Кулизин П.В.¹, Гусев Е.С. ², Воденеева Е.Л. ³

1.  студент ННГУ им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород, РФ

2.  с. н. с. ИБВВ им. И.Д. Папанина РАН, п. Борок, Россия, к. б. н.

3.  доцент каф. ботаники ННГУ им. Н.И. Лобачевского,

г. Нижний Новгород, Россия, к. б. н.

Коллекция десмидиевых водорослей в ИБВВ РАН

Введение

Водоросли – древнейшие про- и эукариотические фотосинтезирующие организмы, ведущие свободный и симбиотический образ жизни. Эта группа организмов обладает большим разнообразием морфологии, анатомии, онтогенеза, географии и экологии. В связи с этим водоросли являются перспективными объектами для проведения разноплановых научных исследований. Одним из важнейших методов изучения этой группы организмов является создание коллекции культур водорослей. Попытки введения водорослей в культуру известны с конца XIX века. Впервые немецкий ученый Фердинанд Кох (F.Koch), основатель бактериологии, в 1850 г. смог сохранить одноклеточную жгутиковую водоросль Haematococcus(Chlorophyceae) в течение некоторого времени и назвал эту процедуру «культивирование» (Гайсина и др., 2008). Коллекции водорослей имеют огромное научное и прикладное значение. Ведущие мировые коллекции водорослей являются не только своеобразными «банками» для хранения генофонда водорослей и источниками объектов для биотехнологии, но и ведущими научно-исследовательскими и образовательными центрами, выполняющими работы в области систематики и экологии данных групп организмов ().

К числу таких центров относится Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, в котором имеется большая коллекция культур водорослей (диатомовых, десмидиевых, золотистых). Она образована в 50-х годах ХХ века д.б.н. К.А. Гусевой. В 2003 году она была зарегистрирована в международной федерации коллекций культур (WFCC) как BOROK WDCM602. Значительную часть этой коллекции в настоящее время составляют штаммы, выделенные из тропического региона. Формирование коллекции культур тропических водорослей началось в 2011 году, когда были выделены первые штаммы водорослей из проб, собранных в Центральном и Южном Вьетнаме.

Цель работы – провести инвентаризацию коллекции десмидиевых водорослей в ИБВВ РАН и выполнить ее таксономический анализ. 

Материалы и методы

Материалом для настоящей работы послужили пробы, отобранные с водохранилищ, естественных озер, пойменных водоемов и небольших озер заболоченных территорий в провинциях Кханьхоа, Биньтхуан, Донгнай, Ламдонг и Даклак (Вьетнам). Отбор проб фитопланктона и пересадка их в культуры осуществлялась с. н. с. ИБВВ РАН Гусевым Е. С. Пробы были взяты с помощью планктонной сети с размером ячеи 25 мкм. Клетки водорослей изолировались с помощью пипетки, затем промывались в стерильной воде (4-6 раз) и помещались в 96 луночные планшеты. Спустя некоторое время клетки были пересажены в пластиковые чашки Петри. Культивируются альгологически чистые штаммы, выделенные из одной клетки. Для культивирования водорослей была использована питательная среда WC (Guillard, Lorenzen, 1972) и поддерживалась температура от +20 до +22 ^ºC. Хранение культур осуществляется при температуре от  +7 до +12 ºC в холодильных установках.

Личный вклад автора в данной работе заключался в определении видов десмидиевых водорослей, изучении их морфологии и создании микрофотографий. Для идентификации и получения качественных фотографии был использован световой микроскоп инвертированного типа OlympusIX71 (Japan).

Определение видов осуществлялось с использованием отечественных и зарубежных определителей, а также отдельных публикаций (Косинская, 1960; Scott, Prescott, 1966; Prescottetal., 1975; Islam, Haroon, 1980; Ling, Tyler, 2000; Coesel, Meesters, 2007).

Результаты и обсуждение

Разнообразие форм и свойственная только конъюгатам симметрия в строении клетки делают эту группу привлекательным и популярным объектом для исследования. За более чем 200-летнюю историю изучения группы было описано более 4000 видов, которые в настоящее время относят примерно к 60 родам (Гончаров, 2009). Система данной группы водорослей окончательно не разработана и требует дальнейшего изучения.

К настоящему времени в коллекции насчитывается около 300 клональных альгологически чистых штаммов водорослей порядка Desmidiales(класс Zygnematophyceae). Всего нами было изучено около 60 видов десмидиевых водорослей. Основную часть коллекции составляют водоросли из родов: CosmariumCorda ex Ralfs (15 таксонов), ClosteriumNitzsch ex Ralfs (10), StaurastrumMeyen ex Ralfs (9), EuastrumEhrenberg ex Ralfs (8), MicrasteriasC.Agardh ex Ralfs (5), PleurotaeniumNägeli (3), Actinotaenium (Nägeli) Teiling (3), StaurodesmusTeiling (3), DesmidiumC.Agardh ex Ralfs (1), EuastridiumW. West & G.S.West (1), GonatozygonDeBary (1), SpondylosiumBrébisson ex Kützing (1), XanthidiumEhrenberg ex Ralfs (1), OnychonemaWall (1), HyalothecaEhr. (1), TeilingiaBourr. (1).

Одним из наиболее многочисленных является род CosmariumCorda ex Ralfs, представленный различными видами. Наиболее часто встречается C. portianumArch. и C. contractumKirch., представленные в коллекции несколькими штаммами, собранными в различных провинциях Вьетнама. Для C. contractumKirch.характерна глубокая перетяжка у клеток, синус широко открыт. У C. portianumArch. так же широко открытый синус и заметно вытянутый перешеек. Также довольно часто встречаются C. regnesiiReinsch., C. subspeciosumNordstedt., C. granatumBreb., С. regulareSchmidle, C. venustumBreb, C. clepsydraNordst., C.cf. retusiforme (Wille) Gutw., C. subadoxumGronblad.C. quadrum имеет клетки квадратной формы с довольно крупными размерами. Оболочка клетки густо гранулирована. Наиболее примечательным является C. nudum систематическое положение которого не вполне ясно. Сходный по морфологии C. obsoletum был помещен в род Pachyphorum, который объединил клетки круглые, угловато-круглые или эллиптические, сильно утолщенные, всегда глубоко перетянутые. Верхние углы округленные или тупые, нижние округленные, всегда с утолщенной оболочкой. Этот вид требует тщательного изучения.

Вторым по частоте встречаемости является род StaurastrumMeyen ex Ralfs представители которого очень изменчивы по морфологии. St. saltansJosh, St. leptocladumNordst., St. tetracerumRalfs., St. aviculaBreb. типичные обитатели некоторых водоемов Центрального и Южного Вьетнама. Наиболее редкими и примечательными являются St. sexangulareBulnh., St. tohopekaligenseWolle, боковые углы полуклеток которых вытянуты в длинные тонкие или более короткие толстые отростки с верхушкой, заканчивающейся 2-3 шипами.Виды имеют много форм очень изменчивых по количеству и длине отростков.

Так же интересны шиповатые виды Staurastrummonticulosum (BrébissoninRalfs), Xanthidiumcf.acanthophorum Nordst. определение которых нуждается в дополнительной проверке.

Род StaurodesmusTeiling представлен в коллекции тремя видами. Отличительными признаками рода является наличие одиночных простых шипов на углах полуклеток, гладкая, лишенная орнаментации оболочка и глубокая перетянутость клеток. Основными систематическими признаками являются строение синуса, форма полуклеток и расположение шипов на углах полуклеток. Наиболее распространены Sd. dejectusBreb., Sd. clepsydraNordst.

Род Actinotaenium (Nägeli) Teiling представлен тремя видами. Отличительными признаками данного рода является обязательное наличие пор в оболочке, более или менее развитый синус. Основной систематический признак – это форма клетки, размеры, строение хлоропласта.

Род PleurotaeniumNägeli представлен в коллекции тремя видами. Систематика данного рода претерпевает изменения и более точное определение будет дано в дальнейшем. Важными систематическими признаками является лентовидно-постенное строение хроматофора, присутствие выпуклого кольца на перешейке клетки, а также отсутствие штрихов и поясков на клеточной оболочке.

Коллекция ИБВВ им. И.Д. Папанина РАН богата представителями рода ClosteriumNitzsch ex Ralfs. Род характеризуется отсутствием видимой срединной перетяжки, ясно суживающимися к концам клетками и нередко их согнутостью. Очень характерный признак – наличие терминальных вакуолей с движущимися кристалликами гипса. Одним из наиболее многочисленных является Cl. EhrenbergiiMenegh. К числу наиболее редких относитсяCl. brauniiReinsch., длина клеток которого превышает 500 мкм.

Род MicrasteriasC.AgardhexRalfs представлен несколькими таксонами. Представители данного рода встречаются во многих водоемах Вьетнама. Наиболее интересным является M. mahabuleshwarensisHobs. представленный в данной коллекции двумя разновидностями. Кроме того, в водоемах Вьетнама обитают: M. pinnatifidaKutz., M. cf. zeylanicaFritsch.,M. radiansTurn. и др. Систематика данного рода на данный период времени претерпевает изменения под влиянием молекулярно-генетических исследований.

Род EuastrumEhrenbergexRalfs представлен клетками очень разнообразными по форме и величине. Eu. coralloides Josh., Eu.acanthophorum Turn., Eu. spinulosumDelp., Eu. denticulatumKirchn. часто встречаются во многих водоемах центрального и южного Вьетнама.

Очень интересной является находка и введение в культуру EuastridiumstaurastroidesCarter. систематическое положение которого требует детального изучения. Этот вид характерен только для тропического региона.

Также в коллекции встречаются виды, образующие колонии. Среди них встречаются DesmidiumswartziiAg., Spondylosiumcf. planum (Wolle), HyalothecadissiliensSmith, TeilingiagranulataRoyetBiss., Onychonemacf. laeveNordst. и др.

Формируется каталог коллекции, создаётся банк геномной ДНК для последующих молекулярных исследований. Проводится изучение морфологии с помощью электронной микроскопии.

Заключение

Инвентаризация коллекции десмидиевых водорослей в ИБВВ РАН выявила 64 видовых и внутривидовых таксона. Спектр ведущих родов коллекции определяли роды CosmariumCorda ex Ralfs,ClosteriumNitzsch ex Ralfs, StaurastrumMeyen ex Ralfs, EuastrumEhrenberg ex Ralfs и MicrasteriasC.Agardh ex Ralfs. Выявленные морфологические критерии будут использованы при проведении молекулярно-генетических исследований этих видов и составлении обобщенных диагнозов.

Литература

1. Гайсина Л.А., Фазлутдинова А.И., Кабиров Р.Р. Современные методы выделения и культивирования водорослей: учебное пособие. Уфа: Изд-во БГПУ, 2008. 152 с.

2. Гончаров А.А. Проблемы систематики коньгат (ZYGNEMATOPHYCEAE, STREPTOPHYTA)с точки зрения молекулярно-филогенетических данных // Ботанический журнал. 2009. №10. С. 117-148.

3. Анисимова О.В. Мелкие представители рода Cosmarium

(CONJUGATOPHYCEAE, DESMIDIALES) из двух сфагновых болот  Московской области // Новости систематики низших растений. Том 47. 2013. С. 13-22.

4. Экология внутренних вод Вьетнама под ред. Павлова Д.С., Зворыкина Д.Д. Москва: Т-во научных изданий КМК. 2014. 435 с.

5. Косинская Е.К. Коньюгаты и сцеплянки (2). Десмидиевые водоросли // Флора споровых растений СССР. М.; Л. Академия наук СССР. 1960. Т. 5. № 1. 706 с.

6. Scott A.M., Prescott G.W. Indonesian Desmids // Hydrobiologia. Vol. XVII. № 1-2. 1966. P. 1-259.

7. Ling H.U., Tyler P.A. Australian Freshwater Algae // J. Cramer. Berlin: Stuttgard. 2000. 633 р.

8. Islam N., Haroon Y. Desmids of Bangladesh // Int. Revue ges. Hydrobiol. Vol.65, Iss. 4. 1980. P. 551-604.

9. Coesel P. F. M., Meesters K. J. Desmids of the Lowlands. Mesotaeniaceae and Desmidiaceae of theEuropean Lowlands. Zeist. Stowa. 2007. 352 p.

10. Prescott G. W., Bicudo C. E., Vinyard W. C. A synopsis of North American desmids. Part II. Desmidiaceae: Placodermae. Sect. 4. Lincoln. University of Nebraska Press. 1982. 700 p.

11. http://bspu.ru/node/27497.