ИВМ СО РАН Поиск 
Экспедиции
институт
структура
сотрудники
конференции
семинары
ученый совет
совет молодых ученых
комиссия по РИД
техническая база
история
фотогалерея

исследования
разработки
экспедиции
эл. архив
годовые отчеты

ссылки
библиотека
документы
адреса и телефоны
 

Гидробиологический мониторинг Красноярского водохранилища, 2010 г.

Экспедиционный отряд отдела вычислительной физики ИВМ СО РАН выполнял полевые работы в средней части Красноярского водохранилища по экспедиционному гранту СО РАН (Постановление Президиума СО РАН от 08.04.2010 г. № 116, Приложение 2).

Продолжительность работ: с 26.07.10 г. по 14.08.10 г.

Штатные сотрудники экспедиционного отряда: Апонасенко А. Д., Макарская Г. В., Постникова П. В.

В период экспедиционных работ на Приморском плесе Красноярского водохранилища выполнен сбор данных в средней части Красноярского водохранилища и в заливах Кома, Енисей, Глядень, Синжуль, Убей, Сисим, Даурский, М. Дербина, Б. Дербина, Красное, Каменка, Волчиха, Вагонуль. Исследовалось содержание бактерио- и фитопланктона, фотосинтетическая активность фитопланктона, оптические (показатели поглощения и рассеяния света в области длин волн от 400 до 800 нм) и флуоресцентные параметры вод, концентрация хлорофилла фитопланктона по его флуоресценции, содержание растворенного органического вещества по его флуоресценции и по спектрам поглощения света, содержание взвешенного вещества по рассеянию света. Отобрано и зафиксировано для последующей обработки в лабораторных условиях 33 пробы фитопланктона и 33 пробы бактериопланктона.

Проведены исследования морфометрических характеристик и состояния системы иммуногенеза наиболее распространенных видов ихтиофауны (окунь, лещ, плотва). Обследовано 206 особей, каждая из которых охарактеризована по 8 параметрам, включающим численность лейкоцитов и эритроцитов, содержание гемоглобина, функциональную активность фагоцитирующих клеток крови по данным хемилюминесцентного анализа, возраст, половая принадлежность, вес, размеры тела. Исследования проведены после нереста при среднелетних температурных условиях (17-19°С) водной среды, и среднем уровне наполнения водохранилища.

Отчет

Главная роль в круговороте вещества и энергии в водных экосистемах принадлежит первичной продукции, создаваемой фитопланктоном за счет солнечной радиации. Чтобы оценить пространственные и временные изменения уровня первичной продукции, необходимы экспрессные методы ее измерения, поскольку классические гидробиологические методики весьма сложны, трудоемки и инерционны. Возможность использования флуоресцентных свойств клеток фитопланктона для определения интенсивности фотосинтеза базируется на существовании тесной зависимости между скоростью выделения кислорода или фиксации углекислоты и долей поглощенной световой энергии, пошедшей на первичные фотохимические реакции. Доля этой энергии находится по амплитуде увеличения интенсивности свечения хлорофилла (вариабельная флуоресценция ($\Delta$F)), которое происходит при блокировании цепи фотосинтетического переноса электронов специфическими ингибиторами. То есть $\Delta$F отражает степень использования энергии света в фотохимических реакциях фотосинтеза, сопряженных с выделением кислорода.

Уравнение связи интенсивности фотосинтеза с показателями флуоресценции имеет вид

\[\Delta O{}_{2}/\Delta t = K C{}_{хл} \Delta F/F{}_{m},\]

где К — коэффициент пропорциональности, С${}_{хл}$ — содержание хлорофилла фитопланктона, F${}_{m}$ — интенсивность флуоресценции фитопланктона в присутствии ингибитора, $\Delta$F/F${}_{m}$ — коэффициент фотосинтетической активности.

Построена зависимость интенсивности фотосинтеза (в относительных единицах) по данным 2009 и 2010 гг. от $\Delta$F/F${}_{m}$ (рис. 1).

Рис. 1
Рис. 1. Зависимость содержания хлорофилла фитопланктона и интенсивности фотосинтеза от коэффициента фотосинтетической активности фитопланктона. 1 — содержание хлорофилла, 2 — интенсивность фотосинтеза, кривые — линии трендов

Уравнения связи (тренды на рис. 1) для интенсивности фотосинтеза $\Delta O{}_{2}/\Delta t =0.7е{}^{2.4}{}^{\Delta}{}^{F}{}^{/}{}^{Fm}$ (коэффициент корреляции r=0.72), а для содержания хлорофилла C${}_{хл}$ =2.2$\Delta$F/F${}_{m}$${}^{ -0.62}$ (r=0.67). Из рисунка видно, что интенсивность фотосинтеза растет при увеличении $\Delta$F/F${}_{m}$, несмотря на то, что содержание хлорофилла падает. Это связано с тем, что уменьшение концентрации хлорофилла определяется увеличением количества мелких клеток фитопланктона (но активных клеток), о чем свидетельствует возрастание удельной интенсивности фотосинтеза (на единицу биомассы фитопланктона) $\Delta$O${}_{2}$/($\Delta$t В) = 6.7 $\Delta$F/F${}_{m}$${}^{1.27}$ (r=0.67).

Проведено моделирование функционального состояния рыб и их иммунного статуса на основе компонентного анализа хемилюминесцентной кинетики (ХК) генерации активных форм кислорода (АФК) клетками крови. Определены модели функционального состояния рыб и их устойчивости к факторам внешнего воздействия (неспецифической резистентности) на протяжении летнего периода, включающего состояние нереста и посленерестового нагула. Выражение, определяющее кинетику интенсивности генерации АФК (I, имп./мин.) клетками крови при антигенной стимуляции для каждой компоненты, описывается формулой:

\[I^{N} (t)=N\cdot \lambda \cdot m\cdot \frac{(\lambda \cdot t)^{m} }{m!} \cdot e^{-\lambda \cdot t} \]

где $\lambda$ — среднее число зарегистрированных фотонов в единицу времени, m — мощность люминесцентного центра, N — число центров одинакового типа (с тем же $\lambda$ и m).

Рассчитаны коэффициенты ($\lambda$, m и N) и построены графические зависимости для трех компонент кинетики генерации АФК клетками крови рыб в разные временные отрезки летнего сезона и среднелетние (рис. 2).

Рис. 2
Рис. 2. Хемилюминесцентная кинетика генерации АФК клетками крови леща Красноярского водохранилища и составляющих ее расчетных компонент в летний период. 1 — компонента внеклеточной генерации АФК; 2 — компонента внутриклеточной генерации; 3 — компонента внутриклеточной генерации не связанная с фагоцитозом (захватом и перевариванием возбудителей болезни и отмерших клеток специальными клетками крови); 4 — расчетная ХК (сумма 3-х компонент); 4 — измеренная ХК

Коэффициенты корреляции между измеренными ХК и рассчитанными с помощью трех компонент для каждого периода летнего сезона, имели значения от 0,994 до 0,999.

Используя значения показателей модельных составляющих, охарактеризованы различные состояния фагоцитирующих клеток крови по мощности, эффективности и скорости проявления респираторного взрыва (резкого повышения активности фагоцитов) после антигенной стимуляции in vitro на протяжении летнего сезона.