Пространственно-временная изменчивость таксономического состава и обилия пикофитопланктона в субарктических водах (на примере Белого моря)НИР

Spatial-temporal variability of the taxonomic composition and abundance of picophytoplankton in subarctic waters (the White Sea as an example)

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Пространственно-временная изменчивость таксономического состава и обилия пикофитопланктона в субарктических водах (на примере Белого моря)
Результаты этапа: Цель проекта - выявление особенностей пространственно-временной изменчивости таксономического состава и обилия пикофитопланктона в субарктических водах (на примере Белого моря). В первый год реализации проекта выполнены следующие работы: (1) Проведена обработка проб фитопланктона (включая пробы пикофракции), отобранных ранее по акватории моря, а также выполнено сопоставление полученных данных по фитопланктону с гидрофизическими параметрами вод. (2) Проведено метагеномное секвенирование фрагмента V4 гена 18S pРНК проб пикоэукариот из льдов и подледной воды Кандалакшского залива Белого моря, а также проб летнего фитопланктона Кандалакшского и Онежского заливов. Проводится биоинформационный анализ полученных результатов секвенирования. (3) Отобраны пробы фитопланктона (включая пробы пикофракции) в Кандалакшском заливе в осенний период, проведены эксперименты для оценки вклада пиководорослей в первичную продукцию. Основные результаты работы: 1. Впервые в Белом море определен таксономический состав фотоавтотрофных пикоэукариот (размер клеток менее 3 мкм) летнего планктона Онежского и Кандалакшского заливов (июнь 2015 г.). Метагеномное секвенирование фрагмента V4 гена 18S pРНК выявило представителей таких групп водорослей как Chlorophyta, Haptophyta, Bolidophyceae, Chrysophyceae, Dictyochophyceae, Pelagophyceae, Bacillariophyta. Среди пикоформ преобладали Chlorophyta с наибольшим числом прочтений, относящихся к родам Micromonas, Ostreococcus и Bathycoccus. 2. Впервые на основе метагеномного анализа пикоэукариот в летнем планктоне выявлены филотипы рода Micromonas А,С, D, Е1 и Е2. Регистрация арктического филотипа Е2 рода Micromonas в летнем планктоне субарктического моря свидетельствует о более широком ареале распространения этого таксона, чем предполагалось ранее (Lovejoy et al., 2007) и ставит под сомнения его эндемичность для арктических вод. 3. На основе метагеномного анализа пикоэукариот сезонных льдов выявлен новый филотип Micromonas, ранее не регистрируемый ни в одном из районов Мирового океана. 4. В Онежском заливе Белого моря в третьей декаде июня 2015 г. оценено пространственное распределение видового, размерного состава и биомассы фитопланктона, концентрации хлорофилла «a», концентрации биогенных элементов в зависимости от гидрофизических условий. Выявлено относительно невысокое обилие фитопланктона в отсутствие лимитирования развития водорослей недостатком биогенных элементов. В пикофракции доминировали цианобактерии. Основными факторами, определявшими вариабельность биомассы пикоформ, являлись температура и соленость. 5. Впервые для Белого моря охарактеризовано влияние гидрофизических условий на пространственную изменчивость структуры и биомассы планктонных водорослей в период окончания летнего цветения фитопланктона. Показано, что в результате лимитирования развития диатомовых водорослей недостатком кремния, началось их оседание в ниже лежащие слои, которое зависело от локальных гидрофизических условий.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Пространственно-временная изменчивость таксономического состава и обилия пикофитопланктона в субарктических водах (на примере Белого моря)
Результаты этапа: 1. Впервые оценен таксономический состав фотосинтезирующих пикоэукариот во льду Белого моря. На основе метагеномного секвенирования области V4 гена 18S рРНК выявлено присутствие таксонов, относящихся к 16 родам, 8 классам и трем супергруппам водорослей. По числу прочтений преобладали Mamiellophyceae. Выявлено скрытое разнообразие морфотипов Micromonas и Mantoniella, в частности наличие арктического филотипа Micromonas клады Е2 и нового филотипа Micromonas, ранее не регистрируемого ни в одним из районом Мирового океана, названного нами кладой F. Впервые в ледовом биотопе обнаружены такие таксоны как Micromonas клады C и Minutocellulus polymorphus. 2. Впервые оценено генетическое разнообразие малоизученного класса Bolidophyceae во льду, подледном и летнем планктоне субарктического Белого моря методом метагеномного секвенирования области V4 гена 18S рРНК. Разнообразие Bolidophyceae Белого моря насчитывает 31 филотип (с учетом двух порогов кластеризации 97% и 93%), включая филотипы, имеющие 100% сходство с Triparma pacifica и Т. strigata. Выявлена приуроченность отдельных филотипов к определённым биотопам (лед или планктон) и стадиям сезонного развития (подледный или летний планктон). Ряд филотипов встречается в разных биотопах и при широком температурном диапазоне. За счет смены генетического состава Bolidophyceae являются постоянным компонентом фотоавтотрофного планктона и ледовых сообществ. 3. Впервые оценен таксономический состав фотосинтезирующих пикоэукариот летнего планкона Онежского залива Белого моря. Метагеномное секвенирование области V4 гена 18S рРНК выявило присутствие таксонов фотосинтезирующих пикоэукариот, относящихся к восьми классам водорослей. По числу прочтений и операционных таксономических единиц преобладали Mamiellophyceae. До видового уровня идентифицированы зелёные водоросли Bathycoccus prasinos, Ostreococcus tauri и Micromonas pusila, а также диатомеи Skeletonema marinoi и Minidiscus trioculatus. 4. Выявлено, что в Онежском заливе значения численности и биомассы фототрофных пикоэукариот варьировали в широких пределах. Учитывая, что содержание биогенных элементов в период исследования превышало пороги лимитирования развития планктонных водорослей, высказано предположение, что к факторам, определявшим пространственную изменчивость количественных характеристик фототрофных пикоэукариот, возможно следует отнести структуру и динамику вод, а также различия в экологических нишах отдельных представителей этой группы. 5. Впервые дана оценка вклада мелких фотоавтотрофных жгутиковых протистов в биомассу осеннего и зимнего фитопланктона в поверхностном горизонте Кандалакшского залива Белого моря. В осенний период (сентябрь) вклад фотоавтотрофных нанофлагеллят в суммарную биомассу фитопланктона колебался от 87 до 97%, а зимой (февраль) составлял 93−98%. Биомасса фотоавтотрофных нанофлагеллят превышала биомассу гетеротрофных нанофлагеллят не только осенью, но и зимой. 6. Впервые исследована пространственная неоднородность распределения обилия пикофитопланктона в Белом море в начале лета. На 47 станциях Онежского и Кандалакшского заливав, а также Бассейна оценены численность и биомасса пикофитопланктона, его вклад в суммарную биомассу фитопланктона и зависимость этих параметров гидрофизических условий. Средние для фотического слоя значения биомассы ПФ в Онежском заливе варьировали от 0.01 до 2.74 мг С/м 3 . В Кандалакшском заливе биомасса пикофитопланктона варьировала от 0.02 до 0.89 мг С/м 3 и возрастала от вершины к устью залива, а также в направлении от Кандалакшского берега к Карельскому. На двух станциях Бассейна биомассы пикофитопланктона практически не различались, составляя в среднем 1.89±0.03 мг С/м 3 . На всей исследованной акватории основной вклад в биомассу пиководорослей давали цианобактерии. Вклад пикофитопланктона в суммарную биомассу фитопланктона в заливах не превышал 8%, тогда как на одной из станций Бассейна вклад пикоформ достигал 40.5%. В пространственном распределении пикофракции планктона проявлялись закономерности, характерные для пространственного распределения нано- и микрофитопланктона, т.е. увеличение обилия у фронтальных зон различного происхождения; низкое обилие в районах, где фотический слой меньше верхнего перемешиваемого слоя. В целом для всей исследованной акватории моря вклад пиководорослей был выше на станциях, где биомасса крупного планктона была невысокой.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Пространственно-временная изменчивость таксономического состава и обилия пикофитопланктона в субарктических водах (на примере Белого моря)
Результаты этапа: Цель проекта - выявление особенностей пространственно-временной изменчивости таксономического состава и обилия пикофитопланктона в субарктических водах (на примере Белого моря). За весь срок реализации проекта получены следующие результаты: (1) Впервые пространственная неоднородность распределения обилия пикофитопланктона - пикоцианобактерий и фотосинтезирующих пикоэукариот, оценена на значительной акватории Белого моря, включая Бассейн, Онежский и Кандалакшский заливы. Выявлена пространственная неоднородность распределения обилия пикофитопланктона. В пространственном распределении пикофракции планктона проявлялись закономерности, характерные для пространственного распределения нано- и микрофитопланктона, а именно: увеличение обилия у фронтальных зон различного происхождения; низкое обилие в районах, где фотический слой меньше верхнего перемешиваемого слоя. (2) В Онежском заливе Белого моря в третьей декаде июня 2015 г. оценено пространственное распределение видового, размерного состава и биомассы фитопланктона, концентрации хлорофилла «a», концентрации биогенных элементов в зависимости от гидрофизических условий. Выявлено относительно невысокое обилие фитопланктона в отсутствие лимитирования развития водорослей недостатком биогенных элементов. В пикофракции доминировали цианобактерии. Основными факторами, определявшими вариабельность биомассы пикоформ, являлись температура и соленость. (3) Впервые оценен таксономический состав фотосинтезирующих пикоэукариот во льду Белого моря. Выявлено присутствие таксонов, относящихся к 16 родам, 8 классам и трем супергруппам водорослей. По числу прочтений преобладали Mamiellophyceae. Выявлено скрытое разнообразие родов Micromonas и Mantoniella. Наше исследование показало наличие трех филотипов Micromonas: арктического филотипа клады Е2, филотипа клады С и филотипа Micromonas, который является новым для науки. Впервые отмечено присутствие филотипа клады С во льдах. Во льду Белого моря также выявлены четыре филотипа Mantoniella, из которых только один относится к описанному виду M. squamata. Это первая регистрация M. squamata в Белом море. Три остальных филотипа относятся к некультивируемым Mantoniella. Наличие нескольких филотипов Mantoniella во льду показано нами впервые. Кроме того, впервые в ледовом биотопе выявлена диатомовая пиководоросль Minutocellulus polymorphus. (4) Впервые оценен таксономический состав фотосинтезирующих пикоэукариот летнего планктона Онежского залива Белого моря. В состав пикофитопланктонного сообщества входили представители восьми классов водорослей. По числу прочтений и операционных таксономических единиц преобладали Mamiellophyceae. Обнаружено наличие пяти филотипов рода Micromonas (клады С, D, Е1, Е2 и F). До видового уровня идентифицированы зеленые водоросли Bathycoccus prasinos, Ostreococcus tauri, диатомеи Skeletonema marinoi и Minidiscus trioculatus. (5) Впервые оценено генетическое разнообразие малоизученного класса Bolidophyceae в Белом море. Разнообразие Bolidophyceae Белого моря насчитывает 31 филотип (с учетом двух порогов кластеризации 97% и 93%), включая филотипы, имеющие 100% сходство с Triparma pacifica и Т. strigata. Выявлена приуроченность отдельных филотипов к определённым биотопам (лед или планктон) и стадиям сезонного развития (подледный или летний планктон). Ряд филотипов встречается в разных биотопах и при широком температурном диапазоне. За счет смены генетического состава Bolidophyceae являются постоянным компонентом фотоавтотрофного планктона и ледовых сообществ. (6) Впервые в составе пикофракции летнего планктона Белого моря выявлен новый представитель класса Pedinophyceae – некультивируемый Pedinophyceae WS. Для этого организма прочитаны нуклеотидная последовательность рибосомального кластера длиной 5298 нуклеотидов, включающая гены 18S, 28S, 5,8S, межгенные спейсеры ITS1 и ITS2, а также нуклеотидная последовательность хлоропластного гена 23S rRNA длиной 2112 нуклеотида. Проведенный филогенетический анализ показал, что на дереве Pedinophyceae выявленный организм занимает базальную позицию в кладе Marsupiomonadales. Полученные данные позволяют предположить, что Pedinophyceae WS может являться новым ранее неизвестным видом этого класса. (7) Первичная продукция пикофитопланктона исследована в разные сезоны в Кандалакшском заливе Белого моря. Впервые дана оценка первичной продукции пикофитопланктона и вклад пикоформ в суммарную продукцию фитопланктона в осенний и зимний периоды. Показано, что летом и осенью пикопланктон характеризуется более высокой продукцией по сравнению с зимой. Несмотря на это, наибольший вклад в суммарную продукцию – до 50%, пикопланктон дает зимой. И именно зимой у пикоформ отмечается самая высокая удельная активность. (8) Впервые дана оценка эффективности фотосинтеза пикофракции планктона в Онежском заливе Белого моря. Эффективность фотосинтеза пикофитопланктона была систематически ниже, чем у суммарного фитопланктона, вероятно, ввиду присутствия цианобактерий. Вклад пикопланктона в общую биомассу клеток не превышал нескольких процентов, в то время как его вклад в общий сигнал флуоресценции хлорофилла in vivo был существенно выше и в отдельных случаях достигал 40%.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".