отчетНИСеминар_БФ_Б_Тема3_Бородина

Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт фундаментальной биологии и биотехнологии
Кафедра биофизики
ТРОФОМЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ЗООПЛАНКТОНА И ФИТОПЛАНКТОНА В
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ПРОТОЧНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ
СИСТЕМЕ
Руководитель:
к.б.н., с.н.с.
института биофизики СО РАН
Выполнил:
студент ББ11-03М
Красноярск 2012
А.П. Толомеев
И.М. Бородина
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ
Качество воды природных водоемов тесно связано со
структурой и плотностью биомассы микроводорослей,
важнейшим фактором регуляции которых является
зоопланктон. Оценка изменения количества фитопланктона в
результате их взаимодействия с хищником необходима для
построения
эколого
математических
моделей,
направленных на составление прогноза и управления
качеством воды.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Оценки
прямого
и
метаболитного
влияния
доминирующего вида зоопланктона озера Шира
Arctodiaptomus salinus (Calanoida, Copepoda) на
численность и размерный состав микроводорослей.
ЗАДАЧИ РАБОТЫ
1.
Определить прямое (выедание) и стимулирующее (метаболитное)
влияние Arctodiaptomus salinus на численность фитопланктона озера
Шира в проточной системе.
4.
Разработать блок-схему взаимодействий зоопланктона, фитопланктона
и
лимитирующего
биогенного
элемента
(фосфора)
для
дифференциально-проточной системы.
5.
Построить математическую модель, описывающую динамику
биомассы фитопланктона в дифференциально-проточной системе.
Потребление клеток микроводорослей зоопланктоном задается
уравнением типа Моно, рост фитопланктона определяется клеточной
квотой биогенного элемента (Droop model).
3.
С помощью модельных расчетов, проверить гипотезы метаболитного и
сигнально-метаболитного влияния Arctodiaptomus salinus на скорость
роста фитопланктона озера Шира.
ЗАДАЧИ РАБОТЫ
4.
5.
6.
Разработать блок-схему взаимодействий зоопланктона, фитопланктона
и
лимитирующего
биогенного
элемента
(фосфора)
для
дифференциально-проточной системы.
Построить математическую модель, описывающую динамику
биомассы фитопланктона в дифференциально-проточной системе.
Потребление клеток микроводорослей зоопланктоном задается
уравнением типа Моно, рост фитопланктона определяется клеточной
квотой биогенного элемента (Droop model)
Выполнить предварительный качественный анализ динамики
компонентов модели при влиянии и в отсутствии хищника.
ФОТОГРАФИИ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ НА
FLOWCAM
Dictyosphaerium
tetrachotomum
Lyngbya contorta
Aphonothece
700
Количество клеток фитопланктона, шт
600
Диаграмма питания зоопланктона микроводорослями по
эквивалентному сферическому диаметру.
500
Достоверная разница
400
control
exp
300
200
100
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
Размерный спектр клеток фитопланктона, мкм
23
25
27
Рост микроводорослей
обусловлен
А) РостБ)
микроводорослей
обусловлен
высокойработой
скоростью
сигнального механизма.
рециркуляции
биогенов
потребление
фитопланктона
выделение
биогенов
сигнал
D*Phyto0
Схема основных блоков модели и
преобразования веществ
Фитопланктон
Phyto
µmaxZoo * Phyto
(Kzoo + Phyto)
Зоопланктон
Zoo
Клеточная
квота
Phyto
Quota
D*Phyto
Vmax * Nutr
(ku + Nutr)
D*N0
α
Питательные вещества
Nutrient
D*N
3
Биомасса, мг/л
2.5
2
Phyto
Nutr
Quota
1.5
1
0.5
0
0
2
4
6
Время, дни
8
10
Динамика биомассы фитопланктона в
зависимости от минерального питания в
присутствии зоопланктона
7
Биомасса, мг/л
6
5
Phyto
Nutr
Quota
4
3
2
1
0
0
2
4
6
Время, дни
8
10
ВЫВОДЫ
1. Разработана блок-схема взаимодействий фитопланктона и зоопланктона, на
основе, которой возможно построение математической модели, адекватно
описывающей прямое (хищничество) и метаболитное влияние зоопланктона
на численность микроводорослей.
2. Построена тестовая математическая модель, позволяющая описать динамику
биомассы фитопланктона в лабораторной дифференциально-проточной
системе. Модель реализована на языке VBA 2007.
3. Построенные модели динамики биомасс фитопланктона наглядно
демонстрируют положительное влияние хищника на численность
микроводоослей.
Предполагается
применение
этих моделей для
подтверждения одной из гипотез стимуляции роста микроводорослей
зоопланктоном. В конечном итоге предполагается применять модели к
анализу динамики биомасс фитопланктона, оценке первичной продукции и
биопродуктивности водных экосистем.