«Влияние температуры на морфометрические показатели микроскопических водорослей цианобактерии экстремальных местообитаний» - Дипломная работа

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6

1.1. Температура как экологический фактор 6

1.2. Характеристика местообитаний 11

1.3. Описание видов 22

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 29.

2.1. Характеристика образцов 29

2.2. Методика проведения эксперимента. 30.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 31

3.1. Влияние высоких температур на Chlorella vulgaris, Scotiellopsis rubescens, Nostoc sp 31

3.2. Влияние низких температур на Nostoc sp, Chlorella vulgaris 67

ВЫВОДЫ 89

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 90

ПРИЛОЖЕНИЕ 94

Введение

Во всем органическом мире почвенные водоросли по богатству форм, распространению и разнообразию занимают особое положение. Благодаря имеющимся материалам можно судить о приспособленности водорослей к разным условиям существования.

Температура - важный экологический фактор, который влияет на жизнедеятельность почвенных водорослей и который, в отличие от других элементов среды, невозможно исключить из окружения организмов. Известно, что физико-химические процессы биологических систем в разной степени зависят от температуры. Поэтому даже незначительные изменения температурного фактора приводят к изменению скорости метаболических реакций и общей интенсивности обмена. Однако водоросли приспособились к широкому температурному диапазону, в пределах которого возможен их рост и размножение (Гапочка, 1981). В литературе имеются многочисленные данные, подтверждающие их термоустойчивость (Сафиуллина и др., 2012).

Среди водорослей имеются эвритермные виды, способные переносить большие колебания температуры, например диатомея Nitzschia putrida, температурный режим которой равен 42 (от -11 до +30 ). Другие водоросли стенотермны и развиваются в узком диапазоне температур. Например, бурая водоросль Phaeocystis poucheti диапазон которой равен 10,6 (от -1 до +11,6 ) (Гапочка, 1981).

Верхние пределы для эукариотических водорослей ниже, чем для эукариотических микроорганизмов, но выше чем для многоклеточных животных и высших растений и примерно равны 55-60 . Однако точные значения верхних температурных пределов для почвенных водорослей определить нельзя в связи с недостатком данных (Сафиуллина и др., 2012).

Тепловой режим - одно из важнейших условий существования живых организмов, так как все физиологические процессы возможны лишь при

определенных температурах. Известно, что температура окружающей среды оказывает влияние на функциональную активность клеток водорослей, ускоряя или ингибируя процессы метаболизма (Курейшевич и др., 2003).

Актуальность исследования. Жизнь водорослей в почве и на ее поверхности связана с возникновением определенных приспособлений к тем свойствам почвы, которые характеризуют ее как среду обитания. Изучения границ устойчивости наземных водорослей к экстремальным условиям обитания является одной из актуальных задач данного исследования. Известно, что клетки водорослей способны адекватно настраивать свою теплоустойчивость в ответ на изменение температуры среды (температурная «настройка») (Гапочка, 1981). Следовательно, водоросли не обладают постоянным уровнем температурной устойчивости и для обнаружения видовых различий в температурной устойчивости необходимо предварительно культивировать их в течение некоторого времени в одинаковых температурных условиях (Сафиуллина и др., 2012).

Целью данного исследования было изучение влияние температуры на морфометрические показатели микроскопических водорослей и цианобактерии экстремальных местообитаний.

В связи с целью были поставлены следующие задачи:

1. Установить границы устойчивости водорослей к воздействию температур.

2. Изучить влияние температуры на морфометрические показатели клеток водорослей.

3. Разработать методические рекомендации по изучению влияния температуры на микроскопические водоросли и цианобактерии.

Новизна работы. Впервые были проведены исследования на влияние температур со штаммами выделенными с полуострова Камчатка, с острова Хейса и Республики Башкортостан.

Апробация материалов. Данное исследование было апробировано на Международной молодежной дистанционной конкурс-конференции

«Современные аспекты изучения экологии растений». По результатам конференции была опубликована статья:

Абукаева А.Х., Сафиуллина Л.М. Устойчивость почвенной водоросли Chlorella vulgaris (Chlorophyta) к действию высоких температур // V Международная молодежная дистанционная конкурс-конференция

«Современные аспекты изучения экологии растений» 2017.

Абукаева А.Х., Сафиуллина Л.М. Влияние положительных

температур на одноклеточную зеленую водоросль Scotiellopsis rubescens. Журнал "Международный журнал экспериментального образования". - № 8

Выдержка из текста работы

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Температура как экологический фактор

Водоросли относятся к древнейшим организмам, обитающим на Земле. Почвенные водоросли являются экологической группой водорослей, жизнь которых связана с почвой как средой обитания. Многие виды этой группы являются космополитами, обитающими во всех типах почв практически по всему земному шару, включая безжизненные пустыни. Эдафофильные водоросли подвергаются воздействию целого ряда экологических факторов, важнейшими из которых являются температура (Штина, Голлербах, 1976).

Тепловой режим - одно из важнейших условий существования живых организмов, так как все физиологические процессы возможны лишь при определенных температурах. Известно, что температура окружающей среды оказывает влияние на функциональную активность клеток водорослей, ускоряя или ингибируя процессы метаболизма (Курейшевич и др., 2003).

Водоросли относятся к организмам, которым свойственен широкий диапазон температурной устойчивости. Они способны существовать как в горячих источниках, так и на поверхности льда и снега. По отношению к температурному фактору среди водорослей различают: эвритермные виды, существующие в широком температурном диапазоне, и стенотермные, приспособленные к очень узким, экстремальным температурным зонам. К первым, например, относятся некоторые эдогониевые водоросли из отдела Chlorophyta, стерильные нити которых в мелких водоемах встречаются с ранней весны до поздней осени. К стенотермным относятся холодолюбивые (криофилы) зеленые водоросли из десмидиевых, улотриксовых, вольвоксовых и др. порядков (Штина, Голлербах, 1976).

Водоросли приспособились к разнообразным температурным условиям. Температурный диапазон, в пределах которого возможны рост и размножение водорослей, велик.

Водоросли, выдерживающие высокие температуры, относят к термофилам. В этой группе можно найти представителей почти всех отделов водорослей, но особенно много сине-зеленых. Для термофильных водорослей приводятся следующие максимальные температурные пределы жизни: для сине-зеленых -85, 2 , для зеленых -60, -65 , для диатомовых -

50 (Штина, Голлербах, 1976). Всего в горячих источниках обнаружено 200 видов водорослей, но облигатно термофильных немного. Подавляющее большинство водорослей обильно развиваются в условиях обычных температур, т. е. являются мезотермными видами (Штина, Голлербах, 1976).

Отношение водорослей к температурному фактору проявляется при вертикальном их распределении в водоеме. В достаточно глубоких континентальных непроточных водоемах, а также средних в штилевую погоду, наблюдается температурная стратификация водной толщи. Образуются ограниченные друг от друга слои: эпилимнион - теплый поверхностный и слой более холодной и плотной массы воды - гиполимнион. Водоросли могут развиваться только в эпилимнионе, а именно в эвфотической зоне (Курейшевич и др., 2003).

Температура воды влияет также на географическое распространение видов водорослей, особенно морских. Скорее всего это влияние является косвенным: под действием температуры ускоряются или замедляются темпы роста отдельных видов, что приводит к их взаимному вытеснению.

Температурный фактор некоторые исследователи по значимости ставят на второе место после света. Не меньшее число специалистов считает температуру первым фактором, определяющим периодичность в развитии водорослей. По полученным наблюдениям, именно температурный фактор обусловливает сезонную динамику планктонных водорослей и сукцессию видов в различных водоемах (Штина, Голлербах, 1976).

Заключение

1. Результаты эксперимента позволили определить границы устойчивости изучаемых водорослей. При воздействии высоких температур Ch. vulgaris и S.rubescens сохраняли морфологический статус до 50°С включительно. При температуре выше 450С живых клеток у штамма Т14 Nostoc sp. не наблюдалось. Штамм ВСАС 765 Nostoc sp. сохранял морфологический статус до 40°С включительно. Установлены границы устойчивости для видов Ch. vulgaris и Nostoc sp. при воздействии низких температур. При температуре ниже -1200С живых клеток у вида Ch. vulgaris не наблюдалось. Штамм Nostoc sp. оказался более устойчив к экстремально низким температурам, так как при воздействии -1600С 40% клеток сохранили свой морфологический статус.

2. Было изучено влияние температуры на морфометрические показатели клеток водорослей. Установлено, что полная гибель клеток Ch. vulgaris, S.rubescens наступала от 55°С и выше. При воздействии 50°С происходило нарушение внутреннего содержимого клеток: протопласт отошел от клеточной стенки, отмечена грануляция. Nostoc sp. сохранял морфологический статус до 45°С включительно. В интервале t=20-30 у штамма Т14 были морфологические нарушения, которые характеризовались утоньшением трихома, плазмолизом вегетативных клеток. Температура 35 вызывала появление атипичных клеток у штамма ВСАС 765. При температурах -1000С - -1600С на Nostoc sp. морфологические нарушения, которые характеризовались утоньшением трихома, плазмолизом вегетативных клеток и гетероцист. Морфологические нарушения для штамма Chlorella vulgaris при t=-1200С характеризовались появлением клеток подвергшиеся плазмолизу, также встречались клетки с крупными вакуолями.

3. На основании проделанной научной исследовательской работы, были разработаны методические рекомендации с использованием культур водорослей. Полученные навыки по работе с культурами водорослей послужат формированию исследовательского интереса школьников.

Список литературы

1. Андреева В.М. Почвенные и аэрофильные зеленые водоросли (Tetrasporales, Chlorococcales, Chlorosarcinales). СПб. 1998. 351с.

2. Андреева В.М. Род Chlorella. Морфология, систематика, принципы классификации. Ленинград: Изд-во «НАУКА». 1975. 110 с.

3. Андреева В.М., Курбатова Л. Е. Почвенные и аэрофильные неподвижные зеленые микроводоросли (Chlorophyta) из районов работ Российской антарктической экспедиции // Новости систематики высших растений. № 48. 2014. С. 12-26.

4. Вишнивецкая Т. А. Зеленые водоросли и цианобактерии как компонент микробных сообществ вечномерзлых отложений Арктики и Антарктиды: автореф. дис. . к.б.н. / Пущино 2002. 17 с.

5. Быкасов В. Е. Вулканогенный тип ландшафтов // Вопросы географии Камчатки. — Петропавловск-Камчатский, 1982. Вып. 8.С. 17-21.

+ еще 39 источников

Примечания

Оригинал в pdf