Влияние температуры на содержание хлорофилла "А" в термальных источниках Уро и Горячинск

Автор: Потапова З.М., Тудупов А.В., Цыренова Д.Д., Бархутова Д.Д.

Журнал: Вестник Бурятского государственного университета. Философия @vestnik-bsu

Статья в выпуске: 3, 2009 года.

Бесплатный доступ

Исследовано изменение содержания хлорофилла "а" и накопление биомассы при различных гидрохимических условиях среды в термальных источниках Уро и Горячинск (Бурятия). Между температурой воды и содержанием хлорофилла "а" наблюдалась прямая зависимость.

Хлорофилл "а", гидрохимические условия среды, термальные источники, chlorophyll "а"

Короткий адрес: https://sciup.org/148178784

IDR: 148178784

Текст научной статьи Влияние температуры на содержание хлорофилла "А" в термальных источниках Уро и Горячинск

Цианобактерии являются единственной группой бактерий, содержащих хлорофилл «а», характерной для фотосинтетических эукариотных организмов [1]. Данные по содержанию хлорофилла «а»

дают достаточно много информации о состоянии фитопланктона при сопоставлении их с концентрацией органического вещества сестона и с величинами первичной продукции [2].

Целью нашей работы было изучение содержания хлорофилла «а» цианобактерий в зависимости от температуры в гидротермах Бурятии (Уро и Горячинск).

Методы исследования

Исследования термальных источников Уро и Горячинск были проведены в 2007-2008 гг. Гидро-терма Уро расположена в отрогах Икатского хребта, Горячинск – в Прибайкальском районе.

Температуру измеряли сенсорным электротермометром Prima (Португалия). Пробы матов для определения содержания хлорофилла «а» отбирали пробочным сверлом площадью 1 см2. В работе был использован спектрофотометрический метод, основанный на анализе спектра поглощения раствора пигментов. Содержание хлорофилла «а» определяли по значениям оптической плотности спиртовых и глицериновых экстрактов. Процесс определения состоит из получения раствора пигментов, съемки и анализа спектров. Экстракцию пигментов осуществляли в 96%-м этиловом спирте. Для полной экстракции пигментов был применен метод разрушения клеточных мембран ультразвуком на дезинтеграторе UD-20 (Польша) при частоте 22 кГц в течение 30 мин, c охлаждением интервалом в 3 с.

Спектры фотосинтетических пигментов получены при приборе CECIL 1021 (Германия). Расчеты производили по формуле:

С= 11,9·(ОП 665 -ОП СП )· V/1·1/S·10, где С – концентрация хлорофилла «а» (мг/м²), V – объем экстракта, мл, S – площадь сверла, см², 1 – толщина кюветы (1 см).

Математическую обработку полученных результатов проводили при помощи программы Microsoft Excel. Величину биомассы рассчитывали согласно литературным данным о концентрации хлорофилла «а» [2]. Концентрация хлорофилла «а» составляет примерно 25% от веса сухой биомассы или 6,75% от содержания органического углерода. Таким образом, при переходе от концентрации хлорофилла «а» к биомассе, выраженной в единицах углерода, допустимо использовать пересчетный коэффициент 15 [3]:

Вс=15 Chla, где Chla – концентрация хлорофилла «а».

Результаты и обсуждение

Важнейшим экологическим фактором, влияющим на формирование микробных сообществ гидротерм, является температура. Исследованные термальные источники Горячинск и Уро характеризовались различной температурой (табл. 1). Температура источника Уро изменялась в широких пределах от 250С до 650С. Минеральные воды источника Горячинск имели температуру от 200С до 55оС.

В результате работы были получены количественные характеристики содержания хлорофилла «а» и биомассы в цианобактериальных матах гидротерм. Среднее содержание хлорофилла «а» в источниках находится в пределах 5,1-22,47 мг/м2. Максимальная концентрация хлорофилла «а» обнаружена в источнике Уро при температуре 25оС, что составляло 22,47 мг/мл, в цианобактериальных матах значения совпадали с максимумами биомассы цианобактерий, равной 337,00 мг/мл; между этими показателями наблюдалась достоверная корреляция. Высокие значения содержания хлорофилла «a» связанны с массовым развитием цианобактерий в микробных матах (рис. 2). Так, при температурах 25оС, 45оС и 40оС максимальные показатели содержания хлорофилла «а» (22,47 мг/мл; 20,25 мг/мл; 15,78 мг/мл соответственно) и биомассы цианобактерий (337,00 мг/мл; 303,75 мг/мл; 236,70 мг/мл) в основном совпадали (табл. 2).

Таблица 1 Физико-химическая характеристика гидротерм Бурятии

Источник	Станции	Т, ⁰С	Описание матов
Уро	1	42	Многослойный цианобактериальный мат
Уро	2	54	Толстые многослойные зеленые маты
Уро	3	34	Черные обрастания Oscillatoria
Уро	4	31	Колонии пурпурных бактерий на мате
Уро	5	65	Обрастания по краю ручья
Уро	6	60	Розовые нити
Уро	7	61	Относительно тонкие, слоистые маты

Уро	8	62	Бурые и зеленые обрастания
Уро	9	54	Цианобактериальный толстый мат
Уро	10	59	Зеленые плотные обрастания по краю ручья. Тонкие обрастания темно-зеленого цвета
Уро	12	44	Ярко-зеленый цианобактериальный мат
Уро	13	25	Буро-зеленые обрастания h до 3 мм
Уро	15	46	Цианобактериальный трехслойный мат
Горячинск, 2007	3	20	Цианобактериальный мат темно-зеленого цвета
	1	40	Цианобактериальный мягкий, однослойный мат изумрудно-зеленого цвета
		41	Сверху цианобактериальный мат темно-зеленого цвета. Пурпурный слой
		51	Цианобактериальный мат слоистый, кожистый, уплотненный
		55	Цианобактериальный мат кожистый, уплотненный
Горячинск, 2008		45	Однослойный цианобактериальный мат

Содержание хлорофилла «а» в гидротермах варьировало от 5,01 до 22,47 (табл. 2, рис. 1, 2), что объясняется разными физико-химическими показателями среды. Изучение показателей спектрального анализа отобранных проб показало, что распределение содержания хлорофилла «а» в матах было неравномерным. С понижением температуры (25оС) концентрация пигмента – хлорофилла «а» возрастала, что объясняется более интенсивным развитием сообщества, образованием многослойных цианобактериальных матов (табл. 3).

В заключение следует отметить, что, несмотря на большое различие температуры, концентрации хлорофилла «а» в цианобактериальных матах колебались в узких пределах: 5,01-10,20 мг/мл и 10,5722,47 мг/мл. Высокое содержание хлорофилла «а» в источнике Уро по слоям свидетельствует о массовом развитии цианобактерий, которые формировали основу биомассы фитопланктона в таких условиях, а также о преобладании в цианобактериальных матах именно этого пигмента, который содержится только у представителей этой группы. В источниках гидрохимические показатели обеспечили оптимальные условия для развития цианобактерий, в то время как вклад в общую биомассу фитопланктона других групп (диатомовые и золотистые) при таких условиях был значительно ниже. Этим объясняется высокое содержание хлорофилла «а», для которых характерен этот фотосинтетический пигмент.

Таблица 2

Средние значения содержания хлорофилла «а» и биомассы в цианобактериальных матах в термальных источниках Уро и Горячинск

Источники	Станции	Т, ⁰С	Средние значения С_хл, мг/м²	Вс, мг/м²
Уро	1	42	11,12	155,23
	2	54	13,47	119,86
	4	31	5,01	75,09
	5	65	6,05	90,68
	6	59	13,49	202,33
	7	60	5,61	84,15
	8	62	10,20	153,06
	9	54	7,71	115,67
	10	59	7,82	117,32
	12	44	12,17	182,61
	13	25	22,47	337,00
	15	46	10,57	158,51
Горячинск, 2007 г	3	20	8,23	123,45
	1	40	15,78	236,70
	1	41	9,34	140,10
	1	51	14,82	222,30
	1	55	10,76	161,40
Горячинск, 2008 г.	1	45	20,25	303,75

Содержание хлорофилла «а» и биомасса по слоям в цианобактериальных матах в термальных источниках Уро и Горячинск

20 30 40 50 60 70

Источник	Слои	Схл, мг/мл	Вс, мг/мл
Уро-1	1 слой желто-зеленый	11,05	165,75
	2 слой ярко-зеленый	13,60	203,94
	3 слой – белая пленка	6,40	96,00
Уро-2	1 слой желто-зеленый	9,25	138,73
	2 слой ярко-зеленый	10,41	156,22
	3 слой – белая пленка	4,30	64,62
Уро-4	1 слой ярко-зеленый	2,77	41,55
Уро-4	2 слой желтый	7,24	108,62
Уро-5		6,05	90,68
Уро-6		13,49	202,33
Уро-7	1 слой белесый налет	3,98	59,76
	2 слой оранжевый	7,61	114,10
	3 слой тонкий ярко-зеленого цвета	8,80	132,02
	4 слой студенистый, оранжевый	2,05	30,70
Уро-8		10,20	153,06
Уро-9	1 слой желто-зеленый	8,06	120,95
	2 слой ярко-зеленый	8,63	129,41
	3 слой белесый налет	6,44	96,66
Уро-10	Зеленые плотные обрастания	10,53	157,88
Уро-10	Тонкие темно-зеленого цвета обрастания	5,11	76,75
Уро-12	1 слой белесый слой	7,00	105,00
	2 слой ярко-зеленый	14,45	216,70
	3 слой ярко-зеленый	15,07	226,12
Уро-13		22,47	337,00
Уро-15	1 слой желто-зеленый	8,31	124,77
	2 слой ярко-зеленый	17,92	268,73
	Золой белесый, розовый	5,47	82,04

Температура, С

Рис. 1. Зависимость содержания хлорофилла «а» от температуры в источнике Уро

I 2,5 !> 5” 2

1,5

0,5

0 0

10 20 30 40 50 60

Температура, С

Рис. 2. Зависимость содержания хлорофилла «а» от температуры в источнике Горячинск

Выводы

• Исследования показали, что содержание хлорофилла «a» в микробных матах может сильно различаться. Содержание фотосинтетических пигментов, особенно хлорофилла «а», отражает не только биомассу и уровень продуктивности фитопланктона, но и физиологическое состояние водорослей, и позволяет оценить интенсивность фотосинтетических процессов.
• Содержание хлорофилла «а» позволяет учесть состояние трофического уровня и уровень трансформации экосистемы водоема под влиянием факторов среды, в особенности от температуры.
• По полученным данным, наблюдаются два максимума содержания хлорофилла «а» 22,47 мг/мл в источнике Уро при температуре 25^оС и 20,25 мг/мл в Горячинске при температуре 45^оС, что, очевидно, связано с экофизиологией цианобактериальных сообществ.

Работа выполнена при поддержке грантов Президиума СО РАН № 38 и 95, МО РФ РНП 2.1.1/2165 и НОЦ Байкал

Статья научная