Стратегии акклимации черноморской диатомовой водоросли Ditylum brightwellii к высокой интенсивности света

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В клетках культуры крупной диатомовой водоросли Ditylum brightwellii (T. West) Grunow, акклимированной к слабому свету (17 мкмоль фотонов/(м2 × с)), многочисленные хлоропласты были равномерно распределены по всей цитоплазме. Через 10 мин нахождения водорослей при экстремально высокой освещенности (1100 мкмоль фотонов/(м2 × с)) наблюдали постепенное формирование их агрегатов в центре клетки, которое продолжалось до конца 2-часового периода экспозиции. В процессе кратковременной фотоакклимации к интенсивностям света 510–935 мкмоль фотонов/(м2 × с) агрегирование хлоропластов отмечено в течение 20–60 мин, далее выявлено их обратное движение и равномерное распределение в цитоплазме через 120 мин. В условиях более длительного пребывания культуры при интенсивности света 1100 мкмоль фотонов/(м2 × с) водоросли сохраняли свою жизнеспособность только в течение 6 ч. Долговременная фотоакклимация данного вида, завершившаяся к концу 2-х суток, выявлена при ослаблении света в ~2 раза. Она выражалась в увеличении объема клеток и отношения С/Хл а, усилении агрегирования хлоропластов в центре клетки и снижении целого ряда флуоресцентных параметров, отражающих эффективность работы фотосистемы II и жизнеспособность культуры.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. В. Стельмах

Федеральный исследовательский центр “Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: lustelm@mail.ru
Россия, Севастополь

О. С. Алатарцева

Федеральный исследовательский центр “Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского Российской академии наук

Email: lustelm@mail.ru
Россия, Севастополь

Список литературы

  1. Бергер В.Я., Митяев М.В., Сухотин А.А. 2016. Опыт использования метода мокрого сжигания для определения концентрации взвешенных органических веществ в морской воде // Океанология. Т. 56. № 2. С. 328. https://doi.org/10.7868/S0030157416020015
  2. Брянцева Ю.В., Лях А.М., Сергеева А.В. 2005. Расчет объемов и площадей поверхности одноклеточных водорослей Черного моря. Севастополь. (Препринт НАН Украины, Институт биологии южных морей).
  3. Кубряков А.А., Белокопытов В.Н., Зацепин А.Г. и др. 2019. Изменчивость толщины перемешанного слоя в Черном море и ее связь с динамикой вод и атмосферным воздействием // Морск. гидрофиз. журн. Т. 35. № 5. С. 449. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-5-4
  4. Маторин Д.Н., Тодоренко Д.А., Воронов Д.А. и др. 2022.Особенности распределения и состояния фитопланктона на разных глубинах в озере Кисло-Сладкое Белого моря // Вестн. Москов. ун-та. Сер. 16. Биология. Т. 77. № 3. C. 180.
  5. Стельмах Л.В., Бабич И.И., Тугрул С. и др. 2009. Скорость роста фитопланктона и его выедание зоопланктоном в западной части Черного моря в осенний период // Океанология. Т. 49. № 1. С. 90.
  6. Стельмах Л.В., Мансурова И.М. 2017. Унимодальная зависимость скорости роста от объема клеток в культурах черноморских видов микроводорослей // Вопр. современ. альгологии. № 1(13). http://algology.ru/1101
  7. Стельмах Л.В. 2022. Особенности структурных и функциональных характеристик диатомовой водоросли Pseudosolenia alcar-avis // Биология внутр. вод. № 3. С. 300. https://doi.org/10.31857/S0320965222030184
  8. Стельмах Л.В. 2023. Влияние абиотических факторов на структурные и функциональные характеристики диатомовой водоросли Сerataulina pelagicа (Сleve) Hendey // Биология внутр. вод. № 2. С.174. https://doi.org/10.31857/S0320965223020237
  9. Финенко З.З., Крупаткина Д.К. 1993. Первичная продукция в Черном море в зимне-весенний период // Океанология. Т. 32. № 1. С. 97.
  10. Шоман Н.Ю. 2015. Динамика внутриклеточного содержания углерода, азота и хлорофилла a в условиях накопительного роста диатомовой водоросли Phaeodactylum tricornutum (Bohlin, 1897) при разной интенсивности света // Биология моря. Т. 41. № 5. С. 324. http://elibrary.ru/item.asp?id=24862972
  11. Akimov A.I., Solomonova E.S. 2019. Characteristics of growth and fluorescence of certain types of algae during acclimation to different temperatures under culture conditions // Oceanology. V. 59. Iss. 3. P. 316. https://doi.org/10.1134/S0001437019030019
  12. Bouman H.A., Platt T., Doblin et al. 2018. Photosynthesis–irradiance parameters of marine phytoplankton: synthesis of a global data set // Earth Syst. Sci. Data. V. 10. P. 251.
  13. Brunet C., Johnsen G.., Lavaud J., Roy S. 2011. Pigments and photoacclimation processes // Phytoplankton Pigments. Cambridge: Cambridge Univ. Press. https://doi.org/:10.1017/CBO9780511732263.017
  14. Chen S.T., Li C.W. 1991. Relationships between the movements of chloroplasts and cytoskeletons in diatoms // Bot. Mar. V. 34. P. 505. https://doi.org/10.1515/botm.1991.34.6.505
  15. Finkel Z.V. 2001. Light absorption and size scaling of light-limited metabolism in marine diatoms // Limnol., Oceanogr. V. 46. P. 86.
  16. Fujiki T., Taguchi S. 2002. Variability in chlorophyll a specific absorption coefficient in marine phytoplankton as a function of cell size and irradiance // J. Plankton Res. V. 24. № 9. P. 859.
  17. Furukawa T., Watanabe M., Shihira-Ishikawa I. 1998. Greenand bluelight-mediated chloroplast migration in the centric diatom Pleurosira laevis // Protoplasma. V. 203. P. 214. https://doi.org/10.1007/BF01279479
  18. Goessling J.W., Cartaxana P., Kühl M. 2016. Photo-protection in the centric diatom Coscinodiscus granii is not controlled by chloroplast high-light avoidance movement // Front. Mar. Sci. V. 2. P. 115. https://doi.org/10.3389/fmars.2015.00115
  19. Guillard R.R.L., Ryther J.H. 1962. Studies of marine planktonic diatoms. I. Cyclotella nana Hustedt and Detonula confervacea Cleve // Can. J. Microbiol. V. 8. P. 229.
  20. Kiefer D.A. 1973. Chlorophyll a fluorescence in marine centric diatoms: responses of chloroplasts to light and nutrient stress // Mar. Biol. V. 23. P. 39.
  21. Kvíderová J., Lukavský J. 2003. The cultivation of Phaeodactylum tricornutum in crossed gradients of temperature and light // Algol. Stud. V. 110(1). P. 67. https://doi.org/10.1127/1864-1318/2003/0110-0067
  22. Larkum A.W., Vesk M. 2003. Algal plastids: Their fine structure and properties // Photosynthesis in Algae. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ. P. 11. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1038-2_2
  23. MacIntyre H.L., Kana T.M., Anning J., Geider R. 2002. Photoacclimation of photosynthesis irradiance response curves and photosynthetic pigments in microalgae and cyanobacteria // J. Phycol. V. 38. P. 17.
  24. Mann D.G. 1999. The species concept in diatoms // Phycologia. V. 38. Iss. 6. P. 437. https://doi.org/10.2216/i0031-8884-38-6-437.1
  25. Mikaelyan A.S., Kubryakov A.A., Silkin V.A. et al. 2018. Regional climate and patterns of phytoplankton annual succession in the open waters of the Black Sea // Deep Sea Res. Pt. I. V. 142. P. 44. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2018.08.00
  26. Moncheva S., Gotsis-Skretas O., Pagou K. et al. 2001. Phytoplankton blooms in Black Sea and Mediterranean coastal ecosystems subjected to anthropogenic eutrophication: similarities and differences // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. V. 53. P. 281. https://doi.org/10.1006/ecss.2001.0767
  27. Oguz T., Gilbert D. 2007. Abrupt transitions of the top-down controlled Black Sea pelagic ecosystem during 1960–2000: Evidence for regime-shifts under strong fishery exploitation and nutrient enrichment modulated by climate-induced variations // Deep Sea Res. Pt. I. V. 54. P. 220. http://dx.doi.org/10.1016/j.dsr.2006.09.010
  28. Protocols for the Joint Global Ocean Flux Study (JGOFS) Core Measurements. JGOFS Report Nr. 19, vi + 170 pp. Reprint of the IOC Manuals and Guides No. 29. UNESCO. 1994. https://hdl.handle.net/11329/220
  29. Raven J.A. 2011. The cost of photoinhibition // Physiol. Plant. V. 142. P. 87. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2011.01465.x
  30. Raven J.A., Geider R.J. 2003. Adaptation, acclimation and regulation in algal photosynthesis // Photosynthesis of Algae. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ. P. 385.
  31. Silkin V., Fedorov A., Flynn K.J. et al. 2021. Protoplasmic streaming of chloroplasts enables rapid photoacclimation in large diatoms // J. Plankton Res. V. 43. Iss. 6. P. 831. https://doi.org/10.1093/plankt/fbab071
  32. Smetacek V. 1999. Diatoms and the ocean carbon cycle // Protist. V. 150. Iss. 1. P. 25. https://doi.org/10.1016/S1434-4610(99)70006-4
  33. Stelmakh L., Kovrigina N., Gorbunova T. 2023. Phytoplankton seasonal dynamics under conditions of climate change and anthropogenic pollution in the western coastal waters of the Black Sea (Sevastopol Region) // J. Mar. Sci. Eng. V. 11. P. 569. https://doi.org/ 10.3390/jmse11030569
  34. Stelmakh L., Georgieva E. 2014. Microzooplankton: the trophic role and involvement in the phytoplankton loss and bloom-formation in the Black Sea // Turkish J. Fish and Aquat. Sci. V. 14. P. 955. www.trjfas.org ISSN 1303-2712. https://doi.org/10.4194/1303-2712-v14_4_15
  35. Torres M.A., Ritchie R.J., McC-Lilley R. et al. 2014. Measurement of photosynthesis and photosynthetic efficiency in two diatoms. New Zea // J. Bot. V. 52. P. 6. https://doi.org/10.1080/0028825X.2013.831917
  36. Treguer P.J., De La Rocha C.L. 2013. The world ocean silica cycle // Ann. Rev. Mar. Sci. V. 5. P. 477. https://doi.org/10.1146/annurev-marine-121211-172346
  37. Yunev O.A., Carstensen J., Stelmakh L.V. et al. 2021. Reconsideration of the phytoplankton seasonality in the open Black Sea // Limnol., Oceanogr. Letters. V. 6. P. 51. https://doi.org/10.1002/lol2.10178
  38. Yunev O., Carstensen J., Stelmakh L. et al. 2022. Temporal changes of phytoplankton biomass in the western Black Sea shelf waters: Evaluation by satellite data (1998–2018) // Estuarine, Coastal and Shelf Science. P. 271. Article no. 107865. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2022.107865
  39. Wilhelm C., Jungandreas A., Jakob T. et al. 2014. Light acclimation in diatoms: from phenomenology to mechanisms // Mar. Genomics. V. 16. P. 5. https://doi.org/10.1016/j.margen.2013.12.003

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость концентрации органического углерода (C) в культуре Ditylum brightwellii от оптической плотности суспензии ее клеток (ОD750) на длине волны 750 нм.

Скачать (53KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Клетки Ditylum brightwellii в световом микроскопе: а – распределение хлоропластов в клетках культуры, акклимированной к низкой интенсивности света (17 мкмоль фотонов/м2 × с)), б – начало агрегирования хлоропластов при 1100 мкмоль фотонов/(м2 × с) через 10 мин экспозиции, в – максимальное агрегирование хлоропластов при интенсивности света 935 мкмоль фотонов/м2 × с через 40 мин экспозиции, г – обратное движение хлоропластов через 50 мин экспозиции при 935 мкмоль фотонов/(м2 × с).

Скачать (238KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Временная изменчивость степени агрегирования хлоропластов в клетках Ditylum brightwellii при различных интенсивностях света: а – 1100 мкмоль фотонов/(м2·с) (1) и 935 мкмоль фотонов/(м2 × с) (2); б – 765 мкмоль фотонов/(м2 × с) (1) и 510 мкмоль фотонов/(м2 × с) (2). Значения на графиках – среднее арифметическое ± стандартное отклонение.

Скачать (97KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Временная динамика структурных и функциональных параметров Ditylum brightwellii при интенсивностях света 1100 мкмоль фотонов/(м2 × с) (1) и 510 мкмоль фотонов/(м2 × с) (2): а – органический углерод, б – С/Хл а, в – Fv/Fm, г – ETRs, д – α, е – объем агрегатов хлоропластов (Vхл.). Значения на графиках – среднее арифметическое ± стандартное отклонение.

Скачать (269KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Временная изменчивость объема клеток V (а), площади их поверхности S (б) и удельной поверхности S/V (в) в культуре Ditylum brightwellii при интенсивностях света 1100 мкмоль фотонов/(м2 × с) (1) и 510 мкмоль фотонов/(м2 × с) (2). Значения на графиках – среднее арифметическое ± стандартное отклонение.

Скачать (116KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».