение концентрации детергентов до 10 мг/л приводило к более существенным нарушениям. В целом, детергент “Ariel” оказал более негативное воздействие на микроводоросль: даже к завершению эксперимента ее популяция не восстанавливалась.
Plagioselmis prolonga Концентрации 0.1 и 1 мг/л ДСН вызывали увеличение численности клеток P.
prolonga (рис. 4а), особенно на десятые сутки экспозиции, остальные показатели отличались менее значительно от таковых в контроле.
Рис. 4. Действие додецилсульфата натрия (а), детергентов “Обычный порошок” (б) и “Ariel” (в) на динамику численности клеток Plagioselmis prolonga.
Рис. 5. Процент подвижных клеток Plagioselmis prolonga при добавлении поверхностно-активного вещества додецилсульфата натрия (мг/л): (I) – неподвижные клетки, (II) – подвижные клетки.
Через 2 – 6 ч при данных концентрациях отмечено появление неподвижных клеток, изменение скорости движения происходили уже через 0.1 ч (рис. 5).
Содержание 10 мг/л вещества вызывало гибель популяции через сутки опыта, потеря подвижности всеми клетками отмечена через 0.1 ч эксперимента.
Под воздействием 0.1 и 1 мг/л детергентов “Обычный порошок” и “Ariel” численность клеток (рис. 4б,в) и показатели физиологического состояния P.
prolonga в начале эксперимента снижались, а к его завершению не отличались от контрольных, кроме содержания каротиноидов, которое достоверно превышало таковое в контроле. Добавление 10 мг/л детергентов ингибировало рост и физиологические процессы водоросли, особенно к концу опыта. Детергент “Обычный порошок” в концентрациях 0.1 и 1 мг/л не оказал влияния на подвижность клеток микроводоросли, а при внесении 10 мг/л токсиканта все клетки обездвиживались через 0.1 ч (рис. 6.).
Рис. 6. Процент подвижных клеток Plagioselmis prolonga при добавлении детергента “Обычный порошок” (мг/л): (I) – неподвижные клетки, (II) – подвижные клетки.
При этом детергент “Ariel” оказал более негативное воздействие на P.
prolonga, чем “Обычный порошок”. Кроме того, детергент “Ariel” оказал существенное отрицательное воздействие и на подвижность клеток и скорость их движения: утрату подвижности у клеток наблюдали при всех уровнях содержания токсиканта через 0.1 ч опыта (рис. 7), количество неподвижных клеток возрастало с увеличением уровня содержания токсиканта в среде.
Рис. 7. Процент подвижных клеток Plagioselmis prolonga при добавлении детергента “Ariel” (мг/л):
(I) – неподвижные клетки, (II) – подвижные клетки.
В наших экспериментах показано, что действие детергентов на водоросли носит незакономерный, фазный характер, такое же явление наблюдал и Л.П.
Брагинский с соавторами (1987) в своих исследованиях.
Таким образом, наиболее чувствительными к действию ПАВ и детергентов оказались P. prolonga и A. ussurensis, наименее – D. salina. Такие эксперименты являются модельными, позволяющими выявить отклик организма на исследуемый загрязняющий агент. Однако в реальных условиях в морской воде содержится огромное количество токсикантов. На основе полученных данных мы предположили, что микроводоросли, проявив чувствительность к отдельным токсическим агентам, могут дать отклик и на комплекс загрязняющих веществ, содержащихся в морской воде. С этой целью мы предприняли попытку биотестирования морской воды из районов зал. Петра Великого с разной антропогенной нагрузкой: восточной части Амурского залива, где расположен крупный город-порт Владивосток;
зал. Восток, испытывающего сезонное влияние отдыхающих, и юго-западной части зал. Петра Великого, куда впадает р. Туманная, поставляющая широкий спектр загрязняющих веществ. Необходимо отметить, при биотестировании отклонение от контроля как в сторону уменьшения численности клеток, так и в сторону увеличения несет негативное последствие для экосистем и сигнализирует о неблагополучном состоянии среды.
Ранее сотрудники ТИНРО-Центра для биотестирования вод Амурского залива и зал. Находка использовали мизид и предличинок анчоуса (Черкашин и др., 2004;
Черкашин, Щеглов, 2004;
Черкашин, Вейдеман, 2005), а данные по биотестированию вод с помощью микроводорослей отсутствуют.
В 2003 году качество вод из зал. Петра Великого оценивали с помощью D.
salina. Показано, что в течение трех суток опыта численность клеток в воде, отобранной в акватории Амурского залива, была значительно выше такового в контроле (рис. 8а).
Рис. 8. Динамика численности клеток Dunaliella salina (% к контролю) в воде из зал.
Петра Великого в 2003 г. (а) – Амурский залив, (б) – зал. Восток, (в) – юго-западная часть зал.
Петра Великого. Номера станций соответствуют приведенным на рис. 1.
С увеличением экспозиции происходило существенное отставание роста культуры микроводоросли в тестируемой воде по сравнению с контрольной, особенно ярко выраженное к концу опыта.
В воде со всех станций зал. Восток (4 – 6) число клеток в течение опыта было ниже такового в контроле (рис. 8б).
Численность клеток в воде со всех станций юго-западной части зал. Петра Великого (станции 7 – 10) в течение 2-х сут была выше контрольной (рис. 8в). К концу опыта увеличение числа клеток становилось менее интенсивным, и их количество в воде со станций 8 и 10 сравнялось с таковым в контроле, а в воде со станций 7 и 9 отмечено отставание в росте.
Рис. 9. Динамика численности клеток Dunaliella salina (% к контролю) в воде из зал. Петра Великого в 2006 г. (а) – Амурский залив, (б) – зал. Восток, (в) – юго-западная часть зал. Петра Великого.
Номера станций соответствуют приведенным на рис. 1.
В 2006 году проводили биотестирование воды из зал. Петра Великого с применением D. salina и P. prolonga. В воде со всех станций в Амурском заливе через сутки после начала опыта наблюдали существенное увеличение количества клеток D. salina (рис. 9а), а на станциях 1 и 3 численность клеток практически не отличалась от контрольной на протяжении экспозиции. Иную картину наблюдали в воде со станции 2: через двое суток после начала эксперимента отмечено ингибирование роста D.salina и только к концу экспозиции численность клеток достигала контрольной.
В воде со всех станций из зал. Восток отмечено выраженное увеличение количества клеток микроводоросли в первые сутки опыта (рис. 9б). В последующие дни эксперимента численность клеток снижалась, и к концу опыта стабилизировалась, достоверно не отличаясь от контрольной.
В воде со всех станций в юго-западной части зал. Петра Великого через сутки отмечали стимуляцию роста D. salina (рис. 9в) также как при тестировании воды из Амурского залива и зал. Восток. Со второго дня экспозиции интенсивность роста микроводоросли снижалась. Однако начиная с 7-х сут численность клеток во всех вариантах опыта не значительно отличалась от контрольной.
Число клеток P. prolonga снижалось уже в первые сутки в воде со всех станций в Амурском заливе по сравнению с таковым в контроле (рис.10).
Рис. 10. Динамика численности клеток Plagioselmis prolonga (% к контролю) в воде из Амурского залива. Номера станций соответствуют приведенным на рис. 1.
Динамика численности популяций была одинаковой в воде со станций 1 и в течение четырех суток опыта, к 7-м сут в воде со станции 3 количество клеток восстанавливалось, но не достигало такового в контроле. В воде со станции 2 рост популяции был самым слабым и концу опыта число клеток составляло 0.6% от контроля. Тестируемая вода оказывала выраженное отрицательное воздействие также и на подвижность клеток P.prolonga: обездвиженные клетки обнаруживались уже после 0.1 ч опыта. С увеличением экспозиции их процент возрастал и через ч все клетки обездвиживались. Скорость движения клеток в воде со всех станций через 0.1 ч не отличалась от таковой в контроле, но уже через 2 ч скорость движения клеток снижалась. К концу опыта клетки в воде со всех станций были неподвижными.
Таким образом, проведенное биотестирование с применением микроводорослей подтверждает сведения о значительном загрязнении воды из районов зал. Петра Великого с разной антропогенной нагрузкой (Ващенко, 2000;
Христофорова и др., 2002;
Бабич, Бузолева, 2006;
Лукьянова, 2006). Обращает на себя внимание, что отклик P. prolonga и D. salina на тестируемую воду был неодинаков, что согласуется с полученными данными при определении степени чувствительности организмов с применением бихромата калия.
ВЫВОДЫ 1. Показано, что по убыванию чувствительности к бихромату калия исследованные одноклеточные водоросли можно расположить в следующий ряд Attheya ussurensisPlagioselmis prolongaDunaliella salina.
2. Установлено, что проведение оценки токсичности ПАВ и детергентов должно проводиться с использованием маточной культуры водоросли в экспоненциальной фазе роста в засевной концентрации клеток 4 х 104 кл/мл;
с введением токсиканта в день постановки опыта.
3. Наиболее негативное воздействие ПАВ и детергенты в опытах с D. salina и P.
prolonga оказывают на содержание хлорофилла а и каротиноидов и кислородную продуктивность, наименее – на изменение pH культуральной среды, численность клеток и скорость роста популяции. Подвижность клеток P. prolonga и скорость их движения под действием токсикантов изменялась уже в начале опыта.
4. Наиболее отрицательное воздействие ПАВ и детергенты в опытах с A.
ussurensis оказывают на численность клеток, скорость их роста и кислородную продуктивность микроводоросли, наименее – на изменение pH культуральной среды и содержание фотосинтетических пигментов.
5. ПАВ и детергенты оказывают влияние на D. salina, A. ussurensis и P. prolonga при всех исследованных концентрациях. Воздействие токсикантов усиливается с увеличением уровня их содержания в среде.
6. Тестируемая вода из зал. Петра Великого во всех случаях вызывала отклонение числа клеток D. salina от контрольного, что подтверждает факт неблагополучного состояния акваторий залива.
7. В воде из Амурского залива наблюдали выраженное ингибирование популяции P. prolonga. Подвижность клеток – наиболее чувствительна к действию тестируемой воды. P. prolonga является перспективным тест-объектом для оценки качества среды.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах Маркина Ж.В., Айздайчер Н.А. Dunaliella salina (Chlorophyta) как тест объект для оценки загрязнения морской среды детергентами // Биология моря.
2005. Т. 31, № 4. С. С. 274 – 279.
Айздайчер Н.А., Маркина Ж.В. Токсическое действие детергентов на водоросль Plagioselmis prolonga (Cryptophyta) // Биология моря. 2006. Т. 32, № 1. С.
50 – 54.
Журавель Е.В., Маркина Ж.В., Христофорова Н.К., Айздайчер Н.А.
Использование микроводоросли Dunaliella salina, эмбрионов и личинок плоского морского ежа Scaphechinus mirabilis как тест-организмов для оценки качества воды в заливе Петра Великого Японского моря // Биология моря. 2006. Т. 32, № 3. С. – 196.
Маркина Ж.В., Айздайчер Н.А. Влияние детергентов на динамику численности и физиологическое состояние бентосной микроводоросли Attheya ussurensis (Bacillariophyta) в лабораторной культуре // Биология моря. 2007. Т. 33, № 6. С. 432 – 439.
Маркина Ж.В. Использование микроводоросли Plagioselmis prolonga для оценки качества воды из Амурского залива и залива Находка (Японское море) // Биология моря. 2008. Т. 34, № 1. С. 35 – 41.
Маркина Ж.В., Айздайчер Н.А. Биотестирование воды из зал. Петра Великого (Японское море) с помощью микроводоросли Dunaliella salina // Экология. 2008. № 3. С. 196 – 200.
Работы, опубликованные в материалах региональных, всероссийских и международных конференций Воробьева Ж.В., Айздайчер Н.А., Журавель Е.В. Зависимость действия детергента на микроводоросль Dunaliella salina Teod. (Chlorophyta) от возраста маточной культуры // V Региональная конференция по актуальным проблемам морской биологии и экологии студентов, аспирантов и молодых ученых Дальнего Востока России (г. Владивосток, 21-24 ноября 2002 г.). Тез. докл. Владивосток:
Изд-во ДВГУ. 2002. С. 28-29.
Воробьева Ж.В. Влияние додецилсульфата натрия на кислородную продуктивность микроводоросли Dunaliella salina Teod. (Chlorophyta) // Тез. докл.
7-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых (г. Пущино, 14-18 апреля 2003 г.) "Биология - наука XXI века". Пущино: Пущинский научный центр РАН.
2003. С. 160-161.
Маркина Ж.В. Анализ влияния детергента на различные виды микроводорослей // VII Дальневосточная молодежная школа-конференция по актуальным проблемам химии и биологии (МЭС ТИБОХ, 15-22 сентября 2003 г.).
Тез. докл. Владивосток: ДВО РАН. 2003. С. 35-36.
Маркина Ж.В. Действие додецилсульфата натрия на микроводоросли Dunaliella salina (Chlorophyta) и Gymnodinium kovalevskii (Dinophyta) // Тез. докл. VI Региональной конференции по актуальным проблемам морской биологии и экологии студентов, аспирантов и молодых ученых Дальнего Востока России (г.
Владивосток, 20-22 ноября 2003 г.). Владивосток: Изд-во ДВГУ. 2003. С. 61-62.
Маркина Ж.В. Влияние синтетического моющего средства “Ariel” на рост микроводоросли Dunaliella salina // Тез. докл. Биология наука XXI века: 8-я международная Пущинская школа-конференция молодых ученых (г. Пущино, 17 21 мая 2004 г.). Пущино: Пущинский научный центр РАН. 2004. С. 214.
Маркина Ж.В. Влияние прибрежных вод г. Владивостока на микроводоросль Dunaliella salina (Chlorophyta) // Научные труды международного биотехнологического центра МГУ: тез. докл. 2-ой международной научной конференции “Биотехнология – охране окружающей среды” и 3-ей школы конференции молодых ученых и студентов “Сохранение биоразнообразия и рациональное использование биологических ресурсов” (г. Москва, 25-27 мая г.). М.: Спорт и культура. 2004. С. 125.
Markina Zh.V. Evaluation of water quality from the south-west part of Peter the Great Bay (Near The Tumen river mouth using Dinaliella salina Teod. (Chlorophyta) // “Bridges of science between north America and the Russian Far East: past, present and future”. Proceedings of an international conference on the Arctic and North Pacific (Vladivostok, 14th-16th September of 2004). Vladivostok: Dalnauka, 2004. P. Маркина Ж.В. Оценка влияния синтетического моющего средства "Ariel" на микроводоросль Plagioselmis prolonga (Cryptophyta) // Тез. докл. VII Региональной конференции по актуальным проблемам морской биологии и экологии студентов, аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников ВУЗов и научных организаций Дальнего Востока России. (г. Владивосток, 18-20 ноября 2004) г.
Владивосток: Изд-во ДВГУ. 2004. С. 83-84.
Маркина Ж.В. Оценка подвижности клеток микроводоросли как экспресс метод определения степени токсического воздействия // Тез. докл. IX Молодежной школы-конференции по актуальным проблемам химии и биологии (МЭС ТИБОХ, 16-23 сентября 2005 г.). Владивосток: ДВО РАН. 2005. С. 37.
Маркина Ж.В. Воздействие детергента «Ariel» на бентосную морскую микроводоросль Attheya usssurenis (Bacillariophyta) // X Международная молодежная Школа-конференция по актуальным проблемам химии и биологии, (МЭС ТИБОХ, 12-19 сентября 2006 г.) Тез. докл. Владивосток: ДВО РАН. 2006. С.
29.
Маркина Ж.В., Журавель Е.В. Биотестирование вод залива Находка (Японское море) // “Экологические проблемы использования прибрежных морских акваторий”. Материалы междунар. научно-практич. конференции. (г. Владивосток, 26 – 28 октября 2006 г.) Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2006. С. 136 – 139.
Маркина Ж.В. Влияние детергента на физиологическое состояние планктонной и бентосной микроводорослей // “Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов”. Материалы 2-ой научной конференции с участием стран СНГ (г. Петрозаводск, 11-14 сентября 2007 г.).
Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. С. 87-88.
Маркина Ж.В., Айздайчер Н.А., Журавель Е.В. Биотестирование воды из Амурского залива с помощью культуры микроводоросли Phaeodactylum tricornutum Bohlin (Bacillariophyta) // Материалы междунар. научно-практич.
конференции “Морская экология-2007” (г. Владивосток, 2007, 3-5 октября 2007).
Владивосток: МГУ им. Невельского. 2007. С. 152 – 156.