В статье автор исследует интенсивность фотосинтеза в зависимости от минерализации.
Ключевые слова: водоросли соленого озера, фотосинтез.
1. Введение
Актуальность темы
Наш интерес к водорослям соленых озер вызван тем, что они без проблем выносят низкие температуры и дегидратацию. Особые условия жизни водорослей — повышенное содержание в воде солей, которые свойственны морям и океанам и континентальным водоемам
По составу соленое озеро и населяющие его водоросли особенно интересны для нашего исследования, чтобы лучше понять особенности, которые используются водорослями для выживания, что может быть полезным при разработке методов исследований живых организмов в закрытых системах.
Мы планируем провести анализ водорослей, а также с помощью исследований попробовать создать закрытую систему с животными, которые тоже из соленого озера и вычислить возможность их сосуществования.
Эти растения и их удивительные способности выживания также могут объяснить, каким образом эти организмы смогли пережить несколько периодов массового вымирания.
Цель и задачи исследований
Цель работы
- Создать различные условия для фотосинтеза водорослям соленого озер
- Сравнить данные по количеству выделенного кислорода
- Сравнить данные с разными представителями, с учетом равных условий эксперимента
Для достижения этой цели должны быть выполнены следующие задачи:
- Создать в условиях лаборатории установки для водорослей, обладающие разной характеристикой с точки зрения закрытых и открытых систем.
- Собрать образцы водорослей, проанализировать их физические и химические характеристики, абиотическую нагрузку в условиях лаборатории
Научная новизна и теоретическая значимость
Человечество планирует поселиться на других планетах и здесь человек не может обойтись без простейших водорослей.
Установлено, что дефицит питательных еды и кислорода — одна из проблем человечества на стадии освоения космоса.
Одна из задач, которую выполняют водоросли на космических кораблях — это снабжение экипажа кислородом. Процесс выращивания водорослей можно полностью автоматизировать для повышения продуктивности фотосинтеза.
Практическая значимость
Задача поиска водорослей, устойчивых к дефицитным (стрессовым) условиям, является очень актуальной. Современные исследователи регулярно находят и описывают новые водоросли, однако их внедрение в освоение космосом затрудняется низким приростом и активностью в стрессовых условиях.
В рамках данного проекта мы стали исследователями фотосинтезирующих установок и попробовали отыскать интересные с научной точки зрения подходы к решению трудных задач.
2. Материал и методы исследований
Материалом для данной работы послужили результаты лабораторных исследований и лабораторных экспериментов, проведенных осенью 2023 года и зимой 2025 года
Исходным материалом для исследований послужили водоросли соленого озера. Микроводоросли планктона принадлежат в основном к четырем отделам: Cyanophyta, Pyrrophyta, Bacillariophyta и Chlorophyta.
Мы определяли количество кислорода, растворенного в воде, соленость воды, кислотность среды, наблюдение за ростом, микроскопические исследования образцов водорослей
- Оксиметр Модели DO9100, BLE9100
- Беспроводной мультидатчик по химии с 3-мя встроенными датчиками:
— Датчик pH с диапазоном измерения не уже, чем от 0 до 14 pH
— Датчик электропроводимости с диапазонами измерения не уже, чем от 0 до 200 мкСм; от 0 до 2000 мкСм; от 0 до 20000 мкСм;
— Датчик температуры с диапазоном измерения не уже, чем от -20 до +140 С.
— Отдельные датчики
- Прозрачные химические стеклянные цилиндры, аквариумы, светодиоды, лампы светодиодные, полипропиленовые трубки, пробирки, штативы для пробирок, пробирки типа «эппендорф», пипетки Пастера, спиртовка, химическая посуда, весы, микроскоп цифровой «RobikLab»
Для освещения были взяты:
1. Светодиодная лента
2. Светодиодный светильник IN HOME SPO-108 36Вт
3. Фитолампа 6 Вт Ecola, светильник линейный
3. Результаты исследований
Образец № 1
Гибкий шланг с прикрепленными светодиодами: длина 2 метра
1. Шланг ПВХ прозрачный CRYSTAL Сlear не армированный 16 x 20 мм
2. Размеры ленты светодиодной: 8–12 мм; длина 2 метра
— Тип светодиодов: SMD 3528, 5060 (5050), 2835
— Мощность: 4,8 Вт/м, 9,6 Вт/м
3. Скотч
4. Объем воды 200 миллилитров
5. Масса водорослей 15 грамм в живом виде
Список водорослей: Synechocystis minima, Cyclotella tuberculata, Dictyosphaerium tetrachotomum, Oocystis submarina, Chlorella chlorelloides, Rhizoclonium hieroglyphicum, Sphaerocystis planctonica, Picocystis salinarum
Данные образца № 1
Использование специального прибора pH-метра позволило измерить значения pH в более широком интервале и с большей точностью (до 0,01 единицы pH) по сравнению с индикаторами .
Воды кислые
Кислотность, pH—3,63–3,64
Вода высокой минерализации
Минерализация М(мг/л)=0.65* λ(мкСм/см)*К= 0.65*200*0,937=121,81мг/л
Насыщенность воды кислородом при включенном свете светодиодной ленты
Основным «поставщиком» кислорода в воду всегда будут активно растущие подводные растения. Густой слой водорослей и налицо признаки активной выработки кислорода растениями (на талломах образуются пузырьки). Однако все меняется в темное время суток. Вся живая масса растений начинает потреблять кислород, поэтому падение его концентрации к утру — естественный процесс.
Мы проверили содержание кислорода в часы, близкие к включению света, и определили, что нет необходимости в дополнительной аэрации. Оптимальная концентрация кислорода в аквариуме составляет 5 мг/л. По показателям оксиметра в гибком шланге накопилось в среднем 26,88 мг/л.
Таблица 1
Сравнение условий освещения образца № 1
|
Образец 1 |
Условия освещения |
DO(mg/L) |
|
|
Светодиодная лента Шланг (мах) |
26,88 |
|
|
Дневной свет (мах) |
14,94 |
|
|
Светодиодный светильник IN HOME SPO-108 36Вт (мах) |
12,17 |
|
|
Фитолампа 6 Вт Ecola, светильник линейный Вт(мах) |
11,36 |
Образец № 2
1. Стеклянный цилиндр, прозрачное стекло
2. Светодиодный светильник IN HOME SPO-110 мощность 36Вт
3. Объем воды 200 миллилитров
4. Масса водорослей 15 грамм в живом виде
Список водорослей: Synechocystis minima, Cyclotella tuberculata, Dictyosphaerium tetrachotomum, Oocystis submarina, Chlorella chlorelloides, Rhizoclonium hieroglyphicum, Sphaerocystis planctonica, Picocystis salinarum
Данные образца № 2
Воды кислые
Кислотность, pH—3,63- 3,64
Вода средней минерализации
Минерализация М(мг/л)=0.65* λ(мкСм/см)*К= 0.65*100*0,919=59,735 мг/л
Объем воды 400 мл.
Таблица 2
Сравнение условий освещения образца № 2
|
Образец 2 |
Условия освещения |
DO(mg/L) |
|
|
Светодиодная лента Шланг (мах) |
27 |
|
|
Дневной свет (мах) |
15,65 |
|
|
Светодиодный светильник IN HOME SPO-108 36Вт (мах) |
12,84 |
|
|
Фитолампа 6 Вт Ecola, светильник линейный (мах) |
12,26 |
4. Заключение
Анализ влияния света как фактора среды на фотосинтез водорослей соленого озера выявил несколько особенностей
- Плотность распределения водорослей по поверхности влияет на фотосинтез. Наличие водорослей на стенках шланга и равномерное распределение по воде определяет интенсивность фотосинтеза
- Наличие или отсутствие углекислого газа в закрытой и открытой системе влияет на интенсивность фотосинтеза
- Выводы
- Больше всего количество кислорода было выявлено в шланге со светодиодной лентой
- Количество выделяемого в воду кислорода увеличилось по сравнению с первым образцом, из-за того, что вода в образце № 2 опреснена — по данным минерализации
- В гибком шланге при включенном свете достаточно кислорода для мелких жителей из соленого озера: Artemia salina, которая вывелась из яиц во время эксперимента. Виды коловраток — Brachionus plicatilis Muller и Hexarthra oxiuris (Zernov) (Rotatoria), инфузорий, амеб, нематоды рода Monhysterida.
Условие 1. Светодиодная лента
Условие 2. Естественное освещение
Условие 3. Светодиодный светильник IN HOME SPO-108 36Вт
Условие 4. Фитолампа 6 Вт Ecola, светильник линейный
Литература:
1. Баринова С. С., Медведева Л. А., Анисимова О. В. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды. — Тель-Авив: PiliesStudio, 2006. — 498 с.
2. Виноградова К. Л., Голлербах М. М., Зауер Л. М., Сдобникова Н. В. Зеленые водоросли — Chlorophyta: Классы сифонокладовые, сифоновые (Siphonocladophyceae, Siphonophyceae). Красные — Rhodophyta. Бурые — Phaeophyta: Определитель пресноводных водорослей СССР. — Л.: Наука, 1980. — Вып. 13. — 248 с.
3. Водно-болотные угодья России. Т.3. Водно-болотные угодья, внесенные в Перспективный список Рамсарской конвенции / Под общ. ред. В. Г. Кривенко. — М.: Wetlands International Global Series No 3, 2000.– 490 с.
4. Водоросли. Справочник / С. П. Вассер, Н. В. Кондратьева, Н. П. Масюк, Г. М. Паламарь-Мордвинцева, З. И. Ветрова, Е. Л. Кордюм, Н. А. Мошкова, Л. П. Приходькова, О. В. Коваленко, В. В. Ступина, П. М. Царенко, В. П. Юнгер, М. И. Радченко, О. Н. Виноградова, Л. Н. Бухтиярова, Л. Ф. Разумна. — Киев: Наук. думка, 1989. — 608 с.
5. Гусева Н. В., Копылова Ю. Г., Хващевская А. А., Сметанина И. В. Химический состав соленых озер Северо-Минусинской котловины, Хакасия // Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 321, № 1. С. 163–168.
6. Егорова И. Н., Кобанова Г. И., Судакова Е. А., Лиштва А. В., Тахтеев В. В. Экологическая характеристика хлоридно-натриевых минеральных источников бассейна р. Киренга и верхнего течения реки Лены. Сообщение 2. Флора низших растений: водоросли, лишайники // Биология внутренних вод. 2017. № 4. С. 15–27. DOI: https://doi.org/10.7868/S0320965217040027
7. Кусковский В. С., Кривошеев А. С. Минеральные озера Сибири (юг Красноярского края). — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. — 200 с.
8. Литвиенко Л. И., Литвиенко А. И., Бойко Е. Г. Артемия в озерах Западной Сибири. — Новосибирск: Наука, 2009. — 304 с.
9. Мошкова Н. А., Голлербах М. М. Зеленые водоросли. Класс Улотриксовые (1): Определитель пресноводных водорослей СССР. — Л.: Наука, 1986. — Вып. 10 (1). — 360 с.
10. Немцева Н. В., Игнатенко М. Е. О находке галотолерантной водоросли Asteromonas gracilis Artari в Оренбургской области // Поволжский экологический журнал. 2012. № 1. С. 99–104
11. Козлов О. В., Садчиков А. П. Промысловая гидробиология озерных беспозвоночных, Москва, 2002, 36 с.
12. Гилберт Ван Стаппен. АРТЕМИЯ: Вступление, биология и экология Артемии. Лаборатория аквакультуры и Центр по изучению артемии, Гентский Университет, Бельгия, 2007, 29 с.
