Диссертация, Ефремова - Российский государственный
advertisement
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ВОДНЫХ ПРОБЛЕМ СЕВЕРА КАРЕЛЬСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК На правах рукописи Ефремова Татьяна Алексеевна Углеводы и липиды как составная часть органического вещества природных вод Специальность: 25.00.27 «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия» Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук Научный руководитель д.х.н. П.А. Лозовик Петрозаводск-2016 г. СОДЕРЖАНИЕ Стр. ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….….4 1. УГЛЕВОДЫ И ЛИПИДЫ В МОРСКИХ И КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)…………………………………………….9 1.1. Классификация, структура и свойства углеводов………………….................9 1.2. Углеводы основных продуцентов органического вещества в морских и пресных водах…………………………………………………………………….…..16 1.3. Содержание углеводов в морских, пресных водах и во взвеси……………….20 1.4. Классификация, структура и свойства липидов……………………………….30 1.5. Липиды в пресноводных и морских организмах………………………………36 1.6. Липиды в морских и поверхностных водах…………………………………....45 2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………………………..……53 2.1. Методы химического анализа воды и статистической обработки данных …………………………………………………………………………………...……..53 2.2. Объекты исследования, периоды наблюдений, станции и методика отбора проб воды ………………………………………………………………………….....57 2.3. Краткая гидрохимическая и гидробиологическая характеристика объектов исследования…………………………………………………………………….……61 3. МОДИФИКАЦИЯ МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ И ЛИПИДОВ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ………………………………………………………………74 3.1. Сравнительный анализ методов количественного определения углеводов и липидов в поверхностных водах…………………………………………………….74 3.2. Модификация методики определения углеводов с L-триптофаном………….81 3.3. Модификация методики определения липидов с фосфованилиновым реактивом…………………………………………………………………………...…87 4. ОБЩИЕ, СВЯЗАННЫЕ, СВОБОДНЫЕ И ВЗВЕШЕННЫЕ УГЛЕВОДЫ В ПОВЕРХНОСТНЫХ И МОРСКИХ ВОДАХ КАРЕЛИИ……………………..……96 2 4.1. Общие углеводы и их сезонная динамика……………………………..…….....96 4.2. Связанные, свободные и взвешенные углеводы в поверхностных водах…106 4.3. Углеводы в водах Онежского и Ладожского озер и Белом море…………………………………………………………………………………..116 5. ЛИПИДЫ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ КАРЕЛИИ……………………………….128 5.1. Содержание и распределение липидов в поверхностных водах Карелии…..128 5.2. Липиды в водах больших озер (Онежское, Ладожское) и в Белом море……………………………………………………………………….…………..142 5.3. Соотношение углеводов и липидов в природных водах……………………..148 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………150 ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………………….152 3 Введение Актуальность темы. Органическое вещество (ОВ) играет важную роль в водных экосистемах. Благодаря его образованию обеспечиваются пищевые потребности живых организмов, оно способствует миграции химических элементов в водной среде и во многом определяет качество воды. В водных экосистемах фитопланктон продуцентами ОВ, и и микрофитобентос именно этой группе относятся к организмов основным принадлежит доминирующая роль в формировании «глобальной первичной продукции» (Раймонд, 1983; Саут Уиттик, 1990). Изучение состава ОВ необходимо для познания цикла углерода в биосфере (Вернадский, 1965). Органические соединения связывают биотическую и абиотическую части экосистем, осуществляя непрерывный обмен вещества и энергии в природе. Из этих соединений построены клетки всех живых организмов. ОВ природных вод является продуктами жизнедеятельности одних представителей биоты и пищевыми субстратами для других. Источниками углеводов и липидов в морских и пресных континентальных водоемах являются все автотрофные организмы, а также гетеротрофы, в результате жизнедеятельности которых в водную среду выделяются эти соединения. Углеводы могут поступать со сточными водами предприятий пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности и в составе аллохтонного ОВ с водосбора (Шаова, 1971). Паводковые воды и атмосферные осадки вымывают углеводы из почв, которые представляют собой мощный аккумулятор органических соединений, образующихся в результате биохимического разложения растительных и животных организмов (Кононова, 1963; Орлов, 1990). Накопление в водоемах ОВ, в том числе углеводов и липидов, происходит за счет выделения в среду продуктов ассимиляции клеток фитопланктона в процессе их роста и в результате прижизненного выделения водных организмов (Пименова и др., 1966; Горюнова, 1966, 1969; Максимова, Пименова, 1969; Басова, 2003). Исследование углеводов и липидов в водных экосистемах представляет интерес во многих отношениях. Во-первых, эти соединения отражают 4 функционирование водных экосистем, поскольку их образование в водоемах связано, как с жизнедеятельностью живых организмов, так и со средой обитания. Во-вторых, они оказывают влияние на круговорот ОВ в водоемах. Углеводы – первичные продукты фотосинтеза, а липиды образуются биохимическим путем в живых и растительных организмах и поступают в водную среду при их жизнедеятельности, а также в результате лизиса и автолиза. В-третьих, углеводы и липиды являются основными классами естественного ОВ в незагрязненных водоемах, и наблюдения за их содержанием должно входить в программу экологического мониторинга. Степень разработанности. В литературе имеются обширные сведения о содержании, распределении и трансформации углеводов и липидов в морских водах (Агатова и др. 1994; 2002; 2004; 2011; Беляева, 1993; 2004; Беляева, Романкевич, 1976; Jeffrey, 1970; Hedges, 1992; Saliot, Marty, 1988; и др.) и довольно ограниченные для поверхностных (Агатова и др., 2004; Бикбулатов, Скопинцев, 1974; Сабылина, Семенов, 1981; Holm-Hanses, 1972 и др.). Распределение и формы нахождения в этих водах до настоящего времени остаются мало изученными. Связано это с тем, что для поверхностных вод отсутствуют надежные методы количественного опреления углеводов и липидов. В этой связи пришлось модифицировать методики, используемые для морских вод применительно к поверхностным и прежде всего, учесть мешающие влияние гумусовых веществ. Это позволило в конечном итоге рассмотреть закономерности содержания, распределения и формы миграции углеводов и липидов в поверхностных водах. Цель данной работы заключается в установлении закономерностей содержания, распределения и форм миграции углеводов и липидов в поверхностных водах гумидной зоны на примере водных объектов Карелии. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Модифицировать методики определения углеводов и липидов для получения воспроизводимых и надежных результатов по их содержанию в природных водах; 5 2. Получить на новой методической основе данные о содержании углеводов и липидов в поверхностных водах Карелии и в Белом море; 3. Установить формы нахождения углеводов в поверхностных водах; 4. Исследовать распределение углеводов и липидов в поверхностных водах Карелии по сезонам года в зависимости от трофии и гумусности водных объектов; 5. Определить соотношение углеводов и липидов в природных водах и их вклад в баланс ОВ. Научная новизна: 1) впервые на новой методической основе с использованием модифицированных автором методик уставлено содержание и распределение углеводов и липидов в водных объектах Карелии, включая Онежское, Ладожское озера и Белое море; 2) выявлены закономерности в распределении углеводов и липидов в водных объектах в зависимости от их гумусности и трофности; 3) показана взаимосвязь и взаимообусловленность углеводов и липидов в поверхностных водах и тесная связь содержания липидов с развитием биоты в водоемах. Теоретическая и практическая значимость работы. значимость работы заключается Теоретическая в том, что впервые на новой методической основе установлены закономерности содержания, распределения и формы миграции углеводов и липидов в поверхностных водах гумидной зоны. Практическая значимость работы заключается в том, что по углеводам и липидам можно судить о функционировании водных экосистем. Методология и методы исследования. Автор модифицировал методики определения углеводов (с L-триптофановым реактивом) и липидов (с фосфованилиновым реактивом) и лично определил их содержание в исследуемых пробах воды. Химические анализы воды (щелочность, БПК5, pH, NH4+, NO2-, NO3, Nобщ,, Рмин, Робщ., перманганатная окисляемость (ПО), Сорг, цветность, СО2, О2, ХПК) выполнялись по аттестованным методикам в аккредитованной лаборатории гидрохимии и гидрогеологии ИВПС КарНЦ РАН. Все полученные данные по содержанию углеводов и липидов в природных водах (n=138) были статистически обработаны с помощью программы MS Office Exel. Были рассмотрены 6 следующие параметры: среднее арифметическое, среднее геометрическое, медиана, первый квартиль, третий квартиль, стандартное отклонение, минимум и максимум. Объектами исследования, включая Онежское, Ладожское озера и Белое море являлись разнотипные водные объекты Карелии (30 озера и 2 реки), наблюдения на которых проводились в различные гидрологические сезоны. Положения, выносимые на защиту: 1) Модифицированные спектрофотометрические методики определения в поверхностных водах углеводов с L-триптофаном, липидов с фосфованилиновым реактивом, позволившие получать воспроизводимые результаты анализа. Предложено изменить условия проведения реакций (осуществлять одновременно анализ стандартных растворов и проб воды с добавками и без добавки стандартных веществ и расчитывать содержание углеводов и липидов в воде с учетом особенностей проведения анализа); 2) Установленные на новой методической основе распределение и содержание углеводов и липидов в поверхностных водах Карелии, Онежском, Ладожском озерах и в Белом море; 3) Выявленные формы содержания углеводов в поверхностных водах: связанные в составе аллохтонного ОВ, свободные как компонент автохтонного ОВ и взвешенные, входящие в обе группы веществ; Соотношение углеводов и липидов в поверхностных водах и их вклад в баланс ОВ. Степень достоверности и апробация результатов обеспечивалась использованием современных методов анализа и обработки результатов, выполненных в соответствии с действующей нормативной документацией (ГОСТ, РД, ПНД Ф и др.), проверкой их на воспроизводимость, а также отсутствием противоречий с теми сведениями, которые были известны ранее. Основные материалы диссертационной работы представлены и обсуждены на IV-ой Школе-конференции молодых ученых с международным участием «Водная среда и природно-территориальные комплексы: исследование, использование, 7 охрана» (Петрозаводск, 2011), V Всероссийском симпозиуме с международным участием «Органическое вещество и биогенные элементы во внутренних водоемах и морских водах» (Петрозаводск, 2012), 3-ей научной конференции с международным участием «Химия – 2013. Физическая химия. Аналитическая химия. Нанохимия. Теория, эксперимент, практика, преподавание» (Москва, 2013), 66-ой научной школе-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых “Науки о Земле: Задачи молодых» (Петрозаводск, 2014), школаконференция «Моря, озера и трансграничные водосборы России, Финляндии и Эстонии» (Петрозаводск, 2014), V всероссийской научной конференции с международным участием «Экологические проблемы Северных регионов и пути их решения» (Апатиты, 2014), Четвертой Всероссийской научной конференции с международным участием «Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов» (Москва, 2015), научной конференции с международным участием «Современные проблемы гидрохимии и мониторинга качества поверхностных вод» (Ростов-на-Дону, 2015). Благодарности. Автор выражает глубокую искреннюю благодарность за неоценимую помощь в работе над диссертацией, ценные советы и рекомендации своему научному руководителю д.х.н. П.А. Лозовику. Автор признателен к.х.н. Сабылиной А.В., к.х.н. Рыжакову А.В. и сотрудникам лаборатории гидрохимии и гидрогеологии и гидробиологии ИВПС КарНЦ РАН за помощь в работе и ценные советы при обсуждении полученных результатов. 8 Глава 1. Углеводы и липиды в морских и континентальных водных объектах (литературный обзор) 1.1. Классификация, структура и свойства углеводов Среди ОВ биосферы углеводы и их производные занимают исключительное место. В составе углеводов есть вещества низкомолекулярные и высокомолекулярные, кристаллические и аморфные, растворимые в воде и нерастворимые, способные легко окисляться и сравнительно устойчивые к окислению. Углеводы включают в себя соединения самого различного молекулярного веса: от низкомолекулярных веществ, содержащих всего несколько атомов углерода (моно – и олигосахариды) до полисахаридов с молекулярным весом, достигающим несколько миллионов. Углево́ды (сахара́, сахариды) — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Название класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было впервые предложено К. Шмидтом в 1844 году. Появление такого названия связано с тем, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx(H2O)y, формально являясь соединениями углерода и воды. Углеводы принято делить на три класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды, которые по строению и свойствам подразделяются на ряд групп (рис.1.1.1.): Моносахариды (полиоксиальдегиды, полиоксикетоны) различаются числом углеродных атомов, наличием альдегидной или кетонной групп, структурной и пространственной изомерией. Важнейшими из них являются природные пентозы и гексозы, содержащие альдегидную группу и имеющие D-стереоконфигурацию. L-изомеры могут быть получены синтетически или разделением рацемических смесей. 9 Рис. 1.1. 1. Классификация углеводов Также, моносахариды могут образовывать циклические пяти- или шестичленные формы – фуранозы и пиранозы соответственно и образующиеся самопроизвольно в результате α-окси-оксо (цикло-цепной) таутомерии. Кроме того, такие циклические формы отличаются пространственным расположением полуацетального гидроксила, который отсутствует в циклических формах, что дополнительно увеличивает число стереоизомеров вдвое за счет α- и β-форм. В αформах полуацетальный гидроксил расположен по одну сторону от плоскости кольца с тем гидроксилом, который определяет принадлежность моносахарида к D- или L-ряду, а в β-формах - в противоположной стороне. Таким образом, важнейшие пентозы и гексозы имеют 5 таутомеров (две пиранозные – α и β, две фуранозные - α и β и одну цепную). Моносахариды представляют собой твердые бесцветные вещества, они гигроскопичны, хорошо растворяются в воде, в растворе имеют нейтральную среду, сладкие на вкус. Растворы моносахаридов оптически активны. Моносахариды хуже растворяются в спиртах, и совсем плохо в неполярных растворителях. Моносахариды достаточно реакционно-способные вещества. Их активность обусловлена наличием нескольких функциональных групп – альдегидной или кетонной, гидроксильными (спиртовыми) группами и одной полуацетальной (в 10 циклических формах). Соответственно различают реакции по карбонильной группе, гидроксильным (спиртовым) группам и полуацетальной группе. К первой группе реакций относятся: окисление альдегидной группы до карбоксильной и нуклеофильное присоединение (например, образование гидразонов, оксимов и т.д.). Во вторую группу реакций входят процессы, протекающие по спиртовым гидроксилам – это образование комплексов (хелатов) с ионами металлов (например, Сu2+), простых и сложных эфиров (ацетатов, фосфатов и др.). Важнейшими реакциями по полуацетальной группе является получение гликозидов. Олигосахариды - это сложные углеводы, состоящие из небольшого числа одинаковых или разных моносахаридных звеньев. Их свойства напоминают свойства моносахаридов, что и делает их достаточно близкими веществами. Важнейшими олигосахаридами являются дисахариды – мальтоза и сахароза. Первая состоит из двух остатков α –D-глюкопиранозы, а вторая – из одного остатка α-D-глюкопиранозы, и одного – β-D-фруктофуранозы. мальтоза сахароза По своей химической природе ди- и олигосахариды являются О-гликозидами, у которых атом водорода полуацетальной группы замещен остатком другого моносахарида, поэтому основная форма этих углеводов – циклическая. И только последний цикл в цепочке может равновесно раскрываться с образованием карбонильной группы. Если эта группа является альдегидной, то олигосахарид может окисляться, т.е. быть восстанавливающим (например, мальтоза), в случае кетонной группы этого не происходит (как у фруктозы). Другие физические и химические свойства ди- и олигосахаридов также соответствуют свойства моносахаридов – это взаимодействие с нуклеофильными реагентами, образование 11 простых и сложных эфиров, гликозидов, хелатных соединений с ионами металлов. Олигосахариды достаточно легко гидролизуются до составляющих их моносахаридов в кислой среде, но они относительно устойчивы к действию щелочи. Полисахариды - несахароподобные сложные углеводы, которые имеют наиболее сложный состав и строение. Они содержат сотни и даже тысячи остатков моносахаридов. Различают гомополисахариды, состоящие из одинаковых остатков и гетерополисахариды, в состав которых входят разные моносахариды. Кроме того, полисахариды бывают как линейными, состоящими из одной цепи, так и разветвленными с боковыми ответвлениями от главной цепи. Существуют и более сложные структуры гетерополисахаридов. По химической природе полисахариды, как и олигосахариды, относятся к О-гликозидам и моносахариды в них существуют исключительно в циклических пиранозных (реже в фуранозных) формах. Однако физические и химические свойства их кардинально отличаются от свойств более простых (сахароподобных) углеводов. Большинство из них нерастворимо в воде, либо образуют с ней гетерогенные системы – гели и коллоидные растворы; они не имеют вкуса, не способны окисляться в мягких условиях, не дают комплексы с ионами переходных металлов, хотя могут образовывать производные по спиртовым группам – алкилпроизводные, ацетаты, нитраты, сульфаты и др. Гидролиз полисахаридов протекает в достаточно жестких условиях (длительное нагревание с крепкими неорганическими кислотами), причем полимеры с α -гликозидными связями расщепляются легче, чем с β-гликозидными связями. Полисахариды в живых организмах выполняют резервную роль и выступают в качестве источника энергии, другая их функция – структурная. Важнейшими гомополисахаридами являются крахмал, гликоген («животный крахмал») и клетчатка (целлюлоза). Все они состоят только из остатков глюкозы, но по-разному соединенных друг с другом. Структура основного компонента крахмала амилозы - это длинные неразветвленные цепи α-глюкопиранозы, связанные α-1,4-гликозидной связью. В 12 другом компоненте крахмала – амилопектине большинство моносахараидных звеньев также соединены α-1,4-гликозидной связью, но в точках разветвлений цепи находятся α-1,6-гликозидные связи (а также небольшое количество других связей). Гликоген в целом напоминает аминопектин, только для него характерна более сложная разветвленная структура, содержащая вторичные и третичные боковые цепи. Целлюлоза или клетчатка представляет собой основное вещество растительного мира. Около 60 % древесины состоит из нее. Связь между остатками глюкозы в ней является β-1,4-гликозидной, что и обуславливает высокую механическую и химическую устойчивость этого полимера. К гетерополисахаридам относят многочисленные соединения (мукополисахариды), содержащие кроме моносахаридных звеньев остатки аминоспиртов, уроновых кислот и других веществ. Они выполняют важные биологические и физиологические функции, обладают высокой вязкостью. Важнейшими гетерополисахаридами являются гиалуроновая кислота (она входит в состав соединений ткани, суставной жидкости, стекловидном теле), гепарин (содержится в печени, мышцах, легких и участвует в регулировании обмена липидов, а также препятствует свертываемости крови), хондроитинсульфаты (содержатся в костной ткани, коже, роговице и др.) (рис. 1.1.2). 13 Рис. 1.1.2. Строение некоторых сложных полисахаридов (гликозаминогликанов). Следует отметить, что углеводы также входят в состав сложных биополимеров, содержащих в качестве компонентов другие высокомолекулярные вещества – белки, липиды, и нуклеиновые кислоты, ковалентно или нековалентно связанные друг с другом - это гликопротеиды гликолипиды и гликонуклеотиды, имеющие исключительно важные функции в растительном и живом мире. 14 Основным продуцентом углеводов в поверхностных и морских водах является фитопланктон. Фитобентос играет значительную роль в продуцировании ОВ лишь в мелководных водоемах и в прибрежных районах озер, морей и океанов. Макрофиты являются также источниками автохтонного ОВ в прибрежных водах. Углеводы являются первыми продуктами фотосинтеза. В уравнении фотосинтеза: n CO2 + n H2O (СH2O)n + n O2 ↑ заключается основа существования жизни на Земле. Цикл восстановления CO2 до углеводов состоит из четырех этапов: 1) карбоксилирования, 2) восстановления, 3) регенерация акцептора CO2, 4) синтез конечных продуктов. Конечным продуктом фотосинтеза в первую очередь принято считать моносахарид – фруктозо-1,6-дифосфат. В боковой ветви цикла Кальвина образуются липиды, аминокислоты и другие соединения (рис. 1.1.3.) (Ленинджер, 1974). Рис. 1.1.3. Промежуточные и конечные продукты фотосинтеза 15 1.2. Углеводы основных продуцентов органического вещества в морских и пресных водах Продуцируемое первичными продуцентами ОВ выделяется в воду в процессе их роста, старения и разложения. Парсонс, исследуя содержание белков, углеводов и липидов у 11 видов фитопланктона, пришел к заключению, что они в живой клетке находятся в соотношении 4:3:1 соответственно (Parsons, 1963). Концентрация углеводов в водорослях зависит от вида и условий их роста, физиологического состояния организмов, концентрации CO2, биогенных элементов, освещения, температуры и др. факторов. Изменение экологических параметров (освещенности, температуры, концентрации химических веществ и др.) происходят больше всего по сезонам года. У всех исследованных водорослей общим является повышение содержания углеводов в их клетках при низких температурах воды, что обеспечивает организм энергией (Барашков, 1972; Раймонт, 1983). Энергия, которая высвобождается при окислении углеводов, запасается в макроэргических связях АТФ, этого универсального аккумулятора энергии. Позднее она расходуется для осуществления синтеза и других процессов жизнедеятельности организма (Шапиро, 2004; Хелдт, 2011). Так, у Lemaneonodosa в октябре содержание углеводов достигло 32%, а в конце зимы уменьшается до 15 % сухой массы (Laur, 1970). Многолетние исследования содержания углеводов в сине-зеленых водорослях днепровских водохранилищ показали, что сумма углеводов у Aph. flos-aquae и Anabaena flos-aquae равно соответственно 7,4 и 11,4 % от суммарного содержания ОВ. У Aph. flos-aquae и Microcytis airuqinosa концентрация углеводов может достигать в осенний период до 40 и 32 % сухой массы соответственно. У сублиторальных ламинариевых водорослей амплитуда осеннего максимума и весеннего минимума достигает более 15 % сухой массы (Барашков, 1972; Коровкина и др. 2007). Концентрация углеводов в темноте (исследовались диатомовые водоросли) возрастает, а в светлое время убывает (Костылев, 1973; Handa, 1969; Oijen, 2001). Бассон с соавторами (Basson et al., 16 1991) показали, что при увеличении концентрации тяжелых металлов (Cd, Ni) у эвгленовых водорослей [E. gracieis] понижается содержание углеводов. Исследуя углеводный обмен фитопланктона Оиджен (Oijen, 2001) обнаружил, что в районе озера, где воду обогащали железом, концентрация глюкозы в клетках водорослей увеличивается. При недостатке содержания кремния в воде, как и при недостатке N и P, нарушается обмен веществ у фитопланктона. Так, после исключения кремнекислоты из среды при культивировании Cyclotella cryptic блокировался синтез белков, уменьшалось количество углеводов на одну треть, в клетках накапливались липиды (Werner, 1966). В диатомовых водорослях содержание углеводов колеблется от 6 до 20 % на сухую массу клеток. Максимальные количества углеводов (20-24% сухой массы) найдено у культур Scelotonema costatum и Phacodactylum iricornutum (Parsons et al., 1961; Myklested, 2000). Концентрация углеводов у сине-зеленых водорослей изменяется в очень широких интервалах - от 4 до 60 % сухой массы клеток. Столь значительные колебания в содержании углеводов у сине-зеленых водорослей объясняется не только физиологическим состоянием водорослей, фазами их роста, временем и местом сбора образцов, но тем, что значительную часть углеводного комплекса составляют экзогенные слизистые полисахариды, которые иногда доходят до 40 % ассимилированного углерода (Сиренко, Гавриленко, 1979). Количество их существенно изменяется в течение жизни. Молодые клетки водорослей менее ослизненные, чем старые (Горюнова и др., 1969; Помилуйко, Стаценко, 1973). Слизеподобные полисахариды, выделяемые сине-зелеными водорослями, подобны полисахаридам самих водорослей. По оценкам Хайлова (1971) внеклеточные выделения ОВ фитопланктоном составляют 15%, а у фитобентоса – 37 % от общего созданного ими ОВ. В культуре перидиниевых водорослей (Amphidinium carteri и Exuviell sp.) концентрация углеводов может достигать до 42 % сухой массы (Parsons et al., 1961). 17 Среди высших водорослей бурые и красные содержат максимальное количество углеводов - 60-70 % сухой массы (Клочкова, Березовская, 1997; Облучинская, 2001; Усов и др., 2005; Коровкина и др., 2007; Шевченко и др., 2007). Минимальное количество углеводов свойственно зоопланктону и зообентосу. Среднее содержание углеводов в морском зоопланктоне составляет 2 % от общего ОВ (Раймонт, 1988). Однако вместе с хитином их содержание может достигать до 10 % (Богоров, 1971; Raymont et al., 1968). В арктических копеподах среднее содержание углеводов составляет 4,3 % от сухой массы (Агатова, Богданов, 1970; Bhat, Wagh, 1992). Грамположительные бактерии содержат до 70 % углеводов на сухую массу, а в грамотрицательных бактериях, которые преобладают в поверхностных и морских водах, их в 3 раза меньше (Кузнецов, 1970; Роуз, 1971). Среди одноклеточных водорослей групповой и моносахаридный состав углеводов лучше всего изучен у диатомовых (табл.1.2.1) и сине-зеленых водорослях. Парсонсом (Parsons et al., 1963) и Хандом с сотрудниками (Handa, 1969) обнаружено, что в диатомовых водорослях углеводы в основном представлены полисахаридами (90 % от их общего количества). В отличие от сине-зеленых водорослей диатомовые водоросли содержат моносахариды в свободном состоянии (3-5 % сухой массы). Полисахариды подразделяются на водорастворимые продукты и водонерастворимые. Количество их в клетках водорослей представлены примерно поровну. У сине-зеленых водорослей основным компонентом углеводного комплекса являются слизеподобные полисахариды, которые по составу ближе всего к углеводам бурых и красных водорослей. Они трудно гидролизуются, не способны к ацетилированию, гидрофобны (Барашков, 1972; Сиренко, Гавриленко, 1978). Исследуя полисахаридный состав бурых водорослей Облучинская (2001) и Коровкина с сотруд. (2007) обнаружили, что полисахарид – агар, может достигать в них до 60 % сухого вещества, а также наряду с ним и моннитол, альгиновая кислота и ламинарин. Гликоген является основным запасным углеводным 18 соединением у сине-зеленых водорослей, что сближает их с бактериями и грибами. У сине-зеленых и диатомовых водорослей обнаружены остатки серной кислоты в виде сульфатированных полисахаридов, что также сближает их с бактериями (Барашков, 1972; Горюнова и др., 1969; Серенков, Пахомова, 1957; Myklested et al., 1974). У этих отделов водорослей сера в углеводном обмене, возможно, играет не меньшую роль, чем фосфор у высших растений. Таблица 1.2.1. Моносахаридный состав углеводов в диатомовом планктоне и морской воде (% от суммы) Объект исследования Гексозы Пентозы глюкоза галактоза манноза рамноза арабиноза ксилоза рибоза фукоза Планктон * Chaeto-ceros sp. Sceloto-nema costatum Coscin-discus sp. 34,7 18,5 8,3 29,5 отс. 4,2 7,5 отс. 74,1 51,1 8,1 9,7 3,9 10,0 4,5 17,0 отс. отс. отс. отс. 5,4 отс. 4,0 12,0 Морская вода ** Район Калифорнии 0, м 40,0 40,0 20,0 отс. отс. отс. отс. отс. 1990 м 43,7 9,6 38,2 5,1 3,7 отс. отс. отс. 3890 м 42,7 8,3 49,0 отс. отс. отс. отс. отс. следы следы следы отс. Черное море (0-2000 м) 54,3 следы 45,6 следы * - по данным Parsons, 1963; Handa, 1969 ** - по данным Старикова, Яблокова, 1972; Rittenberg et al., 1963; Degens et al., 1964 Исследования Ерохина (1972) показали, что меченые по метаболиты водорослей углеводной природы быстро 14 С углероду включаются беспозвоночными (зоопланктоном) в их пластический и энергетический обмен. Меченый углерод был зарегистрирован в белках, липидах и в выделяемом при дыхании СО2. 19 Таким образом, продуценты и консументы ОВ (фито-, зоо- и бактериопланкон и высшие растения) содержат углеводы самой различной природы и различной степени устойчивости к разложению. 20 1.3. Содержание углеводов в морских, пресных водах и во взвеси Впервые содержание углеводов было определено в 1950 г. Кольером с сотрудниками (Ерохин, 1972) в водах Мексиканского залива. Однако до начало 60-х годов прошлого столетия возникали трудности методического характера по определению содержания растворенных углеводов (УР) в воде и только благодаря появлению ряда простых спектрофотометрических методов их определение стало возможным. В настоящее время имеется обширный материал о содержании УР в морских и океанских водах (Хайлов, 1971; Ерохин, 1972; Старикова, Яблокова, 1972; Агатова, Богданов, 1972; Артемьев, Мельников, 1974; Романкевич, 1977; Парсонс и др., 1982; Артемьев, 1993; Агатова и др., 1994, 1995; Агатова, Торгунова, 1998; Агатова и др., 2001; Агатова и др., 20051,2; Агатова и др., 2008, 2011; Лазарева, Романкевич, 2012; Parsons, Strikland, 1961; Josefsson et al, 1972; Handa et al., 1972; Johnson, Sieburth, 1977; Chevolot, 1988; Myklestad et al., 1989; Senior, Chevolot, 1991; Benner et al., 1992; Pakulski, Benner, 1994; Borsheim et al., 2005; Myklestad, Borsheim, 2007; Panagiotopouls, Sempere, 2005). Концентрация УР в морских и океанских водах колеблется от следовых количеств до нескольких мг/л (табл. 1.3.1.). Большая часть (90-95 %) суммарных углеводов в морских и океанских водах находится в растворенной форме. Они являются одним из основных биохимических компонентов формирующим и поддерживающим водную экосистему (Романкевич, 1977; Парсонс и др., 1982; Агатова и др. 2011; Benner et al., 1992; Pakueski, Benner, 1994; Ponagiotopoulos, Sempere, 2005). Углеводы составляют от 20 до 30 % от растворенного органического углерода в бассейне океанических поверхностных вод (Беннер и др. 1992; Пакульски, Беннер 1994), с количественным преобладанием полисахаридов (Lancelot & Billen, 1985). 21 Таблица 1.3.1. Содержание растворимых углеводов в морских и океанских водах Место отбора Глубина, Содержание Метод Литература проб м углеводов, определения мг/л 1 2 3 4 5 Шельфовая зона морей и океанов Мексиканский 0 – 32 0.0 – 3.6 АН Collir, 1950 (цит залив Ерохин, 1972) Баренцево море, 0 0.5 – 3.0 АН Ерохин, 1972 губа ДальнеЗеленецкая (заросли бурых водорослей) Шельф юго0 2.20 ФСК Артемьев, 1976 западной Африки 25 – 50 1.7 – 1.8 ФСК 100 – 130 1.3 – 1.6 ФСК Шельф Перу 0.0 0.32 ФСК Романкевич, 1977 0 – 70 0.23 – 0.40 Шельф северо0 1.03 – 2.26 ТФ восточной части (12.7 Черного моря 100 21.9)* ТФ Агатова и др., 2005 0.87 – 2.27 (12.8 – 20.9) Шельф Сочи0 1.73 (16.6) ТФ Агатова и др., 2005 Адлер 70 0.63 (6.2) ТФ Шельф 0 1.52 (14.9) ТФ Агатова и др., 2005 Новороссийск50 0.89 (8.9) ТФ Cauwet et al, 2002 Геленжик 0 – 20 0.18 TPTZ Черного моря Шельф восточной 0 – 10 4.5 – 5.15 ТФ Агатова и др., части Среднего 2005, Каспия Агатова и др., 2001 Шельф западной 0 – 20 4.5 – 5.0 ТФ Агатова и др., части Среднего 2005, Каспия Агатова и др., 2001 Глубоководные районы морей и океанов Северо-восточная 0 – 100 0.27 – 1.31 АН Parsons, Stickland, честь Тихого 1961 океана 22 1 Тропическая часть Тихого океана Курило-Камчатский склон Тихого океана Черное море Море Сулу Юго-западная часть Атлантического океана Южная тропическая часть Индийского океана Океанская котловина Тихого океана Западная экваториальная тропическая часть Тихого океана Восточная экваториальнотропическая часть Тихого океана Континентальный перуанский склон Тихого океана Аравийское море Северная часть Тихого океана Экваториальная часть Тихого океана Продолжение табл. 1.3.1. 5 2 0 100 1000 5000 0 – 1000 3 0.06 – 0.30 0.08 – 0.14 0.07 – 0.11 0.08 – 0.16 0.60 – 3.73 4 ФСК ФСК ФСК ФСК ФСК 0 – 2000 0.93 – 2.99 ФСК 10 10 – 3700 0 0 – 5500 1.14 0.50 – 1.22 1.21 – 1.36 0.48 – 2.14 АН АН ФСК ФСК 0 – 10 0 – 2000 0.21 – 1.21 0.10 – 1.31 ФСК ФСК Артемьев, 1976 0 – 5000 0.5 ФСК Артемьев, 1976 0 0 – 4750 0.99 – 1.15 0.55 – 1.40 ФСК ФСК Агатова, Богданов, 1972 Богданов, Шапошников, 1970 Старикова, Яблокова, 1972 Люцерев и др., 1972 Артемьев, Мельников, 1974 Романкевич, 1977 0 – 25 0 – 4500 0.32 – 0.71 0.10 – 0.91 ФСК ФСК Романкевич, 1977 0 – 10 0 – 3800 0.32 – 0.37 0.20 – 0.40 ФСК ФСК Романкевич, 1977 0 0 – 300 0 – 500 0.22 – 1.23 0.05 – 0.43 0.3 – 1.5 ФСК ФСК МБТГ Bhosle, 1989 0 – 4000 0.3 – 1.2 МБТГ Pakulski, Benner, 1994 Pakulski, Benner, 1994 23 1 Мексиканский залив Алеутская котловина Берингова моря Черное море 2 10 – 500 3 0.6 – 1.5 0 – 2500 1.7 0 – 2000 Северный Каспий Средний Каспий 0 – 50 0 – 200 Южный Каспий 0 – 900 2.6 – 4.75 (5 – 10) 2.70 – 10.60 (7.3 – 21) 2.01 – 7.62 (6.1 – 30) 0.53 – 5.52 (2.2 – 2.6) 1,3-7,0 (16.2) Южная часть Балтийского моря Средиземное море Черное море Норвежское море (средние данные за 1991 – 1993гг) Тропическая часть Индийского океана - Окончание табл. 1.3.1. 4 5 МБТГ Pakulski, Benner, 1994 ТФ Агатова и др., 1995 ТФ Агатова и др., 1995 ТФ Агатова и др., 2001 ТФ Агатова и др., 2005 ТФ Агатова и др., 2005 TPTZ Görs et al., 2007 Momzikoff et al., 2004 Cauwet et al., 2002 Myklestad, Borsheim, 2007 - 0,05-0,38 TPTZ 0 – 20 0 10 25 50 100 – 200 400 – 800 800 – 2000 0 10 60 100 200 0.8 – 1.8 0.34 (14) 0.34 (11.8) 0.32 (14.4) 0.29 (13.5) 0.25 (13) 0.23 (11.3) 0.21 (11) 0.26 (16.9) 0.41 (26.7) 0.95 (49.2) 0.23 (17.3) 0.56 (40) TPTZ TPTZ TPTZ TPTZ TPTZ TPTZ TPTZ TPTZ ТФ, ФСК ТФ, ФСК ТФ, ФСК ТФ, ФСК ТФ, ФСК Лазарева, Романкевич, 2012 Примечание: АН – антронный метод; ФСК – фенол-сернокислотный метод; ТФ – триптофановый; МБТГ – с 3-метил-2-бензотиазолингидразонгидрохлоридом; TPTZ – с 2, 4, 6 трипиридил-с-триазином * - в скобках приведен % содержания растворенных углеводов от суммарного растворенного ОВ (РОВ) По данным Е.А. Романкевича и А.А. Ветрова (2001) максимальные концентрации растворенного Сорг, приуроченные к фотическому слою в Баренцевом море составляют ~ 320 мкМ/л (3,84 мг/л), Восточно-Сибирском и 24 Чукотском морях Сорг в 2 раз меньше. В Беринговом море, куда поступают более продуктивные тихоокеанские воды, концентрация УР может достигать до 3 мг/л и составлять до 60 % от растворенного Сорг (Агатова и др., 2001; 2011; Benner et al., 1992). Концентрация УР в Беринговом море увеличивается с глубиной, что характерно и для других морей – Охотского, Баренцева, в которых обнаружены газо-нефтеносные районы. Рейд и Ожел (Reid, Orgel, 1967) показали, что интенсивное окисление нефтяных углеводородов метанового ряда в морях приводит к образованию альдегидов и кетонов, которые конденсируются до углеводоподобных соединений. Концентрация УР в Белом море подвержена межгодовому изменению. Содержание их в продуктивный 1991 г. был в 2 раза выше, чем в менее продуктивные года – 1997, 1998 и 1999 гг. Концентрация УР в июне-июле 1991 г. по всей акватории моря изменялись от 2,3 до 8,2 мг/л, тогда как в 1997 - 1999 гг. максимальные концентрации их не превышали 3,5 мг/л (Агатова и др., 1994; Агатова и др., 2002). Воды Каспийского моря более обогащены УР, чем воды Черного моря и особенно его прибрежные районы (см. табл. 1.4.1.). Однако процент содержания УР в составе растворенного ОВ в водах Черного моря выше, чем в Каспийском и может достигать до 47 % (Агатова и др., 20051). В фотических слоях глубоководных и пелагических районов Тихого, Атлантического и Индийского океанов концентрация УР невысокая и колеблется в пределах 0,21-1,36 мг/л. В прибрежных районах этих океанов встречаются, как очень низкие концентрации УР (0,01 мг/л), так и высокие – 7,9 мг/л (Артемьев, 1976, 1993; Лазарева, Романкевич, 2012; Handa et al., 1972). Общим для морских вод является преобладание растворенных полисахаридов над моносахаридами. Последние подвергаются быстрой утилизации гетеротрофными бактериями (Pakulski, Benner, 1994; Myklestad, Borsheim, 2007). Как видно из табл. 1.3.2., средние концентрации моносахаридов и полисахаридов в Норвежском море максимальны в поверхностном слое. Отношение моно- к полисахаридам в слое 0-200 м выше, чем в глубинных слоях. 25 Таблица 1.3.2. Средние концентрации моносахаридов и полисахаридов в Норвежском море (ст. 66 º с.ш. и 2º з.д.) на глубине 0-2000 м в течение января – ноября 1991-1993 гг. (Myklestad, Borsheim, 2007) Глубина, м Углеводы, мг/л 0 10 25 50-100 Моносахариды 5,0 4,6 4,2 4,2 4,3 3,0 2,8 Полисахариды 8,5 9,1 8,5 6,7 6,0 6,6 5,7 Моно-/полисахариды 0,6 0,5 0,5 0,7 0,7 0,5 0,5 100-200 400-800 800-2000 Соотношение моно- к полисахаридам в Норвежском море максимально в период повышенного первичного продуцирования ОВ фитопланктоном в мае – июне и равно 1:12. Концентрация Chl «a» в этот период составляет 2,6 мкг/л (Myklestad, Borsheim, 2007). Исследователи, исходя из существующих представлений о преобладающей роли полисахаридов в воде, в основном изучали их состав. Результаты изучения состава полисахаридов после их концентрирования на ионообменных смолах и последующем гидролизом (HCl, H2SO4) подтвердили их сложный состав (Хайлов, 1971; Артемьев, Романкевич, 1973; Лазарева, Романкевич, 2012; Degens et al., 1964; Williams, 1975; Myklestad, Borsheim, 2007). Рассматривая качественный состав полисахаридов в морских и океанских водах при разделении их различными хроматографическими методами можно отметить следующее: в составе пентоз в водах преобладают рабиноза, рибоза и ксилоза, в составе гексоз – глюкоза, манноза и галактоза. Фукоза и рамноза только идентифицируются. Состав моносахаридов в полисахаридах по глубине практически не меняется, что свидетельствует о большой устойчивости полисахаридов к биодеградации. Таким образом, проведенные исследования в разных районах Мирового океана показали, что УР являются постоянно присутствующими биохимическими компонентами в морских и океанских водах. Концентрация их высокая в водах 26 средних широт и ниже в высоких и низких. В морских водах преобладают растворенные полисахариды над моносахаридами. Что касается данных о содержании углеводов в поверхностных водах, то до середины 60-х годов прошлого столетия имелись лишь единичные сведения, полученные либо методом восстановления двухвалентной меди углеводами в щелочной среде, либо антронным, орцинольным и фенольным методами (Семенов и др. 1964; Семенов, 1977; Бикбулатов, Скопинцев, 1974; Dubois et al., 1956; Dische, 1955). Концентрация УР, в речных водах России составляла 0,35 – 1,6, в озерных – 0,40-13,0 и водохранилищах 0,3-10 мг/л. Содержание УР в озерах Карелии, определенное фенольным методом в модификации Бикбулатова, Скопинцева изменялось от 0,01 до 10 мг/л. Максимальное содержание (9-10 мг/л) было приурочено к мелководью эвтрофных озер Святозеро и Крошнозеро (Сабылина и др., 2010), то есть к тем районам, где в воду поступает большое количество ОВ, выделяемого фитопланктоном, а также и при его ферментативной деструкции бактериопланктоном. В больших холодноводных северных озерах Карелии – Топозере и Пяозере средние концентрации УР в июле составляли 0,25 и 0,35 мг/л соответсвенно (Сабылина, Басов, 2003). Проведенные сезонные исследования содержания УР в трех больших северных озерах Карелии: Верхнем, Среднем и Нижнем Куйто показали, что повышение концентрации УР приурочено в этих озерах к весеннему сезону (Сабылина, Ипатова, 1985). Максимума она достигала в июне в оз. Верхнем Куйто. Концентрация УР была тесно связана с содержанием хлорофилла «а» (r = 0,80). Зимой содержание УР в водах озер уменьшалось примерно в 2 раза (табл.1.3.3.). Доля УР в составе растворенного ОВ в озерах составляла 1-70 %. 27 Таблица 1.3.3. Содержание растворенных углеводов в поверхностных водах Место отбора проб, сезон Горизонт, Содержание углеводов Литература года м мг/л % от РОВ 1 2 3 4 5 Оз. Курильское пов. 1.76 55 (Камчатка) Центральная Лето 200 1.64 60 котловина озера Заливы Лето 1.92 – 2.64 пов. 70 (2.36) Бухты Лето 2.46 – 2.64 пов. 19 (2.54) Агатова и Оз. Курильское пов. 1.37 33 др., 2004 (Камчатка) Осень Центральная 200 1.44 30 котловина озера Заливы Осень 0.95 – 1.85 27 (1.32) Бухты Осень 0.59 – 1.18 19 (0.86) Лето 0.21 – 4.02 Оз. Азабачье пов. 33 Центральная (1.34) озерная пов. 0.34 7 котловина 10 0.79 16 30 0.41 13 оз. Санта5,8 7,8 Олалья * оз. Ринкон* 2,2 13,5 лето I. de Vicente. оз. Амарга* 0,8 4,9 пов. et.al., 2010 оз. Чика* 2,2 4,4 оз. Морис** 2,8 20 оз. Кикапу** 0,9 13,6 оз. Питер** 3,1 59,6 28 Окончание таблицы 1.3.3. Оз. Верхнее Куйто Весна Оз. Верхнее Куйто Оз. Верхнее Куйто Зима Оз. Среднее Куйто Весна Оз. Среднее Куйто Оз. Среднее Куйто Оз. Нижнее Куйто Лето Лето Зима Весна Оз. Нижнее Куйто Лето Зима Онежское озеро Кондопожская губа Р. Лососинка Р. Шуя Осень Зима Зима пов. пов. 10 пов. 30 пов. 0.21 – 4.02 (1.23) 1.50 8.10 2.24 1.68 0.38 – 8.10 (2.91) 28 10 55 15 9 20 пов. 2.86 19 20 пов. 25 пов. 18 9 9 пов. 15 пов. 15 2.66 1.56 1.65 следы – 2.86 (1.6) 1.70 1.36 1.44 3.37 Ср.зн. по горизонтам 0.30 – 3.1 (2.3) 14 1.0 1.0 1.5 3.2 5 7 Сабылина, Ипатова, 1985 13 13 10 10 26 Сабылина и др., 2010 *- Mediterranean lakes (Средиземноморские озера) **- North temperate lakes (Северная Америка) Для Онежского озера (Кондопожская губа) было отмечено, что колебания в содержании УР в толще вод связаны в первую очередь с их приуроченностью к различным водным массам. В антропогенно загрязненных районах озера, например, в Кондопожской губе, концентрация УР осенью может достигать 3,1 мг/л (см. табл. 1.3.3.). В Средиземноморском оз. Санта-Олалья отмечена высокая концентрация углеводов в летний период в поверхностном слое воды (5,8 мг/л), а в озерах Северной Америки содержание их находилось на одном уровне с выше описанными озерами (см. табл. 1.3.3). 29 В озерах Курильском и Азабачьем (Камчатка) концентрация УР, определенная L – триптофановым методом, составляла 0,3 - 4,0 мг/л. Основным биохимическим компонентом растворенного ОВ в озерах были углеводы. Доля их в составе растворенного ОВ равнялась 7 – 70 % (в среднем 31 %). Содержание УР в пелагиали озер летом снижается от фотического слоя ко дну, а осенью выравнивается от поверхности до дна. Концентрация УР в центральной озерной котловине оз. Курильского зависела от количества наработанного фитопланктоном автохтонного ОВ, тогда как в заливах и бухтах в основном от количества, поступающего в них аллохтонного ОВ с реками. В экосистеме оз. Азабачьем концентрация ОВ зависела не только от интенсивности продуцирования фитоплактона, но и от продукции макрофитов (Агатова и др., 2004). В настоящее время имеется обширный материал по содержанию взвешенных углеводов (Увзв) в морских и океанских водах. Концентрация Увзв в морских водах, полученная фенольным и триптофановым методами в слое 0-10 м составляет 0,010,44 мг/л, в слое 0-100 м – 0,01-0,33 и глубже 1000 – <0,01 (Агатова, Торгунова, 1998; Агатова и др., 20051,2, 2008, 2011; Артемьев, 1973, 1976, 1993; Романкевич, 1977, 1994; Handa et al., 1970). В составе Увзв обнаружены водорастворимые углеводы, спирторастворимые и водонерастворимые. На их долю приходится в среднем 78, 9 и 12 % соответственно от общих Увзв (Лазарева, Романкевич, 2012). Уменьшение Увзв с глубиной связано с убылью водорастворимых и спирторастворимых углеводов, которые подвергаются быстрой утилизацией бактерио- и фитопланктоном (Лазарева, Романкевич, 2012; Артемьев, 1993; Романкевич, 1977; 1994; Arnosti, 2000). Между концентрацией Увзв и ОВ в морских водах существует линейная зависимость (r=0,78), что может свидетельствовать о природном происхождении этого органического соединения (Агатова и др., 1977). 30 1.4. Классификация, структура и свойства липидов Липиды составляют большую группу веществ, которые характеризуются следующими физико-химическими свойствами: 1) нерастворимы в воде; 2) растворимы в органических растворителях, таких, как хлороформ, бензол или эфир; 3) содержат в молекулах высшие алкильные радикалы и 4) присутствуют в живых организмах (Кейтс, 1975). Существует несколько классификаций липидов. Наибольшее распространение структурных особенностях получила липидов, по классификация, этой основанная классификации на различают следующие основные классы липидов (Березов, Коровкин, 1998): 1. Простые липиды: сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами. а) глицериды (ацилглицерины, ацилглицеролы – по международной номенклатуре) представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот; б) воска: сложные эфиры высших жирных кислот и одноатомных или двухатомных спиртов. 2. Сложные липиды: сложные эфиры жирных кислот со спиртами, дополнительно содержащие другие группы. Это - а) фосфолипиды: липиды, содержащие, помимо жирных кислот и спирта, остаток фосфорной кислоты и азотистые основания – аминоэтанол, холин или сфингозин б) стероиды; в) другие сложные липиды: сульфолипиды, аминолипиды. К этому классу можно отнести и липопротеины. 3. Предшественники и производные липидов: жирные кислоты, глицерин, стеролы и прочие спирты (помимо глицерина и стеролов), альдегиды жирных кислот, углеводороды, жирорастворимые витамины и гормоны. Тем не менее, по причинам, связанным со спецификой природных объектов в морских и поверхностных водах и принятыми схемами анализа липидов их разделяют на сложные – внутриклеточные (фосфолипиды, липопротеины, липополисахариды) и резервные (простые), представленные в основном 31 нейтральными эфирами жирных кислот, спиртов и их производными. Этой классификации придерживаются многие исследователи (Романкевич, 1977; Беляева, 2004; Saliot, Marty, 1988). Жирные кислоты – высшие алифатические карбоновые кислоты. Они могут быть: 1) насыщенными (только с простыми связями, общая формула: CnH2n+1COOH или CH3-(CH2)n-COOH); 2) мононенасыщенными (с одной двойной или тройной связью между атомами углерода, общая формула: СН3-(СН2)mCH=CH-(CH2)n-COOH; 3) полиненасыщенными (с двумя и более двойными связями, общая формула: СН3-(СН2)m-(CH=CH-(CH2)х(СН2)n-COOH). Благодаря наличию двойных связей ненасыщенные кислоты могут иметь цис- и трансизомеры. В природе найдено более 200 жирных кислот, но значительное распространение имеют всего около 20. Жирные кислоты содержат четное число углеродных атомов и среди них преобладают кислоты имеющие, С 16 и С18 (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая и др.). Известно, что при разложении белков бактериями синтезируются жирные кислоты (Ленинджер, 1974). В свою очередь жирные кислоты биогенным путем могут преобразовываться в углеводороды. Общую схему синтеза липидов из углеводов можно представить следующим образом (Ленинджер, 1974; Кретович, 1980; Шапиро, 2004; Хелдт, 2011). Глицериды (ацилглицеролы) — эфиры глицерина и жирных кислот. Существует три вида глицеридов: 1)моноглицериды — замещён один атом водорода; 2)диглицериды — замещены два атома водорода; 3) триглицериды — замещены три атома водорода. Животные и растительные жиры в основном 32 содержат триглицериды, но под действием ферментов (липазы) они гидролизируются до моно- и диглицеридов и свободных жирных кислот. глицерин (глицерол) триглицерид (триацилглицерол) Жирные кислоты, которые входят в состав триглицеридов, практически определяют их физико-химические свойства. Температура плавления их повышается с увеличением числа и длины остатков насыщенных жирных кислот. Животные жиры (сало) обычно содержат значительное количество насыщенных жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.) благодаря чему они при комнатной температуре твердые (Березов, Коровкин, 1990). Моно- и полиненасыщенные кислоты, входящие в состав жиров, при комнатной температуре жидкие и называются маслами. Воска – это сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных или двухатомных спиртов с числом углеродных атомов от 16 до 22. Их строение модно выразить в формулы, где R, R' и R" – углеводородные радикалы: Воска входят в состав жира, покрывающего кожу, перья и шерсть. У растений на поверхности листьев и плодов около 80 % от всех липидов составляют воска, они же являются метаболитами некоторых микроорганизмов. Природные воска, такие как, пчелиный воск, ланолин, спермацет) обычно содержат, кроме указанных 33 сложных эфиров, некоторое количество свободных жирных кислот, спиртов и углеводородов с числом углеродных атомов от 21 до 35. Фосфолипиды (фосфоглицериды) – производные фосфатидной кислоты, в ее состав входят: глицерин, жирная кислота и обычно азотсодержащие соединения. Общая формула: , где R1 и R2 - радикалы высших жирных кислот, а R3 – чаще радикал азотистого соединения. Для фосфолипидов характерно, что одна часть их молекулы (R1 и R2) проявляет выраженную гидрофобность, а другая часть гидрофильна благодаря отрицательному заряду остатка фосфорной кислоты и положительному заряду радикала R3. Существует несколько подклассов фосфоглицеридов: фосфатидилхолины (лецитины) фосфатидилэтаноламины (кефалины) фосфатидилсерины плазмогены фосфатидилинозитолы кардиолипины Сфинголипиды относятся к производным алифатического аминоспирта сфингозина. Они играют важную роль в передаче клеточного сигнала и ими очень богата нервная ткань. Основу сфинголипидов составляет сфингозин связанный амидной связью с ацильной группой (например, с жирной кислотой). При этом несколько возможных радикалов связаны со сфингозином за счёт эфирной связи. 34 Существует 3 сфинголипиды), основных которые типа сфинголипидов: содержат только 1) церамиды (простые сфингозин, соединённый с жирнокислотным ацильным остатком; 2) сфингомиелины содержат заряженную полярную группу, такую как фосфохолин или фосфоэтаноламин; 3) гликосфинголипиды содержат церамид, этерифицированный по 1-гидроксигруппе остатком сахара. В зависимости от сахара гликосфинголипиды подразделяются на цереброзиды и ганглиозиды. Стероиды являются производными циклопентанпергидрофенан-тренового ядра, содержащего три конденсированных в фенантреновом сочленении циклогексановых и одно циклопентановое кольцо. К стероидам относят половые гормоны, гормоны коркового вещества надпочечников, сердечные гликозиды и желчные кислоты. В организме человека важное место среди них занимают стерины (стеролы) и самым главным их представителем является холестерин (холестерол), а в растениях он отсутствует, зато имеются другие стерины, известные под названием - фитостерины. Сложность строения и состава липидов обусловила их различную биохимическую подвижность в водоеме. В морских и поверхностных водах они находятся в трех основных формах миграции: растворенной, взвешенной и коллоидно-дисперстной. Липиды находятся в воде в виде коллоидных гидрофобных частиц и различных комплексов с белками (липопротеиды), углеводами (гликолипиды) и других соединений, молекулы их приобретают гидрофильные свойства. 35 Некоторые организмы, как например Oidiumlactis или различные виды Fusarium, синтезируют липиды из пентоз. Этот путь синтеза липидных веществ в пентозном цикле имеет огромное значение в процессе фотосинтеза в водорослях (Кретович, 1980; Хелдт, 2011). Некоторое количество липидов поступает в воду из донных отложений в результате биохимического разложения растительных и животных организмов благодаря жизнедеятельности бактерий, а, возможно, и под действием химических факторов. Многообразие источников поступления, образования, накопления и процессов превращения ОВ обусловили сложность состава липидов. Состав их в водоеме в значительной мере определяется биохимическим составом водных организмов, которые (особенно при массовом отмирании) могут быть главными источниками, как липидов, так и углеводов. Липиды, находящиеся в живых организмах, в детрите и сорбированные минеральными частицами, относят к липидам во взвеси. Сорбция липидных молекул велика в силу гидрофобности и высокой поверхностной активности. В водоеме сорбированные липиды находятся в динамическом равновесии с растворенными. Процессы липолиза и биохимического окисления, протекающие под воздействием бактериальной флоры, постоянно нарушают это равновесие и приводят к частичной или полной гидратации высокомолекулярных липидных соединений вплоть до диоксида углерода. Живое ОВ восполняет убыль сложных липидов, тем самым в водоеме поддерживается динамическое равновесие между растворенными и взвешенными формами липидов. 36 1.5. Липиды в пресноводных и морских организмах Несмотря на столь широкое распространение водорослей среди водных организмов, серьезное изучение их биохимического состава, в частности липидов, началось только в 50-е годы прошлого столетия с появлением работ Кларка и Мазура (Clarke, Mazur, 1941). Содержание и состав липидов в морских и пресноводных живых организмах варьируют в широких пределах, поскольку их образование зависит от многих факторов окружающей среды (температуры, освещенности, концентрации биогенных элементов), а также от состояния организмов и их физиологической активности (табл. 1.5.1). Богоровым В.Г. (1971) показано, что живыми организмами продуцируется в Мировом океане около 7∙109 т липидных веществ в год. Таблица 1.5.1. Содержание липидов в фитопланктоне, зоопланктоне и макрофитах в морских (*) и континентальных водах (в % на сухую массу) Объект Предельные Литература исследования значения 1 2 3 Фитопланктон Диатомеи* 5,0-38,8 (12,0)** Барашков, 1972; Clark, Mazur, 1941; Fogg, 1956; Lee et al, 1974; Orcutt, Patterson,1975; Viron et al, 2000; Диатомеи 6,0-44 (35) Серенков, Пахомова, 1959; Ланская, Пахомова, 1961; Раймонт, 1983;Сиренко, Козицкая, 1988; Low, 1955; Hоlm-Hansen, 1967; Alvares-Cobelas, 1989; 37 1 Динофлагелляты (Перидинеи)* Динофлагелляты (Перидинеи)* Зеленые* Зеленые 2 4,0-18,0 (11) 3,5-5,2 2,0-46,0 (18,7) 2,2-5,8 Сине-зеленые* 0,8-15,0 (7,0) Сине-зеленые 0,8-7,0 (3,0) Золотистые* Золотистые Эвгленовые Копеподы* зимний планктон (Арктические моря) Северная Атлантика Копеподы* тропические и субтропические (050º) Тотальный планкон умеренные широты (севернее и южнее 50º с.ш. и ю.ш.) Продолжение табл. 1.5.1. 3 Виноградова, 1967; Ланская, Пшенина, 1961; Birge, Juday, 1922 Aach, 1955; Ricketts, 1966; Серенков, Пахомова, Борисова, 1957; Величко, 1979; Пахомова, 1969; Holm- Hansen, 1968; Барашков, 1972; Пахомова, 1969; Сиренко, Козицкая, 1988; AlvaresCobelas, 1989; Parsons et al, 1961 Fogg, 1953 4,6-11,6 (8,1) 5,7-12,3 (9,0) 3,2-3,6 (3,5) Зоопланктон 54,4-70,0 (62,3) Hirche, 1997; Falk-Petersen et al, 2002; Scott et al, 2000; Falk-Petersen et al, 2006; 51,2-64,3 Остапеня, Гигиняк, 1970; Ackman et al., 1974; Birge, Juday, 1922; Farkas, 7,0-86,0 (36,4) Herodek, 1960; 0-100 (18) Богоров, 1971; Виноградова, 1967; Lee et al, 1971, 1974; 25-70 (30) Степанова, Виноградова, 1970; Юнева, 1998; 38 1 летний 2 5,7-23,5 (11,7) осенний 12,0-57,7 (31,9) зимний 29,5-86,0 (50,4) Кладоцеры 3,9-52,4 (14,1) Целиата Mertensia ovum Воздушно-водные (гелофиты) С плавающими листьями (нейстофиты) Погруженные в воду (гидатофиты) Красные* Бурые* Простейшие 3,8-10,5 (7,1) Окончание табл. 1.5.1. 3 Остапеня, Гигиняк, 1970; Лизенко и др., 1977; То же Акулин, 1968; Остапеня, Гигиняк, 1970; Лизенко и др., 1977; Остапеня, Гигиняк, 1970; Степанова, Виноградова, 1970; Лизенко и др., 1977; Farkas, 1958; Farkas, Herodek, 1960; Graeve et al, 2008 Макрофиты (пресноводные) 0,45-4,2 (2,3) Захаренкова, 1962; Распопов, 1968; 1985; Фрейндлинг, 1982; Клюкина, 1974, 1977, Кочанова, 1976; 1,2-6,6 (3,3) Захаренкова, 1962; Распопов, 1968; Клюкина, 1977; Фрейндлинг, 1982; 0,2-2,3 (1,3) Захаренкова, 1962 Фрейндлинг, 1982; Распопов, 1968;1985; Клюкина, 1974, 1977; Rozentsvet, 1995; Морские водоросли 0,4-3,6 Kanazawa et al, 1972; Hayashi et al, 1974; 0,5-4,8 Дембицкий, Розенцвет, 1989; Зайцев и др., 1980; Кизеветтер, 1973; Усов и др., 2005; Шевченко и др., 2007; Коровкина и др., 2007;Hayashi et al, 1974; **- среднее значение 39 У разных микроводорослей, в зависимости от видовой принадлежности и условий культивирования, содержание суммарных липидов в расчете на сухую массу варьирует в широких пределах – от 2 до 44 %. Минимальные величины этого показателя отмечены у сине-зеленых водорослей Anabaena и Oscillatoria – около 2 %, у Spirulina – 6-7 %, а максимальные у диатомовых водорослей – 35-44 % (Сиренко, Козицкая, 1988; Alvares – Cobelas, 1989). При культивировании содержание липидов во многих видах микроводорослей максимально на стационарной фазе роста (Materasi et al., 1980; Shifrin, Chisholm, 1981). Ловерн (Lovern, 1936), исследуя морские (Laminar digitate, Rhodymenia palinate, смесь зеленых) и пресноводные (Nitella opaca, Oedogoniumsp, Clodophora sauri) формы водорослей, пришел к выводу, что существенного различия в составе жиров между пресноводным и морским фитопланктоном не наблюдается. К этим же выводам пришел Опюте (Opute, 1974), изучая состав липидов и жирных кислот у пресноводных Nitchia palace Kuts, Navicula muralis – Lewin и морской Navicula incerta Grun. Исследованиями Лоу (Low, 1955) и Вирона (Viron et al., 2000), имевшими цель выявить различия в содержании липидов между морскими и пресноводными видами Nitzchiua closterin, было уставлено, что содержание липидов у пресноводной Nitzchiua closterim было в 2 раза (10 % сухого веса) выше, чем у морских. Несомненно, что некоторые различия, особенно в составе липидов у пресноводных существуют. Так, замечено, что пресноводные водоросли, в отличие от морских не содержат полиненасыщенных жирных кислот С20:5, С22:6 (Viron et al., 2000). Эти особенности пытаются связать с потерей этих кислот при переходе водорослей в процессе эволюции от морского к наземному существованию. По литературным данным, у всех исследованных водорослей общим является минимальное содержание липидов в феврале – апреле. Максимальное содержание их приходилось на июнь – сентябрь. У пресноводных Lemaneo nodosa в апреле содержание липидов было – 0, 18 % сухого веса, а в июне при созревании тетраспор достигало 1,4-16,0 %. Менялось и количественное соотношение отдельных липидных компонентов, что проявлялось в снижении йодного числа от 40 68 в апреле до 57,3 в июле, т.е. ненасыщенность липидов уменьшалась (Laur, 1959; цит. по Барашкову, 1972). Увеличение содержания липидов при неблагоприятных для роста условий – характерная реакция для многих видов водорослей, что еще раз говорит о важности липидов в качестве источника энергии. Так, установлено, что синтез липидов увеличивается при недостатке азота в среде до 46 % на сухой вес (Collyer, Fogg, 1955). Величина концентрации фосфора в среде мало влияет на синтез липидов, вероятно, потому, что фосфолипиды играют в клетках важную функциональную роль, а синтез их в запас не представляется возможным. При недостатке содержания кремния в воде, как и при недостатке N и P, нарушается обмен веществ у фитопланктона. Так, после исключения кремнекислоты из среды при культивировании Cyclotella cryption блокировался синтез белков, уменьшалось содержание углеводов на одну треть, в клетках накапливались липиды (Werner, 1966). Содержание липидов в макрофитах колеблется от долей процента до 7 % на сухую массу. В течение вегетационного периода содержание липидов в макрофитах в озерах Северо-запада России в июне-июле увеличивается до 5 % (в арктофиле и тростнике), затем в августе падает в 2 раза, а к октябрю вновь увеличивается до 4 % сухой массы. Отмечено также, что в вегетирующих побегах концентрация липидов в 3-5 раз выше, чем в прошлогодних (1 % от сухой массы), а надводная часть воздушно-водных растений содержит в два раза больше липидов, чем подводная (Распопов, 1985; Фрейндлинг, 1982). Гетеротрофные водные организмы (зоопланктон, бактериопланктон, бентос) в отличие от автотрофных имеют большие энергетические потребности и поэтому характеризуются сравнительно высоким содержанием липидов. Содержание липидов у зоопланктона сильно колеблется и зависит от характера питания, факторов окружающей среды и физиологического состояния. Концентрация липидов у зоопланктона в период хорошей упитанности может достигать до 75 % сухой массы. Сезонные колебания концентраций липидов у зоопланктона более 41 значительны, чем колебания содержания белков и углеводов и тесно связано с температурой среды обитания (Лизенко и др. 1977; Scott et al., 2000). В тотальном планктоне карельских озер концентрация липидов летом равнялась в среднем 20 %, а в зимние месяцы достигала 64 % сухой массы (табл. 1.5.2.). Подобные же результаты были получены для белорусских озер (Нарочь, Мястро, Баторино, Свирь, Руданова), оз. Дальнего (Камчатка) и оз. Балатон (Венгрия) (Farkas, Herodek, 1960; Акулин, 1968; Остапеня, Гибиняк, 1970). Таблица 1.5.2. Содержание липидов в тотальном зоопланктоне некоторых Карельских озер (Лизенко и др., 1977) Время Общие % от общих липидов отбора липиды, % Фосфо- Триацил- Холестери Эфиры проб на сухую липид глицериды н холестерина массу ы Уросозеро март 53,1 - - - - апрель 64,3 - - - - август 23,5 23,5 6,3 6,0 10,0 октябрь 52,5 52,5 7,5 6,6 7,4 Риндозеро июль 23,2 23,2 44,0 4,2 11,0 октябрь 57,7 57,7 42,0 5,0 9,3 Вендюрское озеро август 15,0 15,0 22,0 8,0 12,2 Средняя концентрация липидов в тотальном зоопланктоне летом, осенью и зимой составляет по литературным данным соответственно 12,4 35,1 и 36,4 % на сухую массу. Растительноядные копеподы, составляющие до 70-80 % от общего количества зоопланктеров в средних и высоких широтах, конвертируют углерод фитопланктона в высокоэнергетические липиды, составляющие до 70 % сухой 42 массы (Акулин, 1968; Степанова, Виноградова, 1970; Лизенко и др., 1977; Мурзина и др., 2010; Scott et al., 2000; Hagen, Auel, 2001; Falk – Peterson et al., 2006). Содержание липидов в зоопланктоне отдельных возрастных групп одного и того же вида планктеров различное. Наименьший процент липидов содержат науплиусы копепод (в среднем 53 % сухой массы), у рачков старших возрастных групп жирность возрастает до 70-85 % сухой массы (табл. 1.5.3.). Таблица 1.5.3. Содержание липидов в зоопланктоне разных возрастных групп в карельских озерах и шельфовых водах морей Арктики и Белом море (Лизенко и др., 1977; Falk-Petersen et al., 2006; Scott et al., 2000) Водоем Оз. Уросозеро Оз. Риндозеро Шельфы арктических морей Арктические моря (Норвежское, Баренцево, Белое) Дата Виды иссле- организмо дования в Общие липиды, % на сух. массу Фракции, в % от общих липидов Фосфолипиды Триацил глицерид ы ХолеЭфиры стери холестери н на 22.VI E. glacialis 65,1 53,4 19,8 4,1 18,1 8. V C. scutifer 86,0 - - - - 22. V Nauplilii 28,0 53.0 10,3 4,3 20,7 20.VII E. glacialis 62,5 52,8 14,4 8,0 14,4 13,7-15,9 2,1-5,8 2,0-3,1 67,5-71,5 135-11,6 4,1-7,6 2,0-3,1 72,3-74,6 зимний E. glacialis 56,2- 70,0 зимний C. hyperboreus (копеподная стадия) 54,4-65,0 Пурриот с сотрудниками (Pourriot et al., 1970), исследуя содержание белков, липидов и углеводов у пресноводных ракообразных и коловраток обитающих в водоемах средних широт нашли, что во всех случаях соотношение их было в среднем 57, 36 и 7 % сухой массы соответственно. В холодных морских водах высоких широт содержание липидов в зоопланктоне равняется в среднем 65 % сухой массы, тогда как в теплых тропических водах, где процессы метаболизма в планктоне идут быстро, время 43 существования каждой генерации животных невелика, содержание липидов в 2-3 раза ниже (Богоров и др., 1966; Виноградова, 1967; Южнева и др., 1998; FalkPetersen et al., 2006; Scott et al., 2000). В диапозирующих глубоководных арктических Calanus hyperboreus содержание липидов достигает до 70 % сухой массы (Scott et al., 2000). Состав липидов фито- и зоопланктона в большей степени зависит от физиологических особенностей организмов, факторов окружающей среды. Липиды водорослей в основном представлены сложными эфирами жирных кислот (триацилглицеридами, фосфолипидами, галактолипидами и др.). У диатомий на долю триацилглицеридов приходится 11-16 % и 50 – 60 % фосфолипидов и галактолипидов (Opute, 1974; Lee et al., 1971). Последние необходимы для перевода хлорофилла в фотоактивное состояние. В составе неомыляемой фракции, на которую приходится до 22 % общей фракции липидов фитопланктона, найдены углеводороды, стерины и их эфиры с ненасыщенными кислотами (Lee, 1974). Углеводороды в фитопланктоне представлены н – парафинами (н – С15, н – С17 или н – С19) (Blumer et al., 1971). Ароматические соединения практически отсутствуют в планктоне. До недавнего времени алкен С21:6 считался спецефическим индикатором диатомовых водорослей, но оказалось, что он может продуцироваться и другими классами фитопланктона (Volkman et al., 1980, 1989). Наиболее изученной фракцией в составе липидов в фитопланктоне является жирнокислотная, составляющая от 20 до 87 % суммы липидов. Фитопланктеры продуцируют смесь низкомолекулярных насыщенных жирных кислот (С14:0, С16:0 и С18:0) и целый ряд компонентов с двойными связями (С16:1; С18:1; С20:5; С22:6) (Volkman et al., 1980, 1989). Диатомовые водоросли идентифицируют по высоким величинам отношений сумм насыщенных и ненасыщенных жирных кислот С16:0 и С18:1 и соотношению С16:0 / С16:1 (1,53-3,25) (Volkman et al., 1989; Viron et al., 2000). Причем, в отличие от бактерий, в фитопланктоне сумма ненасыщенных жирных кислот может составлять до 80 % общего количества кислот (Паршиков, 1974; Акулин и др., 44 1968; Lee , 1974; Viron et al., 2000). Содержание ненасыщенных жирных кислот увеличивается в фитопланктоне и зоопланктоне по мере увеличения широты и глубины обитания (Мурзина и др., 2010; Patterson, 1970; Scott et al., 2000; FalkPaterson et al., 2006). В макрофитах нейтральные и полярные липиды содержатся примерно в одинаковых количествах, триацилглицериды составляют ~ 12 %, углеводороды – 1-4%, стеролы -10-12 % от суммы липидов (Шевченко и др., 2007). Основную массу липидов в зоопланктоне (копеподном) составляют восковые эфиры, составляющие 62-75 % от общих липидов. На полярные липиды, триацилглицерины и стеролы приходится соответственно 13-16, 3-8 и 2-3% общих липидов (Scott et al., 2000). О содержании и составе липидов пресноводных и морских бактерий, которые перерабатывают почти все ОВ в них, сведений очень мало. Бактерии содержат 10 - 15 % липидов на сухую массу, но у отдельных кислотоустойчивых штаммов, содержание липидов увеличивается до 40%. Большая часть липидов у бактерий находится в липопротеиновых комплексах и в клеточных стенках (Кузнецов, 1970; Poyз, 1971). 45 1.6. Липиды в морских и поверхностных водах Первые данные о содержании липидных соединениях в воде стали известны в 1892 – 1894 гг., когда в прибрежных водах Средиземноморья Нэттерер обнаружил пальмитиновую и стеариновую кислоты (Jeffrey, 1970). В 1922 г. ученые И. Бердж и Ч. Джудей (Birge, Juday, 1922) изучали состав органического вещества в водах висконсинских озер (США) и определили содержание суммарных липидов в сухих остатках. Воду предварительно центрифугировали для отделения планктона и большей части бактерий, а затем липиды извлекались диэтиловым эфиром. Их количество составляло 0,07-0,8 мг/л или около 5% от суммарного ОВ. Велч (Visser, 1972) для озерных вод приводит величины суммарного содержания липидов в пределах 0,2-0,8 мг/л. При выделении и химическом анализе растворенных липидов возникали трудности методического характера, обусловленные невысокой концентрацией в воде, отодвинули изучение их содержания и состава к шестидесятым годам прошлого столетия. Имеющиеся данные о содержании и составе липидов получены главным образом для морских вод и достаточно ограничены для поверхностных вод суши (табл. 1.6.1.). До начала 90-х годов количественное определение липидов проводилось по углероду, содержание которых было принято за 75% - 80% от Сорг. По полученным материалам, концентрация ЛР в различных районах Атлантического, Тихого океанов и в морских водах составляет 77,0-1590 мкгС/л или 10,6 – 30,5 % от растворенного Сорг. Липиды извлекались хлороформом при подкислении проб воды до pH = 2 (Романкевич, 1977; Романкевич и др. 1982; Беляева, Александрова, 1993; Jeffry, 1970). 46 Таблица 1.6.1. Содержание липидов в морских и поверхностных водах Место отбора Горизонт, м Содержание липидов Литература проб мг/л % от РОВ 1 2 3 4 5 Морские воды Белое море* 0 1.26 9 Кандалакшский 10 – 20 1.37 10 залив 100 – 250 0.53 4 Июнь, 1998г. Агатова и др., 2002 Белое море 0 1.51 15 Кандалакшский 10 – 20 1.94 16 залив 50 – 100 2.05 17 Август275 2.17 21 сентябрь, 1999г. Белое море Онежский 0 0.4 отс. залив, июньиюль, 1991г. Агатова и др., 1994 Белое море отс. Двинский залив, июнь-июль, 1991г. Белое море Бассейн, июньиюль, 1991 Белое море Горло 0 70 0.8 0.6 отс. 0 280 0.4 0.9 отс. отс. 0 70 0.5 0.4 отс. отс. 47 1 Моря Северного Ледовитого океана* (Баренцево, Карское, Лаптевых, СевероВосточное, Чукотское) Беренгово море* Карагинский шельф Алеутская котловина Средний Каспий* (центральный поперечный разрез) Черное море*, Северо-восточный шельф Лето, 1989 Черное море*, пелагиаль Баренцево море* Разрез г. Мурманск- Земля Франца-Иосифа Тихий океан ** юговосточная часть Шельф Перу** Мексиканский залив ** прибрежные воды центральная часть западная часть Атлантический океан** вблизи Африки Продолжение табл. 1.6.1. 4 5 2 3 0 0.22 -2.34 3 – 60 (25) 0 – 50 0 – 50 0.09 – 0.87 1.22 20 20 0 – 1000 0.58 – 1.45 20 0 – 50 0.90 – 5.02 (2.60) 10 0 1.65 (1.17 – 2.34) 1.17 (0.66 – 1.52) (9.9 – 2.18) 14.7 дно 0 – 2000 (7.5 – 14.0) 10.9 20 0.08 – 0.18 Агатова и др., 2001 Агатова и др., 2002 Агатова и др., 2001; Агатова и др., 2005; Агатова и др., 2005 Агатова и др., 2001 0 0.20 – 0.60 (4.9 – 34.8) 2.3 Романкев ич и др., 1982 22 – 56 (32.0) 10 8 – 2780 ~ 0.14 – 0.21 ~ 0.33 4.58 – 13.8 Беляева, Романкев ич, 1976 Jeffrey et al, 1964 0 – 100 10 3200 Пленка 0.17 – 1.59 0.18 – 0.31 0.18 – 0.20 0.20 – 1.00 0 – 4500 0.08-1.13 0 – 3800 60 отс. 2.2-16.4 28 – 40 26 – 42 отс. отс. Jeffrey, 1970 Garret, 1967 Saliot, Barbier, 1974 48 1 2 3 Поверхностные воды Оз. Курильское* (Камчатка) 0.24 –1.57 Лето 0 0.52 Центральная озерная 200 0.40 котловина Заливы 0 0.37 –0.98 (0.66) Бухты 0 0.54 –1.57 (0.94) Осень 0 0.29 Центральная озерная 200 0.42 котловина Заливы 0 0.24 –1.09 (0.61) Бухты 0 0.53 –1.40 (0.81) Оз. Азабачье* (Камчатка) 0 0.22 –3.96 (1.57) Лето 0 0.22 –3.96 (1.67) Центральная озерная 0 0.90 котловина 10 2.51 30 1.43 Оз. Пертозеро (Карелия)*** ср. год. 0.01 –0.37 (0,17) Весна 0 0.21 –0.37 (0.29) 0 – 30 0.06 –0.37 (0.14) Продолжение табл. 1.6.1. 4 5 отс. 16 15 21 21 7 9 Агатова и др., 2004 8 4 39 Агатова и др., 2004 22 48 35 9 11 8 Сабылина, Семенов, 1981; Сабылина, 1982 49 1 2 0 Лето 0 – 30 0 Осень 0 – 30 0 Зима 0-30 Сямозеро (Карелия)*** ср. год. Весна 0.5 0-10 0.5 Лето 0 – 10 0.5 Осень 0 – 10 0 Зима 0 – 10 Примечание: 3 0,12-0.14 (0,13) 0.01 –0.14 (0.10) 0.18 –0.28 (0.23) 0.17 –0.28 (0.21) 0.21 –0.23 (0.22) 0,06-0,23 (0,10) 0,10-0,90 (0,32) 0.21 –0.40 (0.27) 0,15-0,56 (0,27) 0.32 –0.72 (0.56) 0.10 –0.90 (0.44) 0.17 –0.32 (0.26) 0.17 –0.35 (0.25) 0.21 –0.58 (0.27) 0.17 –0.58 (0.31) Окончание табл. 1.6.1. 4 5 4 8 отс. 3 отс. отс. 7 6 6 11 9 6 5 8 7 * - содержание липидов определено сульфофосфованилиновым методом ** - содержание липидов получено по углероду липидов *** - содержание липидов получено ИК-спектрофотометрическим методом Исследователями было отмечено, что содержание ЛР увеличивается в шельфовых районах морей и океанов и в их продуктивных районов (см. табл. 1.6.1). Концентрация ЛР максимальна в фотическом слое (0-50 м) и убывает ко дну. Содержание ЛР тесно связано с концентрацией растворенного углерода. Однако изучение распределения липидов в Баренцовом море на разрезе г. Мурманск – Земля Франца-Иосифа показало увеличение абсолютных 50 концентраций ЛР в направлении к Земле Франца-Иосифа (от 200 до 600 мкгС/л или 250 – 750 мкг/л), которое было противоположно концентрации растворенного углерода (от 4,8 до 1,0 мг/л). Вертикальное распределение липидов в воде Баренцева моря также отличается от распределения углерода: если концентрация Сорг убывает ко дну, то содержание ЛР не только не убывает ко дну, но в некоторых случаях возрастает (Романкевич, Данюшевская, Беляева, 1982). Подобное было отмечено А.И. Агатовой с сотрудниками (2011) в Охотском море и авторы связывают это с нефтеносными зонами этого моря. Содержание ЛР в морях и океанах колеблется от 0,08 до 13,8 мг/л (см. табл. 1.6.1.). В прибрежных районах морей и океанов встречаются как весьма низкие (0,08-0,09 мг/л), так и высокие концентрации (5,02-13,8 мг/л). В Арктическом бассейне большой вклад, сопоставимый с углеводами, в общий пул растворенного ОВ вносят ЛР (Агатова и др., 2011). Концентрации ЛР здесь колеблются в пределах от 0,19 до 2,34 мг/л и могут составлять 60 % от РОВ. Такие высокие концентрации липидов можно объяснить, с одной стороны, тем, что в высоких широтах все макро- и микрообитатели обогащены жирами и в результате жизнедеятельности этих гидробионтов значительное количество липидов выделяется в среду, где долгое время могут сохранятся благодаря их устойчивости и низким температурам. С другой стороны, авторы не исключают возможное поступление нефтяных углеводородов из донных осадков. Вертикальное распределение ЛР в арктических водах очень разнообразно и помимо интенсивности биологических процессов определяется гидрологическими особенностями водного объекта, в частности, проникновением и смешением вод разного генезиса. Так, трансформированные атлантические воды несут ОВ, которое в значительной мере обогащено липидами (20 – 45 % от РОВ). Так, из исследованных арктических морей наибольшие концентрации ЛР отмечены для Норвежского (2,7 мг/л) и Берингова (2,5 мг/л) морей. В этих морях очень высокая динамичность гидрологических и биологических процессов, обусловленные смешением вод разных генезисов: в первом случае атлантических вод, во втором – тихоокеанских. 51 Концентрация ЛР в Белом море (0,6-2,2 мг/л или 0,5 – 1,8 мгС/л) мало, чем отличается от других арктических морей. Растворенные липиды в Белом море, как и азотистые основания, благодаря своей большой химической устойчивости, могут служить, по мнению Агатовой с соавторами (2002), трассерами поступления ОВ со стоком рек в море. Концентрация ЛР в южных морях России максимальна в Каспийском (0,90 – 5,02 мг/л; в среднем 2,60 мг/л) и ниже в Черном море (0,08 – 2,34 мг/л; в среднем 1,41 мг/л). В первом море процессы автотрофного биосинтеза ОВ идут в 5 раз выше, чем во втором (Агатова и др., 2001, 2005). В обоих морях отмечена тенденция уменьшения концентрации ЛР от лета к осени. Количественное определение ЛР ИК-спектрофотометрическим методом, основанном на поглощении метиленовых групп липидов в области С-H валентных колебаний (область 2872 - 2962 см-1), позволило Сабылиной А.В. и Семенову Д.А. в дальнейшем исследовать групповой состав липидов (Сабылина, Семенов, Семенова, 1981; Сабылина, 1982). Содержание ЛР в двух карельских озерах в течение 1973-1975 гг. (весна, лето, осень, зима) изменялось в широких пределах 10-900 мкг/л. Концентрация ЛР была связана прямой (или близко к ней) зависимостью с концентрацией РОВ (см. табл.1.6.1.). Максимальные концентрации ЛР найдены в весенний период в эвтрофной части оз. Сямозера (Сабылина, Семенов, 1981; Сабылина, 1982). Сведений о качественном составе липидных соединений, выделенных из морских или пресных вод очень мало. Был изучен групповой состав липидов с применением метода тонкослойной хроматографии Беляевой и Романкевичем (1976), Джеффри (Jeffrey, 1970) в морской воде, а Сабылиной и Семеновым (1981) в поверхностных водах. С помощью этого метода количественно было определено 8 групп липидов: углеводороды (УВ), эфиры стеринов + воска (ЭС + воска), эфиры жирных кислот (ЭЖК), триацилглицериды (ТГ), жирные спирты (ЖС), свободные жирные кислоты (СЖК), стерины (СТ) и полярные липиды (ПЛ). 52 В количественном выражении в морских водах и поверхностных водах главными фракциями липидов являются ПЛ, УВ, а в поверхностных еще и фракция СЖК. Концентрация ПЛ и УВ в морских водах колеблется от 20 до 660 мкг/л (в среднем 30% от суммарных ЛР) и 10-290 мкг/л (в среднем 25 % от ЛР) соответственно. Содержание ПЛ, УВ и СЖК в двух озерах Карелии (Сямозеро, Пертозеро) составляет соответственно 105, 36 и 35 мкг/л. Романкевич и Беляева (1976) приводят концентрации СЖК в водах юго-восточной части Тихого океана равные 0,3 – 15,0 мкг/л. По имеющимся данным по Черному и Средиземному морям, концентрация СЖК может достигать 51 – 360 мкг/л (Витюк, 1967; 1970; Saliot, Marty, 1988). Связанные жирные кислоты объединяют несколько фракций липидов сложного строения: ЭС, ЭЖК, ТГ. Суммарное их содержание в океанских водах не превышает 35 мкг/л, в пресных – 120 мкг/л (Беляева, Романкевич, 1976; Сыбылина, 1982). 53 2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1. Методы химического анализа воды и статистической обработки данных При выполнении химических анализов поверхностных вод использовались аттестованные или оригинальные методики, представленные в таблице 2.2.1. (Руководство..., 2009). Химический анализ проводился по схеме, состоящей из трех основных этапов: 1. Отбор проб, фиксация неустойчивых компонентов. Температура измерялась электротермическим датчиком при отборе проб; 2. В анализ первого дня входили следующие компоненты: О2, pH, щелочность, Рмин, NH4+, NO2-, цветность, перманганатная окисляемость, БПК5; 3. Анализы, выполняемые в стационарной лаборатории, включали следующие ингредиенты: Робщ, Nобщ, Сорг, ХПК, хлорофилл. Таблица 2.1.1. Методы химического анализа воды Параметр Метод определения 1 Температура 2 Кондуктометрическое определение Методика выполнения измерений скляночным методом Методика выполнения измерений электрометрическим методом Методика выполнения измерений титриметрическим методом БПК5 рН Щелочность Нормативный документ, литература 3 РД 52.24.496-2005 РД 52.24.420-2006 РД 52.24.495-2005 РД 52.24.493-2006 54 1 NH4+ NO2NO3- Nобщ Рмин Робщ. 2 Методика выполнения измерений фотометрическим методом в виде индофенолового синего Фотометрическое определение с сульфаниламидом и N-(1нафтил)этилендиамина дигидрохлоридом, =543 нм Методика выполнения измерений фотометрическим методом с сульфаниламидом и N-(1-нафтил)этилендиамина дигидрохлоридом после восстановления в кадмиевом редукторе Методика выполнения измерений фотометрическим методом после окисления персульфатом калия Фотометрическое определение с молибдатом аммония и аскорбиновой кислотой Методика выполнения измерений фотометрическим методом после окисления персульфатом калия Перманганатная окисляемость (ПО) Титриметрическое определение в кислой среде Сорг Фотохимическое определение в системе непрерывного газового потока Фотометрический метод Титриметрическое определение до pH=8.3 Методика выполнения измерений йодометрическим методом Цветность СО2 О2 Продолжение табл. 2.1.1. 3 РД 52.24.383 - 2005 РД 52.24.518-2008 РД 52.24.523-2009 РД 52.24.364 -2007 РД 52.24.382-2006 РД 52.24.387-2006 ПНД Ф 14.1:2:4.13998 ФР.1.31.2013.13900 (Зобков, Мусатова, 2014) (Лозовик, 2013) РД 52.24.515-2005 РД 52.24.419-2005 55 1 Химическое потребление кислорода (ХПК) Взвешенное вещество Хлорофилл 2 Методика выполнения измерений титриметрическим методом Методика выполнения измерений массовой концентрации гравиметрическим методом Спектрофотометрическое определение Окончание табл. 2.1.1. 3 РД 52.24.421-2012 РД 52.24.468-2005 Determination…, 1966 Наряду с указанными методиками в табл. 2.1.1. применялись разработанные и модифицированные в лаборатории гидрохимии и гидрогеологии методики количественного определения общих углеводов, свободных углеводов, связанных углеводов, углеводов во взвеси и общих липидов (Лозовик и др., 2013), а также Сорг (Зобков, Мусатова, 2014) и цветность (Лозовик, 2013). Количественное определение общих углеводов в поверхностных водах осуществлялось: 1) в исходной воде, т.е. суммарное содержание углеводов (растворенных, связанных с гумусовыми веществами и во взвеси) – общее содержание углеводов (Уобщ); 2) в воде после удаления гумусовых веществ адсорбцией на диэтиламиноэтилцеллюлозе (ДЭАЭ) – определение содержания свободных углеводов (Усвоб); 3) В воде после удаления взвешенных веществ центрифугированием – определение растворенных углеводов (Ураств); 4) Содержание связанных углеводов (Усвяз) устанавливали по разности растворенных и свободных углеводов: Усвяз = Ураств - Усвоб; 5) Содержание взвешенных углеводов (Увзв) определяли по разности Уобщ и Ураств, а также путем анализа взвеси, выделенной на стекловолокнистых фильтрах (фильтрование проб воды через стекловолокнистные фильтры «Ватман» GF/F, 0,7 мкм) 56 Для определения соотношения автохтонного и аллохтонного ОВ в поверхностных водах использовалась методика, основанная на адсорбции аллохтонного ОВ на диэтиламиноэтилцеллюлозе (ДЭАЭ-целлюлозе) в динамическом режиме (Лозовик, Мусатова, 2013). Адсорбцию проводили путем добавления 1мл водной суспензии ДЭАЭцеллюлозы (50 мг/мл) к 100 мл воды и пропусканием полученного раствора через фильтр Шотта №1. Адсорбцию в зависимости от цветности воды проводили несколько раз и, таким образом, удавалось получить фильтраты воды, отвечающие разному количеству суспензии адсорбента (1+1, 1+1+1, 1+1+1+1 мл). Всякий раз пробу фильтровали через один и тот же фильтр Шотта с наличием на нем адсорбента от предыдущей адсорбции. В данной работе для оценки содержания автохтонного и аллохтонного ОВ в модельных водоемах на основе адсорбции использовались 2 мл взвеси адсорбента (1 + 1) для олиго- и мезогумусных вод, 3 (1+1+1) мл – для мезополигумусных и 4 (1+1+1+1) мл – для высокогумусных (Лозовик, Мусатова, 2013). Озера для данного исследования выбирались с использованием данных о химическом составе воды 552 озер Карелии, которые были обработаны с помощью программы для ЭВМ «Автоматизированная информационная система, обработка гидрохимической информации и оценка состояния водных объектов» (Авторское свидетельство, 2010). Все полученные данные по содержанию углеводов и липидов в природных водах (n=138) были статистически обработаны с помощью программы MS Office Exel. Были рассмотрены следующие параметры: среднее арифметическое, среднее геометрическое, медиана, первый квартиль, третий квартиль, стандартное отклонение, минимум и максимум. 57 2.2. Объекты исследования, периоды наблюдений, станции и методика отбора проб воды Первые рекогносцировочные исследования углеводов и липидов были проведены в летний период 2011 г. Для этого были выбраны водоемы и водотоки в бассейнах р. Шуи, Сунны и на Заонежском полуострове, отличающихся различной гумусностью и уровнем трофии. В июле-августе 2011 г. исследования проводились на 24 водных объектах (озера Валгомозеро, Яндомозеро, Чучьярви, Урос, Мунозеро, Выгозеро, Урозеро, Святозеро, Онежское, Вендюрское, Крошнозеро, Сандал, Падмозеро, Габозеро, Ягляярви, Кивач, Палват, Кивиярви, Кутижозеро, Лижменское, Петусъярви, Иля-Кялькянъярви и Салонъярви, Нижнее Ротчезеро) (рис.2.2.1.). Пробы воды в исследуемых водных отбирались в истоке из озера. В 2012 г. исследования осуществлялось в сезонном плане на 9 модельных водоемах (озера Урос, Вендюрское, Вегарус, Салонъярви, Крошнозеро, Святозеро, Валгомозеро, Урозеро, Яндомозеро) (см. рис. 2.2.1.) и Онежском озере. В Онежском озере отбор производился в Центральном плесе на ст. С1 и в Кондопожской губе на станциях К4, К50, К6, К7, а также в Петрозаводской – на станциях Р2, Р3 и р. Шуе (Соломенская протока) с поверхностного и придонного горизонтов воды (рис. 2.2.2.). 58 Рис. 2.2.1. Исследуемые озера Карелии в 2011, 2012 и 2013 гг. В 2013 г. исследование ОВ и биохимических компонентов (углеводов и липидов) проводилось в озерах Сямозеро, Шотозеро, Каменном, в губе Камалахта и р. Шуе. Отбирались пробы воды в центральной части озера поверхностный, средний и придонный горизонты воды и одну интегральную пробу, которая объединяла эти горизонты (см. рис. 2.2.1.). Сезонные исследования углеводов и липидов в Онежском озере проводились в Центральном Онего (разрез от ст. С25 до ст. С27), в центре залива Большое Онего (ст. В1 и В2), Кондопожской (разрез от ст. К3 до ст. К7) и Петрозаводской губах (разрез от ст. Р1 до ст. Р4) летом 2011, весной 2012 г. и зимой 2013 г. В вегетационный период 2013 г., после вскрытия водоема, начиная с 13.05.13 и через каждые 15 дней, исследовались углеводы и липиды в открытой литорали озера в районе Пухтинских островов. Отбор проб воды проводился на станциях, указанных на рис. 2.2.2. 59 Рис. 2. 2.2. Схема расположения станций отбора проб воды на Онежском озере в 2011-2013 гг. (I – Центральная часть озера и залив Большое Онего; II – Кондопожская губа; III – Петрозаводская губа; IV – литоральная зона в районе Пухтинской бухты) В 2012 - 2013 гг. проводилось исследование в Белом море. В летний период 2012 г. исследовалась разовая проба, отобранная в литоральной части Карельского берега. В 2013 г. отбирались пробы по разрезу Летний берег – Горло на станциях: 4, 2, 8, 10 и в Бассейне - ст.14 (рис.2.2.3.). Рис. 2.2.3. Карта-схема станций отбора проб воды в Белом море в июле 2013 г. 60 В 2014 г. (весна, лето, осень) исследования углеводов и липидов проводилось в Ладожском и Онежском озерах, а также в истоке и в устье р. Невы. В последнем пробы отбирались в трех рукавах (Большая Нева, Малая Невка, Малая Нева) (рис. 2.2.4.). Отбор интегральных проб воды в Онежском озере (центральная часть) и Ладожском (район о. Валаам) осуществлялся с верхнего фотического (0-15 м) и нижнего (15 м – дно) горизонтов. Рис. 2.2.4. Карта-схема отбора проб воды в 2014 г. Природную воду для изучения содержания углеводов и липидов отбирали батометром Рутнера, который предварительно несколько раз ополаскивают исследуемой водой. Для определения общих углеводов и других химических показателей (Cорг, ПО, ХПК, цветность, хлорофилл и др.) использовали полиэтиленовую посуду, а для липидов - стеклянную. Углеводы по возможности определяются в полевой лаборатории или в стационарной. Липиды сразу после отбора проб экстрагировали трижды смесью Фолча (хлороформ: этанол: метанол в соотношении 2:1:1) объемом 20 мл. Экстракты объединяли и хранили в холодильнике до 1 месяца. В отдельных случаях пробы фиксировались смесью Фолча (V=20 мл). 61 2.3. Краткая гидрохимическая и гидробиологическая характеристики объектов исследования В 2011 г. исследования проводились в летний период на 25 водных объектах, включая Онежское озеро. Они позволили разработать методологию изучения углеводов и липидов и выбрать наиболее представительные водные объекты для проведения сезонных наблюдений. Выбор этих объектов не является случайным. Предварительно была выполнена автоматизированная обработка гидрохимических данных по всем исследуемым объектам Карелии (Зобков, 2010), на основании которой были выбраны водотоки, в большей степени, отражающие геохимические особенности поверхностных вод гумидной зоны. Учитывались также возможность подъезда к водоемам и более близкое их расположение к г. Петрозаводску. В табл. 2.3.1 представлены основные параметры воды, по которым удается осуществить их геохимическую классификацию по щелочности (Alk) и pH, гумусности (ЦВ, ПО, содержанию Fe), трофности (содержанию Poбщ с учетом гумусности воды) (Лозовик, 2013). Таблица 2.3.1. Геохимическая классификация водных объектов, исследованных в летний период 2011 г. Озеро Alk, мгНСО3-/л pH Класс щелочности* ПО, мгО/ л ЦВ, Hum град (имит. шкалы) 6 7 15 9 103 40 1 Валгомозеро Вегарусъярви Вендюрское Габозеро ИляКялькянъярви Кивач Кивиярви Крошнозеро Кутижозеро Лижемское 2 104,8 0,5 3 8,12 5,05 4 7 3 5 5,7 15,3 10,0 8,7 отс. 7,11 7,17 4,65 5 5 1 6,7 11,4 21,6 21 46 168 0,9 0,2 17,0 8,8 2,7 5,44 4,99 7,41 6,25 6,36 3 3 6 4 4 21,5 19,2 16,8 43,8 5,2 135 120 61 385 19 Fe, мг/л Класс гумусности ** Робщ, мкг/л Класс трофности*** 8 0,04 0,85 9 6 3 10 16 11 11 4 2 12 23 60 0,25 0,27 0,82 5 4 3 33 11 15 4 4 1 54 48 32 130 10 0,90 0,79 0,60 7,25 0,09 3 3 4 2 5 15 16 115 96 9 2 2 3 3 5 62 Окончание табл. 2.3.1. 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Луглаярви Мунозеро Н. Ротчезеро Падмозеро Палват Петусъярви Салонъярви Сандал Святозеро Урозеро Урос Чучьярви Ягляярви 1,6 57,2 3,7 101,9 4,2 7,6 0,7 8,4 13,8 12,2 1,0 0,2 0,2 5,83 8,03 6,07 7,61 6,19 6,77 5,36 7,07 9,27 7,18 5,85 5,49 5,02 4 6 4 6 4 5 3 5 7 5 3 3 3 15,1 3,9 15,9 10,6 22,7 19,2 19,5 11,4 6,8 3,9 3,9 4,3 14,3 99 5 66 30 136 123 127 46 24 6 8 11 87 38 4 32 17 55 48 50 23 13 5 6 7 35 0,82 0,05 0,90 0,13 1,70 1,40 0,78 0,27 0,11 0,02 0,09 0,06 0,80 3 6 3 4 3 3 3 4 5 6 6 5 3 15 11 41 30 36 15 15 9 45 3,9 2 11 16 4 5 3 3 3 5 2 5 3 5 2 2 2 0,29 5 32 4 Яндомозеро 26,8 7,03 6 8,1 31 16 * ** 1 – безщелочностные кислые 2-полигумусные 2- низкощелочностные кислые слабокислые 3 3- мезополигумусные 3 –низкощелочностные слабокислые кислые 4-мезогумусные 4 - слабощелочностные слабокислые 5-олигогумусные 5 -среднещелочностные слабокислые 6 -ультраолигогумусные нейтральные 6 - среднещелочностные нейтральные слабощелочные 7 – высокощелочностные слабощелочные *** 1 –дистофные 2 –ацидотрофные 3-эвтрофные 4-мезотрофные 5-олиготрофные Установленные геохимические классы вод отдельных озер почти полностью за редким исключением совпадают с классами, полученными по среднемноголетним данным и представленными в справочнике «Озера Карелии» (2013). Некоторые отличия связаны с тем, что отбор проб проводился летом, и не было сезонных наблюдений, и он проводился только в истоке из озер. Эти оличия касались только подклассов вод по щелочности, гумусности и трофности и не превышали показателей отдельных классов вод. В число объектов исследований в 2012-2014 гг. были включены озера, существенно отличающиеся между собой по гидрологическим и химическим показателям (табл. 2.3.2.). Особенности гидрологического режима водоема в первую очередь сказывается на соотношении аллохтонного и автохтонного ОВ в них. Ранее было установлено, что содержание автохтонного ОВ в озерах увеличивается с уменьшением удельного водосбора и ростом периода их водообмена [Лозовик и др., 2007]. В число модельных водоемов были включены озера с ΔFуд от 0.9 (Урос) до 74 (Шотозеро), с τ от 0.13 (Шотозеро) до 50 (Урозеро) (см. табл. 2.3.2.). В число объектов были включены реки Нева и Шуя, 63 которые являются крупными водотоками и оказывают большое влияние на Финский залив и Онежское озеро соответсвенно. Таблица 2.3.2. Удельный водосбор (ΔFуд), период водообмена (τ) исследованных озер и косвенные показатели содержания ОВ в их воде (средние за 4 периода наблюдений) Объект ΔFуд Оз. Уросозеро 0.9 Оз. Вендюрское 6.9 Оз. Вегарусъярви 10.4 Оз. Салонъярви 55.7 Оз. Крошнозеро 21.0 Оз. Святозеро 3.3 Оз. Валгомозеро 3.1 Оз. Яндомозеро 2.1 Оз. Урозеро 1.0 Р. Шуя Оз. Онежское (центр) 5.5 Кондопожская губа Петрозаводская губа Оз. Каменное 5.0 Губа Камалахта Оз. Сямозеро 4.8 Оз. Шотозеро 73.9 Оз. Ладожское (0-12 м) 14.1 Оз. Ладожское (12-90 м) 14.1 Оз. Онежское (0-13 м) 5.5 Оз. Онежское (13-60 м) 5.5 Р. Нева (исток) Р. Нева (Новосаратовка) Р. Нева (устье) - τ, лет ХПК, мгО/л ПО, мгО/л ЦВ, град. 2.5 10.9 5.0 9 2.3 17.8 7.2 20 1.7 37.1 17.2 98 0.2 41.5 22.3 129 0.9 38.1 17.5 57 7.7 23.6 6.8 23 6.7 23.2 7.0 15 4.2 25.8 8.0 20 50 8.5 3.0 5 39.3 19.5 132 16.0 16.3 7.6 21 19.9 9.2 33 19.2 10.0 47 2.6 20.1 8.7 18 26.9 14.2 65 3.1 22.6 10.2 34 0.13 46.3 23.1 135 10 23.5 9.0 45 10 24.7 8.8 49 16 18.1 7.7 33 16 20.0 7.2 31 24.7 8.6 35 27.4 9.0 35 24.9 9.5 34 Hum 7 12 41 54 32 13 10 13 4 51 13 17 22 13 30 19 56 20 21 16 15 17 18 18 На величине продукции водоема, которая обусловливает содержание углеводов и липидов в воде, сказывается толщина фотического слоя, которая зависит от прозрачности воды, а последняя имеет обратную связь с цветностью и мутностью воды (чем больше прозрачность, тем меньше должна быть цветность и мутность воды). В этой связи по величине цветности и гумусности (см. табл. 2.3.2.) можно выделить 3 группы водных объектов: высокогумусные (мезополигумусные - озера Вегарусъярви, Салонъярви, р. Шуя), мезогумусные (озера Крошнозеро, Сямозеро, Шотозеро, Ладожское, р. Нева, губы Петрозаводская, Кондопожская, Камалахта), олигогумусные (озера Уросозеро, Вендюрское, Святозеро, Валгомозеро, Яндомозеро, Урозеро, Онежское, Каменное). 64 Для количественной оценки органического вещества в исследуемых водоемах использовали косвенные показатели его содержания: цветность (ЦВ), перманганатная окисляемость (ПО), химическое потребление кислорода (ХПК), расчетный показатель гумусности (Hum) (см. табл.2.3.2), биохимическое потребление кислорода (БПК5) (табл. 2.3.3). Органическое вещество в поверхностных водах связано в основном с двумя источниками происхождения: внутриводоемным его образованием за счет продукционно-деструкционных процессов (автохтонное ОВ) и поступлением его с водосборной территории (аллохтонное ОВ). Наибольшее содержание ОВ обнаружено в озерах Салонъярви, Вегарусъярви и р. Шуя, что подтверждается высокими величинами ХПК (41,5, 37,1 и 39,3 мгО/л), ПО (22,3, 17,2 и 19,5 мгО/л) и высокой цветностью воды (129, 98 и 132 град. соответсвенно). Сезонная изменчивость содержания ОВ хорошо прослеживается для большинства выбранных озер. Наименьшая цветность, ПО и БПК5 приходятся на зимнее время, за исключением высокогумсных озер (наибольшее значение ХПК). Зимой вода обогащается в основном аллохтонным ОВ, которое поступает с водосбора, а в другое время года сказывается влияние автохтонного ОВ. Наибольшие величины БПК5, ПО отмечаются в летний период, особенно при цветении воды в эвтрофных водоемах. Например, в эвтрофных озерах Святозеро, Крошнозеро и р. Шуя в летний период 2012 г. БПК5 составляло 7,1; 1,59 и 1,14 мгО2/л соответсвенно (см. табл. 2.3.3). 65 Таблица 2.3.3. Биохимическое потребление кислорода (БПК5) мгО2/л в исследуемых водных объектах в 2012-2013 гг. Озеро Год Зима Весна Лето Осень Урозеро Уросозеро Вендюрское Святозеро Валгомозеро Вегарус Яндомозеро Крошнозеро Салонъярви Каменное Губа Камалахта Р. Шуя Шотозеро Сямозеро Кондопожская губа Онежского оз. Петрозаводская губа Онежского оз. Центральная часть Онежского оз. Онежское оз. (литораль) Белое море 2012 2012 2012 2012 2012 2012 2012 2012 2012 2013 2013 2013 2013 2013 2013 0,17 0,17 0,19 0,25 0,30 0,17 0,29 0,37 0,47 0,43 0,33 0,55 0,66 0,32 0,17 0,25 0,21 0,30 0,75 0,98 0,70 0,70 1,59 0,79 Отс. Отс. 1,19 0,80 0,41 Отс. 0,33 0,52 0,46 7,1 0,69 0,51 1,16 1,61 0,92 0,26 0,35 2,36 0,96 0,49 0,24 0,36 0,40 0,61 0,91 0,98 0,49 0,72 0,80 0,63 Отс. Отс. 0,46 0,51 0,50 0,21 Среднее за год 0,28 0,32 0,39 2,25 0,74 0,47 0,72 1,1 0,70 0,34 0,34 1,14 0,73 0,43 0,21 2013 0,18 0,45 0,21 0,33 0,29 2013 0,22 0,25 0,20 0,18 0,20 2013 Отс. 0,18 Отс. 0,20 0,19 2013 Отс. Отс. 0,34 Отс. 0,34 По содержанию биогенных элементов (P, N, Si) между исследованными объектами также имеются определенные отличия (табл. 2.3.4.). Содержание Робщ в исследованных объектах изменялось в весьма широких пределах: от весьма низких (4-9 мкг/л), как в озерах Уросозеро, Урозеро и Онежском, до весьма экстремальных (222 мкг/л). Последнее имело место в оз. Святозеро летом 2012 г., когда в нем цвела вода, и исток из озера был забит планктонной взвесью. По содержанию Робщ с учетом гумусности воды исследованные объекты можно подразделить по уровню трофии: олиготрофные (озера Урозеро, Уросозеро, Онежское, Вегарусъярви, Каменное, губа Камалахта), мезотрофные (озера Салонъярви, Валгомозеро, Яндомозеро, Вендюрское, Сямозеро, Шотозеро, Ладожское, Петрозаводская и Кондопожская губы, р. Нева (летом)), эвтрофные (озера Святозеро, Крошнозеро, Кутижозеро, Палват, р. Шуя). Содержание Рмин в большинстве водных объектах во все сезоны года были весьма низкие (<1-3 мкг/л) и только в озерах Святозеро и Крошнозеро они достигали 66 зимой 35 мкг/л, а летом были намного меньше (3-11 мкг/л). Это свидетельствует об активном протекании фотосинтеза в этих водоемах. В весенний период отмечено наличие Рмин в Ладожском озере (6 мкг/л), тогда как в р. Нева его содержание было в следовых количествах (≤ 1 мкг/л). Следует также отметить повышенное содержание Рмин и в р. Шуя (4-16 мкг/л), что связано с сельскохозяйственной деятельностью на ее водосборе. Таблица 2.3.4. Концентрации биогенных элементов в воде исследованных объектов в 20122014 гг. (в числителе - пределы колебаний, в знаменателе -среднее значение) Рмин Робщ NH4+ NO3Объект Si, мг/л мкг/л мгN/л 1 2 3 4 5 6 Оз. Вегарусъярви Оз. Салонъярви Оз. Яндомозеро Оз. Валгомозеро Оз. Урозеро Оз. Вендюрское Оз. Уросозеро 0.01 0.05 0.03 0.01 0.05 0.025 0.02 0.03 0.02 0.02 0.04 0.03 0.02 0.03 0.03 0.01 0.09 0.04 0.01 0.05 0.03 Оз. Святозеро 0.012 0.87 0.25(0.05) * Оз. Крошнозеро 0.02 0.09 0.04 0.01 0.02 0.015 0.01 0.04 0.02 0.02 0.04 0.03 0.03 0.05 0.04 Оз. Онежское (центр) Петрозаводская губа Кондопожская губа Оз. Шотозеро 0.4 2.25 3.03 2.52 67 1 2 3 Р. Шуя Оз. Каменное 1 Оз. Ладожское (0-12 м) Оз. Ладожское (12-90 м) Оз. Онежское (0-13 м) Оз. Онежское(13-60 м) 0.02 0.4 7 0.01 0.04 0.02 0.01 0.05 0.03 Р. Нева (исток) Р. Нева (устье) 4 0.02 0.05 0.04 0.01 0.03 0.02 0.02 0.03 0.03 0.01 0.02 0.015 0.02 0.07 0.04 Оз. Сямозеро Губа Камалахта Окончание табл.2.3.4. 5 6 4 Р. Нева (Новосаратовка) 12 52 32 16 0.3 0.01 0.02 0.015 0.01 0.04 0.02 0.02 0.03 0.02 * - без учета максимальной концентрации NH4+, которая наблюдалась во время цветения воды Так, концентрация аммония практически одинаковая во всех объектах и находится на уровне фоновых показателей для поверхностных вод Карельского гидрографического района. Наибольшие количества NO3- отмечены в озерах Крошнозеро и Святозеро в зимний период (до 0.47 мгN/л), тогда как летом их концентрации были очень низкие (0.01 мгN/л). Повышенное содержание NO3- наблюдалось в воде озер Онежского (0.25 мгN/л) и Ладожского (0.30 мгN/л), как в больших стратифицированных водоемах. В вегетационный период концентрация NO3- в этих озерах меньше в эпилимнионе, чем в гиполимнионе. В р. Неве на фоне Ладожского озера концентрации NO3- почти в 3 раза меньше. Зимой отмечается наличие NO3- более чем 0.1 мгN/л в оз. Яндомозеро, а в р. Шуя – летом (0.3 мгN/л). В последнем случае это, по-видимому, связано с 68 поступлением нитратов с сельхозугодий. В остальных водных объектах содержание NO3- было низким без каких-либо сезонных отличий. Наиболее низким содержанием кремния выделяются р. Нева (весной <0.1 мг/л, летом 0.2 мг/л), озера Урозеро и Уросозеро (0.2-0.3 мг/л), Святозеро (0.3-0.5 мг/л), Онежское (0.2-0.3 мг/л) и Ладожское (0.3-0.4), Валгомозеро и Яндомозеро летом (0.2-0.3 мг/л) (Расплетина, 1987; Поверхностные воды..., 1991; Онежское озеро…, 1999). При таких низких концентрациях кремний может лимитировать развитие диатомового планктона. Таким образом, проведенный анализ гидрохимических данных показывает, что среди исследованных объектов имеются водоемы и водотоки различной гумусности и трофности. Всего за 2011-2014 гг. было исследовано свыше 30 объектов, которые были отнесены к 15 геохимическим классам вод. Представленная выборка водных объектов отражает практически все типы поверхностных вод гумидной зоны. Исследованные водные объекты распределились по геохимическим классам вод, следующим образом: 1) Олиготрофные: Низкогумусные среднещелочностные циркумнейтральные (озера Урозеро, Мунозеро, Онежское); Низкогумусные низкощелочностные кислые (оз. Чучьярви); Низкогумусные низкощелочностные слабокислые (оз.Уросозеро) Мезогумусные среднещелочностные циркумнейтральные (оз. Сандал); Мезогумусные слабощелочностные слабокислые (оз. Лижменское, Каменное); Высокогумусные среднещелочностные циркумнейтральные (оз. Петусъярви); Высокогумусные низкощелочностные кислые (озера Вегарусъярви, Салонъярви, Кивач, Ягляярви, Кивиярви, Иля-Кялькянъярви); 2) Мезотрофные: Низкогумусные среднещелочностные циркумнейтральные (озера Яндомозеро, Вендюрское); Низкогумусные высокощелочностные циркумнейтральные (озера Валгомозеро, Падмозеро); Мезогумусные среднещелочностные циркумнейтральные (озера Ладожское, Габозеро, Луглаярви, Сямозеро и р. Нева); 69 Мезогумусные слабощелочностные слабокислые (оз. Шотозеро); 3) Эвтрофные: Низкогумусные среднещелочностные циркумнейтральные (оз. Святозеро); Мезогумусные среднещелочностные циркумнейтральные (оз. Крошнозеро) Высокогумусные слабощелочностные слабокислые (озера Палват, Н. Ротчезеро, оз. Кутижозеро); Высокогумусные среднещелочностные циркумнейтральные (р. Шуя); Ацидотрофные и дистрофные озера по классификации Лозовика П.А. как низко продуктивные были отнесены к олиготрофным в соответствии с рекомендациями Китаева С.П. (Китаев, 2007). Исследованные в 2012-2014 гг. водные объекты отличались между собой и по гидробиологическим показателям. В эвтрофных озерах - Святозеро и Крошнозеро годовая первичная продукция, по данным А.В. Сабылиной и М.Б. Басова (Сабылина, Басов, 2003), равняется 362 и 248 гС/м2 соответственно. Фитопланктон в этих озерах в летний период представлен в основном сине-зелеными, зелеными водорослями (85% общей численности). В мезотрофных озерах – Вендюрское, Сямозеро, Габозеро, Шотозеро годовая первичная продукция колеблется от 48 до 74 гС/м2. В олиготрофных озерах: Урозеро, Урос, Каменное, Лижменское, Салонъярви, Мунозеро годовая первичная продукция от 23 до 50 гС/м2 (Каталог озер Карелии, 2013; Сабылина, Басов, 2003). Вода Ладожского озера по гидробиологическии показателям в настоящее время характеризуется достаточной стабильностью, связанной с инертностью водной массы и замедленным водобменом озера. Как показали исследования последнего периода, развитие фитопланктона в озере соответствует показателям, свойственным мезотрофным водоемам (биомасса - 1,1-1,8 г/м3, хлорофилл «а» 4,8-8,5 мг/м3) (Летанская, 2001; Румянцев, 2007). Продукция фитопланктона Ладожского озера в среднем 76 г С/м2 (Ladoga and Onego…, 2010). 70 В Онежском озере основным источником автохтонного ОВ является фитопланктон. Весной фитопланктон Онежского озера представлен в основном диатомовыми водорослями (98% общей численности). В период летней стагнации в пелагиали озера и, особенно в его антропогенно евтрофированных губах (Кондопожской и Петрозаводской) наблюдается возрастание видового разнообразия фитопланктона. Хотя численность (45%) и биомасса (~50%) диатомей по-прежнему является превалирующей, однако, в планктоне возрастает доля зеленых (до 25%) и сине-зеленых (до 15-20%) водорослей. Зимний планктон представлен диатомовыми водорослями (Вислянская, 1990; Чекрыжева, 2008). В весенне-летний период биомасса фитопланктона в Центральном Онего составляет около 0,7 г/м3, биомасса копепод – 0,3-0,4 г/м3 (Куликова и др., 1997; Сярки, 2008; Тимакова и др., 2011). В среднем за год в Онежском озере, исходя из разных источников расчета первичной продукции (ПП), образуется 150 тыс. т Сорг (Умнова, 1982; Тимакова, Теканова, 1999; Теканова, 2012). С речными, сточными водами и атмосферными осадками поступает 323 тыс. т Сорг (рис. 2.3.1.), ( Сабылина и др., 2012). Рис. 2.3.1. Поступление органического углерода в озеро от внешних источников и его образование в водоеме за счет продукционных процессов. В Центральном Онего и заливе Большое Онего среднесуточная ПП составляет 114 и 106,2, а хемолитотрофная нитрификация – 8,1 и 3,0 мгС/(м2 ·сутки) 71 соответственно. В пелагиали озера средняя годовая ПП равняется 15,5 гС/м2. В Петрозаводской и Кондопожской губах она выше и достигает 31 и 50 гС/м2 соответственно. Первичный синтез ОВ хемоавтотрофами в Онежском озере невысокий и составляет 4% от ПП фитопланктона (Теканова, 2008, 2012; Тимакова, Лежнева, 2012). Белое море Белое море относится к Северному Ледовитому океану. Оно не отделено от соседнего Баренцева моря ни грядой островов, ни резким поднятием дна и по этой причине его северная граница условна (Бергер, 2007). Границей между Белым и Баренцевым морями считается линия, проведенная от мыса Святой Нос (Кольский полуостров) до мыса Канин Нос (полуостров Канин). Вода Белого моря сильно опреснена из-за стока многочиленных рек и соленость воды на большей части акватории моря на поверхности не превышает 24-27‰. В летний период 2013 г. в Горле Белого моря были проведены краткосрочные гидрохимические наблюдения. Из табл. 2.3.5. видно, что воды Белого моря хорошо аэрированы и богаты кислородом. Его содержание варьирует от 8,7 до 10 мг/л (81-102 %). Таблица 2.3.5 Некоторые химические показатели воды Белого моря в июле 2013 г. № станции 2 (0,5 м) 4 (0,5 м) 8 (0,5 м) 10 (0,5 м) 14 (0,5 м) 14 (120,0 м) Ср. зн. (0,5 м) t ºС S ‰ О2 мг/л % Рмин Робщ NO3- NO2- NH4+ мкг/л мкгN/л 12,7 26,0 8,7 97 2 10 10 <1 40 13,7 26,2 8,7 98 2 9 <1 <1 9 13,7 24,4 8,5 96 4 13,2 <1 <1 9 9,8 27,2 9,2 96 12 20,8 58 2 10 15,6 26,1 8,6 102 1 9,6 <1 <1 10 -1,0 29,1 10,0 81 25 26 11 <1 10 10,8 26,5 98 8 15 13 <1 14 9,0 72 Основу минеральных форм азотсодержащих соединений в Белом море составляют нитраты и аммоний. Средняя концентрация нитратов равняется 13 мкгN/л. Содержание аммонийного азота находилось примерно на одном уровне с содержанием в воде нитратов (14 мкгN/л), а нитритов практически не было обнаружено (<1 мкгN/л). Основным биогенным элеменом, лимитирующим развитие фитоплактона в Белом море, являются нитраты (Максимова, 1977, 1991; Ильяш и др., 2003). Средняя концентрация Робщ и Рмин составляла 15 и 8 мкг/л соответственно. Полученные значения химических показателей в Горле Белого моря согласуются с литературными данными (Максимова, 1982, 1991; Агатова и др., 1994). В настоящее время беломорский фитопланктон изучен достаточно полно (Федоров и др., 1995; Ильяш и др., 2003). Доминирующим компонентом водорослей являются – диатомеи. В Белом море, как и в Баренцовом, наблюдается 2 типа развития фитопланктона – ранней весной (в период таяния льда и снега) в середине апреля и мая и в конце августа. Период вегетации фитопланктона в море завершается в конце октября. Уровень первичной продукции фитопланктона в море изменяется по сезонам и по годам (Федоров и др., 1974; Налетова, Сапожников, 1993; Примаков, 2004). В Белом море средний уровень суточной первичной продукции в вегетационный период (180 дней) составляет 250 мгС/м2. В среднем за год беломорским фитопланктоном производится 4 млн. т Сорг и это соответсвует 3,0·1013 ккал (Бергер, 2007). Исследование численности и биомассы зоопланктона в Белом море началось с начала 50-х годов XX столетия (Камшилов, 1951; Прыгункова, 1967). В результате этих работ было установлено, что видовой состав зоопланктона в Белом море значительно беднее, чем в Баренцевом море. Основу его составляют копеподы, которых насчитывается около 30 видов. В. Я. Бергером с сотрудниками (2007) установлено, что средняя численность, биомасса и продукция зоопланктона в Белом море на протяжении 40 лет остается 73 на одном уровне и равняется 10430 экз/м2, биомасса 180 мг/м3, продукция зоопланктона 1,6 г/м3 соответственно. Суточная продукция бактериопланктона по данным В.Н. Галкиной (Галкина и др., 1988) варьировала от 5,8 до 40 мгС/м3 с апреля по октябрь 1985 г. в районе Сон-острова (средняя величина годовой продукции составляла 4,5 гС/м3). Исходя из литературных данных, В.Я. Бергер (2007) подсчитал среднегодовую продукцию бактериопланктона для всей толщи Белого моря. Она равнялось 2,4 · 1014 ккал. Эта величина рассчитана по балансовому уравнению фотосинтеза: 1 мгС синтезированного углерода соответствует 10 кал (Винберг, 1960). Следует учитывать, что водные бактерии являются не только деструкторами ОВ, но и играют важную роль в формировании пищевых ресурсов в водоеме. 74 3. МОДИФИКАЦИЯ МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ И ЛИПИДОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ 3.1. Сравнительный анализ методов количественного определения углеводов и липидов в поверхностных водах Выделение и прямое определение углеводов, содержащихся в поверхностных и морских водах, связано с большими экспериментальными трудностями. Поэтому об их содержании обычно судят по учету продуктов кислотного гидролиза, в результате которого происходит расщепление сложных углеводов и превращение их в моносахариды, которые определяются количественно. Методы количественного определения углеводов делятся на две группы: методы, основанные на окислительно-восстановительных реакциях (восстановление сахарами двухвалентной меди в щелочной среде) (Семенов и др., 1964; Семенов и др., 1961; Шаова, 1971; Lewis, Rakestrow, 1955) и спектрофотометрические методы. Существует несколько спектрофотометрических методов определения общего количества углеводов, находящихся в разных формах и объектах (растворенных, взвешенных, в иловых водах и донных отложениях). Большинство из них основано на образование окрашенных комплексов фурфуроловых производных углеводов с ароматическими соединениями, такими как: антрон, N-этилкарбазол, орцинол, фенол и триптофан. Химическая сущность всех этих методов заключается в том, что при кислотном гидролизе проб воды образуются моносахариды, которые превращаются в фурфурол и его производные. Далее они количественно реагируют с ароматическими соединениями, указанными выше, образуя окрашенные соединения (Morse, 1947; Dische, 1955; Lewis, 1955; Dubois et al, 1956). Для пентоз реакция заключается в синтезе пятичленного кольца при отщеплении от молекулы пентозы трех молекул воды и образовании фурфурола, а для гексоз - 5-оксиметилфурфурола. 75 Антроный метод был разработан Левисом (Lewis, 1955) для определения углеводов в биохимии и нашел широкое применение в исследованниях морских (Wangersky, 1959) и поверхностных водах (Семенов, 1971). Метод может быть использован для определения суммарного содержания углеводов выше 0,15 мг/л. Джосефссон с соавторами (Josefsson et al., 1972) установили, что антрон взаимодействует в основном только с глюкозой. Кроме того, они показали, что на результаты анализа существенно влияют органические и неорганические компоненты, содержащиеся также в природных водах (например, нитраты, триптофан и др.). Мешающее влияние нитрат-ионов прослеживается при их концентрации выше 0,5 мгN/л. Автором был апробирован антроный метод, чтобы выяснить его достоинства и недостатки. В ходе анализа было взято четыре моносахарида: глюкоза, манноза, ксилоза и рамноза с концентрацией 10 мг/л, далее анализ проводился по методике (Руководство….., 1977). Из рис. 3.1.1. видно, что при λ = 627 нм оптическая плотность растворов глюкозы и ксилозы близка, чуть поменьше у рамнозы, а у маннозы она совсем низкая. Исходя из этого, можно констатировать, что антрон не взаимодействует в полной мере со всеми моносахаридами, что, безусловно, будет сказываться на общем содержании углеводов в исследуемой воде. 76 Рис. 3.1.1. Электронные спектры поглощения продуктов взаимодействия моносахаридов (С = 10 мг/л) с антроном N-этилкарбазоловый метод (Lewis, Rakestrow, 1955) является трудоемким. Сложность проведения анализа по этому методу заключается в необходимости продувки проб воды азотом для удаления растворенного кислорода, зависимости результатов анализа от освещенности, температуры, времени проведения реакции. Кроме того, максимумы спектров поглощения продуктов реакции отдельных углеводов с N-этилкарбазолом не совпадают между собой, что создает дополнительные трудности при построении градуировочного графика. Фенол-сернокислотный метод разработан Дюбуа с сотрудниками (Dubois et al, 1956) для определения микроколичеств углеводов и их производных в биохимической практике и он нашел широкое применение в морской гидрохимии (Degens, Reuter, 1966; Handa, 1966). Соблюдение закона Бугера-Ламберта-Беера наблюдается в диапазоне концентраций углеводов от 0,01 до 10 мг/л. Как показали Джозефcсон с соавторами (Josefsson et al.,1972) одним из главных недостатков фенол-сернокислотного метода является его низкая чувствительность (10-20 мкг/л), а также большая зависимость интенсивности окраски анализируемой пробы от содержания в них окрашенных гумусовых веществ. Э.С. Бикбулатов и Б.А. Скопинцев (1976) предложили вводить поправку на светопоглощение гумусовых веществ в исследуемой пробе воды, в которую 77 добавляют только сернокислотный реактив. В Северо-Западном регионе, в частности в Карелии, большинство водоемов содержат высокое количество гумусовых веществ, мешающих определению углеводов фенол-сернокислотным методом. Орцинольный метод обладает рядом недостатков, присущих ранее описанным методам. Отдельные углеводы в разной степени взаимодействуют с предлагаемым реагентом (орцин). растворов различных Поэтому для одинаковых концентраций моносахаридов интенсивность светопоглащения существенно различается, хотя его максимумы совпадают между собой. Метод Джонсона – Сейбурта (Johnson, Seiburth, 1977) с реактивом МБТГ (3 метил-2-бензотиазолингидразонгидрохлорид), обладает высокой чувствительностью (0,03 мкг гексозы в пробе), но требует соблюдения специальных условий и наличие малодоступных реактивов. Гидролиз исходной пробы воды проводится в течении 20 часов при 100 ºС в ампулах. После добавления реактива МБТГ пробы инкубируют в течение 4 часов при 18 ºС. Трудоемкость проведения анализа делает этот метод мало применимым в экспедиционных условиях. Триптофановый метод (Josefsson et al., 1972) за последние два десятилетия в биогидрохимических исследованиях углеводов в морских водах нашел широкое применение, который выгодно отличается от остальных методов. Триптофа́н — ароматическая альфа-аминокислота. Существует в двух оптически изомерных формах — L и D и в виде рацемата (DL). L-триптофан является протеиногенной аминокислотой и входит в состав белков всех известных живых организмов. Относится к ряду гидрофобных аминокислот, поскольку содержит ароматическое ядро индола. Участвует в гидрофобных и стэкингвзаимодействиях. 78 L – триптофан Для триптофанового метода характерно увеличение интенсивности окраски анализируемых проб воды от содержания в них окрашенных гумусовых веществ, но на их светопоглощение легко установить поправку. Наблюдается хорошее совпадение спектральных максимумов поглощения продуктов взаимодействия различных моносахаридов с предлагаемым реагентом, но оптические плотности растворов отличаются друг от друга (рис. 3.1.2.). Рис. 3.1.2. Электронные спектры поглощения продуктов взаимодействия моносахаридов (С=10 мг/л) с триптофановым реактивом Триптофановый метод является универсальным и его можно применить для определения углеводов в любой воде (0 – 40 ‰), взвеси и донных отложениях, а условия проведения анализа достаточно просты. Чувствительность метода 0,2 мкг глюкозы в пробе. Таким образом, к началу наших исследований стали очевидны преимущества L-триптофанового метода для определения углеводов в поверхностных водах. 79 Однако вопрос о применимости этого метода к поверхностным водам, обогащенными гумусовыми веществами, оставался открытым. В настоящее время методы выделения и анализа липидов в различных живых и растительных образцах достаточно хорошо разработаны, поскольку интерес к этим компонентам давний и всесторонний в связи с их важной биологической ролью в живых организмах. Для выделения липидов из биологических тканей чаще всего применяют смесь Фолча (Folch et al., 1957) или ее модификацию (Сидоров, 1983). Для экстракции липидов из воды используют как эту модифицированную смесь (Руководство…., 2004), так и один хлороформ (Сабылина, Семенов, 1981). Для анализа липидов в животных и растительных объектах широко используют весовые, спектрофотометрические и хроматографические методы (Кейтс, 1975). Общие липиды определяют весовым методом после их экстракции и высушивания или дополняют тонкослойной хроматографией для отделения мешающих компонентов (Пеккоева и др., 2014) или же осуществляют метилирование общих липидов с последующим их газохроматографическим анализом (Синяк, и др. 1976; Ткач, 2007). Для количественного определения фосфолипидов и триглицеридов используется спектрофотометрический метод Волча и Банасика (Walsh et al., 1965). Количественное определение холестерина и эфиров стероидов осуществляют фотометрическим методом Ильке (Биохимические методы, 1969). Для качественного и количественного определения жирных кислот в настоящее время наиболее широко используется газо-жидкостная хроматография после их этерификации, а для анализа фосфолипидов – высокоэффективная жидкостьжидкосная хроматография (Пеккоева и др., 2014). В клинической практике для определения липидов в крови нашел широкое применение фосфованилиновый метод (Frings, Dunn, 1970), который и был адаптирован для количественного определения липидов в морской воде после их экстракции смесью Фолча (Руководство по современным…., 2004). Последний метод был также заложен нами в основу определения липидов в поверхностных водах. 80 3.2. Модификация методики определения углеводов с L-триптофаном Выделение и прямое определение сложных углеводов, содержащихся в биологических образцах, связано с большими экспериментальными трудностями. В настоящее время и в биохимии не существует прямых методов определения углеводов. Об их содержании судят по количеству продуктов кислотного гидролиза, в результате которого происходит расщепление сложных углеводов до простейших с дальнейшим их превращением в производные фурфурола, которые затем определяют количественно. Для определения углеводов в поверхностных водах был взят за основу Lтриптофановый метод, который широко применяется в морской гидрохимии (Josefsson, 1972; Руководство .., 2004). Химическая сущность метода заключается в том, что при кислотном гидролизе проб воды, взвеси, образующиеся моносахариды преобразуются в фурфурольные производные. Эти производные, количественно реагируя с добавленным в анализируемый раствор L-триптофаном, образуют окрашенные комплексные соединения, интенсивно поглощающие свет (λmax=540 нм). Выяснилось, что использование напрямую данной методики для поверхностных вод не представляется возможным в связи с получением невоспроизводимых результатов анализа. По всей видимости, это связано с мешающим влиянием аллохтонного ОВ, которое, как известно, отсутствует в морских водах, а также с жесткими условиями проведения реакции. Поэтому использование метода определения углеводов, широко распространенного в морской гидрохимии, к поверхностным водам гумидной зоны не представляется возможным. Требовалась модификация этой методики, что и являлось одной из задач работы. Время и температура нагрева были несколько изменены по сравнению с оригинальной методикой (Руководсвто…, 2004). Нагрев осуществлялся при 105ºС в течение 30 минут в термостате. По методике температура составляет 100ºС и 81 используется водяная баня, а время 15 минут. Увеличение температуры и времени нагрева позволило повысить выход продукта реакции (рис.3.2.1). Рис. 3.2.1. Зависимость оптической плотности от времени нагревания стандартных растворов глюкозы и пробы воды из р. Шуя Наибольшие оптические плотности фотометрируемых растворов оказались по истечении 25-30 минут. Это увеличение составило почти двухкратное по сравнению с 15 минутами нагрева. Такое отличие, по-видимому, связано с тем, что для нагрева использовался воздушный термостат. В связи с тем, что воздух обладает меньшей теплопроводностью, чем вода достижение максимальной температуры растворов в термостате было больше, чем на водяной бане. Использование термостата позволяет исключить попадание конденсата в реакционные сосуды. Вторая проблема, с которой пришлось столкнуться это воспроизхводимость градуировочного графика. Наблюдался разный угол его наклона, но при высокой степени корреляции оптической плотности с концентрацией углеводов. Изменение градуировочного коэффициента за весь период анализа составил 40-54 (среднее 48). Кроме того выяснилось, что в некоторых пробах воды с низким содержанием углеводов, оптическая плотность растворов была меньше, чем холостой пробы. 82 Анализ проб воды с добавкой и без добавки глюкозы к растворам не давал точного значения добавки. Причиной таких отличий, указанных выше, связано с жесткими условиями проведения реакции: высокая температура и в среде серной кислоты. Возможно, имеет значение старение L-триптофанового реактива. Для поверхностных вод, имеющих зачастую высокую окраску, необходимо также вводить поправку на холостое поглощение самих проб воды. В определенной степени избежать вышеуказанные обстоятельства можно, если проводить одновременно анализ проб воды с добавкой и без добавки глюкозы и самих стандартных растворов. В этом случае условия проведения реакции будут максимально приближены для всех образцов. Учитывая вышеуказанные обстоятельства для получения воспроизводимых результатов анализа при определении углеводов в поверхностных водах одновременно осуществляется их анализ в исходной воде и в стандартных растворах глюкозы. Пробу воды объемом 2 мл (в двух парралелях) помещают в термостойкие колбы (V=50 мл), в одну колбу добавляют 3 мл L – триптофанового реактива, а в другую тоже количество смеси Н2SO4 и Н3BO3, тщательно перемешивают. Единовременно с пробой воды аналогичным образом обрабатывают 3 стандартных раствора (10, 15, 20 мг/л) и две пробы с добавкой стандартного раствора (10 мкг к пробе). Полученные растворы выдерживают в течение 30 минут в воздушном термостате (105 ºС). Далее пробы охлаждают до комнатной температуры и измеряют оптическую плотность образцов при λ = 540 нм относительно дистиллированной воды, в кюветах толщиной 2 см. Представленная методика анализа является достаточно трудоемкой, но в тоже время она позволяет получить надежные воспроизводимые результаты. Хотя она и была модифицирована применительно к поверхностным водам, она может быть с успехом применена и для морских вод, для которых имеются такие же проблемы анализа, что и для поверхностных. Обработка данных результатов анализа углеводов осуществлялась следующим образом. По оптической плотности стандартных растворов глюкозы строится 83 градуировочный график и устанавливается уравнение линейной регрессии (рис. 3.2.2.). Относительно этого графика наносятся две точки: одна, отвечающая оптической плотности пробы (А1), а вторая – пробы с добавкой (А2). Через эти точки проводится прямая линия таким образом, чтобы она проходила параллельно градуировному графику, а точки А1 и А2 были равноудаленными от нее. Это позволяет найти среднее значение оптической плотности, связанной с поглощением света продуктов реакции углеводов с L – триптофаном. Далее, используя градуировный коэффициент, полученный для стандартных растворов глюкозы в ходе анализа пробы, рассчитывается количество углеводов в пробе воды. Рис. 3.2.2. Калибровочный график для определения углеводов: 1 -– стандартные растворы; 2 – проба воды с добавкой (А2) и без добавки стандартного раствора (А1) Непосредственно для пробы, представленной на рис. 3.2.2., расчет выполняется следующим образом: A 1 = А1 – Ахол = 0,230 – 0,115 = 0,115 За Ахол принимается свободный член в уравнении линейной регрессии для стандартных растворов. A2 = А2 – Астандарта = 0,413 – (0,023 * 10 + 0,115) = 0,068 За Астандарта принимается расчетное значение, полученное по корреляционному уравнению и отвечающее стандартному раствору (10 мкг глюкозы в пробе). 84 Поскольку А2 получена для образца воды с добавкой стандартного раствора глюкозы, необходимо учесть кратность разбавления. В нашем случае она составляла 1,05, поэтому значение A 2 должно быть увеличено в 1,05 раза. Тогда среднее значение A = ( A 1 + 1,05 A 2) / 2 = 0,115 + 1,05 * 0,068) / 2 = 0,093. Далее необходимо ввести поправку на холостое поглощение пробы воды в результате обработки ее серной и борной кислотами (Ахол.пробы). Для данной пробы, Ахол.пробы = 0,024. В таком случае количество углеводов в пробе составит: Р = ( A - Ахол.пробы) ctg φ = (0.093 – 0.024) * 43.5 = 3,00 мкг в пробе С учетом того, что для анализа использовалось 2 мл пробы, концентрация углеводов будет равняться С = 3,0 / 2 = 1,5 мг/л. Для установления метрологических характеристик метода был проведен 6 раз анализ одной и той же пробы природной воды с добавкой к ней воды с планктоногенным ОВ. Были получены следующие данные по содержанию углеводов в ней: 8,6; 9,0; 9,8; 10,6; 9,7; 9,6 (среднее 9,6 мг/л). Стандартное отклонение составило 0,7 мг/л, а границы интервала относительной погрешности определения δ ± 8,2 % (n = 6, P = 0,95). Реактивы: L-триптофановый реактив. В небольшом объеме концентрированной серной кислоты растворяют 25 г борной кислоты. Отдельно в концентрированной Н2SO4 растворяют 5 г L-триптофана. После полного растворения реактивов оба раствора сливают вместе и объем доводят концентрированной Н2SO4 до 1 л. Реактив готовили на серной кислоте марки ос.ч. Его можно использовать только на третьи сутки и не более 1 месяца. Основной стандартный раствор глюкозы (10 г/л). В 100 мл дистиллированной воды растворяют 1 г глюкозы. Промежуточный раствор глюкозы (100 мг/л). Основной раствор разбавляют в 100 раз дистиллированной водой. Рабочий раствор глюкозы (10 мг/л). Его получают путем 10-кратного разбавления промежуточного раствора. 85 3.3. Модификация методики определения липидов с фосфованилиновым реактивом Для определения фосфованилиновый липидов в поверхностных спектрофотометрический метод водах (Frings, был взят Dunn, 1970; Руководство…., 2004). В основе этого метода лежит цветная реакция ванилина в кислой среде с липидами (рис. 3.3.1.). Сульфофосфованилиновую реакцию дают все классы липидов. При этом растворы имеют окраску от желтого до вишневого (Johnson et. al., 1977). Рис. 3.3.1. Последовательность стадий для сульфофосфованилиновой реакции (на примере олеиновой кислоты) 86 При анализе липидов по методике (Руководство…., 2004) было установлено, что при построении градуировочных графиков на стандартных растворах олеиновой кислоты получали линейные графики, но они имели разные tg угла наклона и разное положение графиков относительно начало координат. Как и в случае углеводов была попытка осуществить анализ по градуировочному графику с добавкой и без добавки стандартного раствора липидов к анализируемому образцу. Выяснилось полное несоответствие результатов анализа: расчетное количество добавленного стандарта оказывалось иногда в 2 раза больше, чем истинное. Поэтому прямое использование метода определения липидов, широко распространенного в морской гидрохимии, к поверхностным водам не представлялось возможным. Требовалась модификация данного метода, что и являлось одной из задач работы. Анализ спектров поглощения продуктов реакции липидов с фосфованилиновым реактивом, как на стандартных растворах липидов, так и на экстрактах из природной воды показал, что положение базисной линии в диапазоне 430-650 нм для растворов с одной и той же концентрацией липидов не всегда является постоянным. Для исключения этого фактора использовалось не абсолютное значение оптической плотности в максимуме спектра поглощения (λmax = 530 нм), а разность Аmax и Amin.(рис.3.3.2.). Последняя величина оптической плотности соответствует минимуму светопоглощения продуктов реакции (λmin= 460 нм). При этом нет необходимости осуществлять подготовку холостого экстракта, как это принято в оригинальной методике (Руководство…, 2004). Определение содержания липидов в одном и том же образце воды по указанной выше методике (Руководство…, 2004) показало, что результаты невоспроизводимы и имеют большой размах полученных значений: от очень низких - 0,02 мг/л до значительно бóльших - 0,15 мг/л, т.е. отличались практически на порядок. 87 Рис. 3.3.2. Спектры поглощения растворов олеиновой кислоты с фосфованилиновым реактивом Причины разброса данных связаны с тем, что tg угла наклона градуировочных графиков для стандартных растворов и для пробы с его добавками разные. Так, за весь период анализа значения tg φ для проб с добавками изменялся в пределах от 0,0035 до 0,0098 (в среднем 0,0066), а для стандартных растворов от 0,0036 до 0,0084 (среднее - 0,0062) (рис. 3.3.3). Кроме того, отмечалось изменчивое значение оптической плотности для холостой пробы, и оно варьировало от нулевых значений до 0,212 (в среднем 0,047). Выявленные особенности связаны с жесткими условиями проведения реакции на липиды (высокая температура и в среде концентрированной серной кислоты). Поэтому, учитывая выше изложенное, для получения воспроизводимых результатов проводился одновременно анализ липидов в экстрактах из пробы воды и стандартных растворах липидов и в одинаковых условиях. Ниже приведен весь ход определения липидов в воде от их экстракции до результата анализа. Липиды из воды (V = 400 мл) экстрагируют три раза по 20 мл модифицированной смесью Фолча (хлороформ-метанол-этанол, 2:1:1). Первую 88 экстракцию осуществляли в течение 2 часов, а вторую и третью по 30 минут. Объединенные экстракты центрифугируют при 4000 об/мин в течение 10 мин, что позволяет добиться хорошего расслоения жидких фаз. Переносят центрифугат в делительную воронку, отделяют слой хлороформа от воды. Промывают остаток воды 2 мл CHCl3 и присоединяют его к основному экстракту. После этого экстракт выпаривают досуха на песчаной бане, и липиды растворяют в 5 мл CHCl3. Далее берут 7 пробирок из термостойкого стекла. В каждую из них приливают по 1 мл концентрированной Н2SO4 марки ос.ч. В первую пробирку добавляют – 2 мл CHCl3; во вторую, третью и четвертую пробирки - по 1 мл CHCl3 и по 1 мл стандартного раствора (30, 60, 90 мкг/мл); в пятую пробирку - 1 мл CHCl3 и 1 мл экстракта анализируемой пробы, а в шестую и седьмую пробирки – по 1 мл экстракта анализируемой пробы и по 1 мл стандартного раствора липидов (30 и 60 мкг/мл). Содержимое пробирок перемешивают и ставят в воздушный термостат (105 ºС) на 30 мин. Затем пробирки охлаждают и добавляют в них по 5.0 мл фосфованилинового реактива. Тщательно перемешивают растворы и ставят в темное место на 40 мин. После чего содержимое пробирок снова перемешивают и фотометрируют при λ = 530 нм и λ = 460 нм в кюветах толщиной 2 см относительно дистиллированной воды. Рис. 3.3.3. Пример градуировочных зависимостей стандартных растворов и экстрактов липидов с добавками с разными углами наклона прямых 89 Для «сглаживания» результатов анализа расчет концентраций проведился путем построения корреляционных зависимостей для добавок, стандартных растворов и для экстрактов из проб с добавками. Вычисляются значения оптической плотности, отвечающие добавкам к пробе 0, 30 и 60 мкг липидов: ΔАдобавки= ΔАпробы+добавка – ΔАпробы (табл. 3.3.1). Аналогично устанавливаются значение оптической плотности стандартных растворов, соответствующим 0, 30, 60 мкг в растворе: ΔА 0, 30, 60, =ΔА - ΔАхол (см. табл. 3.3.1). Далее по полученным значениям ΔА для добавок (0, 30, 60 мкг) как к пробе воды, так и в стандартных растворах (0, 30, 60) строится градуировочный график ΔА от добавки с обязательным прохождением его через начало координат (рис. 3.3.5). Таблица 3.3.1. Пример расчета ΔАдобавки для стандартных растворов и пробы с добавками * Сдобавки А530 А460 ΔА ΔАдобавки Проба Стандарты 0 0,155 0,137 0,018 0,000 30 0,372 0,222 0,150 0,132 60 0,563 0,313 0,250 0,232 0 0,049 0,042 0,007 0,000 30 0,264 0,168 0,096 0,089 60 0,372 0,209 0,163 0,156 90 0,608 0,350 0,258 0,251 Примечание: ΔА = А530 – А460 Устанавливается tg угла наклона этого графика. С использованием этого tg φ строится по методу наименьших квадратов корреляционная зависимость ∆А для проб воды от величины добавки (0, 30, 60 мкг). Аналогично поступаем для стандартных растворов. По корреляционным зависимостям находим свободные члены: а1 – для пробы воды и ахол – для стандартных растворов. Истинное значение ΔАист для пробы воды, т.е. значение ΔА, отвечающее содержанию липидов в пробе, будет равно разности свободных членов: 90 ΔА ист = а1 - ахол Количество липидов в экстракте объемом 1 мл находим по формуле: Р = ΔА ист · ctg φ мкг/мл экстракта В качестве ctg φ используется ctg φ для градуировочного графика, построенного по добавкам к пробе и стандартным растворам. Конкретно для пробы воды, приведенной на рис. 3.3.3., получены следующие данные: tg φ = 0,003323 ctg φ = 300,9 а1 = 0,039633 ахол = - 0,01103 ΔА ист = Р = 15,25 мкг/мл экстракта 0,050667 С= Р 5 = 0,190 мг/л 400 Рис. 3.3.4. Корреляционные зависимости для расчета концентрации липидов: 1-для добавок и стандартных растворов, 2 – для экстрактов из пробы с добавками, 3 - для стандартных растворов Расчет концентрации липидов был выполнении и вторым способом, который аналогичен выше описанному, только в качестве tg φ использовалось среднее значение tg φ, полученного из уравнений линейной регрессии для пробы с 91 добавками и стандартных растворов. Далее с этим tg устанавливается уточненные уравнения линейной регрессии для пробы с добавками и стандартных растворов. По разности свободных членов находится истинная оптическая плотность для экстрактов липидов из пробы, умножив ее на средний сtg, вычисляется количество липидов в пробе. Непосредственно для той же пробы воды, которая была рассмотрена в качестве примера ранее, были получены следующие данные. Согласно корреляционным уравнениям (рис. 3.3.3.), средний tg будет равен: tg φ = 0,0026+0,0039/2=0,00325, ctg φ = 308 Корреляционное уравнение для экстрактов из пробы воды с добавками к ней липидов согласно среднего tg φ будет (рис. 3.3.5.): ΔАпробы = 0,00325x+ 0,0418 (1), а для стандартных растворов: ΔАстанд = 0,00325х-0,0088(2) Истинная величина ΔАист, обусловленная светопоглащением липидов в экстрактах из пробы, равна разности свободных членов в уравнении (1) и (2): ΔА ист= 0,0506 Тогда количество липидов в 1 мл экстракта составит: Р= ΔА ист · сtg φ =0,0506·308=15,58 С= Р 5 = 0,20 мг/л 400 Полученное значение является близким к расчетному по первому способу. 92 Рис. 3.3.5. Корреляционные зависимости для расчета липидов по второму способу:1- для экстрактов липидов из пробы воды с добаками, 2 – для стандартных растворов Полученные данные по трем вариантам расчета концентрации липидов в некоторых объектах представлены в табл. 3.3.1. Первый и второй способы расчета описаны выше, а третий – прямой вариант, как в оргинальной методике (Руководство…, 2004). Как видно из табл. 3.3.1. данные по первому и второму вариантам расчета модифицированной методики близкие. В тоже время по второму они чуть ниже, чем по третьему. Что касается третьего варианта расчета (прямой метод), то он дает наибольшее отклонение, как в меньшую, так и в большую сторону по сравнению со вторым и третьим. В некоторых случаях расхождение данных достигает двукратного. В тоже время, получаемые средние значения содержания липидов в представленных пробах оказались близкими. Повидимому, соответствие средних значений полученных по третьему варианту расчета, первым двум связано с тем, что использовали сtg φ для стандартных растворов, анализ которых проводился одновременно с экстрактами проб. В случае отсутствия такой процедуры анализа размах данных еще более сущуственен, что указывалось уже ранее. Хотя результаты расчета по первому и второму вариантам модифицированной методики близкие, предпочтение следует отдавать расчету концентрации липидов по первому варианту, где используется tg 93 φ, полученный по добавкам к пробе и по стандартным растворам, как наиболее статистически обоснованному. Таблица 3.3.1 Данные по содержанию липидов в водных объектах, рассчитанные тремя вариантами (данные наблюдений летом 2012 г.) Липиды, мг/л Озеро Модифицированный метод Прямой метод 1 вариант* 2 вариант** 3 вариант Вегарусъярви 0,17 0,18 0,28 Салонъярви 0,34 0,37 0,45 Яндомозеро 0,19 0,20 0,22 Валгомозеро 0,19 0,20 0,15 Урозеро 0,29 0,30 0,29 Вендюрское 0,25 0,27 0,19 Уросозеро 0,63 0,70 0,36 Святозеро 0,97 1,03 1,2 Крошнозеро 0,30 0,33 0,45 0.37 0.17 0.97 0.40 0.18 1.03 0.37 0.15 1.2 Среднее * - по tg φ, получаемому по добавкам к пробе и стандартным растворам ** - по среднему tg φ В конечном итоге приведенная выше методика анализа и расчета концентрации липидов в поверхностных водах позволила добиться получения более воспроизводимых данных по их содержанию в образцах воды. Эта методика может быть использована как для поверхностных вод, так и морских. Для определения метрологических характеристик был проведен анализ одной и той же пробы природной воды (р. Шуя) с добавкой к ней планктоногенного ОВ (n=5). В итоге были получены следующие результаты по содержанию липидов в этой пробе: 0,30; 0,42; 0,30; 0,35; 0,39 мг/л (среднее 0,35 мг/л). Стандартное отклонение составило 0,05 мг/л, границы интервала относительной погрешности δ - ± 17,7 % (n = 5, Р = 0,95). 94 4. ОБЩИЕ, СВЯЗАННЫЕ, СВОБОДНЫЕ И ВЗВЕШЕННЫЕ УГЛЕВОДЫ В ПОВЕРХНОСТНЫХ И МОРСКИХ ВОДАХ Исследование углеводов в поверхностных водах Карелии и в Белом море проводилось в 2011-2014 гг. В 2011 г. наблюдения были выполнены на 25 водных объектах Карелии в летний период, в 2012, 2013 и 2014 гг. по сезонам года на 16 водоемах, включая озера Онежское и Ладожское. На Белом море углеводы изучались летом 2013 г. на 6 станциях. Подробная характеристика водных объектов дана ранее в гл. 2. Отбор проб воды осуществлялся в истоке из озер (в 2011 г.) или отбирались интегральные пробы в центре озер (2012-2014 гг.). Наиболее детально распределение углеводов по акватории и глубине водоемов было исследовано на Онежском озере. В целом по содержанию углеводов удалось получить данные более чем по 40 водным объектам Карелии, а всего было обработано свыше 130 проб воды. Полученная информация позволяет судить о содержании и особенностях распределения углеводов в поверхностных водах Карелии, а также в Онежском, Ладожском озерах и в Белом море. 4.1. Общие углеводы и их сезонная динамика На первом этапе исследований изучалось содержание общих углеводов в воде, т.е. определение углеводов осуществлялось в исходной воде без какой-либо ее обработки. В дальнейшем их анализ проводился в воде после ее центрифугирования (т.е. после удаления взвеси) и в воде после адсорбции аллохтонного ОВ на ДЭАЭ-целлюлозе в динамическом режиме (по методике Лозовик, Мусатова, 2014 г.), а также во взвеси после ее осаждения на стекловолокнистых фильтрах. Проведенные исследования позволяют судить об общем содержании углеводов в водных объектах и их особенностях распределения по сезонам года и в зависимости от гумусности и трофности водоемов. Данные по содержанию углеводов, полученные с 2011 по 2014 гг., представлены в табл. 4.1.1. Наряду с 95 содержанием общих углеводов, в этой таблице приведены данные по косвенным характеристикам содержания ОВ (ХПК), щелочности, pH и гумусности воды (Hum), а также по концентрации Робщ и Fe. С использованием геохимической классификации (Лозовик, 2013) в табл. 4.1.1. представлены и геохимические классы вод каждого объекта. Последнее позволило сгруппировать водные объекты по трофии и гумусности, выделив 3 группы – олиготрофные (1 группа), мезотрофные (2 группа) и эвтрофные (3 группа) с учетом гумусности их воды (высокогумусные (мезополи- и полигумусные), среднегумусные (мезогумусные), низкогумусные (ультраолиго- и олигогумусные)) (см. табл.4.1.1). Таблица 4.1.1. Геохимические классы, содержание общих углеводов и некоторые химические показатели воды исследованных водных объектов в 2011 - 2014 гг. (летний период 2011 г., среднее значение за 4 сезона в 2012 и 2014 гг.) Озера и водотоки 1 Вегарусъярви* Иля-Кялькянъярви Петусъярви Габозеро Геохимический класс Уобщ, мг/л Hum Fe, мг/л ХПК мгО/л ρавт 2 3 4 5 6 7 1 группа - Олиготрофные высокогумусные Мезополигуму4,5 43 0,62 37,8 0,25 сное низкощлочностное Слабокислое кислое олиготрофное Мезополи3,6 60 0,82 42,3 0,20 гумусное бесщелочностн ое кислое олиготрофное Мезополигу2,7 48 1,4 35,5 0,20 мусное среднещелочностное слабокислое нейтральное олиготрофное Олиготрофные среднегумусные Мезогмусное 1,8 23 0,27 21,8 0,26 среднещелочностное слабокислое нейтральное олиготрофное Робщ Alk, мкг/л мг/л pH 8 9 10 14 0,37 5,15 15 отс. 4,65 15 7,62 6,77 11 8,72 7,17 96 Продолжение табл. 4.1.1. 1 Лижменское Сандал Каменное** губа Камалахта** Урозеро* Мунозеро Чучьярви Урос* 2 Мезогумусное слабощелочностное слабокислое олиготрофное Мезогмусное среднещелостное слабокислые нейтральное олиготрофное Мезогумусное слабощелочностное слабокислое олиготрофное Мезогумусное слабощелочностное слабокислое олиготрофное 3 5,0 4 10 5 6 15,1 7 0,16 8 9 9 2,70 10 6,36 1,2 23 0,27 22,8 0,41 9 8,4 7,07 3,2 17 0,18 20,1 0,38 7 4,0 6,2 3,1 31 0,52 26,8 0,40 8 2,9 5,9 0,71 7 13,0 7,20 0,90 9 57,2 8,03 0,24 11 0,25 5,49 0,57 8 1,7 6,2 Олиготрофные низкогумусные Ультраолиго- 1,5 5 0,05 8,5 гумусное среднещелочностное нейтральное слабощелочно еолиготрофное Ультраолигогу 0,80 4 0,05 12,0 мусное высокощелочностное слабощелочное олиготрофное Олигогумус1,6 7 0,14 12,6 ное низкощелочностное слабокислое кислое олиготрофное Ультраолиго- 4,3 6 0,14 11,5 гумусное слабощелочностное слабокислое олиготрофное 97 Продолжение табл. 4.1.1. 1 Ягляярви Кивиярви Кивач Луглаярви Палват Салонъярви* Шотозеро** 2 3 4 5 6 7 2 группа - Мезотрофные высокогумусные Мезополигу- 4,4 35 0,80 35,2 0,27 мусное низкощелочностное кислое слобокислое мезотрофное Мезополи4,6 48 0,79 32,8 0,23 гумусное слабощелочностное кислое слабокислое мезотрофное Мезополи2,1 54 0,9 41,6 0,20 гумусное низкощелочностное слабокислое кислое мезотрофное Мезополигу2,6 38 0,82 31,2 0,14 мусное низкощелочностное слабокислое кислое мезотрофное Мезополи3,5 55 1,7 53,2 0,34 гумусное слабощелочностное мезотрофное Мезополигу4,7 62 0,81 45,8 0,27 мусное низкощелочностное слабокислое кислое мезотрофное Мезополигу4,2 55 1,22 43,05 0,25 мусное слабощелочностное слабокислое Мезотрофное 8 9 10 16 0,25 5,02 16 0,25 4,99 18 0,86 5,44 15 1,60 5,83 36 4,2 6,19 20 0,46 5,2 27 2,9 6,1 98 Продолжение табл. 4.1.1. 1 Падмозеро Яндомозеро* Сямозеро** Вендюрское* Валгомозеро р. Кутижма* Нижнее Ротчезеро р. Шуя 2 3 4 5 6 7 Мезотрофное среднегумусное Мезогмусное 3,1 17 0,13 30,2 0,44 высокощелочное слабощелочностное мезотрофное Мезогумусное 3,0 18 0,24 29,4 0,61 среднещелочностное нейтральное слабощелочное мезотрофное Мезогумусное 3,7 20 0,39 23,4 0,45 среднещелочностное слабокислое нейтральное Мезотрофное Мезотрофное низкогумусное Олигогумусное 2,5 13 0,30 18,5 0,40 среднещелочностное слабокислое нейтральное мезотрофное Олигогумусное 2,0 9 0,04 31,2 0,75 высокощелочностное слабощелочное мезотрофное 3 группа - Эвтрофное высокогумусное Полигумусное 5,4 130 7,25 80,6 0,18 среднещелочностное слабокислое нейтральное эвтрофное Мезополигумус- 3,6 32 0,9 35,6 0,36 ное слабощелочностное эвтрофное Мезополигу4,5 44 1,02 37,15 0,37 мусное среднещелочностное слабокислое нейтральное эвтрофное 8 9 10 30 101,9 7,61 18 24,2 7,08 24 8,3 6,7 19 9,07 6,91 16 104,8 8,12 96 8,84 6,25 41 3,7 6,07 39 11,2 6,8 99 Окончание табл. 4.1.1. 1 2 3 4 5 6 Эвтрофное среднегумусное Крошнозеро* Мезогумусное 4,7 34 0,56 36,0 среднещелочностное слабокислое нейтральное эвтрофное Эвтрофное низкогумусное Святозеро* Олигогумусное 4,3 13 0,12 19,7 среднещелочностное нейтральное слабощелочное эвтрофное * - водные объекты, исследованные только летом 2011 г. 7 8 9 10 0,47 74 16,2 7,08 0,59 48 14,4 7,6 Статистическая обработка данных по содержанию общих углеводов была проведена по всем пробам воды (n=138) (табл. 4.1.2.). Таблица 4.1.2. Статистические показатели распределения общих углеводов и содержания ОВ (по ХПК) в поверхностных водах Карелии Показатель Среднее арифметическое Среднее геометрическое Медиана 1-ый квартиль 3-ий квартиль ст. отклонение min max Уобщ, мг/л 3,3 ХПК, мгО/л 26,4 Уобщ, % 13,3 2,9 23,8 13 3,3 2,1 4,2 1,5 0,7 11,0 22,5 17,9 35,1 12,4 7,6 80,6 15,6 12,5 12,7 12,9 9,8 14,5 Если рассмотреть долю углеводов от общего количества ОВ (по ХПК), то по сезонам года она изменялась в пределах 9,8-14,5 %. Доля углеводов от общего содержания ОВ (по ХПК) рассчитывается следующим образом: % от ОВ= C 1.07 100 , ХПК где С – это концентрация углеводов, мг/л; 1,07 – коэффициент пересчета концентрации глюкозу на ее ХПК; ХПК – химическое потребление кислородом мгО/л. 100 Содержание углеводов в половине объектов изменяется в достаточно узких пределах (2,1 мг/л – первый кварталь, 4,2 –третий кварталь). Минимальное значение составляет – 0,70 мг/л, а максимальное – 11,0 мг/л. Последнее наблюдалось в эвтрофном оз. Святозеро летом 2012 г. при цветении в нем воды. Медианная концентрация углеводов равняется 3,3 мг/л. К этому значению близко и среднеарифметическая величина (3,3 мг/л), тогда как среднегеометрическая концентрация была чуть меньше (2,9 мг/л), чем указанные выше значения, что связано с весьма высоким содержанием углеводов, которое наблюдалось в оз. Святозеро. Анализируя распределение общих углеводов в поверхностных водах в зависимости от их трофности (рис. 4.1.1.) и гумусности (рис. 4.1.2) можно отметить следующие закономерности. Прежде всего содержание общих углеводов одинаковое в олиго- и мезотрофных водоемах и повышенное их количество наблюдается только в эвтрофных водоемах по сравнению с первыми. В последних наиболее высокие концентрации общих углеводов отмечены только при цветении воды (в нашем случае максимальное количество было установлено в оз. Святозеро (11 мг/л), когда летом 2012 г., в нем цвела вода). При отсутствии цветения воды содержание общих углеводов в эвтрофных водоемах находится на уровне близком к олиго- и мезотрофным водным объектам. Вторая закономерность, которая очень четко выражена в олиго- и мезотрофных водоемах это увеличение содержания общих углеводов с ростом гумусности их воды, тогда как в эвтрофных она не проявляется. По-видимому, в последних водоемах повышенное содержание углеводов связано с фотосинтетической деятельностью планктона, а не с гумусностью воды. 101 Рис. 4.1.1. Распределение содержания общих углеводов в водных объектах в зависимости от уровня их трофии с учетом их гумусности Рис. 4.1.2. Распределение содержания общих углеводов в исследуемых в водных объектах Карелии в зависимости от их гумусности с учетом уровня их трофии В олиго- и мезогумусных водоемах в связи с низкой продуктивностью планктона, повышенное содержание общих углеводов отмечается в 102 высокогумусных водоемах по сравнению с низкогумусными. Это дает основание полагать, что в состав общих углеводов входят углеводы, связанные с гумусовыми веществами. Это является вполне закономерным, поскольку считается, что гумусовые вещества – это продукты конденсации лигнина, углеводов, белков и других веществ (Кононова, 1950; Орлов, 1990). Более детально этот вопрос рассмотрен в разделе 4.2. Анализ сезонной динамики содержания общих углеводов, как по среднестатистическим данным, так и по отдельным водоемам выявил отсутствие выраженной сезонной изменчивости содержания общих углеводов (рис. 4.1.3.). Рис. 4.1.3. Сезонное распределение углеводов в воде исследованных озер в 2011-2013 гг. Исключение из этой закономерности составляют только эвтрофные водные объекты в период цветения в них воды. Конечно, полученный факт по сезонной динамике углеводов является удивительным, но в тоже время он указывает на то, что углеводы являются постоянным и необходимым атрибутом поверхностных и 103 морских объектов гидросферы и устойчивое их содержание отражает сбалансированное функционирование водных экосистем. И только при цветении воды, когда экосистемы переходят в экстраординарное состояние, происходит накопление углеводов и наблюдается несбалансированное функционирование водных объектов. Таким образом, проведенные исследования содержания общих углеводов в поверхностных водах Карелии показали, что их количество является близким в водоемах, и оно зависит от гумусности воды, мало меняется с изменением трофности водных объектов за исключением периода цветения воды в эвтрофных водоемах. 104 4.2. Связанные, свободные и взвешенные углеводы в поверхностных водах В разделе 4.1 было отмечено, что содержание общих углеводов увеличивается с ростом гумусности воды. В этой связи было выдвинуто предположение о возможном наличии в воде углеводов, связанных с гумусовыми веществами. Для подтверждения этого факта было проведено разделение ОВ природных вод на аллохтонную и автохтонную составляющие с использованием адсорбции на ДЭАЭ-целлюлозе в динамическом режиме (Лозовик, Мусатова, 2014). Аллохтонное ОВ представлено в основном гумусовыми веществами, и они легко адсорбируются на смоле, тогда как автохтонное ОВ слабо подвергается адсорбции. В воде после адсорбции определяли углеводы, входящие в состав автохтонного ОВ, которые именовали как свободные углеводы (У своб) в отличие от углеводов, связанных с гумусовыми веществами. В воде после удаления взвешенных веществ центрифугированием – устанавливали содержание растворенных углеводов (Ураств). По разности между содержанием Ураст и Усвоб находили концентрацию связанных углеводов (Усвяз). Углеводы во взвеси (Увзв) устанавливали по разности Уобщ и Ураств после центрифугирования проб воды, а также путем анализа взвеси, выделяемой фильтрованием воды через стекловолокнистые фильтры. Таким образом, выполняя системный анализ углеводов в воде после ее различной обработки, удалось получить содержание в воде следующих углеводов: связанных, свободных и во взвеси. Ранее проводились подобные исследования К. Моппером (Mopper, 1978) и В. Иттекотом с сотрудниками (Ittekkot et al., 1981). Они определи содержание растворенных свободных углеводов и комбинированных во время цветения фитопланктона в морской воде. Наряду с определением форм углеводов проводился анализ содержания органического вещества, отвечающего различным формам углеводов. По разности ХПК исходной воды и центрифугированной определялось содержание 105 ОВ во взвеси (ХПКвзв). По ХПК воды после адсорбции аллохтонного ОВ – ХПК растворенного автохтонного ОВ (ХПКавт). По разнице между ХПКцентр и ХПКавт устанавливалось ХПК растворенного аллохтонного ОВ (ХПКалл). Долю растворенного автохтонного ОВ вычисляли по отношению ХПКавт и ХПКисх: ρ авт = ХПКавт ХПКисх Анализируя связь содержания углеводов от доли автохтонного ОВ, установлена важная закономерность, что общее содержание углеводов уменьшается с увеличением его доли (рис. 4.2.1.). Рис. 4.2.1 Зависимость содержания углеводов в воде озер от доли в них автохтонного ОВ по данным наблюдений в летний период 2012 г. Это дает основание считать, что в состав общих углеводов входят свободные углеводы (моно-, ди- и полисахариды), а также связанные углеводы с гумусовыми веществами и углеводы в составе взвешенного планктоногенного ОВ. В тоже время количество свободных углеводов мало меняется с изменением содержания растворенного автохтонного ОВ, за исключением эвтрофных озер в период цветения воды. Так, из всех объектов, представленных на рис. 4.2.1, существенно выделяется оз. Святозеро, в котором летом общая концентрация углеводов достигала 11,0 мг/л, а Усвоб - 4,4 мг/л, но при этом наблюдалось цветение воды. 106 Следует также отметить, что и количество растворенного автохтонного ОВ достаточно постоянно в водных объектах (Лозовик, Мусатова, 2013). Наличие связанных углеводов является весьма закономерным, если учесть, они входят в состав гумусовых веществ. По-видимому, в ходе анализа происходит расщепление гумусовых веществ с образованием углеводов и, таким образом, в связанных углеводах мы имеем углеводную составляющую гумусовых веществ. Полученные данные по содержанию различных форм углеводов в поверхностных водах были сгруппированы по группам озер, как это ранее было сделано для общих углеводов (табл. 4.2.1, см. табл. 4.1.1). Таблица 4.2.1. Содержание свободных, растворенных, связанных и взвешенных углеводов и ХПК воды в исследуемых водных объектах в 2012, 2013 гг. Озера и водотоки 1 Вегарусярви* Каменное** Губа Камалахта** Ср. знач. Геохимическая классификация ХПК ХПК центр. адс. мгО/л ρавт 1 группа: Олиготрофные высокогумусные 3 4 5 2 Мезополигумусное 35,1 9,7 0,25 низкощелочностное слабокислое кислое олиготрофное Олиготрофные среднегумусные Мезогумусное 18,9 7,34 0,38 слабощелочностное слабокислое олиготрофное Мезогумусное 25,7 10,39 0,40 слабощелочностное слабокислое олиготрофное 22,3 8,9 0,39 Ураств Усвяз Усвоб Увзв мг/л (числитель), % (от Уобщ) (знаменатель) 6 7 8 9 4,1 90 2,3 51 1,8 40 0, 4 9 2, 6 81 0,5 16 2,1 66 0, 6 18 1,8 40 0,5 16 2, 4 77 0, 2 7 2,8 87 0,5 16 2,3 72 0,4 12 107 1 2 3 4 5 Продолжение табл. 4.2.1. 6 7 8 9 Олиготрофные низкогумусные Урозеро* Урос* Ультраолигогумусное среднещелочностное нейтральное слабощелочное олиготрофное Ультраолигогумусное слабощелочностное слабокислое олиготрофное Ср. знач. 6,8 4,6 0,71 10,7 4,5 0,57 8,8 4,6 0,64 1,3 87 0, 2 13 1,1 74 0, 2 13 3,5 81 1,1 26 2, 4 56 0,8 18 2, 4 83 0,7 24 1,8 62 0,5 14 2 группа: Мезотрофные высокогумусные Салонъярви* Шотозеро** Мезополигумусное низкощелочностное слабокислое кислое мезотрофное Мезополигумусное слабощелочностное слабокислое мезотрофное 44 10,8 0,27 4,1 87 2, 4 51 1,7 36 0, 6 13 40,27 9,15 0,25 4, 2 98 1,1 25 3,2 74 0,1 1 42,1 10,0 0,26 4, 2 93 1,8 40 2,5 55 0,3 5 Ср. знач. Мезотрофные среднегумусные Яндомозеро* Сямозеро** Ср. знач. Мезогумусное среднеще-лочностное нейтральные слабощелочное мезотрофное Мезогумусное среднещелочностное слабокислое нейтральное мезотрофное 22,8 12,1 0,61 2,3 77 0, 7 23 1,6 53 0,7 24 22.7 9,5 0,45 3,2 86 0, 2 5 3,0 81 0,5 14 22,8 10,8 0,53 2,8 82 0,5 15 2,3 67 0, 6 18 108 1 2 3 4 5 6 Окончание табл. 4.2.1. 7 8 9 Мезотрофные низкогумусные Вендюрское* Валгомозеро* Олигогумусное среднещелочностное слабокислое нейтральное мезотрофное Олигогумусное высокощелочностное слабощелочное мезотрофное Ср. знач. 16,4 5,7 0,40 2,3 92 0, 2 8 2,1 84 20,1 14,1 0,75 2,0 100 0,3 15 1,7 85 18,3 9,9 0,58 2, 2 96 0,3 13 1,9 83 0,2 4 2,5 56 0,8 18 0, 2 8 0,0 3 группа: Эвтрофные высокогумусные Р. Шуя** Мезополигумусное 34,6 11,5 0,37 среднещелочностное слабокислое нейтральное эвтрофное Эвтрофные среднегумусные Крошнозеро* Мезогумусное 26,9 12,8 0,47 среднещелочностное слабокислое нейтральное эвтрофное Эвтрофное низкогумусное 3,1 66 0,9 19 2, 2 47 1,6 34 Олигогумусное среднещелочностное нейтральное слабощелочное эвтрофное 4, 0 93 0,6 14 3,4 79 0,3 7 Святозеро* 13,4 7,9 0,59 3,7 82 1,2 27 * - водные объекты, исследованные во все сезоны 2012 г. ** - водные объекты, исследованные во все сезоны 2013 г. Все данные, полученные по распределению различных форм углеводов с 2011 по 2013 гг. в поверхностных водах Карелии, были статистически обработаны (n = 138) и они представлены в табл. 4.2.2. 109 Таблица 4.2.2. Статистические показатели содержания различных форм углеводов в поверхностных водах Карелии Углеводы, мг/л Показатель Общие Растворенные Свободные Связанные Взвешенные (центр) Среднее арифметическое Среднее геометрическое Медианное значение 1 квартиль 3,3 3,0 1,9 0,8 0,6 2,9 2,7 1,6 0,8 0,5 3,3 2,9 1,8 0,7 0,6 2,1 2,0 1,3 0,3 0,2 3 квартиль 4,2 3,6 2,4 1,2 0,9 Ст. отклонение 1,5 1,2 0,9 0,8 1,0 Min 0,7 0,6 0,3 <0,1 0,1 Max 11,0 5,7 4,5 3,9 6,3 Согласно данным табл. 4.2.1 и 4.2.2. следует, что в поверхностных водах превалируют растворенные углеводы. В большей части объектов их доля составляет 82-96 % и только в эвтрофных озерах, особенно при цветении воды она снижается до 43 %. Количество углеводов в составе взвеси достигает небольшой величины (7-17 %), в среднем 14 %. Наибольший их процент отмечается в эвтрофных озерах при их цветении. Так, в оз. Святозеро летом 2012 г., когда в нем цвела вода, доля Увзв была около 57 %. Что касается Усвяз, то их наибольшее количество наблюдается в высокогумусных водоемах (27-51 % от Уобщ), а Усвоб – в низко- и среднегумусных (47-72 %) (рис. 4.2.2). На долю свободных, связанных и взвешенных углеводов приходится в среднем 58, 24 и 18 % соответственно от общего содержания углеводов в воде (рис. 4.2.3.). 110 Рис. 4.2.2. Распределение содержания связанных углеводов (% от Уобщ) в разнотипных водных объектах Карелии в 2012, 2013 гг. Рис. 4.2.3. Доля свободных, связанных углеводов и углеводов во взвеси от их общего содержания в поверхностных водах Карелии Анализируя статистические данные по распределению различных форм углеводов в поверхностных водах Карелии, следует отметить, что их содержание изменяется в достаточно узких пределах (см. табл. 4.2.2.) независимо от гумусности и трофности водных объектов. И только при цветении воды в эвтрофных водоемах наблюдается резкое увеличение содержания Усвоб и Увзв и количество последних становится доминирующим. 111 Доля Усвяз в составе аллохтонного ОВ по группам озер изменялась в пределах 4-17 %, в среднем – 7 %. Тогда как количество Усвоб в автохтонном ОВ было значительно больше (17-43 %, в среднем 28 %). Последние данные свидетельствуют о том, что Усвоб вносят существенный вклад в автохтонное ОВ. Полученные данные по сезонному распределению различных форм углеводов в поверхностных водах (табл. 4.2.3) показал отсутствие существенной их сезонной изменчивости, как и в случае Уобщ. Единственное, что можно выделить, это повышенное содержание Усвоб в низкогумусных водоемах летом, когда наблюдается активная вегетация планктона, а также более высокие концентрации Усвяз в высокогумусных озерах зимой, когда в них отмечается повышенная гумусность воды. Таблица 4.2.3. Сезонное распределение различных форм углеводов в поверхностных водах Карелии в 2012, 2013 гг. Группа Усвоб Усвяз 6 7 8 - - 1,5 - 3,4 3,1 0,3 1,7 1,4 лето 4,7 3,9 0,8 1,5 2,4 осень 5,6 5,3 0,3 2,7 2,6 1 группа: зима 3,1 2,5 0,6 2,0 0,5 Олиго- весна - - - - - лето 3,1 2,9 0,2 2,3 0,6 осень - - - - - 1 Класс гумусности воды Сезоны 2 3 зима 4 5 5,5 весна Высокогумусные трофные Среднегумусные Уобщ Ураств Увзв мг/л 112 1 2 Низкогумусные Высокогумусные 2 группа: Мезотрофные Среднегумусные Низкогумусные Высокогумусные Среднегумусные 3 группа: Эвтрофн ые Низкогумусные Окончание табл.4.2.3. 7 8 3 4 5 6 зима 1,6 - - 1,4 - весна 2,3 1,9 0,4 1,4 0,5 лето 3,2 3,0 0,2 2,5 0,5 осень 3,1 2,3 0,8 1,8 0,5 зима 6,2 5,5 0,7 2,9 2,6 весна 3,9 3,7 0,2 2,5 1,2 лето 4,0 4,0 0,0 2,4 1,6 осень 4,6 4,4 0,2 2,0 2,4 зима 4,4 4,4 0,0 3,0 1,0 весна 3,3 3,1 0,2 2,2 0,9 лето 3,4 2,5 0,9 1,6 0,9 осень 3,9 2,8 1,1 2,5 0,3 зима 2,4 - - 2,0 - весна 3,1 1,9 1,2 1,4 0,5 лето 4,0 4,0 0,0 2,9 1,1 осень 2,0 1,9 0,1 1,6 0,3 зима 5,5 5,3 0,2 2,9 2,4 весна 3,0 2,8 0,2 2,3 0,5 лето 5,3 - - - - осень 4,0 3,0 1,0 2,4 0,6 зима 4,5 - - 2,1 - весна 4,2 3,4 0,8 1,3 2,1 лето 4,5 3,3 1,2 3,1 0,2 осень 3,5 2,6 0,9 2,4 0,2 зима 5,1 - - 2,0 - весна 3,9 3,4 0,5 2,6 0,8 лето 11,0 4,7 6,3 4,4 0,3 осень 5,3 4,5 0,8 4,5 0,0 113 Таким образом, проведенные исследования различных форм углеводов в поверхностных водах Карелии позволили установить, что содержание общих углеводов в них составляет около 16 % от общего количества ОВ, связанных - 7 % от содержания аллохтонного ОВ, свободных - 28 % от количества автохтонного ОВ, углеводов во взвеси – 14 % от содержания взвешенного органического вещества. Поскольку изучались водные объекты одной и той же климатической зоны, то и распределение лабильных ОВ, таких как углеводы, в водоемах достаточно однообразно. Единственное, что придает отличие водам, это поступление в них аллохтонного ОВ и вместе с ним Усвяз. Тогда как содержание автохтонного ОВ и в его составе Усвоб мало меняется в водоемах независимо от их трофии и гумусности за исключением эвтрофных озер при цветении в них воды. 114 4.3. Углеводы в водах Онежского и Ладожского озер и Белом море Распределение общих углеводов по вертикали и акватории детально рассмотрено напримере большого, глубоководного, холодноводного водоема как Онежское озеро в разные сезоны 2011-2014 гг., а также на крупнейшем водоеме Европы - Ладожском озере, включая его исток из озера и в р. Неве в весенний, летний и осенний периоды 2014 г. В настоящее время большая часть Онежского озера сохранила олиготрофный характер, а некоторые его губы (Кондопожская, Петрозаводская) испытывают значительное антропогенное воздействие (Сылка). Содержание Уобщ по всей акватории озера от поверхности до дна изменялось в пределах 0,5-5,5 мг/л (в среднем 2,6 мг/л). В составе ОВ на их долю приходится 744% (в среднем 28 %). Среднегодовое содержание углеводов в центральной части Онежского озера и в заливе Большое Онего (2,4 мг/л) близко к их количеству в других олиготрофных водоемах Карелии (Урозеро, Мунозеро, Каменное и др.). В Кондопожской и Петрозаводской губах, испытывающих значительное влияние речных вод, антропогенное воздействие и среднее содержание Уобщ за период наблюдения составляет 2,9 и 2,7 мг/л соответственно (табл. 4.3.1.) и оно несколько выше, чем в воде центральной части Онежского озера. Таблица 4.3.1. Распределение углеводов (медианные значения) в центральных частях Кондопожской и Петрозаводской губах и центральном плесе Онежского озера летом 2011 г., весной 2012 г. и по сезонам года в 2013 г. Район озера Лето 2011г. Весна 2012г. Зима 2013 г. Весна 2013 г. Лето 2013 г. Осень 2013 г. Углеводы, мг/л Центральный плес озера и залив Большое Онего 1,0 1,8 3,1 4,2 1,6 2,5 Кондопожская губа 1,1 3,6 2,9 3,7 3,7 2,1 Петрозаводская губа 1,4 3,7 3,5 2,5 2,1 3,0 Ср. знач. 1,2 3,0 3,2 3,5 2,4 2,5 115 Концентрация Уобщ в этот период была достаточно однородной по вертикали (см. рис. 4.3.1.). Рис. 4.3.1. Содержание углеводов (мг/л) в поверхностном (а) и придонном (б) слоях воды Онежского озера весной 2012 года. Весной максимальная концентрация углеводов (2,2 мг/л) была приурочена к воде прибрежной зоны, где наблюдался термобар, разделяющий водную массу озера на теплоактивную (Т = 5,6 – 6,7 ºС) и теплоинертную (Т = 2,5 ºС) области. В Кондопожской губе максимальные концентрации Уобщ (5,5 мг/л) отмечены в весенний период 2012 г. Главным источником загрязнения губы являются сточные воды крупного целлюлозно-бумажного комбината (АО «Кондопога») (среднегодовой объем сточных вод ≈ 50 млн. м3 , которые поступают в вершинный район губы). Со сточными водами поступают специфические ОВ, одни из которых (спирты, фурфурол, альдегиды, сахара и др.) быстро окисляются 116 и утилизируются бактериофлорой, другие (лигносульфонаты, смолистые вещества и др.) биохимически трудно окисляемые. В настоящее время в залив сбрасывается в среднем около 84 т./год фурфурола и 62 т./год сахаров (данные статотчетности 2ТП-водхоз за 2011 г.). В начале августа 2011 г., концентрация углеводов в озерной воде уменьшалась приблизительно в 1,5 раза по сравнению с ранней весной и изменялась по всей акватории озера в узких пределах 0,7 – 2,2 мг/л (в среднем 1,3) (см. табл. 4.3.1.). Аналогичные изменения отмечаются и в биомассе фитопланктона в центральном плесе озера (Тимакова и др., 2011). При сохранившейся доминанте диатомовых водорослей (~ 50% общей численности), 40 - 45 % их приходится на сине-зеленые и зеленые водоросли (Вислянская, 1990; Чекрыжева, 2008; Тимакова и др., 2011). За счет лизиса и автолиза последних водорослей в воду поступает значительное количество углеводов. Одновременно в озерной воде возрастает и численность бактериопланктона (Тимакова и др., 2011) и углеводы ими утилизируются в первую очередь. Следует учесть, что обнаруживаемые в воде углеводы составляют только часть их суммы, выделяемой организмами, из-за быстрой утилизации углеводов бактериопланктоном. Количество растворенных углеводов, синтезируемых фитопланктоном в бактериально чистых условиях, на порядок превышает их количество, продуцируемое в естественных условиях (Wangersky, 1959). В 2013 г. проводилось исследование сезонной динамики содержания общих углеводов в воде Онежского озера. Максимальная концентрация Уобщ в Центральном Онего в 2013 г. отмечалась в весенний период и составляла 4,2 мг/л и связано это с активной вегетацией диатомового планктона в это время года (рис. 4.3.2.). В центральных районах Петрозаводской и Кондопожской губах средние концентрации углеводов в зимний период были близкими и составляли 3,5 и 2,9 мг/л соответственно (см. рис. 4.3.2). 117 Рис. 4.3.2 Содержание углеводов в отдельных районах Онежского озера в 20112013 гг. по сезонам года Концентрации общих углеводов, найденные в Онежском озере (0,9-4,2 мг/л), соизмеримы с их количеством на Камчатском оз. Курильское (0,29-1,40 мг/л), в «речной» части Обской губы (1,36-2,69 мг/л), в Белом море (0,53-2,17 мг/л), в арктических морях России (0,19-2,34 мг/л)(Агатова и др., 2004, 2011, 2013). Наряду с исследованием углеводов в Онежском озере были проведены наблюдения их количества в литоральной зоне. В этой зоне вода прогревается быстрее, чем в открытой части озера. Весенний термобар еще более ускоряет процесс прогревания, так как затрудняет обмен прибрежной и центральной части озера. Воды последней более холодные в это время. В вегетационный период, после вскрытия водоема (13.05.2013 г.) проводились гидробиологические и гидрохимические исследования воды открытой литоральной зоны в районе Пухтинской бухты Онежского озера. Отбор проб осуществлялся, примерно, через каждые 15 дней. Наряду с общим химическим анализом озерной воды в литоральной зоне исследовалось содержание углеводов и липидов (распределение последних рассмотрено в главе 5) . Концентрация углеводов с мая по сентябрь 2013 г. составляла 1,4 – 4,0 мг/л (в среднем 2,4) (табл. 4.3.3; рис. 118 4.3.3.). Вода в ранневесеннее время (13.05 и 27.05) значительно отличалась от основной водной массы озера температурой (8-14 ºС), химическим составом и, прежде всего, повышенным содержанием органических веществ (Сорг – 16,2 мг/л; ПО-19,6 мгО/л), цветность воды – 65 град.) и концентрацией общего фосфора (20 мкг/л). В профундальной области озера, приведенные выше показатели, были в 23 раза ниже. Концентрация углеводов возрастает с ростом температуры воды в литоральной части озера с 1,4 мг/л (13 мая) до 2,4 мг/л (27 мая) и затем она уменьшается к середине июня (10 июня), а в начале июля содержание углеводов вновь возрастает до 4,0 мг/л (см. рис. 4.3.3.), когда температура воды в литоральной области достигает 19 ºС. Осенью вода в прибрежной зоне быстро остывает. Осенний термобар ускоряет охлаждение, так как затрудняет обмен прибрежной и центральной водной массы. Концентрация углеводов осенью уменьшалась и составляла в середине сентября 2,5 мг/л (табл. 4.3.2.;см. рис. 4.3.3.). Таблица 4.3.2. Некоторые показатели химического состава воды в прибрежной зоне Пухтинской губы Онежского озера в вегетационный период 2013 г. Дата отбора проб Показатели 13.05 27.05 10.06 25.06 08.07 29.07 08.08 28.08 19.09 воды, ºС 8,5 14,0 10,0 18,4 19,0 16,2 21,4 15,2 11,6 Сорг, мг/л 14,7 9,1 8,3 8,4 8,3 7,3 7,5 8,8 6,7 ПО, мгО/л 19,5 12,6 8,9 9,4 9,3 8,3 6,3 7,7 7,75 Цветность, град. 65 35 27 47 44 45 43 не опр. 18 Рмин, мкг/л 1 4 2 <1 1 1 <1 <1 <1 Робщ, мкг/л 20 20 13 12 7 14 12 10 5,4 Nобщ, мг/л 0,80 0,68 0,71 0,70 0,70 0,62 0,54 0,90 0,67 Углеводы, мг/л 1,4 2,4 1,8 1,5 4,0 2,9 2,8 2,6 2,5 Температура 119 Рис. 4.3.3 Изменение температуры воды в слое 0,5 м (а) и концентрации общих углеводов (б) в литоральной зоне в районе Пухтинской бухты Онежского озера в 2013 г. Таким образом, проведенные исследования показали, что углеводы являются важным биохимическим компонентом в составе ОВ воды Онежского озера, как и в других исследованных озерах Карелии. Содержание их колеблется в пределах от 0,7 до 5,5 мг/л, составляя в среднем 16 % от содержания ОВ. Максимальные концентрации углеводов отмечены в Петрозаводской и Кондопожской губах, что связано с антропогенной и речной нагрузками на эти заливы. В литоральной 120 части озера концентрация углеводов изменяется практически в тех же пределах, что и в озере (1,4-4,0 мг/л) и их доля в составе ОВ такая же, что и в озерной воде. Наряду с изучением Уобщ в воде Онежского озера было проведено исследование по установлению форм нахождения углеводов в озере, как это было сделано для других водных объектов Карелии. Онежское озеро является крупным олигогумусным олиготрофным водоемом, поэтому важно было установить особенности распределения и содержания Усвяз, Усвоб и Увзв в этом озере в сравнении с другими объектами. В этой связи интересным было рассмотреть содержание углеводов и в морских водах на примере Белого моря. Характерной чертой для Онежского озера является превалирование содержания Усвоб в составе общих углеводов. Доля их от среднегодовой концентрации общих углеводов составляет 61 %. Среднегодовые концентрации Усвоб в разных по уровню трофии районах Онежского озера близки 1,5-2,2 мг/л) и составляет в среднем 1,8 мг/л (табл. 4.3.3.). Таблица 4.3.3. ХПК воды и содержание разных форм углеводов в воде Онежского озера весной 2012 г. и во все сезоны 2013 г. (в числителе - пределы колебаний, в знаменателе - средние значения Уровень трофии объектов, № станции ХПКисх ХПКадс ХПКавт Уобщ Усвоб мгО/л Ураств Усвяз Увзв 0 .5 1 .5 0 .8 0.1 0.5 0.5 мг/л Олиготрофный район Центральный плес (ст. С1) 16.2 18.1 3.6 6.6 17.0 5.5 1,27 1 . 3 4 .2 0 .5 3 .3 2 .5 1 .5 1.5 3.7 3.0 Мезотрофные районы Петрозаводская губа (ст. Р2) 15.4 21.3 5.1 7.3 Кондопожская губа (ст. К6) 17.4 20.6 3.6 4.2 18.2 18.7 1,3 2.5 3.9 1.5 2.2 1.9 3.3 0.1 1.5 0.1 0.8 0.6 2.4 3.4 1 .8 0.9 1,3 2.9 3.7 1.3 2.7 5 .9 3.0 3.2 2 .2 2.1 2.9 0.3 1.5 0.1 0.9 2 .5 0.3 0.7 121 В воде Онежского озера превалируют растворенные углеводы, и их доля составляет 92 %, что характерно для морских и океанических вод, где на их долю приходится до 90 % углеводов (Романкевич, 1976; Агатова и др., 2012). В Онежском озере концентрация в среднем составляет 0,8 мг/л. Их доля в составе общих углеводов в среднем равна 27 %. Максимальные концентрации Усвяз обнаружены в Центральном плесе в весенний сезон 2012 г., что обусловлено поступлением шуйских вод после разрушения термобара. В этот период процент содержания Усвяз максимальный в этом районе озера и равняется 59 %. В Петрозаводской и Кондопожской губах в весенний период 2012-2013 гг. их доля близка к 50 %. В зимнюю межень 2013 г. концентрация Усвяз минимальна в году и составляла 0,5 мг/л. В Петрозаводской губе она выше, чем в других районах озера в 5-6 раз. В этот период объем гумусных шуйских вод в губе может составлять до 60 % (Сабылина и др., 2010). Содержание Увзв в среднем в Онежском озере составляет 0,4 мг/л. Наибольшее их количество отмечается в евтрофированных губах озера и достигает 0,9 мг/л. В целом содержание различных форм углеводов в воде Онежского озера близки к таковым в других олиготрофных олигогумусных озер Карелии (Урозеро, Мунозеро, Урос и т.д.), а их общее количество согласуется с данными для других озер и морей России (Агатова и др., 2004, 2011, 2013). В 2014 г. в весенний, летний и осенний периоды проводились исследования на Ладожском (район о. Валаам, исток из озера и в р. Неве), а также на Онежском озере (центральная часть), которые показали, что среднесезонное содержание Уобщ в Ладожском озере колеблется от 1,2 до 4,5 мг/л (в среднем 3,0 мг/л), что очень близко к средней концентрации в Онежском озере (2,6 мг/л) (табл.4.3.4). Количество Уобщ и Усвоб в Ладожском озере было выше в фотическом слое, чем в гиполимнионе, тогда как в Онежском разницы между слоями не было. Содержание углеводов в фотическом слое Ладожского озера было выше, чем в Онежском. Содержание углеводов в р. Неве было несколько меньше, чем в Ладожском озере. В связи с тем, что Ладожское и Онежское озера имеют низкую 122 гумусность воды, концентрация связанных углеводов была намного меньше, чем свободных. Таблица 4.3.4. Содержание углеводов в исследованных водных объектах в 2014 г. Водный объект Ладожское озеро (район о.Валаам) р. Нева (исток из Ладоги) р. Нева (Новосаратовка) Устье р. Невы Онежское озеро (центральная часть) Сезон Углеводы, мг/л Свободные Связанные 2.9/1.6 0.5/0.3 2.9/1.5 0.5/0.9 0.7/1.2 0.4/0.3 весна лето осень Общие 3.5/2.2 4.5/2.7 1.2/3.9 Взвешенные 0.1/0.3 1.6/0.3 0.1/2.4 лето 2.4 1.3 0.9 0.2 весна лето весна лето весна лето осень 2.3 2.3 2.8 1.9 2.2/2.6 2.9/3.0 2.2/2.3 1.4 1.7 1.3 1.2 1.0/1.4 1.3/1.9 1.6/1.3 0.5 0.1 0.3 0.3 0.6/0.2 0.8/0.8 0.2/0.3 0.4 0.5 1.2 0.4 0.6/1.2 0.8/0.3 0.4/0.7 *- в числителе указана концентрация в фотическом слое, в знаменателе - в придонном Доли автохтонного ОВ в обоих озерах, полученные по адсорбции, оказались близки к расчетным по эмпирической формуле ρавт = 0,62 ХПК ЦВ ПО 0,35 (Лозовик и др., 2007) (табл. 4.3.5.). Таблица 4.3.5. Доля автохтонного и аллохтонного ОВ в исследованных водных объектах (средние значения за три сезона наблюдений в 2014 г.) Объект Фотический слой Придонный слой ρавт 0.39 0.37 ρалл* ρалл** (ХПКавт)раств ХПКавт ХПКалл 7.2 7.5 11.1 12.6 10.4 10.5 11.8 12.5 11.6 12.2 9.8 9.2 12.7 11.0 10.0 14.4 14.6 14.7 12.2 оз. Онежское (центр) 0.61 0.64 6.7 0.63 0.53 7.2 оз. Ладожское Фотический слой Придонный слой 0.50 0.51 Исток п. Новосаратовка р. Большая Нева 0.43 0.40 0.54 0.50 0.49 0.57 0.57 р. Нева 0.57 0.50 0.60 0.54 0.46 0.43 Примечание:*- значение полученное по адсорбции, **- расчетное значение по эмпирической формуле. Содержание растворенного автохтонного ОВ достаточно стабильно в исследованных в 2014 г. водных объектах и в среднем составляло 9.5±1.9 мгО/л 123 или 3.6±0.7 мгС/л. Наименьшие значения (ХПКавт)раств отмечены в Онежском озере как олигогумусном олиготрофном водоеме. Количественное изучение углеводов в Белом море проводилось в 2012 - 2013 гг. В 2012 г. исследовались углеводы в литоральной части Карельского берега, а в 2013 г. по разрезу Летний берег – Горло (ст. 4, 2, 8, 10) и в Бассейне (ст.14) (см. главу II, рис. 2.2.2.). Концентрация ОВ и его компонентов в Белом море определяется уровнем первичного продуцирования, мощным материковым стоком и интенсивным водообменном с Баренцевым морем. В июле 2013 г. концентрация общих углеводов в Белом море по разрезу Летний берег-Горло изменялась от 3,4 до 4,3 мг/л (табл. 4.3.6.). Таблица 4.3.6. Содержание общих и свободных углеводов в водах Белого моря в июле 2013 г. № станции ст. 2 ст. 4 ст. 8 ст. 10 ст.14 ст.14 Ср. зн. (0,5 м) (120,0м) Уобщ, мг/л 4,0 3,6 4,3 3,4 3,8 4,0 3,9 Усвоб, мг/л 2,3 2,9 3,6 2,5 2,8 2,1 2,7 Максимальные концентрации углеводов (4,3 мг/л) обнаружены в стоковом течении вдоль Зимнего берега, минимальные в поверхностном горизонте воды в Горле (3,4 мг/л). Район Зимнего берега характеризуется повышенной продуктивностью планктона (Налетова, Сапожников, 1993). Горло Белого моря является связующим звеном между водами Белого и Баренцева морей и, повидимому, концентрации Уобщ в них близки. В глубоководной части моря (ст. 14) концентрация углеводов незначительно увеличивается ко дну (см. табл. 4.3.6.). Наряду с рассмотрением содержания Уобщ в Белом море были определены и Усвоб в этих же пробах воды. Содержание Усвоб изменялось от 2,1 до 3,6 мг/л (в среднем 2,7) (табл.4.3.6.). Максимальные концентрации их были приурочены к Зимнему берегу (ст. 8), где прослеживается влияние р. Северной Двины. В период работы (22 июль 2013 г.) в центре моря (в Бассейне) был шторм, поэтому количество Усвоб от поверхности до дна изменялась в узких пределах 2,1 - 2,8 124 мг/л. Доля Усвоб от Уобщ в беломорских водах в среднем равняется 70 % и она чуть выше, чем в водах Онежского озера (61 %). Белое море испытывает мощный материковый сток, обогащенный большим количеством ОВ. По данным А. И. Агатовой с сотрудниками (2003), максимальные концентрации Сорг в Белом море зафиксированы в Двинском заливе (до 20 мг/л). В Бассейне и других заливах Белого моря концентрация Сорг ниже и изменяется от 2,0 до 10,7 мг/л (в среднем 6,0). Полученные результаты показывают, что наши данные по содержанию общих углеводов в Белом море согласуются с литературными данными для этого моря (Агатова и др., 1994; 2012). 125 5. ЛИПИДЫ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ КАРЕЛИИ 5.1. Содержание и распределение липидов в поверхностных водах Карелии Липиды являются одним из основных биохимически лабильных компонентов природных вод. Изучение их распределения в воде и взвеси дает возможность судить о путях поступления и превращения ОВ в различных водных экосистемах (Gerin, Goutx, 1994). Липиды относятся к основным энергетическим компонентам в водных объектах, и их исследование является очень важным для понимания функционирования водных экосистем. Поэтому в 2011-2014 гг. параллельно с изучением углеводов в природных водах Карелии осуществлялось исследование содержания липидов в разнотипных водных объектах. Липиды определяли в нефильтрованных пробах воды в тех же водоемах, в которых исследовались углеводы (см. гл. II,). Как уже отмечалось ранее, водоемы были выбраны с разным уровнем трофии и содержанием гумусовых веществ. В 2012 - 2014 гг. содержание липидов изучалась по сезонам года, а в 2011 г. только в летний период. Полученные данные в 2011-2014 гг. по содержанию липидов в поверхностных водах Карелии по всем объектам и пробам воды (n=110) были статистически обработаны (табл. 5.1.1.). Таблица 5.1.1. Статистические показатели содержания липидов и ХПК в поверхностных водах Карелии в 2011-2014 гг. Показатель Липиды, мг/л ХПК, мгО/л Липиды, % от ОВ (по ХПК) Среднее арифм. 0,32 27,4 3,4 Среднее геом. 0,27 24,6 3,2 Медиана 0,28 24,4 3,3 1-ый квартиль 0,19 19,9 3-ий квартиль 0,40 35,5 Ст. отклонение 0,20 12,2 min 0,10 7,6 max 0,97 63,3 126 Содержание липидов в половине объектов изменяется в весьма узких пределах (0,19 мг/л – первый кварталь, 0,40 –третий кварталь). Минимальное значение составляет – 0,10 мг/л, а максимальное – 0,97мг/л. Последнее наблюдалось в эвтрофном оз. Святозеро летом 2012 г. при цветении в нем воды. Медианная концентрация липидов равняется 0,28 мг/л. К этому значению близко и среднегеометрическая величина (0,27 мг/л), тогда как среднеарифметическая концентрация была чуть больше (0,32 мг/л), чем указанные выше значения, что связано с весьма высоким содержанием липидов, которое наблюдалось в оз. Святозеро. Более достоверными средними величинами являются медианные и среднегеометрические концентрации, чем среднеарифметические. Для анализа содержания липидов в разнотипных водных объектах последние были сгруппированы по типам озер, как это ранее было сделано для углеводов на основе геохимической классификации (см. раздел 4.1.1., табл. 5.1.2.). Среднее содержание липидов в олиго- и мезотрофных озерах приблизительно одинаковое и эвтрофных равняется 0,33 и 0,29 мг/л соответственно (рис. 5.1.1). В водоемах наблюдаются чуть большие их концентрации, чем в предыдущих группах озер и средняя концентрация составляет 0,35 мг/л. 127 Таблица 5.1.2. Геохимические классы воды, содержание липидов и ХПК автохтонного и взвешенного ОВ исследованных водных объектов (в 2011 г. – в летний период, в 2012 - 2014 гг. - средние значения за 4 сезона) Водный объект Геохимический класс Липиды, мг/л ХПКадс 1 2 3 4 ХПКвзв ХПКавт % липидов в ОВ (по ХПК) мгО/л 5 6 7 1 группа - Олиготрофные высокогумусные Оз. Вегарусярви Мезополигумусное 0,28 9,9 низкощелочностное слабокислое кислое олиготрофное Олиготрофные среднегумусные 4,5 10,4 2,1 Оз. Габозеро Мезогмусное 0,20 7,9 среднещелочностное слабокислое нейтральное олиготрофное Мезогмусное 0,22 10,9 среднещелостное слабокислые нейтральное олиготрофное Мезогумусное 0,27 7,3 слабощелочностное слабокислое олиготрофное Мезогумусное 0,24 10,4 слабощелочностное слабокислое олиготрофное Олиготрофные низкогумусные <1,0 7,9 2,6 <1,0 10,9 2,8 1,2 7,5 3,9 1,2 10,9 2,6 Оз. Сандал Оз. Каменное Губа Камалахта Оз. Урозеро Оз. Урос Ультраолигогумусное среднещелочностн ое нейтральное слабощелочное олиготрофное Ультраолигогумусное слабощелочностно е слабокислое олиготрофное 0,53 4,8 1,9 6,1 19,0 0,51 4,6 1,0 5,4 12,8 128 1 Онежское озеро (Центральная часть) Оз. Салонъярви Оз. Шотозеро Р. Падмозеро Оз. Яндомозеро Оз. Сямозеро Петрозаводская губа Онежского озера Кондопожская губа Онежского озера Оз. Ладожское Р. Нева Оз. Вендюрское 2 3 4 Продолжение табл. 5.1.2. 5 6 7 Олигогумусное 0,31 5,7 0,9 среднещелочностное нейтральное слабощелочное олиготрофное 2 группа - Мезотрофные высокогумусные Мезополигумусное 0,36 11,9 низкощелочностное слабокислое кислое мезотрофное Мезополигумусное 0,18 8,3 слабощелочностное слабокислое Мезотрофное Мезотрофное среднегумусное 6,3 5,4 1,8 13,7 2,3 3,8 15,2 1,2 Мезогмусное высокощелочное слабощелочностное мезотрофное Мезогумусное среднещелочностное нейтральное слабощелочное мезотрофное Мезогумусное среднещелочностное слабокислое нейтральное Мезотрофное Мезогумусное среднещелочностное нейтральное слабощелочное мезотрофное 0,20 16,6 0 16,6 1,9 0,24 9,6 4,9 16,1 2,3 0,28 9,5 1,5 10,6 3,4 0,33 6,1 0,7 6,6 4,8 Мезогумусное среднещелочностное нейтральное слабощелочное мезотрофное 0,28 7,1 1,0 8,1 4,0 Мезогумусное 0,26 12,8 среднещелочностное нейтральное слабощелочное мезотрофное Мезогумусное 0,25 10,7 среднещелочностное нейтральное слабощелочное мезотрофное Мезотрофное низкогумусное 1,5 14,3 3,1 0,9 11,6 2,8 Олигогумусное среднещелочностное слабокислое нейтральное мезотрофное 2,6 8,2 4,7 0,30 5,7 129 Окончание табл. 5.1.2. 1 Оз. Валгомозеро Оз. Нижнее Ротчезеро Р. Шуя Оз. Крошнозеро Оз. Святозеро 2 3 5 6 7 Олигогумусное 0,34 9,8 высокощелочностное слабощелочное мезотрофное 3 группа - Эвтрофное высокогумусное 2,8 12,1 3,1 Мезополигумусное 0,32 11 слабощелочностное эвтрофное Мезополигумусное 0,28 11,5 среднещелочностное слабокислое нейтральное эвтрофное Эвтрофное среднегумусное 3,5 11,0 2,6 2,6 13,4 2,2 Мезогумусное 0,35 11,2 среднещелочностное слабокислое нейтральное эвтрофное Эвтрофное низкогумусное 3,3 14,3 2,8 Олигогумусное среднещелочностное нейтральное слабощелочное эвтрофное 9,2 14,7 5,6 0,38 4 7,9 Исходя из полученных результатов следует, что среднегодовое содержание липидов в олиго-, мезо- и эвтрофных озерах приблизительно одинаковое. Более высокое среднегодовое содержание липидов в олиготрофных водоемах, чем в мезотрофных связано с тем, что в олиготрофных олигогумусных водоемах наблюдается повышенное количество липидов в весенний период по сравнению с другими сезонами года. Это обусловлено активной вегетацией диатомового планктона в этой группе озер именно весной. А, как известно, в диатомовом фитопланктоне велико содержание липидов (до 44 % на сухую массу) (Серенков, Пахомова, 1959; Ланская, Пахомова, 1961; Раймонт, 1983; Сиренко, Козицкая, 1988; Halm-Hansen, 1967; Alvares-Cobelas, 1989). 130 Рис. 5.1.1. Среднегодовое содержание липидов в озерах с разным уровнем трофии в 2012 - 2014 гг. Анализ связи содержания липидов от гумусности воды показал отсутствие такой закономерности, которая имела место для углеводов (рис. 5.1.2.). Наблюдается даже отрицательный тренд зависимости содержания липидов от гумусности воды, что связано, как было отмечено выше, с более высокой концентрацией липидов в олиготрофных олигогумусных водоемах в весенний период. Это дает основание полагать, что липиды в поверхностных водах находятся преимущественно в составе автохтонного ОВ и образуется в результате протекания продукционно-деструкционных процессов. 131 Рис. 5.1.2. Зависимость содержания липидов от гумусности водных объектов (средние значения по водным объектам, исследованных в 2012 - 2014 гг.) Сезонное распределение липидов имеет свои особенности, которые связаны с продуцированием ОВ в водоемах (табл. 5.1.3., рис. 5.1.3.). В зимний период, когда отсутствует продуцирование ОВ, наблюдаются наименьшее их количество. Весной происходит резкое увеличение концентрации липидов в олиго- и мезотрофных водоемах. Такая особенность распределения связана с тем, что фитопланктон в это время года в основном представлен диатомовыми водорослями (98 % общей численности), в котором содержание общих липидов может достигать до 44 % в расчете на сухую массу (Раймонт, 1988; Басова, 2003; Viron et al., 2000). Летом содержание липидов в олиго- и мезотрофных водоемах снижается по сравнению с весной, но существенно нарастает в эвтрофных. В последних это уже связано с бурным развитием сине-зеленых водорослей в этой группе водоемов. Осенью распределение липидов по трофии выглядит аналогично весеннему, но их количество меньше, чем весной. На фоне всех объектов летом 2012 г. наиболее сильно выделялось оз. Святозеро, когда в нем цвела вода. Содержание липидов достигало максимальных значений (0,97 мг/л), а ХПК автохтонного ОВ составляло 24,7 мгО/л. 132 В целом следует отметить, что распределение липидов по сезонам года всецело отражает развитие планктонных сообществ в водных экосистемах. Таблица 5.1.3. Сезонное распределение липидов, ХПК и доли автохтонного ОВ в поверхностных водах Карелии в 2012, 2013 гг. Группа 1 Класс гумусности воды Сезоны 2 Высокогумусные 1 группа: Олиготрофные Среднегумусные Низкогумусные 2 группа: Мезотрофные Высокогумусные Среднегумусные Липиды, ХПК, ρавт мг/л мгО/л 3 4 5 6 Зима 0,10 45,3 0,24 Весна 0,51 34,2 0,25 Лето 0,17 38,7 0,19 Осень 0,32 40,2 0,29 Зима 0,20 27,6 0,37 Лето 0,20 20,8 0,41 Зима 0,21 10,6 0,50 Весна 0,81 9,3 0,71 Лето 0,51 9,1 0,65 Осень 0,43 11,35 0,55 Зима 0,15 57,2 0,26 Весна 0,32 38,6 0,30 Лето 0,25 38,5 0,27 Осень 0,32 48,2 0,26 Зима 0,21 22,6 0,44 Весна 0,41 25,4 0,51 133 1 2 Низкогумусные Высокогумусные Среднегумусные 3 группа: Эвтрофные Низкогумусные Окончание табл.5.1.3 5 6 3 4 Лето 0,37 24,9 0,59 Осень 0,25 30,1 0,52 Зима 0,15 15,0 0,40 Весна 0,51 19,9 0,41 Лето 0,22 21,8 0,59 Осень 0,38 21,2 0,65 Зима 0,27 45,9 0,33 Весна 0,45 33,4 0,28 Лето 0,16 37,0 0,39 Осень 0,22 30,8 0,49 Зима 0,36 35,1 0,28 Весна 0,36 35,2 0,41 Лето 0,30 32,7 0,52 Осень 0,37 31,1 0,51 Зима 0,19 17,9 0,45 Весна 0,22 19,1 0,56 Лето 0,97 35,3 0,70 Осень 0,25 19,9 0,76 134 Рис. 5.1.3. Распределение концентрации липидов в воде озер Карелии с разным уровнем трофии по сезонам года в 2012-2013 гг. Анализируя связь содержания липидов и хлорофилла (общего, «а», и «с»), следует отметить, что прямой линейной зависимости между ними не наблюдается (рис. 5.1.4.). В тоже время отмечается положительный тренд между их количеством. Полученная зависимость отражает тот факт, что липиды являются вторичными продуцентами фотосинеза, а хлорофилл – показатель фотосинтетической активности планктона и прямой связи между ними может не быть. 135 Рис. 5.1.4. Зависимость содержания липидов от концентрации суммы хлорофилла (а), хлорофилла «а» (б), хлорофилла «с» (в) Оценку содержания липидов от общего количества ОВ и в составе автохтонного ОВ было проведено по ХПК исходной воды и ХПК автохтонного ОВ. Последнее определяли по ХПК воды после адсорбции аллохтонного ОВ на 136 ДЭАЭ-целлюлозе и ХПК взвешенного ОВ, которое устанавливали по разности ХПК исходной и центрифугированной воды. В автохтонном ОВ ХПК взвешенного ОВ учитывали только для периода открытой воды. В зимний период ХПК взвеси относили к аллохтонному ОВ. Для обследованных в 2012-2014 гг. малых водоемов полученные результаты представлены в табл. 5.1.4. Таблица 5.1.4. Доля липидов от общего и автохтонного ОВ по сезонам года в 2012-2014 гг. в малых водоемах Карелии Сезон ХПК Зима Липиды, мг/л 0,20 ХПКавт 28,0 % от ОВ (по ХПК) 2,1 9,7 % от авт. ОВ (по ХПК) 6,0 Весна 0,48 27,7 5,0 10,0 13,9 Лето 0,32 26,8 3,5 9,5 9,7 Осень 0,32 26,2 3,5 8,3 11,1 Год 0,33 27,0 3,4 9,4 10,1 Если рассмотреть долю липидов от общего количества ОВ (по ХПК), то по сезонам года она изменялась в пределах 2,1-5,0 %. Доля липидов от общего содержания ОВ (по ХПК) рассчитывается следующим образом: % от ОВ= C 2,89 100 , ХПК где С – концентрация липидов, мг/л; 2,89 – коэффициент пересчета концентрации олеиновой кислоты на ХПК; ХПК – химическое потребление кислородом, мгО/л. Наибольшие значения, как и в случае содержания липидов, было весной (5,0 %) и летом (3,5 %). Зимой доля липидов была наименьшей (2,1 %). Полученные данные по количеству липидов в составе ОВ также отражает особенности функционирования фитопланктона по сезонам года. В распределении липидов по объектам выявлена следующая закономерность: наименьшая их доля отмечается в высокогумусных водоемах, таких как озера Вегарусъярви, Шотозеро, Салоньярви, а наибольшая – в олигогумусных олиготрофных озерах с высокой долей автохтонного ОВ, таких как Урозеро, 137 Урос. Это свидетельствует также о том, что основным источником липидов в поверхностных водах являются продукционно-деструкционные процессы. В составе автохтонного ОВ содержание липидов больше, чем от общего количества ОВ, и уже достигает 6,0-13,9 % (по ХПК) (см. табл. 5.1.4.). Причем наибольшее значение отмечено в весенний период, в который, как известно, наиболее активно вегетатирует диатомовый планктон и как следствие этого наблюдается и высокое содержание липидов в воде в составе автохтонного ОВ. Самая высокая доля липидов была отмечена в оз. Святозеро летом 2012 г., когда в нем цвела вода. Их доля в автохтонном ОВ достигала 14 %. Выполненные расчеты % содержания липидов основаны на ХПК воды и ХПК липидов. Поскольку липиды – высококалорийные соединения, то они имеют высокое отношение ХПК к массе. Так, это отношение для олеиновой кислоты, по которой осуществлялось определение содержания всех липидов, составляет 2,89, а для ОВ природных вод оно оценивается около 1,33. По этой причине доля липидов, устанавливаемая по ХПК будет больше, чем по массе. В 2013 г., наряду с определением ХПК, осуществлялся анализ Сорг по методике (Зобков, Мусатова, 2014). Хорошо известно, что содержание Сорг в ОВ природных вод составляет около 50 % его массы. Поэтому массу ОВ можно принять равной 2 Сорг и с учетом этого вычислить массовую долю липидов. Имеющиеся данные, сгруппированные по сезонам 2013 г., представлены в табл. 5.1.5. В целом получилось, что содержание липидов в ОВ по массе составляет 0,8-1,7 % (в среднем 1,1 %), что в 2,5 раза меньше, чем оцениваемое по ХПК. Установленный коэффициент близок к теоретическому расчетному (2,89:1,33=2,2) и его можно использовать для пересчета доли липидов с ХПК на массу. Используя этот коэффициент, также можно установить долю липидов в автохтонном ОВ по массе. Она изменяется в пределах 2,4-5,8 %, составляя в среднем 3,4 %. 138 Таблица 5.1.5. Содержание липидов и Сорг в воде, исследованных озер в 2013 г. Сезон Липиды, мг/л Сорг, мг/л ОВ, мг/л % липидов по массе % липидов (по ХПК) Зима 0,20 12,1 24,3 0,8 В ОВ 2,2 Весна 0,40 11,5 23,1 1,7 2,8 14,3 Лето 0,20 11,3 22,5 0,9 2,3 5,9 Осень 0,24 11,9 23,7 1,0 3,0 7,5 Год 0,26 11,7 23,4 1,1 2,6 8,4 В авт. ОВ 5,9 Наблюдаемое содержание липидов в озерах Карелии сравнимо с содержанием липидов в других водных объектах России: в Камчатском озере Курильском (0,40-1,57 мг/л) (Агатова и др., 2004), в открытый период года в Белом море (0,53 – 2,17 мг/л) и в Арктических морях России (0,19 – 2,34 мг/л) (Агатова и др., 2011), в которых липиды (сульфофосфованилиновым). определялись В тоже время одним и следует тем же методом отметить, что в поверхностных водах Карелии содержание липидов изменяется в более узких пределах, чем это имеет место в других водоемах, судя по литературным данным. Использование модифицированной методики определения липидов позволяет более надежно установить их содержание в воде. Таким образом, в отличие от углеводов липиды в поверхностных водах имеют автохтонное происхождение и всецело связаны с продукционно- деструкционными процессами в водоемах. Доля липидов от общего количества ОВ по массе составляет 1,1 %, а в автохтонном ОВ - 3,4 %. Динамика содержания липидов в водоемах определяется сезонной изменчивостью функционирования биоты. Максимальное их количество отмечалось в весенний период в олиго- и мезотрофных водоемах, когда активно идет вегетация диатомового планктона, а в летний – в эвтрофных водоемах. Зимой, когда продуцирование ОВ незначительно, концентрации липидов наименьшие и их количество не зависит от типа водоемов. 139 5.2. Липиды в водах больших озер (Онежское, Ладожское) и в Белом море Распределение липидов в больших стратифицированных озерах было рассмотрено на примере Онежского озера и Ладожского озера в 2012-2014 гг. В первом они были изучены наиболее детально в 2013-2014 гг. как по сезонам года, так и по акватории и глубине озера. Наряду с центральной частью озера подробно изучались липиды в Петрозаводской и Кондопожской губах, испытывающих антропогенное влияние. Для сравнения распределения липидов в озерных и морских водах, летом 2013 г. было проведено исследование содержания липидов в Белом море на трех станциях и четырех горизонтах. Подробная характеристика объектов исследования и станций отбора проб дана в главе 2. В Ладожском озере распределение липидов было изучено в 2014 г. весной, летом и осенью в районе о. Валаам и в истоке из озера. Наряду с этими объектами пробы на липиды отбирались и в р. Неве: в районе пос. Новосаратовка перед Санкт-Петербургом и в устье реки в трех рукавах (Большая Нева, Малая Невка, Малая Нева). Содержание липидов в Ладожском озере изучалась в поверхностном горизонте (015 м) (эпилимнионе), где наиболее активно идет фотосинтез и в придонном (15-90 м) (гиполимнионе), где фотосинтез практически не идет. Для этого отбиралась интегральные пробы: в поверхностном горизонте 0,5; 3,0; 6,0; 9,0; 12,0; 15 м и в придонном – 15,0; 30,0; 40,0; 50,0; 60,0; 75,0; 90,0 м. Содержание липидов в центральной части Онежского за весь период наблюдений изменялась в пределах 0,25-0,67 мг/л, составляла в среднем за год 0,35 мг/л. (табл. 5.2.1.). Наибольшее количество липидов было выявлено в весенний сезон 2012 г., как и в других малых олигогумусных олиготрофных водоемах Карелии и связано это с увеличением биомассы диатомового планктона именно в весенний период (Чекрыжева, 2008; Тимакова и др., 2011). В 2013 г. наибольшее количество липидов было отмечено в летний сезон, а не в весенний, как это имело место в 2012 г. Дело в том, что 2013 г. был достаточно холодным и развитие диатомового планктона, по-видимому, было сдвинуто на летний период. 140 Табл. 5.2.1. Сезонное распределение липидов в воде Онежского озера в 2012-2013 гг. Сезон Липиды, мг/л ХПК % от ОВ (по ХПК) Центральная часть ХПКавт % от авт. ОВ (по ХПК) Зима 2013 г. 0,21 16,1 3,8 6,0 10,1 Весна 2012 г. 0,67 18,1 10,7 6,5 29,8 Весна 2013 г. 0,32 17,9 5,2 7,8 11,9 Лето 2013 г. 0,60 18,0 9,6 6,0 28,9 Осень 2013 г. 0,26 18,0 4,2 6,9 10,9 Год 0,35/0,41 17,5 5,8 6,7 15,1 Петрозаводская губа Зима 2013 г. 0,27 21,6 3,6 5,5 14,2 Весна 2012 г. 0,71 нет нет нет нет Весна 2013 г. 0,20 24,4 2,4 9,9 5,8 Лето 2013 г. 0,51 15,4 9,6 7,3 20,2 Осень 2013 г. 0,33 17,8 5,4 6,3 15,1 Год 0,33 19,8 4,8 7,3 13,1 Кондопожская губа Зима 2013 г. 0,18 20,6 2,5 5,9 8,8 Весна 2012 г. 0,73 нет нет нет нет Весна 2013 г. 0,21 24,0 2,5 9,2 6,6 Лето 2013 г. 0,46 18,3 7,3 8,7 15,3 Осень 2013 г. 0,28 17,4 4,7 6,3 12,8 Год 0,28 20,1 4,0 7,5 10,8 Содержание липидов в Онежском озере, как их общее количество, так и сезонная динамика согласуются с данными для малых водоемов Карелии (см. табл. 5.2.1). В тоже время доля липидов от общего содержания ОВ в центральной части Онежского озера несколько выше (3,8-10,7 % по ХПК) (в среднем 5,8 %), чем в малых водоемах (среднее 3,1 %). Связано это с тем, что Онежское озеро – водоем с замедленным водообменном (τ=15,7 лет) и в его воде высока доля автохтонного ОВ (40 %). В малых водоемах также было выявлено повышенное содержание 141 липидов в озерах с высокой долей автохтонного ОВ. В составе автохтонного ОВ в воде Онежского озера доля липидов составляет около 15 % (по ХПК), что также выше процентного их содержания в малых озерах (10,2 %). Что касается Петрозаводской и Кондопожской губ, то в их водах сохраняются общие черты сезонной динамики содержания липидов, как и в Онежском озере. В них отмечается близкое содержание липидов, что и в воде центральной части озера. Схожее распределение липидов в губах и в Онежском озере связано с двумя причинами. С одной стороны губы больше тяготеют к мезотрофным водоемам, а Онежское озеро – это типично олиготрофный водоем. Повышенная трофия губ обусловлена антропогенным влиянием – поступлением сточных вод Кондопожского промцентра в Кондопожскую губу, а в Петрозаводскую губу ливневых и дренажных вод с территории города, а также речных Шуйских вод, испытывающих влияние сельскохозяйственных объектов. А с другой стороны губы более проточные в них уже больше сказывается разбавляющий эффект приточных вод. Об этом свидетельствует более низкий % липидов в губах, как от общего количества ОВ (по ХПК) (в Петрозаводской - 4,8%, Кондопожской - 4,0 %), так и от автохтонного ОВ (11 -13 %), чем это имеет место в центральной части Онежского озера. В вегетационный период 2013 г. проводились гидробиологические и гидрохимические исследования воды открытой литоральной зоны в районе Пухтинской бухты Онежского озера. Наряду с общим химическим анализом озерной воды в литоральной зоне исследовалось содержание углеводов и липидов (распределение углеводов и некоторые химические показатели воды рассмотрено в главе 4, табл. 4.3.2.). Содержание липидов в литоральной части Онежского озера в районе Пухтинской губы с мая по сентябрь 2013 г. изменялось в пределах 0,10-0,36 мг/л (в среднем 0,19) (табл. 5.2.2.). 142 Таблица 5.2.2. Содержание липидов в прибрежной зоне Пухтинской губы Онежского озера с мая по октябрь 2013 г. Дата отбора проб Показатель 13.05 27.05 10.06 25.06 08.07 29.07 08.08 28.08 19.09 Ср. зн. Липиды, мг/л 0,23 0,10 0,16 0,11 0,21 0,10 0,19 0,12 0,10 0,36 Наименьшее содержание липидов отмечалось с мая по август, когда воды имели повешенную цветность (27-65 град.) и наибольшее содержание Pобщ (7-20 мкг/л) (рис. 5.2.1.). А наибольшее их количество было в сентябре, когда воды Пухтинской губы больше соответствовали Онежским водам (ЦВ - 18 град, Робщ - 5 мкг/л). Рис. 5.2.1. Изменение концентрации липидов в литоральной зоне в районе Пухтинской губы Онежского озера в 2013 г. (* - дата отбора проб воды) В целом в литоральной зоне Пухтинской губы выявлено меньшее количество липидов, чем в центральной части озера, а также в Петрозаводской и Кондопожской губах. Что возможно связано с большей активностью бактериопланктона в Пухтинской губе, чем в других участках озера. 143 Исследование липидов в Ладожском озере и в р. Неве были менее детальные, чем в Онежском озере. В тоже время имеющиеся данные позволяют судить об их содержании и некоторой динамике (табл. 5.2.3.). Таблица 5.2.3. Липиды в воде Ладожского озера и в р. Неве в 2014 г. Водный объект Весна Лето Осень Ладожское озеро 0,41/0,38* 0,10/0,10 0,35/0,20 р. Нева (исток из Ладоги) р. Нева (Новосаратовка) Большая Нева - 0,13 - 0,24 0,25 - 0,14 0,51 - *- в числителе указана концентрация в фотическом слое, в знаменателе - в придонном Наибольшее количество липидов в Ладожском озере было выявлено весной (0,40 мг/л), а в р. Неве – летом (0,51 мг/л). В р. Неве вблизи пос. Новосаратовка их содержание было одинаковым, как весной, так и летом (0,25 мг/л). Повышенное содержание липидов наблюдается в Большой Неве летом и связано с высоким уровнем трофии (Робщ= 52 мкг/л). Такая картина наблюдалась летом и в эвтрофных озерах Карелии. В целом количество липидов в Ладожском озере согласуется с данными для Онежского озера. Содержание липидов в Белом море в летний сезон 2013 г. Концентрация липидов в поверхностном слое воды в июле 2013 г. по разрезу Летний берег – Горло (ст. 4,8,10) изменялась в узких пределах от 0,21 до 0,27 мг/л (в среднем 0,24) (табл. 5.2.4.). Содержание липидов в Бассейне в поверхностном слое воды равняется 0,22 мг/л, в придонном – 0,06. Подобное было отмечено А.И. Агатовой с сотрудниками (1994) в этом районе моря и они объясняли это опусканием вод в центральной части Бассейна, называемой «полюсом тепла». Этот район характеризуется низкой продуктивностью (Налетова, Сапожников, 1994). 144 Таблица 5.2.4. Содержание липидов в Белом море в июле 2013 г. ст. 14 ст.14 (0,5) № станции ст. 4 ст. 8 ст. 10 (120,0) Липиды, мг/л 0,24 0,27 0,21 0,22 0,06 В водах Белого моря средняя концентрация липидов составляет 0,24 мг/л. В целом полученные результаты по содержанию липидов в Белом море согласуются с литературными данными и их количество является довольно близким к содержанию липидов в Онежском озере и в других водоемах Карелии. 145 5.3. Соотношение углеводов и липидов в природных водах Для анализа соотношения углеводов и липидов в природных водах использовались два параметра: соотношение общих углеводов и липидов и отношение свободных углеводов и липидов. Первое отражает их общее содержание, а второе – их соотношение в автохтонном ОВ. Имеющиеся данные позволяют оценить сезонное распределение соотношения углеводов и липидов в природных водах Карелии (рис. 5.3.1). Рис. 5.3.1. Соотношение углеводов и липидов в природных водах (1 - отношение общих углеводов и липидов, 2 – отношение свободных углеводов и липидов) Как видно из рис. 5.3.1., наибольшее отношение как Уобщ, так и Усвоб к липидам отмечается зимой, а наименьшее – весной. В летний и осенний сезоны их соотношения близкие (Уобщ/липиды - 10-11, Усвоб /липиды – 6). Зимой, когда отсутствует фотосинтез и содержание липидов минимальное, наблюдается и более высокое соотношение углеводов и липидов. Весной, когда начинает активно вегетатировать диатомовый планктон, богатый липидами, их соотношение уменьшается почти в 2 раза по сравнению с зимой. Летом и осенью при вегетации сине-зеленых и других водорослей, бедных липидами, 146 соотношение углеводов и липидов увеличивается по сравнению с весной. Среднегодовое соотношение Уобщ и липидов составляет 11:1, а Усвоб и липидов 6:1. Последнее соотношение является таким же, как и в большинстве живых организмов. Полученная величина отношения Усвоб и липидов показывает их соотношение в автохтонном ОВ, которое образуется в результате протекания именно продукционно-деструкционных процессов, связанных с функционированием биоты. Эта величина почти в 2 раза меньше , чем отношение Уобщ и липидов и связано это с тем, что в составе Уобщ присутствуют Усвяз, входящие в аллохтонное ОВ. В отдельно взятых водоемах соотношение углеводов и липидов имело схожие показатели. Так, соотношение Уобщ и липидов за весь период наблюдений изменялось в пределах 4-25 и в среднем за год составляло - 11, а Усвоб и липидов – 2 - 15 и 6 соответственно. Более высокие значения указанных выше параметров были характерны для высокогумусных водоемов, а более низкие - для олигогумусных. Дать более детальную характеристику соотношения углеводов и липидов по объектам не представляется возможным в связи с немногочисленностью данных по отдельным водоемам и невозможностью в этой связи обеспечить их статистическую достоверность. В тоже время для Онежского озера, для которого имеется наибольший массив данных, получено, что среднегодовое отношение Уобщ и липидов составляет, 9,7, а Усвоб и липидов 5,4. Полученные значения близки к средним данным для других водоемов Карелии. В тоже время первые несколько ниже, чем для последних и связано это с активной вегетацией диатомового планктона в Онежском озере. Установленные закономерности по соотношению углеводов и липидов так же, как и их содержание, отражают функционирование водных экосистем. 147 Заключение В диссертационной работе приведен литературный обзор о содержании и распределении углеводов и липидов в поверхностных и морских водах, во взвесях, а также в пресноводных сравнительный анализ методов и морских организмах. Рассмотрен количественного определения углеводов и липидов. Дана характеристика объектов исследования. Модифицированы методики определения углеводов и липидов в природных водах, что позволило добиться воспроизводимости результатов анализа. Предложено изменить условия проведения реакций, осуществлять одновременно выполнение анализа стандартных растворов и проб воды с добавками и без добавки стандартных веществ, а также способ расчета содержания углеводов и липидов в воде с учетом особенностей проведения анализа. Относительная погрешность определения углеводов – 6 %, а липидов – 9 %. Впервые установлено, что углеводы в поверхностных водах представлены в трех формах, имеющие разные источники происхождения: связанные углеводы в составе аллохтонного ОВ, свободные углеводы как компонент автохтонного ОВ и взвешенные углеводы, относящиеся к обоим источникам. Впервые выявлено, что содержание углеводов в поверхностных водах Карелии, Онежском и Ладожском озерах и Белом море имеет близкие значения. Медианные их концентрации: общие углеводы - 3,3 мг/л, связанные - 0,7 мг/л, свободные - 1,8 мг/л, взвешенные - 0,6 мг/л. Сезонная динамика и распределение углеводов по уровню трофии водоемов слабо выражена. Единственное, что имеет место – это высокое их содержание в эвтрофных водоемах при цветении воды. В отличие от углеводов липиды в поверхностных водах имеют автохтонное происхождение и всецело связаны с продукционно-деструкционными процессами в водных объектах. Их динамика в водоемах определяется сезонной изменчивостью функционирования биоты. Максимальная концентрация липидов отмечалась в весенний период в олиго- и мезотрофных водоемах, когда активно 148 идет вегетация диатомового планктона, а в летний – в эвтрофных водоемах. Зимой, когда продуцирование ОВ незначительно, концентрации липидов наименьшие, а их содержание не зависит от уровня трофии водоемов. Медианные концентрации липидов в поверхностных водах Карелии составляют 0,22 мг/л. В Онежском, Ладожском озерах и в Белом море их количество близко к этой величине. Содержание общих углеводов в поверхностных водах составляет 16 % от общего количества ОВ, связанных – 7 % от содержания аллохтонного ОВ, свободных - 28 % от количества автохтонного ОВ, взвешенных - 14 % от содержания взвешенного органического вещества. Количество липидов достигает 1,1 % от массы ОВ, а в составе автохтонного ОВ - 3,4 %. Соотношение общих углеводов и липидов в среднем оценивается как 11:1, а свободных углеводов и липидов - 6:1. Последнее значение является таким же, как и в большинстве живых организмов. Результаты работы могут быть использованы при организации экологического мониторинга водных объектов. По содержанию углеводов и липидов, их распределению и формам миграции можно судить о функционировании водных экосистем. 149 Список литературы 1. Агатова, А.И. Биогидрохимическая основа продуктивности глубоководной части Белого моря / А.И. Агатова, Н.И. Торгунова, Н.М. Лапина, К.Б. Кирпичев // Океанология. – 2002. – Т. 42. – №3. – С. 370-377. 2. Агатова, А.И. Биохимические исследования морских экосистем солоноватых вод / А.И. Агатова, Н.М. Лапина, Н.И Торгунова., К.Б. Кирпичев // Водные ресурсы. – 20012. – Т. 28. – №4. – С. 470-479. 3. Агатова, А.И. Биохимический состав взвешенного органического вещества в тропической части Тихого океана / А.И. Агатова, Ю.А. Богданов // Океанология. – 1972. – Т. 12. – № 5. – С. 268-278. 4. Агатова, А.И. Биохимический состав органического вещества Белого моря и скорости регенерации биогенных элементов в летний период: Сборник научных трудов / А.И. Агатова, Е.В. Дафнер, Н.И. Торгунова; под общ. ред. В.В. Сапожникова. – М.: ВНИРО. – 1994. – С. 53-76. 5. Агатова, А.И. Количество и биохимический состав органического вещества в водной толще Кандалакшского залива / А.И. Агатова, Н.И. Торгунова // Океанология. – 1998. – Т. 38. – № 5. – С. 673-677. 6. Агатова, А.И. Органическое вещество в водах Арктических морей / А.И. Агатова, Н.М. Лапина, Н.И. Торгунова // Арктика и Антарктика. вып. I (35). – 20011. – С. 172-192. 7. Агатова, А.И. Органическое вещество и скорость его трансформации в нерестово-нагульных озерах Камчатки / А.И. Агатова, Н.М. Лапина, Н.И. Торгунова, В.В. Сапожников, Л.В. Миловская // Водные ресурсы. – 2004. – Т. 31. – №6. – С. 691-701. 8. Агатова, А.И. Органическое вещество Каспийского моря / А.И Агатова., К.Б. Кирпичев, Н.М. Лапина, О.Н. Лукьянова, В.В. Сапожников, Н.И. Торгунова // Океанология. – 20051. – Т. 45. – №6. – С. 841-850. 9. Агатова, А.И. Органическое вещество, его элементарный и биохимический состав в водах российской части Арктического бассейна в современных условиях 150 / А.И Агатова., Н.М. Лапина, Н.И. Торгунова // Океанология. – 2011. – Т. 51. – №3. – С. 450-460. 10. Агатова, А.И. Пространственно-временая изменчивость органического вещества и скоростей его трансформации в обской губе / А.И. Агатова, Н.М., Лапина, Н.И. Торгунова // Океанология. – 2013. – Т.53. – №2. – С. 175-191. 11.Агатова, А.И. Пространственно-временная изменчивость органического вещества в прибрежных экосистемах Кавказского шельфа Черного моря / А.И. Агатова, Н.В. Аржанова, Н.М.Лапина, Н.И. Торгунова, Д.В. Красюков // Океанология. – 20052. –Т. 45. – №5. – С. 670-677. 12.Агатова, А.И. Пространственно-временная изменчивость органического вещества Азовского моря / А.И. Агатова, Н.В. Аржанова, Н.М. Лапина, Н.П. Торгунова // Водные ресурсы. – 2008. – Т. 35, –№6. –С. 703-714. 13. Акулин, В.Н. Сезонные изменения содержания жира у молоди красной и кормового зоопланктона оз. Дальнего / В.Н. Акулин // Изв. ТНИРО. – 1968. – Т. 64. – С. 81-93. 14. Артемьев, В.Е. Геохимия органического вещества в системе река-море / В.Е. Артемьев. – М.: Наука, 1993. – 204 с. 15. Артемьев, В.Е. Органическое вещество в субтропических и антарктических водах Южной Атлантики / В.Е. Артемьев, И.А. Мельников // Труды Института океанологии им. П.П. Ширшова АН СССР. –1974. –№98. – С.253-260. 16. Артемьев, В.Е. Углеводы в водах и донных осадках океаны / В.Е. Артемьев // В кн.: Биогеохимия диагенеза осадков океана. – М.: Наука, 1976. – С. 202-258. 17. Артемьев, В.Е. Углеводы в донных осадках и иловых водах океана / В.Е. Артемьев, Е.А. Романкевич // Геохимия. – 1973. – №12. – С 1871-1879. 18. Барашков, Г.К. Сравнительная биохимия водорослей / Г.К.Барашков. – М.: Пищевая пром, 1972. – 334 с. 19. Басова, М. М. Жирнокислотный состав липидов микроводорослей / М. М. Басова. – Севастополь: ИнБЮМ, 2003. – 34 с. 151 20. Беляева, А.Н. Вариации состава липидов и алканов железомаоганцевых конкреций / А.Н. Беляева, О.А. Александрова // ДАН РАН. –1993. –Т.332. –№1. – С.66-68. 21. Беляева, А.Н. Молекулярный состав органического вещества в океане / А.Н Беляева // Новые идеи в океанологии. – Москва: Наука. – Т. 2. – 2004. – С. 325350. 22. Беляева, А.Н. Химические превращения липидов при седиментогенезе в океане / А.Н. Беляева, Е.А. Романкевич // Исследование органического вещества современных и ископаемых осадков. – М.: Наука. – 1976. – С. 81-103. 23. Бергер, В. Я. Продукционный потенциал Белого моря / В.Я. Бергер. – СПб: ЗИН РАН, 2007. – С. 41-61, 76. 24. Березов, Т.Т. Биологическая химия: учебник.-3-е изд., перераб. и доп. / Т.Т. Березов, Б. Ф. Коровкин. – М: Медицина, – 1998. –704 с. 25. Бикбулатов, Э.С. Определение общего содержания растворенных углеводов в природных водах в присутствии гумусовых веществ / Э.С. Бикбулатов, Б.А. Скопинцев // Гидрохим. материалы. – 1974. – Т.60. – 80 с. 26. Биохимические методы исследования в клинике. М.: Медицина, 1969. - 651 с. 27. Богданов, Ю.А. Органическое вещество в водной взвеси Курило-Камчатского желоба / Ю.А. Богданов, М.Г. Шапочникова // Сборник: Фауна КурилоКамчатского желоба и условия ее существования. –М. – 1970. – С. 12-18. 28. Богданов, Ю.А. Содержание взвешенного органического вещества в тропических водах Тихого океана / Ю.А. Богданов, М.Г. Шапошникова // Океанология. – 1971. – Т. 11. – № 4. – С. 668-673. 29. Богоров, В.Г. Биогеохимия океанического планктона. Распределение некоторых химических компонентов планктона в Индийском океане / В.Г. Богоров, О.К. Бордовский, М.Е. Виноградов // Океанология. – 1966. – Т.6. – №2. – С.314. 30. Богоров, В.Г. О количестве вещества в живых организмах Мирового океана / В.Г. Богоров // Органическое вещество современных ископаемых осадков. – 1971. – С. 12-16. 152 31. Величко, И.М. Биохимический состав некоторых зеленых нитчатых водорослей / И.М. Величко // Гидробиол. журнал. 1979.Т.14. №4. С.79- 81. 32. Вернадский, В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения / В.И. Вернадский. – М.: Наука, – 1965. – 326 с. 33. Винберг, Г.Г. Первичная продукция водоемов / Г.Г. Винберг. – Минск: Белорусского Государственного Университета, – 1960. – 328 с. 34. Виноградова, З.А. К биохимии планктона экваториальной Атланктики / В кн: Биохимия морских организмов. – Киев: Наукова думка, 1967. –С.27-35. 35. Вислянская, И. Г. Фитопланктон / И. Г. Вислянская // Экосистема Онежского озера и тенденции ее изменения. – Л.: Наука, 1990. – С. 183-192. 36. Витюк, Д.М. Жирнокислотные фракции растворенного органического вещества Красного моря / Д.М. Витюк. – М.: Наука, 1970. – C.70-74. 37. Витюк, Д.М. Жирнокислотные фракции растворенного органического вещества Черного моря / Д.М. Витюк. – Киев: Наукова думка, 1967. – С.36-3 38. Галкина, В.Н. Влияние мидиевых хозяйства на окружающую среду в Белом море. Бактериопланктон / В.Н. Галкина, Э.Е. Кулаковский // Труды ЗИН РАН. – 1993. – Т. 253. – С. 101-109. 39. Галкина, В.Н. Роль массовых видов животных в круговороте органических веществ в прибрежных водах северных морей: автореф. дис. канд. биол. наук. – Л.: ЗИН АН СССР, 1985. – 23 с. 40. Горюнова, С.В. Прижизненное выделение водорослей, их физиологическая роль и влияние на режим водоемов / С.В. Горюнова // Гидробиол. журнал. – 1966. – Т.2. – №4. – С. 80-86. 41. Горюнова, С.В. Синезеленые водоросли / С.В.Горюнова, Г.Н. Ржанова, В.К. Орлеанский. – М.: Наука. –1969. – 220 с. 42. Дембицкий, В.М. Алкоксилипиды органического мира: химия и биология: дис. д-ра хим. наук: 02.00.10 / Дембицкий В. М. –М., 1996. – 332 с. 43. Дембицкий, В.М. Липиды морских водорослей-макрофитов. Жирнокислотный и фосфолипидный состав Rhodophyceae / В.М. Дембицкий, О.А. Розенцвет // Химия природ, соединений. –1989. –№ 1. –С. 113-115. 153 44. Ерохин, В.Е. Растворенные углеводы некоторых биотопов прибрежной зоны моря / В.Е.Ерохин // Океанология. – 1972. – Т.12. – №2. – С. 291-298. 45. Зайцев, В.П. Комплексное использование морских организмов / В.П. Зайцев, И.С. Ажгихин, В.Г. Гандель. – М., 1980. –С.117-118. 46. Захаренкова, Г.Ф. Характеристика химического состава продукции макрофитов нарочинских озер / Г.Ф. Захаренкова // В кн.: Первичная продукция морей и внутренних вод. – Минск, 1962. – С. 112-115. 47. Зобков М. Б. А.С. 2010612351 РФ на программу для ЭВМ Автоматизированная информационная система «Обработка гидрохимической информации и оценка состояния водных объектов (АИС «ОГХИ»)» от 31.04.2010/ Зобков М.Б.// Бюл. RU ОБПБТ, 2010. №2 (71). С. 563. 48. Зобков М.Б., Мусатова М.В. Устройство для определения органического углерода в воде: пат. 148307 Рос. Федерация. МКП GО1 №33/18: заявл. 25.04.2014: опубл. 27.11.2014. Бюл. №33. 2 с. 49. Ильяш, Л.В. Фитопланктон Белого моря / Л.В. Ильяш, Л.С. Житина, В.Д. Федоров. – М.: Янус-К, 2003. –168 с. 50. Камшилов, М.М. Количество планктонных организмов в поверхностных водах Баренцева и Белого морей // Докл. АН СССР, – 1951. – Т. 76. – №1. – С. 131132. 51. Кейтс, М. Техника липидологии / М. Кейтс. – М.: Мир, 1975. – 322 с. 52. Кизеветтер, И.В. Биохимия сырья водного происхождения / И.В. Кизеветтер. – М.: Пищевая промышленность, 1973. – 224 с. 53. Клочкова, Н.Г. Водоросли камчатского шельфа / Н.Г. Клочкова, В.А. Березовская. – Владивосток; Петропавловск-Камчатский: Даль-наука, 1997. –155 с. 54. Клюкина, Е.А. Видовой состав, биомасса и химический состав высшей водной растительности губ Повенецкого залива Онежского озера / Е.А. Клюкина // В кн.: Охрана и использование водных ресурсов Карелии. – Петрозаводск. – 1974. –С. 151-167. 154 55. Клюкина, Е.А. Высшая водная растительность / Е.А. Клюкина // В кн.: Сямозеро и перспективы его рыбохозяйственного использования. Петрозаводск. – 1977. –С.43-53. 56. Кодина, Л.И. Формирование изотопного состава углерода органического вещества «гумусового» и «сапропелевого» типов в морских отложениях / Л.И. Кодина, Э.М. Галимов // Геохимия. – 1984. – №11.– С. 1742-1756. 57. Кононова, М. М. Проблема почвенного гумуса и современные задачи его изучения / М. М. Кононова. – М.: Изд-во АН СССР, 1951.– 390 с. 58. Коровкина, Н.В. Исследование состава бурых водорослей Белого моря с целью дальнейшей переработки / Н.В. Коровкина, Н.И. Богданович, Н.А. Кутакова // Химия растительного сырья. – 2007. – №1. – С. 59-64. 59. Костылев, Э.Ф. Изменение биохимического состава планктона с глубиной / В кн.: Биология моря. Вып. 30. Биохимические аспекты биолог. структуры южных морей. К.:Наукова думка, – 1973, – С. 35-47. 60. Кретович, В.Л. Биохимия растений / В.Л. Кретович. – М.: Высшая школа, 1980. –448 с. 61. Кретович, В.Л. Основы биохимии растений / В.Л. Кретович. –5 изд. испр. и доп. – Москва: Высшая школа, 1971, – 464 с. 62. Кудрявцев, В.М. Динамика численности микроорганизмов при разложении макрофитов / В.М. Кудрявцев, Ю.В. Ершов // Гидробиол. журнал. –1980. –Т.16. – №4. –С.20-25. 63. Кузнецов, С.И. Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность / С.И. Кузнецов. – Л.: Наука, 1970. – С.61-62,373. 64. Куликова, Т. П. Зоопланктон Онежского озера / Т. П. Куликова, Н. Б. Кустовлянкина, М. Т. Сярки. – Петрозаводск: Кар НЦ РАН, 1997. – 110 с. 65. Лазарева, Е.В. Углеводы как индикаторы биогеохимических процессов / Е.В. Лазарева, Е.А. Романкевич // Океанология. – 2012. – Т. 52. – №3. – С. 362-371. 66. Ланская, Л.А. Содержание белка, жира, углеводов и золы в некоторых массовых планктонных водорослях Черного моря, выращенных в культурах / Л.А. Ланская, Т.И. Пшенина // Труды СБС. – 1961. – Т.14. – С. 292-302. 155 67. Ленинджер, А.Л. Биохимия / А.Л. Ленинджер. – М.: Мир, 1974. – 960 с. 68. Летанская, Г.И. Современное состояние фитопланктона и тенденции его изменения в период летней стагнации озера // Ладожское озеро - прошлое, настоящее будущее. - СПб.: Наука, 2002. - С. 165-174. 69. Лизенко, Е. И. Содержание липидов в планктоне некоторых карельских озер / Е. И. Лизенко, Л. Г. Бушман, З. А. Нефедова // Гидробиол. журн. – 1977. – Т. 13. – С. 71 – 82. 70. Лозовик, П. А. Аллохтонное и автохтонное органическое вещество в поверхностных водах Карелии / П. А. Лозовик, А. К. Морозов, М. Б. Зобков, Т. А. Духовичева, Л. А. Осипова // Водные ресурсы. –2007. –Т.34. – № 26. –С. 225-237. 71. Лозовик, П. А. Количественное определение содержания углеводов и липидов в поверхностных водах / Лозовик П. А., Ефремова Т. А., Сабылина А. В. // Вестник МГОУ. – 2013. –№3. – С.57-62. 72. Лозовик, П.А. Методика разделения органического вещества природных вод адсорбцией на диэтиламиноэтилцеллюлозе на автохтонную и аллохтонную составляющие / П.А. Лозовик, М.В. Мусатова // Вестник МГОУ. Серия «Естественные науки». –2013. –№ 3. – С. 63-68. 73. Люцарев, С.В. Предварительные результаты исследования органического вещества морской воды / С.В. Люцарев, Е.А. Романкевич, А.Д. Семенов, З.З. Финенко // Экспресс-инф. ЦНИИ рыб. хоз-ва. –1972. – Серия 9. –№3. 74. Максимова, И.В. Внеклеточные углеводы и полисахариды водоросли Chlorella pyrenoidosa Chick S-39 / И.В. Максимова, Л.Б. Братковская, С.Е. Плеханов // Известия РАН. Серия биологическая. – 2004. – №2. –С. 217 – 224. 75. Максимова, И.В. Выделение органических кислот зелеными одноклеточными водорослями / И.В. Максимова, М.Н. Пименова // Микробиология. – 1969. –Т.38. – Вып.1. –С. 77-82. 76. Мурзина, С.А. Роль липидов и их жирнокислотных компонентов в биологических адаптациях люмпена пятнистого Leptoclinus maculates северозападного побережья о. Шпицберген: дисс. канд. биол. наук: 03.01.04 / Мурзина Светлана Александровна. – Петрозаводск, 2010. –184 с. 156 77. Облучинская, Е.Д. Сезонные изменения содержания полисахаридов фукусовых водорослей Баренцева моря / Е.Д.Облучинская // Материалы конф. молод, уч. ММБИ. Мурманск: ММБИ КНЦ РАН. –2001. – С. 65-70. 78. Озера Карелии. Справочник / Под. ред. Н.Н. Филатова, В.И. Кухарева. – Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2013. – 464 с. 79. Онежское озеро. Экологические проблемы / Под. Ред. Н.Н. Филатова.Петрозаводск: КарНЦ РАН, 1999. –293 с. 80. Орлов, Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации / Д. С. Орлов, – М.:МГУ, 1990. –325 с. 81. Основы биохимии : учеб. для вузов / Ю. Б. Филиппович. - 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Агар, 1999. –512 с. 82. Остапеня, А.П. Сезонные изменения калорийности озерного планктона / А.П. Остапеня, Ю.Г. Гигиняк // Докл. АН БССР. –1970. –Т. 14. –№1. – С.77. 83. Паршиков, В.Н. Жирнокислотный состав липидов зеленых и сине-зеленых водорослей / В.Н. Паршиков // III Всесоюз. биохим. съезд. – Рига. – 1974. – Т.1. – С. 162-136. 84. Пахомова, М.В. Биохимическое исследование некоторых видов водорослей / М.В. Пахомова // Бюл. МОИП Новая сер. Отд. биол. – 1969. – Т. 69. – Вып. 3. – С. 110-112. 85. Пеккоева, С.Н. Липидный статус беломорской селеди Clupea palasi marisalbi Berg Двинского залива Белого моря в осенний период / С.Н. Пеккоева, С.А. Мурзина, З.А. Нефедова, Т.Р. Руоколайнен, П.О. Рипатти, Н.Н. Немова // Труды Карельского научного центра РАН. – 2014. – №5. – С.86-94. 86. Пименова, М.Н. Накопление органического вещества в автотрофных культурах водорослей / М.Н. Пименова, И.В. Максимова // Тр. Москов. общест. естествоиспытателей природы. –1966. –Т. 24. – С. 131-136. 87. Поверхностные воды озерно-речной системы Шуи в условиях антропогенного воздействия / Под. Ред. П.А. Лозовика, В.А. Фрейндлинг. – Петрозаводск: Карелия, 1991. –212 с. 157 88. Помiлуйко, В.П. Компоненти хiмiчного складу синьозелених водоростей, що викликають “цвiтiния» води / В.П. Помiлуйко, Н.М. Стеценко // Вiсн. АН УРСР. – 1973. – №3. – С. 33-38. 89. Примаков, И.М. Гидрологический режим и первичная продукция в устьевой части губы Чупа Кандалакшского залива Белого моря / И.М. Примаков // Материалы VI научного семинара «Чтения памяти К.М. Дерюгина». – СПб.: СПбГУ, 2004. – С. 52-60. 90. Прыгункова, Р.В. Изменения численности массовых планктонных ракообразных Белого моря за 1961 и 1932 гг. / Р.В. Прыгункова // Исслед. фауны морей. – Л.: Наука, – 1967. Вып. 7 (15). – С. 203-209. 91. Раймонд, Дж. Планктон и продуктивность океана / Дж. Раймонд. – М.: Легкая и пищевая промышленность, –1983. – С. 214-229. 92. Раймонд, Дж. Планктон и продуктивность океана. Т.2. Зоопланктон: В 2-х частях. 4. II / Дж. Раймонд. –М.: Агропромиздат, 1988. –С. 223-263. 93. Расплетина, Г.Ф. Гидрохимическая характеристика притоков / Г.Ф. Расплетина, Е.Б. Мурашева, Т.М. Трегубова, Т.П. Кулиш, О.А. Черных // Современное состояние экоситемы Ладожского озера. – Л., 1987. – С. 27-41. 94. Распопов, И. М. Высшая водная растительность больших озер Северо-Запада СССР. –Л.: Наука, 1985. – 200 с. 95. Распопов, И. М. Высшая водная растительность Ладожского озера / И. М. Распопов // Растительные ресурсы Ладожского озера. – Л.: Ленинград. универ, 1968. –С. 16-72. 96. Розенцвет, О.А. Сравнительное изучение липидов четырех доминирующих видов растений и водорослей реки Шульган / О.А. Розенцвет, В.Г. Козлов, В.М. Дембицкий // Биохимия. –1999. –Т. 64. –Вып. 11. – С. 1527-1535. 97. Романкевич, Е.А. Биогеохимия пограничных зон Атлантического океана / Е.А. Романкевич. – М.: Наука, 1994. – С.205-215. 98. Романкевич, Е.А. Биохимия органического вещества арктических морей / Е.А. Романкевич, А.И. Данюшевская, А.Н. Беляева, В.П. Русанов. – М.: Наука, 1982. –239 с. 158 99. Романкевич, Е.А. Геохимия органического вещества в океане / Е.А. Романкевич. – М.: Наука, 1977. – 255 с. 100. Романкевич, Е.А. Цикл углерода в арктических морях России / Е.А. Романкевич, А.А. Ветров. – М.: Наука, 2001. – 301 с. 101. Роуз, Э. Химическая микробиология / Э.Роуз. – М.: Мир. – 1971. – 296 с. 102. Руководство по современным биохимическим методам исследования водных экосистем, перспективных для промысла и марикультуры. – М.: ВНИРО, 2004. – 123 с. 103. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977. –540 с. 104. Румянцев, В.А. Формирование качества воды Ладожского озера в современных условиях как основа его природных ресурсов / В.А. Румянцев, В.Г. Драбкова // Исследования по ихтиологии и смежным дисциплинам на внутренних водоемах в начале XXI века (к 80-летию проф. Л.А.Кудерского). Сборник научных трудов ГосНИОРХ. Вып. 337. - СПб. - М.: КМК, 2007. - С. 472-482. 105. Сабылина, А. В. Химический состав воды Онежского озера и его притоков / А. В. Сабылина, П. А. Лозовик, М. Б. Зобков // Водные ресурсы. –2010. –Т. 37. – №6. – С. 717-729. 106. Сабылина, А.В Лабильные органические вещества в воде озер Куйто.– Органическое вещество и биогенные элементы в водах Карелии / А. В. абылина, Р.Г. Ипатова. – Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР отдел водных проблем, 1985. – 214с. 107. Сабылина, А.В. Абиотические факторы среды, первичная продукция и деструкция органического вещества в озерах Карелии / А.В. Сабылина, М.И.Басов // Гидроэкологические проблемы Карелии и использование водных ресурсов. Петрозаводск: Изд-во КарНЦ РАН. – 2003. – С.72-90. 108. Сабылина, А.В. Биогенные элементы и органическое вещество в Онежском озере и его заливах / А. В.Сабылина, Т.А. Ефремова, А.В.Рыжаков, М. Б. Зобков // Матер. V Всеросс. симп. с междунар. участием 10-14 сентября 2012 г. Петрозаводск: Кар НЦ РАН. –2012. –С. 75-78. 159 109. Сабылина, А.В. Лабильные органические вещества в воде озер Куйто / А.В. Сабылина, Р.Г. Ипатова // Органическое вещество и биогенные элементы в водах Карелии. Петрозаводск. ОВП Кф А СССР. –1985. – С. 75-85. 110. Сабылина, А.В. Липиды в поверхностных водах: автореф. дисс. канд. хим. наук:11.00.10 / Сабылина Альбина Васильевна. – Ростов-на-Дону, 1982. –20 с. 111. Сабылина, А.В. Определение липидов в воде и во взвеси незагрязненных водоемов методом ИКС / А.В. Сабылина, И.М. Семенова, А.Д. Семенов // Гидрохим. материалы. –1981. – Т. 83. – С. 60-66. 112. Сабылина, А.В. Содержание лабильных органических веществ в водоемах Карелии / А.В. Сабылина, Т.А. Ефремова, М.В. Мусатова // Тезисы на IV Международной научной конференции, посвященной памяти профессора Г.Г. Винберга «Современные проблемы гидроэкологии». –2010. –С.151. 113. Сабылина, А.В.Растворенные и взвешенные липиды в воде некоторых озер Карелии / А.В. Сабылина, А.Д. Семенов // Гидрохим. материалы. –1981. –Т. 83. – С. 75-83. 114. Саут Р., Уиттик А. Основы альгологии / Р. Саут, А. Уиттик. – М.: Мир, 1990. –597 с. 115. Семенов А.Д. Методы исследования органического вещества природных вод / А.Д. Семенов // Гидрохим. Материалы. –1967. –Т.45, –С. 155 – 170. 116. Семенов, А. Д. Методика определения микрограммовых количеств редуцирующих сахаров в придонных водах с помощью щелочного раствора двухвалентной меди / А. Д.Семенов, И.Н. Ивлева, В.Г. Дацко // Гидрохим. материалы. – 1964, – Т. 34, – С. 138-146. 117. Серенков, Г.П. Биохимические исследования двух видов диатомовых / Г.П. Серенков, М.В. Пахомова // Вест. МГУ. Сер. биол., почвовед., геол., геогр. –1959. –№2. – С. 39-46. 118. Серенков, Г.П. Сравнительное биохимическое исследование двух видов зеленых водорослей / Серенков М.В. Пахомова, М.В. Борисова // Вестник МГУ, серия биол., почв., геол. и георгр. –1957. –№3. –С.189. 160 119. Сидоров, В.С. Экологическая биохимия рыб. Липиды / В.С. Сидоров. – Л.: Наука, 1983. – 238 с. 120. Синяк, К.М. Метод приготовления липидов крови для хроматографического исследования / К.М. Синяк, М.Я. Оргель, В.И. Крук // Лаб. Дело. –1976. –№1. – С.37-41. 121. Сиренко, Л. А. Биологически активные вещества водорослей и качество воды / Л. А. Сиренко, В.Н. Козицкая. – Киев: Наукова думка, 1988. –254 с. 122. Сиренко, Л. А.Цветение воды и евтрофирование / Л. А. Сиренко, М. Я. Гавриленко. - Киев: Наукова думка, 1978. – 232 с. 123. Старикова, Н.Д. Углеводы в Черном море / Н.Д. Старикова, О.Г. Яблокова // Океанология. –1972. –Т.12. –№3. –С. 431-435. 124. Степанова, Г.М. Биохимическая характеристика некоторых компонентов гидрофауны водоемов Молдавии / Г.М.Степанова, З.А. Виноградова // Изв. АН. СССР. Сер. биол. и хим. наук. –1970. –№1. –С. 39. 125. Сярки, М. Т. Зоопланктон Онежского озера / М. Т. Сярки // Биоресурсы Онежского озера. – Петрозаводск. –2008. –С. 43-54. 126. Теканова, Е. В. Вклад первичной продукции в содержание органического углерода в Онежском озере / Е. В. Теканова // Биология внутренних вод, –2012. – №4. – С.38 - 43. 127. Теканова, Е. В. Первичная продукция-основа формирования кормовой базы Онежского озера / Е. В. Теканова // В кн: Биоресурсы Онежского озера. – Петрозаводск: Кар НЦ РАН. – 2008. – С.36-43. 128. Тимакова, Т. М. Бактериальные процессы продукции и деструкции органического вещества / Т. М. Тимакова // Онежское озеро. Экологические проблемы. – Петрозаводск: Кар НЦ РАН. – 1999. – С.174-191. 129. Тимакова, Т. М. Бактериопланктон как пищевой ресурс для развития зоопланктона / Т. М. Тимакова // В кн: Биоресурсы Онежского озера. – Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2008. – С. 43-53. 130. Тимакова, Т. М. Современное состояние экосистемы Онежского озера и тенденции ее изменения за последние десятилетие / Т. М. Тимакова, А. 161 В.Сабылина, Т. Н. Полякова, М. Т. Сярки, Е. В. Теканова, Т. А. Чекрыжева // Труды Кар НЦ РАН. –2011. – №4, – С. 42- 49. 131. Ткач, Н.П. Роль липидов в эколого-биохимических адаптациях литоральных гаммарид Белого моря: автореф. дис. канд. биол. наук: 03.00.04. - M, 2007. –196 с. 132. Умнова, Л.П. Первичная продукция фитопланктона, содержание хлорофилла «а» и сестона в воде залива Большое Онего Онежского озера / Л.П. Умнова // Лимнологические исследования на заливе Онежского озера Большого Онего. Л.: Зин РАН, 1982. –С.81-93. 133. Усов, А.И. Полисахариды водорослей / А.И. Усов, Г.П. Смирнова, Н.Г. Клочкова // Известия РАН. – 2005. –№5. – С. 1245-1249. 134. Усов, А.И. Полисахариды водорослей. Выделение фракций фукоидана из бурой водоросли / А.И. Усов, А.В. Кирьянов // Биоорганическая химия. – 1994. – Т.20. – №12.– С. 1342-1348. 135. Усов, А.И. Химические исследования водорослей / А.И.Усов, О.С. Чижов. – М.: Наука, 1998. –234 с. 136. Федоров, В.Д. Некоторые итого изучения первичной фитопланктона Белого моря / В.Д. Федоров, М.Н. Корсак, Ю.А. продукции Бобров // Гидробиол. журн. – 1974. – Т. 10. – №5. – С. 9-14. 137. Федоров, В.Д. Экологические исследования фитопланктона / В.Д. Федоров, Л. В. Ильяш, Т.И. Кольцова, К.К. Сарухан-Бек, Н.А. Смирнов, В.В. Федоров // Белое море. Биологические ресурсы и проблемы их рационального использования. – СПб, 1995. – Т.1. – С. 79-91. 138. Фрейндлинг, А.В. Зарастание разнотипных озер Карелии (продукционный и динамический аспекты): автореф. дисс… канд. биол. наук: 03.00.18 / Фрейндлинг Александр Владимирович. – М., 1982. –24 с. 139. Хайлов, К. М. Экологический метаболизм в море / К. М. Хайлов. – Киев: Наукова думка, 1971. – 252 с. 140. Хелтд, Г.В. Биохимия растений / Г.В. Хелтд. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. – С. 201-223. 162 141. Чекрыжева, Т. А. Фитопланктон как компонент биоресурсной базы Онежского озера / Т. А. Чекрыжева // Биоресурсы Онежского озера. – Петрозаводск: Кар НЦ РАН, –2008. – С. 24-36. 142. Шаова, Л. Г. Самоочищение природных вод от редуцирующих сахаров: автореф. дисс. на соискание ученой степени канд. хим. наук. Новочеркасск, 1971. –186 с. 143. Шапиро, Я.С. Биологическая химия: Учебное пособие / Я.С. Шапиро, СПб.: Элби-Спб, 2004. – 368 с. 144. Шевченко, Н.М. Полисахаридный и липидный состав бурой водоросли Laminaria gurjanovae / Н.М. Шевченко, С.Д. Анастюк, Н.И. Герасименко, П.С. Дмитренок, В.В. Исаков, Т.Н. Звягинцева // Биоорганическая химия. –2007. – Т. 33. – №1. – С. 96-107. 145. Юнева, Т.В. Сравнительная характеристика липидного состава и двигательной активности Calanus euxinus диапаузирующей экогруппы / Т.В. Юнева, Л.С. Светличный, A.M. Щепкина // Гидробиол. журнал. – 1998. – 34. –№ 1. – С.74 - 85. 146. Aach, H.G. Die grünlage Chlorella als Nährungsmittel / H.G. Aach // J. Kosmos. –1955. –V. 51. –№ 8. –Р.532. 147. Ackman, R.G. Lipids and fatty acids of two species of North Atlantic Krill (meganyctiphanes norvegica and Thysanoessa inermus) and their role in the aquatic food / R.G. Ackman, C.A. Eaton, I.C. Sipos, S.N. Hoper S.N. // J. Fish Res. Board Canada. –1980. –Vol.27. –№3. –P. 513-533. 148. Ackman, R.G. Some details of the fatty acids and alcohols in the lipids of North Atlantic copepods / R.G. Ackman, B. A. Zinke, J. Hingley // J. Fish. Res. Board Canada. – 1974. – Vol. 31. – P. 1818-1821. 149. Agatova, A.I. The organic mater of the White Sea: the rates of transformation and the regeneration of nutries in summer / A.I. Agatova // Russian J. Aquatic Ecol. – 1993. –№1. – C. 35-48. 163 150. Agatova, A.I. The organic matter of the White Sea: the rates of transformation and the regeneration og nutrient in summer / A.I. Agatova, E.V. Dafner, V.V. Sapozhnikov, N.I. Torgunova // Rus. J. Aqutic Ecol. –1993. – V.2. – №1. – P. 35-48. 151. Arnosti, C. Oligosacharide degradation by anaerobic marine bacteria: Characterization of an experimental system to study polymer degradation in sediments / C. Arnosti, D.J. Repeta // Limnol. And Oceanogr. – 1994. – Vol.34. –№ 8. – P. 18651877. 152. Basson, M. Etude en fluorescence des membrananes d’Euglena gracilis soumise au cadmium / M. Basson //Oceanic. –1991, –Vol. 17. –№3. – P. 237 -240. 153. Benner, R. Bulk chemical charactiristics of dissolved organic matter in the ocean / R. Benner, J.D. Pakulski, M. Mc Carthy, J.L. Hedges, P.G. Hatcher // Science. – 1992. – №255. – P.1561-1564. 154. Bhat, K. I. Biochemical composition of zooplankton of Bombay High (oil platform) area in the Arabian sea / K. I. Bhat, A.B. Wagh // Indian J. Mar. Sci. – 1992. – Vol.21. – № 3. – P. 220-223. – англ. // РЖ: 04 Биология – 1994. - № 2. – 1А2159. 155. Birge, E. The inland lakes of Wisconsin. The planktonic quantity Chemical composition / E. Birge, Ch. Juday // Wisc. Geol. a Natural History Survey Bull. – 1922. – Vol.64. – P.1-222. 156. Blumer, M. Hydrocarbons of marine phytoplankton / M. Blumer, R.L. Guillard, T. Chase // Marine Biol. –1971. –V.8. –№ 3. – P.183. 157. Borsheim, K.Y. Photosynthetic algal production, accumulation and release of phytoplankton storage carbohydrates and bacterial production in a gradient in daily nutrient supply / K.Y. Borsheim, O. Vadstein, S.M. Myklestad, H. Reinertsen, S. Kirkvold, O. Olsen // J. Plankton Res. – 2005. – Vol. 27. – P. 743-755. 158. Bhosle, N. B. Particulate carbohydrates in the Arabian Sea / N. B. Bhosle, A. B. Wagh // Oceanologica Acta. –1989. –Vol. 12. –№ l. –P. 57-63. 159. Cauwet, G. DOM in the coastal zone / G. Cauwet // In: Hansell, D.A., Carlson, C.A. (Eds.), Biogeochemistry of Marine Dissolved Organic Matter. Acadimic Press, Amsterdam. –2002. –P. 579-609. 164 160. Chevolot L. Les sucres / L. Chevolot // Oceanis. –1998. –V.14. –№ 2. – P. 317319. 161. Clarke, H.T. The lipids of diatoms / H.T. Clarke, A. Mazure // J.Biol.Chem. – 1941. – Vol.141. – №.2. – P.283-289. 162. Cobelas, M.A. Lipids in microalgae. A review 1. Biochemistry / M.A. Cobelas, J.Z. Lechado // Informacion. – 1989. –Vol. 40. – №2. –P.118-145. 163. Cohen, Z. Fatty Acid Unsaturation in the Alga Porphyridium cruentum / Z. Cohen, D. Shiran, I. Khozin, Y.M. Heimer // Biochim. Biophys, –№1344. – P. 59-64. 164. Collyer, D.M. Studies on fat accumulation by algae / D.M. Collyer, G.E. Fogg // J. Exper. Bot. –1955. –V. 6. –№17. – Р. 256. 165. Dische, Z. New color reaction for determination of sugars in polysaccharides / Z. Dische // Methods of biochemical analysis. – 1955. – Vol. 2, – P. 313-358. 166. Degens, E.T. Biochemical compounds in off shore California sediments and sea water / E.T. Degens, J.H. Reuter, K.N.F. Shaw // Geochim. cosmochim. acta. – 1964. – Vol. 28. – № 1. – C.45-66. 167. Dubois, M. Colorimetric method for determination of sugars and related substances / M. Dubois, K. A. Gilles, J. K. Hamilton, P. A. Rebers, F. Smith // Analytical Chemistry. –1956. –Vol. 28. –№3. – P. 350-356. 168. Falk-Petersen, S. Lipid biomarkers and trophic linkages between ctenophores and copepods in Svalbard waters / S. Falk-Petersen, T.M. Dahl, C.L. Scott et al. // Mar. Ecol. Prog. Ser. –2002. –Vol. 227. – P.187-194. 169. Falk-Petersen, S. Climate variability and possible effects on Arctic food chains: The role of Calanus / S. Falk-Petersen, V. Pavlov, S.Timofeev et al. // Arctic-alpine ecosystems and people in a changing environment. Springer verlag. Berlin. –2006. 170. Farkas, T. Seasonal changes in the fat content of Crustacea plankton in lake Balaton / T. Farkas, S. Herodek // Ann. Inst. Hung. Acad. Sci. –1960. –Vol. 27. – P. 37. 171. Farkas, T.Összchasonlito vizsgalatok alacsonyabb es magasabbrendiirakok kemial összetetelen / T. Farkas // Magyar tud. akad. Tihanyi. boil. kutato in. evk. –1958. –Vol.25. – P.179-186. 165 172. Frings, C. S. A colorimetric method for determination of total serum lipids based on the sulfophosphovanillin reaction / C. S. Frings, R.T. Dunn // Amer. J. Clin. Pathol. –1970. –Vol.53. – P.89. 173. Fogg, G.E. Photosynthesis formation of fats in a diatom / G.E. Fogg // Ann. Bot., N.S. –1956. – Vol. 20. – №78. – P.265-286. 174. Fogg, G.E. The metabolism of algae, – 1953. – London: Methuen; New York: John Wiley. – 149 p. 175. Folch, J. A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues / J. Folch, M. Lees, G.H. Sloane-Stanley // Biol. Chem. –1957. –Vol. 226. – №1. – P. 497-509. 176. Garret, W.D. The organic chemical composition of the cean surface / W.D. Garret // Deep-Sea Res.1967. V.14. №2.P. 221. 177. Gerin, C. Iatoscan – measured particulate and dissolved lipids in the AlmeriaOran frontal system (Almofront – 1, May 1991) / C. Gerin, M. Goutx // J. Mar. Syst. – 1994. – Vol.5. – P. 343-360. 178. Graeve, M. The fate of dietary lipids in the Arctic ctenophore Mernensia ovum (Fabricius 1780) / M. Graeve, M. Ludberg, M. Böer, G. Kattner, H. Hop, S. FalkPetersen // Mar. Biol. – 2008. – V.153. – P.643-651. 179. Gors, S. Dissolved organic matter along the eutrophication gradient of the Darβ– Zingst Bodden Chain, Southern Baltic Sea: I. Chemical characterization and composition / S. Gors, D. Rentsch, U. Schiewer, U. Karsten, R. Schumann // Marine Chemistry. – 2007. –Vol. 104. –P.125–142. 180. Kanazawa, A. Sterols of the suspended matters in sea water / A. Kanazawa, S. Teshin // J. Oceanogr. Soc. Japan. –1971. –V.27. –№5. –Р. 207-212. 181. Hagen, W. Seasonal adaptations and the role of lipids in marine zooplankton / W. Hagen, H. Auel. // Mar. Zoology. –2001. –V.104. –P.607-618. 182. Handa, N. Carbohydrate metabolism in the marine diatom Skeletonema Costatum / N. Handa // Mar. Biol. – 1969. – Vol. 4. – № 2. – P. 208-214. 166 183. Handa, N. Distribution of detrital materials in thq Western Pacific Ocean and their biochemical nature / N. Handa, K. Yanagi, K. Matsunaga // Mem. Ist. Ital. idrobiol. –1972. – V. 29. –P.53-71. 184. Handa, N. Dissolved and particulate carbohydrates / N. Handa // In. Organic matter in natural waters. Inst. Mar. Sci., Univ. Alaska, Occass. Publ. – 1970. – № 1. – P. 129-152. 185. Handa, N. Examination on the applicability of the phenol sulfuric acid method to the determination of dissolved carbohydrate in seawater / N. Handa // C. Ocean. Society of Japan. – 1966. – Vol. 22. – № 3. P. 311. 186. Hayashi, K. Состав жирных кислот ацетонрастворимых липидов 17 видов морских водорослей, входящих в сотав бентоса / K. Hayashi, S. Kida, K. Kato, M. Yamada // Buli. Jap. Soc. Sci. Fish. – 1974. – Vol.40. –№6. –P.609-617. 187. Hedges, J. J. Global biogeochemical cycles: progress and problems / J. J. Hedges // Mar. Chem. – 1992. – Vol. 39. – P. 67-93. 188. Hirche, H.J. Life cycle of the copepod Calanus hyperboreus in the Greenland Sea / H.J. Hirche // Mar.Biol. – 1997. – Vol. – 128. – P.607-618. 189. Holm-Hansen, О. The distribution and chemical composition of particulate material in marine and fresh waters / О. Holm-Hansen // Mem. Ist. ital. gydrobiol. Dott. M. March. – 1972. – Vol. 29. – P. 37. 190. Holm-Hansen, О. Ecology, physiology and biochemistry of bluegreen algae / О. Holm-Hansen // Annual Rev. Microbiol. – 1968. – Vol.22. – N 47. – P. 47-70. 191. Holm-Hansen, О. Quantitative microdetermination of lipid carbon in microorganism / О. Holm-Hansen, J. Coombs, B.E. Valconi, P.M. Williams // Anal. Biochem. –1967. –V. 19. –№3. –P.561. 192. Ittekkot, V. Dissolved Free and Combined Carbohydrates during a Phytoplankton Bloom in the Norther North Sea / V. Ittekkot, U. Brockmann, W. Michaelis, E.T. Degens // Mar. Ecol. Prog. Ser. –1981. –V. 4. –P. 299-305. 193. Shifrin, N.S. Phytoplankton lipids: Interspecific differences and effects of nitrate, silicate and light-dark cycles / N.S. Shifrin, S.W. Chisholm // J. of Phycology. – 1981. – Vol.17. – N 4. – P. 374-384. 167 194. Holton, R. Effect of growth temperature on the fatty acid composition of a blue – green alga / R. Holton, H. Blecker, M. More // Phytochem. – 1964. – Vol.3. – № 5. – P. 595-598. 195. Ladoga and Onego Great European Lakes. Observation and Modelling // Eds. L. Rukhovets, N. Filatov. Springer-Praxis, 2010. –302 p. 196. Lancelot, C. Carbon-nitrogen relationship in nutrient metabolism of a coastalmarine ecosystem / C. Lancelot, G. Billen // In: Advances in aquatic microbiology (In press).Jannasch HW. London. – 1985. – Vol 3. – P. 263- 321. 197. Laur, M.H. Sur les lepides neutres de trois fucacees des cotes francaises / M.H. Laur, P. Q. Leim // C.R. Acad. Sci. – 1970. – №20. – P. 1752. 198. Lee, R.F. Importance of wax esters and other lipids in marine food chain phytoplankton and copepods / R.F. Lee, J.C. Nevenzel, G.A. Pattenhöer // Marine Biol. – 1971. – V. 9. – №32. – Р.99. 199. Lee, R.F. Lipids of zooplankton from Bute Inlet, British Columbia / R.F.Lee // J. Fish. Res. Board Canadae. – 1974. – Vol. 31. – №10. – P. 1577. 200. Lewis, G. J.Carbohydrate in seawater / G. J. Lewis, N. W. Rakestrow // J. Marine Research. – 1955. – Vol. 14, – P. 235-258. 201. Low, E.M. Studies on some chemical constituents of diatoms / E.M. Low // J. Marine Res. – 1955. – V. 14. – № 2. – P. 199. 202. Lovern J.A. The fats of some aquatic plants / J.A. Lovern // Biochem. J. –1936. – V. 36. –№3. – Р.387. 203. Jeffrey, L.M. Lipids of ocean water / L.M. Jeffrey, B.F. Pasby // In: Advances in organic Geochemistry. –London: Pergamon Press, 1964. – P. 175-197. 204. Jeffrey, L.M. Lipids of marine water / L.M. Jeffrey // In: Organic matter in natural waters. Inst. Mar. Sci. Univ. Alaska, Occass. Publ. – 1970. – №1. – P.55-76 . 205. Johnson, K.M. Dissolved carbohydrates in seawater / J K.M. Johnson, J. McN. Sieburth // Mar. Chem. – 1977. – V. 5. – P.1-13. 206. Josefsson, B. Automatic spectrophotometric procedures for the total amount of dissolved carbohydrates in seawater / B. Josefsson, Z. Uppsström, Y.Östling // DeepSea Res. – 1972. – V.19. – P.385-395. 168 207. Materasi, R. Some considerations on the production of lipid substances by microalgae and cyanobacteria / R. Materasi, C. Paoletti, W. Balloni, C. Florenzan . Some considerations on the production of lipid substaces by micro-algae and cyanobacteria // Algae biomass. Amsterdam: Elsevier / North / Holand Biomed. Press. –1980. –P.619625. 208. Momzikoff, A. Field study of the chemical characterization of the upper ocean surface using various samplers / A. Momzikoff, A. Brinis, S. Dallot, G. Gondry, A. Saliot, P. Lebaron // Limnology and Oceanography: Methods. – 2004. –Vol. 2. – P. 374–384. 209. Morse, E. E. Antron in estimating low concentrations of sucrose. / E. E. Morse // Anal. Chem. – 1947, – Vol. 19. – P. 1012. 210. Mopper, K. Improved chromatographic separation on anion exchange resins. III. Sugars in borate medium / K. Mopper // Anal. Biochem. – 1978. – V.87. – P.162-168. 211. Myklestad, S.M. Dynamics of carbohydrates in the Norwegian Sea inferred from monthly profiles collected during 3 years at 66°N, 2°E / S.M. Myklestad, K.Y. Borsheim // Marine Chemistry. – 2007. – Vol.107. – P. 475-485. 212. Myklested, S.M. Dissolved organic carbon from phytoplankton / S.M. Myklested // In: Wangersky P (Ed.) The Handbook of Environmental Chemistry (D). Marine Chemistry. Springer Verlag, Berlin. – 2000. – P. 111-148. 213. Myklestad, S. M. Production of carbohydrates by marine planktonic diatoms. I. Comparison of nine different species in culture / S. Myklestad // J. Exp. Mai. Biol. Ecol. –1974. –Vol. 15. –P. 261-274. 214. Myklested, S.M. Rare of release of amino acids and carbohydrates from the marine diatom Chaetoceros affinis / S.M. Myklested, O. Holm-Hansen, K.M. Vårum, B.E. Volcani // J. Plankton Res. –1989. –Vol.11. –P.763-773. 215. Oijen, V. Carbohedrate meyabolism of phytoplankton during an in sita iron enrichement / V.Oijen // Ber. Polar. und Meeres forsch. –2001. –№400. –P.165-170. 216. Orcutt, D.M. Sterol, fatty acid and elemental composition of diatoms grown in chemically defined media / D.M. Orcutt, G.W. Patterson // Compar. Biochem. Physiol. –1975. –Vol.50. –№4. –P.579-583. 169 217. Oppute, F.I. Lipid and fatty acids composition of diatom / F.I. Oppute // J. exper. Bot. –1974. –V. 25. –№ 87. –Р. 823. 218. Parsons, T.R. Suspended organic matter in seawater / T.R. Parsons // In M. Sears [ed.]: Progress in oceanography. – 1963. – V. 1. P. 203-239. Pergamon press. 219. Parsons, T.R. On the chemical composition of eieven species of marine ptytoplanters / T.R. Parsons, K. Stephens, J.D. Strickland // J. Fish. Res. Board Canada. –1961. – V. 18. – № 6. 220. Pakulski, J.D. Abundance and distribution of carbohydrates in the ocean / J.D. Pakulski, R. Benner // Limnol. Oceanogr. –1994. –Vol. 39. – P. 930-940. 221. Panagiotopoulos, C. Analytical methods for the determination of sugars in marine samples: a historical perspective and future directions / C. Panagiotopoulos, R. Sempere // Limnol. Oceanogr.: Methods. Rittenberg, S. C. –2005. –Vol. 3. – P. 419-454. 222. Patterson, G.W. Effect of culture temperature on fatty acid composition of Chlorella sorokiniana / G.W. Patterson // Lipids. –1970. –V. 5. –№7. –P. 597. 223. Pourriot, R. Teneurs en proteins, lipids et glucides de zooplanktons d’eau douce / R. Pourriot, L. Leborgne // Ann. hydrobiol. –1970. –V.1. –№2. –Р.171. 224. Raymont, J.E.G. Biochemical studies on marine zooplankton / J.E.G. Raymont, J. Austin, E. Linford // J.Marine Biol., Ann.U.K. –1968. –Vol. 48. – № 3. – P. 735-760. 225. Reid, M.H. Syntethesis of sugars in potentially prebiotic conditions / M.H. Reid, L.E. Orgel // Nature. –1967. –Vol. 216. –P.455. 226. Reportof SCORE – UNESCO working group 17 on determination of photosynthetic pigments, 1964. –Paris: UNESCO. –P.1-12. 227. Ricketts, T.R. On the chemical composition of some unicellular algae // T.R. Ricketts // Phytochemistry. –1966. –V.5. –№5. –Р. 67. 228. Rittenberg, S. C. Biogeochemistry of sediments in Experimental Mohole / S. C. Rittenberg, K.O. Emery, J. Hulsemann, E.T. Degens, R.C. Fay, J.H. Reuter, J.R. Grady, S.H. Richardson, E.E. Bray // J. Sedim. Petrol. –1963. –Vol. 33. – № 1. – P.140-172. 170 229. Rozentsvet, O. A. Lipids from macrophytes of the middle Volga / O. A. Rozentsvet, V.M. Dembitsky, V.S. Zhuicova // Phytochemistry. – 1995. – V.38. – P. 1209-1213. 230. Saliot, A. Microbial activities in the Lena river delta and Laptev Sea / A.Saliot, G.Canwet, G. Cahet and et al. // Mar. Chem. –1996. – Vol. 53. – P. 247-254. 231. Saliot, A. Lipides dissous dans les eaux de mer. Etude des relations entre acides gras et organisms marins / A. Saliot, J.C. Marty // Oceanis. – 1988. – Vol.14. – №2. – P.321-330. 232. Sellner, K.G. Primary productivity and the flux of dissolved organic matter in several marine environments / K.G. Sellner //Mar.Biol. – 1981. – V.65. – P. 101-106. 233. Senior, W. Studies of carbohydrates (or carbohydrate-like substances) in an estuarine environment / W. Senior, L. Chevolot // Mar.Chem. –1991. –Vol. 32. –P. 1935. 234. Shifrin, N.S. Phytoplankton lipids interspecific differences and effects of nitrate, silicate and light-dark cyles / N.S. Shifrin, S.W. Chisholm // J. Phycol. – 1981. –Vol.17. – №2. – P. 374-384. 235. Silina, A.V. Benthic Association of Bivalve with Shell Boring Polychaete and their potential food Sources / A.V. Silina, N.V. Zhukova // Oceanology. –2012. – V. 52. – №.5. – P.700-708. 236. Scott, C. L. Lipids and life strategies of Calanus finmarchicus, Calanus glacialis and Calanus hyperboreusin late autumn, Kongsfjorden, Svalbard / C. L.Scott, S. Kwasniewski, S. Falk-Petersen et al. // Polar Biol. – 2000. – Vol. 23. – P. 510-516. 237. Skood, A. Bacteria utilization of dissolved glucose in the upper water column of the Gulf of Mexico / A. Skood, B. Baddanda, R. Benner // Limnol. and Oceanogr. – 1999. –Vol. 44. – №7. – P. 1625-1633. 238. Strickland, J. D.H. A practical handbook of seawater analysis / J. D.H. Strickland, T.R. Parsons // Fish Res. Bd. Can. – 1968. – №167. – P. 311. 239. Vallentyne, J.R. Geochemistry of Carbohydrates / J.R. Vallentyne // London: Organic Geochemistry. – 1963. – P. 456-502. 171 240. Vicente, de I. Variation in transparent exopolymer particles in relation to biological and chemical factors in two contrasting lake districts / I. De Vicente, Е.О.Retuerta, I. P. Mazuecos, М. L. Pace, J. J.Cole, I. Reche // Aquatic Sciences. – 2010. – Vol.72. – P. 443 - 453. 241. Viron, C. Isolation and identification of unsaturated fatty acid methyl esters from marine micro-algal / C. Viron, A. Saunois, P. Andre, B. Perly, M. Lafosse // Analytical Chemicals Acta. – 2000. – Vol. 409. – P. 257-266. 242. Visser, S.A. A review of the distribution of fresh water lakes and rivers / S.A.Visser // Afric. J. Trop. Hydrobiol. And Fish. – 1972. – V.2. – №2. –Р. 92. 243. Volkman, J.K. Long chain alkanes and akenones in the marine coccolithophorid Emiliania Huxley / I.K.Volkman, G. Eglinton, E.D.S. Corner et al. // Phytochemistry. – 1980. –Vol. 19. – P.2619-2622. 244. Volkman, J.K. Fatty acid and lipids composition of 10 species of microalgae used in mariculture / J.K. Volkman, S.W. Jeffrey, P.D. Nichols, G.I. Roger, C.D. Garland // J. Exp. Mar. Biol. – 1989. –Vol. 128. –P.219-240. 245. Walsh, D.E. Tin-layer chromatographic separation and colorimetric analysis of barley or malt lipid classes and their fatty acids / D.E.Walsh, O.J. Banasik, K.A. Gilles // J. of Chromatogr. Volkman, I.K. – 1965. –Vol. 17. –№2. –P.278-294. 246. Wangersky, P. J. Dissolved carbohydrate in Long Island Sound / P. J. Wangersky // Bull. Bingham Oceanogr. Coll. – 1959. – Vol. 17. – P. 267-274. 247. Werner, D. Die Kieselsäure in Stoffwechsel von Cyclotella cryptica Reiman Lewin und Guiltlard / D. Werner // Arch. Microbiol. – 1966. – Vol. 55. –№3. – P. 278308. 248. Williams, P.J.B. Biological and chemical aspects of dissolved organic material in sea water // Chemical Oceanography (Acad. press). London-New-York- San Francisco. – 1975. –V. 2. – P. 301-363. 172
