Н А Мильчакова - Каталазная активность массовых видов черноморских макроводорослей в градиенте хозяйственно-бытового загрязнения - страница 1

Страницы:
1  2  3 

МОРСЬКИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ ЖУРНАЛ

УДК 577.1:582.271./275:628.19 (262.5)

Н. А. Мильчакова, канд. биол. наук, с. н. с., О. А. Шахматова, канд. биол. наук, н. с.

Институт биологии южных морей им. А. О. Ковалевского Национальной академии наук Украины,

Севастополь, Украина

КАТАЛАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ МАССОВЫХ ВИДОВ ЧЕРНОМОРСКИХ МАКРОВОДОРОСЛЕЙ В ГРАДИЕНТЕ ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Представлены результаты исследования активности каталазы 18 массовых видов зелёных, бурых и красных черноморских макроводорослей. Выявлена их реакция на интенсивность хозяйственно-бытового загрязне­ния. Анализ изменения активности каталазы в градиенте от слабо- к сильнозагрязнённым акваториям пока­зал, что максимальный отклик характерен для красных водорослей, средний - зелёных, реакция бурых была минимальна. Проведено ранжирование макроводорослей разных отделов по степени отклика их антиокси-дантной системы на хозяйственно-бытовое загрязнение; выявлены таксоны, у которых он наиболее высок. К видам-индикаторам отнесены красные водоросли Callithamnion corymbosum, Laurencia coronopus и Gelidium spinosum. Обнаружено повышение исследуемого показателя антиоксидантной системы водорослей в течение жизненного цикла и сезонных ритмов.

Ключевые слова: макроводоросли, каталазная активность, хозяйственно-бытовое загрязнение, метаболиче­ские стратегии, Чёрное море

Индустриализация береговой зоны, рост рекреационных услуг способствовали су­щественному увеличению поступающих в мо­ре хозяйственно-бытовых стоков. Вследствие этого во многих районах Мирового океана ре­гистрируется ухудшение состояния прибреж­ных экосистем, в том числе макрофитов, их основного продукционного звена [37, 38]. Еже­годный сброс хозяйственно-бытовых стоков в акваторию Чёрного моря достиг 571 млн. м3, из которых на регион Севастополя приходится 10.8 % [21, 38]. Возросшее эвтрофирование оказало негативное влияние на состав и струк­туру сообществ макрофитобентоса, что приве­ло к сокращению видового разнообразия мно­голетних видов, декумбации ярусов, снижению биомассы видов-доминантов и сокращению диапазона варьирования их популяционной структуры [15].

В сложившихся условиях поиск среди макрофитов биомаркёров качества морской среды является актуальной научно-практичес­кой задачей. При их выявлении чаще всего ис­пользуют системные биохимические показате­ли. Среди последних антиоксидантная система (АОС) является наиболее чувствительной, от­личаясь универсальным откликом на любое воздействие, в том числе токсическое. Такой отклик включает адаптивные изменения, свя­занные с активацией АОС в ответ на увеличе­ние концентрации в клетке токсичных кисло­родных метаболитов, вызывающих нарушение окислительно-восстановительного потенциала мембран, а также деструктивные изменения белков, жиров и нуклеиновых кислот. Важней­шим ферментом, обеспечивающим защиту клет­ки от продуктов свободнорадикального окис­ления является каталаза (Е.С. 1.11.1 б) (КАТ).

44 © Н. А. Мильчакова, О. А. Шахматова, 2007

Поскольку этот фермент, как и другие показатели АОС гидробионтов, включая мак­роводоросли, отличаются быстротой и универ­сальностью реакции на увеличение концентра­ции различных поллютантов, они служат на­дежным критерием комплексного загрязнения морских акваторий [12, 29, 31, 32, 39]. Так, в ряде прибрежных регионов такое загрязнение охарактеризовано по показателям АОС мол­люсков и рыб [24, 32, 34, 35, 36], для некото­рых черноморских акваторий для этих целей используют макроводоросли [6, 13, 17, 29, 30, 31], не учитывая, однако, их экологические особенности и жизненный цикл. Целью на­стоящей работы явилось изучение активности каталазы (АК) массовых черноморских макро­водорослей, отличающихся продолжительно­стью вегетации и жизненного цикла, в гради­енте хозяйственно-бытового загрязнения, а также выявление видов-индикаторов, характе­ризующих интенсивность его воздействия.

44.6°

44.5°

Влияние на АК особенностей жизнен­ного цикла, связанных с размножением, про­водили на талломах Cystoseira barbata, возраст которых не превышал 2 - 3 лет. Их отбирали ежедекадно в период массового пула половых клеток - с апреля по май [10].

Определение АК водорослей выполня­ли по методу [2], основанному на способности

Материал и методы. Исследования выполнены для 18 видов водорослей, из кото­рых 4 относятся к зелёным, 6 - бурым и 8 -красным (табл. 1). Их названия даны в соот­ветствии с современными номенклатурными изменениями и по последней таксономической ревизии [15, 16].

Материал собран в регионе Севастопо­ля на 16 прибрежных станциях (глубина от 0.2 до 1 м), из которых 7 расположены в б. Сева­стопольская, а остальные - на открытом взмо­рье и у входа в б. Балаклавскую (рис. 1). Об­разцы водорослей отбирали в период их актив­ной вегетации у выхода коллекторов хозяйст­венно-бытовых стоков или в непосредственной близости от них с 2004 по 2005 гг. Изучение АК у однолетних и сезонных водорослей про­водили на зрелых, сформированных талломах, у многолетних видов исследовали образцы од­ной возрастной генерации.

Рис. 1 Схема расположения станций в б. Севастопольская и прилегающих акваториях

Fig. 1 Map of the station in Sevastopol Bay and nearest coastal zone 1 - устье р. Черная, 2 - ГРЭС, 3 -Троицкая балка, 4 - Ушакова балка, 5 - Аполлонова балка, 6 - б. Голлан­дия, 7 - б. Северная, 8 - б. Мартыно­ва, 9 - б. Карантинная, 10 - прибреж-но-аквальный комплекс (ПАК) у Херсонесского историко-археологического заповедника, 11 -м. Коса Северная, 12 - м. Восточный (б. Круглая), 13 - м. Коса Средняя (б. Казачья), 14 - м. Херсонес, 15 - м. Фиолент, 16 - м. Балаклавский.

каталазы разлагать перекись водорода на ки­слород и воду. Все анализы были проведены через 30 мин - 1 ч после отбора образцов. Их доставляли в лабораторию в сосудах с морской водой объёмом до 2 л, в каждом из которых находилось 1 - 2 г талломов исследуемого ви­да.

33.4° 33.5° 33.6°

Табл. 1 Эколого-сапробионтная характеристика исследуемых видов черноморских макроводорослей Table 1 Ecological characteristics of the Black Sea macroalgae and their groups by reaction on sewage pollution

 

Продолжи-

Встречае-

Сапробионт-

Сапробионт-

Вид

тельность вегетации, по [10]

мость во флоре, по [10]

ность, по [19]

ность, по [19]

Сhlorophyta

 

 

 

 

Chaetomorpha aerea (Dillw.) Ktitz.

о*

с*

-

Ос

Cladophora albida (Nees) Ktitz.

о

с

Мс

Мс

Enteromorpha intestinalis (L.) Nees

о

в

Пс

Пс

Ulva rigida C. Ag.

м

в

Пс

Мс

Ochrophyta (=Phaeophyta)

 

 

 

 

Cystoseira barbata C. Ag.

м

в

Безразлично

Ос

Cystoseira crinita (Desf.) Bory

м

в

Мс

Ос

Cladostephus spongiosus (Huds.) C. Ag. (=

м

в

Мс

Ос

Cladostephus verticillatus (Lightf.) C. Ag.)

 

 

 

 

Dilophus repens (J. Ag.) J. Ag. (=Dilophus fas-

с-л

в

Мс

Ос

ciola var. repens (J. Ag.) J. Feldm.)

 

 

 

 

Padinapavonica (L.) Lamour.

с-л

в

Ос

Ос

Scytosiphon simplicissimus (Clemente) Crema-

с-з

в

Безразлично

Мс

des (=Scytosiphon lomentaria (Lyngb.) Link.)

 

 

 

 

Rhodophyta

 

 

 

 

Callithamnion corymbosum (Sm.) Lyngb.

о

в

Пс

Пс

Ceramium siliquosum (Kitz.) Maggs et Hom-

о

в

Мс-Пс

Пс

mers (=Ceramium diaphanum var. diaphanum

 

 

 

 

G. Feldm.)

 

 

 

 

Ceramium rubrum auctorum

о

в

Мс-Пс

Пс

Corallina elongata J. Ellis et Solander

о

в

-

Ос

(=Corallina mediterranea J. E. Areschoug)

 

 

 

 

Gelidium crinale (Turner) Gaillon

м

в

Мс

Мс

Gelidium spinosum (S. G. Gmelin) P. C. Silva

м

в

Мс

Мс

(=Gelidium latifolium Bornet ex Hauck)

 

 

 

 

Laurencia coronopus J. Ag.

м

в

Ос-Мс

Ос

Polysiphonia subulifera (C. Ag.) Harv.

о

в

Ос-Мс

Ос

- однолетние; м - многолетние; с - л -сезонно-летние; с - з - сезонно-зимние; с- сопутствующие; в - ведущие виды; Ос - олигосапробная; Мс - мезосапробная; Пс - полисапробная группа; прочерк означает отсутствие данных

При подготовке водорослей к анализу навеску в 500 мг растирали на холоду с физио­логическим раствором в гомогенизаторе, затем центрифугировали при 8 тыс. об/мин в течение 15 мин. В дальнейшем работали с 10 % гомо­генатом ткани. В пробу с вытяжкой раститель­ной ткани добавляли строго определенное ко­личество перекиси и оставляли на 30 мин для прохождения реакции. Остаточное количество перекиси оттитровывали раствором перманга-ната калия в кислой среде. Талломы однолетних водорослей гомогенизировали полностью, а у многолетних видов использовали только части таллома годичного прироста. Количество па­раллельных измерений колебалось от 3 до 9, полученные данные обработаны статистически.

Результаты и обсуждение. Прибреж­ные акватории исследуемых районов характе­ризуются различной степенью антропогенного загрязнения, наиболее существенно они отли­чаются по ежегодному объёму поступающих хозяйственно-бытовых стоков. Учитывая опубликованные данные, акватории были от­несены к трём категориям по степени их за­грязнения хозяйственно-бытовыми стоками (табл. 2): сильнозагрязнённые (все станции б. Севастопольская, б. Карантинная и м. Балак­лавский), среднезагрязнённые (м. Херсонес,прибрежно-аквальный комплекс (ПАК) у Хер-сонесского историко-археологического запо­ведника, б. Казачья) и условно чистые (м. Коса Северная, вход в б. Круглая, м. Фиолент). На качество вод б. Севастопольская наиболее су­щественное влияние оказывают [4, 21]: посту­пление сточных вод из 30 выпусков общим годовым объёмом 1673 тыс. м3/год (до 10 - 15 тыс. м3/сут), вынос минеральных и органиче­ских веществ, тяжелых металлов (9 т/год), нефтяных углеводородов (до 7 ПДК), а также интенсивное судоходство (11 км причальных стенок). Летняя стагнация вод, разложение ав­тохтонного и аллохтонного органического ве­щества часто приводят к гипоксии придонного слоя, которая регистрируется от устья р. Чер­ная до середины бухты [5]. По данным гидро­химических исследований, б. Севастопольская также отнесена к сильнозагрязнённым и имеет IV класс качества [7]. В акваториях со средней степенью загрязнения объём ежегодно посту­пающих хозяйственно-бытовых стоков до двух порядков ниже, а в условно чистых они либо отсутствуют, либо функционируют только ливневые или аварийные стоки [21].

Табл. 2 Общая характеристика загрязнения донных осадков и морских вод исследуемых акваторий Севасто­польского региона (по [4, 7, 14, 18, 21, 22, 23, 26])

Table 2 General characteristic of the bottom and water pollution on stations of Sevastopol region by [4, 7, 14, 18, 21,

22, 23, 26]

Станции

Объём хозяйст­венно-бытовых стоков, тыс.

Содержание в донных осадках, мг/100г,

по [18]

 

Содержание в воде, мкм/л, по [4, 7, 14, 21, 22, 23, 26]

 

м3/год, по [21]

Ахл[1]

НУ

 

NO3-

NH4+

PO4-3

 

 

Сильнозагрязнённые акватории

 

 

 

Устье р. Черная

13

0.32

34.0

2-17

0.15 -0.35

1-3

0.1 -0.15

ГРЭС

176

0.2-0,76

34-250

-

-

-

-

Троицкая балка

330

0.76-2,22

250-710

0.11

2.1

0.8-1.2

0.06

Ушакова балка

22

2.22

710.4

0.02

0-9

0.25-1.5

1-3.8

б. Голландия

280

3.56

1708.8

0.11

0-10

1-2

0.05-0.12

б. Северная

330

0.58

82.0

-

-

-

-

б. Мартыновая

7.6

-

-

0.001

0.5

1.17-2.0

0.001

б. Карантинная

547

0.12

34.0

0.04

0.92

0.44

0.14

м. Балаклавский

3285

-

-

0.22

5.06

3.72

0.4

 

 

Среднезагрязнённые акватории

 

 

 

м. Херсонес

9-18

-

-

-

-

-

-

б. Казачья

-

0.02

следы 0.06-0.32

0.12-0.67

0.006-4.1

0.002-0.21

б. Круглая м. Фиолент нет

Условно чистые акватории

0.01       следы 0.04-0.07 0.02 -0.6 0.11-0.33 0.4

На рис. 2 представлены данные по АК зелёных водорослей, большинство видов кото­рых относится к однолетним (табл. 1), с пиком вегетации и размножения в весенний период [9]. Выявлено, что величина АК Chaetomorpha aerea, произрастающей в условно чистом рай­оне (м. Восточный, б. Круглая), выше, чем в среднезагрязнённых акваториях (ПАК у Хер-сонесского историко-археологического запо­ведника, м. Херсонес) в 2.5 - 5.5 раз (рис.2). Диапазон варьирования АК у C. aerea в срав­ниваемых районах составляет от 10 - 21 до 55 мкг Н2О2/г ткани[2]мин соответственно.

s

s і

яз

CM

О

яз 1-

о о і ш

S

140 п

120

100 4

80

60 А

40

20

12 3 VVV

■ сильнозагрязненные ■среднезагрязненные □слабозагрязненные акваториии

Рис. 2 Изменение активности каталазы зелёных водорослей на станциях с различным уровнем хозяйственно-бытового загрязнения (май 2004): 1 - Chaetomorpha aerea; 2 - Cladophora albida; 3 - Enteromorpha intestinalis, сильнозагрязнённые акватории: ГРЭС, Ушакова балка, б. Голландия; среднезагрязнённые: ПАК у Херсонес-ского историко-археологического заповедника, м. Херсонес; условно чистые: м. Восточный (б. Круглая) Fig. 2 The change of catalase activity of green algae on station with different level of sewage pollution (May, 2004)

У Cladophora albida, произрастающей в б. Се­вастопольская, значение АК было максималь­ным среди зелёных водорослей, и вдвое выше, чем в менее загрязнённых акваториях (107 и 51 - 54 мкг Н2О2/г ткани*мин соответственно). В условно чистом районе (м. Восточный, б Круг­лая) у этого вида наблюдается увеличение АК в полтора раза (рис. 2). Наиболее значительное колебание величины АК в градиенте хозяйст­венно-бытового загрязнения зарегистрировано у Enteromorpha intestinalis - от 16 до 34 мкг Н2О2/г ткани*мин, которая возрастает от ус­ловно чистых к сильнозагрязнённым акватори­ям более чем вдвое. Ранее был рассчитан 95% доверительный интервал средних значений АК у E. intestinalis, произрастающей в регионе Се­вастополя; его предложено считать оценкой нормы этого вида - от 25 до 43 мкг Н2О2/г тка-ни*мин [29, 30]. По нашим данным, величина АК E. intestinalis на станциях с разным уров­нем хозяйственно-бытового загрязнения была близка к нормальной; с ростом загрязнения у неё наблюдалась тенденция к увеличению АК. Другие исследователи, отмечая приурочен­ность E. intestinalis к сильно загрязнённым во­дам, указывают на увеличение активности ферментов ее АОС в условно чистых районах, объясняя это тем, что вид испытывает метабо­лический стресс при снижении концентрации биогенных элементов в воде [6]. Вместе с тем, можно предположить, что адаптация энтеро-морфы к неблагоприятным условиям среды и, прежде всего, хозяйственно-бытовому загряз­нению, происходит не за счёт увеличения ак­тивности ферментов АОС, а по пути возраста­ния концентрации каротиноидов, которые яв­ляются второй линией защиты клетки от воз­действия свободных радикалов. Так, в талло­мах E. intestinalis, произрастающей в условиях комплексного загрязнения акваторий, было выявлено значительное увеличение содержа­ния каротиноидов [20].

Морський екологічний журнал, № 2, Т. VI. 2007

2

0

300 п

250 А

Страницы:
1  2  3 


Похожие статьи

Н А Мильчакова - Каталазная активность массовых видов черноморских макроводорослей в градиенте хозяйственно-бытового загрязнения

Н А Мильчакова - Ресурсы макрофитов черного моря проблемы охраны и рационального использования

Н А Мильчакова - Рост zostera marina l в лабораторных условиях

Н А Мильчакова - Сравнительная анатомо-метрическая характеристика красной водоросли polysiphonia elongata huds harv в черном море

Н А Мильчакова - Морские травы южных морей евразии состав распространение и структурно-функциональные особенности обзор