Особенности питания водорослей Nitzschia palea (Kutz.) W. Sm. (Bacillariophyta) и Mychonastes homosphaera (Skuja) Kalina et Punc. (Chlorophyta)

В природных экосистемах концентрация минеральных и органических ресурсов, а также уровень освещенности изменяются как во временном, так и в пространственном масштабах. Большинство водорослей имеют автотрофный тип питания, хотя известны виды, которым свойственно миксотрофное и гетеротрофное питание.

Одним из наиболее легкоусвояемых водорослями органических субстратов являются свободные моносахариды. Способность к потреблению этих субстратов отмечена у представителей почти всех классов водорослей [3]. В исследованиях Н.С. Тух-ман с соавт. [4] было выявлено, что многие диатомовые водоросли, в том числе и Nitzschia palea , в условиях слабого освещения способны усваивать ацетат, лактат, этанол, насыщенные жирные кислоты, глицерин, аминокислоты, а также глюкозу. Некоторые виды рода Mychonastes также способны к росту в темноте, используя глюкозу в качестве единственного источника энергии и углерода [6].

Вопрос о питании водорослей в условиях отсутствия освещения, включая и пещеры, до настоящего времени остается полностью не выясненным, поэтому изучение данного вопроса является актуальным.

Целью данной работы было определить возможность диатомовой водоросли Nitzschia palea (Kütz.) W. Sm. и зеленой водоросли Mychonastes homosphaera (Skuja) Kalina et Punc. использовать экзогенные сахара (глюкозу) в качестве источника энергии на свету и в темноте, а также провести сравнительный анализ их скорости роста при разных условиях освещенности.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Для эксперимента использовали штамм Nitz-schia palea , выделенный из цианобактериальноводорослевого ценоза донных отложений озера

Брехунов пещеры Пропащая Яма (Бурзянский район, Республика Башкортостан) с начальной концентрацией клеток 1,24∙10⁶ в см³ и штамм Mychonastes homosphaera , выделенный из цианобактериальноводорослевого ценоза стены недалеко от входного колодца на дне пещеры Пропащая яма (Бурзянский район, Республика Башкортостан) с начальной концентрацией клеток 7,02∙10⁶ в см³. Предварительно, перед началом эксперимента штаммы были очищены от грибов и бактерий с помощью антибиотика нистатина [2]. Опытным путем была подобрана наиболее эффективная концентрация антибиотика: для Nitzschia palea – 20-25 ЕД /мл, для Mychonastes homosphaera – 80 ЕД /мл. Штаммы культивировали на среде Громова № 6 [1], диатомовую водоросль – с добавлением силиката натрия, в опытную среду дополнительно добавили 1% р-р глюкозы. Подсчет клеток осуществлялся при помощи камеры Горяева в течение десяти дней культивирования.

Полученные данные были обработаны с помощью пакета программ Statistica 8.0 и Microsoft Office Excelle 2007.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Было выявлено, что в начале опыта на свету в контроле (СК) наблюдается активное увеличение числа клеток Nitzschia palea , однако после восьмого дня размножение замедляется. Возможно, это связано с уменьшением концентрации минеральных веществ в среде. Различия в численности клеток между контролем на свету и опытом в темноте (ТГ) (р<0,014), а также с контролем в темноте (ТК) (р<0,007) на протяжения всего опыта были достоверными, различия с опытной средой на свету (СГ) стали достоверными с третьего дня (р=0,000) (рис. 1, табл. 1).

В СГ размножение идет крайне медленно, но сокращения численности клеток не наблюдается. Различия в численности клеток между СГ и ТГ стали достоверными лишь на восьмой день (р=0,000) (рис. 1, табл. 1).

Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15, № 3 (4)

Рис. 1. Динамика изменений числа клеток Nitzschia palea (Kütz.) W. Sm. при разных условиях культивирования.

Прим.: N – число клеток; СК – свет, контроль; СГ – свет, глюкоза; ТК – темнота, контроль; ТГ – темнота, глюкоза

Таблица 1 . Скорость роста клеток Nitzschia palea (Kütz.) W. Sm. при разных условиях культивирования (кл./час)

	10.12. 2012	11.12. 2012	13.12. 2012	15.12. 2012	17.12. 2012	19.12. 2012
СК	0	0,056	0,143	0,568	1,629	1,806
СГ	0	0,032	0,010	0,048	0,005	0,019
ТК	0	0,016	0,026	0,001	0,005	-0,041
ТГ	0	0,013	0,040	0,009	0,015	-0,026

Прим.: обозначения как на рис. 1

В ТК скорость размножения клеток самая низкая. На восьмой день численность клеток резко падает. Различия в численности клеток между ТК и СГ в первый день были достоверными (p<0,036), однако с третьего по шестой день показали недостоверность (p>0,05). Но в последующие дни различия стали более явными и достоверными (р<0,037) (рис. 1, табл. 1).

В ТГ численность клеток почти сравнима с СГ, и значительно выше, чем в ТК. Различия в численности клеток между ТГ и ТК не достоверны лишь в первый день (р=0,885), в остальные дни результаты были достоверными (р<0,016) (рис. 1, табл. 1).

За весь период проведения опыта в СК наблюдается активное увеличение числа клеток Mychonastes homosphaera , (ежедневно почти в 2 раза). Различия в численности клеток между СК и ТК на протяжения всего опыта были достоверными (р<0,001), различия с СГ стали достоверными с шестого дня (р=0,000),а между СК и ТГ стали достоверными на четвертый день (р<0,001) (рис. 2, табл. 2).

В ТК скорость размножения клеток Mychonastes homosphaera самая низкая. Различия в численности клеток между ТК и СГ были на протяжения всего опыта достоверными (p<0,001) (рис. 2, табл. 2).

В ТГ численность клеток выше, чем в ТК. Различия в численности клеток между ТГ и ТК были достоверными на протяжения всего опыта (р<0,001) (рис. 2, табл. 2).

Различия в численности клеток Mychonastes homosphaera между СГ и ТГ стали достоверными на четвертый день (р<0,001) (рис. 2, табл. 2).

Скорость потребления глюкозы, как правило, зависит от уровня освещенности. У некоторых видов свет инактивирует транспортную систему, обеспечивающую поступление глюкозы в клетки [5]. У Nitzschia palea , как и у Mychonastes homosphaera , в органической среде на свету размножение идет медленно, но сокращения численности клеток не наблюдается (рис. 1, 2, табл. 1, 2). Возможно, в нашем случае, у водорослей на свету также происходит инактивация транспортной системы.

Гетеротрофная утилизация органических субстратов у водорослей является важной стратегией выживания, когда уровень света слишком низок для фотосинтеза, или освещенность вообще отсутствует. Поэтому, на наш взгляд, можно говорить о том, что изученные нами штаммы водорослей из пещеры Пропащая яма в условиях темноты питаются гетеротрофно.

Рис. 2. Динамика изменений числа клеток Mychonastes homosphaera (Skuja) Kalina et Punc. при разных условиях культивирования.

Прим.: N – число клеток; СК – свет, контроль; СГ – свет, глюкоза; ТК – темнота, контроль; ТГ – темнота, глюкоза

Таблица 2 . Скорость роста клеток Mychonastes homosphaera (Skuja) Kalina et Punc. при разных условиях культивирования (кл./час)

	11.03. 2013	12.03. 2013	14.03. 2013	16.03. 2013	19.03. 2013	21.03. 2013
СК	0	0,105	0,289	1,561	2,503	4,546
СГ	0	0,109	0,243	0,381	0,169	0,166
ТК	0	-0,028	0,055	0,027	0,025	0,006
ТГ	0	0,096	0,103	0,090	0,130	-0,060

Прим.: обозначения как на рис. 2

Таким образом, изученные штаммы водорослей Nitzschia palea (Kütz.) W. Sm. и Mychonastes homos-phaera (Skuja) Kalina et Punc. могут рассматриваться как миксотрофы, что является адаптацией к обитанию в пещерах.