«Изучение видового разнообразия водорослей и цианобактерий подводной пещеры сакаска (кугарчинский район рб)» - Дипломная работа

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 2

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕЩЕР КАК УНИКАЛЬНЫХ ЭКОСИСТЕМ 6

1.1. Абиотические условия пещерных экосистем 6

1.1.1. Климат пещер 6

1.1.2. Атмосферное давление 7

1.1.3. Температура и влажность воздуха 7

1.1.4. Интенсивность воздухообмена 8

1.2. Классификации экосистем пещер 9

1.2.1. Особенности гетеротрофных экосистем пещер 10

1.2.1.1. Пути заноса органического вещества в гетеротрофные экосистемы пещер 11

1.2.1.2. Пищевые цепи гетеротрофных пещерных экосистем 18

1.2.2. Особенности фотоавтотрофных экосистем пещер 200

1.2.3. Особенности хемоавтотрофных экосистем пещер 222

1.2.4. Амфитрофные экосистемы пещер 255

1.3. Цианобактерии и водоросли в экосистемах пещер 277

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 30

2.1. Характеристика Кугарчинского района, как объекта исследования 30

2.1.1. Климат 31

2.1.2. Рельеф 322

2.1.3. Гидрология 333

2.1.4. Почвенный покров 355

2.1.5. Растительность 355

2.2. Характеристика пещеры Сакаска 377

2.3. Методика отбора проб и посев культур 377

2.4. Методика выделения альгологически чистых культур 388

2.5. Получение жидких накопительных культур 388

2.6. Идентификация видовой принадлежности водорослей и цианобактерий399

2.7. Методика исследования влияния рН среды на рост и развитие штамма Coelastrella corcontica (T.Kalina & M.Puncocharova) E.Hegewald & N.Hanagata399

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 41

3.1. Характеристика цианобактериально-водорослевого ценоза пещеры Сакаска 41

3.2. Влияние рН среды на рост и развитие штамма Coelastrella corcontica (T.Kalina & M.Puncocharova) E.Hegewald & N.Hanagata 56

ВЫВОДЫ 62

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 64

Введение

На территории Республики Башкортостан на сегодняшний день насчитывается порядка тысячи учтенных спелеокадастром пещер. Многие из них являются природным и культурно-историческим наследием. В Башкирии встречается большинство типов пещерных экосистем (естественные и антропогенно-трансформированные первичные и вторичные гетеротрофные, естественные фототрофные, естественные хемотрофные, амфитрофные) (Абдуллин, Миркин, 2013). Многие пещеры республики хорошо изучены на предмет выявления биоразнообразия цианобактерий и водорослей (Абдуллин, 2005; Абдуллин, 2006; Абдуллин и др., 2012; Абдуллин, Миркин, 2013; Гайнутдинов, Абдуллин, 2016). Объектом нашего исследования стала подводная пещера Сакаска, которая вызвала бурный общественный и научный интерес с первых дней ее посещения дайверами.

Целью работы является исследование биоразнообразия водорослей и цианобактерий пещеры Сакаска.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Отобрать образцы проб на территории пещеры Сакаска (Кугарчинский район Республики Башкортостан);

2. Определить видовой состав цианобактерий и водорослей пещеры Сакаска;

3. Дать оценку качественным и количественным показателям цианобактериально-водорослевым ценозам пещеры Сакаска;

4. Изучить экологическую пластичность водорослей из проб пещеры Сакаска;

5. Провести полимеразную цепную реакцию штаммов водорослей, выделенных из проб пещеры Сакаска.

Научная новизна. В настоящей магистерской диссертации представлены результаты исследования биоразнообразия водорослей и цианобактерий пещеры Сакаска. Изучение данной пещеры началось относительно недавно.

Данная работа является первой на предмет изучения населяющих ее микроорганизмов.

Апробация материалов. По теме диссертации опубликованы 2 научные работы:

1. Ходжазода С. Р, Суханова Н. В. Водоросли и цианобактерии пещерных экосистем // Современные аспекты изучения экологии растений. Сборник материалов VII международной молодежной дистанционной конкурс- конференции. - Уфа: ООО «Первая типография», 2019. С. 72-74.

2. Ходжазода С. Р, Суханова Н. В. Первые сведения о водорослях и цианобактериях пещеры Сакаска // Современные аспекты изучения экологии растений. Сборник материалов VII международной молодежной дистанционной конкурс-конференции. - Уфа: ООО «Первая типография», 2019. С. 75-77.

Работа выполнена на базе лаборатории экологии водорослей им.Л.С. Хайбуллиной, лаборатории полифазных методов исследования Центра развития компетенции «Фундаментальные исследования атомных, супрамолекулярных и биологических систем в естественнонаучном образовании».

Благодарность. Выражаю благодарность магистрантам 2 курса направления Биология программа Экология, сотрудникам, преподавателям, аспирантам кафедры биоэкологии и биологического образования за помощь в выполнении и оформлении магистерской диссертации, а также лично хочу выразить благодарность:

- членам экспедиции спелео-подводников во главе с Евгением Рунковым (руководитель экспедиции, исследователь подводных пещер Урала, Башкирии и Флориды, инструктор-тренер по пещерному и глубоководному дайвингу, член Свердловского областного отделения Русского географического общества) за помощь в отборе проб;

- г.н.с. Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН, д.б.н. Абдуллину Шамилю Раисовичу, за помощь в выделении штаммов;

- заведующему кафедрой биоэкологии и биологического образования д.б.н. Гайсиной Лире Альбертовне и аспирантке Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН Аллагуватовой Резеде Зиннуровне, за помощь проведение ПЦР-анализа штаммов водорослей;

- м.н.с. Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН, к.б.н. Никулину Артуру Юрьевичу, за помощь в выполнении молекулярно-генетического анализа выделенных штаммов водорослей;

- к.б.н., доценту кафедры генетики Абрамову Сергею Николаевичу за предоставление ФЭК (фотоэлектроколориметр КФК-3- «3ОМЗ).

- научному руководителю д.б.н. Сухановой Наталье Викторовне, за помощь в определении видов цианобактерий и водорослей.

Выдержка из текста работы

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕЩЕР КАК УНИКАЛЬНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Пещеры представляют собой специфические экосистемы с уникальной биотой, включая цианобактерии и водоросли. Пещеры характеризуются особым набором абиотических факторов, который способствует формированию специфической для пещер биоты и, следовательно, в таких условиях формируются определенные взаимоотношения и трофические связи между организмами.

1.1. Абиотические условия пещерных экосистем

Пещеры представляют собой специфические экосистемы. Их особенность определяют горные породы, подземные воды и морфология карста. В пещерах складывается особый микроклимат: нет света, постоянные низкие температуры в пределах 3 - 4°С, влажность достигает ста процентов и наблюдается

недостаточное количество органических компонентов, синтезирующихся сообществами живых организмов, которые обитают в пещерах (Northup et al., 1997; Хижняк и др., 2003; Мазина, Северин, 2007).

1.1.1. Климат пещер

За формирование пещерного климата отвечают температурное окружение горных пород, где располагается полость пещеры и внешние факторы (внешний климат и водные потоки). Экспериментально это утверждение можно проверить, применив полость, которая расположена внутри горной породы без воздействия внешних факторов, при этом температура воздуха в ней будет постоянной и равной температуре стен, окружающих полость. При соединении полости с поверхностью, можно будет обнаружить взаимодействие внешних и внутренних условий, что проявится на климатических параметрах внутри полости. Так, внешние факторы вносят изменение в стабильное состояние замкнутой полости.

В спелеологических источниках утвердилось мнение о том, что температура в дальней части пещеры одинакова со среднегодовой температурой воздуха на поверхности вне пещеры. Однако, это представление не верно. Было выяснено, что температура дальних частей пещер равняется среднегодовой температуре воздуха вне пещер только на окраине континентов. При этом внутри континента внутри пещер этот показатель всегда выше среднегодовой температуры, и, чем ближе к центру, тем разница температур внутри и снаружи пещер возрастает (Дублянский, Ломаев, 1980). Так, данная классификация пещер по тепловому режиму путем сравнения температуры на дальних частях пещер со среднегодовой в районе пещеры является не действительной для пещер России.

1.1.2. Атмосферное давление

На атмосферное давление внутри пещер влияет строение полости и незначительно влияет климатическая зональность. Атмосферное давление горизонтальных пещер равно внешнему и меняется в зависимости от внешнего давления. В вертикальных пещерах давление увеличивается в зависимости от глубины, при этом изменение внешнего давления отзывается на внутреннем с запаздыванием (Мавлюдов, Усиков, 1979).

Заключение

1. Отобраны пробы грунта и толщи воды подводной пещеры Сакаска (Кугарчинский район, Республика Башкортостан) с целью выявления водорослей и цианобактерий в октябре 2017 года. Пробы отобраны на глубине 60 м и примерно в 500 м от входа в пещеру в стерильные пластиковые банки. Пробы доставлены в лабораторию «Экологии водорослей им. Л.С. Хайбуллиной» БГПУ им. М. Акмуллы, где хранились в холодильнике до эксперимента.

2. Выявлен видовой состав водорослей и цианобактерий подводной пещеры Сакаска. В результате проведенного исследования в пробе толщи воды микрофототрофов обнаружено не было. В пробе грунта пещеры Сакаска выявлено 22 вида водорослей и цианобактерий.

3. Цианобактериально-водорослевые ценозы пещеры Сакаска включали 14 видов Cyanobacteria, представленных в основном нитчатыми

безгетероцистными видами Leptolyngbia, Microcoleus, Phormidium, имеющих светло-серую, либо светлую сине-зелёную окраску. Три вида принадлежали к гетероцистным спорообразующим формам. Большинство видов имели тонкие трихомы. Доминировали Nostoc punctiforme и Leptolyngbya foveolara.

4. Водоросли пещера Сакаска представлены 7 видами отдела Chlorophyta коккоидной структуры тела. Преобладали мелкоклеточные формы, относящиеся к убиквистам. Интересна находка крупноклеточной водоросли Deasonia prolifera. Доминировала Coelastrella corcontica. Виды отдела

Bacillariophyta представлены родом Navicula, в пробах встречались только единичными панцирями.

5. Изучение влияния рН среды на штамм Coelastrella corcontica показало высокую экологическую пластичность вида, выделенного из пробы пещеры Сакаска. Значения рН от 3 до 10 оказали существенного влияния на морфологию, размеры клеток водоросли. Изменение реакции среды вызывало увеличение диаметра шаровидных клеток водоросли. Размножение клеток

снижалось при рН 4,5 и ниже, максимальное рост наблюдался при значениях рН 8,5 и 9,5. Культура Coelastrella corcontica в процессе проведения эксперимент изменила рН среды: в диапазоне рН 3-9 произошло

подщелачивание, при рН 9.5-10 - подкисление.

Список литературы

1. Абдрахманов Р.Ф., Мартин В.И., Попов В.Г., Рождественский А.П., Смирнов А.И., Травкин А.И. Карст Башкортостана. Уфа: Информреклама, 2002. 384 с.

2. Абдуллин Ш.Р. Цианобактерии и водоросли пещеры Шульган-Таш (Каповой): Автореф. дис. . канд. биол. наук. Уфа: Башкирский гос. ун-т, 2005. 16 с.

3. Абдуллин Ш.Р. Антропогенный занос и вынос цианобактерий и водорослей в пещере Шульган-Таш (Каповой) // Актуальные проблемы современной альгологии: тезисы докладов I Республиканской научно-практической конференции. Уфа: Изд-во БГПУ, 2006. С. 4.

4. Абдуллин Ш. Р. Биоразнообразие цианобактерий и водорослей

Аскинской пещеры (Южный Урал) // Вестник ОГУ. 2009. №6. С. 9-10

5. Абдуллин Ш.Р. Влияние освещенности на распределение

фототрофных организмов в привходовой части пещеры Шульган-Таш // Экол. 2011. № 3. С. 226-228.

+ еще 109 источников

Примечания

Оригинал в pdf