1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Биология внутренних вод
  4. № 3, 2022

Биология внутренних вод, 2022, № 3, стр. 300-309

Особенности структурных и функциональных характеристик диатомовой водоросли Pseudosolenia calcar-avis

Л. В. Стельмах *

Федеральный исследовательский центр “Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского Российской академии наук”
Севастополь, Россия

* E-mail: lustelm@mail.ru

Поступила в редакцию 07.06.2021
После доработки 18.11.2021
Принята к публикации 30.11.2021

Аннотация

Исследованы структурные и функциональные характеристики культуры крупноклеточной диатомовой водоросли Pseudosolenia calcar-avis, выделенной из планктона Черного моря. Выявлены основные причины ее интенсивного развития и доминирования в черноморском фитопланктоне в условиях разного содержания биогенных веществ в воде. При оптимальных условиях среды высокие значения эффективности работы фотосистемы II (0.67–0.69), относительного содержания хлорофилла а (~1% органического углерода), отношения площади поверхности клетки к объему цитоплазмы (~0.80–0.90 мкм–1), а также наличие крупной внутриклеточной вакуоли позволили данному виду расти с высокой скоростью (1.40 сут–1). Перенос клеток P. calcar-avis, имеющих максимальный внутриклеточный пул биогенных веществ, в морскую воду, обедненную по биогенным веществам, вызвал быстрое снижение эффективности работы фотосистемы II, относительного содержания хлорофилла а и удельной скорости роста. За счет внутриклеточного пула питательных веществ исследуемый вид водорослей осуществил 4.5 клеточных деления за 4 сут. После исчерпания внутриклеточных запасов биогенных веществ в культуре в течение последующих 5–7 сут численность клеток почти не изменялась, а жизнеспособность культуры сохранялась. Для полного восстановления функциональной активности и дальнейшего роста этого вида необходим доступ к внешнему источнику биогенных веществ, который будет поддерживать его функционирование на высоком уровне. Обсуждаются возможные механизмы пополнения клеток P. calcar-avis биогенными веществами в условиях их дефицита в море.

Ключевые слова: Черное море, фитопланктон, диатомовая водоросль Pseudosolenia calcar-avis, биогенные вещества

Список литературы

  1. Брянцева Ю.В., Лях А.М., Сергеева А.В. 2005. Расчет объемов и площадей поверхности одноклеточных водорослей Черного моря. Севастополь. (Препринт НАН Украины, Институт Биологии Южных морей).

  2. Виноградова О.Н., Брянцева Ю.В. 2017. Таксономическая ревизия Сyanobacteria/Сyanoprokaryota черноморского побережья Украины // Альгология. Т. 27. № 4. С. 436. https://doi.org/10.15407/alg27.04.436

  3. Парсонс Т.Р., Такахаши М., Харгрей В. 1982. Биологическая океанография. Москва: Легк. и пищ. пром-сть. (Parsons T.R., Takahashi M., Hargrave B. 1977. Biological oceanographic processes. Oxford: Pergamon Press).

  4. Погосян С.И., Гальчук С.В., Казимирко Ю.В. и др. 2009. Применение флуориметра “МЕГА-25” для определения количества фитопланктона и оценки состояния его фотосинтетического аппарата // Вода: химия и экология. № 6 (12). С. 34.

  5. Стельмах Л.В. 2017. Закономерности роста фитопланктона и его потребление микрозоопланктоном в Черном море: Автореф. дис. … докт. биол. наук. Севастополь. http://repository.marineresearch.org/handle/299011/2072

  6. Стельмах Л.В., Мансурова И.М. 2021. Физиологический механизм выживания динофитовых водорослей в условиях биогенного лимитирования // Биология внутр. вод. № 2. С. 198.

  7. https://doi.org/10.31857/S0320965221010157

  8. Финенко З.З., Стельмах Л.В., Мансурова И.М. и др. 2017. Сезонная динамика структурных и функциональных показателей фитопланктонного сообщества в Cевастопольской бухте // Системы контроля окружающей среды. Вып. 29. С. 73. https://doi.org/10.33075/2220-5861-2017-3-73-82

  9. Шоман Н.Ю. 2015. Динамика внутриклеточного содержания углерода, азота и хлорофилла a в условиях накопительного роста диатомовой водоросли Phaeodactylum tricornutum (Bohlin, 1897) при разной интенсивности света // Биология моря. Т. 41. № 5. С. 324. http://elibrary.ru/item.asp?id=24862972

  10. Akimov A.I., Solomonova E.S. 2019. Characteristics of growth and fluorescence of certain types of algae during acclimation to different temperatures under culture conditions // Oceanology. V. 59. Iss. 3. P. 316.

  11. https://doi.org/10.1134/S0001437019030019

  12. Anderson E.E., Wilson C., Knap A.H., Villareal T.A. 2018. Summer diatom blooms in the eastern North Pacific gyre investigated with a long-endurance autonomous surface vehicle // PeerJ 6:e5387. https://doi.org/10.7717/peerj.5387

  13. Baek S.H., Shimode S., Han M.-S., Kikuchi T. 2008. Growth of dinoflagellates Ceratium furca and Ceratium fusus in Sagami Bay, Japan: The role of nutrients // Harmful Algae. V. 7. Iss. 6. P. 729. https://doi.org/10.1016/j.hal.2008.02.007

  14. Banse K. 1982. Cell volumes, maximal growth rates of unicellular algae and ciliates, and the role of ciliates in the marine pelagial // Limnol., Oceanogr. V. 27. P. 1059.

  15. Behrenfeld J.M., Worthington K., Sherrell M.R. et al. 2006. Controls on tropical Pacific productivity revealed through nutrient stress diagnostics // Nature. V. 442. Iss. 7106. P. 1025. https://doi.org/10.1038/nature05083

  16. Bopp L., Aumont O., Cadule P. et al. 2005. Response of diatoms distribution to global warming and potential implications: a global model study // Geophys. Res. Lett. V. 32. Iss. 19. L19606. https://doi.org/10.11029/12005GL023653

  17. Finkel Z.V. 2001. Light absorption and size scaling of light-limited metabolism in marine diatoms // Limnol., Oceanogr. V. 46. P. 86. https://doi.org/10.4319/lo.2001.46.1.0086

  18. Foster R.A., Kuypers M., Vagner T. et al. 2011. Nitrogen fixation and transfer in open ocean diatom–cyanobacterial symbioses // The ISME J. V. 5. P. 1484. https://doi.org/10.1038/ismej.2011.26

  19. Girault M., Arakawa H., Hashihama F. 2013. Phosphorus stress of microphytoplankton community in the western subtropical North Pacific // J. Plankton Res. V. 35. Iss. 1. P. 146. https://doi.org/10.1093/plankt/fbs076

  20. Goldman J.C., McGillicuddy D.J. 2003. Effect of large marine diatoms growing at low light on episodic new production // Limnol., Oceanogr. V. 48. Iss. 3. P. 1176. https://doi.org/10.4319/lo.2003.48.3.1176

  21. Guillard R.R.L., Ryther J.H. 1962. Studies of marine planktonic diatoms. I. Cyclotella nana Hustedt and Detonula confervacea Cleve // Can. J. Microbiol. V. 8. P. 229.

  22. Häder D.-P., Gao K. 2015. Interactions of anthropogenic stress factors on marine phytoplankton // Front. Environ. Sci. V. 3. Article 14. P. 1. https://doi.org/10.3389/fenvs.2015.00014

  23. Kemp A.E.S., Villareal T.A. 2018. The case of the diatoms and the muddled mandalas: Time to recognize diatom adaptations to stratified waters // Progress in Oceanography. V. 167. P. 138. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2018.08.002

  24. Laufkötter C., Vogt M., Gruber N. et al. 2016. Projected decreases in future marine export production: the role of the carbon flux through the upper ocean ecosystem // Biogeosciences. V. 13. Iss. 13. P. 4023. https://doi.org/10.5194/bg-13-4023-2016

  25. Marañón E. 2015. Cell size as a key determinant of phytoplankton metabolism and community structure // Annu. Rev. Mar. Sci. V. 7. P. 241. https://doi.org/10.1080/00318884.2020.1812260

  26. Margalef R. 1978. Life-forms of phytoplankton as survival alternatives in an unstable environment // Oceanol. Acta. V. 1. P. 493.

  27. Menden-Deuer S., Lessard E.J. 2000. Carbon to volume relationships for dinoflagellates, diatoms, and other protist plankton // Limnol., Oceanogr. V. 45. Iss. 3. P. 569. https://doi.org/10.4319/lo.2000.45.3.0569

  28. Mikaelyan A.S., Kubryakov A.A., Silkin V.A. et al. 2018. Regional climate and patterns of phytoplankton annual succession in the open waters of the Black Sea // Deep-Sea Res. Pt. I. V. 142. P. 44. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2018.08.001

  29. Padmakumar K.B., Menon N.R., Sanjeevan V.N. 2010. Occurrence of endosymbiont Richelia intracellularis (Cyanophyta) within the diatom Rhizosolenia hebetata in Northern Arabian Sea // International J. Biodiversity and Conservation. V. 2. Iss. 4. P. 70. https://doi.org/10.5897/IJBC.9000100

  30. Palabhanvi B., Kumar V., Muthuraj M., Das D. 2014. Preferential utilization of intracellular nutrients supports microalgal growth under nutrient starvation: Multi-nutrient mechanistic model and experimental validation // Bioresour. Technol. V. 173. P. 245. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.09.095

  31. Pedrosa-Pamies R., Sanchez-Vidal A., Canals M. et al. 2016. Enhanced carbon export to the abyssal depths driven by atmosphere dynamics // Geophys. Res. Lett. V. 43. Iss. 16. P. 8626. https://doi.org/10.1002/2016GL069781

  32. Protocols for the Joint Global Ocean Flux Study (JGOFS) Core Measurements. JGOFS Report Nr. 19, vi+170 pp. Reprint of the IOC Manuals and Guides No. 29. UNESCO 1994. http://hdl.handle.net/11329/220

  33. Raven J.A. 1987. The role of vacuoles // New Phytologist. V. 106. Iss. 3. P. 357.

  34. Richardson T.L., Ciotti A.M., Cullen J.J. 1996. Physiological and optical properties of Rhizosolenia formosa (Bacillariophyceae) in the context of open-ocean vertical migration // J. Phycol. V. 32. P. 741. https://doi.org/10.1111/j.0022-3646.1996.00741.x

  35. Schreiber V., Dersch J., Puzik K. et al. 2017. The Central Vacuole of the Diatom Phaeodactylum tricornutum: Identification of New Vacuolar Membrane Proteins and of a Functional Di-leucine-based Targeting Motif // Protist. V. 168. Iss. 3. P. 271. https://doi.org/10.1016/j.protis.2017.03.001

  36. Steele J.G. 1962. Environmental control of photosynthesis in the sea // Limnol., Oceanogr. V. 1. P. 137.

  37. Stelmakh L.V., Georgieva E.Yu. 2014. Microzooplankton: the trophic role and involvement in the phytoplankton loss and bloom-formation in the Black Sea // Turkish J. Fish. and Aquatic Sci. V. 14. P. 955. https://doi.org/10.4194/1303-2712-v14_4_15

  38. Stelmakh L., Gorbunova T. 2019. Effect of phytoplankton adaptation on the distribution of its biomass and chlorophyll a concentration in the surface layer of the Black Sea // Oceanol. Hydrobiol. Stud. V. 48. Iss. 4. P. 404. https://doi.org/10.2478/ohs-2019-0035

  39. Yoshimatsu T., Yamaguchi H., Limura A. et al. 2020. Effects of temperature, salinity, and light intensity on the growth of the diatom Rhizosolenia setigera in Japan // Phycologia. V. 59. Iss. 6. P. 551. https://doi.org/10.1080/00318884.2020.1812260

  40. Yunev O.A., Carstensen J., Stelmakh L.V. et al. 2021. Reconsideration of the phytoplankton seasonality in the open Black Sea // Limnology and Oceanography Letters. V. 6. P. 51. https://doi.org/10.1002/lol2.10178

  41. Zeev E.B., Yogev T., Man-Aharonovich D. et al. 2008. Seasonal dynamics of the endosymbiotic, nitrogen-fixing cyanobacterium Richelia intracellularis in the eastern Mediterranean Sea // The ISME Journal. V. 2. P. 911.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Биология внутренних вод

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал