по Материалам XVI Международной научной конференции диатомологов «Диатомовые водоросли: морфология, систематика, флористика, экология, палеогеография, биостратиграфия», посвященной 90-летию со дня рождения З.И. Глезер 19 - 24 августа 2019 г. Динамика развития микроводорослей в подледный период в Южном Байкале
Башенхаева М.В., Захарова Ю.Р., Лихошвай Е.В. Maria V. Bashenkhaeva, Yulia R. Zakharova, Yelena V. Likhoshway
Лимнологический институт СО РАН (Иркутск, Россия)
УДК 574.589
Весенний пик вегетации фитопланктона в озере Байкал начинается в подледный период. В данной работе представлены результаты исследования состава микроводорослей на разделе фаз «лед – вода» в разных экологических зонах в Южном Байкале на протяжении пяти лет. Ключевые слова: подледные сообщества; микроводоросли; озеро Байкал.
Введение В подледный период на разделе фаз «лед – вода» создаются благоприятные условия для развития микроводорослей, формирующих подледное «цветение» за счет наиболее интенсивного поступления солнечной радиации (Gosselin et al., 1990) и повышенной концентрации питательных веществ (Cota et al., 1987). Известно, что в подледный период (февраль – март) для озера Байкал характерно массовое развитие диатомовых водорослей и динофлагеллят на границе раздела фаз «лед – вода» (Оболкина и др., 2000; Bondarenko et al., 2006; Annenkova et al., 2015). Целью работы было изучить структуру и динамику развития микроводорослей в подледных сообществах в разных экологических зонах озера Байкал на протяжении пяти лет исследования.
Материалы и методы Пробы подледных сообществ были отобраны в период ледостава (с февраля по апрель с 2010 по 2015 гг.) и в период после вскрытия озера ото льда (в мае 2013, 2015 гг.). Отбор проб проводили в южной котловине озера Байкал (полуразрез Варначка–Танхой) в литоральной, склоновой и пелагической зонах совместно с сотрудниками группы водолазных исследований ЛИН СО РАН под руководством с.н.с. И.В. Ханаева. Пробы воды пограничного слоя раздела фаз «лед – вода» отбирали при помощи шприцов, пробы подледной воды с глубины 10 м отбирали при помощи батометра Нискина. В период после вскрытия озера ото льда пробы были отобраны с борта научно-исследовательского судна «Академик В.А. Коптюг» с помощью системы батометров карусель SBE 32 (Carousel Water Sampler, «Sea Bird Electronics, Inc.», США). Пробы отбирали из фотического слоя воды с глубин 0, 5, 10, 15, 20, 25 м, затем объединяли в один образец. Фиксировали пробы раствором Люголя (конечная концентрация KI – 0,66%, I2 – 0,33%) (Гусева, 1959). Концентрирование проб проводили методом отстаивания и последующего сифонирования. Подсчет микроводорослей проводили на световом микроскопе AxiostarPlus («Zeiss», Германия) при увеличении в ×200 в двух повторностях. Численность рассчитывали по методике Г.В. Кузьмина (Кузьмин, 1975), биомассу — по методу «истинного объема» клеток (Макарова, Пичкилы, 1970; Белых и др., 2011).
Результаты и их обсуждение В результате проведенных исследований показано, что в 2010–2015 гг. в Южном Байкале на границе раздела фаз «лед – вода» развивались сообщества с доминированием разных видов микроводорослей: диатомей — Aulacoseira baicalensis (K. Meye) Simonsen; A. islandica (O. Müller) Simonsen; динофлагеллят — Gymnodinium baicalense N.L. Antipova; динофлагеллят Peridinium euryceps Rengefors et B. Meyer и зеленой микроводоросли Chlorella sp. Помимо развития абсолютных доминантов, формировались сообщества с комплексом доминирующих видов: диатомей — A. baicalensis и A. islandica; Fragilaria radians (Kützing) D.M. Williams et Round и Ulnaria danica Compère et Bukhtiyarova; G. baicalense и F. radians. В литоральной зоне в конце апреля 2010 г. заснеженность составляла около 20%, толщина снежного покрова была равна 1 см. Известно, что низкая заснеженность и толщина снега <10 см создают наиболее благоприятные условия для развития подо льдом диатомовых водорослей (Granin et al., 2000; Jewson et al., 2009). В сообществе в этот период доминировала диатомея A. islandica. Общая численность микроводорослей в подледном сообществе литоральной зоны составляла 6 млн. кл./л, биомасса — 35 г/м3. Год можно отнести к «урожайным мелозирным», после вскрытия озера ото льда в весеннем планктоне литорали в массе также развивались диатомовые водоросли A. islandica, A. baicalensis и F. radians (Бондаренко и др., 2012). По общей численности подледный период 2011 г. был менее продуктивный по сравнению с 2010 г., численность изменялась от 775 тыс. кл./л до 1,4 млн кл./л. Основной вклад в состав подледных сообществ 2011 г. вносили динофлагелляты G. baicalense. В 2012 г. в марте также доминировали G. baicalense, с максимальной общей численностью 2,1 млн кл./л, а биомассой — 93,463 г/м3. В начале апреля увеличилась численность F. radians и U. danica (228 тыс. кл./л и 249 тыс. кл./л соответственно). В 2013 г. в конце февраля в сообществе доминировали динофлагелляты вида G. baicalense, численность которых составляла 2,16 млн кл./л, а биомасса 98 г/м3. На протяжении подледного «цветения» численность динофлагеллят увеличивалась и в начале апреля достигла максимальных значений 8,55 млн кл./л. Ранее в поверхностном слое воды литоральной зоны максимальная численность G. baicalense была отмечена также в апреле и составляла 1,75 млн кл./л (Анненкова и др., 2009). В результате настоящего исследования показано, что в 2013 г. численность динофлагеллят на границе раздела фаз «лед – вода» в 5 раз превышала максимальное значение, полученное ранее. Общая биомасса в апреле 2013 г. являлась наибольшей для литорали за весь период исследования — 388,45 г/м3, эти данные позволяют считать 2013 г. «урожайным». В 2015 г. общая численность микроводорослей являлась максимальной за весь период исследования — 22,93 млн кл./л, за счет массового развития зеленых водорослей Chlorella sp. Биомасса же была низкая из-за небольшого объема клеток водоросли и составляла 13,33 г/м3. В конце апреля 2010 г. в склоновой зоне в сообществе доминировали диатомеи вида A. islandica, как и в литоральной зоне. В 2011 г. на протяжении всего периода исследований заснеженность поверхности льда составляла 100%. В начале марта в подледном сообществе доминировал вид G. baicalense, сопутствующими видами были диатомеи A. islandica, A. baicalensis, F. radians и U. danica. Численность и биомасса были низкие – 27 тыс. кл./л и 0,8 г/м3.К середине марта динофлагелляты являлись абсолютными доминантами в сообществе, количественные показатели увеличились до 1,7 млн кл./л и 76,14 г/м3. К началу апреля увеличивалась численность диатомей вида F. radians, общая численность и биомасса снизились до 90 тыс. кл./л и 2,1 г/м3. В 2012 г. в начале марта общая численность составляла 553 тыс. кл./л, биомасса – 23,33 г/м3, в сообществе доминировал вид G. baicalense. К концу марта количество динофлагеллят в сообществе снизилось и уменьшилась общая численность и биомасса микроводорослей – до 28,5 тыс. кл./л и 0,8 г/м3. В апреле общая численность увеличилась до 199,5 тыс. кл./л, однако биомасса увеличилась только в 2 раза из-за преобладания в сообществе мелкоклеточных видов. В 2013 г. отмечалось массовое развитие динофлагелляты G. baicalense, общая численность которой уже в конце февраля составляла 3,15 млн кл./л, а биомасса – 125,3 г/м3. К началу апреля количественные показатели увеличились в 2 раза и составили 9,2 млн кл./л и 405,61 г/м3 соответственно. В 2015 г. общая численность составляла 20,15 млн кл./л, общая биомасса была невысокая – 12,58 г/м3 (из-за преобладания в составе сообществ мелкоклеточных видов). В сообществе подледной воды общая численность и биомасса были небольшие – 175,5 тыс. кл./л и 0,61 г/м3. В пелагической зоне в марте 2011 г. в сообществе доминировали диатомеи A. baicalensis и A. islandica. Динофлагелляты вида G. baicalense, доминирующие в литоральной зоне, в начале марта встречались единично, а в середине марта их доля в сообществе увеличивалась до 15%. Диатомеи A. baicalensisи A. islandica, несмотря на заснеженность озера в этот период, успешно развивались подо льдом. В.Н. Яснитский и А.П. Скабичевский предполагали, что диатомеи, входящие в весенний комплекс, способны развиваться в большом количестве даже при недостаточном освещении (Яснитский, Скабичевский, 1957). В 2011 г. подледный период был наименее продуктивный по сравнению с остальными годами, общая численность и биомасса варьировали от 102 тыс. кл./л до 729 тыс. кл./л и 0,08 г/м3 до 10 г/м3. В период после вскрытия озера ото льда также отмечалось снижение численности и биомассы фитопланктона по сравнению с предыдущими годами. Год охарактеризован как малопродуктивный (Поповская и др., 2015), в отличие от 2010 г. Известно, что резкий спад численности после высокопродуктивного года — это обычное явление для байкальского фитопланктона, что позволяет экосистеме восстановиться после массового развития микроводорослей (Антипова, 1974; Вотинцев и др., 1975; Поповская, 1977, 1991; Поповская и др., 2015). В марте 2012 г. общая численность и биомасса были выше, чем в 2011 г. Наибольшие значения количественных показателей отмечены в конце марта — 2,6 млн кл./л и 100 г/м3, в сообществе доминировал вид G. baicalense. К началу апреля происходил резкий спад численности и биомассы до 28,5 тыс. кл./л и 0,14 г/м3 с выпадением из сообщества G. baicalense. В состав сообщества входили только диатомеи F. radians и U. danica, которые позже, после вскрытия озера ото льда, развивались в составе фитопланктона, а F. radians являлась доминирующим видом (Михайлов и др., 2015). В 2013 г. в конце февраля в пелагиали массово развивался G. baicalense, как в литоральной и склоновой зонах, общая численность и биомасса составляли 328,5 тыс. кл./л и 7,18 г/м3, на протяжении подледного периода эти показатели увеличивались и в начале апреля составляли 6,6 млн кл./мл и 284,1 г/м3. После вскрытия озера ото льда численность и биомасса фитопланктона в фотическом слое составляли 770 тыс. кл./л и 0,92 г/м3. Вид G. baicalense, доминирующий в подледном сообществе, в фотическом слое встречался единично. Ранее показано, что количество Gymnodinium в мае по сравнению с мартом и апрелем чаще незначительно (Поповская, 1977). В 2015 г. в подледном сообществе численность микроводорослей составляла 22,8 млн. кл./л, а биомасса – 18,76 г/м3, что на несколько порядков превышало численность и биомассу микроводорослей подледной воды (141 тыс. кл./л; 0,53 г/м3) и фотического слоя после вскрытия озера ото льда (210,7 тыс. кл./л; 0,29 г/м3). Таким образом, показано, что на границе раздела фаз «лед – вода» формируются сообщества с различным составом доминирующих видов микроводорослей. По структуре подледные сообщества отличаются от сообществ подледной воды и фотического слоя в период открытой воды. Развитие микроводорослей в подледных сообществах Южного Байкала происходит неравномерно в зависимости от зоны развития и периода вегетации. За весь период исследования выявлены межгодовые и пространственные изменения численности и биомассы микроводорослей, а также изменения в течение одного подледного периода.
Работа выполнена в рамках бюджетного проекта ЛИН СО РАН «Исследование эволюционных экологических, молекулярно-биологических аспектов» 0345–2019–0001 и при поддержке гранта РФФИ 18-34-00461мол_а; микроскопические исследования проведены в приборном центре «Электронная микроскопия»,входящем в ЦКП «Ультрамикроанализ» ЛИН СО РАН. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.
Список литературы
Статья поступила в редакцию 1.06.2019
Об авторах Башенхаева Мария Викторовна – Maria V. Bashenkhaeva научный сотрудник, Лимнологический институт СО РАН, Иркутск, Россия (Limnological Institute SB RAS, Russia, Irkutsk), отдел Ультраструктуры клетки maria.bashenkhaeva@gmail.com Захарова Юлия Робертовна – Yulia R. Zakharova кандидат биологических наук Julia.zakharova@gmail.com Лихошвай Елена Валентиновна – Yelena V. Likhoshway доктор биологических наук likhoshway@mail.ru Корреспондентский адрес: 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3, ЛИ СО РАН. Телефон (3952)42-65-04
ССЫЛКА: Башенхаева М.В., Захарова Ю.Р., Лихошвай Е.В. Динамика развития микроводорослей в подледный период в Южном Байкале // Вопросы современной альгологии. 2019. № 2 (20). С. 39–44. URL: http://algology.ru/1489 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-39-44
При перепечатке ссылка на сайт обязательна
Dynamics of microalgae development in the under-ice period in Southern Baikal Maria V. Bashenkhaeva, Yulia R. Zakharova, Yelena V. Likhoshway Limnological institute SB RAS (Irkutsk, Russia) Spring peak of phytoplankton vegetation in Lake Baikal starts in under-ice period. This article presents the results of a study of the microalgae composition at the “ice – water” phases in different ecological zones in South Baikal over five years. Key words: under-ice communities; microalgae; Lake Baikal.
References
Authors Bashenkhaeva Maria V. Limnological Institute SB RAS, Irkutsk, Russia maria.bashenkhaeva@gmail.com Zakharova Yulia R. Limnological Institute SB RAS, Irkutsk, Russia Julia.zakharova@gmail.com Likhoshway Yelena V. Limnological Institute SB RAS, Irkutsk, Russia likhoshway@mail.ru
ARTICLE LINK: Bashenkhaeva M.V., Zakharova Yu.R., Likhoshway Ye.V. Dynamics of microalgae development in the under-ice period in Southern Baikal. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2019. № 2 (20). P. 39–44. URL: http://algology.ru/1489 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-39-44 When reprinting a link to the site is required
Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
На ГЛАВНУЮ
|
|||
|
|