Виды рода Skeletonema в заливе Петра Великого

Федеральное агентство по рыболовству Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет (ФГБОУ ВПО «ДАЛЬРЫБВТУЗ»)

Институт рыболовства и аквакультуры Кафедра водных биоресурсов и аквакультуры Тема: ВИДЫ РОДА SKELETONEMA В ЗАЛИВЕ ПЕТРА ВЕЛИКОГО Отчет по практике студентки

IV курса Л.С. Беляева-Кузнецова Владивосток 2014

• Введение
• 1. Обзор литературы
• 1.1 Биологическая характеристика объектов исследования
• 1.2 Физико-географическая характеристика района работ
• 2. Материал и методики исследования
• 3. Результаты исследования
• Выводы
• Список использованных источников

Приложение

Введение

На акватории дальневосточных морей России представители Skeletonema чрезвычайно широко распространены. В летне-осенний период род составляет основу численности и биоассы фитопланктона, а также вызывает «цветение» прибрежных вод. В настоящее время в составе рода Skeletonema насчитывают 21 вид. Для российских вод Японского, Охотского и Берингова морей по литературным данным указан только один — S. costatum.

Проблема идентификации видов рода при рутинных исследованиях с помощью светового микроскопа обусловлена мелкими размерами клеток и значительным перекрыванием диагностических признаков. При изучении клонов представителей Skeletonema из залива Петра Великого Японского моря нами были идентифицированы новые для морей России S. grethae, S. japonicum и S. marinoi. В результате исследования проведено измерения морфометрических параметров клеток Skeletonema.

Цель производственной практики:

Цель практики изучить морфологию представителей рода Skeletonema

Задачи производственной практики:

1. Освоить методы микрофотографирования;

2. Провести морфометрические измерения культуральных клонов Skeletonema.

1. Обзор литературы Фитопланктон — микроскопические водоросли, свободно «парящие» в толще воды. Для жизни в таком состоянии у них выработался в процессе эволюции ряд приспособлений, которые способствуют уменьшению относительной плотности клеток (накопление включений, образование газовых пузырьков) и увеличению их трения (отростки различной формы, выросты). Основу фитопланктона в морях составляют диатомовые водоросли.

Диатомовые водоросли (диатомеи — кремнистые водоросли), отдел водорослей. Одноклеточные одиночные или колониальные организмы. Клетки их имеют твердый кремневый панцирь, состоящий из двух половинок — нижней (гипотеки) и верхней (эпитеки). Размножение делением, а через несколько поколений — половое. Свыше 12 тыс. видов обитают, в пресных и морских водах, на сырой почве и т. п. Известны с юрского периода. Скопления створок диатомовых водорослей иногда образуют мощные отложения — диатомиты, а на дне современных морей — диатомовые илы.

Исследования, положенные в основу отчета о диатомовых водорослях рода Skeletonema, проводили в прибрежных водах залива Петра Великого.

Из литературных данных известно, что в бухтах залива Петра Великого в годичном цикле фитопланктона наблюдается от 2 до 4 — 5 максимумов в численности и биомассах, связанных со сменой сезонных группировок фитопланктона и формированием благоприятных условий для размножения водорослей.

Характерно, что зимние вспышки фитопланктона зачастую бывают самыми мощными в течение года и биомассы при этом составляют по несколько грамм на 1 м³. Все это говорит о благоприятности условий для развития фитопланктона, несмотря на низкие температуры и ледовое покрытие прибрежных вод. В зимнем планктоне в приморском прибрежье повсеместно преобладают диатомовые водоросли. Первой среди них является арктобореальная Thalassiosira nordenskioeldii, на долю которой по биомассе обычно приходится 60%, а нередко 70 — 90%.

В целом же весной, как и зимой, по биомассе преобладают диатомовые. Так, в заливе Петра Великого и сопредельных водах при весенних вспышках доминируют диатомовые Thalassiosira nordenskioeldii, T. anquste-lineata, Chaetoceros atlanticus, C. debilis, C. socialis, C. decipiens, Leptocylindrus mediterraneus, Calindrotheca closterium, Nitzschia sp.

Для бухт и заливов Петра Великого с сопредельными прибрежными водами из наиболее многочисленных летних диатомовых указываются Skeletonema costatum, Chaetoceros affinis, C. didymus, C. compressus, C. salsugiensis, C. simplex, Nitzschia closterium, N. delicatissima, N. seriata, Leptocylindrus mediterraneus, L. danicus, Rhizosolenia alata, R. setiger, Thalassionema nitzschioides, Thalassiothrix frauenfeldii, Cocconeis scutellum, Cylindrotheca closterium, Pleurosigma normanii, Ditylum brightwellii и др[9].

При детальных наблюдениях в заливе Петра Великого с сопредельными мелководными районами почти всегда отмечалась осенняя вспышка фитопланктона, приходящаяся на октябрь, реже ноябрь. При этом характерно, что чаще всего по биомассам осенний пик бывает наибольшим и лишь в некоторых случаях он уступает зимне — весеннему.

Среди массовых диатомей в осенний период указываются Sceletonema costatum, Eucampia zodiaces, Chaetoceros affinis, C. compressus, C. socialis, C. debilis, C. didymus, C. decipiens, C. radicans, Rhizosolenia alata, R. fragilissima, R. setiger, R. stolterfothii, Asterionella glacialis, Nitzschia delicattisima, Cylindrotheca closterium, Leptocylindrus danicus, L. minimus .

При осенних вспышках биомасса отдельных видов (например, Skeletonema costatum, Eucampia zodiacus и др.) может достигать нескольких грамм и даже 10 — 20 г/м³ и более. Осенью отмечен и красный прилив, вызванный рафидиевой водорослью Chattonella sp. — до 11 г/м³.

1.1 Биологическая характеристика объектов исследования Объектом иследования послужили диатомовые водоросли рода Skeletonema. Виды рода Skeletonema в последней наиболее современной классификационной систематике Ф. Раунда с соавторами [12]:

Надцарство: Eucaryota

Царство: Chromista

Тип: Ochrophyta

Отдел: Bacillariophyta

Класс: Coscinodiscophyceae

Порядок: Thalassiosirales

Семейство: Skeletonemaceae

Род: Skeletonema

Диатомовые водоросли относятся к отделу гетероконтных (разножгутиковых) водорослей, образуя отдел Bacillariophyta, состоят из одной клетки размером от 5 мкм до 5 мм, некоторые виды образуют колонии. Каждая клетка окружена уникальной клеточной стенкой из аморфного полимеризованного кремния — панцирем, напоминающим коробочку с крышкой, большая створка — эпитека, меньшая — гипотека. Каждая из створок диатомеи с радиальной симметрией, клетки пеннатных вытянутые с билатеральной симметрией. содержит еще дополнительные кольцевые кремниевые структуры — поясковые ободки.

Диатомовые водоросли делят на две основные группы — центрических и пеннатных водорослей, распознаваемые по типу клеточной симметрии: центрические диатомеи с радиальной симметрией, клетки пеннатных вытянутые с билатеральной симметрией.

Виды рода Skeletonema относятся к центрическим диатомеям. Схематически панцырь центрических диатомовых представлен на рис. 1.1.1.

Рис. 1.1.1. Составные части центрического панциря.

Род Skeletonema Greville был описан Р. К. Гревиллем в 1865 г. (Greville, 1865) из вод, прилегающих к о-ву Гонконг. Типичный представитель рода первоначально описан как Melosira costata Greville (Greville 1866), однако позже этот вид был переведен в род Skeletonema (Cleve, 1873) из-за наличия длинных хорошо различимых в световом микроскопе выростов, отсутствующих у Melosira. По распределению в Мировом океане Skeletonema относится к космополитам, в прибрежных водах род вызывает «цветения» и является одним из наиболее массовых среди планктонных диатомовых водорослей. Виды рода отличаются высокой скоростью роста — >2 делений в сутки, нетребовательны к условиям культивирования. Такие особенности привели к изучению группы видов, именуемых S. costatum как тестового объекта в многочисленных областях биологии — от биохимии, физиологии и популяционной генетики до гидробиологии, океанологии и аквакультуры.

1.2 Физико-географическая характеристика района работ Залив Петра Великого (Рис. 1.2.1.) является самым обширным в Японском море. Он находится в северо-западной части моря между параллелями 42⁰17' и 43°20' с. ш. И меридианами 130°41' и 133°02' в. д. Воды залива Петра Великого ограничены со стороны моря линией, соединяющей устье реки Туманная с мысом Поворотный. Вдоль этой линии ширина залива достигает почти 200 км.

Полуостровом Муравьев-Амурский и группой островов, расположенных к юго-западу от него, залив Петра Великого разделяется на два больших залива: Амурский и Уссурийский. Амурский залив представляет собой северо-западную часть залива Петра Великого. С запада он ограничен берегом материка, а с востока — гористым полуостровом Муравьева-Амурского и островами Русский, Попова, Рейнике, Рикорда. Южной границей Амурского залива является линия, соединяющая мыс Брюса с островами Циволько и Желтухина. Залив простирается в северо-западном направлении примерно на 70 км, а его ширина, составляющая в среднем 15 км, колеблется от 13 до 18 км. Уссурийский залив занимает северо-восточную часть залива Петра Великого. С северо-запада он ограничен полуостровом Муравьев-Амурский, островом Русский и лежащими к юго-западу от последнего островами. Южной границей залива считается линия, соединяющая южные оконечности островов Желтухина и Аскольд.

Площадь залива Петра Великого составляет около 9 тыс. км², а суммарная протяженность береговой линии, включая острова, — около 1500 км. На обширной акватории залива имеется множество различных по площади островов, сосредоточенных, главным образом, в западной части залива в виде двух групп. Северная группа расположена к юго-западу от полуострова Муравьева-Амурского и отделена от него проливом Босфор-Восточный. Эта группа состоит из четырех больших и множества мелких островов. Самым большим в этой группе является остров Русский. Южная группа — острова Римского-Корсакова — включает восемь островов и много островков и скал. Наиболее значительным в ней является остров Большой Пелис. В восточной части залива находятся еще два больших острова: Путятина, расположенный среди залива Стрелок, и Аскольд, лежащий к юго-западу от острова Путятина.

Рис. 1.2.1. Карта-схема залива Петра Великого Береговая линия залива Петра Великого очень извилиста и образует много вторичных заливов и бухт. Наиболее значительными из них являются заливы Посьета, Амурский, Уссурийский, Стрелок, Восток и Находка. В западный берег южной части Амурского залива вдаются Славянский залив, бухты Табунная, Нарва и Перевозная. Береговая линия северо-восточной части Амурского и северо-западной части Уссурийского залива относительно слабо изрезана. На восточном берегу Уссурийского залива выделяются бухты Суходол, Андреева, Теляковского, Пяти Охотников и Подъяпольского. Далеко выступающие в море мысы образуют скалистые, большей частью обрывистые берега, окаймленные камнями. Наибольшими из полуостровов являются: Гамова, Брюса и Муравьев-Амурский.

Рельеф дна залива Петра Великого характеризуется развитым мелководьем и крутым материковым склоном, изрезанным подводными каньонами. Материковый склон проходит в 18 и 26 милях к югу от островов Аскольд и Рикорда почти параллельно линии, соединяющей устье реки Туманная и мыс Поворотный. Дно в заливе Петра Великого довольно ровное и плавно повышается с юга на север. В восточной части залива глубины достигают 100 м и более, а в западной не превышают 100 м. Мористее входа в залив глубины резко увеличиваются. На материковом склоне в полосе шириной от 3 до 10 миль глубины изменяются от 200 до 2000 м. Вторичные заливы — Амурский, Уссурийский, Находка — мелководные. В Амурском заливе рельеф дна довольно ровный. От берегов вершины залива простираются обширные отмели. От северо-западного берега острова Русский до противоположного берега залива тянется подводный порог с глубинами 13−15 м. У входа в Уссурийский залив глубины составляют 60−70 м, далее уменьшаются до 35 м в средней части залива и до 2−10 м в вершине. В заливе Находка глубины на входе достигают 23−42 м, в средней части 20−70 м, а вершина залива занята мелководьем с глубинами менее 10 м[18].

диатомовый водоросль панцирь клон

2. Материалы и методика Сбор материала проводили в различных бухтах залива Петра Великого (табл.1). Часть пробы объемом 1 см³, взятую с верхнего 2-сантиметрового слоя осадка промывали через капроновые фильтры «Nitex». Сначала использовали фильтр с диаметром пор 80 мкм, затем — фильтр с диаметром пор 20 мкм. Пробы в бухте Парис отбирались водолазами. Пробы, собраны в разные сезоны за период с 1991 г. по 2007 г. на 34 станциях в 6 районах в заливе Петра Великого. Сборы проводили в заливах залива Петра Великого. Материал отбирали 5-литровым батометром Нискина с поверхности воды.

Для получения альгологически чистых культур отдельные колонии отбирали под бинокулярным микроскопом МБС-10 капиллярной пипеткой и переносили в чашки Петри с питательной средой «f». Питательную среду готовили на основе фильтрованной морской воды соленостью 32−34‰. Морскую воду трехкратно пастеризовали путем нагревания в водяной бане до температуры 70−75єС в течение 20 мин. Для получения клоновой культуры отдельную цепочку клеток изолировали стерильной капиллярной пипеткой, 3 раза промывали в стерильной морской воде и переносили в чашки Петри с питательным раствором объемом 5−10 мл. Через 5 сут содержимое чашек помещали в колбы Эрленмейера емкостью 100 мл с объемом культуральной суспензии 70 мл. Культуры выращивали при температуре 20±2єС. Освещение осуществляли флуоресцентными лампами с фотопериодом 12 ч свет: 12 ч темнота. Колбы с культурами ежедневно встряхивали. Изучение материала проводили с помощью светового микроскопа Olympus BX-41.

Таблица.1.Материал, положенный в основу работ:

Методы микрофотографирования:

Брали пробу клона, взбалтывали её плавными движениями в форме восьмёрки, помещали несколько капель пробы на предметное стекло, покрывали покровным стеклом и рассматривали под микроскопом Axiostar plus на увеличении х40. Делали снимок с помощью фотокамеры AxioCam ICc 3. Затем, при помощи специальной компьютерной программы AxioVision Rel. 4.8 редактировали фотографии и измеряли размер клеток.

3. Результаты и их обсуждения

За период исследований было изучено три вида Skeletonema

1) S. japonicum: клон 21 001и клон 21 002

2) S. marinoi: клон 30 902

3) S. grethae: клон 120 801

Клоны 220 201 и 220 202 не удалось идентифицировать. Им присвоили рабочее название Skeletonema sp.

Клон 21 001 — S. japonicum

Световая Микроскопия (С.М.) (рис. 3.1). Клетки с пояска от круглых до прямоугольных с округлыми углами, 4.6−7.5 мкм шириной, 5.8−11.8 мкм высотой (таблица в приложении), объединены в прямые колонии (6 -29 клеток). Каждая клетка содержит от трех до четырех хлоропластов.

Рис. 3.1. Фрагмент колонии S. japonicum (клон 21 001).

Клон 21 002 — S. japonicum

С.М. (рис. 3.2). Клетки с пояска прямоугольные с округлыми углами, 5.2−12.5 мкм шириной, 4.88- 26.48мкм высотой (таблица в приложении), объединены в прямые колонии (5 -19 клеток). Каждая клетка содержит от двух до четырех хлоропластов.

Рис. 3.2. Фрагмент колонии S. japonicum (клон 21 002).

Клон 30 902 — S. marinoi

С.М. (рис. 3.3). Клетки с пояска овальные или круглые, 3.06−15.1 мкм шириной, 6.4−7.9мкм высотой (таблица в приложении), объединены в прямые колонии (1−3 клетки). Каждая клетка содержит от одного до двух хлоропластов.

Рис. 3.3. Колонии и одиночные клетки S. marinoi (клон 30 902) .

Клон 120 801 — S. grethae

С.М. (рис. 3.4). Клетки с пояска прямоугольные с округлыми углами, 4.9−18.3 мкм шириной, 11.5−25.7 мкм высотой (таблица в приложении), объединены в прямые колонии (8 -22 клеток). Каждая клетка содержит от трех хлоропластов.

Рис. 3.4. Фрагмент колонии S. grethae (клон 120 801).

Клон 220 201 — Skeletonema sp.

С.М. (рис. 3.5). Клетки с пояска овальные с округлыми углами, 4.05−15.3 мкм шириной, 6.08−14.7 мкм высотой (таблица в приложении), объединены в прямые колонии (6 -29 клеток). Каждая клетка содержит от четырех хлоропластов.

Рис. 3.5. Фрагмент колонии Skeletonema sp. (клон 220 201).

Клон 220 202 — Skeletonema sp.

С.М. (рис. 3.6). Клетки с пояска от круглых до овальных с округлыми углами, 5.2−12.5 мкм шириной, 4.8−26.4 мкм высотой (таблица в приложении), объединены в прямые колонии (6 -29 клеток). Каждая клетка содержит от четырех хлоропластов.

Рис. 3.6. Фрагмент колонии Skeletonema sp. (клон 220 202).

Выводы

1. Освоены методы микрофотографирования с применением специализированной компьютерной программы на примере диатомовых водорослей рода Skeletonema.

2. Получены морфометрические данные шести клонов рода Skeletonema (ширина, длина, средние и пороговые значения этих показателей).

3. Идентифицированы клоны как S. japonicum, S. marinoi, S. grethae.

Список использованных источников

1. Киселев И. А. Фитопланктон дальневосточных морей как показатель некоторых особенностей их гидрологического режима // Тр. Гос. океаногр. ин-та. 1947. С. 189−212.

2. Guiry M.D., Guiry G.M. AlgaeBase. World-wide electronic publication. National University of Ireland. Galway. 2013.

3. Шевченко О. Г., Айздайчер Н. А. Морфология и особенности развития в культуре новых для морей России диатомовых водорослей Skeletonema grethae Zingone et Sarno, 2005 и S. japonicum Zingone et Sarno, 2005 // БИОЛОГИЯ МОРЯ. 2014. Том 40, № 4, с. 279−285.

4. Академик. Большой Энциклопедический словарь — 2000.

5. Я-фермер.RU — 2008

6. Рассашко И. Ф. Первичная продукция и биологический баланс планктона в северо-восточной части Амурского залива // Океанология — 1974 — том 14, вып. 14 — с. 693−698.

7. Вышкварцев Д. И., Коновалаова Г. В. О механизме зимнего цветения микроводорослей в водах залива Петра Великого (Японское море) // Биология моря — 1979 — № 1 — с.72−73

8. Коновалова Г. В., Орлова Т. Ю., Паутова Л. А. Атлас фитопланктона Японского моря. — Л.: Наука, 1989. — 160 с.

9. Коновалова Г. В. Сезонная характеристика фитопланктона в Амурском заливе Японского моря // Океанология. — 1972. — Т. 12, № 1. — С. 123 — 128.

10. Паутова Л. А. Структура фитопланктона и роль динофлагеллят в прибрежных водах залива Петра Великого Японского моря: Автореф. дис. … канд. биол. наук. — Севастополь: ИнБЮМ АН УССР, 1987. — 23 с.

11. Коновалова Г. В., Тяпкин В. С. Биомасса фитопланктона в заливе Посьета Японского моря // Биол. моря. — 1982. — № 2. — С. 12- 19.

12. Round F.E., Crawford R.M., Mann D.G. The Diatoms. Biology and morphology of the genera. — Cambridge University Press, 1990. — 747 p.

13. Lee R.E. In RE Lee, ed, Heterokontophyta, Bacillariophyceae. — Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1999. — pp 415 — 458.

14. Zurzolo, Bowler. Анализ формирования бионеорганических узоров у диатомей. История о поляризованном движении. — Plant Physiology, 2001.-127- p. 1339−1345.

15. Melanie Kucki. Biological Photonic Crystals: Diatoms Dye functionalization of biological silica nanostructures. — The University of Kassel, Department of Natural Sciences, 2009. — 166 p.

16. Hasle G.R. Morphology and taxonomy of Skeletonema costatum (Bacillariophyceae) // Norw. J. Bot. 1973. Vol. 20. P. 109−137.

17. Balode M., Purina I., Bйchemin C., Maestrini S.Y. Effects of nutrient enrichment on the growth rates and community structure of summer phytoplankton from the Gulf of Riga, Baltic Sea // J. Plankton Res. 1998. Vol. 20. P. 2251−2272.

18.Океанография и состояние морской среды Дальневосточного региона России. — 2014

Приложение