Сысоев А.А., Сысоева И.В., Данилова О.Н. 

Alexandr A. Sysoev, Inna V. Sysoeva, Olga N. Danilova

ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН»
(Севастополь, Россия)

УДК 582.26/.27:574.64:577.1

Исследование посвящено изучению адаптационных реакций морских планктонных водорослей к воздействию хлорорганических пестицидов (ХОП), широко распространенных загрязнителей морских экосистем. Цель работы — выявить различия в адаптационных стратегиях микроводорослей разных таксономических и экологических групп в зависимости от концентрации токсиканта. В эксперименте использованы культуры Prorocentrum micans, Prorocentrum pusillum, Platymonas viridis и Peridinium trochoideum. Оценивали динамику численности клеток, их средние размеры и аденилатный энергетический заряд (АЭЗ) с помощью проточной цитофлюориметрии и хемилюминесцентного анализа. Результаты показали, что крупные виды (P. micans, P. trochoideum) более чувствительны к ХОП, демонстрируя снижение численности и укрупнение клеток, тогда как мелкие виды (P. pusillum, P. viridis) проявили большую толерантность. Выявлены различные адаптационные стратегии, связанные с таксономической принадлежностью и размером клеток.

Ключевые слова: морские планктонные микроводоросли; хлорорганические пестициды; адаптационные стратегии; аденилатный энергетический заряд; АЭЗ; проточная цитофлюориметрия; токсикологический стресс

Изучение адаптационных механизмов микроводорослей к поллютантам остается одной из актуальных тем в экологии водных систем, особенно в условиях антропогенного загрязнения (Айзатуллин, 1984). Хлорорганические пестициды (ХОП) выбраны для исследования как широко распространенные и устойчивые загрязнители, оказывающие токсическое воздействие на первичное звено трофической цепи – планктонные микроводоросли. Эти соединения, такие как ДДТ и его метаболиты, обладают высокой стабильностью и способностью накапливаться в экосистемах (Цыганков, 2015).

Цель работы – выявить различия в адаптационных стратегиях микроводорослей разных таксономических и экологических групп в зависимости от концентрации токсиканта – хлорорганических пестицидов (ХОП).

Материалы и методы

В качестве основных критериев, по которым оценивали степень негативного воздействия поллютантов, были выбраны: репродуктивная активность (динамика численности клеток), размеры клеток и аденилатный энергетический заряд Д. Аткинсона (АЭЗ), вычисляемый по соотношениям АТФ, АДФ и АМФ (Atkinson, 1967, 1968).

Аденилатный энергетический заряд (АЭЗ) Аткинсона. Модель Аткинсона основана на связи между содержанием адениновых нуклеотидов (АТФ, АДФ и АМФ), клеточными метаболическими процессами и внутриклеточной энергией биохимического потенциала (макроэргические фосфатные связи). Определяющим началом этой связи служит аденилатный энергетический заряд (АЭЗ), который вычисляется из молярных концентраций АТФ, АДФ и АМФ по формуле (Atkinson, 1968):

Теоретически АЭЗ может иметь значения от 0 (полностью разряженная система, состоящая только из АМФ). В действительности, при метаболическом гомеостазе, АЭЗ колеблется в узком диапазоне (0,75–0,98). Было показано, что для клеточного деления необходимы значения АЭЗ 0,8–0,9. К тому же, в диапазоне значений АЭЗ 0,4–0,8 находятся критические точки ингибирования анаболических энзимов (Atkinson, 1968).

В результате многочисленных исследований были разработаны следующие критерии оценки физиологического состояния одноклеточных по АЭЗ:

• заряд от 0,75 свидетельствует о полном метаболическом гомеостазе. При котором жизненные функции и способность к размножению ничем не ограничены;
• АЭЗ в пределах 0,5–0,75 характерен при умеренной степени метаболической депрессии. В этом случае временно нарушены некоторые жизненные функции, связанные с ростом и размножением, но при восстановлении АЭЗ до 0,75 и выше, все функции восстанавливаются;
• значения АЭЗ ниже 0,5 указывают на сублетальную степень физиологического угнетения (Atkinson, 1968).

Анализ численности и размеров клеток проводили на проточном цитофлюориметре Cytomics FC 500 (Beckman Coulter, США), анализы содержания внутриклеточных адениновых нуклеотидов – по хемилюминесцентной методике на приборе ATP- Luminometer-1250 (LKB, Швеция). В качестве поллютантов была выбрана смесь хлорорганических пестицидов ХОП-5.

Поставлен эксперимент по влиянию концентраций (0,025 и 0,150 мкг/мл) ХОП-5 (в составе которого присутствуют ГХЦГ, ДДТ, ДДЭ, ДДД, Гептахлор) на динамику численности и физиологическое состояние культур морских планктонных водорослей: Peridinium trochoideum (F.Stein) Lemmermann, 1910, Prorocentrum micans Ehrenberg, 1834, Prorocentrum pusillum (Schiller) Dodge & Bibby, 1973 (класс Dinophyceae) и Platymonas viridis Rouchijajnen, 1966 (класс Chlorophyta).

По характеру воздействия ХОП-5 относится к инсектицидам.

При добавлении токсикантов в среду применяли перемешивание при помощи магнитной мешалки.

Эксперимент проводили в течение недели при естественной световой экспозиции в 250 мл конических колбах, при t° +20°С ± 1° в трех вариантах:

Контроль: стерилизованная морская вода, плюс – питательная среда F/2.

Вариант А: то же, что в контроле, плюс стандарт ХОП-5 с конечной концентрацией 0,025 мкг/мл.

Вариант В: то же, что в контроле, плюс стандарт ХОП-5 с конечной концентрацией 0,150 мкг/мл.

Из каждой экспонируемой емкости ежедневно отбирали пробы на анализ численности и размеров клеток, а также на содержание внутриклеточных адениновых нуклеотидов (АТФ, АДФ и АМФ). Отобранные объемы проб компенсировали добавлением таких же растворов, соответственно вариантам содержания.

Статистическую обработку и графическое оформление полученной информации проводили при помощи стандартного пакета Microsoft Excel 16 (2021 г.).

Результаты

В процессе экспозиции культур в приведенных вариантах среды произошли следующие изменения (рис.1–4).

Рис. 1.  Динамика численности (FC, кл/мл), размеров клеток (FL, у.е.) и АЭЗ (AEC) в культуре Prorocentrum micans при различных вариантах содержания.
Ось X: К – контроль, А и В – концентрации ХОП, цифры – сутки экспозиции

Fig. 1. Dynamics of abundance (FC, cells∙ml^-1), cell sizes (FL, conditional units), and AEC in Prorocentrum micans culture under different conditions.
X-axis: К – control, A and B – OCPs concentrations, numbers – days of exposure

Численность клеток

Крупные виды (P. micans, P. trochoideum) продемонстрировали высокую чувствительность к ХОП-5: в контроле численность клеток удвоилась, в варианте А снизилась, а в варианте В приблизилась к минимальным значениям (рис. 1, 2).

У зеленой микроводоросли P. viridis эффект ХОП-5 проявился только в варианте В и в меньшей степени (рис. 3).

У мелкого вида динофлагелляты P. pusillum снижение численности было умеренным (рис. 4).

Рис. 2.  Динамика численности (FC, кл/мл), размеров клеток (FL, у.е.) и АЭЗ (AEC) в культуре
Peridinium trochoideum при различных вариантах содержания:
Ось X: К – контроль, А и В – концентрации ХОП-5, цифры – сутки экспозиции

Fig. 2. Dynamics of abundance (FC, cells∙ml^-1, cell sizes (FL, conditional units), and AEC
in Peridinium trochoideum culture under different conditions.
X-axis: К – control, A and B – OCPs concentrations, numbers – days of exposure

Рис. 3.  Динамика численности (FC, кл/мл), размеров клеток (FL, у.е.) и АЭЗ (AEC) в культуре
Peridinium trochoideum при различных вариантах содержания:
Ось X: К – контроль, А и В – концентрации ХОП-5, цифры – сутки экспозиции

Fig. 3. Dynamics of abundance (FC, cells∙ml^-1, cell sizes (FL, conditional units), and AEC
in Peridinium trochoideum culture under different conditions.
X-axis: К – control, A and B – OCPs concentrations, numbers – days of exposure

Средние размеры клеток

У крупных видов ХОП вызвали укрупнение клеток пропорционально концентрации токсиканта, тогда как в контроле размеры клеток уменьшались из-за активного деления (рис. 1, 2). У мелких видов (P. pusillum, P. viridis) изменения размеров были незначительными, с тенденцией к постепенному уменьшению (рис. 3, 4).

Рис. 4.  Динамика численности (FC, кл/мл), размеров клеток (FL, у.е.) и АЭЗ (AEC) в культуре Prorocentrum pusillum при различных вариантах содержания ХОП.
Ось X: К – контроль, А и В – концентрации OCPs, цифры – сутки экспозиции

Fig. 4. Dynamics of abundance (FC, cells∙ml^-1), cell sizes (FL, conditional units), and AEC in Prorocentrum pusillum culture under different conditions.
X-axis: К – control, A and B – OCPs concentrations, numbers – days of exposure

Аденилатный энергетический заряд

Наиболее сильное снижение АЭЗ наблюдалось у крупных видов (рис. 1, 2), особенно в варианте В (концентрация ХОП-5 0,150 мкг/мл). У P. pusillum и P. viridis АЭЗ оставались относительно стабильным, что указывает на высокую толерантность (рис. 3).

Обсуждение

Смесь ХОП-5 служит репрезентативным индикатором качественного воздействия хлорорганических пестицидов на фитопланктон, подтверждая эффекты ингибирования фотосинтеза и биоаккумуляции. Однако количественные показатели токсичности (силу эффекта) необходимо рассчитывать индивидуально для каждого вещества, так как степень их токсичности различна.

Полученные данные подтверждают, что воздействие хлорорганических пестицидов (ХОП) на морские планктонные микроводоросли носит видо- и размер-зависимый характер, что хорошо согласуется с современными представлениями (Сысоев, Сысоева, 2017) о клеточно-метаболических стратегиях адаптации фитопланктона к токсикологическому стрессу. Различия в динамике численности, размеров клеток и аденилатного энергетического заряда (АЭЗ) отражают неодинаковую способность видов поддерживать энергетический и метаболический гомеостаз в условиях воздействия стойких органических загрязнителей.

Более высокая чувствительность крупных динофлагеллят (P. micans, P. trochoideum) может быть обусловлена:

– меньшим отношением площади поверхности к объему клетки, что снижает эффективность обмена веществ и детоксикации;

– более высокими энергетическими затратами на поддержание внутриклеточной организации;

– большей способностью к биоаккумуляции липофильных соединений, к которым относятся ХОП.

Укрупнение клеток, наблюдаемое при воздействии ХОП, вероятно, связано с ингибированием цитокинеза и переходом клеток в состояние задержки деления. Такая реакция может рассматриваться как форма пассивной адаптации, направленной, на временное сохранение жизнеспособности за счет снижения репродуктивной активности.

АЭЗ проявил себя как высокочувствительный интегральный показатель физиологического состояния культур (Bickel et.al., 2000). Снижение АЭЗ у крупных видов до значений, соответствующих зоне метаболической депрессии, указывает на нарушение баланса между катаболическими и анаболическими процессами. Это согласуется с гипотезой о том, что ХОП подавляют фотосинтетическую активность и митохондриальный метаболизм, снижая синтез АТФ.

Относительная стабильность АЭЗ у P. viridis и P. pusillum свидетельствует о более эффективных механизмах энергетической компенсации, которые могут включать:

– высокую пластичность метаболических путей;

– перераспределение энергетических ресурсов;

– активацию защитных и антиоксидантных систем.

Таблица.  Сравнение основных адаптационных реакций между группами видов, основанное на анализе численности, размера клеток и АЭЗ

Table.  Сравнение основных адаптационных реакций между группами видов, основанное на анализе численности, размера клеток и АЭЗ

Начальное укрупнение клеток и последующая стабилизация/восстановление деления отражают динамический характер стресс-ответа, описанный в рамках концепции биохимических адаптаций П. Хочачки и Д. Сомеро (Хочачка, Сомеро, 1977). После острого стресса и энергетического дефицита происходит попытка перестройки метаболизма фаза соответствует острому стрессу и энергетическому дефициту, вторая при попытке перестройки метаболизма и оптимизации обмена с внешней средой.

Важно отметить, что у мелких видов эта фазность выражена слабее, что указывает на их преимущественно активную стратегию адаптации, основанную на быстром обороте биомассы и высокой скорости клеточного цикла.

С экологической точки зрения выявленные различия в устойчивости видов могут приводить к структурный сдвигам в фитопланктонных сообществах при хроническом загрязнении ХОП. Доминирование мелкоклеточных и более толерантных форм потенциально изменяет трофические связи, скорость круговорота веществ и энергообмен в морских экосистемах (Капков, 2003; Капков и др., 2017).

Адаптация к ХОП-5 проявляется в двух фазах: 1) увеличение размеров клеток в первые сутки, связанное с накоплением веществ и задержкой деления; 2) активация репродукции на 2–3 сутки при снижении АЭЗ и уменьшение размеров клеток. Это позволяет клеткам оптимизировать обмен со средой и минимизировать энергетические траты, что соответствует стратегии активной адаптации (Хочачка, Сомеро, 1977). P. viridis показала наибольшую устойчивость, вероятно, благодаря меньшему размеру клеток и особенностям метаболизма.

Сравнение адаптационных реакций между чувствительной группой из крупных видов и толерантной группой из мелких видов (табл. 1) показало, что адаптационная стратегия мелких видов (P. pusillum, P. viridis) является активной и обратимой (снижение размера + удержание АЭЗ выше критического порога), в то время как стратегия крупных видов (P. micans, P. trochoideum) является пассивной и ведет к метаболическому коллапсу, о чем свидетельствует падение АЭЗ ниже 0,5.

Заключение

Исследование подтвердило, что адаптационные реакции морских микроводорослей на воздействие ХОП зависят от их таксономической принадлежности и размера клеток. Крупные динофлагелляты (P. micans, P. trochoideum) более уязвимы, демонстрируя снижение численности и укрупнение клеток, тогда как мелкие (P. pusillum, P. viridis) лучше адаптируются. Полученные данные подчеркивают значимость биомаркеров (численность, размеры клеток, АЭЗ) для мониторинга токсикологического пресса. Практическая значимость заключается в возможности использования этих параметров для оценки состояния морских экосистем. В дальнейшем целесообразно изучить молекулярные механизмы адаптации и влияние других поллютантов. Прогнозируется, что с усилением антропогенного загрязнения устойчивые виды, такие как Platymonas viridis, Prorocentrum pusillum могут доминировать в планктонных сообществах (Капков, 2003; Капков и др., 2017).

Финансирование. Работа выполнена по темам гос. задания № 121041400077-1; № 121040600178-6.

Funding. This work was conducted under financial support of the Russian Academy of Science research grant № 121030100028-0

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.

The authors declare no conflict of interests.

Список литературы

1. Айзатуллин Т. А. Океан. Фронты, дисперсии, жизнь. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1984. – 192 с.
2. Капков В.И. Биомаркеры в мониторинге водных экосистем: Автореф. дис. … докт. биол. наук. – Москва, 2003. – 48 с.
3. Капков В.И., Шошина Е.В., Беленкина О.А. Использование морских одноклеточных водорослей в биологическом мониторинге // Вестник МГТУ. 2017. Т. 20, № 2. С. 308–315. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-2-308-315
4. Сысоев А.А., Сысоева И.В. Влияние ионов свинца и РОВ на рост, развитие и аденилатный энергетический заряд микроводорослей в культурах // Вопросы современной альгологии. 2017. № 1(13). URL: http://algology.ru/1143 (дата обращения 24.11.2025)
5. Хочачка П., Сомеро Д. Стратегия биохимических адаптаций. – Москва: Мир, 1977. – 398 с.
6. Цыганков В.Ю. Стойкие органические загрязнители (хлорорганические пестициды и полихлорированные бифенилы) в морских организмах Охотского и Берингова морей: : Автореф. дис. … канд. биол. наук. – Владивосток: Дальневосточный федеральный университет, 2015. – 24 с.
7. Atkinson D.E. Adenosine triphosphate conservation in metabolic regulation // Biol. Chem. 1967. V.242. P.3239–3240.
8. Atkinson D.E. The energy charge of the adenylate pools as a regulatory parameter // Biochemistry. 1968. V. 7(11). P. 4030–4034.
9. Bickel H., Lyck S., Utkilen H. Energy state and toxin content – experiments on Microcystis aeruginosa (Chroococcales, Cyanophyta) // Phycologia. 2000. V. 39, №3. P. 212–218.

Статья поступила в редакцию 24.03.2025
После доработки 25.11.2025
Статья принята к публикации 07.12.2025

Об авторах

Сысоев Александр Александрович – Sysoev Alexandr A.

научный сотрудник, ФИЦ «Институт Биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН», Россия, Севастополь (Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas RAS, Russia, Sevastopol); ORCID – https://orcid.org/0000-0002-3524-158X; SPIN-код 8938-5161.

alexsysoev@yandex.ru

Сысоева Инна Викторовна – Sysoeva Inna V.

кандидат биологических наук
старший научный сотрудник, ФИЦ «Институт Биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН», Россия, Севастополь (Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas RAS, Russia, Sevastopol); ORCID – https://orcid.org/0000-0003-3641-4419; SPIN-код 4831-5529.

alexsysoev@yandex.ru

Данилова Ольга Николаевна – Danilova Olga N.

младший научный сотрудник, ФИЦ «Институт Биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН», Россия, Севастополь (Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas RAS, Russia, Sevastopol); ORCID – https://orcid.org/0000-0002-5675-9791; SPIN-код 8844-4613.

alexsysoev@yandex.ru

Корреспондентский адрес: Россия, 299011, Севастополь, пр. Нахимова, 2, ИнБЮМ РАН; тел. (8692)55-07-95.

ССЫЛКА:

Сысоев А.А., Сысоева И.В., Данилова О.Н. Адаптационные стратегии морских планктонных водорослей при воздействии хлорорганических пестицидов // Вопросы современной альгологии. 2025. № 3(39). С. 1–9. URL: http://algology.ru/2266

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2025-3(39)-1-9

EDN – JXJUEA

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 
Адрес - info@algology.ru

Adaptation strategies of marine planktonic algae under the influence
of organochlorine pesticides

Alexandr A. Sysoev, Inna V. Sysoeva, Olga N. Danilova

Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas RAS (Sevastopol, Russia)

This study investigates the adaptive responses of marine planktonic algae to organochlorine pesticides (OCPs), widespread pollutants in marine ecosystems. The aim is to identify differences in adaptation strategies among microalgae of various taxonomic and ecological groups depending on toxicant concentration. The experiment utilized cultures of Prorocentrum micans, Prorocentrum pusillum, Platymonas viridis, and Peridinium trochoideum. Cell abundance, average cell size, and adenylate energy charge (AEC) were assessed using flow cytometry and chemiluminescent analysis. Results indicate that larger species (P. micans, P. trochoideum) are more sensitive to OCPs, showing reduced abundance and increased cell size, while smaller species (P. pusillum, P. viridis) exhibited greater tolerance. Distinct adaptation strategies were observed, linked to taxonomic affiliation and cell size.

Key words: marine planktonic microalgae; organochlorine pesticides; adaptation strategies; adenylate energy charge; AEC; flow cytometry; toxicological stress

References

1. Ajzatullin T.A. Ocean. Fronts, variances, life. Gidrometeoizdat, Leningrad, 1984. 192 p. (In Russ.)
2. Atkinson D.E. Adenosine triphosphate conservation in metabolic regulation. Biol. Chem. 1967. V.242. P.3239–3240.
3. Atkinson D.E. The energy charge of the adenylate pools as a regulatory parameter. Biochemistry. 1968. V. 7(11). P. 4030–4034.
4. Bickel H., Lyck S., Utkilen H. Energy state and toxin content – experiments on Microcystis aeruginosa (Chroococcales, Cyanophyta). Phycologia. 2000. V. 39, №3. P. 212–218.
5. Hochachka P.W., Somero G.N. Strategies of biochemical adaptation. Saunders, 1973. 358 p. ISBN 0721647057
6. Kapkov V.I. Biomarkers in monitoring aquatic ecosystems: Doctor of Biology Dissertation abstract. Moscow, 2003. 48 p. (In Russ.)
7. Kapkov V.I., Shoshina E.V., Belenikina O.A. The use of marine microalgae in biological monitoring Vestnik MGTU. 2017. V. 20, № 2. P. 308–315. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-2-308-315 (In Russ.)
8. Sysoev A.A., Sysoeva I.V. Influence of Pb ions and a DOM on the growth, development and adenylate energy charge of microalgae in cultures. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2017. № 1(13). URL: http://algology.ru/1143 (date: 24.11.2025) (In Russ.)
9. Tsygankov V.Yu. Persistent organic pollutants (organochlorine pesticides and polychlorinated biphenyls) in marine organisms of the Okhotsk and Bering Seas: PhD of Biology Dissertation abstract. Vladivostok, DVFU, 2015. 24 p. (In Russ.)

Authors

Sysoev Alexandr A.

ORCID – https://orcid.org/0000-0002-3524-158X

Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas RAS, Sevastopol, Russia

alexsysoev@yandex.ru

Sysoeva Inna V.

ORCID – https://orcid.org/0000-0003-3641-4419

Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas RAS, Sevastopol, Russia

alexsysoev@yandex.ru

Danilova Olga N.

ORCID – https://orcid.org/0000-0002-5675-9791

Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas RAS, Sevastopol, Russia

alexsysoev@yandex.ru

ARTICLE LINK:

Sysoev A.A., Sysoeva I.V., Danilova O.N. Adaptation strategies of marine planktonic algae under the influence of organochlorine pesticides. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2025. № 3(39). P. 1–9. URL: http://algology.ru/2266

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2025-3(39)-1-9

EDN – JXJUEA

When reprinting a link to the site is required

Dear colleagues! If you want to receive the version of the article in PDF format, write to the editor, please and we send it to you with pleasure for free. 
Address - info@algology.ru

На ГЛАВНУЮ

Карта сайта

КОНТАКТЫ

Email: info@algology.ru

Изготовление интернет сайта
5Dmedia

ЛИЦЕНЗИЯ

Эл N ФС 77-22222 от 01 ноября 2005г.

ISSN 2311-0147