Chlorella vulgaris

«ВЕРТИКАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КАРОТИНОИДОВ
ФОТОТРОФНЫХ ОРГАНИЗМОВ В ВЕРХНИХ СЛОЯХ ДОННЫХ
ОТЛОЖЕНИЙ ОЗЕРА ШИРА»
Гребенщикова А.С.
Научный руководитель: Рогозин Д.Ю.
ВВЕДЕНИЕ
Соленость, г/л
Хемоклин
Н2S
Монимолимнион
Глубина, м
Миксолимнион
Фотосинтетические пигменты – каротиноиды, захороненные в донных отложениях
являются индикаторами видового состава, биомассы и продуктивности различных
видов фототрофных организмов, соответствовавших времени отложения седиментов
Слоистая структура седиментов сохраняется наилучшим образом именно в
меромиктических озерах, благодаря устойчивой стратификации, анаэробиозу и низкой
температуре в придонных областях
2
ОЗЕРО ШИРА
Меромиктическое
состояние
длина 9,3 км
ширина 5,3 км
глубина 24 м
Фототрофные
серные бактерии
соленость:
миксолимнион 15 г/л
монимолимнион 19 г/л
положение хемоклина варьирует по
сезоннам в интервале глубин 11-16 м
Фотосинтетические
пигменты
концентрация сероводорода:
монимолимнион 15-30 мг /л
3
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
• Выявить наличие и состав каротиноидов, захороненных в донных
отложениях оз. Шира различного возраста, и оценить характер
стратификации озера в прошлом по наличию специфических
каротиноидов
4
ЗАДАЧИ
1.
Выделить каротиноиды из чистых культур пурпурных серных
бактерий Thiocapsa sp.Shira_1 (AJ633676), неидентифицированного
штамма зеленых серных бактерий, а также из зеленой водоросли
Chlorella vulgaris
2.
Очистить выделенные каротиноиды и использовать их в качестве
стандартов для калибровки хроматографа
3.
Оценить концентрации различных каротиноидов в верхних 40 см
донных отложений оз. Шира с интервалом 2-5 см по глубине
5
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
для выделения каротиноидов
использовались чистые культуры:
анализы каротиноидов проводились
для керна глубиной 0.4 м:
штамма пурпурных
серных бактерий
Thiocapsa sp. Shira_1
неидентифицированного
штамма зеленых серных
бактерий
керн донных отложений
был отобран в 2010 г. в
центральной наиболее
глубокой части (24 м)
озера Шира
зеленой водоросли
Chlorella vulgaris
6
ДАТИРОВКА КЕРНА
Институт геологии и минералогии
им. Соболева (Новосибирск)
Возраст интервалов оценивался по подсчету
индивидуальных слоев
годичная природа подтверждена положением 137Cs
Границы слоев определялись визуально и по
характерным пикам содержаний Sr, Br и др.,
сканирующий элементный анализ керна in situ рентгенфлуоресцентным методом на синхротронном излучении
Контроль возраста и скорости осадконакопления
производился по радиоуглеродным датам
665,1310 и 2450 лет, г. Познань, Польша
Средняя скорость осадконакопления составила:
для верхних интервалов керна – около 1.9 - 2 мм год-1 ,
для нижних – 0.5-0.65 год-1
Погрешность определения возраста составила:
до губины 13 см – порядка 5 лет,
для более глубоких слоев – порядка 10 лет
7
МЕТОДЫ
1)
Экстракцию пигментов из чистых культур и донных отложений проводили
в смеси диметилового эфира и гексана
2)
Очистку проводили методом тонкослойной восходящей хроматографии на
силикагелевой пластинке в смеси ацетона с гексаном
3)
Спектры поглощения пигментов измерялись в ацетоне на двухлучевом
спектрофотометре Uvikon double beam uv/vis spectrophotometer 943
4)
Количественный анализ природных образцов и идентификацию пигментов
осуществляли с помощью высокоэффективного жидкостного хроматографа
Agilent Technologies 1200
8
СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ КАРОТИНОИДОВ ПУРПУРНЫХ СЕРНЫХ
БАКТЕРИЙ, ЗЕЛЕНЫХ СЕРНЫХ БАКТЕРИЙ И ЗЕЛЕНОЙ ВОДОРОСЛИ
CHLORELLA VULGARIS
Каротиноид окенон
Каротиноид хлоробактин
Каротиноид лютеин
9
ВЭЖХ-ХРОМАТОГРАММА
экстракта каротиноидов,
выделенных из верхнего слоя
(0-5 см) донных отложений
центральной части оз. Шира
1 – Аллоксантин
2 – Лороксантин
3 – Лютеин
4 – Зеаксантин
5 – Окенон, транс6 – Окенон, цис-
Лороксантин
База данных LipidBank (http://lipidbank.jp)
10
В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ БЫЛИ ВЫЯВЛЕНЫ СЛЕДУЮЩИЕ
КАРОТИНОИДЫ:
Аллоксантин – пигмент криптофитвых водорослей и некоторых рыб
обнаружен во всех слоях донных отложений
Лороксантин – зеленые водоросли (Botryococcus braunii, Chlorella vulgaris)
Botryococcus braunii является типичным представителем фитоплактона оз. Шира
Лютеин – основной пигмент водорослей и высших растений
зеленые водоросли присутствуют в фитопланктоне исследуемого озера
Зеаксантин – пигмент цианобактерий
цианобактерии постоянно присутствуют в фитопланктоне
Изоренирантин – зеленые серные бактерии
численность бактерий в настоящее время в озере исчезающе мала
Окенон – пурпурные серные бактерии
присутствие окенон-содержащих видов ПСБ характерно для озера Шира и описано в ряде работ
11
КОНЦЕНТРАЦИЯ КАРОТИНОИДОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ
ОЗ.ШИРА
12
ВЫВОДЫ
1. В исследованных слоях донных отложений обнаружены каротиноиды
фототрофных организмов, характерных для озера Шира. Вертикальные
распределения каротиноидов неравномерны, что указывает на
изменяющиеся условия развития фототрофных организмов, захоронения
их остатков и сохранности каротиноидов в донных отложениях
2. В некоторых слоях в наибольшем количестве присутствует
специфический пигмент пурпурных серных бактерий – окенон, его
присутствие указывает на то, что во время формирования этих слоев
озеро имело меромиктический режим перемешивания и условия
благоприятные для развития пурпурных серных бактерий
3. Наличие каротиноидов фототрофных серных бактерий свидетельствует
о присутствии сероводорода в фотической зоне озера в последние 400
лет, что указывает на стратификацию водной толщи в этот период
13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
•
Таким образом, оз. Шира является перспективным объектом для
дальнейших палеолимнологических исследований. Более детальный
анализ концентраций каротиноидов в сочетании с прочими
палеолимнологическими индикаторами в более глубоких кернах
позволит реконструировать динамику уровня озера, а следовательно –
влажности климата в данной местности на протяжении нескольких
сотен и тысяч лет в прошлом
•
Необходимым инструментом для выявления зависимости
гидрологического режима от уровня воды являются математические
модели, способные описывать сезонную циркуляцию водной толщи при
различных метеорологических сценариях
14
Особая благодарность Е.Г. Струковой
за помощь при хроматографических анализах
Работа выполнена при поддержке:
- РФФИ
- Междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 95
- Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биологическое разнообразие»
- ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»
- Совместного проекта СО РАН и Академии наук Тайваня
15