НАЦIОНАЛЬНА АКАДЕМIЯ НАУК УКРАЇНИ
IНСТИТУТ ГIДРОБIОЛОГIЇ
УСЕНКО Олег Михайлович
УДК [581.526.3:(574.583:582.532)] (28)
Алелопатичний вплив вищих водяних рослин на функцiональну активнiсть
планктонних синьозелених водоростей
03.00.17 – гiдробiологiя
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ – 2007
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Iнститутi гiдробiологiї НАН України
Науковий керiвник: доктор біологічних наук, старший
науковий співробітник
САКЕВИЧ Олександр
Йосипович, Iнститут гiдробiологiї НАН України, провiдний науковий
спiвробiтник вiддiлу екологiчної фiзiологiї водяних рослин
Офiцiйнi опоненти: доктор біологічних наук, старший
науковий співробітник
ЩЕРБАК Володимир
Іванович, Інститут гідробіології НАН України, провідний науковий
співробітник відділу екології водоймищ
кандидат біологічних
наук, старший науковий співробітник ШНЮКОВА Єлизавета Іллінічна,
Інститут ботаніки
ім. М.Г. Холодного
НАН України, старший науковий співробітник відділу мембранології і
цитохімії
Провідна установа: Київський національний університет ім.
Тараса Шевченка, біологічний факультет
Захист відбудеться “ 21 ” березня 2007 р, о 14 годині на
засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.213.01 Інституту гідробіології
НАН України за адресою: 04210, м. Київ, просп. Героїв Сталінграда, 12
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту
гідробіології НАН України ( 04210, м. Київ, просп. Героїв Сталінграда,
12)
Автореферат розісланий “ 14 ” лютого 2007 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат біологічних наук
Гончаренко Н.І.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальнiсть проблеми. Глобальнi масштаби евтрофування континентальних
водойм i на цiй основi масовий розвиток синьозелених водоростей
(цiанобактерiй, цiанопрокарiотiв) є однiєю iз причин повсюдного
виникнення бiологiчного забруднення i зв’язаного з ним погiршення якостi
поверхневих вод [Алимов, 2000; Романенко, 2004]. “Цвiтiння” води
синьозеленими водоростями супроводжується виникненням завад на очисних
спорудах водогонiв, що забирають воду з таких водойм. У цих випадках
погiршуються показники якостi питної води: виникають специфiчнi запахи
та присмаки води, збiльшується концентрацiя розчинених органiчних
сполук, якi можуть мiстити бiологiчно активнi метаболiти (амiни,
альготоксини, алкалоїди, нiтрозамiни, iндоли, феноли тощо) [Сакевич,
1981; Сиренко, Козицкая, 1988; Сиренко и др., 1997; Клоченко, 1999].
Масовий розвиток планктонних синьозелених водоростей у водоймах
приводить до перешкод рекреацiйного їх використання. В зв’язку з цим
зменшення “цвiтiння” води цими водоростями у континентальних водоймах є
важливою проблемою багатьох галузей народного господарства. Серед
методiв обмеження масового розвитку синьозелених водоростей є
алелопатичний вплив на їх функцiональну активнiсть вищих водяних рослин,
що вегетують переважно на мiлководних дiлянках водосховищ i в деякiй
мiрi можуть змiнювати процентний вмiст цих фотосинтезуючих прокарiотiв у
структурi фiтопланктону [Гусева, Гончарова, 1965; Мережко и др., 1971;
Сакевич, Усенко, 2003; Романенко и др., 2005].
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослiдження по
дисертацiйнiй роботi проводились в Iнститутi гiдробiологiї НАН України в
межах держбюджетних тем: “Дослiдити вплив бiологiчно активних речовин
водних рослин на формування якостi води та перспективи їх практичного
використання” (номер держреєстрацiї 0198U003582); “Дослiдити
фiзiолого-бiохiмiчнi механiзми формування угруповань планктонних i
перифiтонних водоростей” (номер держреєстрацiї 0105U000485); “Дослiдити
рiзноманiття водяних рослин, його змiни пiд впливом природних та
антропогенних чинникiв з метою розробки заходiв з охорони, збереження та
вiдновлення багатства рослинного свiту водойм України” (номер
держреєстрації 0102U004665).
Мета i завдання дослiджень. Основною метою роботи було визначення
особливостей алелопатичного впливу вищих водяних рослин на функцiональну
активнiсть планктонних водоростей.
Для цього необхiдно було виконати такi завдання:
– дослiдити змiни в видовому складi фiтопланктону на рiзних дiлянках
днiпровських водосховищ у залежностi вiд ступеню заростання їх вищими
водяними рослинами;
– визначити особливостi змiн концентрацiй розчинених у водi полiфенолiв
в залежностi вiд впливу деяких екологiчних чинникiв;
вивчити специфiчну дiю полiфенолiв на функцiональну активнiсть
водоростей, що вiдносяться до рiзних систематичних груп;
встановити закономiрностi трансформацiї розчинених у водi полiфенолiв в
залежностi вiд їх хiмiчної структури, вiдновлювальних властивостей i
змiн величин pH середовища.
Об’єкт дослiдження: вищi та нижчi водянi рослини днiпровських
водосховищ та деяких замкнутих ставкiв, культури синьозелених i зелених
водоростей.
Предмет дослiдження: алелопатичний вплив вищих водяних рослин на
розвиток водоростей з допомогою екзометаболiтiв полiфенольної природи.
Методи дослiдження: методи кiлькiсного та якiсного аналiзу водоростей,
визначення їх фотосинтетичної активностi i вiдносної швидкостi росту,
змiн концентрацiй розчинених у водi полiфенолiв i їх трансформацiя.
Наукова новизна одержаних результатiв. Вперше на прикладi водосховищ
Днiпра i деяких непроточних ставкiв встановлено зворотний зв’язок мiж
змiною концентрацiй розчинених у водi полiфенолiв i процентним вмiстом
синьозелених водоростей у складi фiтопланктону.
Вперше доведено, що особливiсть впливу екзометаболiтiв фенольної природи
на функцiональну активнiсть синьозелених i зелених водоростей зумовлена
концетрацiйним ефектом.
Вперше виявлено вiдмiнностi впливу екзометаболiтiв фенольної природи у
концентрацiях 0,4–0,8 мг/дм3 на функцiональну активнiсть клiтин
синьозелених i зелених водоростей.
Доведено, що активнiсть полiфенольних сполук пов’язана з їх хiмiчною
структурою, вiдновлювальними властивостями, а також величиною pH водного
середовища. Речовини зазначеної природи (наприклад, гiдрохiнон,
пiрокатехiн, кофейна кислота тощо) можуть окислюватись до вiдповiдних
хiнонiв без участi ферментних систем водоростей.
Заростання окремих мiлководних дiлянок водойм вищими водяними рослинами
супроводжується випадiнням iз планктону видiв синьозелених водоростей,
якi є збудниками “цвiтiння” води.
Пропонується гiпотетична схема механiзму впливу екзогенних
легковiдновлюваних хiнонiв, що поступили в клiтини водоростей, на
гальмування синтезу органiчних метаболiтiв цих гiдробiонтiв внаслiдок
використання iонiв водню на вiдновлення окислених фенолiв.
Практичне значення одержаних результатiв. Одержанi результати дослiджень
можуть бути використаннi при складанні гiдробiологiчних прогнозiв,
розробки методiв формування структури фiтопланктону, зменшення в ньому
процентного вмiсту синьозелених водоростей – збудникiв “цвiтiння” води.
Виявленi серед бiологiчно активних метаболiтiв вищих водяних рослин
речовин з бактерицидними властивостями можуть бути використанi для
обмеження “цвiтiння” води деякими видами синьозелених водоростей в
декоративних водоймах. Iз числа дослiджених полiфенольних сполук
найбiльшу перспективу для практичного використання в якостi вибiркового
альгiциду є кофейна кислота, гiдрохiнон, пiрокатехiн та деякi iншi.
Одержанi новi результати можуть бути використанi при формуваннi учбових
програм з бiохiмiї i фiзiологiї рослин, гiдробiологiї та екологiї.
Особистий внесок здобувача. Автор особисто здiйснив комплекс
експериментальних дослiджень щодо розпредiлення концентрацiй фенольних
сполук у водоймах рiзного типу, трансформацiї цих речовин пiд впливом pH
середовища, їх вплив на фотосинтетичну активнiть i вiдносну швидкiсть
росту культур водоростей; самостiйно проаналiзував i узагальнив одержанi
результати дослiджень; виконав їх статистичну обробку та сформував
висновки щодо алелопатичної дiї полiфенолiв вищих водяних рослин на
синьозеленi i зеленi водоростi.
Вивчення чисельностi i бiомаси фiтопланктону проведено з допомогою
спiвробiтникiв Iнституту гiдробiологiї НАН України: к.б.н., ст.н.с. Т.Ф.
Шевченко, iнженерами М.Н. Пахомовою, В.Д. Паламарчуком i В.П.
Гусейновою.
Апробацiя результатiв дисертацiї. Результати дисертацiї були
представленi на 2-ому, 3-му i 4-му з’їздах Гiдроекологiчного товариства
України (Київ, 1997; Тернопiль, 2001; Карадаг, 2005); Мiжнароднiй
науковiй конференцiї “Современные проблемы физиологии и биохимии водных
организмов” (6–9 сентября 2004 г., Петрозаводск); Ecological chemistry:
Abstracts the third intern. Conf. Ecological Chemystry (20–21 may 2005,
Moldovei), Міжнародній конференції “Физиология микроорганизмов в
природных и экспериментальных системах” (Москва, травень 2006 р.);
Міжнародній науковій конференції “Современные проблемы гидробиологии.
Перспективы, пути и методы исследований” (Херсон, липень 2006 р.);
Міжнародній конференції “Алелопатія та сучасна біологія” (Київ, жовтень
2006 р.).
Публiкацiї. Результати дисертацiї викладено у 21 роботі, iз них 14 у
фахових виданнях, а 7 в матерiалах конференцiй та з’їздiв.
Обсяг i структура дисертацiї. Дисертацiя складається iз вступу, 5
роздiлiв, узагальнення, висновкiв i списку лiтератури, який нараховує
310 назв. Робота iлюстрована 20 рисунками та 23 таблицями. Загальний
обсяг дисертації становить 172 сторінки, з яких основний текст викладено
на 138 сторiнках.
ОСНОВНИЙ ЗМIСТ РОБОТИ
ХIМIЧНА ВЗАЄМОДIЯ ВОДЯНИХ РОСЛИН
(лiтературний огляд)
Наведено аналiз наявної у вiтчизнянiй та зарубiжнiй фаховiй лiтературi
iнформацiї щодо видiльної функцiї водяних рослин, хiмiчної природи
видiлень нижчих та вищих водяних рослин, бiологiчної активностi
екзометаболiтiв водяних рослин. Акцентується увага на алелопатичних
зв’язках вищих водяних рослин i водоростей та їх бiологiчнiй активностi.
ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛIДЖЕНЬ
При виконаннi теми були використанi культури синьозелених: Anabaena sp.
PCC 7120 P9 Wolk USA, Anabaena variabilis P-9 ATCC 29 413 P. Wolk,
Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs. CCAP 1401-1 Great Brit. Zehnder 8,
Aphanizomenon flos-aquae FBA 218 Tшeboт, Aphanizomenon flos-aquae f.
gracile (Lemm.) Elenk. SAG 31.79, Oscillatoria neglecta Lemm. HPDP-25,
Microcystis aeruginosa Kьtz. emend. Elenk. HPDP – 6 та зелених
водоростей: Acutodesmus dimorphus (Turp.) Tsar. Meyen IBASU-A251,
Chlorella vulgaris Beijer. CCAP-211/11b, Desmodesmus armatus (Chod.)
Hegew. IBASU-A270, Selenastrum gracile Reinsch. IBASU-A317.
Вирощували культури на середовищi Фiтцджеральда у модифiкацiї А.Цендера
i П.Горема N 11 [Сиренко, Сакевич, Осипов, 1975] при температурi 22-25(С
i освiтленнi 3 000 лк, з чергуванням свiтло/темнота 16/8.
Iз вищих водяних рослин (ВВР) для експериментальних дослiдiв використанi
види, що були зiбранi в днiпровських водосховищах, у непроточних
водоймах бiля м. Києва: з родини лататтєвих – Nuphar lutea (L.) Smith.
(глечики жовтi); куширових – Ceratophyllum demersum L. (кушир
темно-зелений), C. submersum L. (кушир підводний); жовтецевих –
Ranunculus lingua L. (жовтець язиколистий); злакових – Phragmites
australis (Cav.) Trin. ex Steud (очерет звичайний), Glyceria maxima
(C.Hartm.) Holmb. (лепешняк великий); рдесникових – Potamogeton
perfoliatus L. (рдесник пронизанолистий); рiзухових – Najas marina L.
(рiзуха морська); жабурникових – Stratiotes aloides L. (водяний рiзак
алоевидний), Elodea canadensis Michx. (елодея канадська); рогозових –
Typha angustifolia L. (рогiз вузьколистий); ряскових – Lemna minor L.;
пiвникових – Iris pseudacorus L. (пiвники болотнi); осокових – Scirpus
radicans Schkuhr (комиш укорiнливий); частухових – Sagittaria
sagittifolia L. (cтрiлолист стрiлолистий); водяногорiхових – Trapa
natans L. s. str. (водяний горiх плаваючий); пузирчатих – Aldrovanda
vesiculosa L. (альдрованда пухирчаста) [Определитель высших растений
Украины, 1987].
Об’єктами дослiдження були рiзнi водойми басейну Днiпра, що вiдрiзнялись
мiж собою гiдрологiчним режимом (водосховища, рр. Днiпро, Прип’ять,
малопроточнi ставки в районi с.Чапаєвки, а також культури синьозелених
та зелених водоростей.
Видовий склад водоростей у природнiй водi, а також їх якiснi та
кiлькiснi показники (чисельнiсть, бiомаса) визначали двома методами:
– стандартним альгологiчним (на фiксованих формалiном зразках води)
[Топачевский, Масюк, 1984];
– диференцiальної флуорометрiї з допомогою планктофлуориметра
(Planctofluorometer 003) розробки СКБ Красноярського унiверситету на
свiжозiбраних нефiксованих зразках води [Попельницкий и др., 1987].
Фотосинтетичну активнiсть водоростей (( F) визначали за рiвнем показника
( F (рiзниця мiж iнтенсивнiстю флуоресценцiї клiтин водоростей, вихiдною
та пiсля додавання iнгiбiтора електронного транспорту симазину) [Гольд,
Гаевский, Григорьев и др., 1984]. Вмiст хлорофiлу а i загальної
кiлькостi каротиноїдiв визначали екстрактним методом двохпроменевої
спектрофотометрiї, рекомендованим як стандартний робочою групою при
ЮНЕСКО [SCOR-UNESCO, 1966]. Для визначення продуктiв розпаду хлорофiлу а
– феопiгментiв використовували спектрофотометричний метод С.Д. Лоренцена
[Lorenzen, 1967].
Визначення концентрації кисню, розчиненого у воді, проводили
йодометричним методом [Методы физиолого-биохимич…, 1975].
Вiдносну швидкiсть росту бiомаси культур водоростей (() визначали за
допомогою методики, описаної М.М. Мусієнком [Мусiєнко, 2001].
При визначеннi кiлькiсного вмісту фенольних сполук використовували
методичнi розробки вiтчизняних дослiдникiв [Гродзинський, Середюк,
Крупа, 1981] з використанням реактиву Фолiна-Чокольте.
Ароматичнi кислоти (ФКК) видiляли iз води за допомогою iонообмiнних смол
КУ-2-8, ЕДЕ–10П [Солдатенков, Мазурова, 1962].
Вмiст розчинених у водi неорганiчних сполук азоту та фосфору визначали
стандартними методами [Алекин и др., 1973]. Величину pH води вимiрювали
за допомогою iономiра унiверсального ЕВ–74.
Мiру рiзноманiття та складностi видової структури визначали за iндексом
Шенона [Песенко, 1982].
Для вивчення алелопатичного впливу ВВР на функцiональну активнiсть
фiтопланктону плеса днiпровських водосховищ дiлили на 3 групи: I –
пригребельнi глибоководнi дiлянки; II – середнi глибоководнi, що межують
iз мiлководними i пригребельними; III – мiлководнi заростi ВВР.
Математичне опрацювання одержаних результатiв здiйснювали з
використанням кореляцiйного та регресiйного аналiзiв, а також iнших
статистичних методiв [Рокицкий, 1973; Зайцев, 1984].
РЕТРОСПЕКТИВНИЙ АНАЛIЗ ЗМIНИ СТРУКТУРИ ФIТОПЛАНКТОНУ НА РIЗНИХ ДIЛЯНКАХ
ДНIПРОВСЬКИХ ВОДОСХОВИЩ
Становлення днiпровських водосховищ характеризується певними тенденцiями
у формуваннi структури фiтопланктону [Сiренко, 1972; Приймаченко, 1981;
Щербак, 1989; Майстрова, 1999]. Змiна флористичного складу проходить
зразу ж пiсля наповнення водосховищ i є наслiдком зарегулювання стоку. В
ходi подальшого формування бiологiчного режиму зарегульованого Днiпра
флористичний склад фiтопланктону також не залишається постiйним. Виникає
масовий розвиток синьозелених водоростей. Iз “старiнням” водосховищ
змiнюється структура фiтопланктону. Видове рiзноманiття фiтопланктону
досить суттєво вiдрiзняється на пригребельних, середнiх i дiлянках
зарослих вищими водяними рослинами. Змiну структури фiтопланктону в
зарегульованих водосховищах деякi дослiдники [Гусева, 1961, 1965;
Приймаченко, 1981] пояснюють змiною вмiсту в водi бiогенних елементiв,
гiдрологiчного та свiтлового режимiв, виїданням деяких видiв водоростей
зоопланктоном, змiною концентрацiй гумiнових речовин. Без сумнiву, всi
цi чинники можуть вiдiгравати певну роль у формуваннi структури
фiтопланктону в зарегульованих водоймах. У нашiй роботi ми зупинились на
алелопатичному впливi вищих водяних рослин на змiну рiзноманiття
фiтопланктону на дiлянках водосховищ, що заростають цими макрофiтами.
Найкраще цей вплив можна спостерiгати на прикладi Київського
водосховища.
Якщо верхiв’я водосховища характеризуються переважанням у його
фiтопланктонi дiатомових i зелених водоростей, то на середнiх i
пригребельних дiлянках спостерiгається наростання “цвiтiння” води
цiано-прокарiотами з одночасовим зниженням рiзноманiття водоростей (рис.
1).
У структурi фiтопланктону на рiзних дiлянках Канiвського водосховища не
вiдмiчено такої значної вiдмiнностi як на вище розмiщеному. Проте i тут
є дiлянки де не спостерiгається iнтенсивного водообмiну i вони
заростають ВВР. До таких дiлянок на Канiвському водосховищi можна
вiднести дельти рiчок Бобриця, Красна, Козинка, а також затоки бiля
Переяслава-Хмельницького i с. Бобрицi. В цих мiсцях, як i на Київському
водосховищi, значна рiзниця у структурi фiтопланктону, в порiвняннi з
основним плесом спостерiгається у лiтнi мiсяцi – в перiод масового
розвитку синьозелених водоростей.
Деякi особливостi розвитку фiтопланктону в зв’язку з заростанням окремих
дiлянок вищими водяними рослинами спостерiгаються i на Кременчуцькому
водосховищi. Iз збiльшенням площ заростей вищих водяних рослин ступiнь
“цвiтiння” води синьозеленими водоростями зменшується, збiльшується
рiзноманiття видiв водоростей, що розвиваються у товщi води.
Дослiдженi нами рiзноманiтнi бiотопи водосховища, а також iншi водойми,
вiдносно видового рiзноманiття фiтопланктону, пiдтверджують той факт, що
iндекси Шенона, як правило, бувають бiльшими на тих дiлянках водойм, де
бiльше акваторiй зайнято вищими водяними рослинами. Дiлянки, що
“цвiтуть” синьозеленими водоростями мають низькi коефiцiєнти
рiзноманiття водоростей (середнi значення ? = 0,6 (0,13 бiт), якi
достовiрно вiдрiзняються вiд величин рiзноманiття фiтопланктону на
дiлянках, що не “цвiтуть” синьозеленими водоростями. В бiотопах, де ?
перевищує певну величину (приблизно 1,8 бiт весною i лiтом) масовий
розвиток одного виду водоростей малоймовiрний, а поява плям “цвiтiння”
можлива лише зовнiшня (вiтровi нагони). До дiлянок водосховища з
найбiльшим рiзноманiттям водоростей можна вiднести Коробовськi та
Iрклiєвськi мiлководдя, що заросли вищими водяними рослинами, а також
верхня частина Сульської затоки.
Аналогiчнi результати впливу мiлководних дiлянок, що заросли макрофiтами
на формування альгоугруповань, ми спостерiгали також на
Днiпродзержинському i Каховському водосховищах.
Таким чином, аналiз складу фiтопланктону, незалежно вiд рiзницi
концентрацiї бiогенних елементiв розчинених у водi водойм, pH
середовища, концентрацiї кисню, прозоростi води тощо, показав, що на
дiлянках зарослих вищими водяними рослинами доля синьозелених водоростей
зменшується до мiнiмальних величин. На основi наших даних та iнших
дослiдникiв, був зроблений висновок, що екзометаболiти ВВР певним чином
гальмують розвиток прокарiотiв i не впливають на рiст еукарiотiв. Згiдно
багаточисельних лiтературних даних, найбiльш бiологiчно активними
метаболiтами рослин є полiфеноли i продукти їх окислення [Стом и др.,
1976; Романенко и др., 2005].
ОСОБЛИВОСТI НАКОПИЧЕННЯ РОЗЧИНЕНИХ У ВОДI ПОЛIФЕНОЛIВ У ЗАЛЕЖНОСТI ВIД
РОЗВИТКУ ВИЩИХ ВОДЯНИХ РОСЛИН I ФIТОПЛАНКТОНУ
Iз великого рiзноманiття речовин, що забруднюють поверхневi води в
результатi господарської дiяльностi людини, окрiм синтетичних фенолiв,
iснує бiльше тисячi сполук цього клаcу, що синтезуються рослинами i
можуть видiлятися у водне середовище.
Дослiдження вмiсту фенольних сполук (ФС) у водосховищах Днiпра в
1987–1995 рр. засвiдчили, що загальний пул цього класу сполук,
розчинених у водi, формується за участю декiлькох чинникiв.
Найпотужнішим iз них є прижиттєвi та посмертнi видiлення фотосинтезуючих
гiдробiонтiв. Проведенi нами експериментальнi дослiдження по виявленню
вмiсту ФС у бiомасi деяких видiв ВВР, а також у культурах водоростей
показали, що в 1 г бiомаси цих гiдробiонтiв мiститься рiзна кiлькiсть
загальних фенолiв у тому числi фенолкарбонових кислот (ФКК) (табл. 1).
Вони синтезуються живими клiтинами рослин i утворюються у процесi
розкладу їх структур, i є найбiльш розповсюдженими токсинами. В
континентальнi водойми феноли поступають також iз промисловими та
побутовими стоками, iз болiт, лiсiв i сiльськогосподарських угiдь. У
комплексi автохтонних i алохтонних фенолiв низькомолекулярнi (фенол,
о-крезол та iншi) складають у переважнiй бiльшостi випадкiв лише 0,3–3,0
% [Weinmann, 1970]. Нами показано, що концентрацiя летких фенолiв на
рiзних дiлянках Канiвського водосховища змiнюється вiд 0 до 10,0 i вiд 0
до 7,3 мкг/дм3 вiдповiдно на верхнiх i пригребельних дiлянках [Сакевич,
Усенко, 2002].
Одним iз основних джерел надходження води в Київське водосховище є
водозбiр iз болiт i лiсiв, де значна частина вiдмерлих решток рослин
видiляє у воду велику кiлькiсть рiзноманiтних фенольних сполук. Вони
утворюються також у процесi прижиттєвих та посмертних видiлень ВВР
мiлководних дiлянок, що займають значну частину акваторiї Київського
водосховища.
Максимальнi величини концентрацiї ФС в 1987–1995 рр. зареєстрованi у
верхнiй частинi Київського водосховища в стоцi р. Прип’ятi i
мiлководдях, що заросли ВВР. У рiзнi роки i сезони вмiст ФС на цих та
iнших дiлянках водосховища значно вiдрiзняється.
У роки “цвiтiння” води синьозеленими водоростями на середнiх і
пригребельних дiлянках Київського водосховища паралельно iз збiльшенням
бiомаси фiтопланктону збiльшується i концентрацiя ФС. У бiльшостi
випадкiв це не було зв’язано з впливом стокiв Днiпра i Тетерева. Вмiст
цих речовин у водах Днiпра значно менший, нiж у водосховищi. За
усередненими даними 1987–1995 рр. концентрацiя ФС у водi Днiпра бiля
смт. Комарина становила 536, а на дiлянцi Днiпровського вiдрогу
водосховища – 1055 мкг/дм3 (рис. 2). Це свiдчить про те, що у формуваннi
кiлькiсного та якiсного складу фенолiв Київського водосховища домiнуюча
роль належить не антропогенним, а природним чинникам.
У Канiвському, на вiдмiну вiд iнших днiпровських водосховищ, основнi
масиви мiлководь зосередженi в середнiй частинi. Це впливає на
розподiлення концентрацiї ФС. На дiлянцi до Бортницького каналу їх вмiст
звичайно не вiдрiзнявся вiд пригребельної частини Київсько-го
водосховища i мiстив, у залежностi вiд сезону i року, 270–960 мкг/дм3.
Сток Десни та Либедi на цей показник суттєво не впливав. У переважнiй
бiльшостi випадкiв концент-рацiя ФС рiзко збiльшувалась у Канiвському
водосховищi на дiлянцi нижче скиду Борт-ницького каналу. У вереснi 1995
р. концентрацiя ФС на акваторiї вище каналу складала 590, а нижче – 716
мкг/дм3. Така рiзниця спостерiгалась не завжди, що очевидно, зв’язано з
перiодичнiстю скидання вод каналу, а також попускiв Київської ГЕС у
водосховище. В напрямку до пригребельної дiлянки водосховища вмiст
загальних фенолiв, розчинених у водi, зменшувався в середньому вiд 600
до 380 мкг/дм3. В той же час у дельтових заростях рiк Красної i Бобрицi
концентрацiя цих речовин завжди досить висока: 600–630 мкг/дм3, але на
її змiну в усьому водосховищi цi локальнi збiльшення суттєво не
впливали. Як i на пригребельнiй дiлянцi Київського водосховища, тут
також збiльшується концентрацiя фенолiв у перiод “цвiтiння” води
синьозеленими водоростями.
Таким чином, формування пулу фенольних сполук у Канiвському водосховищi
вiдрiзняється вiд Київського i визначається головним чином його стоком,
скиданням Бортницького каналу i ступенем “цвiтiння” води синьозеленими
водоростями. Мiлководнi дiлянки, що заросли ВВР, складають тут 24% всiєї
площi водосховища i менше впливають на вмiст фенолiв, нiж у Київському
водосховищi. Зменшення їх концентрацiї з 906 до 521 мкг/дм3
спостерiгається вiд Прип’ятського вiдрогу до Канева, з деякими змiнами
цих значень на окремих дiлянках водосховища. В Кременчуцькому
водосховищi картина розподілу ФС бiльш мозаїчна нiж у Канiвському, хоч
їх вмiст бiля мiста Канева i Свiтловодська приблизно однаковий. Вiд р.
Рось до Черкаського мосту в водосховищi переважають мiлководнi дiлянки,
що заросли ВВР. Концентрацiя фенолiв тут змiнюється в рiзнi роки у межах
420-753 мкг/дм3.
Збiльшення вмiсту ФС у порiвняннi з їх кiлькiстю в нижньому б’єфi
Канiвського водосховища, очевидно, зв’язана з роллю в цьому процесi
мiлководних дiлянок i стоком р. Рось. У водi Кременчуцького водосховища
на дiлянцi вiд Черкас до Свiтловодська вмiст ФС (у середньому за
1987–1995 рр.) менший нiж на мiлководдях (363–480 мкг/дм3). В Сульськiй
затоцi зареєстрованi максимальнi для Кременчуцького водосховища значення
концентрацiї ФС – 863–645 мкг/дм3. Вмiст цих речовин може збiльшуватись
(до 1428 мкг/дм3) лише у мiсцях вiтрових згонiв фiтопланктону – в
затоках правого берега водосховища: Тясмiнськiй, Кирпiвськiй,
Андрусiвськiй i Цибульникськiй, а також в аванпортах Адамiвки i
Свiтловодська. Мiнiмальна концентрацiя фенолiв зареєстрована бiля лiвого
берега водосховища, в тому числi на пригребельнiй дiлянцi (328 мкг/дм3)
i бiля Градизька (363 мкг/дм3). У Днiпродзержинському водосховищi
тенденцiї змiн концентрацiї загальних ФС подiбнi як i в Канiвському i
Кременчуцькому водосховищах. Збiльшення вмiсту цих сполук спостерiгалось
лише на мiлководних дiлянках, зарослих ВВР: це Успенськi плавнi, гирло
р. Ворскли бiля с. Орлика.
Вiдносно невелика концентрацiя ФС була виявлена i в Запорiзькому
водосховищi. Їх максимальний вмiст був бiля мiст Днiпродзержинська i
Днiпропетровська. Концентрацiя дослiджуваних речовин на пригребельнiй
дiлянцi водосховища збiльшилась до 355 мкг/дм3 внаслiдок бiльш
iнтенсивного “цвiтiння” води синьозеленими водоростями, а також,
можливо, забрудненням стічними водами Запорiжжя.
&
(
–
?
FH¬aO
&
(
”
–
JO
iIi^kiocOOOAe??c?!!!!!””!
?
?
?
?
$
?
?
?
?
AE
AE
AE
AE
AE
8орiвняннi з iншими днiпровськими водосховищами, вiдрiзняється
максимальною довжиною абразивних берегiв, а площа мiлководь тут всього
5% всiєї акваторiї. Найбiльш значнi масиви заростей зосередженi на
мiлководдях верхньої частини, а також у районi Великих Кучугур.
Багаточисельнi затоки, що утворилися по балках, з невеликими притоками у
верхнiй i нижнiй частинах водосховища, як правило заростають мало
[Растительность…, 1989]. У зв’язку з цим вплив ВВР на формування
комплексу ФС виражений тут менше, нiж в iнших водосховищах. Якщо
концентрацiя цих сполук у нижньому б’єфі Запорiзького водосховища була
315 мкг/дм3, то бiля с. Бiленького пiд впливом заростей ВВР i, можливо
стiчних вод Запорiжжя, вона дещо збiльшилась – до 375 мкг/дм3, а на
глибоководнiй акваторiї вона знову зменшилась. На дiлянках Кiнських
плавнiв концентрацiя фенолiв була значно бiльшою (440 мкг/дм3), нiж на
фарватерi водосховища бiля Лисої гори.
Найважливішим у визначеннi кiлькiсного та якiсного складу комплексу
розчинених ФС є те, що вони в певних концентрацiях можуть гальмувати
розвиток цiанопрокарiот i стимулювати рiст зелених водоростей. Умовне
роздiлення Київського водосховища на 3 зони пов’язаних з рiзною
iнтенсивнiстю росту в них ВВР i синьозелених водоростей: 1) глибоководнi
пригребельнi дiлянки; 2) дiлянки середини водосховища (як правило теж
глибоководнi) i 3) мiлководнi, малопроточнi, зарослi ВВР, показало, що
концентрацiя ФС i розвиток синьозелених водоростей мають вiд’ємну
кореляцiю (r= – 0,65, n=25, P>0,99) (рис. 3). На мiлководних дiлянках з
високою концетрацiєю ФС рiст синьозелених водоростей гальмується.
Таким чином, порiвнюючи величини загальних ФС, розчинених у водi
водосховищ Днiпра, можна вiдмiтити загальну тенденцiю – зменшення
концентрацiї цих речовин вiд пригребельної дiлянки Київського
водосховища до пригребельної дiлянки Каховського водосховища вiд 551 до
325 мкг/дм3. При руховi води вiд Київського до Каховського водосховищ
ферментнi системи водоростей i вищих водяних рослин здiйснюють каталiз
окисної трансформацiї, а також поглинання клiтинами рослин деяких ФС
[Стом и др., 1980; Стом, 1982].
ВПЛИВ ПОЛIФЕНОЛIВ НА ФIЗIОЛОГIЧНУ АКТИВНIСТЬ РIЗНИХ ГРУП ФIТОПЛАНКТОНУ
Рiстгальмуючий вплив вищих водяних рослин по вiдношенню до фiтопланктону
специфiчний. Вiн стосується головним чином Cyanophyta i в першу чергу
видiв, що викликають “цвiтiння” води. Chlorophyta та Bacillariophyta
досягають певних меж розвитку незалежно вiд наявностi ВВР.
Аналiз отриманих матерiалiв свiдчить про те, що природнi популяцiї
Cyanophyta реагують на фенолкарбоновi кислоти Glyceria maxima при
бiльших концентрацiях цих речовин (r= – 0,68, n=10, P>0,95), нiж
культури в яких клiтини не асоцiйованi у колонiї. Фотосинтетична
активнiсть культури Microcystis aeruginosa зменшилась при концентрацiї
фенолiв 87 мкг/дм3, а фiтопланктон з домiнуванням Cyanophyta, реагував
на внесення в середовище цих же речовин, у кiлькостi 434 мкг/дм3.
Дослiди з культурою водоростi Acutodesmus dimorphus (r=0,95, n=6,
P>0,99) показали, що пригнiчення її росту при наявностi в середовищi ФКК
проявлялось при кiлькостi цих речовин бiльше 4340 мкг/дм3 (табл. 2).
При цьому гальмувалась фотосинтетична активнiсть, але культура повнiстю
не вiдмирала i при вищих концентрацiях дослiджуваних речовин – до 13020
мкг/дм3.
Рiст синьозелених водоростей пригнiчують не лише феноли видiленi iз
Glyceria maxima, а й з iнших макрофiтiв, зокрема iз Phragmites communis
(r= –0,81, n=6, P>0,95), Ceratophyllum demersum та iнших.
Виявлено, що рiзнi компоненти фенольних сполук вищих водяних рослин
вiдрiзняються силою впливу на фотосинтетичну активнiсть культури
Microcystis aeruginosa.
Навiть близькi за хiмiчною структурою феноли по-рiзному можуть впливати
на фотосинтез цiєї культури. Використання в експериментальних дослiдах
простих дифенолiв: пiрокатехiну, резорцину i гiдрохiнону показало, що
вони неоднаково впливають на фотосинтез культури. Найбiльше гальмує цю
фiзiологiчну функцiю водоростi гiдрохiнон, в якого друга гiдроксильна
група мiститься в п- положеннi, i найменше резорцин, друга гiдроксильна
група якого розмiщена в м- положеннi (рис. 4).
Таким чином, iз приведених нами експериментальних даних випливає, що ФС
вищих водяних рослин у концентрацiях, що зустрiчаються на мiлководних
дiлянках днiпровських водосховищ гальмують фотосинтетичну активнiсть
синьозелених водоростей – збудникiв “цвiтiння” води i не впливають, або
стимулюють цей фiзiологiчний процес у зелених та дiатомових водоростей.
Токсична i рiстгальмуюча дiя фенолiв визначаються не стiльки фенолами,
скiльки продуктами їх окислення (хiнонами).
У лужних середовищах феноли окислюються до вiдповiдних хiнонiв, якi
можуть активніше впливати на рiст водоростi нiж самi феноли [Стом,
1975]. В експериментальних умовах нами були проведенi дослiди по впливу
хiнонiв на швидкiсть наростання бiомаси деяких видiв водоростей. Для
цього були використанi концентрацiї вiдповiдних хiнонiв 0,5 i 1,0
мг/дм3. Iз хiнонiв були використанi продукти окислення гiдрохiнону –
1,4-діоксибензол, пiрокатехiну – 1,2-дiоксибензол, а також
1,4-нафтохiнон i хлоранiл. Внесення цих речовин у культуральне
середовище спричиняло до змiн вiдносної швидкостi росту як синьозелених,
так i зелених водоростей.
Нами встановлено, що деякi феноли, можуть окислюватись до вiдповiдних
хiнонiв у водi i без участi ферментiв. До цих фенолiв вiдносять, в першу
чергу, феноли з високими вiдновлюваними властивостями: гiдрохiнон,
пiрокатехiн, кофейна кислота тощо. Навiть при кiмнатнiй температурi,
внесений у стерильне середовище, гiдрохiнон окислюється до
1,4-дiоксибензолу. Це окислення вiдбувається при pH середовища бiльше 7.
В пiдкисленому середовищi цей процес припиняється, або уповiльнюється,
може вiдбуватись вiдновлення хiнону до фенолу (рис. 5).
Бiологiчна активнiсть фенолiв у значнiй мiрi залежить вiд мiсця
розмiщення в їх молекулах гiдроксильних груп. Нашi дослiдження показали,
що найактивнiші по вiдношенню до водоростей дифеноли у яких друга
гiдроксильна група в 2 та 4 положеннях. Це стосується не лише дифенолiв,
а й iнших речовин цього класу, з вiдновлювальними властивостями, та
здатностi їх у певних умовах окислюватись до хiнонiв, якi активнiшi нiж
феноли.
Штучне внесення п-хiнону в середовище з фiтопланктоном iз Канiвського
водосховища в час “цвiтiння” води синьозеленими водоростями показало, що
цей хiнон гальмує продукцiю кисню i змiнює вмiст ФС як у самих клiтинах
водоростей, так i в зовнiшньому середовищi. Протягом 4 годин експозицiї
продукцiя кисню зменшувалась в залежностi вiд концентрацiї внесеного у
воду п-хiнону з 10,76 до 8,40 мг/дм3 при його вмiсті 0,25 мг/дм3, i до
7,96 i 7,41 мг/дм3 при збiльшеннi концентрацiї цiєї речовини до 0,5 i
1,0 мг/дм3.
Вiдомо, що звичайний хiд фотосинтезу полягає в тому, що iони водню вiд
якого-небудь промiжного донора, що утворюється при фотолiзi води,
дякуючи енергiї, що утворилась у фотосистемi II i зосередилась в
“пiгментi 680” передається пластохiнону i цитохрому. В процесi цiєї
передачi вiдбувається синтез АТФ iз АДФ. При нециклiчному
фотофосфорилюваннi електрони, що утворились у процесi фотолiзу води
поступають вiд промiжного донора до фотосистеми II, i далi до
фотосистеми I i до промiжної сполуки, а далi використовується на
вiдновлення НАДФ+ до НАДФ(H2 (нiкотинамiддифосфату до
нiкотинамiддифосфату вiдновленого). У випадку надходження в клiтини
водоростей окислених фенолiв перенос водневих iонiв, що утворились у
процесi фотосинтезу, використовуються не на фосфорилювання, а на
вiдновлення легковiдновлювальних хiнонiв, як сильних окислювачiв (рис.
6).
Як правило, цитоплазматичний матрикс клiтин водоростей має слабокислу
реакцiю (pH–6,8) [Робертис, 1973]. В цих умовах окислений фенол
вiдновлюється. Клiтини енергетично виснажуються i в залежностi вiд
концентрацiї прониклих у клiтину хiнонiв уповiльнюється синтез речовин
клiтинних структур i в певних умовах це приводить до вiдмирання клiтин.
Чим бiльше хiнонiв накопичується в клiтинах водоростей, тим бiльше
атомiв водню вони використовують на вiдновлення цих сполук до фенолiв i
менше iонiв водню поступає на фотосинтетичне фосфорилювання.
ВИСНОВКИ
“Старіння” дніпровських водосховищ супроводжується збільшенням
акваторій, що заростають вищими водяними рослинами, зменшенням на цих
ділянках “цвітіння” води синьозеленими водоростями і збільшенням
концентрації розчинених у воді поліфенолів.
2. Концентрацiя полiфенолiв, розчинених у водi днiпровських водосховищ,
коливається в межах 180–1850 мкг/дм3. Максимальна їх кiлькiсть
спостерiгається в мiсцях заростання мiлководь вищими водяними рослинами
та масового розвитку планктонних синьозелених водоростей – збудникiв
“цвiтiння” води.
3. Формування пулу розчинених у водi полiфенолiв i продуктiв їх
трансформацiї здiйснюється пiд впливом як автохтонних, так i алохтонних
джерел. Завдяки видiленню бiологiчно активних колiнiв вищими водяними
рослинами навколо них створюється своєрiдна захисна сфера із речовин, що
посилюють або гальмують життєдiяльнiсть планктонних водоростей.
4. Полiфеноли та продукти їх окислення справляють вагомий вплив на
формування структури планктонних угруповань водоростей. На дiлянках
водойм, зарослих вищими водяними рослинами, види синьозелених водоростей
– збудники “цвiтiння” води зустрiчаються у малій кількості. На
глибоководних дiлянках водосховищ, де концентрацiя полiфенолiв не
перевищує 400 мкг/дм3, у складi фiтопланктону домiнують Microcystis
aeruginosa, Aphanizomenon flos-aquae, Anabaena flos-aquae.
5. Прижиттєвi та посмертнi видiлення вищих водяних рослин у
концентрацiях, характерних для певних дiлянок водосховищ i ставкiв,
гальмують як фотосинтетичну активнiсть, так i вiдносну швидкiсть росту
бiомаси представникiв Cyanophyta, не впливаючи, або стимулюючи цi
фiзiологiчнi процеси в зелених i дiатомових водоростей. Вплив фенольних
сполук на функцiональну активнiсть культур водоростей проявляється при
менших концентрацiях, нiж на фiтопланктон в умовах природних водойм.
Концентрацiї дослiджуваних сполук 10 мг/дм3 i бiльше є токсичними не
лише для синьозелених водоростей, а й для iнших систематичних груп
планктонних автотрофiв.
6. Особливостi впливу речовин фенольної природи на фотосинтетичну
активнiсть водоростей i їх рiст обумовленi не стiльки величинами
концентрацiї цих речовин, скiльки їх окисно-вiдновлювальними
властивостями. Суть ролi розчинених у водi полiфенолiв у формуваннi
планктонних альгоугруповань полягає у вiдмiнностях реакцiї рiзних груп
водоростей на однi i тi ж концентрацiї цих речовин.
7. Бiологiчна активнiсть екзометаболiтiв вищих водяних рослин по
вiдношенню до планктонних синьозелених водоростей значно більша в
хінонів, нiж у вiдновлених форм фенолiв.
В основі алелопатичної дії вищих водяних рослин на функціональну
активність планктонних водоростей лежить інтенсивність окисно-відновних
процесів, що обумовлені властивостями окремих компонентів екзогенних
поліфенолів.
Окислення поліфенолів до хінонів може відбуватись як хімічним, так і
біохімічним чином при участі ферментних систем. Найактивнішими є
поліфеноли, в молекулах яких гідроксильні групи розташовані в о- або п-
положеннях. Більшість фенолів окислюються до хінонів за допомогою
ферментів.
Алелопатичний вплив вищих водяних рослин на планктонні водорості в
значній мірі обумовлений дією абіотичних чинників – у першу чергу
величиною pH середовища. В лужному середовищі деякі поліфеноли можуть
окислюватись до біологічно активних хінонів без участі ферментів. У
підкислених середовищах цей процес гальмується і хінони можуть
відновлюватись до фенолів.
На базі власних та літературних даних сформована загальна схема
механізмів впливу екзогенних поліфенолів на функціональну активність
планктонних водоростей.
СПИСОК НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛIКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦIЇ
Усенко О.М., Сакевич О.Й. Фотосинтизуючi гiдробiонти як чинник
формування екзогенних фенольних сполук водосховищ Днiпра // Наук.
записки Тернопiльского держ. пед. унiверситету iм. Володимира Гнатюка.
Серия: Бiологiя.. Спец. випуск: Гiдроекологiя. –2001. – №4 (15). – С.
97–99 (участь у проведеннi дослiджень, аналiз лiтературних джерел,
участь у написаннi статтi).
Сиренко Л.А., Курейшевич А.В., Усенко О.М., Медведь В.А. Содержание
хлорофилла а в планктоне как показатель обилия водорослей в районах
водозаборов // Альгология. – 2001. – № 4. – C. 474–485. (участь у
проведеннi дослiджень, участь у написаннi статтi).
Сакевич А.И., Усенко О.М. Фенольные соединения в воде днепровских
водохранилищ // Гидробиол. журн. – 2002. – 38, № 4. – C. 103–112.
(участь у проведеннi дослiджень, аналіз лiтературних джерел, участь у
написаннi статтi).
Усенко О.М., Сакевич А.И., Паламарчук В.Д. Влияние фенольных кислот
гидрофитов на развитие планктонных водорослей // Альгология. – 2003. – №
1. – С. 26–33. (наукове обгрунтування, участь у проведеннi дослiджень,
аналiз лiтературних джерел, узагальнення даних, участь у написаннi
статтi).
Сакевич А.И., Усенко О.М. Экзометаболиты водных макрофитов фенольной
природы и их влияние на жизнедеятельность планктонных водорослей //
Гидробиол. журн. – 2003. – № 3. – С. 36–44. (участь у проведеннi
дослiджень, аналiз лiтературних джерел, участь у написаннi статтi).
Усенко О.М., Сакевич А.И. Альгицидные свойства полифенолов в зависимости
от структуры их молекул // Гидробиол. журн. – 2004. – № 4. – C. 97–105.
(наукове обгрунтування, участь у проведеннi дослiджень, аналiз
лiтературних джерел, участь у написаннi статтi).
Усенко О.М., Сакевич А.И. Аллелопатическое влияние высших водных
растений на функциональную активность планктонных водорослей //
Гидробиол. журн. – 2005. – № 1. – С. 55–67. (наукове обгрунтування,
участь у проведеннi дослiджень, аналiз лiтературних джерел, участь у
написаннi статтi).
Романенко В.Д., Сакевич А.И., Усенко О.М. Метаболические механизмы
взаимодействия высших водных растений и цианобактерий – возбудителей
“цветение” воды // Гидробиол. журн. – 2005. – № 3. – C. 45–57. (участь у
проведеннi дослiджень, аналiз лiтературних джерел, узагальнення даних,
участь у написаннi статтi).
Романенко В.Д., Сакевич О.Й., Усенко О.М. Вищi водянi рослини, як чинник
обмеження “цвiтiння” води цiанобактерiями // Доп. НАН України. – 2005. –
№ 8. – C. 174–177. (участь у проведеннi дослiджень, аналiз лiтературних
джерел, узагальнення даних, участь у написаннi статтi).
Сакевич А.И., Кирпенко Н.И., Медведь В.А., Усенко О.М., Горбунова З.Н.
Влияние полифенолов высших водных растений на функциональную активность
планктонных водорослей // Гидробиол. журн. – 2005. – Т. 41, № 4. – С.
104–116. (участь у проведеннi дослiджень, аналiз лiтературних джерел,
узагальнення даних, участь у написаннi статтi).
Усенко О.М. Вплив вищої водяної рослинностi на розвиток фiтопланктону //
Наук. записки Тернопiльского держ. пед. унiверситету iм. Володимира
Гнатюка. Серiя: Бiологiя. Спец. випуск: Гiдроекологiя. – 2005. – № 3
(26). – C. 445–447.
Курейшевич А.В., Серенко В.В., Потапенко Л.С., Медведь В.А., Усенко О.М.
Моноторинг динамики фитопланктона в Каховском водохранилище с
использованием данных дистанционного зондирования Земли // Наук. записки
Тернопiльского держ. пед. унiверситету iм. Володимира Гнатюка. Серiя:
Бiологiя. Спец. випуск: Гiдроекологiя. – 2005. – № 3 (26). – C. 240–243.
(участь у проведеннi дослiджень).
Романенко В.Д., Сакевич А.И., Усенко О.М. О механизме действия
легкоокисляющихся фенолов на фотосинтетическую активность водорослей //
Гидробиол. журн. – 2006. – 42, № 2. – C. 87–97. (участь у проведеннi
дослiджень, аналiз лiтературних джерел, узагальнення даних, участь у
написаннi статтi).
Усенко О.М., Сакевич О.Й., Шевченко Т.Ф. Алелопатична дiя вищих водяних
рослин на розвиток синьозелених водоростей // Природничий альманах.
Збірник наук. праць. Серія: Біологічні науки. – Херсон, 2006. – Вип. 8.
– С. 252–262. (наукове обгрунтування, участь у проведеннi дослiджень,
аналiз лiтературних джерел, узагальнення даних, участь у написаннi
статтi).
Сакевич О.Й., Усенко О.М. Хімічна взаємодія рослин континентальних
водойм // Матеріали міжн. наук. конф. по алелопатії та сучасній
біології. – Київ: Фітосоціоцентр, 2006. – С. 119–125. (наукове
обгрунтування, участь у проведеннi дослiджень, аналiз лiтературних
джерел, узагальнення даних, участь у написаннi статтi).
Курейшевич А.В., Усенко О.М., Медведь В.А., Пахомова М.Н. Динамика
развития фитопланктона и содержания фотосинтетических пигментов на
днепровском водозаборе // Другий з’їзд гідроекологічного товариства
України: Тез. допов., Київ, 27–31 жовтня 1997 р. – Київ, 1997. – Т. 1. –
С. 74. (участь у проведенні досліджень, аналіз літературних джерел,
участь у написанні).
Курейшевич А.В., Усенко О.М. Совместное влияние меди и ортофосфата на
функционирование планктонних водорослей // Другий з’їзд
гідроекологічного товариства України: Тез. допов., Київ, 27–31 жовтня
1997 р. – Київ, 1997. – Т. 2. – С. 68–69. (участь у проведенні
досліджень, аналіз літературних джерел, участь у написанні).
Усенко О.М., Сакевич А.И. Алеллопатическое влияние высших водных
растений на скорость роста планктонных водорослей // Межд. науч. конф.
по современным проблемам физиологии и биохимии водных организмов: Тез.
докл., Петрозаводск, 6-9 сент. 2004 г. – Петрозаводск, 2004. – С.
136–137. (наукове обгрунтування, участь у проведеннi дослiджень, аналiз
лiтературних джерел, формулювання висновкiв).
Усенко О.М. Полифенолы днепровских водохранилищ и их влияние на развитие
цианобактерий // Ecological chemistry: Abstracts the third intern. Conf.
Ecological Chemystry; 20-21 may 2005: Lidia Romanciuc…, – Ch.: Tipogr.
Acad. St. a Moldovei, 2005. – 374 p. (наукове обгрунтування, участь у
проведеннi дослiджень, аналiз лiтературних джерел, узагальнення даних).
Сакевич А.И., Шевченко Т.Ф., Усенко О.М. Экзофенолы как ингибиторы
фотосинтетической активности микроводорослей // Межд. науч. конф. по
физиологии микроорганизмов в природных и экспериментальных системах:
Тез. докл., Москва, 16–19 мая 2006 г. – Москва, 2006. – С. 102. (наукове
обгрунтування, участь у проведеннi дослiджень, аналiз лiтературних
джерел, формулювання висновкiв).
Сакевич О.Й., Усенко О.М., Шевченко Т.Ф. Екзометаболiти вищих водяних
рослин, як чинник формування альгоугруповань // Сб. труд. междунар.
конф. по современным проблемам гидробиологии. Перспективы, пути и методы
исследований. – Херсон: НАН Украины, 2006. – С.172–174. (наукове
обгрунтування, участь у проведенні досліджень, аналіз літературних
джерел, формулювання висновків).
Подяки. Автор висловлює щиру подяку за наукову підтримку і допомогу в
проведенні досліджень своєму науковому керівникові д.б.н. Сакевичу О.Й.
; своїм колегам, співробітникам відділу екологічної фізіології водяних
рослин Інституту гідробіології НАН України, за надання цінних порад та
консультацій; ст.н.с., к.б.н. Беляєву В.В. та ст.н.с., к.б.н.
Коновцю І.М. за практичну і моральну підтримку.
Анотація
Усенко О.М. Алелопатичний вплив вищих водяних рослин на функцiональну
активнiсть планктонних синьозелених водоростей. – Рукопис.
Дисертацiя на здобуття наукового ступеня кандидата бiологiчних наук за
спецiальнiстю 03.00.17 – гiдробiологiя. – Iнститут гiдробiологiї НАН
України, Київ, 2007.
Доведено, що на мiлководних дiлянках водосховищ, зарослих вищими
водяними рослинами, у водi накопичуються розчиненi речовини фенольної
природи в концентрацiях здатних пригнiчувати рiст синьозелених
водоростей i не впливати на функцiональну активнiсть планктонних
водоростей iз iнших систематичних груп. Зменшення вмiсту цих речовин на
глибоководних дiлянках сприяє iнтенсифiкацiї росту прокарiотiв, що
викликають “цвiтiння” води i змiни структури планктонних угруповань
водоростей.
Концентрацiя фенольних сполук у днiпровських водосховищах коливається в
межах 180–1850 мкг/дм3. Провiдними чинниками формування пулу ФС є стоки
деяких рiчок або вищерозташованих водосховищ, кiлькiсть мiлководних
дiлянок, що заросли макрофiтами, iнтенсивнiсть розвитку фiтопланктону.
Вмiст загальних фенолiв, розчинених у водi, поступово зменшується вiд
пригребельної дiлянки Київського водосховища до Каховського з 551 до 212
мкг/дм3.
Розглядаються взаємозв’язки мiж структурою полiфенолiв i рiвнем їх
бiологiчної активностi по вiдношенню до водоростей. Встановлено, що
полiфеноли з гiдроксильними групами в о- i п- положеннi з
вiдновлювальними властивостями токсичнi для клiтин синьозелених
водоростей.
Поглинання клiтинами водоростей екзогенних окислених полiфенолiв
спричинює змiни фотосинтетичної активностi цих гiдробiонтiв. В умовах
слабокислої реакцiї цитоплазми хiнони вiдновлюються за рахунок iонiв
водню, що утворюється у фотосистемi II при фотолiзi води. При цьому
гальмується циклiчне i нециклiчне фотофосрилювання. Клiтини енергетично
виснажуються. Фотосинтетична активність синьозелених i зелених
водоростей гальмується при рiзних концентрацiях розчинених у водi
хiнонiв.
Ключовi слова: фiтопланктон, культури водоростей, вищi водянi рослини,
феноли, хiнони, фотосинтетична активнiсть.
Аннотация
Усенко О.М. Аллелопатическое влияние высших водных растений на
функциональную активность планктонных синезеленых водорослей. –
Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по
специальности 03.00.17 – гидробиология. – Институт гидробиологии НАН
Украины, Киев, 2007.
Доказано, что на мелководных участках водохранилищ, заросших высшими
водными растениями, в воде накапливаются растворенные вещества фенольной
природы в концентрациях способных угнетать рост синезеленых водорослей и
не влиять на функциональную активность планктонных водорослей других
систематических групп. Уменьшение содержания этих веществ на
глубоководных участках способствует интенсификации роста прокариот, что
вызывают “цветение” воды и изменение структуры планктонных сообществ
водорослей.
Исследованы особенности накопления общих фенольных соединений в биомассе
и среде роста высших и низших водных растений. Показано, что основным
источником поступления фенольных соединений в воду днепровских
водохранилищ являются прижизненные и посмертные выделения высших водных
растений, видов синезеленых водорослей – возбудителей “цветения” воды, а
также промышленные и бытовые стоки. Максимальные концентрации
растворенных в воде фенолов содержатся на мелководных участках
водохранилищ заросших высшими водными растениями и в местах ветровых
сгонов биомасс синезеленых водорослей.
Концентрация фенольных соединений в днепровских водохранилищах
колеблется в пределах 180–1850 мкг/дм3. Их содержание постепенно
уменьшается от приплотинного участка Киевского водохранилища до
Каховского из 551 до 212 мкг/дм3.
Показано, что полифенолы макрофитов в концентрациях 400–600 мкг/дм3
ингибируют рост видов синезеленых водорослей возбудителей “цветения”
воды и не угнетают физиологические функции эукариотов. На учатках
заросших высшими водными растениями увеличиваются показатели видового
разнообразия фитопланктона.
Установлено, что полифенолы с гидроксильными группами в о- и п-
положениях токсичны для клеток синезеленых водорослей.
Биологическая активность экзогенных полифенолов обусловлена не только их
концентрацией, но в большей степени окислительно-восстановительными
свойствами. Значительную активность по отношению к водорослям оказывают
не восстановленные, а окисленные полифенолы – хиноны.
Ключевые слова: фитопланктон, культуры водорослей, высшие водные
растения, полифенолы, хиноны, фотосинтетическая активность водорослей.
Summary
Usenko O.M. Allelopathic influence of higher aquatic plants on the
functional activity of plankton blue-green algae. – Manuscript
Thesis for the degree of Candidate of Biological sciences by specialty
03.00.17 – Hydrobiology. – Institute of Hydrobiology, National Academy
of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2007.
It has been found that dissolved substances of phenol origin are
accumulated in shallow water zones of reservoirs occupied by the
thickets of higher aquatic plants. Their high concentrations are capable
of inhibiting the development of blue-green algae. In this case, the
functional activity of plankton algae belonging to other taxonomic
groups is unaffected by these substances. The decrease in the content of
these substances in deep water sections of resevoirs is responsible for
intensive development of waterbloom-forming species of blue-green algae,
and also for changes in the structure of communities of plankton algae.
In the Dnieper reservoirs, the concentration of phenol compounds
accounted for 180–1850 (g/L. Runoff from the rivers and reservoirs
located upstream, the area overgrown by higher aquatic plants, and the
intensity of development of phytoplankton are the main factors forming
the pool of phenol compounds. The total content of phenol dissolved in
water gradually decreased with distance from the near-dam section of the
Kiev reservoir to the Kachovka reservoir from 551 to 212 (g/L.
Relationship was established between the structure of polyphenols and
their influence on algae. It has been found that polyphenols with
hydroxyle groups in the o- and p- positions possesing reductive
properties are toxic to Cyanobacteria.
Absorption of exogenous oxidized polyphenols by algal cells is
responsible for changes in their photosynthetic activity. Under
conditions of slightly acidic reaction of the cyloplasm, quinones are
reduced at the expense of the ions of hydrogen, which form as a result
of water photolysis in the photosystem II. Under such conditions, cyclic
and non-cyclic photophosphorilation is inhibited. The cell is
energetically exhausted. The photosynthetic activity of blue-green and
green algae is inhibited at different concentrations of quinones
dissolved in water.
Key words: phytoplankton, algae cultures, higher aquatic plants,
phenols, quinones, photosynthetic activity
PAGE 19
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
