«ИССЛЕДОВАНИЕ БИОРАЗНООБРАЗИЯ ВОДОРОСЛЕЙ И ЦИАНОБАКТЕРИЙ МЕРОМИКТИЧЕСКОГО ОЗЕРА ШИРА (РЕСПУБЛИКА ХАКАСИЯ, РОССИЯ)» - ВКР

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Характеристика озера Шира, как объекта исследования 7

1.1.1. Климат 9

1.1.2. Рельеф 9

1.1.3. Гидрология 11

1.1.4. Почвенный покров 13

1.1.5. Растительность 14

1.1.6. Экологическое состояние окружающей среды района 16

1.2. Понятие о пресноводных водорослях 19

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Метод отбора проб. Метод посева культур 22

2.2. Пересев на агаризованные среды 23

2.3. Частота пересевов 24

2.4. Условия культивирования 24

2.5. Выбор среды культивирования 25

2.6. Установка для культивирования 27

2.7. Оборудование и условия, необходимые для постоянного 27 культивирования

2.8. Свет и температура 29

2.9. Поддержание порядка в хранении культур в коллекции 30

2.10. Выделение альгологических чистых культур 30

2.11. Жидкие накопительные культуры 31

2.12. Питательные среды 31

2.12.1. Основная среда Болда 31

2.12.2. Среда Z8 34

2.13. Метод видовой принадлежности 36

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Характеристика цианобактериально-водорослевого состава озера "Шира" 37

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 46

ПРИЛОЖЕНИЕ 51

---

Введение

Озера всегда являлись важными народнохозяйственными и реакционными объектами, изменение качества воды и биологического разнообразия в них составляет собой актуальную фундаментальную задачу (Рогозин, 2018). Но если смотреть с другой стороны благодаря изучению их минерализации, состава, мы можем оценить изменение климата, а также антропогенную деятельность в водосборном бассейне.

Меромиктических водоемов на самом деле не много, но все, же они встречаются по всему миру в разных климатических условиях (Hammer, 1994). В настоящее время в мире описано 200 меромиктических озер и это составляет чуть меньше 1% от всех изученных озер (Gugliandolo et al., 2011).

Самым крупным меромиктическим водоемом в мире считается черное море (Overmann, Manske, 2006). Меромиктические озера очень интересны для исследования т.к. в них отсутствует круговое движение воды между толщами различной минерализации. Слабосоленые водоемы служат естественными лабораториями для изучения экологии водных микроорганизмов (Tonolla et al., 2003). Такой лабораторией, например, является объект моего исследования озера Шира (Республика Хакассия). Несмотря на постоянное расширение альгофлористических исследований, региональная флора водорослей водоемов Республики Хакассии не обследована. На обширной территории России известны четыре слабосоленых водоема к ним относятся оз. Доронинское в Забайкальском крае (Zamana, Borzenko, 2007), озера Шира и Шунет в Хакассии (Denermedzhy et al., 2002) и озеро Учум расположенное на юге Краснодарского края (Рогозин и др., 2018). Все эти водоемы схожи по своему химическому составу, но различны по морфологическим свойствам. Интерес к изучению таких водоемов обоснован следующими причинами.

1) Градиент плотности различен.

2) Бессточные водоемы расположенные в аридном климате служат ценными объектами для восстановления палео -климата, поскольку 4

четко реагируют на изменение уровня воды и изменения баланса осадков и испарения данной местности (Last, Ginn, 2005).

3) Исследуемое озеро обладает бальнеологическими свойствами. Уже много лет функционируют базы отдыха «Озеро Шира» и «Озеро Учум»» (Кривошеев, Хасанов, 1990).

Поэтому качество воды и содержания H2S напрямую зависит от метеорологических условий и антропогенных воздействий.

Несмотря на уникальность озера Шира, биоразнообразие цианобактерий и водорослей этого водоёма остается не изученным.

Целью данной работы являлось изучение биоразнообразия цианобактериально-водорослевых сообществ литоральной зоны озера Шира.

В ходе работы были поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ литературы, посвященной изучению района исследования.

2. Выделить культуры и провести идентификацию водорослей и цианобактерий с использованием световой микроскопии.

3. Провести дополнительный анализ альгофлоры с использованием и жидких накопительных культур.

Связь работы с научными программами. Исследования были выполнены при поддержке гранта РФФИ № 19-05-00428 и внутривузовского гранта Башкирского государственного педагогического университета им.М.Акмуллы 2019 года.

Апробация работы и публикация:

Гайсина Л.А., Фазлутдинова А.И., Мухина О.Н., Ахмадеева Л.Ф., Рогозин Д.Ю., Бульхин А.О., Суханова Н.В., Джохансен Д.Р. Экологические особенности цианобактериально-водорослевых сообществ литорали меромиктического озера Шира (Республика Хакасия, Россия) // Теоретическая и прикладная экология. 2020. № 1. С. 47-50.

Краснова В.В., Губайдуллина Г.М., Мухина О.Н., Ахмадеева Л.Ф., Аллагуватова Р.З., Габидуллин Ю.З., Гайсина Л.А. Характеристика электронного каталога коллекции водорослей и цианобактерий Башкортостана (BASHKORTOSTAN COLLECTION OF ALGAE AND CYANOBACTERIA - BCAC) // Современные аспекты изучения экологии растений: материалы VII Международной молодежной конкурс-конференции. - Уфа : ООО «Первая типография», 2019. С. 53-56

Абдрахманова Р.И., Ахмадеева Л.Ф., Баймурзина Б.Ж., Булкова Д.А., Ишмуратова Б.Ш., Казыханова Г.Ш., Калинина Н.В., Ибрагимова З.Ю., Кашапова З.Н., Муканова А.С., Мухина О.Н., Нафикова А.М., Нигматуллин Р.Х., Николаева С.А., Рахмангулов М.Н., Страхова Э.Ю., Сулейманова З.Н., Сулейманова Л.А., Харрасов А.А., Хасанов В.Г., Шарипова А.К., Черноусова О.В., Гайсина Л.А., Хасанова З.М., Хасанова Л.А. Одноклеточная зеленая микроводоросль Gliloi'ella как основа продуктов специализированного и функционального питания// Актуальная биотехнология. 2020. №3 (34). С. 259-260.

---

Выдержка из текста работы

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объект моего исследования озеро «Шира» расположен в Республике Хакассия в самой живописной уголке местности, который служит для жителей этого региона целебным курортом.

1.1. Характеристика озера Шира как объекта исследования

Шира - меромиктическое озеро в России. Меромиктическое озеро в переводе с латинского языка означает «полу-перемешываемое». Явление меромиксии свойственно всем озерам в мире, от тропических до полярных регионов, но все, же такого класса озера редки. В 15 км от районного центра п. Шира располагается объект исследования.

Местоположение Ширинского района северная часть Республики Хакасия, но самое северное место занимает Орджоникидзевский район, остальные районы имеют южное место расположение. (Березовский и др., 2011).

Озеро протягивается с северо-запада на юго -восток имеет эллиптическую форму длиной 9,35 км и шириной 5,3 км (Parnachev, Degermendzhy, 2002, Kalacheva et al., 2002), (Рис. 2.).

Средняя глубина озера составляет 11,2 м, максимальная глубина исследуемого озера 24 м, площадь водной поверхности равна 35,9 км2 (Degermendzhy, et al., 2010). Озеро питается за счет р.Сон и атмосферных осадков, антропогенных и подземных поступлений. Замерзает озеро чаще всего в конце ноября. Вскрытие льда происходит в начале мая.

По оценкам известных российских ученых, таких как Д.Ю. Рогозин, А.С. Кривошеев, А.П. Хасанов и др. минерализация озера из года в год меняется и зависит от объема воды в озере, в настоящие время количество растворенных солей в озере равно 6 млн. тонн.

По химическому составу вода в водоеме солоноватая, сльфатно- хлоридная, натриево-калиевая, с высоким содержанием магния. По всей протяженности озера количество соли различное, в центральной части водоема значительное число соли. (Березовский и др., 2011).

1.1.1. Климат

Район, который исследовался, имеет континентальный воздух, умеренных широт. Объект исследования располагается в центре Азии, что обуславливает наличие такого климата. В летний период можно проследить наличие теплого умеренного континентального воздуха (Березовский, 2011). Направление ветров в основном западное, но чаще всего встречаются северные ветра. Летние циркуляционные процессы в отличие от зимних, происходят менее стремительно. Климатических условия в большей степени зависят от рельефа местности.

Различные места склонов при разных направлениях по отношению направления переноса воздушных масс, абсолютная высота местности, крутизна склонов, чередование хребтов с долинами и депрессиями, различная степень расчлененности - все это создает разнообразие распределения тепла и влаги в горах и этим определяет пестроту местных климатических условий (Березовский, 2011).

Для Ширинскинского района характерен резко континентальный климат, с морозной зимой и прохладным летом. Зима приходит в конце октября. Осенью температура понижается, наступают заморозки.

1.1.2. Рельеф

Ширинский район занимает Южную часть Северо-Минусинской котловины. Северо-Минусинская котловина имеет несколько названий: Чулымо-Енисейская или Чебаково-Балахтинская (Рогозин, 2018).

Данная местность с очень сложным рельефом, на территории встречаются сопки, увалы, равнины, холмы, которые переходят в горы, межгорные впадины.

В рельефе Северо-Минусинской котловины четко выделены впадины больших озер, которые поделены хребтами и горами. В центральной части рельефа находиться Ширинская впадина, именно в центре этой впадины находиться озера Шира.

Общая протяженность Северо-Минусинской котловины составляет 150 км, а ее ширина 60 км, северная часть ограничена Солгонским кряжем, южная часть Батеневским кряжем.

---

Заключение

1. В результате исследования биоразнообразия водорослей и цианобактерий меромиктического озера Шира (Республика Хакасия, Россия) было выявлено 45 видов цианобактерий и эукариотических водорослей: цианобактерий - 7 видов, зеленых - 4 вида, диатомовых - 34 вида.

2. Наибольшим видовым разнообразием отличались представители отдела Bacillariophyta. Среди них представители родов Achnanthidium, Amphora, Aulacoseira, Cocconeis, Cymatopleura, Cymbella, Denticula, Encyonema, Eunotia, Fragilaria, Gomphonema, Grunowia, Gyrosigma, Hantzschia, Kobayasiella, Navicula, Neosynedra, Nitzschia, Pinnularia, Planothidium, Platessa, Staurosira и Ulnaria.

3. Цианобактерии и зеленые водоросли были представлены видами- космополитами и широко распространенными видами Leptolyngbya voronichiniana, cf. Trichocoleus hospitus, Phormidium cf. paulsenianum, Pseudophormidium cf. golenkinianum, Ps. pauciramosum, Leptolyngbya perforans, L. subtilissima, Oocystis lacustris, Chlorella cf. vulgaris, Chloroidium cf. saccharophilum, Stigeoclonium sp.

4. Уникальностью изученного озера было наличие значительного количества алкалифильных видов диатомей. Также были обнаружены ацидофилы Eunotia fallax и Kobayasiella subtilissima и индифференты Achnanthidium lineare, Fragilaria capucina var. gracilis, Gomphonema parvulum и Navicula radiosa.

5. Были выявлены редкие виды диатомей, такие как cf. Fragilaria tenera, Grunowia solgensis, Grunowia tabellaria, cf. Ulnaria capitata.

6. Для получение более достоверных данных об альгофлоре озера Шира необходимо проведение молекулярно-генетических исследований штаммов.

---

Список литературы

1. Гайсина Л.А., Фазлутдинова А.И., Кабиров Р.Р. Современные методы выделения и культивирования водорослей: учебное пособие. Уфа: Изд-во БГПУ, 2008. 152с.

2. Гайсина Л.А., Фазлутдинова А.И., Сафиуллина Л.М., Пурина Е.С., Абузарова Л.Х., Кокорина Л.В., Мухаметова Г.М., Бакиева Г.Р. Влияние экстремальных экологических факторов на почвенные водоросли //Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале XXI века: Материалы всероссийской конференции. Петрозаводск, 22-27 сентября 2008 г. 2008 б. Часть 2: Альгология. С.23-26.

3. Голлербах М.М., Косинская Е.К., Полянский В.И. Синезеленые водоросли // Определитель пресноводных водорослей СССР. М.: Сов. наука, 1953. - Вып. 2. - 652 с.

4. Голлербах М.М., Штина Э.А. Почвенные водоросли. Л.: Изд -во Наука, 1969. 228 с.

5. Еремина И.Г. Изменение свойств черноземов Хакасии при длительном сельскохозяйственном использовании. 2010. 134 с.

6. Жемчужина Хакасии (Природный комплекс Ширинского района) / Под редакцией В.П. Парначева и И.В. Букатина. Абакан: Изд -во Хакасского государственного университета им Н.Ф. Каганова. 1997. - 180 с.

7. Заворуев В.В. Современное экологическое состояние озер Шира и Белё /Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия. Томск: Изд-во НТЛ. 2010. С. 109-113.

8. Калласс Е.В. Гумусовые профили почв озерных котловин Чулымо-Енисейской впадины. - Новосибирск: изд-во «Гуманитарные технологии», 2004. 170 с.

9. Косарева Е.Г. Зависимость эрозии почв от геологических факторов // Почвоведение 1995. № 12 - С 1525 - 1529

10. Кривошеев А. С., Хасанов А. П. Лечебные озера Красноярского края. Красноярск: Кн. изд-во. 1990. - 190 с.

11. Культивирование коллекционных штаммов водорослей/Под ред. Б.В.Громова. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1983. 152 с.

12. Кусковский B.C., Кривошеев А.С. Минеральные озера Сибири. Новосибирск. Наука, 1989. - 200 с.

13. Масюк Н.П. Морфология, систематика, экология, географическое распространение рода Dunaliella Teod. Киев: Наук. думка, 1973. 244 с.

14. Масюк Н.П. морфология, систематика, экология, географическое распространение рода Dunaliella Teod. и перспективы его практического использования. - Киевб Наук. Думка, 1973. - 244 с.

15. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Основы общей экологии. М.: Университетская книга, 2005. 240 с.

16. Природа Ширинского района Республики Хакасия : физико-географический очерк /А Я. Березовский, В. В. Владимиров, В. Е Дмитриев, С. А Родыгин Абакан : Кооператив "Журналист" , 2011, 200 с., [16] л. ил.: табл., карт.

17. Рогозин Д.Ю. Меромиктические озера Северо-Минусинской котловины: закономерности стратификации и экология фототрофных серных бактерий. ИФ СО РАН, 2018. 230 с.

18. Рогозин Д.Ю., Дегерменджи А.Г. Меромиктические озера как пример экосистем, в которых пространственная гетерогенность в значительной степени определяет биоразнообразие. В кн.:

19. Биоразнообразие и динамика экосистем: информационные технологии и моделирование. Интеграционные проекты СО РАН, вып. 5, 2006, стр. 436-441, Изд-во СО РАН, Новосибирск. - 633 с.

20. Рогозин Д.Ю., Зыков В.В., Тарновский М.О. (2016) Динамика пурпурных серных бактерий в соленом меромиктическом озере Шира (Сибирь, Хакасия) в период 2007-2013 гг. Микробиология. Т. 85, № 1, с. 73-82.

21. Сиренко Л.А., Сакевич А.И., Осипов Л.Ф. и др. Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике. Киев: Наук. думка, 1975. 248 с.

22. Спирина В.З., Саранчина Е.В., Раудина Т.В. Почвы отрогов Батеневского кряжа Алтае-Саянской горной системы / Почвы Хакасии их использование и охрана. 2012. С. 209-216.

23. Танзыбаев М.Г. Почвы Хакасии. Новосибирск: Наука, 1993. 256 с.

24. Танзыбаев М.Г. Кулижский С.П. Спирина В Распространение и причины дефляции почвенного покрова в Минусинской межгорной области // Антроп огенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения. Т 2 М . 1998 - С 45 - 46

25. Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М.: Прогресс, 1980. 328 с.

26. Физическая география Красноярского края и Республики Хакасии : Учеб. пособие / В. А. Безруких, М. В. Кириллов. - Красноярск : Кн. изд-во, 1993. - 187,[4] с. : ил.; 20 см.

27. Шпинь П.С. Оледенение Кузнецкого Алатау. - М.: Наука, 1980. - 84 с.

28. Bischoff H. W., Bold H. C. Phycological Studies IV. Some Soil Algae From Enchanted Rock arid Related Algal Species . University of Texas, Austin, 1963. Vol. 6318. P. 1-95.

29. Bold H. C. The morphology of Chlamydomonas chlamydogama sp. nov.// Bull. Torrey Bot. Club. 1949. Vol. 76. P. 101-108.

30. Brown R.M. Jr., Bold H.C. Phycological Studies. V. Comparative studies of the algal genera Tetracystis and Chlorococcum. Austin: Univ. Texas Publ., 1964.

31. Cole G. T., Wynne M. J. Endocytosis of Microcystis aeruginosa by Ochomonas Danica //Journal of Phycology. 1974. Vol. 10. P. 397-410.

32. Darling R. B., Friedmann E. I., Broady P. A. Heterococcus endolithicus(Xanthophyceae) and other terrestrial Heterococcus species from Antarctica: Morphological changes during life history and response to temperature //Journal of Phycology. 1987. Vol. 23. P. 598-607.

33. Degermendzhy A.G., Zadereev Y.S., Rogozin D.Y., Prokopkin I.G., Barkhatov Y.V., Tolomeev A.P., Khromechek E.B., Janse J.P., Mooij W.M. and Gulati R.D. Vertical stratification of physical, chemical and biological components in two saline lakes Shira and Shunet (South Siberia, Russia) // Aquatic Ecology. 2010. 44: 619-632.

34. Floyd G. L., Stewart K. D., Mattox K. R. Cellular organization, mitosis, and cytokinesis in the ulotrichalean alga, Klebsormidium // Journal of Phycology. 1972. Vol. 8. P. 176-184.

35. Fox C. H. Studies of the cultural physiology of the lichen alga Trebouxia //PhysiologiaPlantarum. 1967. Vol. 20. P. 251-262

36. Gibson J.A.E. The meromictic lakes and stratified marine basins of the Vestfold Hills, East Antarctica // Antarctic Science. 1999. 11: 175-192

37. Gugliandolo C., Lentini V., Maugeri T. Distribution and Diversity of Bacteria in a Saline Meromictic Lake as Determined by PCR-DGGE of 16S rRNA Gene Fragments // Current Microbiology. 2011. 62: 159-166.

38. Hammer U. T. Life and times of five Saskatchewan saline meromictic lakes // Int. Rev. Gesamten Hydrobiol. 1994. 79: 235-248.

39. Kugrens P., Lee R. E., Andersen R. A. Ultrastructural variations in cryptomonad flagella // Journal of Phycology. 1987. Vol. 23. P. 511-518.

40. Last W.M., Ginn F.M. Saline systems of the Great Plains of western Canada: an overview of the limnogeology and paleolimnology //Saline systems V.1. 2005. 10: 1-38.

41. Lorenz M., Friedl T., Day J.G. Perpetual maintenance of actively metabolizing microalgal cultures / Andersen R.A. Algal culturing techniques. Elsevier Academic Press. 2005. P. 145-156.

42. Overmann J., Manske A. Anoxygenic phototrophic bacteria in the Black Sea chemocline. In: Past and Present Water Column Anoxia. Neretin L.N. (Ed.) Springer, 2006. The Netherlands, 523-541.

43. Parnachev V.P., Degermendzhy A.G. Geographical, geological and hydrochemical distribution of saline lakes in Khakasia, Southern Siberia // Aquatic Ecology. 2002. 36: 107-122.

44. Poulson T.L. Food sources / In H. Wilkens, D.C. Culver and W.B. White. eds. Encyclopedia of caves. Amsterdam: Elsevier Press, 2005. P. 255- 264.

45. Rakovitza E.G. Essai sur les problemes biospeleologuiques // Arch. zool. exp. et gen. - 1907. - Ser. 4. T. 6. N. 7. - P. 371-488.

46. Rosowski J. R., Kugrens P. Observations on the euglenoidColacium with special reference to the formation and morphology of attachment material // Journal of Phycology. 1973. Vol. 9. P. 370-383.

47. Round F.E. The ecology of algae. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1981. P. 652.

48. Samuelson R. Heterotrophic dominance observed among the microorganisms of the Schermehorn Park Cave in Cherokee County, Kansas // NSS Conventional Abstracts / J. Cave Karst Studies. 1997. P. 166.

49. Sanchez M., Alcocer J., Escobar E., Lugo A. Phytoplankton of cenotes and anchialine caves along a distance gradient from the northeastern coast of Quintana Roo, Yucatan Peninsula // Hydrobiol. 2002. V. 467. P. 79-89.

50. Sarbu S.M., Kimkle B.K., Vlasceanu L. et al. Microbial characteriazation of a sulfide-rich groundwater ecosystem // Geomicrobiol. J. 1994. № 12. P. 175-182.

51. Schuster A. M., Waddle J. A., Korth K., Meints R. H. Chloroplast genome of an exsymbiotic Chlorella-like green alga // Plant Mol. Biol. 1990. Vol. 14. P. 859-862.

52. Thomas D. L., Montes J. G. Spectrophotometrically assayed inhibitory ef-fects of mercuric compounds of Anabaena flos-aquae and Anacystisnidulans (Cyanophyceae) // J. Phycol. 1978. Vol. 14. P. 494-499.

53. Tonolla M., Peduzzi S., Hahn D., Peduzzi R. Spatio-temporal distribution of phototrophic sulfur bacteria in the chemocline of meromictic Lake Cadagno (Switzerland) // FEMS. Microbiol. Ecol. 2003. 43: 89-98

54. Zamana L. V., Borzenko S. V. Hydrogen sulfide and other reduced froms of sulfur in oxic waters of Lake Doroninskoe, Eastern Transbaikalia // Doklady earth sciences (Proceedings of the Russian Academy of Sciences). 2007. 417: 1268-1271.

---