Отдел экологической физиологии водорослей

Сфера научно-исследовательской деятельности

Функционирование и структура фитопланктонного сообщества прибрежных и глубоководных районов Черного моря в условиях глобальных климатических изменений и антропогенного воздействия. В рамках основного направления исследований работы выполняются как на морском фитопланктоне, так и на культурах планктонных микроводорослей. Второй подход используется в качестве методологической основы для выявления основных закономерностей функционирования фитопланктона в море.

Задачи исследований

Исследование пространственно-временной изменчивости первичной продукции, биомассы фитопланктона, его видового и таксономического состава в Черном и Азовском морях.
Изучение ответной реакции черноморского фитопланктона на вариабельность основных гидрохимических и гидрофизических факторов и антропогенную нагрузку в современных климатических условиях.
Выявление механизмов адаптации морских микроводорослей к различным физико-химическим условиям на основе лабораторных исследований в культурах.

Темы госзадания

№ 0556-2021-0003 «Функциональные, метаболические и токсикологические аспекты существования гидробионтов и их популяций в биотопах с различным физико-химическим режимом»
№ гос. регистрации 121041400077-1
Научный руководитель: д.б.н, гл.н.с. профессор Солдатов Александр Александрович
Учёный секретарь: к.б.н. Головина Ирина Владимировна

Гранты

Оборудование

Световой микроскоп Primo Star фирмы Carl Zeiss
Лабораторный микроскоп для исследования препаратов на стеклах Carl ZEISS PrimoStar. Объективы 4х, 10х, 40х и 100х, бинокулярная версия с камерой и программным обеспечением, светодиодный осветитель проходящего света.

Cпектрофотометр СФ-2000
Предназначен для измерения спектральных коэффициентов направленного пропускания жидких и твердых прозрачных образцов. Возможность работать в трех измерительных режимах с разным уровнем автоматизации:определение оптических плотностей, измерение спектров, расчет концентрации по запрограммированному методу (градуировочный график),определение скорости реакций (в т.ч. кинетика нескольких образцов одновременно и многоволновая кинетика).

Флуориметр Turner Design Trilogy
Лабораторный флуорометр Turner Design Trilogy (США) – компактный лабораторный прибор, оснащенный модулем для регистрации флуоресценции хлорофилла а и феофитина а в ацетоновых экстрактах с возможностью последующего расчета абсолютной концентрации этих пигментов. В соответствии с международными протоколами этот прибор наиболее широко используется в практике морской гидробиологии.

Автоматический счетчик клеток Luna-II производства фирмы Logos Biosystems, Inc.
LUNA-II^TM - автоматический счетчик клеток представляет собой устройство для подсчета одиночных клеток тканей животных и растений на основе их изображения. Он оборудован инновационными самофокусирующимися жидкостными линзами и проверенным алгоритмом подсчета, что обеспечивает полностью автоматизированную операцию. Диапазон диаметра анализируемых клеток – 3–60 мкм. Прибор LUNA-II позволяет также измерять диаметр клеток, составлять карты их кластеров (% от количества одиночных клеток, дублеты и триплеты) и гистограммы распределений размеров клеток. Счетчик автоматически сохраняет результаты в виде CSV-файлов и дает возможность создавать подробные отчеты в формате PDF с указанием даты, времени, используемого протокола, представлением изображения клеток и соответствующих гистограмм.

Измеритель уровня освещенности LI-1500 фирмы LI-COR с датчиками LI-190RQuantum
Регистрирующая система LI-1500 (США) с одним датчиком позволяет проводить регистрацию параметров освещенности с частотой до 500 Гц. Используя программное обеспечение FV7x00, доступное для бесплатного скачивания на сайте компании LI-COR, возможно обработать весь массив полученных данных и построить наглядные графики. Есть возможность следить за процессом измерений в режиме реального времени на встроенном дисплее устройства. На экране также отображаются данные GPS и другие параметры.
Датчик LI-COR модели LI-190R измеряет фотосинтетически-активную радиацию (ФАР), а именно – плотность фотосинтетического фотонного потока (ФФП), то есть плотность фотонного потока в диапазоне ФАР. Измерения производятся в единицах мкмоль фотонов/(м² с) – что означает количество фотосинтетически-активных фотонов, падающих на единицу площади в единицу времени. Предназначен для идентификации и определения бета-излучающих радионуклидов в объектах окружающей среды.

Заведующий отделом экологической физиологии водорослей

Стельмах Людмила Васильевна

ведущий научный сотрудник
доктор биологических наук

Тел.: +7(8692) 55-09-44
e-mail: e_ph_algae@ibss-ras.ru

Сотрудники отдела

Пархоменко Александр Васильевич, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Ковалева Илона Васильевна, научный сотрудник, кандидат биологических наук

Соломонова Екатерина Сергеевна, научный сотрудник, кандидат биологических наук

Шоман Наталья Юрьевна, научный сотрудник, кандидат биологических наук

Акимов Аркадий Иванович, научный сотрудник

Мансурова Ирина Мяулитовна, младший научный сотрудник

Георгиева Елена Юрьевна, ведущий инженер

Алатарцева Ольга Сергеевна, ведущий инженер

Бабич Ирина Ивановна, ведущий инженер

Кириленко Наталия Федоровна, ведущий инженер

Минина Наталья Викторовна, ведущий инженер

Сагадатова Райса Раисовна, ведущий инженер

Основные результаты исследований

Были выполнены обширные измерения продуктивности фитопланктона, исследованы основные экологические параметры, определяющие его функционирование. Проведенные работы внесли важный вклад в создание новых представлений об адаптации отдельных видов водорослей и фитопланктонного сообщества в целом к условиям внешней среды, определяющим их рост и фотосинтез.

В последние годы активно развиваются экспериментальные исследования, направленные на оценку функциональных показателей отдельных видов водорослей в культурах и в природных условиях. Выявлены основные факторы, отвечающие за пространственно-временную изменчивость удельной скорости роста фитопланктона Черного моря. Впервые показана важная роль таксономической и размерной структуры фитопланктона в этой изменчивости. Показано, что в Черном море основной поток вещества и энергии от фитопланктона на высшие трофические уровни идет через микрозоопланктон.

Развита концепция «новой» и регенерационной продукции. Впервые по данным многолетних гидрохимических и гидробиологических наблюдений представлен сезонный ход восходящего и регенерационного потоков неорганического фосфора в зоне фотосинтеза глубоководной области Черного моря. Дано обоснование закономерностей внутригодовой динамики соотношения между физическими и биологическими процессами в обеспечении первичного синтеза органического вещества ключевыми элементами минерального питания. Получены оценки годового баланс между поступлением неорганического фосфора в зону фотосинтеза и их потреблением микропланктоном в глубоководной части Черного моря.

По результатам многолетних натурных (за период 1948–2001 гг.) и спутниковых (в период с 1998 по 2007 гг.) наблюдений получено, что устойчивые однонаправленные тренды изменения биомассы фитопланктона в глубоководной области Черного моря с начала 1950-х гг. и до настоящего времени отсутствуют. Межгодовая динамика биомассы фитопланктона характеризуется волнообразными изменениями с периодом колебаний приблизительно десять – одиннадцать лет. Основным фактором, определяющим временную динамику биомассы фитопланктона, является климат, изменения которого оказывают непосредственное влияние на формирование световых условий и условий минерального питания водорослей.

Разработан алгоритм окраски водорослей витальным красителем FDA и возможность анализа окрашенных проб на проточном цитометре CytomicsTM FC 500. Данный подход успешно применен для оценки ферментативной активности водорослей и доли мертвых клеток в накопительных культурах и природном сообществе фитопланктона. Предложено использовать параметр FDAfl в качестве показателя ферментативной активности водорослей и считать его индикатором летальных воздействий на клетки водорослей.

Проведен комплекс экспериментальных исследований по оценке совместного действия интенсивности света, температуры и степени обеспеченности клеток азотом на скорость роста и отношение органического углерода к хлорофиллу а (С/Хла) у некоторых видов диатомовых водорослей. Установлено, что совместное действие интенсивности света и температуры проявляется на участке светового ингибирования роста водорослей. Понижение температуры культивирования усиливает ингибирующее действие высокого света, что приводит к сужению диапазона оптимальных для роста водорослей интенсивностей света и резкому снижению содержания хлорофилла а, нормированного на органический углерод. Установлено, что температура и уровень обеспеченности клеток азотом являются независящими друг от друга факторами и их совместное действие носит аддитивный характер. Показано, что в условиях светового лимитирования скорость роста и содержание хлорофилла а в клетках слабо зависит от уровня обеспеченности водорослей азотом.

История отдела экологической физиологии водорослей

Отдел создан в марте 1981 г. на базе лаборатории физиологии фитопланктона, организованной по инициативе З.З. Финенко в 1968 г. Первоначально в состав лаборатории, кроме заведующего отделом, входило 5 человек: Берсенева Г.П., Кондратьева Т.М., Крупаткина Д.К., Ланская Л.А., Сергеева Л.М. Основное направление исследований лаборатории было связано с изучением эколого-физиологических характеристик отдельных видов морских микроводорослей и разработкой экспериментальных методов для количественной оценки их фотосинтетических и ростовых характеристик. По результатам этих исследований в 1971 г. была опубликована коллективная монография «Экологическая физиология водорослей» под редакцией Хайлова К.М. Дальнейшие исследования были расширены и направлены на изучение первичной продукции фитопланктона в морях средиземноморского бассейна и в Мировом океане.

С 1981 по 2020 г. заведующим отдела являлся д.б.н., профессор, лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники Финенко Зосим Зосимович. С октября 2020 г. руководство отделом осуществляет д.б.н., вед. научный сотрудник Стельмах Людмила Васильевна.

На базе отдела в течение ряда десятилетий поддерживается, обновляется и развивается уникальная коллекция живых культур морских планктонных водорослей. Она была создана Ланской Лидией Алексеевной в 1951–1952 гг. В течение 1951–1988 гг. Сотрудниками Института на базе отдела планктона, а затем отдела экологической физиологии водорослей, под. руководством Ланской Л.А. разрабатывалась и совершенствовалась методика получения монокультур и их длительного хранения в активном состоянии. Была выполнена огромная исследовательская работа по подбору оптимальных питательных сред, световых и температурных условий, частоте пересева культур.

В настоящее время в коллекции, которая является составной частью общей коллекции гидробионтов Мирового океана ФИЦ ИнБЮМ РАН, представлено более 40 видов морских планктонных водорослей, относящихся к различным таксономическим группам. Среди них: диатомовые, динофитовые, хризофитовые, зеленые водоросли, а также цианобактерии. Основу коллекции составляют черноморские виды микроводорослей. Она постоянно обновляется и пополняется новыми видами.