Вміст фосфору в організмі гідробіонтів і його метаболічна роль
Вміст фосфору в організмі гідробіонтів і його метаболічна роль - раздел Экология, Динаміка водних мас та її роль у водних екосистемах Про Вміст Фосфору В Організмі Гідробіонтів Свідчать Такі Дані. В Сухій Масі М...
Про вміст фосфору в організмі гідробіонтів свідчать такі дані. В сухій масі морського планктону міститься близько 0,42 % фосфору; в організмі бактерій він становить 3 %, бурих водоростей – 2,8 % і вищих водяних рослин – 2,3 %. У прісноводних синьозелених водоростей родів Microcystis i Anabaena загальний вміст фосфору оцінюється відповідно в 0,52 і 0,53 %; для зелених водоростей роду Cladophora цей показник становить 1,4 %, а у водопериці – 0,52 % в розрахунку на суху масу. В організмі водяних тварин міститься значно більше фосфору, ніж у рослин. Для більшості планктонних гіллястовусих ці показники коливаються в межах 1,02–1,60 %. У риб (короп) при перебуванні у воді з концентрацією фосфору 0,3 мг/дм3, сумарна кількість неорганічного і органічного фосфору становила: у зябрах 3,36, в гепатопанкреасі – 0,86 і в нирках – 1,61 % в розрахунку на суху масу тканин.
Між гідробіонтами і фосфором водного середовища відбувається постійний обмін. Так, водорості можуть накопичувати у клітинах таку кількість фосфору, яка набагато перевищує метаболічну потребу в ньому. Запасання надлишків фосфору може відбуватись за рахунок акумуляції фосфат-іонів у вакуолях клітин або утворення поліфосфатних гранул діаметром 30–500 мкм. Вважається, що таке запасання фосфору є адаптативною реакцією водоростей, яка сформувалася в процесі еволюції, на значні сезонні коливання його концентрації у воді. Запасений фосфор використовується водоростями при його дефіциті в навколишньому середовищі.
Про метаболічну роль фосфору свідчить той факт, що при низьких його концентраціях у воді процес фотосинтезу у водоростей і вищих водяних рослин призупиняється. Відомі, принаймні, три реакції фотосинтезу, у яких ключову роль в енергозабезпеченні відіграють фосфорні сполуки (АТФ і НАДФ·Н). Так, енергія фосфатних зв'язків, яка міститься в аденозинтрифосфорній кислоті (АТФ), ініціює інші реакції синтезу органічних речовин. При цьому субстратом для утворення крохмалю як кінцевого продукту фотосинтезу є глюкозо-6-фосфат. Фосфор входить до складу деяких перенощиків електронів, які приймають участь у біологічних окисно-відновних реакціях. Він відіграє важливу роль у внутрішньоклітинному метаболізмі і просто як структурний елемент тканин тіла.
Вміст фосфору в цитоплазмі в розрахунку на одну клітину зеленої водорості Chlorella становить від 1×10–7 до 1,5×10–6 мкг, а у діатомової Asterionella formosa – від 6×10–6 до 4×10–6 мкг. Проникаючи у клітини водоростей, неорганічний фосфор включається в склад різних органічних речовин та конденсованих неорганічних поліфосфатів. На поверхні водоростевих клітин може формуватись концентраційний градієнт неорганічного фосфору за рахунок не тільки його вмісту у воді, а й ферментативного розкладу деяких його органічних сполук. Встановлено, що на поверхні клітин хлорели можуть розкладатись фосфоліпіди, у харових – гліцерофосфат, а у деяких морських водоростей – глюкозо-6-фосфат за допомогою відповідних ферментів. Утворений при цьому неорганічний фосфор проникає у клітини шляхом активного транспорту.
Потреба у фосфорі водоростей різних таксономічних груп неоднакова. Так, для підтримання нормального розвитку культури вольвоксової водорості Pteromonas varians необхідний більш високий вміст фосфору, ніж, наприклад, для харових, які навпаки, краще розвиваються при досить низьких його концентраціях (20 мкг/дм3) у воді. Значною потребою у фосфорі відрізняються також діатомові водорості.
Водорості не тільки утилізують фосфор з води, але й виділяють його в процесі життєдіяльності або після відмирання. На різних стадіях їх масового розвитку може істотно змінюватись і концентрація фосфору у воді. Так, при інтенсивному розвитку фітопланктону у літні, найбільш теплі місяці в поверхневому шарі води водосховищ концентрація фосфору може спадати до 0,03 мг/дм3. При осінньому похолоданні і послабленні фотосинтезу його вміст у воді зростає до 0,055 мг/дм3. У місцях скупчення біомаси синьозелених водоростей вміст мінерального фосфору може зростати в 5–10 разів. При цьому концентрація органічного фосфору підвищується у зоні “цвітіння” води до 4,8, а у окремих випадках – і до 8,0 мг/дм3.
Фосфор, поряд з кальцієм, є одним з найважливіших елементів у життєдіяльності молюсків та інших безхребетних тварин. Так, при значному зниженні концентрації фосфору у воді різко зростає смертність молоді дафній і, навпаки, при внесенні у ставки фосфатних добрив разом із збільшенням біомаси фітопланктону зростає на 57 % чисельність і біомаса гіллястовусих рачків, на 52 % – коловерток і на 30 % – діаптомусів у порівнянні з непідживленими ставками.
Обмін фосфору в організмі молюсків і ракоподібних тісно пов’язаний з обміном кальцію і вуглецю. Так, кальцій, засвоєний з води через залозистий апарат зябер молюсків (дрейсена, анодонта), надходить в їхній організм разом з фосфором. Значна його частина використовується при біосинтезі органічних речовин, а менша – на побудову черепашок, яка відбувається внаслідок секреторної діяльності епітелію мантії. У деяких безхребетних, що мають черепашку, фосфор може становити досить значну частину маси, переважаючи інші мінеральні компоненти. Так, у плечоногих молюсків, крім карбонату, в структуру черепашки входить близько 50 % Са3(РО4)2.
Фосфор потрібний для нормального росту і розвитку риб поряд із кальцієм. Потреби в ньому забезпечуються, якщо в організм риби надходить не менше 0,6–0,7 % від її загального раціону. Значну кількість фосфору прісноводні риби використовують безпосередньо з води через залозистий апарат зябер, але для забезпечення фізіолого-біохімічних процесів важлива не тільки та кількість фосфору, яка надходить в організм, а і його співвідношення з кальцієм. Для прісноводних риб таким оптимальним співвідношенням кальцію і фосфору в кормовому раціоні є 2:1, а для морських – 1:2. Більша потреба морських риб у фосфорі пов'язана з необхідністю збалансування кальцію, який надходить в їх організм при заковтуванні морської води.
У костистих риб значна кількість фосфору, що надходить в організм, утилізується при утворенні м’язових і кісткових тканин. У кістках, лусці та отолітах кальцій знаходиться у вигляді гідроксилапатиту 3Са3(РО4)2 × Са(ОН)2 та карбонат-апатиту кальцію 3Са3(РО4)2 × СаСО3 × Н2О. Співвідношення фосфорних і карбонатних сполук кальцію у риб становить 11:1, а у наземних тварин – 7:1.
В порівнянні з кістковою тканиною, де переважає кальцій, у м’яких тканинах (м’язи, органи травної та нервової системи та інші) міститься значно більше фосфору. Кількість фосфору, що акумулюється організмом риб, залежить від його концентрації у воді. Так, із збільшенням його вмісту у воді від 0,06 до 0,3 мг/дм3 уже протягом 72 годин рівень загального фосфору збільшувався у гепатопанкреасі з 0,86 до 1,14 %, а в зябрах – від 3,36 до 4,14 % у розрахунку на суху масу тканин. При цьому збільшення вмісту фосфору відбувалось за рахунок його утилізації у метаболічних реакціях при синтезі нуклеїнових кислот та інших кислоторозчинних органічних сполук. Як один із основних елементів фосфатної буферної системи фосфор відіграє важливу роль у механізмі підтримання кислотно-лужної рівноваги в крові та інших біологічних рідинах організму риб.
При значному підвищенні концентрації діоксиду вуглецю у воді і загрозі розвитку вуглекислотної ацидемії (зростання кислотності біологічних рідин), значно збільшується виділення фосфатів. Завдяки цьому забезпечується підтримання балансу кислих і лужних елементів у крові, а відповідно і кислотно-лужної рівноваги в організмі риб.
Динаміка водних мас та її роль у водних екосистемах
Під водною масою розуміють об’єм води, який співпадає з площею і глибиною котловин водних об’єктів або заглибленнями земної поверхні і має однорідні фізико-хімічні характеристики,
Фізико-хімічні властивості води та їх екологічне значення
Вода – найважливіша середовищеутворююча речовина, вплив якої на життєдіяльність організмів багатосторонній. Саме завдяки особливим властивостям води як універсального розчинника неорганічних і орга
Щільність води
Під щільністю розуміють масу одиничного об’єму води – кг/м3. Вона залежить від температури, наявності розчинних солей, а також від атмосферного тиску та вищерозташованих
Кольоровість води
Колір природних вод залежить від власного кольору розчинених у ній речовин, завислих частинок та мікроорганізмів, що населяють водну товщу. Забарвлення води зумовлено взаємовідносинами між водним с
Температурний та термічний режим водних об’єктів
Температурний режим водних об’єктів – це зміна температури води по акваторії і глибині на протязі певного проміжку часу. Коливання температури води у водних екосистемах можуть бути добові, місячні,
Льодовий режим
Зі зниженням температури до 0°С і нижче на водоймах і водотоках утворюється льодовий покрив. Період замерзання починається з появи кристалічних структур води (лід) спочатку біля берега, де течія не
Світло та його роль у функціонуванні водних екосистем
Світло надходить до земної поверхні у вигляді прямої і розсіяної сонячної радіації, які разом оцінюються як сумарна радіація. На її видиму частину спектру припадає
Седиментація, осадоутворення та формування донних грунтів
У товщі води постійно знаходиться певна кількість завислих часток мінерального і органічного походження. Під дією сили тяжіння вони поступово опускаються на дно. Процес осадження завислих частинок
Роль гідрофізичних факторів у життєдіяльності гідробіонтів
Турбулентне перемішування водних мас, їх температура, сонячна радіація та осадоутворення відіграють вирішальну роль у формуванні якості води та біологічної продуктивності водних екосистем. В зв’язк
Сольовий склад океанічних (морських) вод
Для вод відкритих океанів, незалежно від їх положення на Земній кулі, характерним є схожість у кількісному співвідношенні між основними іонами. Це пов'язано з тим, що маса солей в океанах настільки
Сольовий склад континентальних вод
На відміну від морських вод з однотипним сольовим складом, прісні води різних ландшафтних зон за складом головних іонів суттєво відрізняються. Згідно класифікації О.О. Альокіна (1970), природні вод
Евригалінні і стеногалінні гідробіонти
Солоність води є визначальним чинником у приуроченні водяних організмів до умов середовища. Саме за вмістом солей у воді можна поділити гідробіонти на морських і прісноводних. При цьому у високомін
Пристосування гідробіонтів до сольових факторів середовища
Пристосування гідробіонтів до солоності води пов'язане з регуляцією концентрації іонів у внутрішньоклітинній рідині та її осмотичного тиску.
Концентрація неорганічних іонів у водному серед
Пойкілоосмотичні гідробіонти
У процесі еволюції сформувались різні механізми сольової адаптації. За концентрацією осмотично активних речовин у біологічних рідинах внутрішнього середовища та цитоплазмі клітин пойкілоосм
Гомойоосмотичні гідробіонти
У прісноводних організмів концентрація біологічних рідин гіпертонічна по відношенню до водного середовища. Тому підтримання осмотичного тиску внутрішнього середовища є багатофункціональним процесом
Натрій, калій і цезій в водних екосистемах
Натрій, калій і цезій належать до групи лужних металів, які легко віддають один електрон, перетворюючись у позитивно заряджені іони. Саме завдяки цій властивості вони зустрічаються в природі виключ
Роль калію в метаболічних реакціях водяних рослин
Для водяних рослин характерним є досить високий вміст калію і значно менший – натрію в їхніх тканинних структурах. Калій у більшості рослин становить 0,9–1,2 % їх біомаси. Найбільша його кількість
Натрій і калій у морських і прісноводних рибах
Організм морських риб гіпоосмотичний по відношенню до морської води. Щоб підтримувати водний баланс, морські риби змушені постійно поглинати морську воду, з якою надходить в організм не тільки натр
Природний цезій в організмі гідробіонтів
Цезій належить до калієвої групи лужно-земельних металів. Він має один стабільний ізотоп і 21 радіоактивний. Після випробувань ядерної зброї та аварій на атомних електростанціях у гідросфері збільш
Кальцій у водних екосистемах
Кальцій – один з найголовніших іонів водних екосистем. Він переважає серед катіонів слабомінералізованих вод, а при зростанні загальної мінералізації його співвідношення з іншими хімічними елемента
Вміст кальцію в морських і океанічних водах
Океанічні (морські) води є водами хлоридного класу, групи натрію. Тому вміст Са2+ в них менший в порівнянні з поверхневими водами суші. Основна кількість кальцію надходи
Кальцій континентальних вод
Вміст кальцію в поверхневих водах суші дуже мінливий і може істотно відрізнятися в залежності від геологічних умов водозбірної площі та кліматичних умов. Води більшості озер, річок, водосховищ нале
Магній морських і континентальних вод
Серед елементів другої групи періодичної системи магній за своїми хімічними властивостями найближчий до кальцію. Він входить до складу більш ніж 100 мінералів, у тому числі бруситу Mg(OH)2
Форми міграції магнію у природних водах
У природних водах магній утворює сполуку з карбонатом – магнезит (MgCO3). Як і карбонат кальцію, він легко розчиняється у воді, яка містить розчинену вуглекислоту, внаслідок перетворення
Магній в організмі гідробіонтів
Вміст магнію в організмі гідробіонтів залежить від того, в якій воді – морській чи прісній вони мешкають. Так, у гемолімфі морських молюсків мідій (Mytіlus), устриць (Ostrea), морськи
Метаболічна роль магнію у гідробіонтів
Магній належить до іонів з дуже широким спектром дії. Він відіграє виключно важливу роль в активації ферментативних реакцій, які відбуваються у автотрофних і гетеротрофних організмів. У водоростей
Сірка природних вод та процеси сульфатредукції
Сірка зустрічається в природі як в самородному вигляді, так і в різних сполуках та газоподібному стані, у вигляді сірководню та оксиду сірки. Легкорозчинні сульфати сірки знаходяться у великій кіль
Форми розчиненого заліза у водних екосистемах
В океанічній воді, при загальній її солоності 34,5–35,0 ‰, концентрація заліза може коливатись у межах 0,005–0,14 мкг/дм3. На глибині 50 м міститься в середньому до 20 мг/м3 з
Марганець
Марганець належить до металів із змінною валентністю (Mn2+, Mn4+, Mn7+), що визначає його участь у окиснювано-від
Кобальт
Кобальт належить до елементів, які утворюють сполуки практично з усіма галогенами (CoF2, CoF3, CoCl2, CoBr2, CoІ2). Всі галогеніди двовалентно
Кадмій, хром, алюміній
Серед мікроелементів, які при певних концентраціях у воді виявляють високу токсичність, є особливо небезпечні забрудники водного середовища, які в мікродозах негативно впливають на функціональний с
Роль кисню в розкладі органічних речовин та формуванні якості води
Кисень водних екосистем відіграє виключно важливу роль у процесах розкладу розчинених органічних речовин, відмерлих рослин і тварин, при яких складні органічні речовини перетворюються на прості (СО
Роль кисню у життєдіяльності гідробіонтів
Підтримання життєдіяльності гідробіонтів тісно пов’язане з енергетичними процесами, які грунтуються на окиснювано-відновних реакціях, що протікають за участю кисню. Розщеплення молекул білків, жир
Особливості використання гідробіонтами кисню з води
У процесі еволюції у гідробіонтів різних трофічних рівнів сформувались механізми адаптації до більш низького рівня кисню у воді в порівнянні з атмосферним повітрям. Як відзначає В.І. Вернадський, “
Адаптація риб до змін вмісту СО2 у воді
Спостереження за поведінкою риб різних видів і вікових груп свідчать, що поряд з позитивним впливом розчиненого у воді СО2 на їх організм, мають місце прояви негативних реакцій. Такі різ
Азотфіксація у водних екосистемах
Азотфіксація – це засвоєння молекулярного азоту повітря за допомогою мікроорганізмів-азотфіксаторів. Основну масу азоту на Землі (4,6×1017 т) становить молекулярни
Алохтонний і автохтонний азот водних екосистем
Між сполуками азоту, які надходять у водойми іззовні (алохтонними) і тими, які утворюються в них за рахунок відмирання гідробіонтів (автохтонними), існує певна якісна різниця. Органічна біомаса наз
Новости и инфо для студентов