Биология моря, 2021, T. 47, № 5, стр. 359-364
Представлены первые данные по содержанию золы, органического углерода, белков, липидов, а также широкого спектра макро- (Na, Mg, P, S, K, Ca), микро- (Li, Be, B, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Cs, Ba, Re, Hg, Tl, Pb, Bi, Th, U) и редкоземельных элементов (Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) в бурых водорослях Laminaria digitata и Fucus distichus из заливов восточного побережья Архипелага Новая Земля (Карское море).
Ключевые слова: Арктика, бурые водоросли, зола, органический углерод, белки, липиды, химические элементы
Изучение химического состава макрофитов, а также оценка их роли в концентрировании и преобразовании форм нахождения и миграции макро- и микроэлементов в океане являются одним из приоритетных разделов морской биогеохимии (Саенко, 1992; Христофорова, Чернова, 2005). Несмотря на длительную историю исследований, получение новых данных до сих пор остается актуальной задачей. Это связано с широким использованием элементного состава водорослей в экологическом мониторинге и оценке антропогенного воздействия на морские экосистемы (Саенко, 1992; Чернова, Шулькин, 2019). Исторически в большинстве публикаций оценивалось содержание сравнительно небольшого набора элементов, как правило, макроэлементов и/или некоторых тяжелых металлов и металлоидов (Саенко, 1992; Чернова, Шулькин, 2019). Однако современное развитие высоких технологий, создание новых композитных материалов и сплавов определяют интенсивное промышленное использование широкого спектра микро- и редкоземельных элементов, которым до недавнего времени уделялось очень мало внимания со стороны исследователей в области экологического мониторинга и охраны морских экосистем (Adeel et al., 2019; Pooja et al., 2020). Из-за потенциальных экотоксикологических рисков, связанных с антропогенным поступлением в окружающую среду этой группы элементов, недавно она была определена как “новые возникающие загрязнители” (new emerging pollutants) (MacMillan et al., 2017; Gwenzi et al., 2018). Необходимо отметить, что в настоящее время комплексные данные о фоновых концентрациях элементов, относящихся к новой группе загрязняющих веществ в морских организмах, ограничены единичными публикациями (Лобус, 2016; Лобус и др., 2018; Lobus et al., 2019), а роль первичных продуцентов в их биоаккумуляции и трофодинамике в морских экосистемах не исследована (Gwenzi et al., 2018; Pooja et al., 2020).
Целью нашей работы являлось комплексное изучение химического состава бурых водорослей Laminaria digitata (Hudson) J.V. Lamouroux, 1813 и Fucus distichus (Linnaeus, 1767) из заливов восточного побережья архипелага Новая Земля (Карское море).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Материал для исследований был собран в 128-м рейсе НИС “Профессор Штокман” (сентябрь 2014 г.) и 63-м рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” (сентябрь–октябрь 2015 г.) в поясе фитали четырех заливов восточного побережья архипелага Новая Земля (рис. 1).
Рис. 1.
Карта района исследований.
Поселения макрофитов, основу которых составляли талломы Laminaria digitata, располагались в зоне верхней сублиторали на глубине от 2 до 20 м. Исключением являлся Fucus distichus, фрагментарные скопления которого также встречались на более освещенных участках с глубинами до 0.5–1 м. Биотопические различия фитали, определяющие поступление различных химических элементов, в том числе биогенных, связаны с особенностями питания и водообмена данных заливов. Заливы Благополучия и Цивольки (о-в Северный) характеризуются большей глубиной (до 180–200 м) и узкой сублиторальной зоной, а также ледниковым питанием и интенсивным поступлением мелкодисперсного терригенного материала. Это определяет высокое содержание взвешенного вещества в водах заливов и их очень низкую прозрачность. Макрофиты встречаются здесь достаточно фрагментарно. Заливы Степового и Абросимова (о-в Южный), напротив, обладают обширными мелководьями с глубиной от 5 до 30 м, что способствует развитию богатых поселений макрофитов. За счет впадения нескольких рек данные заливы характеризуются смешанным типом питания. При этом для всех заливов характерен активный водообмен с прилегающей акваторией Карского моря (Недоспасов, Поярков, 2021).
В судовой лаборатории талломы водорослей тщательно промывали фильтрованной морской водой (Millipore, ∅ 0.45 мкм) для удаления слизи и ассоциированных с ней частиц органоминерального детрита. Затем пробы дважды промывали дистиллированной водой и однократно Milli-Q, высушивали в сушильном шкафу при температуре 50°С до постоянной массы и хранили в герметичных контейнерах. В стационарной лаборатории пробы водорослей измельчали в шаровой агатовой мельнице и разделяли на 5 равных частей. В каждом заливе было отобрано по 3 образца соответствующего вида водорослей.
Содержание золы определяли гравиметрическим методом. Пробы водорослей нагревали при температуре 225 ± 25°С в течение 1 ч, а затем сжигали при температуре 525 ± 25°С в течение 5 ч (Лобус и др., 2020).
Содержание органического углерода (ОУ) рассчитывали по разности общего и неорганического углерода, концентрацию которых определяли высокотемпературным сжиганием на анализаторе TOC 5000-V-CPH с использованием приставки SSM-5000A (Shimadzu, Япония) по стандартной методике (Лобус, 2016; Lobus et al., 2019).
Общее содержание белков определяли спектрофотометрическим методом по Лоури (Postel et al., 2000), концентрацию липидов – гравиметрическим методом по Фолчу (Postel et al., 2000). Трехкратную экстракцию липидов проводили смесью растворителей метилен−метанол в соотношении 2 : 1 с использованием ультразвуковой бани “Branson-1210”. Нелипидные примеси удаляли 0.05% раствором CaCl2 (Лобус и др., 2018, 2020).
Содержание макро- (Na, Mg, P, S, K, Ca), микро- (Li, Be, B, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Cs, Ba, Re, Hg, Tl, Pb, Bi, Th, U) и редкоземельных элементов (Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) определяли, применяя методы атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой с использованием спектрометров iCAP-6500 Duo и Х-7 (Thermo Scientific, США). Разложение анализируемых образцов проводили в смеси концентрированных HNO3 и Н2О2 в соотношении 3 : 1 с использованием автоклава Анкон-АТ-2 (Россия) (Лобус, 2016; Lobus et al., 2019). Пределы обнаружения содержания элементов представлены в таблицах 2–4. Для каждой пробы анализ содержания золы, белков, липидов, органического углерода и химических элементов выполнен в трех повторностях. Концентрацию определяемых показателей для отдельной пробы рассчитывали как среднее значение по трем параллельным измерениям.
Таблица 1.
Содержание органического углерода, золы, белков и липидов (в % сух. массы) в Laminaria digitata и Fucus distichus из заливов архипелага Новая Земля
| Соединение | Laminaria digitata | Fucus distichus | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| зал. Благополучия | зал. Степового | зал. Абросимова | среднее* | зал. Цивольки | зал. Степового | зал. Абросимова | среднее* | |
| ОУ | 32.92 | 29.18 | 32.21 | 33.77 ± 3.19 | 34.89 | 36.54 | 33.68 | 35.04 ± 1.02 |
| Зола | 20.05 | 32.08 | 24.22 | 25.45 ± 4.32 | 15.02 | 14.92 | 20.37 | 16.77 ± 2.21 |
| Белки | 4.31 | 9.03 | 6.47 | 6.60 ± 1.67 | 5.94 | 6.01 | 9.77 | 7.24 ± 1.55 |
| Липиды | 1.31 | 1.01 | 1.49 | 1.27 ± 0.17 | 2.52 | 3.21 | 1.63 | 2.45 ± 0.56 |
Источник