Л В Ладыгина - Взаимодействие микроводорослей в смешанных культурах - страница 1

Страницы:
1  2 

УДК 639.64:594.121

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ В СМЕШАННЫХ КУЛЬТУРАХ

Л. В. Ладыгина

Институт биологии южных морей им. А. О. Ковалевского НАН Украины (ИнБЮМ НАНУ)

Исследовано взаимодействие микроводорослей при смешанном накопительном культивировании. На основании сравнения скорости роста и величины накопленной биомассы в моно и дикультурах сделаны выводы о конкурентной способности микроводорослей. Из тестированных смешанных культур на совместимость, в двух происходило подавление роста одного из партнеров, а в одной наблюдалась взаимная стимуляция роста.

Ключевые слова: микроводоросли, смешанное культивирование, моно- и дикультуры, конкурент­ный эффект

Введение

Основным звеном в создании первичного органического вещества в водных экосистемах яв­ляется сообщество микроводорослей - фитопланктон. На видовую структуру и продуктивность фитопланктона помимо абиотических факторов существенное влияние оказывают биотические взаимодействия между различными популяциями водорослей, в частности конкуренция за лими­тирующий ресурс и метаболитические взаимодействия [12, 13]. Одним из подходов к оценке биотического взаимодействия планктонных водорослей является анализ динамики популяций в смешанных накопительных культурах.

Рост микроводорослей в монокультурах подчиняется определенной закономерности, которая нарушается при выращивании видов в смешанных культурах. Известны факты различного вли­яния видов микроводорослей друг на друга в дикультурах: от взаимного угнетения до взаимной стимуляции роста. Причина этого заключается в своеобразных взаимовлияниях микроводорос­лей, где каждый вид обладает выраженной физиологической индивидуальностью, поэтому ко­нечный результат совместного культивирования предсказать сложно [5]. Кроме этого, при сме­шанном культивировании водорослей в искусственных условиях возможен интенсивный био­синтез органических соединений, не образовывавшихся ранее [10]. Экспериментальный подбор видов и изучение закономерностей их роста в совместной культуре необходимо для получения максимальной биомассы, с улучшенными биохимическими показателями, используемой в каче­стве корма для двустворчатых моллюсков.

Цель работы: на основании ростовых показателей микроводорослей в смешанных накопи­тельных культурах оценить конкурентную способность популяций.

Материал и методы

В работе использовались микроводоросли принадлежащие к разным систематическим груп­пам: золотистые - Isochrysis galbana (Parke), Emiliania huxleyi (Lohmann); диатомовые -Phaeodactylum tricornutum (Bohlin); зеленые - Tetraselmis suecica (Kylin) Butcher; криптофитовые - Rhodomonas salina (Wislouch), которые применяются в качестве корма для личинок и спата двустворчатых моллюсков, выращиваемых в контролируемых условиях.

Микроводоросли культивировали на среде Конвея в виде двувидовых смешанных (дикультур) и монокультур при температуре 22 - 24 °С, круглосуточной освещенности 5 клк и аэрации возду­хом. Исходные концентрации микроводорослей в моно- и смешанных культурах были одинако­выми. Концентрацию клеток в культурах определяли прямым счетом в камере Горяева под мик­роскопом МБИ-6 (увеличение 175) в трех повторностях. Объем клеток водорослей, приравнива­ли к соответствующим геометрическим фигурам, с последующим определением объема по фор­мулам [4, 7]:

а) клетки сферической формы V = 4/3 % r3;

б) клетки формы эллипсоида V = 4/3 % R2r;

в) усеченный конус V = % h (R2 + r2 + Rr) / 3.

Величину сырой биомассы водорослей определяли по формуле:

B = V   • С,

кл. '

где B - сырая биомасса водорослей (мг/л), V   - объем клетки; С - концентрация клеток (млн. кл./мл).

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ АКВАКУЛЬТУРЫ

Конкурентную способность в смешанных культурах оценивали по величине конкурентного эффекта (СЕ), рассчитанного как доля, на которую у водоросли партнера снижаются накопленная биомасса и скорость роста при совместной эксплуатации ресурса по сравнению с монокультурой [1]. Например, конкурентный эффект микроводорослей Is. galbana и Ph. tricornutum рассчиты­вали по величинам максимальной биомассы (Bmax) накопленной дикультурой (ди) и монокульту­рой (моно), а также по скорости роста водорослей (ц) при моно- и совместном культивировании:

СЕ (B   ) Ph = 1 - B    Is (ди) / B   Is (моно);

4   max7 max       v^   '        max       4 ''

СЕ (B   ) Is = 1 - B    (ди) Ph / B   Ph (моно);

max max max

СЕ (ц) Ph = 1 - цIs (ди) / ц Is (моно); СЕ (ц) Is = 1 - ц (ди) Ph / (ц) Ph (моно).

Величина СЕ, рассчитанная по биомассе, дает обобщенную характеристику конкурентной способности популяции, даже когда содержание лимитирующего ресурса в среде исчерпано и начинает проявляться конкурентное исключение [1].

Результаты и их обсуждение

Первоначально было проведено тестирование штаммов микроводорослей на совместимость в дикультурах, при котором виды выращивали в разных сочетаниях друг с другом. В качестве примера рассматриваются три смешанных культуры, в которых наблюдалось торможение или взаимная стимуляция роста партнеров:

1) Is. galbana + Ph. tricornutum;

2) Em. huxleyi + Ph. tricornutum;

3) R. salina + Ph. tricornutum.

На рис. 1 представлены данные по росту микроводорослей Is. galbana и Ph. tricornutum в моно- и дикультурах. В монокультурах на 12 сутки были получены максимальные концентрации клеток: 23,39^ 106 кл./мл у Is. galbana и 63,92^ 106 кл./мл - Ph. tricornutum. При этом скорость роста водорослей составляла соответственно 0,39 сут.-1 и 1,78 сут.-1. На 14 сутки, когда водорос­ли достигли стационарной фазы роста, наблюдалось снижение плотности культур. На 20 день культивирования 60 % клеток Is. galbana и 40 % - Ph. tricornutum в монокультурах были еще жизнеспособны.

«3( о.

Я"

І1'

А

123456789      10     11 12 Время, сутки

Б

1    2    3    4    5    6    7    8    9   10   11   12 13 Время,сутки

Рисунок 1 - Рост микроводорослей Phaeodactylum tricornutum (А) и Isochrysis galbana (Б): 1 культуры, 2 - дикультуры моно-

Рост микроводорослей Is. galbana + Ph. tricornutum в смешанной культуре отличался от такового в монокультурах. Максимальная концентрация Is. galbana составляла 9,8^ 106 кл./мл, что в 2,5 раза меньше, чем в монокультуре. Уже на 5 сутки культивирования наблюдалось сниже­ние численности клеток Is. galbana, в тоже время феодактилюм продолжал расти почти с такой же скоростью, как и в монокультуре. На 12 день выращивания в дикультуре была получена мак­симальная биомасса Ph. tricornutum - 5,94 г/л, а на 14 сутки в смешанной культуре не было обнаружено ни одной клетки микроводоросли Is. galbana, что свидетельствовало об их полном лизисе.

Снижение ростовых показателей в смешанной культуре свидетельствует о конкурентных от­ношениях водорослей. Ростовые параметры Is. galbana в дикультуре были значительно ниже, чем в монокультуре (табл. 1). Поэтому, конкурентный эффект микроводоросли Ph. tricornutum

70 1

60

50

2

0

Таблица 1 - Ростовые показатели микроводорслей Isochrysis galbana и Phaeodactylum tricornutum при смешанном культивировании

Параметры

Is. galbana       Ph. tricornutum

биомасса, Bmax (моно), г/л

931,21 ± 1,86      7223,0 ± 2,03

биомасса, Bmax (ди), г/л

197,7 ± 1,67      5942,7 ± 1,89

скорость роста, (моно) сут.1

1,18 ± 0,01         1,78 ± 0,01

скорость роста, (ди), сут.1

0,8 ± 0,02          1,70 ± 0,01

127

на рост Is. galbana, рассчитанный как по биомассе, так и по скорости был больше и составлял соответ­ственно 79 и 33 %.

При смешанном культивировании кок-колитофориды Em.

huxleyi и диатомовой водоросли Ph. tricornutum также наблюдались конкурентные отношения между видами, в результате чего при совместной эксплуатации ресурса конкурентному исключе­нию подверглась кокколитофорида. Ростовые показатели микроводорослей Em. huxleyi и Ph. tricornutum при смешанном культивировании представлены в табл. 2.

Уже на 11 сутки выращивания в ди-культуре оставалось всего 20 % живых клеток Em. huxleyi, численность которых составляла 15-104 кл. /мл. Водоросль находилась в угне­тенном состоянии. На 15 сутки в сме­шанной культуре не было обнаружено ни одной клетки Em. huxleyi, а численность P. tricornutum увеличивалась, и достигла максимального значения 68,Ы06 кл./мл (рис. 2).

Таблица 2 - Ростовые показатели микроводорослей Emiliania huxleyi и Phaeodactylum tricornutum при смешанном культивировании

Параметры

Emiliania huxleyi

Ph aeodactylum tricornutum

биомасса, Bmax (моно), г/л

700,8 ± 2,35

10096,5 ± 3,15

биомасса, Bmax (ди), г/л

470,7 ± 2,56

7695,3 ± 2,75

скорость роста, [ (моно) сут.1

0,13 ± 0,01

1,96 ± 0,01

скорость роста, (ди), сут.1

0,12 ± 0,01

1,83 ± 0,01

я" с

о

1,6

1,4 І 1,2

1

0,8 0,6 0,4 0,2

В

1     2     3     4    5    6    7    8    9    10   11 12 Время, сутки

100

I90

|80 і 70

^60

к"

s 50 §,40 Ї 30

и

= 20 § 10

0

1   2   3   4   5   6   7   8   9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Время,сутки

Рисунок 2 - Рост микроводорослей Emiliania huxleyi (В) и Phaeodactylum tricornutum (Г): 1 - монокульту­ры, 2 - дикультуры

0

Ростовые показатели микроводорослей в моно- и дикультурах различались. Скорость роста P. tricornutum в монокультуре была выше, чем в дикультуре и составляла, соответственно, 1,96 сут.-1 и 1,83 сут.-1. Скорости роста Em. huxleyi отличались незначительно, в то время как биомасса в монокультуре была в 1,5 раза больше, чем дикультуре. Конкурентный эффект микро­водоросли Ph. tricornutum на рост Em. huxleyi, рассчитанный как по биомассе, так и по скорости, составлял соответственно 24 и 8 %.

В результате экспериментов было установлено, что при одинаковых условиях выращивания смешанных культур: Is. galbana + Ph. tricornutum и Em. huxleyi + Ph. tricornutum максимальная биомасса феодактилюма (7,69 г/л) была получена в дикультуре с емилианией. Вероятно, реакция микроводорослей на одновременное поступление азота и фосфора зависит от видовой структуры доминант. Наличие диатомовых в составе исходной смешанной культуры после внесения эле­ментов питания приводит к доминированию этих водорослей благодаря их более высоким про­дукционным свойствам [8]. Концентрация фосфатов является наиболее значимым фактором ро­ста Em. huxleyi в накопительной культуре и может способствовать увеличению численности кле­ток кокколитофориды в 2 - 10 раз [6, 9]. Следовательно, в дикультуре Em. huxleyi + Ph. tricornutumпотребности в биогенных элементах разные, и поэтому величина конкурентного эффекта мень­ше. Потребности в основных биогенах в смешанной культуре Is. galbana + Ph. tricornutum со­впадали, в результате чего биомасса феодактилюма была меньше, а величина конкурентного эффекта больше.

Взаимодействие микроводорослей R. salina и Ph. tricornutum при смешанном культивирова­нии отличалось от двувидовых культур указанных выше (рис. 3). В дикультуре R. salina + Ph. tri-cornutum концентрация клеток родомонаса была больше чем в монокультуре и составляла соот­ветственно 6,02 и 5,42 млн. кл./мл. Численность клеток Ph. tricornutum в двувидовой культуре, была несколько ниже, чем монокультуре. При совместном выращивании этих видов, с увеличе­нием продолжительности культивирования (до 15 сут.) наблюдалось постепенное повышение уровня жизнеспособности у обоих видов по сравнению с монокультурами, что подтверждалось

7 ,6

= 4

о

0

Д

1  2 3  4 5  6 7 8  9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Время, сутки

90 80 70 60 50 40 30 20 «10

0

ч _s

ч ц

X

ч г

«5 г

я4

га

X X

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Время,сутки

Рисунок 3 - Рост микроводорослей Rhodomonas salina (Д) и Phaeodactylum tricornutum (Е): 1 - моно­культуры, 2 - дикультуры

активно протекающими процессами деления клеток и увеличением численности и биомассы во­дорослей (табл. 3).

Таблица 3 - Ростовые показатели микроводорослей Rhodomonas salina и Phaeodactylum tricornutum при смешанном культивировании

Параметры

Rhodomonas salina

Ph aeodactylum tricornutum

биомасса, Bmax (моно), г/л

2856,3

9079,5

биомасса, Bmax (ди), г/л

3188,3

8741,7

скорость роста, (моно) сут.1

0,73

1,90

скорость роста, (ди), сут.1

0,78

1,79

Величина конку­рентного эффекта микроводоросли Ph. tricornutum на рост R. salina рассчитанный по биомассе имеет отрицательное значе­ние, а величина конку­рентного эффекта ро-домонаса на рост фе-

одактилюма составляет всего 4 %. Это позволяет предположить, что в дикультуре R. salina + Ph. tricornutum происходит взаимная стимуляция роста обоих партнеров.

Известно, что эти микроводоросли широко используются в аквакультуре в качестве корма для личинок и спата двустворчатых моллюсков и коловраток. Пищевая ценность этих микрово­дорослей определяется высоким содержанием липидов, полиненасыщенных жирных кислот и пигментов [3, 14, 15]. Жирнокислотный состав микроводорослей R. salina и Ph. tricornutum пред­ставлен высоконенасыщенными кислотами эйкозапентаеновой (20 : 5 со' - 3) и эйкозагексаеновой

(20 : 6 со' - 3), содержание которых варьирует соответственно от 14 % до 18 % [14, 15]. Поэтому совместное культивирование этих микроводорослей позволяет получить биомассу с более высо­кими биохимическими показателями, позволяющими увеличить темп роста и выживаемость дву­створчатых моллюсков и коловраток, выращиваемых в контролируемых условиях.

Заключение

Скорости роста микроводорослей в смешанных культурах, в которых наблюдались конкурен­тные отношения, были меньше, чем при самостоятельном росте. Это связано с тем, что моно­культуры значительно больше обеспечены элементами минерального питания, чем двувидовые культуры. Взаимодействие видов в дикультурах вероятно носит метаболитный характер.

При проведении тестирование штаммов микроводорослей на совместимость, установлено, что только микроводоросли R. salina и P. tricornutum можно рекомендовать для совместного выращивания. Изъятие биомассы дикультуры R. salina + P. tricornutum на корм двустворчатым моллюскам целесообразно производить на 13 - 14 сутки культивирования, когда она максимальна и составляет 11,93 г/л.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Л В Ладыгина - Взаимодействие микроводорослей в смешанных культурах

Л В Ладыгина - Интенсивность роста и биохимический состав микроводоросли dunaliella viridis теоб в зависимости от условий культивирования