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
Рубрика: Гидрохимия
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 | УДК: 577.472.
Influence of temperature on maintenance of chlorophyll "A" in hot springs Uro and Goryachinsk
The change of maintenance of chlorophyll "а" and accumulation of biomass under various hydrochemical conditions of environment in hot springs Uro and Goryachinsk were investigated. Between temperature of water and the maintenance of chlorophyll "a" direct dependence was observed.
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 Схл, 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 |
|
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 |
|
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 25оС и 20,25 мг/мл в Горячинске при температуре 45оС, 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
