Том 35, номер 04, статья № 11

Аннотация:

Важная характеристика природного водоема – распределение пигментного состава различных групп фотосинтезирующих организмов по глубине и его изменения в разные сезоны. Оптические методы широко используются для мониторинга концентрации хлорофиллов водорослей или цианобактерий в водных экосистемах, однако для мониторинга бактериохлорофилла фототрофных бактерий применяются очень ограниченно.
Подробно описаны три новых метода количественного анализа фотосинтетического пигмента бактериохлорофилла d зеленых серных бактерий, использующие спектральные измерения, проведенные как на исходных пробах природной воды (спектры поглощения), так и для экстрактов пигментов в органических растворителях (спектры поглощения и флуоресценции). Проведен сравнительный анализ результатов применения разных методов на примере природной воды из области хемоклина оз. Трехцветного, одного из меромиктических водоемов Кандалакшского залива Белого моря. Сделаны выводы об условиях применимости разных методов, их преимуществах и ограничениях. Все три предложенных метода доказали возможность своего применения на пробах природной воды с разной концентрацией бактериохлорофилла, различающейся на порядки, от 5 до 5000 мг/м³.
 

Ключевые слова:

бактериохлорофилл, флуоресценция, спектр поглощения, аноксигенные фототрофные бактерии, зеленые серобактерии, стратифицированный водоем, Белое море

Список литературы:

1. Романенко Ф.А., Шилова О.С. Послеледниковое поднятие Карельского берега Белого моря по данным радиоуглеродного и диатомового анализов озерно-болотных отложений полуострова Киндо // Докл. АН. 2012. Т. 442, № 4. С. 544–548.
2. Краснова Е.Д. Экология меромиктических озер России. 1. Прибрежные морские водоемы // Водные ресурсы. 2021. Т. 48, № 3. С. 322–333.
3. Краснова Е.Д., Мардашова М.В. Как морской залив превращается в озеро // Природа. 2020. № 1. С. 16–27.
4. Overmann J. Green sulfur bacteria // Encyclopedia of Life Sciences. UK: John Wiley & Sons, Ltd. 2001. DOI: 10.1038/npg.els.0000458.
5. Blankenship R.E., Olson J.M., Miller M. Antenna complexes from green photosynthetic bacteria. Anoxygenic photosynthetic bacteria / R.E. Blankenship, M.T. Madigan, C.E. Bauer. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1995. Ch. 20. 2004. P. 399–435.
6. Hohmann-Marriott M.F., Blankenship R.E. Variable fluorescence in green sulfur bacteria // Biochim. Biophys. Acta. 2007. 1767. P. 106–113.
7. Frigaard N.-U., Takaichi S., Hirota M., Shimada K., Matsuura K. Quinones in chlorosomes of green sulfur bacteria and their role in the redox-dependent fluorescence studied in chlorosome-like bacteriochlorophyll c aggregates // Arch. Microbiol. 1997. V. 167. P. 343–349.
8. Overmann J., Tilzer M.M. Control of primary productivity and the significance of photosynthetic bacteria in a meromictic kettle lake Mittlerer Buchensee, West-Germany // Aquatic Sci. 1989. V. 51. P. 261–278.
9. Marschall E., Jogler M., Hessge U., Overmann J. Large-scale distribution and activity patterns of an extremely low-light-adapted population of green sulfur bacteria in the Black Sea // Environ. Microbiol. 2010. V. 12, N 5. P. 1348–1362.
10. Becker K.W., Elling F.J., Schröder J.M., Lipp J.S., Goldhammer T., Zabel M., Elvert M., Overmann J., Hinrichs K.-U. Isoprenoid quinones resolve the stratification of redox processes in a biogeochemical continuum from the photic zone to deep anoxic sediments of the Black Sea // Appl. Environ. Microbiol. 2018. V. 84, N 10. P. e02736-17.
11. Gostev T.S., Kouzminov F.I., Gorbunov M.Yu, Voronova E.N., Fadeev V.V. Physiological effect of variations in salinity and nitrogen concentration on the physiological characteristics of phytoplankton obtained using fluorescence spectroscopy techniques // EARSeL eProc. 2012. V. 11, N 21. P. 98–107.
12. Gorbunov M.Y., Falkowski P.G. Using chlorophyll fluorescence kinetics to determine photosynthesis in aquatic ecosystems // Limnol. Oceanogr. 2021. V. 66. P. 1–13.
13. Кузьминов Ф.И., Ширшин Е.А., Горбунов М.Ю., Фадеев В.В. Новые оптические подходы в исследовании физиологических характеристик цианобактерий in situ // Журн. фунд. и прикл. гидрофиз. 2015. Т. 8, № 1. С. 41–47.
14. Block K.R., O'Brien J.M., Edwards W.J., Marnocha C.L. Vertical structure of the bacterial diversity in meromictic Fayetteville Green Lake // Microbiol. Open. 2021. V. 10. P. e1228.
15. Krasnova E., Kharcheva A., Milyutina I., Voronov D., Patsaeva S. Study of microbial communities in redox zone of meromictic lakes isolated from the White Sea using spectral and molecular methods // J. Mar. Biol. Assoc. UK. 2015. V. 95, N 8. P. 1579–1590.
16. Харчева А.В., Жильцова А.А., Лунина О.Н., Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Саввичев А.С., Пацаева С.В. Флуоресценция бактериохлорофиллов зеленых серных бактерий в анаэробной зоне двух природных водоемов // Вестн. Моск. ун-та. Физика, астрономия. 2018. № 4. С. 40–45.
17. Жильцова А.А., Харчева А.В., Краснова Е.Д., Лунина О.Н., Воронов Д.А., Саввичев А.С., Горшкова О.М., Пацаева С.В. Спектральное исследование зеленых серных бактерий в стратифицированных водоемах Кандалакшского залива Белого моря // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 3. С. 233–239; Zhiltsova A.A., Kharcheva A.V., Krasnova E.D., Lunina O.N., Voronov D.A., Savvichev A.S., Gorshkova O.M., Patsaeva S.V. Spectroscopic study of green sulfur bacteria in stratified water bodies of the Kandalaksha Gulf of the White Sea. // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 4. P. 390–396.
18. Хунджуа Д.А., Пацаева С.В., Трубецкой О.А., Трубецкая О.Е. Анализ растворенного органического вещества пресноводных озер Карелии обратно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографией с одновременной регистрацией оптической плотности и флуоресценции // Вестн. Моск. ун-та. Физика, астрономия. 2017. № 1. С. 66–73.
19. Kharcheva A.V., Zhiltsova A.A., Lunina O.N., Savvichev A.S., Patsaeva S.V. Quantification of two forms of green sulfur bacteria in their natural habitat using bacteriochlorophyll fluorescence spectra // Proc. SPIE. 2016. V. 9917. P. 99170P-1–8.
20. Емельянцев П.С., Жильцова А.А., Краснова Е.Д., Воронов Д.А, Рымарь В.В., Пацаева С.В. Определение концентрации хлоросомных бактериохлорофиллов по спектрам поглощения клеток зеленых серных бактерий в пробах природной воды // Вестн. Моск. ун-та. Физика, астрономия. 2020. № 2. С. 25–30.
21. Лунина О.Н., Саввичев А.С., Кузнецов Б.Б., Пименов Н.В., Горленко В.М. Аноксигенные фототрофные бактерии стратифицированного озера Кисло-Cладкое (Кандалакшский залив Белого моря) // Микробиология. 2014. T. 83, № 1. С. 90–108.
22. Лунина О.Н., Саввичев А.С., Бабенко В.В., Болдырева Д.И., Кузнецов Б.Б., Колганова Т.В., Краснова Е.Д., Кокрятская Н.М., Веслополова Е.Ф., Воронов Д.А., Демиденко Н.А., Летарова М.А., Летаров А.В. Сезонные изменения структуры сообщества аноксигенных фототрофных бактерий меромиктического озера Трехцветное (Кандалакшский залив Белого моря) // Микробиология. 2019. Т. 88, № 1. С. 100–115.
23. Stanier R.Y., Smith J.H.C. The chlorophylls of green bacteria // Biochim. Biophys. Acta. 1960. V. 41. P. 478–484.
24. Zhiltsova A.A., Rymar V.V., Krasnova E.D., Voronov D.A., Patsaeva S.V. Fluorescence of chlorosomal bacteriochlorophylls extracted by organic solvents applied for pigment quantification in natural water samples // Proc. SPIE. 2021. V. 11845. P. 118450H.