авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Биология и экология почвенной цианобактерии cylindrospermum michailovskonse (cyanoprokaryota)

На правах рукописи

ЗАРИПОВА ЛИЛИЯ ХАНИФОВНА БИОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ ПОЧВЕННОЙ ЦИАНОБАКТЕРИИ CYLINDROSPERMUM MICHAILOVSKONSE (CYANOPROKARYOTA) Специальность 03.00.16 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Уфа – 2009 2

Работа выполнена на кафедре ботаники, биоэкологи и ландшафтного проекти рования ГОУ ВПО «Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы»

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Кабиров Рустэм Расшатович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Хазиев Фангат Хаматович кандидат биологических наук, доцент Шмелёв Николай Александрович

Ведущая организация: Институт биологии Коми НЦ УрО РАН

Защита диссертации состоится «13» февраля 2009 г. в 1400 часов на засе дании Объединённого диссертационного совета ДМ 002.136.01 при Институте биологии Уфимского научного центра РАН по адресу: 450054, г. Уфа, Проспект Октября, 69. Тел. /факс (3472) 235-53-62. E-mail: ib@anrb.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биологии УНЦ РАН, с авторефератом – в сети интернет по адресу:

http://www.anrb.ru/inbio/dissovet/index.htm

Ученый секретарь Объединённого диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Уразгильдин Р.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Одной из основных задач современной экологии является разработка подходов к сохранению и рациональному ис пользованию биологического разнообразия в условиях усиления антропогенно го пресса. Избыточное содержание различных поллютантов (тяжёлых металлов, удобрений, гербицидов и др.), помимо непосредственного токсического эффек та и уничтожения существенной части флоры, приводит к загрязнению почвы, что нарушает внутриценотические связи и обуславливает сдвиг экологического равновесия в биосфере.

Цианобактерии составляют активную автотрофную часть микробиоты, связанную со сложными взаимодействиями, как со всеми ее гетеротрофными компонентами, так и собственно с почвой и высшими растениями, и принимают разнообразное участие в биологической жизни почв. Цианобактерии относи тельно просто культивируются, служат удобными объектами для исследования и могут быть использованы для биоиндикации (Кабиров, 1993, 1995;

Штина и др., 1998;

Патова и др., 2000;

Киреева и др., 2003). В отличие от других пред ставителей цианобактерий, гетероцистные формы способны к азотфиксации и играют важную роль в создании органического вещества (Штина, Голлербах, 1976;

Halperin et al., 1992;

Evans, 1994;

Liengen, Olsen, 1997;

Zaady et al., 1998).

Цианобактерии реагируют на широкий спектр антропогенных воздействий и могут использоваться в качестве модельного объекта при изучении механизмов повреждающего действия экологических факторов на почвенные экосистемы.

Цель и задачи исследования. Целью исследований явилось изучение биологии и экологии почвенной цианобактерии Cylindrospermum michailovskonse Elenk.(Cyanoprokaryota) В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:

Провести морфометрический анализ вегетативных клеток, гетероцист и 1.

спор Cylindrospermum michailovskonse в лабораторных условиях.

Изучить влияние экологических факторов (температура, рН среды, засо 2.

ление, тяжёлые металлы, гербициды, удобрения) на морфометрические показа тели C. michailovskonse.

Выделить границы устойчивости C. michailovskonse к изученным эколо 3.

гическим факторам.

Научная новизна. Впервые в лабораторных экспериментах изучена био логия и экология цианобактерии C. michailovskonse. Установлена степень ус тойчивости C. michailovskonse к ряду экологических факторов природного и антропогенного происхождения. Выявлен характер вариабельности морфоло гических признаков вегетативных клеток, гетероцист и спор как при длитель ном культивировании в лабораторных условиях, так и под действием исследо ванных экологических факторов. Установлены экологические границы сохран ности морфологического статуса данного вида.

Практическая значимость работы. Полученные данные дополняют знания по биологии и экологии вида C. michailovskonse. Сведения о границах устойчивости к экологическим факторам природного и антропогенного проис хождения позволят использовать C. michailovskonse в биоиндикационных ис следованиях. Результаты работы могут быть включены в лекционные и специ альные курсы экологии, почвенной альгологии и систематики растений в выс ших учебных заведениях, а также в разработку методических рекомендаций по реализации экологического образования школьников в рамках предмета «Био логия и экология».

Апробация. Основные положения диссертации докладывались на I Все российской научно-практической конференции «Альгологические исследова ния: современное состояние и перспективы на будущее» (Уфа, 2006), VIII Все российской научно-практической конференции «Наука и молодёжь» (Нижний Новгород, 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Экологи ческое образование в целях устойчивого развития – 2» (Самара, 2007), VI Меж дународной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на Дону, 2007), VII Международной научно-практической конференции «Состоя ние биосферы и здоровье людей» (Пенза, 2007), Международной научно технической конференции «Наука и Образование» (Мурманск, 2008), Между народной конференции «Экологические проблемы бассейнов крупных рек – 4» (Тольятти, 2008), Всероссийской школе-семинаре «Проблемы современной аль гологии» (Уфа, 2008).



Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, из которых 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК МОН РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы (405 наименований, в том числе 244 на русском, 161 на иностранных языках), 22 приложений. Общий объём работы составил 194 страниц, в том числе 150 страниц основного текста, 10 таблиц, 27 рисунков.

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЦИАНОБАКТЕРИИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) В главе обсуждаются основные характеристики цианобактерий, их азот фиксирующей способности, вопросы биологии и экологии представителей рода Cylindrospermum и особенности их распространения в почвах (Голлербах, Штина, 1969;

Шушуева, 1977;

Кузяхметов, 1980;

Алексахина, Штина, 1984;

Панкратова, 1985;

Перминова, 1990;

Дубовик, 1995;

Список…, 1998;

Хайбул лина, 2006). Рассматривается диагноз вида C. michailovskonse, приводятся данные его таксономии. Признавая современный статус цианобактерий с учё том номенклатурных изменений, рассмотрена номенклатура и классификация цианобактерий по И. Комарек и К. Анагностидис (Komarek, Anagnostidis, 1989, 1998, 1999, 2005), согласно которой цианобактерии рассматриваются в ранге класса Cyanophyceae в отделе Cyanoprokaryota.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Объект исследований – Cylindrospermum michailovskonse, выделен в 2005 г. из пойменной почвы около реки Большая Караганка (30 км. от п. Из майловский, Челябинская область) и переведён в музейную культуру. Культуру выращивали на косяках и чашках Петри с использованием жидкой и агаризо ванной питательной среды Чу – 10 (Chu, 1942). Измерения проводили методом прямого микроскопирования с помощью светового микроскопа серии Ломо Микмед-1 (объектив 40, апертура 0,65) при помощи окуляр-микрометра 510.

Микрофотографии выполнялись с использованием фотоаппарата Canon А95 с фотонасадкой при увеличении 40 (апертура 0,65).

Для анализа морфологии C. michailovskonse подсчитывали по 150 веге тативных клеток, гетероцист и спор (всего 450 измерений). Оценку проводили по 6 морфологическим параметрам: длина и ширина вегетативных клеток, гете роцист и спор. Линейные размеры клеток измеряли в микрометрах (мкм). При статистической обработке результатов исследований использовались средняя арифметическая, её ошибка, медиана, стандартное отклонение и значение ко эффициента вариации (Плохинский, 1970;





Лакин, 1990).

Изучали влияние температуры на морфологию цианобактерии C.

michailovskonse в диапазоне +20° – +100°С с интервалом в 10°С. Изучали влияние реакции среды в диапазоне от 2 до 12 с интервалом 0,5.

В качестве агентов засоления были выбраны хлоридное засоление (NaCl) и содово-карбонатное засоление (Na2CO3) как наиболее распространённые со единения в солончаках природного и антропогенного происхождения. NaCl испытывали в концентрациях – 210-1;

3,5101;

510-1;

710-1;

1;

1,5 моль/л;

Na2CO3 в концентрациях – 510-4, 110-3, 510-3, 110-2, 510-2 моль/л. Контро лем служила питательная среда.

Изучали влияние кадмия, свинца, меди, марганца и никеля на морфоло гические признаки цианобактерии C. michailovskonse. Концентрации металлов выбирались на основании анализа литературных данных (Arora, Gupta, 1983;

Wang, Wood, 1987;

Bastien, Cte, 1989;

Бингам и др., 1993;

Фазлутдинова, 1999), а также по проведённым исследованиям Л. А. Гайсиной (2000). Медь, кадмий, свинец испытывали в концентрациях 110-10–110-2 моль/л, никель 110-6– 110-1, 1 моль/л, марганец - 110-4 –110-1, 1 моль/л. Металлы вносили в виде следующих солей: CuCl25H2O, MnCl24H2O, NiCl26H2O, Pb(NO3)2 безводный, Cd(CH3COO)22H2O. Концентрацию солей рассчитывали по действующему веществу (иону соответствующего металла) в моль/л.

Гербициды нитран и триаллат испытывали в концентрациях 110-8 – 110-3 моль/л. Концентрации гербицидов выбирались на основании данных Л.А.

Гайсиной (2000). Выбор гербицидов объясняется их частым использованием в сельском хозяйстве.

Изучали влияние хлорида калия, мочевины и суперфосфата на морфоло гические показатели C. michailovskonse. Выбор определялся тем, что эти удобрения часто используются в сельском хозяйстве. Удобрения испытывали в следующих концентрациях (моль/л действующего вещества): хлорид калия – 110-3, 510-3, 110-2, 510-2, 110-1, 310-1 моль/л, мочевина – 210-3, 810-3;

210-2 моль/л, 810-2, 210-1,510-1, 810-1, 1,7 моль/л;

суперфосфат – 410-5, 210-4;

110-3, 410-3 моль/л.

Для оценки уровня изменчивости на основании коэффициента вариации использовалась шкала А.С. Мамаева (1968), согласно которой выделяют уровня изменчивости, отражающие разнообразие растительных организмов: 1) пониженный коэффициент вариации (cv) 15 %;

2) средний (cv = 15-25 %);

3) повышенный (cv 25 %).

Достоверность результатов исследований определялась с помощью кри терия Стьюдента (Урбах, 1963;

Лакин, 1990). Статистическую обработку ре зультатов проводили в программном продукте базового пакета Statistica 6.0 for Windows.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СYLINDROSPERMUM MICHAILOVSKONSE Динамика развития C. michailovskonse на твёрдых и жидких питательных средах При культивировании в жидкой среде C. michailovskonse образовывала тонкие нити бледно-зелёного цвета. При выращивании на агаре в чашках Петри колонии быстро разрастались по поверхности и имели нежный налёт с много численными сплетениями нитей ярко-изумрудного цвета. В световом микро скопе нити были прямыми, либо изогнутыми, расположены слоями, вегетатив ные клетки удлинённо-цилиндрические с хорошо заметными терминальными гетероцистами и широко удлинёнными спорами, которые образовывались из вегетативной клетки около гетероцист.

При старении культуры отмечалось образование зрелых спор с буроватой оболочкой, фрагментация нитей: если в молодой культуре большинство нитей были относительно длинными, изумрудно-зелёными, располагались концен трически, а гетероцисты были хорошо выражены, удлинённо-округлой формы, то в старой культуре клетки начинали терять свой цвет. В дальнейшем, наряду с этими нарушениями, отмечалось обесцвечивание протопласта, а через 2 месяца большинство клеток теряли целостность клеточной оболочки и разрушались.

Гетероцисты при этом становились более светлыми, приобретали округлую форму, увеличивались в ширине.

3.1. Температура Наиболее полная картина морфологических изменений под влиянием вы соких температур наблюдалась на 14 день просмотра и в дальнейшем остава лась неизменной.

д л ина, м км ° ° ° ° ° ° ° ° 0° ь ол тр н ко температура,°С (14 сутки) вегетативные клетки гетероцисты Рис. 1. Влияние высоких температур на морфометрические показатели C. michailovskoense На 14 день просмотра при воздействии температур 20-30°С нарушений в структурах вегетативных клеток, гетероцист и спор не наблюдалось. При воз действии температуры 40°С наблюдали увеличение длины вегетативных кле ток, гетероцист, при этом величина длины гетероцист была выше, чем в кон трольном варианте. Нити культуры располагались концентрическими кругами, происходило образование спор. При температурах 50°C и выше происходило полное разрушение и гибель клеток (рис. 1).

3.2. Реакция среды В кислых (диапазон от 2 – 3,5) и щелочных (диапазон от 10,5 – 12) значе ниях среды происходила деформация клеток и полное разрушение клеточного содержимого. В диапазоне рН 4 – 4,5 наблюдали преобладание вегетативных клеток с бледной окраской, частичную грануляцию цитоплазмы, образование молодых спор, удлинение клеток в длину. При рН от 5 до 6,5 нити слабо светло-зелёные, происходило увеличение гетероцист в ширину, образование множество зрелых спор с жёлто-бурой оболочкой, превышение длины клеток над шириной. В диапазоне рН от 7 до 7,5 клетки сохраняли морфологический статус. В щелочном диапазоне среды наблюдалось побледнение окраски веге тативных клеток при рН 8 – 8,5, превышение ширины клеток над длиной, удли нение гетероцист. При рН=9 – 9,5 происходила фрагментация нитей, клетки укорачивались, встречались оторванные гетероцисты, полушарообразной фор мы, оболочка спор приобретала жёлто-бурую окраску. При рН=10 в клетках происходило обесцвечивание цитоплазмы, массовое развитие спор.

В целом, кислая реакция среды отрицательно влияла на морфологическое состояние подавляющего большинства клеток цианобактерии, особенно вблизи крайних показателей. Серьезные повреждения протопластов (побледнение ок раски и лизис) при низких значениях рН, могут быть обусловлены денатураци ей белков и ферментов, ответственных за фотосинтетическую активность кле ток.

Вегетативные клетки Cylindrospermum michailovskonse в диапазонах рН 4-5,5 и при рН 6,5;

7,5-10, имели тенденцию к снижению своих размеров отно сительно контроля. Гетероцисты в тех же амплитудах рН, наоборот, стремились к их увеличению.

С помощью проведённых экспериментов было выявлено, что морфологи ческий статус вида сохраняется в интервале 7-7,5 значений реакции среды.

Споры же оставались живыми во всех исследованных значениях реакции сре ды.

3.3. Засоление Концентрации 1,0-710-1 моль/л NaCL вызывали сильные морфологиче ские нарушения. Наблюдалось гранулированность цитоплазмы, обесцвечивание и полное разрушение клеток. При концентрации 210-1 моль/л происходило из менение формы вегетативных клеток, гетероцист (рис.2). При внесении Na2CO в концентрации 510-2 моль/л приводили к обесцвечиванию и разрушению це лостности клеток, гетероцист. При концентрации соли 110-2 моль/л наблюда лось лизис клеток. С повышением концентрации Na2CO3 вегетативные клетки приобретали удлинённую, а гетероцисты полушарообразную формы. Концен - трации 510 моль/л и ниже не вызывало видимых морфологических наруше ний как вегетативных клеток так и гетероцист.

д л ина, м км контроль 3,510-1 510-1 710- 210-1 1 1, - - - - вегетативные клетки 4,35 4, - - - - гетероцисты 6,06 7, споры 15,93 9,52 9,69 9,58 13,68 17,58 15, концентрация, моль/л Примечание: «-» – клетки погибли Рис. 2. Влияние хлорида натрия на морфометрические показатели C.

michailovskonse Исследования показали, что для цианобактерии Cylindrospermum michailovskonse наиболее токсичным оказался NaCL. Характер воздействия на морфологические признаки солей различался: если NaCL оказывал большее влияние на длину и ширину спор, то Na2CO3 – на ширину клеток, гетероцист, длину и ширину спор. При внесении NaCL быстрее погибали гетероцисты, при высоких концентрациях Na2CO3 погибали вегетативные клетки.

3.4. Тяжёлые металлы Кадмий в концентрациях 110-7–10-2 моль/л вызывал полное разрушение и гибель вегетативных клеток, гетероцист. Клетки при этом становились бес форменными, «сжато-квадратными». Споры были увеличены в длину и покры ты ярко выраженной жёлто-бурой оболочкой. При концентрации 110-8 моль/л наблюдали аномальное образование споры: на терминальной клетке происхо дило образование двух спор из 4-х первых клеток, также наблюдали изменение первых начальных 3-х вегетативных клеток (клетки утолщались в ширине, стенка увеличивалась в размерах);

некоторые споры приобретали удлинённо эллипсоидную форму. При концентрации металла 110-7–10-6 моль/л наблюда лось гранулированность цитоплазмы, клетки становились бесформенными, ге тероцисты были оторваны, разбросаны;

с ростом концентрации число гранули рованных клеток возрастало: если при концентрации 110-7 моль/л грануляции были подвержены 10-20 % клеток, то при концентрации 110-6 моль/л их число возрастало до 50-60%. Концентрации кадмия 110-10–10-9 моль/л не оказывали влияния на форму клеток и состояние цитоплазмы. При внесении кадмия на блюдалось увеличение длины клеток, при этом с ростом концентрации токси канта гетероцисты увеличивались в длину, приобретая округло-расширенную форму (рис. 3).

д л ина, м км 110-10 110-9 110-8 110-7 110-6 110-5 110-4 110-3 110- контроль - - - - - вегетативные клетки 4,17 4,65 6,12 4, - - - - - гетероцисты 6,06 6,48 6,48 7, споры 9,01 11,94 12,88 13,56 13,66 11,22 9,79 5,89 14,37 13, концентрация, моль/л Примечание: обозначения такие же, как и на рисунке 2.

Рис. 3. Влияние кадмия на длину вегетативных клеток, гетероцист и спор C. michailovskonse Медь в концентрациях 110-5–10-2 моль/л вызывал обесцвечивание и ли зис вегетативных клеток, гетероцист. При концентрации 110-7–10-6 моль/л на блюдалась гранулированность цитоплазмы, клетки утрачивали свой цвет. Ге тероцисты при концентрации 110-8–10-7 увеличивались в ширину, приобретая округлую форму, а при концентрации 110-6 моль/л – погибли. Концентрации меди 110-10–10-9 моль/л не оказывали влияния на форму клеток и состояние цитоплазмы. С уменьшением концентрации происходило увеличение ширины вегетативных клеток. При высоких концентрациях споры увеличивались в дли ну (рис. 4).

д л и н а, м км 110-10 110-9 110-8 110-7 110-6 110-5 110-4 110-3 110- контроль - - вегетативные клетки 4,17 5,86 5,77 6,06 6,33 6, гетероцисты - - - - 6,06 6,49 6,62 6,63 6, споры 15,93 11,56 10,45 9,06 10,45 10,56 13,68 17,58 15,79 15, концентрация, моль/л Примечание: обозначения такие же, как и на рисунке 2.

Рис. 4. Влияние меди на морфометрические признаки C. michailovskonse При концентрациях свинца 110-5-10-2 моль/л происходило обесцвечи вание и разрушение вегетативных клеток, гетероцист. При концентрации 110- моль/л клетки постепенно утрачивали свой цвет, в 10-20% клеток наблюдали гранулированность цитоплазмы, нити приобретали изогнутую форму. Гетеро цисты увеличивались в ширину, некоторые отделялись от трихомов. При кон центрациях 110-10-10-8 моль/л морфологические изменения вегетативных кле ток, гетероцист, спор в сторону нарушений не наблюдалось. При концентрации 110-7 моль/л вегетативные клетки, гетероцисты увеличивались в длину, при этом происходило образование зрелых спор с плотной жёлто-бурой оболочкой (рис. 5).

д л ина, м км контроль 110-10 110-9 110-8 110-7 110-6 110-5 110-4 110-3 110- - - - вегетативные клетки 4,35 5,77 6,33 6,82 6,82 6, - - - гетероцисты 6,06 7,66 7,35 7,35 7,38 7, споры 12,21 11,97 12,87 13,56 13,58 13,66 13,66 13,77 14,38 14, концентрация, моль/л Примечание: обозначения такие же, как и на рисунке 2.

Рис. 5. Влияние свинца на морфометрические показатели C. michailovskoense При концентрации никеля, равной 1 моль/л, наблюдались полностью раз рушенные клетки, концентрация 110-2 моль/л вызывала нарушение формы, выражающееся в появлении бочонкообразных клеток. Концентрации 110- моль/л (для вегетативных клеток, гетероцист) и 110-4 -10-3 моль/л (для спор) не оказали морфологических изменений формы клеток. Металл в концентрации 110-3 моль/л вызывал грануляцию и удлинение вегетативных клеток, гетеро цист. Внесение никеля приводило к увеличению длины вегетативных клеток в концентрациях 110-6 и 110-4 моль/л. При концентрации 110-4 моль/л проис ходило расширение вегетативных клеток, у гетероцист – удлинение формы.

Споры при этих концентрациях уменьшались в длине.

Марганец в концентрации 110-1-1 моль/л вызывал разрушение клеток, гетероцист. Марганец в концентрации 110-3 моль/л вызывал нарушение фор мы, выражающееся в появлении эллипсоидных клеток. При концентрации мар ганца 110-4 моль/л происходило развитие спор. Металл в концентрации 110- моль/л приводил к укорачиванию вегетативных клеток, гетероцист. Ширина ве гетативных клеток, гетероцист увеличивалась в концентрации 110-2 моль/л.

При высоких концентрациях наблюдалось увеличение ширины спор. Концен трации 110 моль/л (для вегетативных клеток и гетероцист) и 110-3 моль/л - (для спор) не влияли на морфологическое состояние C. michailovskonse.

Наибольшее воздействие металлы оказывали на длину вегетативных кле ток, гетероцист, длину и ширину спор.

В целом, по степени влияния на морфометрические характеристики и выживаемость как вегетативных клеток, гетероцист так и спор исследованных металлов можно расположить в следующей последовательности:

CdCuPbNiMn.

3.5. Гербициды Исследования показали, что для C. michailovskonse нитран оказался ток сичнее триаллата. Видимые признаки гибели вегетативных клеток цианобакте рии отмечались при концентрации 110-4-10-3 моль/л гербицидов и выражались в гранулированности цитоплазмы, обесцвечивании и полном разрушении кле ток. Признаки гибели гетероцист отмечались в концентрации 110-5-10-3 моль/л при внесении нитрана и в концентрации 110-4-10-3 моль/л при внесении триал лата. Не удалось установить гибели спор при воздействии гербицидов в испы танных концентрациях. Характер изменчивости морфологических признаков были индивидуальными для каждого гербицида (рис. 6).

д л ин а, м к м 0 -8 -7 -6 -5 -4 - контроль 110 110 110 110 110 - вегетативные клетки 4,17 4,33 6,12 4,38 6, гетероцисты - - 6,06 7,66 7,35 7, споры 12,21 11,97 12,87 13,58 13,66 13,77 14, концентрация, моль/л Примечание: «-» – клетки погибли Рис. 6. Влияние нитрана на морфометрические показатели C. michailovskonse 3.6. Удобрения Был установлен ряд токсичности испытанных удобрений: суперфосфат хлорид калия мочевина. Суперфосфат в концентрации 210-4 моль/л приводил к увеличению ширины вегетативных клеток C. michailovskonse. При концен трации 110-3 моль/л гетероцисты погибли. С возрастанием концентрации пре паратов вегетативные клетки обесцвечивались, наблюдалась грануляция цито плазмы, при этом споры увеличивались в длину. При концентрациях 410- - моль/л для вегетативных клеток, 210 моль/л для гетероцист и спор морфоло гических изменений в сторону нарушений не наблюдалось.

Хлорид калия в концентрациях 510-2 моль/л и более приводил к гибели вегетативных клеток и гетероцист C. michailovskonse. При более низких кон центрациях (510-3 моль/л) отмечалось появление бесформенных и эллипсоид ных клеток. При концентрациях хлорида калия 110-2 моль/л наблюдалось по степенное разрушение гетероцист: они были разбросаны и оторваны от вегета тивных клеток. Споры цианобактерии выдерживали концентрации 310- моль/л хлорида калия. Внесение высоких, но переносимых (пермиссивных) концентраций хлорида калия вызывало удлинение вегетативных клеток C. michailovskonse.

Концентрации мочевины 210-1 и более моль/л приводили к гибели веге тативных клеток цианобактерии. При более низких концентрациях удобрения (210-2, 810-2 моль/л) для клеток была характерна гранулированность цито плазмы, изогнутость и укорачивание. При концентрации 810-3 моль/л проис ходило постепенное изменение окраски вегетативных клеток (от изумрудно зеленоватой в светло-зелёную), при этом гетероцисты приобретали округлую форму.

ГЛАВА 4. ГРАНИЦЫ УСТОЙЧИВОСТИ С. MICHAILOVSKONSE К ЭКОЛОГИЧЕСКИМ ФАКТОРАМ На градиенте любого экологического фактора распространение вида ог раничено пределами толерантности. Между этими пределами есть отрезок (экологический оптимум), на котором условия для конкретного вида наиболее благоприятны и потому формируются самая большая биомасса и высокая плот ность популяции (Миркин, Наумова, 2005).

При обобщении полученных результатов нами была построена лепестко вая диаграмма, где по осям ординат откладывали десятичные логарифмические (lg) значения концентрации данного вещества, которые не вызывали морфоло гических нарушений вегетативных клеток, гетероцист и спор (рис. 7).

Cd - мочевина Cu - - - - KCL Pb - - - - - нитран Na2CO триаллат суперфосфат Ni Mn споры гетероцисты вегетативные клетки Рис. 7. Влияние различных концентраций засоления, тяжёлых металлов, удоб рения и гербицидов на сохранение морфологического статуса клеток C. michailovskonse Как видно из рис. 7, границы устойчивости вегетативных клеток и гете роцист практически совпадают. Споры оказались более устойчивыми ко всем экологическим факторам. Конфигурация зон выживаемости вегетативных кле ток, гетероцист и спор одинаковы. Это свидетельствует о том, что данные эле менты в строении нитей C. michailovskonse сходным образом реагируют на воздействие изученных факторов и различаются лишь в том, что одни клетки менее устойчивы, другие – более устойчивы к данным факторам.

ВЫВОДЫ 1. Проведенные в лабораторных условиях исследования морфометриче ских показателей вегетативных клеток, гетероцист и спор цианобактерии Cylin drospermum michailovskonse выявили, что пределы колебаний размеров вегета тивных клеток, гетероцист и спор у Cylindrospermum michailovskonse, выде ленной из пойменной почвы на территории Челябинской области оказались выше, чем они указаны в современных определителях для данного вида. Длина вегетативных клеток и спор была меньше, а ширина вегетативных клеток и спор оказалась несколько больше, чем это указано в определителях. В тоже время по всем остальным параметрам выделенный вид соответствовал диагнозу вида Cylindrospermum michailovskonse, описанному в определителях.

2. Морфологический статус вида сохранялся при внесении тяжелых ме таллов: кадмия в концентрациях 110-10 и ниже, меди - 110-9 и ниже, свинца 110-9 и ниже, никеля 110-5 и ниже, марганца - 110-4 моль/л и ниже.

3. При исследовании токсичности гербицидов и удобрений оказалось, что морфологический статус вида сохранялся при внесении нитрана и триаллата в концентрациях 110-8 моль/л и ниже;

мочевины в концентрациях 210-3 моль/л и ниже, хлорида калия в концентрациях 110-3 моль/л и ниже суперфосфата 410-5 моль/л и ниже не оказывали влияния на морфологический статус Cylin drospermum michailovskonse.

4. При засолении Na2CO3 морфологический статус вида сохранялся при концентрации 510-4 моль/л и ниже. В результате культивирования при темпе ратуре 40°С и выше наблюдалось массовое спорообразование. Температура в интервале 20-30°С и значение рН при 7-7,5 не вызывали морфологических на рушений вегетативных клеток, гетероцист и спор данного вида.

5. Границы устойчивости вегетативных клеток и гетероцист к изученным экологическим факторам оказались значительно уже, чем у спор и практически совпадали. Споры оказались более устойчивыми к исследованным экологиче ским факторам.

6. Знание биологии и экологии почвенной цианобактерии Cylindros permum michailovskonse позволяет использовать его для проведения работ по экологическому мониторингу.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.), Гайсина Л.А Влияние гербицидов на морфологию почвенной азотфиксирующей синезелёной водоросли Cylindros permum michailovskoense Elenk.(Cyanobacteria) // Вестник Оренбургского госу дарственного университета. – 2007. – № 75. – С. 13-16.

2. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.), Кабиров Р.Р. Влияние тяжёлых метал лов на морфологию цианобактерии Cylindrospermum michailovskoense // Про блемы региональной экологии. – 2008. – №2. – С. 86-90.

3. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.) Географическое распространение ви дов рода Cylindrospermum (Cyanophyta) // Альгологические исследования: со временное состояние и перспективы на будущее. Материалы I Всеросс. науч. практич. конф. – Уфа: Изд-во БГПУ, 2006. – С. 8-9.

4. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.) Возможности применения альготести рования в школьной программе изучения предмета « Биология и Экология» // Экологические проблемы урбанизированных территорий. Материалы регион.

науч.-практич. конф. (20-21 марта 2007г.). – Елец, 2007. – С. 171-173.

5. Кокорина Л.В. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.) Возможности использо вания методов биотестирования в школьной программе изучения предмета « Биология и Экология» // Экологическое образование в целях устойчивого раз вития – 2. Материалы Всеросс. науч.-практич. конф. (10-12 апреля 2007г.). – Самара, 2007. – С. 42-44.

6. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.) Возможности использования синезелё ной водоросли Cylindrospermum michailovskoense Elenk. (Cyanophyta) для био индикации почвы // Общие проблемы мониторинга природных экосистем. Ма териалы Всеросс. науч.-практич. конф. (май 2007г.). – Пенза, 2007. – С 4-7.

7. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.) Возможности использования синезелё ных водорослей при закислении почвы // Наука и молодёжь. Материалы VIII Всеросс. науч.-практич. конф. (24 мая, 2007г.). – Нижний Новгород, 2007. – Т.

1. – С. 116-117.

8. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.) Влияние кислотности на развитие си незелёной водоросли Cylindrospermum michailovskoense Elenk. (Cyanophyta) // Тез. докл. науч.-практич. конф. «Хартия Земли» (5-6 июня 2007 г). // Журнал Экологии и промышленной безопасности (Вестник Татарстанского отделения Российской Экологической Академии). – Казань, 2007. – №3. – С. 51-52.

9. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.) Влияние засоления на морфометриче ские характеристики азотфиксирующей нитчатой синезелёной водоросли Cyl indrospermum michailovskoense Elenk. (Cyanophyta) // Экология и биология почв.

Материалы VI Междунар. научной конф. (октябрь, 2007г.). – Ростов-на-Дону, 2007. – С. 3-6.

10. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.) Морфологическая изменчивость поч венной водоросли Cylindrospermum michailovskoense Elenk. (Cyanophyta) в ус ловиях засоления // Состояние биосферы и здоровье людей. Сб. статей VII Ме ждунар. науч.-практич. конф. – Пенза, 2007. – С. 11-14.

11. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.) Влияние гербицидов на морфометри ческие признаки почвенной азотфиксирующей синезелёной водоросли Cylin drospermum michailovskoense Elenk.(Cyanobacteria) // Вестник развития науки и образования. – Москва: Наука, 2007. – №6. – С.11-15.

12. Абузарова Л.Х (Зарипова Л.Х.) Роль низших растений в поддержании стабильности наземных экосистем в условиях техногенного стресса // Экология и безопасность жизнедеятельности Сб. статей VII Междунар. науч.-практич.

конф. – Пенза, 2007. – С. 4-5.

13. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.), Кабиров Р.Р. Изучение реакции циа нобактерий на действие различных удобрений // Наука и образование – 2008.

Материалы Междунар. научно-технич. конф. (2 – 10 апреля 2008г.). – Мур манск, 2008. – С. 335-338.

14. Абузарова Л.Х (Зарипова Л.Х.) Возможности использования почвен ной азотфиксирующей синезелёной водоросли Cylindrospermum michailovskoense Elenk.(Cyanobacteria) при засолении почвы //Актуальные эко логические проблемы Республики Татарстан: Тез. докл. VII респуб. научной конф. (5-6 декабря 2007г.). – Казань: Отечество, 2007. – С. 5.

15. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.) Реакция цианобактерии Cylindros permum michailovskoense на воздействия тяжёлыми металлами // Экологические проблемы бассейнов крупных рек-4. Тез. докл. Междунар. конф. (15-19 сентяб ря 2008г.). – Тольятти, 2008. – С. 1.

16. Гайсина Л.А., Фазлутдинова А.И., Сафиуллина Л.М., Пурина Е.С., Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.), Кокорина Л.В., Мухаметова Г.М., Бакиева Г.Р.

Влияние экстремальных экологических факторов на почвенные водоросли // Материалы Всероссийской конференции XII съезда Русского ботанического общества (22-27 сентября 2008г., Петрозаводск). – Петрозаводск, 2008. – Ч.2. – С.23-26.

17. Абузарова Л.Х. (Зарипова Л.Х.) Гайсина Л.А., Сафиуллина Л.М., Ба киева Г.Р. Морфологические изменения Cylindrospermum michailovskonse (Cyanoprokaryota) при воздействии минеральных удобрений // Вестник Одес ского нац. ун-та, серия «Биология», 8-10 октября 2008г.) – Одесса, 2008. – Т.13.

– Вып. 4. – С. 55-60.

18. Бакиева Г.Р., Мельников А.С., Зарипова Л.Х. Первые сведения о поч венных водорослях Башкирского Государственного Природного Заповедника (Южный Урал) // Материалы Всероссийской школы-семинара «Проблемы со временной альгологии» (7-9 октября 2008г.). – Уфа, 2008. – С. 12-14.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.