Критерии и методология оценки структурно-функционального состояния альгоценоза на основе флуоресцентного анализа

• Автор: Гаевский, Николай Александрович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 284 с. : ил

Глава 1. Флуоресценция хлорофилла а как инструмент исследования фотосинтеза
1.1.Основные сведения о флуоресценции фотосинтетических пигментов
1.2. Связь флуоресценции хлорофилла с фотосинтезом
1.3. Выделение фотохимической и нефотохимической компонент тушения флуоресценции
1.4. Флуоресцентные методы в изучении фитопланктона
Глава 2. Объекты и мета исследований. Методы и аппаратура для регистрации прижизненной флуоресценции клеток водорослей. Другие методы
Глава 3. Определение таксономической схругауры альгоценоза на освнове флуоресцентных характеристик водорослей
3.1. Классификация водорослей и филогенетические связи
3.2. Групповые особенности пигментного состава водорослей
3.3 Флуоресцентные свойства водорослей основных систематических групп
3.3.1. Спектры испускания флуоресценции
3.3.2. Спектры возбуждения флуоресценции
3.3.3. Удельные выходы флуоресценции и их соотношения: лабораторные и природные альгоценозы
3.3.4. Удельные выходы флуоресценции и их соотношения: отдельные клетки
3.4. Выделение в структуре альгоценоза трех основных отделов
водорослей (Chlorophyta, Cyanophyta и Bacillariophyta)
3.5. Визуализация решения системы линейных уравнений при
дифференциальной оценке концентрации хлорофилла а фитопланктона
Глава 4. Определение валовой фотосинтетической продукции фитопланктона на основе вариабельной флуоресценции
Глава 5. Возможности флуоресцентного метода в оценке состояния альгоценозов
5.1. Контроль за развитием сине-зеленых водорослей - агентов цветения водоемов
5.2. Биотестирование
5.3. Изучение структурных и функциональных характеристик
фитопланктона лечебного озера Шира
Заключение
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Проблема охраны и использования воды приобрела в последние десятилетия огромное значение. Ситуация складывается так, что из существующих нагрузок на природную среду самая тяжелая будет приходиться на водные ресурсы. Социальный заказ на изучение водных экосистем стимулировал исследования биофизических и физиологических характеристик пресноводного фитопланктона.
Теоретическое обоснование и разработка методов мониторинга водных экосистем, обладающих пространственно-временным разрешением, адекватным задачам оперативного прогноза и управления, оцениваются как фундаментальная проблема.Энергетической основой функционирования водных экосистем являются фотосинтезирующие организмы микроводоросли, цианобактерии, зеленые и пурпурные серные бактерии. На изучение их жизненных показателей направлено большинство гидробиологических исследований. Биофизический подход к решению проблем современной гидробиологии и водной экологии заключается в разработке и развитию методов, позволяющих создать измерительную систему, адекватную по скорости действия быстроте изменений изучаемого объекта [Гительзон, Терехов, 1984].
Хлорофилл а стал главным показателем автотрофного звена водных экосистем, начиная с 30-х годов прошлого века [см. Phinney, Yentsch, 1985]. В рамках биофизического подхода к решению проблем современной гидробиологии и водной экологии, были разработаны методы, основанные на регистрации флуоресценции хлорофилла а - экстрактный [Lorentzen, 1967; Bordman, Thom, 1971] и безъэкстрактный [Lorentzen, 1966; Kiefer, 19736; Lofitus, Selinger, 1975] методы определения концентрации хлорофилла а, которые быстро завоевали популярность у океанологов. Были разработаны специальные бортовые и погружаемые приборы

флуориметры [Карабашев, Зангалис 1971; Франк и др., 1983; Шавыкин,
* 1983; Черепанов , Левин, 1984;].
Одна из первых трудностей, с которой пришлось столкнуться исследователям фитопланктона и в океане и в поверхностных водоемах суши, было непостоянство коэффициента связи концентрации хлорофилла а и интенсивности флуоресценции водорослей. Дополнительные трудности возникли при изучении фитопланктона поверхностных вод, который по сравнению с морским фитопланктоном характеризуется большей пространственной и временной неоднородностью, большим диапазоном изменения концентрации хлорофилла а и биомассы клеток, большим количеством вариантов сочетаний действующих факторов.
В тоже время относительно небольшие по размерам водные экосистемы суши оказались привлекательными с точки зрения математического моделирования, поскольку обладали быстрым откликом
* на воздействие различных факторов [Ое§егшепбгЬу еТ а1., 2002]. На первое
место в исследованиях вышли вопросы, связанные с изучением пространственной и временной гетерогенности структурнофункциональных характеристик фитопланктона и выявление обуславливающих эту гетерогенность факторов [Кожова, 1993]. Все возрастающий объем необходимой для понимания этих процессов информации сопровождается поиском интегрированных методов для одновременного изучения таких параметров, как концентрация хлорофилла а, таксономический состав альгоценоза, первичная продукция.
Учитывая важность структурно-функциональных показателей фитопланктона для оценки состояния всей водной экосистемы, особое
4 значение приобрела методология. При разработке новых методов
необходимо четко определить возможности и границы их применения.
Выбор основного регистрируемого параметра - флуоресценции хлорофилла - основан на следующих положениях: 1 - автором изучены

интенсивность света, при которой квантовый выход фотосинтеза достигает половины своего максимального значения.
Переменные Идс и <7г могут быть оценены флуоресцентным методом. Постоянная флуоресценция Ро пропорциональна концентрации пигментов, связанных с ФС2 и линейно зависит от поглощательной способности фитопланктона (5-пкс). Если квантовый выход флуоресценции постоянен, а величина и спектральное распределение лампы, возбуждающей флуоресценцию, близко к солнечному:
Б-пис = кР0, где к - константа.
Относительная переменная флуоресценция (Еу/Еш) характеризует максимальный квантовый выход ФС2 или квантовый выход фотосинтеза на слабом свету:
д- = (Рт - Ро)/Рт = Ру/Рт
Отношение Еу/Еш уменьшается при фотоингибировании фотосинтеза либо при действии на фотосинтетический аппарат водоросли стрессирующих факторов. Это позволяет определять зависимость первичной продукции от условий внешней среды.
С учетом сказанного, расчетное уравнение для определения валовой первичной продукции фитопланктона (А) имеет вид :
1 Т Г г /2
А = РкР0 — ,
1 ^ * 1/2
где I - интенсивность света в месте обитания водорослей, к -константа прибора, позволяющая перейти к единицам измерения продукции (например, мгС/м3 ч), Ру и соответственно уровни нулевой, переменной и максимальной флуоресценции, 1у2 - полунасыщающая фотосинтез интенсивность света [Антал и др., 1999].