Гидробиологический мониторинг Красноярского водохранилища

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.

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

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. 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. 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.

Гидробиологический мониторинг Красноярского водохранилища, 2010 г.

Отчет