|
 |
|
«Экологическая физиология водных фототрофов» I Сабининские чтения 15 ноября - 29 декабря 2012 г. Химический состав бурых водорослей Авачинского залива (побережье п-ова Камчатка)
Аминина Н.М., Гурулева О.Н. Natalia M. Aminina, Olga N. Guruleva
Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр (ТИНРО-Центр, г. Владивосток)
УДК 577.1:582.272(265.1)
Исследован химический состав четырех видов бурых водорослей из семейств Laminariaceae и Alariaceae побережья п-ва Камчатка (Авачинский залив). Больше всего водоросли отличаются по количеству минеральных веществ и маннита. При этом в однолетних водорослях обычно содержание минеральных веществ и белка выше, а полисахаридов меньше, чем в двулетних растениях. Установлена также зависимость химического состава от морфологических показателей и времени сбора образцов водорослей. Исследован макро- и микроэлементный состав макрофитов, установлена зависимость его от вида водорослей и места их произрастания. Ключевые слова: бурые водоросли; Авачинский залив (п-ов Камчатка); химический состав.
Рост и развитие водорослей зависит от целого комплекса факторов внешней среды. Экологические факторы влияют прежде всего на фотосинтез, дыхание и проницаемость оболочек водорослей, а, следовательно, и на их химический состав. Основными факторами являются глубина произрастания, степень прибойности, интенсивность освещения, сезонное изменение температуры воды и солености (Христофорова и др., 2007). Наблюдается, например, сезонная динамика фотосинтеза и химического состава некоторых макрофитов. Для культивируемой сахарины японской установлена зависимость ее состава от сезона, возраста и условий произрастания (Аминина, Подкорытова, 1992). Труднее всего прослеживаются взаимосвязи между химическим составом макрофитов и условиями их произрастания в естественной среде. Однозначно установлена только разница в химическом составе водорослей, произрастающих на разной глубине при разной интенсивности света (Воскобойников, 1979, Аминина и др., 2009). В связи с этим целью наших исследований было определение химического состава бурых водорослей, произрастающих в различных районах побережья Камчатки (Авачинский залив) и установление зависимости его от возраста и времени сбора образцов. Материалы и методы исследований Нами были исследованы четыре вида бурых водорослей из порядка Laminariales, относящихся к 2 семействам: Laminariaceae и Alariaceae (Табл. 1).
Таблица 1. Район и время сбора образцов бурых водорослей.
Для проведения анализов слоевища измельчены до кусочков размером 0,1-0,5 мм, подготовлена средняя проба, которая хранилась в банке с притертой пробкой. Образцы водорослей исследовали на содержание воды, минеральных веществ, альгиновой кислоты стандартными методами (ГОСТ 26185-84). Общее содержание азота в сырье определяли по методу Кьельдаля на приборе «Kjeltec auto» 10 SO Analyzer (Tecator, Япония). Соедержание белка устанавливали по количеству азота, умноженного на коэффициент 6,25. Количество фукозы в водорослях определяли спектрофотометрически по цветной реакции фукозы с L-цистеином и серной кислотой (Усов и др., 2001). Для определения фукоидана в биомассе водоросли количество фукозы умножали на 2 (Усов и др., 2001). Атомно-абсорбционный анализ элементов проводили на спектрофотометрах «Nippon Jarell Ash» AA-855 и «Shimadzu»» АA – 6800. Результаты и обсуждение Ранее было установлено, что для сахарины Бонгарда, собранной в разных районах побережья Камчатки, характерно снижение количества минеральных веществ от весны к осени (Кальченко и др., 2008). Определены были и некоторые возрастные изменения химического состава ламинарии Бонгарда, имеющий трехлетний цикл развития. Было обнаружено максимальное содержание основных компонентов в августе на второй год развития ламинарии. Возрастные изменения наблюдаются и для других видов бурых водорослей, собранных у побережья Камчатки в Авачинском заливе (табл. 2). Причем в однолетних водорослях обычно содержание минеральных веществ и белка выше, а полисахаридов меньше, чем в двухлетних.
Таблица 2. Химический состав водорослей из бухт Авачинского залива, собранных в августе 2011 г.(% на сухое вещество)
На примере одногодичной сахарины Бонгарда из акватории мыса Маячного было показано влияние времени сбора водорослей на их химический состав (рис. 1). Концентрация минеральных веществ, альгиновой кислоты и азотистых веществ в образцах достигает своего максимума во второй половине июня, к августу наблюдается снижение данных показателей. Тогда как концентрация маннита в слоевищах изменяется в обратно пропорциональной зависимости, увеличиваясь к августу.
Рис. 1. Химический состав сахарины Бонгарда в зависимости от времени сбора образцов водорослей (м. Маячный) (% на сухое вещество).
Установлено также, что растения одного возраста, собранные в одном месте, имеют не только разную массу и длину пластин, но и разный химический состав. При этом установлена взаимосвязь между морфометрическими показателями и химическим составом двухлетней сахарины Бонгарда. В слоевищах с большей массой содержится больше минеральных веществ и меньше альгиновой кислоты (рис.2 а). При увеличении длины пластин водорослей в них уменьшается количество минеральных веществ и альгиновой кислоты (рис.2 б).
Рис. 2 (a). Взаимосвязь между химическим составом сахарины Бонгарда и ее массой.
Рис. 2 (б). Взаимосвязь между химическим составом сахарины Бонгарда и ее длиной.
Определены различия в химическом составе водорослей одного возраста и одинакового времени сбора образцов в различных районах Авачинского залива. Больше всего водоросли отличаются по количеству минеральных веществ (18,06-30,04%) и маннита (4,75-15,53%). Накопление белка в меньшей степени зависит от места произрастания растений и составляет 10,44-15,92%. Установлено, что минимальное количество минеральных веществ и белка присутствует в водорослях, произрастающих в прибрежных водах о. Топорок и в б. Безымянной. При этом в районе о. Топорок в водорослях отмечено наибольшее количество альгиновой кислоты (31,70%) (табл. 3).
Таблица 3. Химический состав сахарины Бонгарда, собранной в различных районах Авачинского залива в июле 2010-2011 гг. (% на сухое вещество).
Содержание макро- и микроэлементов зависит от видового состава водорослей и места их обитания. Превалирующим макроэлементом в исследованных видах водорослей является калий, содержание которого в несколько раз выше по сравнению с остальными макроэлементами (табл.4). Максимальная концентрация данного элемента отмечена для сахарины Бонгарда – 142857 мг/кг. Для нее также характерно наибольшее количество натрия (20408 мг/кг) по сравнению с аляриевыми водорослями. Больше всего кальция (14736 мг/кг) и магния (10163 мг/кг) обнаружено в алярии узкой.
Таблица 4. Макро- и микроэлементный состав водорослей, собранных в районе м. Маячный в августе 2011 г (мг/кг сухого вещества)
Среди микроэлементов выделяется железо, концентрация которого может быть на один-два порядка выше, по сравнению с остальными микроэлементами (табл. 4). Наибольшее количество железа накапливают аляриевые водоросли – 508 и 462 мг/кг (алярия узкая и алярия окаймленная, соответственно). В них также по сравнению с сахариной Бонгарда содержится больше таких элементов как марганец и цинк. Для водорослей известно явление группового концентрирования ряда металлов (Саенко, 1992). В отличие от красных и зеленых водорослей содержание поливалентных металлов в бурых водорослях незначительно зависит от внешних факторов и может служить видовым признаком. Однако при переходе за порог предельной концентрации функции гомеостатической регуляции нарушаются и элементный состав водоросли может напрямую отражать состояние окружающих вод. На примере сахарины Бонгарда показано, что содержание макро- и микроэлементов в значительной степени зависит от места произрастания водорослей. Установлено, что в сумме максимальное количество всех исследованных элементов накапливается в водорослях, произрастающих около мыса Маячного (табл. 5). Натрия, железа и цинка больше всего содержат водоросли из б. Бечевинской. Меньше всего в сумме элементов обнаружено в водорослях, произрастающих в бухте Безымянной.
Таблица 5. Макро- и микроэлементный состав сахарины Бонгарда, собранных в августе 2011 г (мг/кг сухого вещества)
Такие элементы как кадмий, мышьяк, свинец относятся к токсичным для человека элементам, для которых установлен предельно допустимый уровень накопления в водорослях. Нами было показано, что содержание свинца и кадмия в водорослях во всех исследованных районах Авачинского залива не превышает этот уровень (0,5 и 1,0 мг/кг, соответственно).
Рис. 3. Содержание свинца и кадмия в сахарине Бонгарда (Авачинский залив), мг/кг
В то же время количество мышьяка в водорослях может превышать предельно допустимый уровень (5,0 мг/кг) в 2-2,5 раза (рис.4).
Рис.4. Содержание мышьяка в сахарине Бонгарда (Авачинский залив), мг/кг
Концентрации токсичных элементов могут отличаться у разных видов водорослей, произрастающих в одном месте (рис.5). В водорослях из сем. Аляриевых содержится больше мышьяка, но меньше свинца и кадмия, чем в сахарине Бонгарда и сахарине Гурьяновой.
Рис.5. Содержание токсичных элементов в разных видах бурых водорослей (м.Маячный, Авачинский залив).
Таким образом, химический состав бурых водорослей меняется в зависимости от их морфологических показателей и возраста, а также времени и места сбора образцов. Больше всего водоросли отличаются по количеству минеральных веществ и маннита. При этом в однолетних водорослях обычно содержание минеральных веществ и белка выше, а полисахаридов меньше, чем в двулетних растениях. Содержание макро- и микроэлементов зависит от видового состава водорослей и места их обитания. Для сахарины Бонгарда характерны повышенные концентрации натрия и калия, для алярии узкой и алярии окаймленной – железа и марганца. Установлено, что во всех исследованных районах Авачинского залива концентрации кадмия практически на порядок меньше нормы, свинца - в пределах нормы, количество мышьяка может превышать ПДУ в 2-2,5 раза.
Список литературы 1. Аминина Н.М., Кулепанов В.Н., Шапошникова Т.В. Эколого-биохимические исследования бурой водоросли Costaria costata (Laminariaceae) // Растительные ресурсы. 2009. Т.45, вып.4. С.13-19. 2. Аминина Н.М., Подкорытова А.В. Сезонная динамика химического состава Laminaria japonica, культивируемой у берегов Приморья // Растительные ресурсы. 1992. Т. 28, вып. 3. С.137-140. 3. Воскобойников Г.М. Ультраструктурные изменения в клетках морских макрофитов под воздействием света различной интенсивности // Тез. Докладов III всесоюзное совещание по морской альгологии-макрофитобентосу. - Киев: Наукова думка, 1979. - С.32-33 4. Кальченко Е.И., Аминина Н.М., Гурулева О.Н., Вишневская Т.И., Юрьева М.И. Химический состав Laminaria bongardiana из Авачинского залива // Известия ТИНРО. 2008. Т.155. С.347-354. 5. Саенко Г.Н. Металлы и галогены в морских организмах. Москва: Наука, 1992. 200 с. 6. Усов А.И., Смирнова Г.П., Клочкова Н.Г. Полисахаридный состав некоторых бурых водорослей Камчатки // Биоорганическая химия. 2001. Т. 27. № 6. С. 444-448. 7. Христофорова Н.К., Коженкова С.И., Галышева Ю.А. Оценка тенденций изменения макрофитобентоса, гидрохимических и микробиологических характеристик заливов Восток и находка в связи с вариациями антропогенной нагрузки // Реакция морской биоты на изменения природной среды и климата. Мат-алы Комплексного регионального проекта ДВО РАН по программе Президиума РАН. Вл-к: Дальнаука, 2007. С.37-80. опубликовано - декабрь 2012 г.
Chemical composition of the brown algae from the Avacha Bay (Kamchatka coast) Natalia M. Aminina, Olga N. Guruleva The chemical composition of four brown alga species (families Laminariaceae and Alariaceae) from the coast of Kamchatka (Avacha Bay) has been researched. Most these algae differ in the amount of minerals and mannitol. Normally the content of minerals and protein in the annotinous algae higher, polysaccharides lower than in the biennial ones. Dependence of the alga chemical composition from morphological indicators and time of sampling is defined. The macro- and microelement composition of macrophytes, as well as its dependence on the alga type and habitat are investigated. Key words: brown algae; Avacha Bay (the Kamchatka Peninsula); chemical composition.
Об авторах Аминина Наталья Михайловна - Aminina Natalia Michailovna кандидат биологических наук aminina@tinro.ru Гурулева Ольга Николаевна - Guruleva Olga Nikolaevna кандидат технических наук guruleva@tinro.ru Корреспондентский адрес: Россия, 690091, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4, ФГУП ТИНРО-центр; телефон (423) 240-13-60
Аминина Н.М., Гурулева О.Н. Химический состав бурых водорослей Авачинского залива (побережье п-ова Камчатка) // Вопросы современной альгологии. 2012. № 2 (2). URL: http://algology.ru/149
|
|
|
 | | ||
|
| ||
