Состав низкомолекулярного метаболома Potamogeton perfoliatus (Potamogetonaceae) как индикатор трансформации экологического состояния литоральной зоны

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проанализированы состав и характер изменения низкомолекулярного метаболома (НМ) рдеста пронзеннолистного Potamogeton perfoliatus L., произрастающего в шести биотопах Ладожского озера с различным характером антропогенной нагрузки. Получено, что общее число низкомолекулярных органических соединений (НОС) в составе НМ P. perfoliatus находится в прямой зависимости от антропогенной нагрузки, которая хорошо маркируется развитием цианобактерий. Чем больше интенсивность загрязнения или эвтрофирования вод, или чем выше численность цианобактерий, тем меньше общее число НОС и их концентрация. Выявлена зависимость суммарных концентраций групп соединений НМ от антропогенной нарушенности биотопа и концентрации цианобактерий. Снижение числа, относительного количества, суммарной концентрации карбоновых кислот, числа и содержания ненасыщенных жирных кислот и одновременное увеличение состава и содержания фенолов и суммарного содержания альдегидов и кетонов зависят от увеличения антропогенного пресса. Конкретный состав НМ рдеста пронзеннолистного зависит от его реакции на биотические и абиотические факторы водной среды, включая антропогенный. Выявленные особенности изменения компонентного состава НМ P. perfoliatus открывают возможность использовать его в качестве интегрального индикатора антропогенного воздействия на литоральные биотопы водоемов и ухудшения их экологического состояния.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. В. Крылова

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Email: evgeny_kurashov@mail.ru
Россия, пос. Борок, Некоузский р-н, Ярославская обл.

Е. А. Курашов

Cанкт-Петербурский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: evgeny_kurashov@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. В. Протопопова

Cанкт-Петербурский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: evgeny_kurashov@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

В. В. Ходонович

Cанкт-Петербурский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук; Санкт-Петербургский филиал Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии им. Л.С. Берга

Email: evgeny_kurashov@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Е. Я. Явид

Cанкт-Петербурский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: evgeny_kurashov@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Г. И. Кухарева

Cанкт-Петербурский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: evgeny_kurashov@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Андронникова И.Н., Распопов И.М., Курашов Е.А. 2011. Зоны экологического риска в прибрежных районах Ладожского озера, выявленные на основе гидробиологических и гидрохимических показателей // Литоральна зона Ладожского озера. СПб.: Нестор-История. C. 366.
  2. Вейсберг Е.И., Исакова Н.А. 2022. Реакция макрофитов на периодичеcкие изменения уровня воды в оз. Большое Миассово (Южный Урал, Россия) // Биология внутр. вод. № 3. С. 318. https://doi.org/10.31857/S0320965222020176
  3. Гуревич Ф.А. 1978. Роль фитонцидов во внутренних водоемах // Водн. ресурсы. № 2. С. 133.
  4. Гусева К.А. 1959. К методике учета фитопланктона // Тр. Ин-та биологии водохранилищ. № 5. С. 44.
  5. Крылова Ю.В., Курашов Е.А., Пономаренко А.М. и др. 2022. Оценка экологического состояния литоральной зоны Ладожского озера по результатам исследований 2019 года // Тр. Карельск. науч. центра Российской академии наук. № 2. С. 1. https://doi.org/10.17076/lim1474
  6. Крылова Ю.В., Курашов Е.А., Русанов А.Г. 2020. Сравнительный анализ компонентного состава низкомолекулярного метаболома горца земноводного (Persicaria amphibia (L.) Delarbre)) из разнотипных местообитаний в Ладожском озере // Тр. Карельск. науч. центра РАН. № 4. С. 95. https://doi.org/10.17076/lim1141
  7. Курашов Е.А., Крылова Ю.В., Батаева Ю.В. и др. 2019. Альгицид для подавления развития цианобактерий и зеленых водорослей на основе метаболитов – аллелохемиков водных растений // Патент на изобретение RU 2709308 C1, 17.12.2019. – Заявка № 2019104959 от 21.02.2019 (https://patents.s3.yandex.net/RU2709308C1_20191217.pdf: Дата обращения 28.02.2023).
  8. Курашов Е.А., Крылова Ю.В., Егорова А.А. и др. 2018a. Перспективы использования низкомолекулярного метаболома водных макрофитов для индикации экологического состояния водных экосистем // Вода: химия и экология. № 1–3. С. 68.
  9. Курашов Е.А., Митрукова Г.Г., Крылова Ю.В. 2018b. Межгодовая изменчивость состава низкомолекулярных метаболитов Ceratophyllum demersum (Ceratophyllaceae) в пойменном озере с изменяющимся трофическим состоянием // Сиб. экол. журн. № 2. С. 207. https://doi.org/10.15372/SEJ20180206
  10. Литоральная зона Ладожского озера. 2011. СПб.: Нестор-История.
  11. Митрукова Г.Г., Капустина Л.Л., Курашов Е.А. 2020. Экологическая оценка качества вод литоральной зоны Ладожского озера по результатам микробиологических исследований // Тр. Карельск. науч. центра РАН. № 9. С. 88. https://doi.org/10.17076/lim1277
  12. Распопов И.М. 1985. Высшая водная растительность больших озер Северо-Запада СССР. Л.: Наука.
  13. Садчиков А.П. 2003. Методы изучения пресноводного фитопланктона: методическое руководство. М.: Университет и школа.
  14. Судницына Д.Н. 2005. Экология водорослей Псковской области. Уч. пособие. Псков: ПГПУ.
  15. Ткачев А.В. 2008. Исследование летучих веществ растений. Новосибирск: Издательско-полиграфическое предприятие “Офсет”.
  16. Allelopathy. Current trends and future applications. 2013. Berlin: Springer.
  17. Appenroth K.-J., Sree K.S., Böhm V. et al. 2017. Nutritional value of duckweeds (Lemnaceae) as human food // Food Chem. V. 217. P. 266. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.08.116
  18. Asif A., Baig M.A., Siddiqui M.B. 2021. Role of jasmonates and salicylates in plant allelopathy // jasmonates and salicylates signaling in plants. Signaling and communication in plants. Cham: Springer. P. 115. https://doi.org/10.1007/978-3-030-75805-9_6
  19. Aslam F., Khaliq A., Matloob A. et al. 2017. Allelopathy in agro-ecosystems: a critical review of wheat allelopathy-concepts and implications // Chemoecol. V. 27. P. 1. https://doi.org/10.1007/s00049-016-0225-x
  20. Caputo L., Amato G., de Bartolomeis P. et al. 2022. Impact of drying methods on the yield and chemistry of Origanum vulgare L. essential oil // Sci. Reports. V. 12. P. 3845. https://doi.org/10.1038/s41598-022-07841-w
  21. Czekanowski J. 1922. Coefficient of racial likeness and durchschnittliche Differenz // Anthropol. Anz. V. 9. P. 227.
  22. Dvořáková Březinová T., Vymazal J. 2018. Phenolic compounds in wetland macrophytes // Scientia Agriculturae Bohemica. V. 49(1). P. 1. https://doi.org/ 10.2478/sab-2018-0001
  23. Fink P. 2007. Ecological functions of volatile organic compounds in aquatic systems // Mar. Freshwater Behav. Physiol. V. 40. P. 155.
  24. Gao Y.-N., Liu B.-Y., Xu D. et al. 2011. Phenolic compounds exuded from two submerged freshwater macrophytes and their allelopathic effects on microcystis aeruginosa // Pol. J. Environ. Stud. V. 20(5). P. 1153.
  25. Gopal B., Goel U. 1993. Competition and allelopathy in aquatic plant communities // The Bot. Review. V. 59. № 3. P. 155.
  26. Haroon A.M. 2020. Proximate and total fatty acid composition of some aquatic macrophytes in the Nile River Rayahs, Egypt // Pakistan J. Biol. Sci. V. 23. P. 295. https://doi.org/10.3923/pjbs.2020.295.305
  27. Hassan F.M., Salman J.M., Dou Abul A.A. et al. 2016. Polycyclic aromatic hydrocarbon (PAHs) concentrations in some aquatic macrophytes in Hilla River, Iraq // J. Environ. Protection. V. 7(2). P. 198. https://doi.org/10.4236/jep.2016.72018
  28. Hassanpouraghdam M.B., Hassani A., Vojodi L. et al. 2010. Drying method affects essential oil content and composition of Basil (Ocimum basilicum L.) // J. Essential Oil Bearing Plants. V. 13(6). P. 759.
  29. Hegazy A.K., Amer W.M., Khedr A.A. 2001. Allelopathic effect of Nymphaea lotus L. on growth and yield of cultivated rice around Lake Manzala (Nile Delta) // Hydrobiologia. V. 464. P. 133. https://doi.org/10.1023/A:1013943318230
  30. Hu H., Hong Y. 2008. Algal-bloom control by allelopathy of aquatic macrophytes – a review // Frontiers Environ. Sci. Engineering in China. V. 2(4). P. 421.
  31. Jaccard P. 1901. Distribution de la flore alpine dans le Bassin des Dranses et dans quelques regions voisines // Bull. Soc. Vaudoise Sci. Natur. V. 37. Bd 140. P. 241.
  32. Kumar G., Sharma J., Goswami R.K. et al. 2022. Freshwater Macrophytes: a potential source of minerals and fatty acids for fish, poultry, and livestock // Front. Nutr. Apr. V. 11. e9:869425. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.869425
  33. Kurashov E.A., Mitrukova G.G., Krylova Yu.V. 2018. Interannual variability of low-molecular metabolite composition in Ceratophyllum demersum (Ceratophyllaceae) from a floodplain lake with a changeable trophic status // Contemp. Problems Ecol. V. 11(2). P. 179. https://doi.org/10.1134/S1995425518020063
  34. Kurashov E., Krylova J., Protopopova E. 2021. The Use of allelochemicals of aquatic macrophytes to suppress the development of cyanobacterial “Blooms” // Plankton Communities. London: IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.95609
  35. Kurashov E.A., Krylova J.V., Mitrukova G.G., Chernova A.M. 2014. Low-molecular-weight metabolites of aquatic macrophytes growing on the territory of Russia and their role in hydroecosystems // Contemp. Problems Ecol. V. 7(4). P. 433. https://doi.org/10.1134/S1995425514040064
  36. Morisita M. 1959. Measuring of interspecific association and similarity between communities // Memoires of the Faculty of Science. Kyushu University. Ser. E (Biol.). № 3. P. 65.
  37. Mushtaq W., Siddiqui M.B., Hakeem K.R. 2020. Allelopathy. Potential for green agriculture. Springer Briefs in Agriculture. https://doi.org/10.1007/978-3-030-40807-7
  38. Nakai S., Yamada S., Hosomi M. 2005. Anti-cyanobacterial fatty acids released from Myriophyllum spicatum // Hydrobiologia. V. 543. P. 71.
  39. Śliwińska-Wilczewska S., Wiśniewska K.A., Budzałek G., Konarzewska Z. 2021. Phenomenon of Allelopathy in Cyanobacteria // Ecophysiology and Biochemistry of Cyanobacteria. Singapore: Springer. P. 225. https://www.doi.org/10.1007/978-981-16-4873-1_11
  40. Sorensen T.A. 1948. A method of establishing groups of equal amplitude in plant sociology based on similarity of species content, and its application to analyses of the vegetation on Danish commons // Kongelige Danske Videnskabernes Selskabs Biologiske Skrifter. V. 5. P. 1.
  41. Sun X., Jin H., Zhang L. et al. 2016. Screening and isolation of the algicidal compounds from marine green alga Ulva intestinalis // Chin. J. Ocean. Limnol. V. 34. Р. 781. https://doi.org/10.1007/s00343-016-4383-z
  42. Zhu X., Dao G., Tao Y. et al. 2021. A review on control of harmful algal blooms by plant-derived allelochemicals // J. Hazardous Mat. V. 401. P. 123403. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123403
  43. Zuo S., Zhou S., Ye L. et al. 2016. Antialgal effects of five individual allelochemicals and their mixtures in low level pollution conditions // Environ. Sci. Pollut. Res. V. 23. Р. 15703. https://doi.org/10.1007/s11356-016-6770-6

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Местоположение отбора образцов P. perfoliatus в Ладожском озере. 1 – зал. Импилахти, 2 – у о. Мантинсаари, 3 – Свирская губа, 4 – у пос. Вороново, 5 – у устья р. Волхов, 6 – зал. Лехмолахти; черным контуром обозначены зоны экологического риска, выделяемые в Ладожском озере (Литоральная…, 2011).

Скачать (247KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение общего числа НОС (1) и числа карбоновых кислот (CA, 2) в составе НМ P. perfoliatus в исследованных биотопах. И – зал. Импилахти, В – у устья р. Волхов, Сви – Свирская губа, Вор – у пос. Вороново, Ман – о. Мантинсаари, Л – зал. Лехмолахти.

Скачать (52KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение численности цианобактерий (Ncyan, тыс. кл./мл) (1), концентрации (СА, мкг/г сухой массы (2) и доли СА, % (3) суммарной доли альдегидов и кетонов, АЛ + К, % (4) и доли фенолов Ф, % (5) в составе P. perfoliatus.

Скачать (91KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость между долей карбоновых кислот (СА, %) и суммарной долей альдегидов и кетонов (АЛ + К, %) в составе НМ P. perfoliatus в исследованных местообитаниях.

Скачать (46KB)
Метаданные
6. Приложение
Скачать (92KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024