Главная → Наука → Заключение из отчета ФГУП РосНИИВХ

Заключение из отчета ФГУП РосНИИВХ

ВВЕДЕНИЕ

«Цветение» пресных континентальных водоемов является одной из самых негативных и наиболее распространенных экологических проблем. «Цветением» воды считают массовое развитие одного или двух-трех планктонных видов водорослей, сопровождающееся значительным ухудшением качества воды, затрудняющее хозяйственное использование водоема и представляющее опасность для здоровья человека и животных [1]. В подавляющем большинстве случаев подобного массового развития достигают представители нескольких родов синезеленых водорослей [2], таких как Microcystis, Aphanizomenon, Anabaena, Oscillatoria, Coelosphaerium, Woronichinia и некоторых других. Проблема «цветения» наиболее остро возникает в искусственно созданных водоемах с источниками антропогенного поступления дополнительных органических и минеральных веществ [3].

Развитие водорослей во время «цветения» достигает внушительного уровня: их биомасса может составлять 1 – 2 г/л, в местах скоплений 5 – 7 г/л, а в пятнах «цветения» на поверхности воды может доходить до 50 – 70 г/л [4].

Снижение качества воды при возникновении массового развития синезеленых водорослей заставляет искать способы борьбы с «цветением». В настоящее время известно несколько методов борьбы с массовым развитием синезеленых водорослей: механическое изъятие массы водорослей, усиление проточности и водообмена, разбавление водой, обедненной биогенными элементами, искусственная аэрация воды, удаление эвтрофированных водных масс и иловых донных отложений (это наиболее эффективные методы, но они требуют больших материальных затрат). Кроме того, можно использовать различные реагенты, такие как коагулянты (при этом необходимо решить техническую проблему удаления образующихся хлопьев), депрессоры испарения воды с поверхности водоема, альгициды (однако, нет таких веществ, которые избирательно удаляли бы только синезеленые водоросли). Среди можно назвать использование ультразвука, однако, это дорогой метод, эффективный для небольших водоемов, а его безопасность для водных экосистем является предметом дискуссий [1]. Предлагается также внесение азотных и фосфорных удобрений для изменения величины отношения азота к фосфору для получения эффекта направленного регулирования типа «цветения» в сторону повышения биомассы зеленых водорослей [5].

Наиболее перспективными представляются биологические методы борьбы с «цветением» воды. Эти методы более безопасны для людей и не наносят вреда сообществам гидробионтов. Среди биологических методов борьбы с «цветением» в 6 настоящее время известны: использование вирусов синезеленых водорослей LPP – 1, LPP – 1A (этот метод в настоящее время не применяется, потому что данные вирусы могут быть опасны для людей), заселение водохранилищ растительноядными рыбами, такими как белый амур, белый и пестрый толстолобики, тиляпия (однако, показано, что при применении данного метода «цветение» может даже усиливаться), использование высшей водной растительности (показано, что макрофиты конкурируют с водорослями за биогенные вещества, выделяют кислород и затеняют ниже лежащие слои воды, их метаболиты проявляют фитонцидные свойства. Однако этот метод подходит для небольших водоемов, и при этом фитомассу макрофитов следует удалять, что является непростой задачей) [1].

Основная теоретическая идея обсуждаемого метода альголизации – изменить структуру фитопланктонного сообщества, то есть сместить соотношение зеленых и синезеленых водорослей в сторону зеленых, развитие которых препятствует возникновению «цветения». С этой целью предлагается вводить в водоем штаммы Chlorella vulgaris BIN или ИФР №С-111, проявляющие себя более активно по сравнению с аборигенными видами планктонных зеленых водорослей [5]. Иными словами, предполагается, что в основе метода альголизации лежат экологические механизмы взаимодействия сообществ (популяций) микроскопических планктонных водорослей.

Метод альголизации в настоящее время используется на практике в некоторых водоемах, однако до сих пор не изучен механизм воздействия изучаемого штамма хлореллы на звенья водной биоты, в связи с чем, возможно несколько альтернативных гипотез по данному вопросу.

Целью настоящего исследования является:

Проверить различные возможные гипотезы о механизме взаимодействия Chlorella vulgaris ИФР №С-111 с сообществами синезеленых водорослей.

Были сформулированы следующие гипотезы и спланированы соответствующие эксперименты для их проверки:

1) Штамм Chlorella vulgaris ИФР №С-111 в процессе своей жизнедеятельности подавляет развитие синезеленых водорослей (глава 5).

2) Штамм Chlorella vulgaris ИФР №С-111 выделяет в процессе жизнедеятельности экзометаболиты, подавляющие развитие синезеленых водорослей (главы 3, 4, 6).

3) Штамм Chlorella vulgaris ИФР №С-111 конкурирует с синезелеными водорослями путем более активного поглощения биогенных элементов из воды, лимитируя развитие синезеленых водорослей (глава 7).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования установлено, что между культурой штамма Chlorella vulgaris ИФР № C – 111 и синезелеными водорослями возможны более или менее антагонистические взаимодействия. В более редких случаях культура хлореллы способна оказывать на некоторые виды не ингибирующее, а стимулирующее действие.

Хлорелла способна успешно конкурировать с синезелеными водорослями, при условии, что плотность ее клеток сравнима с плотностью последних (или даже превосходит), а условия среды подходят для ее развития. В этих условиях хлорелла активно размножается, поглощает биогенные элементы и подавляет развитие не только синезеленых, но и зеленых водорослей.

Культура хлореллы в активном состоянии способна снижать концентрацию тяжелых металлов, таких как медь (2+) и цинк (2+). Культура хлореллы в небольших концентрациях не оказывает желаемого эффекта, возможно, в силу того, что не выделяет сильных ингибиторов и токсинов. Вещества, выделяемые хлореллой, могут стимулировать развитие других групп водорослей (например, зеленых хлорококковых), меняя структуру альгоценоза.

При достижении культурой хлореллы высокой концентрации ее масса должна изыматься из водоема тем или иным путем, так как может служить мощным источником вторичного загрязнения, в частности, биогенными веществами (в основном соединениями азота), что может спровоцировать развитие синезеленых водорослей в условиях водоема.

Хороший эффект может дать сочетание двух факторов, например, добавление суспензии хлореллы и аэрация воды, что позволило бы аммонийным формам азота перейти в нитратные, более благоприятные для зеленых водорослей.

В качестве рекомендации можно предложить ООО НПО «Альгобиотехнология» проанализировать выращиваемые культуры хлореллы на содержание альговирусов во избежание непрогнозируемых трансформаций альгоценозов водоемов, обрабатываемых суспензией хлореллы.

Что касается проверки достоверности высказанных выше гипотез относительно механизмов взаимодействия хролеллы и синезеленых водорослей, можно сделать следующие заключения:

 Гипотеза 1 - Штамм Chlorella vulgaris ИФР №С-111 в процессе своей жизнедеятельности подавляет развитие синезеленых водорослей.

Серия экспериментов показала, что синезеленые водоросли по-разному реагируют на пристутствие культуры штамма Chlorella vulgaris ИФР № C – 111. Среди изученных культур синезеленых водорослей наиболее отрицательное влияние хлорелла оказала на культуры: № 657 69 (Oscillatoria af. splendida), 729 (Oscillatoria sp.), 799 (Anabaena spiroides), 1414 (Oscillatoria sp.). Перечисленные культуры синезеленых погибали. Остальные культуры смогли через некоторое время адаптироваться к ее присутствию и даже начать развиваться. Было обнаружено, что культура хлореллы оказывала на культуру № 972 (Microcystis aeruginosa) ингибирующее, а на культуру № 535 (Synechococcus sp.) стимулирующее действие. Гипотеза подтверждена для отдельных видов синезеленых водорослей.

 Гипотеза 2 - Chlorella vulgaris ИФР №С-111 выделяет в процессе жизнедеятельности экзометаболиты, подавляющие развитие синезеленых водорослей.

Серия тестов продемонстрировала, что наиболее эффективно хлорелла подавляет их развитие в большой концентрации, когда плотности сопоставимы, или плотность хлореллы превышает плотность синезеленых водорослей. При таких условиях хлорелла успешно размножается и подавляет развитие не только синезеленых, но и зеленых водорослей. В остальных соотношениях действие более непредсказуемо, и по всей вероятности, зависит от общего состава, плотности и состояния альгоценоза. В том случае, если есть предпосылки, вещества, которые содержатся в культуральной жидкости хлореллы могут стимулировать развитие других групп водорослей (например, зеленых хлорококковых). Гипотеза подтверждена для высокой плотности культуры хлореллы (~ 14 млн кл/мл) при взаимодействии с естественным сообществом синезеленых водорослей. Гипотеза не подтверждена для низкой плотности хлореллы (~ 2,8 млн кл/мл). Гипотеза не подтверждена для экзометаболитов культуральной жидкости хлореллы при отсутствии клеток самой водоросли.

 Гипотеза 3 - Chlorella vulgaris ИФР №С-111 конкурирует с синезелеными водорослями путем более активного поглощения биогенных элементов из воды, лимитируя развитие синезеленых водорослей.

Серия экспериментов продемонстрировала, что средняя скорость поглощения биогенных элементов клетками хлореллы достоверно выше, чем клетками синезеленых водорослей. Скорость поглощения максимальна в период снижения численности клеток в суспензии. При отмирании клеток хлореллы высвобождается большое количество биогенных веществ (в основном азота), что может спровоцировать развитие синезеленых водорослей в условиях водоема. Гипотеза подтверждена в отношении скорости поглощения биогенных веществ.