Микроводоросли - биоиндикаторы водной среды.

XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Микроводоросли - биоиндикаторы водной среды.

Скобля Э.В. 1
1МБОУ "СОШ №8"г. Находка, 10 класс
Луконина И.И. 1
1МБОУ "СОШ №8"г. Находка
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

В сентябре этого учебного года учитель биологии предложил нам поучаствовать в проекте «Лаборатория проектных и исследовательских идей», учредителями которого стали «Приморский океанариум» - филиал ННЦМБ ДВО РАН и Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН. Проект осуществлялся совместно с партнерскими организациями. На выбор было предложено несколько кейсов. Мы выбрали кейс «Микроводоросли вокруг нас», так как посчитали эту тему очень интересной, необычной и актуальной. Особенно после массовой гибели морских животных на Камчатке, виновниками которой стали микроводоросли.

Принято считать, что лёгкие Земли – тайга и леса Амазонии. Но большую часть кислорода вырабатывают мельчайшие «кислородные фабрики» – микроводоросли. В то же время среди них есть виды, способные нанести вред морским животным и человеку. А чем еще известны эти невидимые невооруженным глазом организмы? Это мы и решили выяснить в ходе нашей исследовательской работы.

Актуальность темы:

Фитопланктон – важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом. Известно, что микроводоросли являются индикаторами благополучия какой-либо водной среды, будь то море, река, озеро или искусственный водоем, поэтому, в целях изучения экологического состояния акватории нашего города, эта тема очень актуальна.

Гипотеза: Вероятно, что на видовой состав и численность микроводорослей влияет состояние водной экосистемы, поэтому их можно использовать как биоиндикаторы водной среды.

Объект исследования: морские микроводоросли

Предмет исследования: видовой состав и численность микроводорослей на различных участках прибрежных вод города Находки, виды – биоиндикаторы.

Цель работы: Изучить влияние состояния водной экосистемы на видовой состав и численность микроводорослей на различных участках прибрежных вод в окрестностях города Находки.

Задачи:

Изучить теоретический материал по теме: Морские микроводоросли.

Отобрать пробы воды с различных участков прибрежных вод в окрестностях города Находки и зафиксировать отобранные пробы для длительного хранения.

Изучить видовое разнообразие сообщества микроводорослей под микроскопом.

Научиться определять виды с использованием специализированных определителей и атласов.

Постараться найти и определить виды-индикаторы экологического состояния водоема и дать оценку экологического благополучия исследуемого водоема.

Составить иллюстрированный список преобладающих микроводорослей с видовыми названиями.

Методы:

Изучение литературы.

Отбор проб.

Анализ.

Микроскопирование.

Классификация и типологизация.

Систематизация.

Глава I. Изучение литературы. 1.1. Роль фитопланктона в природе.

Фитопланктон, или по-другому микроводоросли, – растительная часть планктона, свободноплавающие в толще воды микроскопические одноклеточные водоросли. Живут они одиночно или соединяются в разнообразные колонии в виде нитей, цепочек, лент, звезд, кустиков. За счёт фитопланктона существует значительная часть живого мира моря. Он служит подходящей пищей для зоопланктона – крошечных беспозвоночных животных, обитающих в толще воды, личинок и мальков многих рыб, моллюсков, некоторых мелких рыб. По подсчётам ученых, растения нашей планеты ежегодно вырабатывают более 140 тонн кислорода. Около 60% этого объёма расходуется на процессы окисления и разложения органических веществ, то есть всевозможных останков растительных и животных организмов. А оставшаяся часть поглощается в результате дыхания обитателями планеты. Экваториальные леса являются крупнейшими производителями кислорода на планете. Но они же являются и крупнейшими его потребителями. Таким образом, получается, что эти леса производят кислород, достаточный только для их собственного существования.[9]

Откуда же тогда берется на планете кислород, количество которого достаточно для существования всего человечества и миллиардов других живых существ?
Оказывается, что главным производителем полезного кислорода на планете является фитопланктон. Да, именно эти невидимые труженики обеспечивают существование большей части жизни, как в океане, так и на суше. По подсчетам ученых, мировой фитопланктон вырабатывает в 10 раз больше кислорода, чем расходует сам. А на разложение органических остатков в океанах тратится гораздо меньше кислорода, чем на суше. [9]

1.2.Классификация микроводорослей.

Наибольшим видовым разнообразием в морях отличаются диатомовые и динофитовые водоросли. Также встречаются золотистые, криптофитовые, евгленовые и зеленые водоросли, но их видовое разнообразие невелико.

Диатомовые водоросли, или диатомеи (лат. Diatomeae), или бациллариофициевые водоросли (лат. Bacillariophyceae) — группа водорослей, отличающаяся наличием у клеток своеобразного «панциря», состоящего из диоксида кремния. Всегда одноклеточны, но встречаются колониальные формы. Обычно планктонные или перифитонные организмы, морские и пресноводные. У диатомовых хлоропласты разнообразной формы, обычно пристенные. Окраска хлоропластов бурая, желтоватая или золотистая. Она обусловлена тем, что зелёные хлорофиллы маскируются добавочными каротиноидами. У некоторых диатомей клетки после деления не расходятся, образуя колонии. Клетки в колониях не связаны между собой, плазмодесмы отсутствуют. Являясь важнейшей составляющей морского планктона, диатомовые создают до четверти всего органического вещества планеты. Их поедают беспозвоночные животные, некоторые рыбы и их молодь. Массовое развитие некоторых диатомовых водорослей может иметь и отрицательные последствия (влияют на качество воды, вызывают гибель личинок рыб, забивая им жабры).

Криптофитовые водоросли, или криптомонады, или криптофиты (лат. Cryptophyta), — группа одноклеточных эукариотических фотосинтезирующих организмов, обитающих в пресных и морских водоемах. Большинство криптофитовых — одноклеточные подвижные организмы монадной формы с дорсовентральным строением и жгутиками. Своё название группа получила за очень маленькие размеры (от 3 до 50 мкм), которые делают их малозаметными. Форма клеток разнообразна: яйцевидная, эллипсоидная, грушевидная, бобовидная, веретеновидная. На переднем конце клетки у монадных форм криптофит имеются два неравных жгутика, по длине сопоставимые с самой клеткой. В клетке криптофитовой водоросли имеется один или два хлоропласта (реже больше), окрашенных в разнообразные цвета: от сине-зелёного и оливково-зелёного до жёлто-бурого, коричневого и тёмно-красного. У ряда видов криптофит имеется глазок (стигма). Клетки криптофит нередко несут особые стрекательные структуры — эжектосомы, или трихоцисты.

Динофлагелляты, или динофитовые водоросли, или динофиты, или перидинеи, или панцирные жгутиконосцы. (Лат. Dinoflagellata syn. Dinophyta, Peridinea). Динофлагелляты представлены преимущественно одноклеточными монадными формами, подвижные клетки снабжены двумя неравными жгутиками. Хлоропласты у разных представителей имеют различное происхождение и характеризуются различными фотосинтетическими пигментами. Обычно они окрашены в жёлто-бурый цвет, поскольку, кроме зелёных хлорофиллов, имеют дополнительные пигменты — например, перидинин. Как правило, осморегуляцию осуществляют уникальные органеллы — пузулы. Нередко имеются стрекательные структуры (трихоцисты и другие). Форма динофлагеллят разнообразна: шаровидная, эллипсовидная, яйцевидная, обратнояйцевидная, грушевидная, звёздчатая, палочковидная, в виде полумесяца или тетраэдра. Клетки, как правило, уплощённые, в поперечном сечении имеют вид эллипса или пластинки, реже тело округлое и неуплощённое. Многие виды способны к биолюминесценции. Кроме того, часто в клетках динофлагеллят образуются токсины — например, гониатоксин. Данный токсин имеет свойство накапливаться в тканях моллюсков, ракообразных, рыб, что приводит к отравлению животных, питающихся ими, а также человека, если он употребит их в пищу. Динофлагелляты играют важную роль в биоценозах морей и океанов, выступая, наряду с диатомеями, в качестве основных первичных продуцентов . Паразитические динофлагелляты иногда служат причиной эпизоотий в популяциях рыб и ракообразных[10]

1.3. Микроводоросли – индикаторы биологического состояния водоёмов.

Микроводоросли настолько малы, что одиночные их клетки зачастую невозможно увидеть невооруженным глазом. А вот скопление клеток видны – это когда на море появляются ярко-красные, ярко-оранжевые или ярко-зелёные пятна. Каждый из нас мог наблюдать такие явления. Массовое развитие фитопланктона вызывает «цветение» воды, которое очень часто образовано потенциально токсичными видами микроводорослей.

Из-за того, что фитопланктон является начальным звеном пищевой цепи, такие потенциально токсичные микроводоросли накапливаются в моллюсках - фильтраторах (например, в мидии). И если человек употребит зараженного моллюска в пищу, то может получить сильное отравление или даже умереть!

Фитопланктон – важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом. Сейчас известно, что микроводоросли являются индикаторами благополучия какой-либо водной среды.

Видами-индикаторами называют организмы, присутствие, количество или особенности развития которых, служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Также эти виды, которые совершенно определенно реагируют на изменения таких условий среды как: соленость, рН, содержание биогенных элементов.

Многие диатомеи можно использовать как индикаторы качества воды водоема.[2] Например, массовое развитие видов рода Skeletonema указывает на эвтрофикацию водоема – насыщение водоёмов биогенными элементами

Криптофиты устойчивы к загрязнению, они встречаются даже в сточных водах и навозной жиже. Бесцветные формы распространены в водах, загрязнённых органикой, и могут служить показателями загрязнения воды органическими веществами. Наличие представителей Cryptomonas и Plagioselmis может также свидетельствовать о значительном распреснении прибрежных морских вод.

Морской род Gonyaulax , а такжеGymnodinium - одна из причин "красных приливов": у побережий он бывает настолько обилен, что вода приобретает несвойственный ей цвет. Эта водоросль выделяет токсичные вещества, иногда приводящие к гибели рыбы и моллюсков. Некоторые динофлагеллаты вызывают фосфоресценцию воды в тропических морях. [11]

Изучив некоторые научные статьи по данной теме, мы обнаружили, что очень мало данных по видовому составу микроводорослей, и видам – индикаторам, населяющим прибрежные воды нашего города.

Глава II. Практическая часть.

2.1. Отбор проб воды.

Изучив теорию, мы приступили к выполнению практической части. Для определения видового и количественного состава микроводорослей мы выбрали три точки: 1 - пляжная зона поселка Волчанец, что находится в 20 километрах от г. Находки (залив Восток), 2- морское побережье района городского автовокзала, и 3- пляж в поселке Приисковый (залив Находка)(Приложение 2, карта). Пробы брали с интервалом в 7-10 дней. Было отобрано 12 проб, по 4 в каждой точке. Забор воды производили либо с пирса (Приисковый), либо заходили в воду по колено и дальше. Все пробы этикетировали с указанием места и времени забора образцов. (Приложение 2, фото1).

2.2.Изучение свежих проб воды под микроскопом.

Воду из свежих проб начинали сразу изучать, все водоросли были живые. В данном случае можно было посмотреть движение микроводорослей и идентифицировать некоторые виды, пользуясь специальными определителями. Собранный материал предварительно просматривали под микроскопом в живом состоянии в день сбора, чтобы отметить качественное состояние водорослей до наступления изменений, вызванных хранением живого материала или фиксацией проб ( разрушение клеток, колоний, потеря жгутиков и подвижности и т. д.) Через цифровой микроскоп мы сделали фото и видео живых водорослей (Приложение 5).Определение видового состава водорослей проводилось на микроскопе MicrоLife – 12 и бинокуляре Leica BF 200 под увеличением: 10Х и 20Х.

. Приготовление фиксированных проб (по Утермелю).

Для этого в воду из другой бутылки добавили 5 мл аптечного йода, чтобы зафиксировать микроводоросли. Эту бутылку поместили в темное место на неделю, чтобы водоросли осели на дно. Через неделю, с помощью специальных пипеток, осторожно отобрали воду с поверхности, стараясь её не взбалтывать и не касаясь пипеткой дна. В итоге осталось 1 см от дна. Аккуратно перемешали получившуюся пробу и перелили в емкость меньшего размера. У нас получилась концентрированная проба фитопланктона, с которой мы проводили дальнейшие исследования.

2.4. Изучение фиксированных проб микроводорослей (идентификация и подсчет).

Прежде чем изучать полученную нами пробу фитопланктона, её нужно правильно перемешать, чтобы все клетки микроводорослей, которые там присутствуют, распределились по пробе равномерно. После этого мы заполняли камеру просчета, которую сделали самостоятельно (позже использовали для просчета камеру “Седвик - Рафтер”), пробой и изучали под микроскопом. (Приложение 3, фото 4-5). Пробы брали в количестве 1 мл. Изучали состав микроводорослей, определяли обнаруженные клетки с помощью специальных определителей и атласов. По системе оценки обилия фитопланктона (шкала Стармаха) определили преобладающие виды. Сделали иллюстрированные списки водорослей.

Шкала Стармаха

1 – очень редко, водоросли присутствуют не в каждой пробе.

2 – единично, 1-6 экземпляров в пробе.

3 – мало, 7-16 экземпляров в пробе.

4 – порядочно (среднее) – 17-30 экземпляров в пробе.

5 – много, 31-50 экземпляров в пробе.

6 – очень много, абсолютное преобладание, более 50 экземпляров в пробе

Результаты занесли в таблицы (Приложение 1)

2.6. По результатам сравнения данных таблиц можно сделать следующие выводы:

На всех трёх участках преобладающим является отдел Bacillariophytа, представители которого доминируют во всех проведенных исследованиях. (Приложение 4, диаграмма 2)

На первом участке (п. Волчанец) значительное видовое преобладание микроводорослей. ( 21 вид диатомовых водорослей, 5 видов динофитовых, 2 вида хризофитовых и 1 род криптофитовых) (Приложение 4, диаграмма 1)

На втором участке (п. Приисковый) встретилось всего 11 видов диатомовых водорослей и криптофитовые водоросли, а другие группы вообще не попадались)

Такая же картина наблюдалась и на третьем участке (район автовокзала г. Находка). Было обнаружено только 12 видов диатомовых водорослей и криптофитовые.

Исходя из полученных данных, мы можем увидеть, что в пробах воды, взятых в районе пляжа п. Волчанец, на протяжении всего периода исследования в массе развивались криптофитовые водоросли, которые являются индикатором распреснения воды. Если посмотреть на карту, то мы увидим, что в районе места отбора проб есть источник поступления пресной воды – река Волчанка. Следовательно, с поступлением пресной речной воды мы можем наблюдать распреснение всей акватории. Также в этом районе преобладала Skeletonemacostatum, этот вид является индикатором эвтрофирования акватории. Скорее всего, это можно объяснить наличием большого количества баз отдыха, расположенных на незначительном (10-15 метров) расстоянии от воды. Возможно, прошедший незадолго до нашего исследования тайфун Лайнрок тоже внес свою лепту, так как прибрежные постройки сильно пострадали, многие были просто смыты в море вместе с органическими отходами. Также на данной точке отбора проб преобладали диатомовые водоросли Pseudo-nitzschia seriata, и Chaetoceros decipiens – все эти виды являются типичными для осеннего комплекса микроводорослей.

Численность микроводорослей и их видовое разнообразие в районе пляжа п. Приисковый было значительно ниже, чем в районе пляжа п. Волчанец. По нашему мнению, это обусловлено схемой течений в заливе. Если сравнить пляж в районе п. Волчанец, то он находится в кутовой части залива, то и видовое разнообразие микроводорослей в данной точке выше. В то же время, точка отбора проб в районе пляжа Приисковый находится на входе в залив, из чего можно сделать вывод, что в таких открытых местах видовое разнообразие микроводорослей ниже. Вероятно, еще сказалось отсутствие дополнительных источников поступления питательных веществ.

Что касается точки отбора проб в районе автовокзала г. Находка – картина схожа с точкой в районе п. Приисковый. Однако, географическое положение этих двух точек сильно различно. Можно предположить, что такое скудное видовое разнообразие так же связано со схемой течений. Но однозначно утверждать это нельзя, так как для таких выводов требуется более длительный период наблюдений. Но, если рассмотреть наличие в данной точке загрязнений нефтепродуктами от стоящих судов, то можно предположить, что из-за этого большинство видов микроводорослей не могут там размножаться, они не в состоянии противостоять агрессивному загрязнению. Какое это загрязнение и насколько опасно для микробиоты, можно выяснить при более детальных исследованиях с использованием гидрохимических методов.

Заключение.

Проделав данную работу, мы на 100% подтвердили свою гипотезу. На самом деле, видовой состав и численность микроводорослей напрямую зависит от состояния водной экосистемы, поэтому их можно использовать в качестве биоиндикаторов водной среды.

Выводы:

На исследуемых нами участках видовой состав и численность водорослей неоднородны.

По нашим наблюдениям на численность и видовой состав морских микроводорослей влияют многие факторы: распреснение водоёмов, наличие источников биогенных веществ, наличие агрессивных загрязнений, течения, географическое положение.

Для того чтобы точнее говорить о тех или иных причинах, необходимо более длительное и детальное исследование, с использованием дополнительных методов.

По нашему мнению, такие исследования очень эффективны, так как дают достаточно полную оценку результатов многих природных и антропогенных процессов, протекающих в водной среде. К тому же, это достаточно дешёвый и доступный метод биоиндикации и его можно широко использовать для мониторинга состояния водоёмов.

Список литературы:

Научные статьи: (из интернет-ресурсов)

Э. И. Мирненко, Н. С. Захаренкова

Тенденции в изучении водорослей – индикаторов морской среды. – 2016г.

АА. Бегун. Биоиндикация состояния морской среды по диатомовым водорослям эпифитона макрофитов (Залив Петра Великого, Японское море) – 2012г.

Кузьминова Н.С., Руднева И.И. Влияние сточных вод на морские водоросли. – 2005г.

Атласы-определители:

Г.В.Коновалова, Т.Ю.Орлова, Л.А.Паутова. Атлас фитопланктона Японского моря.

Manal Al-Kandari , Dr. Faiza Y. Al-Yamani , Kholood Al-Rifaie

Marine Phytoplankton Atlas of Kuwait’s Waters.

Carmelo R.Tomas. Identifiying Marine Diatoms and Dinoflagellates.

Mona Hoppenrath. Marine phytoplankton.

Интернет-ресурсы:

https://travelask.ru/blog/posts/9008

https://ru.wikipedia.org/wiki

http://algology.ru/758

Приложение

https://docs.google.com/presentation/d/1OZoQszw0WYujH0IKuIxcjFJF5WTD-OdLSie6iI0BQoQ/edit?usp=sharing

Приложение 1

Таблица №1. Численность микроводорослей в районе пляжа п. Волчанец.

Вид

Численность

04.10

18.10

25.10.

10.11.

Bacillariophyta

Pseudonitzschia seriata

5

5

4

4

Nitzschia longissima

4

3

3

3

Cylindrotheca closterium

3

3

3

2

Skeletonema costatum

5

4

3

3

Rhizosolenia setigera

3

3

3

2

Thalassiotrix sp.

4

4

3

3

Odontella sp.

3

3

2

2

Guinardia striata

3

3

2

2

Asterionella glasialis

3

2

2

2

Detonula pumila

3

3

2

2

Navicula directa

3

3

3

3

Thalassionema nitzshioides

4

3

3

2

Chaetoceros decipiens

5

5

4

3

Chaetoceros debilis

4

3

3

2

Chaetoceros protuberans

3

2

2

2

Chaetoceros peruvianus

2

2

1

1

Diploneis smithii

2

1

2

1

Hemiaulus hauckii

2

2

1

1

Hemiaulus cf. Sinensis

3

2

1

1

Arachnoidiscus ehrebergii

1

-

-

-

Licmophora abbreviatа

3

3

1

1

Dinophyta

Ceratium tripos

2

2

1

1

Protoperidinium claudicans

3

2

1

1

Dinophysis fortii

3

3

2

2

Gyrodinium fusiforme

2

2

1

1

Ceratium fusus

2

2

1

1

Chrysophyta

Octactis octonaria

2

2

2

1

Dictyocha fibula

2

1

1

1

Cryptophyta

Plagioselmis sp.

5

5

4

4

Таблица №2.

Численность микроводорослей в районе пляжа п. Приисковый

Вид

Численность

07.10

28.10

10.11.

20.11.

Bacillariophyta

Pseudonitzschia seriata

5

4

4

4

Nitzschia longissima

4

3

3

3

Cylindrotheca closterium

3

3

3

2

Skeletonema costatum

3

2

2

3

Rhizosolenia setigera

3

3

3

2

Thalassiotrix sp.

4

4

2

2

Rhizosolenia setigera

3

3

3

2

Chaetoceros decipiens

2

3

3

2

Thalassionema nitzshioides

2

3

3

3

Guinardia striata

2

3

2

1

Licmophora abbreviatа

3

2

2

2

Cryptophyta

Plagioselmis sp.

4

4

3

4

Таблица №3.

Численность микроводорослей в районе автовокзала г. Находка.

Вид

Численность

11.10

20.10

05.11.

16.11.

Bacillariophyta

Pseudonitzschia seriata

5

4

3

4

Nitzschia longissima

4

3

3

3

Cylindrotheca closterium

4

4

3

3

Skeletonema costatum

4

3

3

2

Asterionella glasialis

2

3

2

2

Thalassiotrix sp.

4

4

2

2

Navicula directa

3

2

3

2

Chaetoceros decipiens

2

3

3

2

Thalassionema nitzshioides

2

3

3

3

Guinardia striata

3

3

2

1

Licmophora abbreviatа

3

2

2

2

Detonula pumila

2

3

2

1

Cryptophyta

Plagioselmis sp.

3

2

2

2

Просмотров работы: 29