Структурно-функциональные характеристики бактериопланктона Карского моря
И наконец, необходимо отметить огромное влияние речного стока на экосистему Карского моря и весь Арктический бассейн в целом. Ежегодно в Карское море поступает более 220 млн. тонн содержащегося в речной воде взвешенного и растворенного органического вещества. Значительная его часть задерживается и осаждается в зоне маргинального фильтра, но около 60% растворенного органического вещества поступает… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Обзор литературы
- 1. 1. Физико-гидрологическая характеристика Карского моря
- 1. 1. 1. Общая характеристика водоема
- 1. 1. 2. Район Обской губы
- 1. 1. 3. Юго-западная часть Карского моря
- 1. 1. 4. Северная часть Карского моря
- 1. 2. История микробиологических исследований Карского моря
- 1. 3. Методические аспекты исследования структурно-функциональных характеристик бактериопланктона
- 1. 3. 1. Определение численности бактерий
- 1. 3. 2. Определение биомассы бактерий
- 1. 3. 3. Определение бактериальной продукции
- 1. 1. Физико-гидрологическая характеристика Карского моря
- 3. 1. Бактериопланктон Обской губы
- 3. 1. 1. Распределение обилия и продукции бактерий в области эстуария Оби и прилежащего шельфа осенью 2007 г
- 3. 1. 2. Распределение обилия бактерий в области эстуария Оби и прилежащего шельфа летом 2010 г
- 3. 1. 3. Распределение обилия бактерий в области эстуария Оби и прилежащего шельфа осенью 2010 г
- 3. 1. 4. Сезонные и межгодовые изменения структурных характеристик бактериопланктона в области эстуария Оби и прилежащего шельфа
- 3. 2. Бактериопланктон «бесстоковой» области Карского моря
- 3. 3. Бактериопланктон глубоководных желобов
- 3. 3. 1. Распределение обилия бактерий на разрезе вдоль желоба Св. Анны (2007 г.)
- 3. 3. 2. Распределение продукции бактериопланктона в южной части желоба Св. Анны (2007 г.)
- 3. 3. 3. Распределение обилия бактерий в глубоководных желобах в области континентального склона (2007 г.)
- 3. 4. Бактериопланктон придонного микрослоя
Структурно-функциональные характеристики бактериопланктона Карского моря (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Актуальность проблемы.
Начиная с 80-х годов XX века роль бактериопланктона в планктонных экосистемах была принципиально переосмыслена. Концепция микробной «петли», предложенная Агаш [Агаш е1 а1., 1983], предполагает, что значительная часть созданного фитопланктоном органического вещества усваивается бактериями и только потом, через гетеротрофных жгутиконосцев и инфузорий, включается в классическую пищевую цепь. Благодаря этому питательные вещества удерживаются в системе, даже если пик «цветения» фитопланктона по тем или иным причинам оказывается разобщен с массовым развитием его потребителей. Особенно важную роль микробная «петля» играет в полярных экосистемах, где в течение полугода недостаток света ограничивает развитие фитопланктона. В этом случае осмотрофные микроорганизмы, способные эффективно усваивать растворенное органическое вещество, становятся важнейшим звеном пищевой цепи.
Несмотря на неоспоримую важность микробного компонента экосистемы, данных по распределению и активности бактериопланктона в арктических морях России относительно мало ввиду труднодоступности большинства регионов и относительно короткого безледного периода. Карское море является частью Арктического бассейна и в его пределах представлены различные биотопы, на примере которых можно судить о разнообразии планктонных сообществ континентальных арктических морей. Принимая во внимание малоизученность микробных сообществ высокоширотных районов, Карское море можно рассматривать как удобный полигон для исследования бактериального населения континентальных арктических морей.
Арктические планктонные сообщества характеризуются цикличностью функционирования: пики продукции приурочены к сезонному «цветению» фитопланктона, которое, в свою очередь, связано с двумя факторами: доступностью света и выносом на поверхность обогащенных биогенными веществами вод (Биология океана, 1977; Раймонт, 1983]. Ледообразование вызывает осеннюю конвекцию вод, а его таяние — весеннюю стратификацию в поверхностном слое, что, в свою очередь, стимулирует развитие фитопланктона. В последние годы в связи с климатическими изменениями в арктических морях увеличивается продолжительность осеннего безледного периода. Какой компонент планктонного сообщества обеспечивает систему органическим веществом в это время — продолжающий развитие фитопланктон или, как и в зимний период, бактериальное сообщество — пока остается загадкой.
Еще одна важная особенность Карского моря — тот факт, что 90% его площади приходится на шельфовую зону [Петров, 1989]. Промышленное освоение шельфа, в первую очередь добыча нефти и газа, крупнейшие разведанные месторождения которых находятся на шельфе Карского моря, требует детальных экологических исследований.
И наконец, необходимо отметить огромное влияние речного стока на экосистему Карского моря и весь Арктический бассейн в целом. Ежегодно в Карское море поступает более 220 млн. тонн содержащегося в речной воде взвешенного и растворенного органического вещества. Значительная его часть задерживается и осаждается в зоне маргинального фильтра, но около 60% растворенного органического вещества поступает в воды Арктического бассейна [ЫгсЪе е1 а1., 2006]. Поскольку Карское море принимает около 40% всего речного стока в Арктический бассейн, а на мелководный шельф приходится примерно 90% площади моря, этот водоем является наиболее интересным объектом для изучения роли бактерий в разложении аллохтонного (в частности, терригенного) и автохтонного вещества на арктическом шельфе.
Данная работа посвящена изучению планктонного микробного сообщества морей арктического шельфа на примере Карского моря. Основной целью работы являлся анализ структурных и функциональных характеристик бактериопланктона Карского моря на примере трех районов, принципиально различающихся по гидрологическим характеристикам и включающих основные типы биотопов планктонных организмов в этом бассейне. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Определение численности, морфологического и размерного состава бактериопланктона пелагических биотопов разного типа.
2. Оценка продукционных параметров бактериопланктона Карского моря.
3. Выявление факторов среды, влияющих на распределение бактериопланктона.
4. Оценка соотношения продукционно-деструкционных показателей автотрофных компонентов экосистемы и бактериопланктона для разных районов Карского моря.
Научная новизна.
Настоящая работа — первое комплексное исследование бактериопланктона Карского моря, подкрепленное детальными данными о гидрофизических и гидрохимических параметрах среды, а также оценкой состояния соседних звеньев пищевой цепи, проведенное в относительно короткий период времени во всех основных планктонных биотопах Карского моря.
Практическая значимость работы.
Данная работа дает фундаментальные представления о распределении и экологии бактериопланктона Карского моря в безледный период. Эти данные могут быть использованы в рутинном мониторинге для индикации воздействия внешних факторов естественной и антропогенной природы, а также для планирования мониторинговых исследований, исходя из разнообразия биотопов. Результаты могут быть использованы при подготовке учебных курсов по гидробиологии и микробиологии. Апробация работы.
Результаты работы были представлены на Всероссийской конференции с международным участием «Северные территории России. Проблемы и перспективы развития» (Архангельск, 2008 г.), Международной научной конференции «Природа шельфа и архипелагов Европейской Арктики» (Мурманск, 2008 г.), на школе Nordic Marine Academy «Экология морских микроорганизмов в Арктике: теория, факты и моделирование» (Лонгиир, 2008 г.), ученом совете Направления экологии морей и океанов ИО РАН, а также на коллоквиумах Лаборатории экологии планктона Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН (2010;2012гг.).
выводы.
Основные региональные различия в распределении бактериопланктона по акватории Карского моря связаны с верхним перемешанным слоем воды 0−20 (40) м. По структурно-функциональным характеристикам населяющего его микробного сообщества выделены:
Область эстуария оби и прилежащего шельфа с максимальными показателями обилия (до 3.3 млн.кл./мл) и активности (Р/В до 0.6 сут'1) бактериопланктона.
Шельфовая область с небольшой численностью бактериопланктона (56 — 290 тыс.кл./мл), и относительно высокой его активностью (Р/В 0.36 сут" 1).
Прибрежный район на западе бассейна, не подверженный влиянию речного стока, с высоким обилием бактериопланктона (до 820 тыс.кл./мл), но низкой его активностью (Р/В 0.18 сут" 1) Южный склон желоба Св. Анны с крайне низким обилием (23−43 тыс.кл./мл) и близкой к нулю активностью бактериопланктона. Область основного континентального арктического склона на севере бассейна с самым высоким для открытого моря обилием бактерий (до 600 тыс.кл./мл), одинаковым для западной и восточной частей моря.
В районе эстуария Оби и прилежащего шельфа в осенний период лишь 1/3 бактериальной продукции обеспечивается создаваемой в данный момент первичной продукцией. Недостаток новосинтезированного органического вещества компенсируется аллохтонным материалом, образующимся в результате разрушения пресноводного фитопланктона в области эстуарной фронтальной зоны.
В открытой части Карского моря даже в период низкой осенней активности фитопланктона потребности бактериопланктона в углероде в эвфотическом слое не превышают 40% величины первичной продукции.
Сезонные различия в показателях обилия бактериопланктона в районе Обского эстуария и прилежащего к нему шельфа в летне-осенний период составляют 2−3 разамежгодовые изменения могут достигать 5 раз.
В тонком придонном слое воды (10−15 см) при низких значениях мутности наблюдалось резкое увеличение обилия бактерий (в 2−4 раза) по сравнению с вышележащим слоем воды. При высоких показателях мутности, нарушающих устойчивость данного биотопа, подобного увеличения концентрации бактерий не наблюдалось.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Подводя итог, по количественным и функциональным характеристикам бактериопланктона в наиболее изменчивом верхнем перемешанном слое воды в Карском море можно выделить следующие области:
• Область эстуария Оби и прилежащего шельфа с максимальными показателями обилия (до 3.3 млн.кл./мл) и активности (Р/В до 0.6 сут" 1) бактериопланктона.
• Шельфовую область с небольшой численностью бактериопланктона (56 — 290 тыс.кл./мл), и относительно высокой его активностью (Р/В 0.36 сут" 1).
• Прибрежный район на западе бассейна, не подверженный влиянию речного стока, с высоким обилием бактериопланктона (до 820 тыс.кл./мл), но низкой его активностью (Р/В 0.18 сут" 1).
• Южный склон желоба Св. Анны с крайне низким обилием (23−43 тыс.кл./мл) и близкой к нулю активностью бактериопланктона.
• Область основного континентального арктического склона на севере бассейна с самым высоким для открытого моря обилием бактерий (до 600 тыс.кл./мл), одинаковым для западной и восточной частей моря.
Список литературы
- Беляев H.A., Пересыпкин В. И., Поняев М. С. Органический углерод воды взвеси и верхнего слоя донных осадков западной части Карского моря // Океанология. 2010. Т. 50. № 5. С.748−757
- Биология океана. Т.2. Биологическая продуктивность океана. М.: Наука. 1977. Ред. М.Е. Виноградов
- Бокова E.H. Количественное распределение бактерий в Баренцевом и Карском морях // Тр. ВНИРО. 1937. Т.4. Вып. 1. С. 18−28
- Буренков В.И., Васильков А. П. О влиянии материкового стока на пространственное распределение гидрологических характеристик вод Карского моря // Океанология. 1994. Т. 34. № 5. С.652−661
- Буренков В.И., Гольдин Ю. А., Кравчишина М. Д. Распределение концентрации взвеси в Карском море в сентябре 2010 г. по судовым и спутниковым данным // Океанология. 2010. Т. 50. № 5. С. 842−849
- Буткевич B.C. О бактериальном населении морских вод в высокоширотных арктических областях // Доклады АН СССР. 1938. Т. 19. № 8. С. 651−652
- Винберг Г. Г. Первичная продукция водоемов. Минск: Изд-во АН БССР, 1960. 329 с.
- Добровольский А.Д., Залогин Б. С. Моря СССР // Москва. Изд-во МГУ. 1982
- Заика В.Е. Сравнительная продуктивность гидробионтов // Киев: Наук. Думка. 1983. 208 с.
- Зацепин А.Г., Завьялов П. О., Кременецкий В. В., Поярков С. Г., Соловьев Д. М. Поверхностный опресненный слой в Карском море // Океанология. 2010а. Т. 50. № 5. С. 698−708
- Ъ.Зацепин А. Г., Морозов Е. Г., Демидов А. Н., Кондратов A.A., Корж А. О., Кременецкий В. В., Пака В. Т., Поярков С. Г., Соловьев Д. М. Циркуляция вод в юго-западной части Карского моря в сентябре 2007 г. // Океанология. 20 106. Т. 50. № 5. С. 683 697
- Иванов Г. И., Нещеретов A.B. Океанографические исследования желоба Святой Анны (Карское море) // Океанология. 1999. Т. 39. № 4. С. 504−514
- Исаченко Б.Л. Исследования над бактериями Северного Ледовитого океана // Труды Мурманской Научно-Промысловой Экспедиции 1906 года. 1914. Петроград: Типография Киршбаума.
- Исаченко Б.Л. Микробиологические исследования морей СССР (1917−1937) // Микробиология. 1937. Т. 6. Вып. 8. С. 964−982.
- Лисицын А.П. Маргинальный фильтр океанов // Океанология. 1994. Т. 34. № 5. С. 735−747
- Маккавеев П.Н. Карбонатная система вод и хлорофилл «а» / Оценка текущего фонового состояния и рыбохозяйственного значения экосистем Обской и Тазовской губ. Отчет по Договору с ФГУП «ВНИРО» № 17/10 от 02.07.2010. М.: 2010. С. 99−115
- Мицкевич И.Н., Намсараев Б. Б. Численность и распределение бактериопланктона в Карском море в сентябре 1993 г. // Океанология. 1994. Т. 34. № 5. С. 704−708
- Никифоров Е.Г., Панов В. В., Шпайхер А. О. Карское море // Океанографическая энциклопедия / Гидрометеоиздат. Ленинград. 1974. С. 222−225
- Отчет о работах в 54-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» / Изд. ИО РАН. Москва. 2007. 244 с.
- Оценка текущего фонового состояния и рыбохозяйственного значения экосистем Обской и Тазовской губ. Отчет по Договору с ФГУП «ВНИРО» № 17/10 от 02.07.2010. М.: 2010. 169 с.
- Петров B.C. Физико-географическая характеристика / Экология и биоресурсы Карского моря // Изд. Кольского научного центра АН СССР. Апатиты. 1989
- Русанов В.П., Васильев А. Н. Распространение речных вод в Карском море по данным гидрохимических определений // Тр. Аркт. и Антаркт. ин-та. 1976. Т. 323. С.188−196
- Степанов С.И. Особенности циркуляции вод Карского моря в навигационный период // Тр. Аркт. и Антаркт. ин-та. 1985. Т. 389. С.59−61
- Флинт М.В., Семенова Т. Н., Арашкевич Е. Г., Суханова И.Н, Гагарин В. И., Кременецкий В. В., Пивоваров М. А., Соловьев К. А. Структура зоопланктонных сообществ в области эстуарной фронтальной зоны реки Обь // Океанология. 2010. Т.50. № 5. С. 809−822
- Щербинин А.Д. Измеренные течения в проливе Карские Ворота / Опыт системных исследований в Арктике / ред. А. П. Лисицын и др. М.: Научный мир, 2001. С. 128−133
- Amon R.M.W., Meon B. The biogeochemistry of dissolved organic matter and nutrients in two large Arctic estuaries and potential implications for our understanding of the Arctic Ocean system // Marine Chemistry. 2004. V. 92. P. 311−330
- Azam F., Fenchel T., Field J.D., Gray J.S., Meyer-Reil L.A., Thingstad F. The ecological role of water-column microbes in the sea // Mar.Ecol.Progr.Ser. No 10. P. 257−263
- Bakken L.R., Olsen R.A. Buoyant densities and dry-matter contents of microorganisms: conversion of a measured bio volume into biomass // Appl. Environ. Microbiol. 1983. V. 45. № 4. P. 11 881 195
- Bjornsen P.K. Automatic determination of bacterioplankton biomass by Image Analysis // Appl. Environ. Microbiol. 1986. V. 51. № 6. P. l 199−1204
- Bjornsen P.K., Kuparinen JDetermination of bacterioplankton biomass, net production and growth efficiency in the Southern Ocean //Mar. Ecol. Progr. Ser. 1991. V. 71. P. 185−194
- Bowden W.B. Comparison of two direct-count techniques for enumerating aquatic bacteria // Appl.Environ.Microbiol. 1977. V.33. № 5. P. 1229−1232
- Bratbak G. Bacterial biovolume and biomass estimations // Appl.Environ.Microbiol. 1985. V. 49. № 6. P. 1488−1493
- Harms, I. H., Karcher M. J. Modeling the seasonal variability of circulation and hydrography in the Kara Sea // J. Geophys. Res. 1999. V. 104 (C6), P. 13 431- 13 448
- Heldal M., Norland S., Tumyr O. X-Ray Microanalytic method for measurement of dry matter and elemental content of individual bacteria// Appl. Environ. Microbiol. 1985. V. 50. № 5. P. 1251−1257
- Hoff K.A. Total and specific bacterial counts by simultaneous staining with DAPI and flourochrome-labeled antibodies //
- Handbook of methods in aquatic microbial ecology / Eds.: Kemp P.F. et al. Boca Raton, Fla.: Lewis Publishers. 1993. P. 149−154.
- Howard-Jones M.H., Frisher M.E., Verity P.G. Determining the physiological status of individual bacterial cell // Methods in microbiology. 2001. V.30. P. 175−206
- AS.Kamia E., Izumiyama S., Nishimura M., Mitchell J.G., Kogure K. Effects of Fixation and Storage on Flow Cytometric Analysis of Marine Bacteria // J. Oceanography. 2007. Vol. 63. P. 101−112
- Kepner R.L., Pratt J.R. Use of fluorochromes for direct enumeration ot total bacteria in environmental samples: past and present // Microbiological Rev. 1994. Vol. 58. No 4. P. 603−615
- Lee S., Fuhrman J.A. Relationships between biovolume and biomass of naturally derived marine bacterioplankton // Appl.Environ.Microbiol. 1987. V. 53. № 6. P. 1298−1303
- Loferer-Krofibacher M. Klima J., Psenner R. Determination of bacterial cell dry mass by transmission electron microscopy and densitometric image analysis // Appl. Environ. Microbiol. 1998. V. 64. № 2. P. 688−694
- McClimans, T.A., Johnson, D.R., Krosshavn M., King S.E. Transport processes in the Kara Sea // J. Geophys. Res. 2000. V. 105 (C6), P.14 121- 14 139
- Menden-Deuer S., Lessard E.J. Carbon to volume relationships for dinoflagellates, diatoms, and other protest plankton // Limnol. Oceanogr. 2000. V. 45. № 3. P. 569−579
- Porter, K.G., Feig, Y.S. The use of DAPI for identifying and counting aquatic microflora // Limnol.Oceanogr. 1980. Vol. 25. No. 5. P. 943 948
- Turley C.M., Hughes D.J. Effects of storage on direct estimates of bacterial numbers in preserved seawater // Deep Sea Res. 1992. V. 39. P.375−394
- Turley C.M., Hughes D.J. The effect of storage temperature on the enumeration of epiflourescence-detectable bacterial cells in preserved seawater// J.Mar.Biol.AssocUK. 1994. V. 74. P. 259−262
- Vadstein O., Olsen Y. Chemical composition and phosphate uptake kinetics of limnetic bacterial communities cultured in chemostats under phosphorus limitations // Limnol. Oceanogr. 1989. V. 34. № 5. P. 939−946
- Verity P., Robertson Ch.Y., Tronzo C.R. et al. Relationship between cell volume and the carbon and nitrogen content of marine photosynthetic nanoplankton // Limnol. Oceanogr., 1992. V. 37. № 7. P. 1434−1446
- Vosjan J.H., van Noort G.J. Enumerating nucleoid-visible marine bacterioplankton: bacterial abundance determined after storage of formalin fixed samples agrees with isopropanol rinsing method // Aquat.Microb.Ecol. 1998. Vol. 14. P. 149−154