Морфофизиологическая характеристика красной водоросли Palmaria palmata

Екатерина Добычина

Морфофизиологическая характеристика красной водоросли Palmaria palmata

Целью данной работы являлся анализ сезонных изменений физиологического состояния и особенностей жизненного цикла красной водоросли Palmaria palmata на Мурманском побережье Баренцева моря. В ходе работы было выявлено, что в течение года у P. palmata поддерживается высокая активность антиоксидантных ферментов, и интенсивность физиологических процессов определяется температурой и освещенностью. Данные факторы оказывают влияние на размножение и развитие макрофита, количественное распределение фотосинтетических пигментов и компонентов антиоксидантной системы аккумуляцию и расход запасных веществ, а также витаминов. В дальнейшем, полученные данные могут быть применены при культивировании водоросли на побережьях Баренцева и Белого морей.

Биология

Дипломы

Вуз: Мурманский государственный технический университет

ID: 5ea2f43aca23590001c7f385

UUID: cf52f820-6863-0138-3223-0242ac180006

Язык: Русский

Опубликовано: больше 4 лет назад

Просмотры: 655

31.3

Екатерина Добычина

Мурманский государственный технический университет

Комментировать 15

Рецензировать 2

Скачать - 1,3 МБ

Поделиться работой

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Естественно-технологический институт Кафедра Биологии и водных биоресурсов ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА Морфофизиологическая характеристика красной водоросли Palmaria palmata на Мурманском побережье Баренцева моря Выполнила: обучающаяся 4 курса группы Б (б)4 ЕТИ МГТУ Добычина Е.О. Направление подготовки: 06.03.01 Биология Направленность (профиль) Морская биология Научный руководитель: к.б.н., ст.научный сотрудник ММБИ КНЦ РАН ___________________И.В. Рыжик Зав. выпускающей кафедрой Биологии и водных биоресурсов К защите допускаю____________________Е.В. Шошина МГТУ 2019

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ……………...………...…..………………….……………...……3 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ….…………....………………...…….....….….…….6 1.1. Систематическое положение Palmaria palmata…….……….....…….6 1.2. Строение таллома водоросли………………...………..….…….......…7 1.3. Жизненный цикл и особенности размножения Palmaria palmata......9 1.4. Физиологические характеристики Rhodophyta………....….…….....13 1.4.1. 1.4.2. 1.4.3. 1.5. 2. Использование Palmaria palmata……………………………….……19 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ………...………...…………………….…..….….21 2.1. Характеристика района отбора проб………………….…...…..….…21 2.2. Методы сбора и анализа данных………………….…………...….…23 2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.2.4. 3. Антиоксидантная система (ферментные и неферментные компоненты) Фотосинтетические пигменты Витамины.. Определение каталазы и супероксиддисмутазы Выделение фотосинтетических пигментов Определение качественного и количественного состава витаминов Определение сухого вещества РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ……………………………....………….29 3.1. Особенности строения и размножения Palmaria palmata…….….…29 3.2. Физиологическое состояние Palmaria palmata………………..……32 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3. 3.2.4. Компоненты антиоксидантной системы клеток водорослей Концентрация фотосинтетических пигментов Содержание витаминов Анализ содержания сухого вещества ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..…41 ВЫВОДЫ………………...……………...…………...……...………………...…43 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………...………………...……….……...…...44 2

ВВЕДЕНИЕ На Мурманском побережье Баренцева моря обитает 194 вида макрофитов, из них 75 - красные (Шошина, 2004). Один из представителей данного отдела Palmaria palmata (L.) O. Kuntze является массовым видом для побережья Баренцева моря, в том числе и Кольского залива. Биомасса на участках может составлять 1,7-15,3 кг/м2 (Семенов, 2014). Пальмария издавна употреблялась человеком в пищу в странах Северной Европы, таких как Ирландия, Швеция, Исландия. Там же разработана технология аквакультуры, и существуют небольшие экспериментальные аквакомплексы (Jaspars, Folmer, 2013). Водоросль культивируют в этих странах, так как P. palmata содержит в своем составе большое количество ценных веществ: витамины, микоспоринподобные аминокислоты, ее особенностью является богатство белком, макро- и микроэлементами (Кадникова, Селиванова, 2012). К сожалению, для нашего региона (и в России в целом) данный вид практически неизвестен большинству населения, в сравнении с ламинариевыми (Laminariaceae), несмотря на то, что макрофит может рассматриваться в качестве дополнительного источника биологически активных веществ (БАВ), повышающих адаптационные возможности организма к условиям Крайнего Севера. Цель работы - проанализировать сезонные изменения физиологического состояния и особенности жизненного цикла Palmaria palmata на Мурманском побережье Баренцева моря как вида, перспективного для выращивания в марикультуре. В связи с этим были поставлены следующие задачи: 1. Проанализировать морфологические характеристики таллома водоросли в период размножения. 2. Исследовать физиологические показатели P. Palmata: - активность ферментов антиоксидантной системы (супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы (КАТ)); 3

- концентрация фотосинтетических пигментов; - определить качественный и количественный состав водорастворимых витаминов группы В и аскорбиновой кислоты; - содержание сухого вещества. Научная новизна. Получена современная информация о сезонных изменениях физиологического состояния и особенностях жизненного цикла Palmaria palmata на Мурманском побережье Баренцева моря. Актуальность работы: накопление полезных веществ в P. palmata зависит от сезона года и эндогенных процессов, происходящих в талломе (Аниша, Софиаммал, 2017). Для разработки технологии аквакультуры и рационального использования сырья в условиях Крайнего Севера необходимо исследовать особенности жизненного цикла и физиологических процессов, приуроченных к факторам внешней среды. Практическая значимость: в России слабо развита традиция использовать водоросли в пищу. На данный момент небольшое число представителей отделов бурых и красных макрофитов (ламинария и порфира) являются компонентами в некоторых блюдах, пользующиеся популярностью у населения. Пальмария неизвестна большинству жителей России, однако она обладает насыщенным белковым вкусом и при добавлении в супы, горячие блюда придает им креветочный вкус. В основном, P. palmata пользуется спросом в странах северной Европы. В перспективе полученные данные о морфофизиологии P. palmata могут быть актуальны для промыслового использования водоросли в качестве объекта аквакультуры в России на побережьях Баренцева и Белого морей, и за рубежом. Апробация работы: Материалы данной работы докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях в период 2018-2019 гг.: IV (XII) Международной ботанической конференции молодых ученых (БИН РАН, Ботанический институт им. В.Л. Комарова, Санкт-Петербург, 22-28 апреля 2018), Всероссийской студенческой научно-технической конференции (МГТУ, Мурманск, 17-20 апреля 2018; 24 мая 2019), XVIII Международной научной 4

конференции студентов и аспирантов «Проблемы арктического региона» (КНЦ РАН, ММБИ, Мурманск, 15 мая 2019). Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 работы. Благодарности. Автор считает своим долгом выразить благодарность И.В. Рыжик за руководство и всестороннюю помощь на всех этапах исследования; М.П. Клиндух за содействие в сборе материала. 5

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Систематическое положение Palmaria palmata Надцарство: Eukaryota Эукариоты Царство: Plantae Растения Подцарство: Biliphyta Тип: Rhodophyta Красные водоросли Подтип: Eurhodophytina Класс: Florideophyceae Флоридеевые Подкласс: Nemaliophycidae Порядок: Palmariales Семейство: Palmariaceae Род: Palmaria Вид: Palmaria palmata (Linnaeus) Kuntze, = Пальмария пальмата (http://www.algaebase.org/browse/taxonomy/?id=86996) В Ирландии, Англии и Шотландии Palmaria palmata известна как Дульсе (Dulse) или Диллиск (Dillisk). В гэльском языке есть два названия для описания Пальмарии: Creathnach (женский) и Duileasc (мужской). Первое описывает меньшую и более узкую форму таллома, обычно растет на мидиях и открытых берегах, также называется “раковина-дульсе”. Говоря о Duileasc предполагают большое и более широкое слоевище. В основном произрастает на камнях, ламинариях и фукусах (Werner, Dring, 2011). 6

1.2. Строение таллома водоросли Слоевище Palmaria palmata пластинчатое, в высоту достигает 10 - 45 см. Водоросль получила название от латинского palma, описывающее форму таллома зрелых растений, напоминающих человеческую руку (Рисунок 1). Пластина цельная, имеющая темно-буро-красный цвет, может содержать выросты по краю — пролификации. На поперечном срезе в центре локализуется в один ряд крупные клетки, окруженные 1 - 2 рядами более мелкими клетками; коровый слой, включает в себя один или нескольких рядов мелких клеток (Шошина, 2004). Рисунок 1 - Внешний вид Palmaria palmata (L.) Kuntze Субстратом для таллома являются камни в литоральной зоне, стволики и пластины ламинарий (Михайлова, Штрик, 2007) в прибойных местах, пальмария встречается в мелководной части сублиторали на глубинах до 20 м. Жизнеспособна при солености 27‰ в Белом (Шкляревич, Шошина, 2015) и при 35‰ в Баренцевом морях. 7

Является холодно-умеренным видом, наиболее распространен в прибрежных водах британских островов и Северного побережья Атлантического и Тихого океанов (USDA, 2016). Молодые талломы пальмарии обычно свободны от эпифитов, тем не менее, с возрастом часто становятся покрытыми мшанками (bryozoans) и другими обрастателями. Старые слоевища обычно содержат мелкие эндофитные водоросли, в виде темно-коричневых точек на поверхности (Werner, Dring, 2011). Достоверное их наличие показывает микроскопическое исследование срезов. Таллом водоросли защищает или сильно сглаживает для эндофитов и эпифитов движение морской воды. Точных данных о влиянии эндофита на хозяина нет (Juan, Correa, 2007). Однако в промышленности не используются водоросли с наличием пятен, характерных для таких микроорганизмов. Мировая литература содержит единичную информацию по эпифитону Palmaria palmata. К настоящему моменту описано 42 вида эпи- и эндофита для пальмариевых, обитающих в Японском море (Жигадлова, 2011). 8

1.3. Жизненный цикл и особенности размножения Palmaria palmata Как и многие другие красные водоросли Palmaria palmata имеет двухфазный жизненный цикл с половым гаметофитом чередующийся с бесполым спорофитом. Уникальность Palmariales в пределах отдела состоит в отсутствии фазы карпоспорофита. Тетраспорофит развивается непосредственно на оплодотворенном женском гаметофите (Faes, Vanesa, 2003). Спорофит и мужской гаметофит имеют схожую морфологию и неразличимы до наступления фертильности. Тетраспорангии развиваются на спорофитах, начиная со второго года жизни талломов. Они темно-красного цвета и неправильной формы. Начальный тетраспорангий (TI) (Рисунок 2) делится митотически с формированием диплоидного тетраспороцита (TC) и материнской клетки будущих поколений (SC). Затем тетраспороцит делится мейотически с последующим цитокинезом и образованием четырех гаплоидные тетраспор (S) располагающихся крестообразно. После выхода спор пустая спорангиальная оболочка сужается, и на следующий год, на этом же месте созревает новый тетраспорангий из заранее заложенной материнской клетке (SC) (Saunders, 2004; Mayanglambam, 2015). Рисунок 2 - Схематическое представление развития тетраспорангия у Palmariaceae (Saunders, 2004) После освобождения тетраспоры оседают на субстрат и развиваются в мужские и женские гаметофиты в соотношении 1:1. Стадия гаметофита у 9

пальмарии отличается от многих других водорослей, так как мужские и женские гаметофиты совершенно разные по морфологии и продолжительности жизни. Женский гаметофит развивается в микроскопические слоевища до 0,1 мм в диаметре (Рисунок 3, c-e). Вследствие этого, их достаточно сложно обнаружить, и были открыты в 1980 г. Если не оплодотворяются в течение нескольких дней - погибают. Гаметофиты мужского пола одного поколения с женским незрелые на данном этапе. Оплодотворение женского растения происходит гаметами мужского, которые сформировались в предыдущем году, что обеспечивает хорошее перемешивание генетического материала (Werner, Dring, 2011). Мужской гаметофит достигает половой зрелости через 9-12 месяцев после прорастания. Формируются сорусы сперматангия, образуются спермации, которые в дальнейшем оплодотворяют женский гаметофит. Его сорусы напоминают сорусы спорофита по форме, но имеют молочный полупрозрачный цвет. После оплодотворения образуется зигота, спорофит начинает развиваться на вершине женского гаметофита, вскоре перерастает его (Рисунок 3, f). Становится фертильным во время зимы. Это совпадает с репродуктивным временем мужских гаметофитов прошлого года. Репродуктивный сезон начинается в ноябре-декабре на большинстве участков северных морей и длится до марта/апреля (Werner, Dring, 2011). 10

Рисунок 3 - Жизненный цикл Palmaria palmata (van den Hoek и соавт., 1995) а) мужской гаметофит (n); b) поперечный разрез корового слоя мужского гаметофита. Сперматангий; c) микроскопический (около 0.1 мм диаметр) женский гаметофит (n);. d) оплодотворение женского гаметофита (n); е) поперечное сечение женского гаметофита с зиготой (2n); f) молодой спорофит (2n); g) взрослый спорофит; h) поперечный разрез спорофита. Тетраспорангий содержит 4 тетраспоры (n). MGPH = мужской гаметофит; SORS =сорусы; S = сперматангий; SP = спермации (n); FGPH = женский гаметофит; CA = карпогон; ТR = трихогина; F! = 11

оплодотворение; KG = образование зиготы; RTR = остаток трихогина; Z = зигота; TPH = тетраспорофит; SORT = сорусы тетраспорангия; R! = редукционного деления (мейоза); TETSP = тетраспоры. Механизм выхода тетраспор P. palmata исследован не полностью. Вероятно, включает в себя два разных механизма: ферментативный лизис клеточной стенки тетраспорангия и сдавливание его соседними клетками, благодаря чему происходит увеличение объема за счет осмотических процессов. При нарастании интенсивности УФ-радиации повышается осмотическое давление вследствие нарушения функционирования механизма ионного транспорта в клеточной мембране и аккумулирования катионов Na+ и воды в цитоплазме. Синтез ферментов уменьшается, происходит нарушение в деятельности белоксинтезирующего аппарата. Малая интенсивности УФ-Б сохраняет постоянными синтез ферментов и осмотическое давление. Повышение осмотического давление и замедление синтеза ферментов наблюдается при высоком излучении. Предполагается, что при средней интенсивности УФ-Б наблюдается пик выхода спор, то есть когда растет осмотическое давление и синтез ферментов еще не приостановлен (Макаров, 2010). 12

1.4. Физиологические характеристики Rhodophyta 1.4.1. Антиоксидантная система (ферментные и неферментные компоненты) Активные формы кислорода (АФК) повреждают растения, к ним относят: супероксидный анион-радикал, гидропероксидный и гидроксильный радикалы, синглетный кислород и пероксид водорода. Данные вещества - это метаболиты, формирующиеся при вовлечении кислорода в обмен веществ. Каждая из АФК способна производить другие формы, чтобы синтезировать супероксидный анион-радикал необходим донор электронов с высоким отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом. Такими свойствами в клетке обладают восстановленные компоненты системы транспорта электронов в процессе аэробного дыхания и фотосинтеза. В нормальных условиях генерация АФК происходит постоянно, но на низком уровне. При дефектах в работе организма, обусловленных разнообразными факторами, генерации АФК увеличивается (Погосян, 2014). Для нейтрализации избытка активных форм кислорода растения обладают антиоксидантной системой (АОС). Для компонентов АОС существуют многочисленные классификации, основанные на различных свойствах соединений. В основном, все защитные антиоксидантные составляющие подразделяют на две группы: антиоксидантные ферменты и неферментативные антиоксиданты (Прадедова, 2011). 1) антиоксидантные ферменты: Супероксиддисмутаза и каталаза являются ядром адаптационного антиоксидантного комплекса (Шахматова, 2012). Супероксиддисмутаза (СОД; КФ 1.15.1.1) выполняет функцию первичного рубежа защиты против АФК, дисмутирует супероксидный анион-радикал до молекулярного кислорода и пероксида водорода. Супероксидный анион синтезируется в электрон-транспортных цепях, локализующиеся в митохондриях, хлоропластах и цитозоле водорослей, эти структуры могут 13

содержать супероксиддисмутазу в разнообразных металлоформах СОД: Cu/Zn СОД, Fe СОД и Mn СОД. Каталаза (КАТ; КФ 1.11.1.6.) - железосодержащий фермент, расположен у водорослей главным образом в пероксисомах, демонстрирует максимальную ответную реакцию на изменение качества среды (Шахматова, 2012). Каталаза расщепляет перекись водорода в два этапа с выделением молекулярного кислорода. Данный фермент обладает низким сродством к субстрату Н2 О2 , приступает к действию, когда величина перекиси в клетках достигает высокого уровня. КАТ может отсутствовать в некоторых компартментах клеток водорослей, в связи с этим детоксикацию Н2 О2 выполняют другие ферменты (Гарифзянов, 2011). 2) неферментативные антиоксиданты: К данной группе относят множество веществ таких, как: аскорбат, глутатион, витамины С и Е, микоспоринподобные аминокислоты, полифенольные соединения, флоротаннины (Носов, 2015). Каротиноиды являются соединениями, которые способны нейтрализовать АФК при определенных условиях и в наибольшей степени исследованы из данной группы веществ для макрофитов (Белоциценко, 2015). Обладают свето-собирающей функцией, участвуют в процессах диссипации избытка световой энергии, проявляют антиоксидантную активность. Макроводоросли из Северной Атлантики обладают устойчивостью к АФК благодаря достаточно высокому содержанию β-каротина. Подавление АФК осуществляется переносом излишней энергии синглетного кислорода к каротиноидам. Далее они переходят в триплетное состояние, а затем возвращаются в исходное, теряя дополнительную энергию в виде тепла. Физически структура каротиноида не изменяется, поэтому он продолжает обеспечивать защиту от синглетного кислорода и в дальнейшем (Аниша, Софиаммал, 2017). У водорослей одного отдела отмечаются различия в активности антиоксидантной системы, вследствие их вертикального распределения по 14

глубине. Макрофиты, произрастающие на верхнем горизонте литорали, содержат больше антиоксидантных ферментов, чем водоросли с нижнего (Белоциценко, 2015). Долговременное содержание растений при чрезмерно высоких или низких температурах сокращает число каротиноидов, а также активность каталазы. При умеренной инсоляции это не сказывается на продукционных показателях макрофитов, что подтверждается стабильным уровнем фотосинтетической активности. Увеличение освещения и температуры воды вызывают снижение пигментов до наименьших годовых значений и ингибирует ферменты антиоксидантной системы. Для адаптации к неблагоприятным условиям у макрофитов происходит изменение величины антенного комплекса, что влечет акклимацию фотосинтетического аппарата. В зимний период у фукусовых водорослей отмечается увеличение активности супероксиддисмутазы и каталазы, в связи с тем, что в холодное время года генерация АФК в клетках макрофитов повышается. У Palmaria stenogona и Tichocarpus crinitus наблюдается повышение указанных ферментов летом. Таким образом, любое увеличение потенциала АОС - это адаптация, направленная на сокращение активных форм кислорода (Белоциценко, 2015). 1.4.2. Фотосинтетические пигменты Макрофиты, относящийся к отделу красные водоросли включают такие фотосинтетические пигменты, как: хлорофилл а, фикобилипротеины (ФБП), каротиноиды: ксантофиллы и каротины. Хлорофилл – магнийзамещенные производные порфирина. В центре молекулы локализован магний, который поддерживает структуру молекулы в устойчивом состоянии, формирует ассоциаты с такими веществами, как: белки, липиды и составляющими хлоропласта; фитол поддерживает положение молекулы определенным образом в мембране. Фитол изменяет положение 15

порфиринового ядра хлорофилла. Rhodophyta обладают только хлорофиллом а, у которого максимум поглощения находится в областях длин волн 440 нм и 700 нм (Давыдов, 1979). Каротиноиды по химической природе являются изопреноидами, их молекулы содержат 8 звеньев изопрена. К их функциям относят поглощение света в качестве дополнительных "светосборщиков" (антенная функция), а также защита хлорофилла от фотодеструкции. Воспринимают свет в синефиолетовой и синей частях спектра (480 - 530 нм), где хлорофилл имеет слабое поглощение (Белоциценко, 2015). Подробнее о каротиноидах описано в главе 1.4.1. в связи с их антиоксидантными свойствами. Фикобилипротеины светоулавливающие – пигменты специфические красных водорослей, вспомогательные сгруппированы в высокомолекулярные комплексы - фикобилисомы. Включают в себя три основных вида ФБП: фикоэритрин (ФЭ), фикоцианин (ФЦ) и аллофикоцианин (АФЦ). Их роль заключается в переносе поглощенной энергии света на фотохимически активные молекулы хлорофилла а. Фикоцианин – сине-голубой белок с максимумом поглощения от 585 до 630 нм, фикоэритрин - белок красного цвета с максимумом поглощения 495 - 566 нм (Баславская, 1974). Количественный состав пигментов в водорослях обусловлен интенсивностью освещения и температурой воды. В адаптации макрофитов к низкому или высокому уровням освещения большую роль играют ФБП и каротиноиды, которые способствуют сохранению жизнеспособности, предотвращают ингибирование фотосинтеза и деструкции фотосинтетического аппарата (Румянцев, 2007). Число каротиноидов возрастает при усилении фотосинтетически активной радиации (ФАР), так как они являются фотопротекторами фотосистемы растений. Продолжительное нахождение водорослей под высокими интенсивностями света снижает количество фотосинтетических пигментов, что продемонстрировано в исследованиях А. Dummermuth (2003). 16

Температура воды воздействует на суточную ритмику водорослей и их сезонное развитие. Данный фактор влияет на метаболические процессы, может модифицировать необходимость растений в освещении. Величина пигментов сокращается при наступлении низких температур, и наоборот их число возрастает с увеличением температуры (Кравченко, 2015). 1.4.3. Витамины Витамины - группа низкомолекулярных веществ различного происхождения, требующиеся растениям и животным для протекания биохимических процессов. К жирорастворимым относятся - А, D, E, K. Выполняют коферментную, антиоксидантную, гормональную функции. Водорастворимые витамины: В1−12 , H, C. Как правило, выступают в роли коферментов и простетических групп (Докучаева, 2017). Морские водоросли являются источником витаминов и питательных веществ. (Титлянов, Титлянова, 2011; Jaspars, Folmer, 2013). Содержание витаминов в водорослях варьирует в зависимости от окружающей среды, таксона, стадии роста и сезона (Anis, 2017). У Palmaria palmata наблюдается высокое содержание витаминов весной и осенью (Morrissey, 2001). Красные водоросли синтезируют большинство витаминов, необходимых человеку, особенно богаты группой В (по сравнению с зелеными и бурыми водорослями). Palmaria palmata богата витаминами А, С, Е и является источником В12, отсутствующего в большинстве других наземных растений. Исследователями из Британии была выдвинута гипотеза, что синтез цианокобаламина (B12) у водорослей происходит благодаря бактериям, живущим в окружающей морской воде или микроорганизмам - эпифитам (https://www.seaveg.com/shop/). Также исследования показали, B12, найденный в макроводорослях, на самом деле может быть формой, которая не является питательнополезной и методы, используемые для оценки в настоящее время, не позволяют в достаточной мере оценить его 17

биодоступность. Группа В выполняет в основном коферментную функцию в организмах растений и животных. Их содержание согласно исследованию Morrissey (2001) в пальмарии составляет: В1 -7; В2 - 2-19; В3 - 2-19; В6 - 9-90; В12 - 6,6 мкг/г, что превосходит Porphyra tenera В2 -1,24; В3 - 2,6-10 (Титлянов, Титлянова, 2011). Содержание витамина С у пальмарии оценивается как высокое - 150-280 мкг/г (Morrissey, Kraan, 2001; Rajapakse, Niranjan, 2011). Однако, в некоторых исследованиях наличие L-аскорбиновой кислоты составляет вдвое меньше, чем у апельсина, и приравнивается к 63 мкг/г (Ravindra, 2000). Аскорбиновая кислота обеспечивает процессы обезвреживания активных форм кислорода. Витамин А нейтрализует свободные кислородные радикалы, требуется для экспрессии генов, участвующих в процессах развития клетки и обеспечивающих чувствительность клеток к гормонам и ростовым стимулам (Белясова, 2004). Palmaria palmata богата каротинами их количество может варьировать от 20 до 170 мкг/г (Rajapakse, Niranjan, 2011), в других источниках приводится 663 мкг/г (Morrissey, Kraan, 2001), что эквивалентно моркови (600 - 650 мкг/г). Главная роль каротиноидов в растительном организме тесно связана с фотосинтезом. Витамин Е - это универсальный протектор клеточных мембран от окислительного повреждения. Выраженный антиоксидантный эффект аскорбата проявляется при витамине Е, так как способен эффективно обезвреживать свободные радикалы жирных кислот и их перекиси (Белясова, 2004). По данным из литературы Р. palmata содержит 1,71 мкг/г - витамина Е (Morrissey, Kraan, 2001). 18

1.5. Использование Palmaria palmata Пальмариевые водоросли характеризуются высокими темпами роста, что позволяет рассматривать их как перспективные объекты марикультуры. В опытах датского исследователя Клауса Люнинга (Klaus Lüning) из Sylter Algenfarm получены максимальные темпы роста Palmaria palmata при культивировании в искусственной среде. Благодаря этой технологии водоросль удваивалась в массе каждые 4 недели. Если эту норму удастся сохранить в течение года, то годовой объем производства составит 48 кг, а общий объем производства из 40 танков для культивации водорослей составит 1920 кг. Небольшая компания на севере Испании (Cultivos Marinos del Cantábrico) продавала пальмарию напрямую в рестораны в 2000 году и доход окупил в 5 раз потраченные средства на производство P. palmata (Werner, Dring, 2011). Представители этой группы красных водорослей широко известны в странах Европы и юго-восточной Азии как ценное сырье для производства пищевых продуктов и являются популярными объектами промысла и культивирования (Кадникова, Селиванова, 2012). В Северной Европе Palmaria palmata употребляется человеком в пищу готовят салаты, пекут хлеб, применяют в качестве приправы. В Исландии является одной из популярной в пищевой промышленности водорослей. История употребления пальмарии находит свое начало в кельтской кухне. Археологические свидетельства использования P. palmata датированы 12 веком. Ее добавляли к ячменной каше вместе с маслом из печени трески. Она обладает своеобразным, очень насыщенным вкусом, напоминающий вяленую рыбу, что привносит пикантность в салаты, закуски, супы. В Шотландии с древних времен употребляют в пищу, лечат нервные заболевания, кипятя талломы водоросли с молоком или смешивая с медом (Титлянов, Титлянова, 2011). В настоящее время Palmariales составляют важную часть рациона жителей Юго-Восточной Азии (Япония, Китай, Филиппины), европейских стран 19

(Норвегия, Исландия, Франция) и Канады, где употребляются и ценятся наравне с морепродуктами животного происхождения (Werner, Dring, 2011). Благодаря входящим в состав полезных веществ используется в корм животным. Водоросль находит применение в медицинской промышленности как источник антиоксидантных компонентов (MacArtain, 2007), в косметической промышленности - для коррекции гиперпигментации тела человека, в качестве моделирующей и солнцезащитной косметики. Palmaria palmata является ценным объектом аквакультуры, так как: - содержит большое количество белка (9-35% от сухой массы) в зависимости от сезона сбора; - источник витаминов, минералов и антиоксидантов; - в белке найдены незаменимые аминокислоты такие как лейцин, валин, метионин. Их наличие в водоросли близко к содержанию в яичном белке; - превосходит мясо и шпинат по содержанию железа и меди. В 8 граммах сухой P. palmata количество железа выше, чем в 100 г сырого стейка (6.4 мг и 1,6 мг, соответственно). (Anis, Ahmed, 2017) В перспективе дальнейшее использование в фармации и медицине. В P. palmata обнаружен пептид, обладающий свойствами ингибитора АСЕ-1 (ингибитор ангиотензинпревращающего фермента, один из факторов благодаря которому вызывается сужение кровеносных сосудов). Предлагается использовать экстракты этих водорослей в лечении опухолевых заболеваний, так как они оказывают влияние на деление клеток цервикальной аденокарциномы (Титлянов, Титлянова, 2011). 20

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ 2.1. Характеристика района отбора проб Баренцево море - окраинное море, характерной особенностью гидрологического режима которого является наличие четырех водных масс: 1. Атлантические воды с повышенной температурой и соленостью, поступающие с запада в виде поверхностных течений и приходящие на глубинах с севера и северо-востока из Арктического бассейна. 2. Арктические воды с отрицательной температурой и пониженной соленостью, входящие как поверхностные течения с севера. 3. Прибрежные воды со значительной амплитудой годового хода температуры и низкой соленостью, формирующиеся под действием материкового стока и опресненных прибрежных течений. 4. Баренцевоморские воды с низкой температурой и высокой соленостью, образованные в пределах моря в результате перемешивания водных масс, приходящих извне, и их трансформации под влиянием местных условий (Добровольский, Залогин, 1982). Соленость Баренцева моря составляет 33,5 - 34,5 ‰, сезонная изменчивость не превышает 0,3 ‰. Кольский залив - самый крупный из заливов Мурманского побережья Баренцева моря, находится на границе Восточного и Западного Мурмана. Его протяженность по створным линиям составляет 58,7 км, тогда как расстояние по прямой от входа к вершине – 51 км. Географически в Кольском заливе выделяют три части (колена): северное, среднее, южное. Ширина залива постепенно уменьшается от 3,0 - 3,5 км в северном колене, до 1,5 - 2,5 в среднем и 1,0 - 1,5 в южном. Глубина залива убывает от входа к вершине, максимальная в южном колене не превышает 40 м, в среднем достигает 170-180 м, а в северном - более 300 м (Голдин, 2016). Средняя величина прилива в квадратуру от 1,7 м, в сизигий до 3,1 м. Воды 21

неоднородны по своим свойствам, это связано с большей протяженностью залива, наличие глубоко вдающихся в побережье губ, влияние стока рек и ручьев. В прибрежных водах выделяются два сезона: зимний (ноябрь - апрель) и летний (вторая половина июня - сентябрь). Гидрологическое лето начинается в поверхностных слоях воды в начале июля и продолжается до конца августа. Летом вода прогревается до +8...+18 °С в различных частях залива. Изменения температуры воздуха в течение суток полностью отсутствует в течение полярной ночи (с декабря по январь), осенью крайне незначителен, в среднем 0,3 °С в ноябре, 1,3 °С в октябре, и максимален в июль 5,5 °С. Температура воздуха на побережье Баренцева моря, которую испытывают в период отливов литоральные водоросли, зимой может опускаться до -25 °С, а летом достигать +30 °С. Самая низкая температура воды (до -1,5 °С) отмечается в феврале-марте. Максимальная температура у поверхности воды в губах Баренцева моря достигает 12 °С в сентябре месяце, а на глубине 10 м не поднимается выше 5 °С (Воскобойников и соавт., 2015). В южном колене в районе м. Абрам-мыса, где ежемесячно проводился отбор проб (Рисунок 3), наблюдаются значительные колебания солености, так как сказываются сезонность стока и влияния приливно-отливных течений. Летом во время прилива поверхностный слой толщиной до 3 метров обладает соленостью от 2 до 16 ‰, в то время как на глубине 3 метра соленость колеблется в пределах от 28 до 31 ‰. В отлив мощность опресненного слоя увеличивается до 8 метров, а поверхностная вода становится практически пресной (Назарова, 2016). В среднем и северном коленах соленость на глубинах 10-25 м, в зимневесенний период остается близкой к 34 ‰, летом понижается не более, чем до 32 ‰. На глубине 5 м возможно ее летнее понижение до 30 ‰ в северном и до 25 ‰ в среднем колене, для зимы типичны значения 32-33 ‰. 22

Рисунок 4 - Схема Кольского залива с обозначением места отбора проб Прозрачность воды обычно достигает – 1–6 метров. При анализе многосуточных наблюдений выявлена зависимость прозрачности от фазы прилива. Обычно, с притоком морских вод на приливе прозрачность возрастает в среднем на 2–3 метра, на отливе – снижается (Голдин, 2016). Литораль м. Абрам-Мыс образована смешанным субстратом, открытого типа, не защищена от прибоя. Субстрат на верхнем и среднем горизонтах каменистый, в большом количестве встречаются крупные валуны. Нижний горизонт литорали илисто-песчаный, с включениями камней. 2.2. Методы сбора и анализа данных Исследования Palmaria palmata проводили начиная с ноября 2017 по май 2019 г. Пробы отбирали раз в месяц во время сизигийных отливов с литорали Абрам-мыса Кольского залива (южное колено) Баренцева моря. 23

Часть водорослей сразу же замораживали на литорали в жидком азоте, другую часть упаковывали в промаркированные зипованные пакеты. В лаборатории производили анализ внутреннего строения, состава витаминов, содержания сухого вещества и фотосинтетических пигментов (хлорофилла А, каротиноидов, фикобилинов (фикоцианин, фикоэритрин)). Для оценки адаптивных возможностей растений определяли состояние антиоксидантной системы по активности двух ключевых ферментов – каталазы (КАТ) и супероксиддисмутазы (СОД). Проводили статистическую обработку данных при помощи программы Microsoft Excel 2010. В лабораториях альгологии ММБИ КНЦ РАН и биохимии МАГУ использовались методики, описанные в следующих подпунктах. 2.2.1. Технология приготовления временных препаратов Изготовление поперечных срезов проводили каждый месяц после отбора проб. Срезы готовили вручную с помощью лезвия, плотно прижимая предметные стекла так, чтобы исследуемый материал находился между ними. На чистое предметное стекло выкладывали полученный срез, накрывали покровным стеклом, добавляли небольшое количество фильтрованной морской воды. Затем временный препарат рассматривался под световым микроскопом. Анализировали внутреннее строение таллома, исследовали формирование спорогенной ткани. 2.2.2. Определение каталазы и супероксиддисмутазы По методике М. А. Королюка (1988) происходило определение активности каталазы. Слоевища водорослей массой 0,1 г гомогенизировали в фосфатном буферном растворе, центрифугировали в течении 15 минут при 8000 об/мин. Полученную надосадочную жидкость (супернатант) отфильтровывали и использовали в дальнейших реакциях. Для этого смешивали 0,1 мл супернатанта с 2 мл пероксида водорода 0,03 % раствора. В холостую пробу вместо супернатанта вносили 0,1 мл дистиллированной воды. Спустя 10 минут 24

добавляли 1 мл молибдата аммония 4 %, тем самым останавливали реакцию. На спектрофотометре при длине волны 410 нм против контрольной пробы с 2 мл дистиллированной воды проводили измерение интенсивности окраски. Активность каталазы рассчитывали по формуле (1): E = (Aхол - Аоп ) *V *t * K (мкат/л), (1) где Е – активность каталазы (в мкат/л), Ахол и Аоп – экстинция холостой и опытной проб, V – объём вносимой пробы 0,1 мл, t – время инкубации 600 с, К – коэффициент миллимолярной экстинции перекиси водорода, равный 22,2*10−3 мМг−1 *см−1 Активность супероксиддисмутазы определяли согласно методике, предложенной C. N. Giannopolitis и S.K Ries (1977). Водоросли массой 150-200 мг растирали на льду в ступке с добавлением 300-400 мкл экстракционного буфера. Гомогенат центрифугировали 5 мин, 12000 об/мин при 4°С. Для каждого образца готовили две одинаковые пробирки с реакционной смесью и экстрактом. Одну помещали в темноту, другую - на свет. Контрольная пробирка содержала вместо экстракта 100 мкл K/Na-фосфатный буфер. Далее добавляли 0,5 мл 0,05 % р-р NBT, 20 мкл 0,24% р-р Na-ЭДТА, 0,9 мл K/Na-фосфатный буфер. Чтобы запустить ферментативную реакцию во все пробирки вносили по 20 мкл рибофлавина. Реакция проходила в течении 15 минут. Оптическую плотность содержимого пробирок определяли при 560 нм на спектрофотометре. Определение активности СОД проводили в трех повторностях и рассчитывали по формулам (2,3): а=1-((Dобразца*0,5)/(Dформазана/2)), (2) A=(a*V*X)/(C*L), (3) где А - активность фермента, а - относительная ед. акт, V - объем полученной вытяжки, мл; X - конечное разведение вытяжки в кювете, L - толщина слоя, мм; С - кол-во белка в навеске, мг. Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Microsoft Excel 2010. Определяли коэффициент корреляции Пирсона ферментов супероксиддисмутазы и каталазы от температур воды и воздуха. При оценке 25

зависимости между показателями применяли шкалу Чеддока, отраженная в таблице 1 (Шихалев, 2015). Таблица 1 - шкала Чеддока Количественная мера тесноты связи 0 - 0,3 0,3 - 0,5 0,5 - 0,7 0,7 - 0,9 0,9 - 1,0 Качественная характеристика силы связи Слабая Умеренная Заметная Высокая Весьма высокая Достоверность различий оценивали с помощью критерия Стьюдента для независимых переменных (t-test) при равных объемах выборок и объемах дисперсии. Коэффициенты t-критерия Стьюдента считали статистически значимыми при P<0,05. 2.2.3. Выделение фотосинтетических пигментов Экстракция хлорофилла а и каротиноидов. Проводилась по методике Д. И. Сапожникова (1964). Водоросли массой 200-500 мг растирали со стеклянным песком, вносили 90% раствор ацетона, необходимого для полной гомогенизации навески (5-7 мл). Далее при 8000 об/мин в течение 10 мин гомогенат центрифугировали, чтобы отделить супернатант от остатков водорослей. Спектры поглощения полученных экстрактов хлорофилла а и каротиноидов фиксировали на спектрофотометре по максимумам поглощения для хлорофилла а в области 664 нм, для каротиноидов - 480 нм. Концентрацию хлорофилла а в ацетоновом растворе рассчитывали по формуле (4), предложенной Джефри и Хамфреем (1975): Схла = А664/73,6, (4) где Схла – концентрация хлорофилла а, г/л; А664 – оптическая плотность экстракта при длине волны 664 нм; коэффициент экстинкции равен 73,6 л/г. Содержание хлорофилла а выражали в мкг/г сырой массы водорослей. Концентрацию каротиноидов в ацетоновом растворе рассчитывали по формуле (5), предложенной Сили с соавторами (1972): Скар = (A480 - 0,033 А661)/193, (5) где Скар – концентрация каротиноидов, г/л; А480, 661 – оптическая плотность 26

экстракта при длинах волн 480 и 661 нм; коэффициент экстинкции равен 0,033 л/г и 193 л/г. Содержание каротиноидов выражали в мкг/г сырой массы водорослей. Определение содержания хлорофилла а и каротиноидов водорослей производили в трехкратной повторности. На основании трех измерений рассчитывали среднеарифметические значения показателя. Выделение фикобилипротеинов. Водоросли массой 200-500 мг растирали со стеклянным песком, добавляли морскую воду (pH 6,8) для полной гомогенизации образца (5-7 мл). Чтобы отделить супернатант от остатков водорослей, гомогенат центрифугировали в течение 15 мин при 5000 об/мин. Спектры поглощения полученных экстрактов фикобилипротеинов фиксировали на спектрофотометре, по максимумам поглощения в области 565 нм для фикоэритрина, 615 нм – для фикоцианина. Концентрацию ФБП рассчитывали по формулам Розенберга (6,7): СФЭ = 123,5 · A565 – 73,5 · A615 – 16,3 · A650, (6) СФЦ = 163,2 ·A615 – 117,1 · A650, (7) где А – оптическая плотность экстракта при данной длине волны; C – концентрация фикобилинов, мкг/мл. Содержание фикобилинов выражали в мкг/г сырой массы водорослей. Определение количества ФБП водорослей проводили в трехкратной повторности. На основании трех измерений рассчитывали среднеарифметические значения показателя. 2.2.3. Определение качественного и количественного состава витаминов Содержание витаминов группы В исследовали на базе лаборатории МАГУ на капиллярном электрофорезе «Капель» 105М. Метод измерений базируется на извлечении свободных форм водорастворимых витаминов из образцов, разделении, идентификации и определении массовых долей (массовых концентраций) витаминов методом КЭ (Методика: Определение свободных форм водорастворимых витаминов в премиксах и витаминных смесях ФР.1.31.2011.11207). 27

Для анализа количественного содержания витамина С в клетках применяли спекторофотометрический метод, основанный на способности кислоты восстанавливать гексацианоферрат калия до дегидроаскорбиновой кислоты (Полевой, Максимова, 1978) на спектрофотометре «Specord UV-VIS» (СarlZeiss, Германия). Результаты измерений представлены в виде средних арифметических значений 3-4 параллельных измерений с доверительным интервалом. Для обработки данных использовали программу Microsoft Excel 2010. 2.2.4. Определение сухого вещества Для анализа талломы очищали от эпифитов, осушали фильтровальной бумагой и взвешивали. Затем образцы высушивали в термостатированном шкафу при температуре 100°С в течение 24 ч и снова определяли вес с точностью до 0,001 г. Содержание сухого вещества рассчитывали как отношение сухого веса к сырому, выражали в процентах. 28

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 3.1. Особенности строения и размножения Palmaria palmata На стерильных образцах (Рисунок 5) можно выделить коровый слой клеток, который насчитывает 2-3 ряда окрашенных клеток, и сердцевину, состоящую из нескольких рядов неокрашенных крупных клеток. Рисунок 5 - Поперечный срез стерильного таллома (увеличение в 400 крат) На протяжении исследуемого периода размножение P. palmata фиксировалось в зимний период при нулевых значениях интенсивности освещения. Массовое формирование тетраспорангиев у P. palmata на Мурманском побережье происходит в ноябре-декабре (Таблица 2, 1), в октябре такие экземпляры попадаются единично. Сформировавшиеся тетраспорангии располагаются в основном группами, реже поодиночке (Таблица 2, 2) в коровом слое. Массовый выход тетраспор из тетраспорангиев отмечен в январе (Таблица 2, 3). 29

Таблицы 2 - Этапы формирования спорогенной ткани Этап Поперечный срез увеличение в 400 крат Вид с поверхности увеличение в 25 крат 1. Формирование тетраспорангиев (ноябрь-декабрь) 2. Созревание тетраспорангиев (декабрь-январь) 3. Выход тетраспор из тетраспорангиев (январь) Примечание: ➝ указывает на пустоту тетраспорангия после выхода тетраспоры. Тетраспорангии образуются интеркалярно из клеток внутренней части корового слоя. По мере созревания клетки над ними разрушаются, образуя при 30

этом полости (Федоров, 1977). В дальнейшем в них происходит ряд делений, образуются тетраспоры, благодаря которым Palmaria palmata размножается. Научными сотрудниками из европейских стран обнаружены зрелые тетраспорофиты пальмарии в Роскофе (октябрь), Бленвиль-сюр-Мер (ноябрь), западнее от Ла-Манша на Кап-Леви (декабрь) и Сент-Обен-сюр-Мер (январь) (Le Gall, Pien, 2004). В южном колене Кольского залива, созревшие тетраспорофиты отмечены на протяжении декабря и до середины января как в 2018, так и в 2019 г. УФ-излучение побуждает тетраспоры к выходу из тетраспорангий. В исследованиях М. В. Макарова (2010) показано, что Palmaria palmata способна к размножению в момент нарастания УФ-радиации в природе до0,6 Вт/м2 , однако при последующем увеличении интенсивности УФ-Б, происходит подавление процесса. На Мурманском побережье тетраспоры покидали тетрапорангии в январе, что совпадает с данными Неелова (2007), в исследовании которого споры выходили в это же время. 31

3.2. Физиологические характеристики Palmaria palmata на Мурманском побережье Баренцева моря 3.2.1. Состояние антиоксидантной системы клеток водорослей Анализ сезонных изменений супероксиддисмутазы (СОД) показал, что для зимнего периода характерна низкая активность фермента (0,018 ммоль/мг сырой массы), в весенний период (март-апрель) она увеличивается практически в 2 раза (0,049 ммоль/мг сырой массы). Рисунок 6 - Содержание супероксиддисмутазы в зависимости от температуры воды При оценке состояния ферментов антиоксидантной системы P. palmata прослеживается зависимость активности антиоксидантов от температуры среды, в которой находится водоросль. Температура воды оказывает наибольшее влияние на активность супероксиддисмутазы (r = 0,82; P < 0,05), в сравнении с температурой воздуха в отлив (r = 0,48; P < 0,05). В диапазоне температур воды 2,5 - 5,3 ℃ значения СОД постоянные (Рисунок 6). Максимальная активность 32

фермента зафиксирована в весенне-летнии месяцы при низких (1,7; 1,8 ℃) и высоких (7,0; 10,1 ℃) температурах воды. Возрастание активности СОД в клетках Palmaria palmata обусловлено активацией ее латентных форм и/или синтезом новых молекул, так как при воздействии неблагоприятных факторов среды развивается окислительный стресс, связанный с повышенным содержанием в клетках активных форм кислорода. Аналогичные данные получены исследователями в Японском море у красных водорослей Chondrus crispus и Mastocarpus stellatus, когда максимальная активность СОД в талломах регистрировалась при температурах выше или ниже оптимума (Белоциценко, 2015). Для каталазы (КАТ) характерны другие зависимости: в зимний период активность фермента выше, чем в летний (рисунок 7). В декабре 2019 года максимальное значение составило 429,45 (ед/мн сырой массы), минимум приходится на май (0,17 ед/мг сырой массы). Рисунок 7 - Содержание каталазы в зависимости от температуры воздуха При исследовании фермента каталазы Palmaria palmata выявлено, что изменение активности фермента определяется температурой воздуха в момент 33

осушения литорали. Последний фактор обуславливает изменчивость каталазы (r = -0,65; P < 0,05) сильнее, чем температура воды (r = -0,29; P < 0,05). Тем не менее, в исследованиях Белоциценко (2015) определялась связь между антиоксидантом и температурой воды, когда данный фактор оказывал статистически значимое положительное влияние на активность каталазы у Tichocarpus crinitus и Palmaria stenogona. В зимний период отрицательные температуры воздуха повышают активность каталазы. Период с ноября по февраль 2017-2018 года был теплее, чем этот же промежуток времени в 2018-2019 г. В связи с этим на рисунке 7 можно наблюдать значительное увеличение КАТ. Таким образом, чем ниже температура воздуха, тем выше активность фермента. Весной и летом положительные температуры в совокупности с возрастующей интенсивностью солнечной радиации оказывают ингибирующие действие на образование антиоксиданта. Подобный феномен отмечен в экспериментах, проведенных в Арктике на P. palmata, произрастающей в верхнесублиторальной зоне (Dummermuth, 2003). 3.2.2. Концентрация фотосинтетических пигментов Хлорофилл а и каротиноиды. В ноябре обнаружена максимальная концентрация хлорофилла а (1,09 мкг/г сырой массы), в зимний период изменения незначительны, однако зафиксировано снижение концентрации пигмента к маю (0,43 мкг/г сырой массы). Наибольшее содержание каротиноидов отмечено в ноябре (0,32 мкг/г сырой массы) и мае (0,27 мкг/г сырой массы). В целом, за исследуемый период концентрация каротиноидов оставалась на стабильном уровне от 0,17 до 0,22 мкг/г сырой массы (Рисунок 8). 34

Рисунок 8 - Содержание хлорофилла А и каротиноидов На протяжении полярной ночи высокое содержание хлорофилла а в клетках позволяет P. palmata использовать низкую интенсивность освещения. В весенние месяцы замечено уменьшение исследуемого пигмента, что связано с увеличением света, приходящиеся на сутки. При интенсивной солнечной активности количество хлорофилла сокращается, и, наоборот, при сниженной повышается (Рисунок 8). Таким образом, можно предположить наличие зависимости концентрации хлорофилла а от интенсивности освещения: с уменьшением освещения происходит повышение концентрации пигмента для повышения эффективности поглощения ФАР (Рисунок 9). Рисунок 9 - Изменение интенсивности освещения на Мурманском побережье Баренцева моря (среднее по месяцам, ▢ - 1999, ▢ -2000), (Макаров, 2011). 35

В зимний период по исследованиям М.В. Макарова (2010), у P. palmata наблюдается максимальное развитие светособирающего комплекса. Благодаря многофункциональной количественное направленности изменение. При каротиноидов высокой происходит интенсивности их освещения каротиноиды защищают хлорофилл от фотодеструкции, как например, в весенне-летние месяцы, когда интенсивность освещения на Мурманском побережье достигает максимальных значений. При пониженном выполняют роль дополнительных "светосборщиков", увеличивая эффективность использования световой энергии (зимний период). Красные водоросли в зимнее время года адаптируются к низкой интенсивности солнечного света высоким содержанием каротиноидов. Такой механизм является приспособительной реакцией пигментного аппарата растений, направлен на защиту реакционных центров (Кравченко, 2015). Показатель соотношения хлорофиллов и каротиноидов (Хл/Кар) является одним из наиболее широко используемых характеристик фотосинтетического аппарата. Содержание фотосинтетических пигментов является относительной величиной, которая рассчитывается в основном на единицу массы или площади таллома. Данный показатель зависит от интенсивности освещения, аккумуляции или расхода запасающих веществ, интенсивности роста, репродукция и т.д. Вышеперечисленное способно изменять соотношение площади и массы, то есть основу, на которую рассчитывается содержание пигментов. 36

Рисунок 10 - Соотношение хлорофиллов и каротиноидов Процессы, протекающие при сезонном развитии слоевища, могут маскировать либо имитировать перестройки фотосинтетического аппарата (Макаров, 2010). Из приведенных рисунков (8-10) можно заметить, что при снижении длины светового дня, начиная с октября, наблюдается общее повышение содержания фотосинтетических пигментов. Однако, соотношение хлорофиллов и каротиноидов, в целом, остается неизменным в этот период. Фикобилипротеины (ФБП). При анализе фикобилинов выявлен доминирующий пигмент - фикоэритрин, содержание которого колебалось от 0,12 до 0,33 мкг/г сырой массы (Рисунок 11). Рисунок 11 - Содержание фикобилиновых пигментов 37

В ноябре-декабре происходит формирование органов размножения Palmaria palmata, требующие значительных энергетических затрат, а также запасов углерода для синтеза структурных элементов, что может вызывать дополнительное развитие фотосинтетического аппарата, что влечет за собой увеличение количества пигментов. Уменьшение ФБП в феврале связано с потреблением запасных веществ на протяжении зимнего периода и выходом тетраспор в январе. Дальнейшее увеличение пигментов вызвано их накоплением. Из литературы известно, что с увеличением дозы УФ излучения на значения выше определенных для каждого вида макрофита, концентрация фикоэритрина может снижаться (Ju, Tang, 2011). При воздействии высоких интенсивностей видимого света на Chondrus pinnulatus в лабораторных условиях наблюдалось снижение содержания ФБП (Белоциценко, 2015). Снижение ФБП у P. palmata в апреле-мае, предположительно, обусловлено именно этим. 3.2.3. Содержание витаминов У пальмарии выявлено наличие 3 витаминов группы В: В2, В5 и В6. Концентрация рибофлавина наибольшая в ноябре, однако к середине января его концентрация постепенно снижалась и была почти в 3 раза меньше, чем в начале исследования. Содержания никотиновой кислоты и пиридоксина к началу полярной ночи (декабрь) увеличилось в 1,4 и 1,5 раза соответственно, по сравнению с ноябрем. В январе концентрация витаминов В5 и В6 изменилась незначительно по сравнению с предыдущем месяцем. Концентрация пиридоксина в 1,5-2 раза ниже, чем других витаминов группы В (таблица 3). 38

Таблица 3 - Содержание витаминов в Palmaria palmata Витамин Ноябрь Декабрь Январь B2 (рибофлавин)* 18,34±2,97 13,79±1,64 6,55±2,43 B5 (никотиновая кислота)* 13,37±0,66 18,69±2,08 16,82±0,06 B6 (пиридоксин)* 6,07±0,38 9,04±0,93 9,56±0,45 Витамин С (аскорбиновая кислота)* 23,.38±24,92 215,98±18,71 266,47±20,94 *Содержание витамина рассчитывали на 1 г сухой массы водорослей. На начальных этапах закладки тетраспор содержание витамина В2 наибольшее, а по мере их созревания и выхода содержание рибофлавина снижается. Вероятно, витамин В2 связан с процессом размножения P. palmata и используется на синтез флавинзависимых ферментов для окислительновосстановительных реакций, в ходе которых образуются необходимые для формирования и выхода тетраспор вещества. Пиридоксин принимает участие в формировании целого ряда ферментов белкового обмена. Образующийся при его участии пиридоксальфосфат является составной частью биокатализаторов, ускоряющих реакции декарбоксилирования ряда аминокислот, а также реакции переаминирования аминокислот с кетокислотами (Сиренко, Козицкая, 1988). Получается, что в период размножения активного использования витамина В6 не происходит, а синтез необходимых аминокислот и белков обеспечивается имеющимся количеством ферментов. Увеличение содержания пиридоксина с ноября по январь, возможно, связано с инактивацией ферментов белкового обмена, содержащих пиридоксальфосфат. Витамин С содержится в достаточно большом количестве. В течение ноября-января его концентрация поддерживалась на постоянном уровне и практически не изменялась. Для аскорбиновой кислоты показана зависимость ее 39

синтеза от уровня солнечной радиации, от качественного состава света (Чупахина, 1997). 3.2.4. Анализ содержания сухого вещества В период с ноября по май у Palmaria palmata происходит снижение содержания сухого вещества (Рисунок 12). Рисунок 12 - Содержание сухого вещества в талломе водоросли Высокое содержание сухого вещества в ноябре (34,5 %) может быть связано с двумя процессами: подготовкой к периоду полярной ночи и формированием органов размножения. Показано, что в летне-осенний период физиологические процессы переключаются с роста на накопление запасных веществ. В исследованиях М.В. Макарова (2010) описано, что содержание сухих веществ в талломах водорослей максимально осенью, за исключением Porphyra umbilicalis, а минимально летом. Эксперименты, проведенные исследователями ММБИ КНЦ РАН (2006), показали, что при длительном отсутствии света в лабораторных условиях виды с тонкопластинчатой организацией таллома, такие как ульва и пальмария, сохраняют пластинку при отсутствии освещения в течение 20-30 дней. Механизмом адаптации к темноте служит потребление запасных веществ. 40

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате проведенного исследования были выявлены сезонные изменения физиологического состояния и особенности жизненного цикла Palmaria palmata на Мурманском побережье Баренцева моря. Показано, что период размножения пальмарии приходится на полярную ночь, когда уровень ФАР и УФ-радиации минимален. Образование тетраспорангиев, в которых формируются и созревают тетраспоры, происходит в коровом слое у Palmaria palmata. В январе зафиксирован массовый выход тетраспор. Молодые проростки появляются в марте. У пальмарии наблюдается изменения физиологических показателей в зависимости от абиотических факторов. В первую очередь на активность процессов оказывает температура воды и воздуха, освещенность. В течение года для P. palmata характерна высокая активность антиоксидантных ферментов. На состояние ферментной системы оказывают влияние абиотические факторы. Показана зависимость активности ферментов от температуры воды и воздуха в период отлива. Слишком низкие или высокие температуры повышают генерацию активных форм кислорода, что ведет к увеличению синтеза фермента супероксиддисмутазы. Для СОД показана высокая прямая зависимость от температуры воды (r = 0,82, P < 0,05). В момент осушения литорали в отлив изменяются условия, и активируется фермент каталаза, отмечается наличие заметной обратной зависимости от температуры воздуха (r = -0,65, P < 0,05): чем ниже температура, тем выше активность антиоксиданта, однако чрезмерные отрицательные температуры могут ингибировать синтез КАТ. Интенсивность солнечной радиации в разные времена года оказывает влияние на содержание фотосинтетических пигментов. При нарастании солнечной активности содержание хлорофилла А снижается, во избежание деструкции фотосинтетического аппарата. Количество каротиноидов зависит от 41

функции, которую они выполняют: летом - фотопротекторы, зимой дополнительные светосборщики. У пальмарии отмечено максимальное их содержание во время полярной ночи. Также при сниженной освещенности возрастает число фикобилипротеинов, однако их содержание в течение года нестабильно, так как подвержены влиянию экзо- и эндогенных причин. В пальмарии выделены 3 витамина группы В, участвующие в процессах формирования тетраспорангиев, регулируя рост и формирование спорогенной ткани на поверхности таллома водоросли. Витамин С находится в зависимости от освещения. При повышении интенсивности солнечной радиации - возрастает содержание витамина С. Максимальная аккумуляция сухого вещества в талломе водоросли наблюдается в зимний период, и на протяжении этого времени происходит его расход. Это служит механизмом адаптации пальмарии к отсутствию освещения во время полярной ночи. Таким образом, в течение года у P. palmata поддерживается высокая ферментативная активность, интенсивность физиологических процессов определяется температурой и освещенностью. Данные факторы оказывают влияние на размножение и развитие макрофита, количественное распределение фотосинтетических пигментов и компонентов антиоксидантной системы аккумуляцию и расход запасных веществ, а также витаминов. 42

ВЫВОДЫ 1. В зимний период у Palmaria palmata происходит формирование тетраспорангиев, макисмальный выход тетраспор из них зафиксирован в январе. Массовое появление молодых проростков пальмарии отмечается в марте. 2. Активность ферментов АОС зависит от температуры среды. Воздействие неблагоприятных температур приводит к развитию окислительного стресса, что влечет повышение активности антиоксидантных ферментов для нейтрализации активных форм кислорода. 3. Повышенное содержание фотосинтетических пигментов у P. palmata в зимний период является приспособлением к низкой интенсивности света. 4. В талломах водорослей присутствуют витамины В2, В5, В6 и аскорбиновая кислота. В период с ноября по январь концентрация витамина В2 снижается, активного использования витамины В5 и В6 не происходит. Содержание аскорбиновой кислоты в течение зимних месяцев не изменяется. 5. Аккумуляция и расход сухого вещества в талломах зависит от интенсивности солнечной радиации. Максимальное содержание отмечается в осенний период, что связано с процессами размножения и подготовкой к периоду полярной ночи. 43

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Аниша Ш., Софиаммал Н. П. Биохимический анализ некоторых морских макроводорослей побережья Коллама (Индия) // Альгология. 2017. №. 27, № 2. С. 129-144. 2. Баславская С. С. Фотосинтез: избранные главы по физиологии и биохимии процесса. М. : Издательство Московского университета, 1974. 349 с. 3. Белоциценко Е. С. Устойчивость морских макроводорослей к фотоокислительному стрессу в условиях флуктуации температуры // Автореф. дис. к.б.н. Владивосток, 2015. 22 с. 4. Белясова, Н. А. Биохимия и молекулярная биология : учеб. пособие для студентов специальности "Биотехнология" высших учебных заведений. Минск: БГТУ, 2002. 416 с. 5. Воскобойников Г. М., Макаров М. В., Малавенда С. В., Рыжик И. В. Адаптация и регуляция роста у макрофитов Баренцева моря // Вестник Кольского научного центра РАН. 2015. №2. С. 40-48. 6. Воскобойников Г. М., Макаров М. В., Рыжик И. В. Изменения в составе фотосинтетических пигментов и структуре клеток Fucus vesiculosus L. и F. serratus L. Баренцева моря при длительном нахождении в темноте // Биология моря. 2006. Т. 32, № 1. С. 26-33. 7. Гарифзянов А.Р., Жуков Н.Н., Иванищев В.В. Образование и физиологические реакции активных форм кислорода в клетках растений // Соврем. проблемы науки и образования. 2011. № 2. С. 2–22. 8. Голдин С. В. Изменение температуры и солености вод Кольского залива в суточном и годовом приливно отливном цикле // Выпускная квалифик. раб. СПб, 2016. 58 с. 9. Давыдов А. С. Биология и квантовая механика. Киев : Наук, думка, 1979. 296 с. 10.Добровольский А. Д., Залогин Б. С. Моря СССР : учеб. пособие. М. : МГУ, 1982. 192 с. 44

11.Докучаева Е. А. Общая биохимия: Витамины: практикум / Е. А. Докучаева, В. Э. Сяхович, Н. В. Богданова; под ред. С. Б. Бокутя. Минск : ИВЦ Минфина, 2017. 52 c. 12.Жигадлова Г. Г. Эпифиты и эндофиты водорослей рода Palmaria Stackhouse у берегов восточной Камчатки // Известия ТИНРО. 2011. Т. 164. С. 300-311. 13.Кадникова И. А., Селиванова О. Н., Щербакова Н. С. Химический состав пальмариевых водорослей (Palmariales, Rhodophyta) побережья Камчатки // Известия ТИНРО. 2012. Т. 169. С. 246-254. 14.Кравченко А. О. фотосинтетических Комплексное пигментов исследование красной полисахаридов водоросли и Ahnfeltiopsis flabelliformis // Автореф. дис. к.б.н. Владивосток, 2015. 161 с. 15.Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы // Лаб. дело., 1988, № 1, с. 16-19 16.Курейшевич А. В., Незбрицкая И. Н., Станиславчук А. В. Активность ферментов-антиоксидантов цианопрокариот и зеленых микроводорослей при их культивировании в условиях разных температур // Альгология. 2016. №. 26, № 2. С. 152-162. 17.Макаров М. В. Адаптация водорослей Баренцева моря к условиям освещения // Автореферат дисс. д. б. н. Мурманск, 2010. 50 с. 18.Методика измерений содержания свободных форм водорастворимых витаминов в премиксах, витаминных концентратах, смесях и добавках, в том числе жидких, использованием методом системы капиллярного капиллярного электрофореза электрофореза с «КАПЕЛЬ- 105/105М» (ФР.1.31.2011.11207). С-Пб: ООО «Люмэкс», 2011. 60 с. 19.Михайлова Т. А., Штрик В. А. Макроэпифиты Laminaria hyperborean (Laminariaceae) Баренцева и Белого морей // Ботанический журнал. 2007. №12. Т. 12. С. 1818-1828. 45

20.Назарова С. А. Организация поселений Macoma balthica (Linnaeus, 1758) в осушной зоне Белого и Баренцева морей // Автореферат дисс. к. б. н. СПб, 2016. 23 с. 21.Носов А. М. Особенности образования изопреноидов в культурах клеток высших растений / Растения в условиях глобальных и локальных природно-климатических и антропогенных воздействий // Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2015. 16 с. 22.Погосян С. И., Конюхов И. В., Рубин А. Б. Проблемы экологической биофизики. М. ; Ижевск: Изд-во «ИКИ», 2017. 270 с. 23.Полевой В. В., Максимова Г. Б. Методы биохимического анализа растений. Л: Изд-во Ленингр. гос. ун-та, 1978. 192 с. 24.Прадедова Е. В., Ишеева О. Д., Саляев Р. К. Классификация системы антиоксидантной защиты как основа рациональной организации экспериментального исследования окислительного стресса у растений // Физиология растений. 2011. № 2. Т. 58. С. 177-185. 25.Румянцев Е. В., Антина Е. В., Чистяков Ю. В Химические основы жизни. М.: Химия, КолосС, 2007. 560 с. 26.Сапожников Д.И. Пигменты пластид зеленых растений и методика их исследования. М-Л:Наука. 1964. 120 с. 27.Семенов А. М., Федоренко В. Н., Семенова Е. В.Микроорганизмы на поверхности морских макрофитов в северных морях России и их возможное практическое использование // Биосфера. 2014. №.1. Т. 6. С. 60-7. 28.Сиренко Л. А., Козицкая В. Н. Биологически активные вещества водорослей и качество воды. Киев: Наук. думка, 1988. 256 с. 29.Титлянов Э. А., Титлянова Т. В., Белоус О. С. Полезные вещества морских красных водорослей (Rhodophyta): химическая структура и содержание // Известия ТИНРО , 2011. Т. 165. С. 305-319. 30.Титлянов Э. А., Титлянова Т. В. Лечебные свойства морских растений // Известия ТИНРО. 2011. С. 205-239. 46

31.Федоров А. А. Водоросли. Лишайники. Под ред. М. М. Голлербаха. М., «Просвещение», 1977. Т. 3. 487 с, 32.Чупахина Г. Н. Система аскорбиновой кислоты растений: Монография. Калининград: Изд-во Калинингр. гос. ун-та, 1997. 120 с. 33.Шашкина М. Я., Шашкин П. Н., Сергеев А. В. Каротиноиды как основа для создания лечебно-профилактических средств // Российский биотерапевтический журнал. 2009. Т.8., № 4. С. 91-98. 34.Шахматова О. А. Отклик гидробионтов на стрессовые факторы морских экосистем // Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2012. №. 7. С. 98-113. 35.Шихалёв А. М. Корреляционный анализ. Непараметрические методы. Казань: Казан. ун-т, 2015. 58 с. 36.Шкляревич Г. А., Шошина Е. В. Макроводоросли эстуарной зоны на примере Порьей губы белоео моря // Труды КарНЦ РАН. 2015. №6. С. 1-7. 37.Шошина Е. В. Определитель водорослей Баренцева моря [Электронный ресурс] URL: http://www.mstu.edu.ru/algae (дата обращения: 23.04.2018). 38.Шошина Е. В, Капков В. И., Беленикина О. А. Экологические факторы, регулирующие рост макроводорослей в сообществах арктических морей // Вестник МГТУ. 2016. №1-2. Т.19. С. 334-344. 39.Anis M, Ahmed S, Hasan M. M. Algae as nutrition, medicine and cosmetic: The forgotten history, present status and future trends // World Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. 2017 №6. Vol. 6. Р. 1934-1959. 40.Dummermuth A. Antioxidative properties of marine macroalgae from the Arctic // A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy. Ber. Polarforsch. Meeresfors. 2003. 185 р. 41.Faes, Vanesa A., and Rosa M. Viejo. "Structure and dynamics of a population of palmaria palmata (rhodophyta) in northern spain // Journal of phycology. 2006. № 39. Vol. 6. Р. 1038-1049. 42.Giannopolitis C. N., Ries S.K. Superoxide Dismutase occurrence in Higher Plants // Plant Physiol. 1977. Vol. 59. P. 309-314. 47

43.Jaspars, M. and Folmer, F. Sea vegetables for health // Food and Health Innovation Service Service. 2013. Р. 4-19. 44.Jeffrey S.W., Humphrey G.F. New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a, b, c1 and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton // Biochemie und Physiologie der Pflanzen. 1975. № 167. Vol. 2. P. 191–194. 45.Ju, Q., Tang, X., Zhao, X., Ren, X., & Li, Y. Effects of UV-B radiation and different light repair conditions on the early development of the tetraspores of Chondrus ocellatus // Acta Oceanologica Sinica. 2011. № 30. Т. 3. 100 р. 46.Correа J.A., McLachlan J.L. Endophytic algae of Chondrus crispus (Rhodophyta) // Phycol. 2007. № 27. Р. 448-459. 47.Le Gall L., Pien S., Rusig A.M. Cultivation of Palmaria palmata (Palmariales, Rhodophyta) from isolated spores in semi-controlled conditions // Aquaculture, 2004. № 229. Р. 181-191. 48.MacArtain, P. Nutritional Value of Edible Seaweeds / MacArtain, P., Gill, C. I., Brooks, M., Campbell, R., & Rowland, I. R // Nutrition reviews. 2007. №. 12. Vol. 65. Р. 535-543. 49.Mayanglambam, Arunjit, Dinabandhu Sahoo. Red Algae // In The Algae World. 2015. Р. 205-234. 50.Morrissey J., Kraan S., Guiry M. D. A guide to commercially important seaweeds on the Irish coast // Irish Bord Iascaigh Mhara. 2001. Р. 1-66. 51.Rajapakse, Niranjan, Se-Kwon Kim. Nutritional and digestive health benefits of seaweed // Advances in food and nutrition research. Academic Press, 2011. № 64. Р. 17-28. 52.Ravindra, P. Value-added food: Single cell protein // Biotechnology advances. 2011. № 18. Vol. 6. Р. 459-479. 53.Saunders, Gary W. A chronicle of the convoluted systematics of the red algal orders Palmariales and Rhodymeniales (Florideophyceae, Rhodophyta) // CEMAR Occasional Notes in Phycology. 2004. Р. 1-16. 48

54.Seely G.R., Duncan M.J., Vidaver W.E. Preparation and analytical extraction of pigments from brown algae with dimethyl sulfoxide // Mar. Biol. 1972. №. 12. P. 184 – 188 55.USDA. Technical Evaluation Report Marine Plants & Algae Organic Production and Handling // USDA, Agricultural Marketing Service, Agricultural Analytics Division for the USDA National Organic Program. 2016. 37 с. 56.Werner A., Dring M.J. Cultivating Palmaria palmata // Aquaculture Explained Series. 2011. № 27. 76 p. 57.URL http://www.algaebase.org/browse/taxonomy/?id=86996 (дата обращения: 05.05.2018) 58.URL https://www.seaveg.com/shop/ (дата обращения: 23.01.2019) 49

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

Рецензия от Екатерина Добычина

Протокол заседания ГЭК (2)

больше 4 лет назад

Рецензия от Екатерина Добычина

Протокол о заседании ГЭК (1)

больше 4 лет назад

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв

6315.12

Игорь Маслеников

Проныра, озорник, Любитель книг, Ловкач, игрок, Жизнь между строк. И потому Открыт ему Незримый путь В любую суть. Танец злобного гения На страницах произведения Это игра без сомнения Обречённый ждёт поражения. Подсыпать в душу яд Всегда он рад Всего за час Прочтёт он вас. Он волен взять И поменять Строку и с ней Смысл темы всей.Танец злобного гения На страницах произведения Это игра без сомнения Обречённый ждёт поражения. Открыт роман Читатель пьян Разлив вино - Шагнул в окно. Танец злобного гения На страницах произведения Это игра без сомнения Обречённый ждёт поражения. Танец злобного гения На страницах произведения Это игра без сомнения Обречённый ждёт поражения.

6315.12

Игорь Маслеников

Танец Злобного Гения КиШ

6315.12

Игорь Маслеников

А теперь я скину тексты своих любимых песен для этого:)

6315.12

Игорь Маслеников

и хорошего настроения

6315.12

Игорь Маслеников

удачи