Исследование водорослей соленого озера в условиях закрытой и открытой систем



В статье автор исследует интенсивность фотосинтеза в зависимости от минерализации.

Ключевые слова: водоросли соленого озера, фотосинтез.

1. Введение

Актуальность темы

Наш интерес к водорослям соленых озер вызван тем, что они без проблем выносят низкие температуры и дегидратацию. Особые условия жизни водорослей — повышенное содержание в воде солей, которые свойственны морям и океанам и континентальным водоемам

По составу соленое озеро и населяющие его водоросли особенно интересны для нашего исследования, чтобы лучше понять особенности, которые используются водорослями для выживания, что может быть полезным при разработке методов исследований живых организмов в закрытых системах.

Мы планируем провести анализ водорослей, а также с помощью исследований попробовать создать закрытую систему с животными, которые тоже из соленого озера и вычислить возможность их сосуществования.

Эти растения и их удивительные способности выживания также могут объяснить, каким образом эти организмы смогли пережить несколько периодов массового вымирания.

Цель и задачи исследований

Цель работы

1. Создать различные условия для фотосинтеза водорослям соленого озер
2. Сравнить данные по количеству выделенного кислорода
3. Сравнить данные с разными представителями, с учетом равных условий эксперимента

Для достижения этой цели должны быть выполнены следующие задачи:

1. Создать в условиях лаборатории установки для водорослей, обладающие разной характеристикой с точки зрения закрытых и открытых систем.
2. Собрать образцы водорослей, проанализировать их физические и химические характеристики, абиотическую нагрузку в условиях лаборатории

Научная новизна и теоретическая значимость

Человечество планирует поселиться на других планетах и здесь человек не может обойтись без простейших водорослей.

Установлено, что дефицит питательных еды и кислорода — одна из проблем человечества на стадии освоения космоса.

Одна из задач, которую выполняют водоросли на космических кораблях — это снабжение экипажа кислородом. Процесс выращивания водорослей можно полностью автоматизировать для повышения продуктивности фотосинтеза.

Практическая значимость

Задача поиска водорослей, устойчивых к дефицитным (стрессовым) условиям, является очень актуальной. Современные исследователи регулярно находят и описывают новые водоросли, однако их внедрение в освоение космосом затрудняется низким приростом и активностью в стрессовых условиях.

В рамках данного проекта мы стали исследователями фотосинтезирующих установок и попробовали отыскать интересные с научной точки зрения подходы к решению трудных задач.

2. Материал и методы исследований

Материалом для данной работы послужили результаты лабораторных исследований и лабораторных экспериментов, проведенных осенью 2023 года и зимой 2025 года

Исходным материалом для исследований послужили водоросли соленого озера. Микроводоросли планктона принадлежат в основном к четырем отделам: Cyanophyta, Pyrrophyta, Bacillariophyta и Chlorophyta.

Мы определяли количество кислорода, растворенного в воде, соленость воды, кислотность среды, наблюдение за ростом, микроскопические исследования образцов водорослей

1. Оксиметр Модели DO9100, BLE9100
2. Беспроводной мультидатчик по химии с 3-мя встроенными датчиками:

— Датчик pH с диапазоном измерения не уже, чем от 0 до 14 pH

— Датчик электропроводимости с диапазонами измерения не уже, чем от 0 до 200 мкСм; от 0 до 2000 мкСм; от 0 до 20000 мкСм;

— Датчик температуры с диапазоном измерения не уже, чем от -20 до +140 С.

— Отдельные датчики

3. Прозрачные химические стеклянные цилиндры, аквариумы, светодиоды, лампы светодиодные, полипропиленовые трубки, пробирки, штативы для пробирок, пробирки типа «эппендорф», пипетки Пастера, спиртовка, химическая посуда, весы, микроскоп цифровой «RobikLab»

Для освещения были взяты:

1. Светодиодная лента

2. Светодиодный светильник IN HOME SPO-108 36Вт

3. Фитолампа 6 Вт Ecola, светильник линейный

3. Результаты исследований

Образец № 1

Гибкий шланг с прикрепленными светодиодами: длина 2 метра

1. Шланг ПВХ прозрачный CRYSTAL Сlear не армированный 16 x 20 мм

2. Размеры ленты светодиодной: 8–12 мм; длина 2 метра

— Тип светодиодов: SMD 3528, 5060 (5050), 2835

— Мощность: 4,8 Вт/м, 9,6 Вт/м

3. Скотч

4. Объем воды 200 миллилитров

5. Масса водорослей 15 грамм в живом виде

Список водорослей: Synechocystis minima, Cyclotella tuberculata, Dictyosphaerium tetrachotomum, Oocystis submarina, Chlorella chlorelloides, Rhizoclonium hieroglyphicum, Sphaerocystis planctonica, Picocystis salinarum

Данные образца № 1

Использование специального прибора pH-метра позволило измерить значения pH в более широком интервале и с большей точностью (до 0,01 единицы pH) по сравнению с индикаторами .

Воды кислые

Кислотность, pH—3,63–3,64

Вода высокой минерализации

Минерализация М(мг/л)=0.65* λ(мкСм/см)*К= 0.65*200*0,937=121,81мг/л

Насыщенность воды кислородом при включенном свете светодиодной ленты

Основным «поставщиком» кислорода в воду всегда будут активно растущие подводные растения. Густой слой водорослей и налицо признаки активной выработки кислорода растениями (на талломах образуются пузырьки). Однако все меняется в темное время суток. Вся живая масса растений начинает потреблять кислород, поэтому падение его концентрации к утру — естественный процесс.

Мы проверили содержание кислорода в часы, близкие к включению света, и определили, что нет необходимости в дополнительной аэрации. Оптимальная концентрация кислорода в аквариуме составляет 5 мг/л. По показателям оксиметра в гибком шланге накопилось в среднем 26,88 мг/л.

Таблица 1

Сравнение условий освещения образца № 1

Образец 1	Условия освещения	DO(mg/L)
	Светодиодная лента Шланг (мах)	26,88
	Дневной свет (мах)	14,94
	Светодиодный светильник IN HOME SPO-108 36Вт (мах)	12,17
	Фитолампа 6 Вт Ecola, светильник линейный Вт(мах)	11,36

Образец № 2

1. Стеклянный цилиндр, прозрачное стекло

2. Светодиодный светильник IN HOME SPO-110 мощность 36Вт

3. Объем воды 200 миллилитров

4. Масса водорослей 15 грамм в живом виде

Список водорослей: Synechocystis minima, Cyclotella tuberculata, Dictyosphaerium tetrachotomum, Oocystis submarina, Chlorella chlorelloides, Rhizoclonium hieroglyphicum, Sphaerocystis planctonica, Picocystis salinarum

Данные образца № 2

Воды кислые

Кислотность, pH—3,63- 3,64

Вода средней минерализации

Минерализация М(мг/л)=0.65* λ(мкСм/см)*К= 0.65*100*0,919=59,735 мг/л

Объем воды 400 мл.

Таблица 2

Сравнение условий освещения образца № 2

Образец 2	Условия освещения	DO(mg/L)
	Светодиодная лента Шланг (мах)	27
	Дневной свет (мах)	15,65
	Светодиодный светильник IN HOME SPO-108 36Вт (мах)	12,84
	Фитолампа 6 Вт Ecola, светильник линейный (мах)	12,26

4. Заключение

Анализ влияния света как фактора среды на фотосинтез водорослей соленого озера выявил несколько особенностей

1. Плотность распределения водорослей по поверхности влияет на фотосинтез. Наличие водорослей на стенках шланга и равномерное распределение по воде определяет интенсивность фотосинтеза
2. Наличие или отсутствие углекислого газа в закрытой и открытой системе влияет на интенсивность фотосинтеза

5. Выводы

1. Больше всего количество кислорода было выявлено в шланге со светодиодной лентой
2. Количество выделяемого в воду кислорода увеличилось по сравнению с первым образцом, из-за того, что вода в образце № 2 опреснена — по данным минерализации
3. В гибком шланге при включенном свете достаточно кислорода для мелких жителей из соленого озера: Artemia salina, которая вывелась из яиц во время эксперимента. Виды коловраток — Brachionus plicatilis Muller и Hexarthra oxiuris (Zernov) (Rotatoria), инфузорий, амеб, нематоды рода Monhysterida.

Условие 1. Светодиодная лента

Условие 2. Естественное освещение

Условие 3. Светодиодный светильник IN HOME SPO-108 36Вт

Условие 4. Фитолампа 6 Вт Ecola, светильник линейный

Литература:

1. Баринова С. С., Медведева Л. А., Анисимова О. В. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды. — Тель-Авив: PiliesStudio, 2006. — 498 с.

2. Виноградова К. Л., Голлербах М. М., Зауер Л. М., Сдобникова Н. В. Зеленые водоросли — Chlorophyta: Классы сифонокладовые, сифоновые (Siphonocladophyceae, Siphonophyceae). Красные — Rhodophyta. Бурые — Phaeophyta: Определитель пресноводных водорослей СССР. — Л.: Наука, 1980. — Вып. 13. — 248 с.

3. Водно-болотные угодья России. Т.3. Водно-болотные угодья, внесенные в Перспективный список Рамсарской конвенции / Под общ. ред. В. Г. Кривенко. — М.: Wetlands International Global Series No 3, 2000.– 490 с.

4. Водоросли. Справочник / С. П. Вассер, Н. В. Кондратьева, Н. П. Масюк, Г. М. Паламарь-Мордвинцева, З. И. Ветрова, Е. Л. Кордюм, Н. А. Мошкова, Л. П. Приходькова, О. В. Коваленко, В. В. Ступина, П. М. Царенко, В. П. Юнгер, М. И. Радченко, О. Н. Виноградова, Л. Н. Бухтиярова, Л. Ф. Разумна. — Киев: Наук. думка, 1989. — 608 с.

5. Гусева Н. В., Копылова Ю. Г., Хващевская А. А., Сметанина И. В. Химический состав соленых озер Северо-Минусинской котловины, Хакасия // Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 321, № 1. С. 163–168.

6. Егорова И. Н., Кобанова Г. И., Судакова Е. А., Лиштва А. В., Тахтеев В. В. Экологическая характеристика хлоридно-натриевых минеральных источников бассейна р. Киренга и верхнего течения реки Лены. Сообщение 2. Флора низших растений: водоросли, лишайники // Биология внутренних вод. 2017. № 4. С. 15–27. DOI: https://doi.org/10.7868/S0320965217040027

7. Кусковский В. С., Кривошеев А. С. Минеральные озера Сибири (юг Красноярского края). — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. — 200 с.

8. Литвиенко Л. И., Литвиенко А. И., Бойко Е. Г. Артемия в озерах Западной Сибири. — Новосибирск: Наука, 2009. — 304 с.

9. Мошкова Н. А., Голлербах М. М. Зеленые водоросли. Класс Улотриксовые (1): Определитель пресноводных водорослей СССР. — Л.: Наука, 1986. — Вып. 10 (1). — 360 с.

10. Немцева Н. В., Игнатенко М. Е. О находке галотолерантной водоросли Asteromonas gracilis Artari в Оренбургской области // Поволжский экологический журнал. 2012. № 1. С. 99–104

11. Козлов О. В., Садчиков А. П. Промысловая гидробиология озерных беспозвоночных, Москва, 2002, 36 с.

12. Гилберт Ван Стаппен. АРТЕМИЯ: Вступление, биология и экология Артемии. Лаборатория аквакультуры и Центр по изучению артемии, Гентский Университет, Бельгия, 2007, 29 с.