Введение к работе
стуалыюсть проблемы. Первичная продукция является интегральной характеристикой )тосинтетической активности фитопланктона и позволяет оценить трофический статус и ергетический баланс водных бассейнов. Важная роль в процессе фотосинтеза «надлежит стадиям поглощения световой энергии и ее преобразования в энерппо мических связей в реакционных центрах (РЦ) фотосинтетических мембран.
Исследование структурно-функциональной организации фотосинтетических мембран дорослей in vivo позволило подойти к раскрытию механизмов регуляции светового глощения и фотохимической активности световых реакций фотосинтеза в клетках под иянием внешних факторов. Однако, вопросы функционирования процессов фотосинтеза у пуляций фитопланктона в природных условиях недостаточно изучены, в первую очередь за трудоемкости и ряда ограничений прямых методов оценки параметров фотосинтеза.
В последнее время большое распространение получили методы измерения уоресценции хлорофилла, обладающие высокой чувствительностью и позволяющие стро оценивать ряд характеристик фитопланктона без воздействия на его зиологическое состояние (Falkowski and Kolber, 1995; Geider et al., 1993; Green et al., 1994). кафедре биофизики биологического факультета МГУ был разработан погружной зонд і измерения быстрой флуоресценции хлорофилла in situ методом pump-and-probe (Kolber al., 1990). Зонд позволяет оценивать в режиме реального времени и с высоким решением вертикальное распределение светопоглощательной способности клеток гопланктона (т. е. коэффициента световой абсорбции) и эффективности фотохимического образования энергии в реакционных центрах фотосистемы П (ФС II) по параметрам горесценции Fo и Fv/Fm, соответственно, а также рассчитывать первичную продукцию -опланктона (ПП). Исследование данным методом закономерностей влияния логических факторов, в том числе антропогенного происхождения, на ікционирование первичных реакций фотосинтеза природного фитопланктона и изучение
2 возможности определения фотосинтетической продукции имеет значение пр
прогнозировании изменения продуктивности водных экосистем и при оценке состояни
фитопланктона в естественных условиях.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в разработке научно
методических основ использования погружного флуорометра для оценки состояни
фитопланктона в природных водоемах и в выявлении связи параметров флуоресценци
хлорофилла с характеристиками фотосинтеза и физиологическим состояние
микроводорослей.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
-
Разработать научно-методические подходы для определения продукционнь характеристик фитопланктона в естественной среде обитания с использование погружного флуоресцентного зонда.
-
Исследовать особенности распределения параметров флуоресценции Fo и Fv/F природного фитопланктона in situ в зависимости от действия внешних факторов, том числе антропогенного происхождения.
-
Оценить возможность использования параметров флуоресценции для изучен] состояния фитопланктона в различных гидрологических условиях.
-
Изучить возможность использования замедленной флуоресценции (ЗФ) д исследования фотоокислительной деградации компонентов фотосинтетическо аппарата (ФСА) при неблагоприятных условиях.
Научная новизна. Впервые исследовали зависимость выхода Fo от светопоглощательн способности суспензии микроводорослей, предложили формулу для определения скорое фотосинтеза по Fo и Fv/Fm на основе модели первичных реакций фотосинтеза, и прове комплексные исследования по изучению связи между параметрами флуоресценции 1 Fv/Fm и фотосинтетической продукцией фитопланктона в различных природных вoдoev in situ. Разработаны методические рекомендации по определению ІШ в столбе вор
здачающие: 1) коррекцию вертикальных профилей Fo по концентрации хлорофилла (Хл) ія снижения ошибки, вызванной варьированием квантового выхода Fo; 2) расчет )лунасыщающей фотосинтез интенсивности света по Хл; 3) использование подходов, не іебующих калибровки флуоресцентного метода по результатам прямого измерения ПП.
Изучены закономерности изменения светопоглошдтельной способности и активности С П природного фитопланктона в зависимости от действия внешних факторов. Наблюдали іинаковое снижение этих характеристик фотосинтеза в условиях избыточной гвещенности или недостатка биогенных элементов. Низкие концентрации токсикантов лзывали снижение активности ФС П без замегного изменения величины іетопоглощательной способности. Предложен механизм развития фотоокислительных роцессов в ФС I при стрессовых температурах в результате нарушения дезактивации зиплетных состояний хлорофилла (3Хл), образующихся при рекомбинации зарядов в отосистеме I (ФС I), каротиноидами и снижения скорости прямого переноса электрона в >С1.
їаучно-практаческое значение. Погружной зонд использовали в экспериментальных аботах по изучению распределения количества, продуктивности и физиологического остояния фитопланктона во время биогеохимических исследований Балтийского, Іорвежского, Черного, Южно-Китайского (з. Нячанг) морей и оз. Иссык-Куль, 'азработаны научное обоснование и практические рекомендации по использованию араметров флуоресценции Fo и Fv/Fm для оценки продукционных характеристик и монологического состояния фитопланктона в естественных условиях, в том числе прц верхоптимальной и недостаточной освещенности, биогенном голодании, наличии оксикантов, в период цветения. Полученные в работе экспериментальные результаты носят вклад в понимание процессов, приводящих к изменению фотосинтетической гродукгивности природного фитопланктона при действии неблагоприятных факторов среды і являются основой для использования метода быстрой флуоресценции в
4 гидробиологических и океанологических исследованиях. Предложено использоват
разработанный зоїщ-флуорометр в практических океанологических исследования
экологического состояния фитопланктона в обширных акваториях Мирового океана.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены н
заседаниях секции биофизики Московского общества испытателей природы (1996, 1997
Международной конференщш студентов и аспирантов по фундаментальным наука
«Ломоносов-96» (Москва, 1996); Всероссийской конференции «Эколого-физиологичесю
исследования водорослей и их значение для оценки состояния природных вод» (Боро
1996); II Съезде фотобиологов России (Пущшю, 1998); Международной школе биофизик
(Москва, 1998); Международном симпозиуме «Проблемы рационального использоват
биологических и курортных ресурсов залива Нячанг» (Вьетнам, 2000); обсуждены і
научных заседаниях кафедры биофизики и гидробиологии.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, 4 находятся в печати.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав (обзі
