Different aspects of studying a diatom Cylindrotheca closterium (Ehrenberg) Reimann et Lewin 1964 in natural and laboratory conditions

The article summarizes original and literary data on different aspects of studying Cylindrotheca closterium (Ehrenberg) Reimann et Lewin 1964 in two biotopes – phytoplankton and microphytobenthos – of the Black Sea, the Sea of Azov, and the Sea of Japan for the period from 1976 to 2016. The aim of the work is to present the results of the study mainly of own data on the morphology, systematics and ecology of C. closterium in different seas and under cultivation in the laboratory. Information on the history of the species origin and its nomenclature changes is given. C. closterium belongs to the phylum Bacillariophyta, class Bacillariophyceae, order Bacillariales Hendey 1937, family Bacillariaceae Ehrenb. 1831, genus Cylindrotheca Rabenhorst 1859 emend. Reim. et Lewin 1964. This benthoplanktonic species occurs in the plankton, in littoral and sublittoral zones of the seas. The species is marine and brackish-water; it is a cosmopolite common in different geographical zones of the World Ocean. The results of studying alga by various methods under natural and experimental conditions in light and transmission electron microscopes of C. Zeiss LIBRA-120 are presented. The quantitative data of C. closterium were determined by direct counting of the cells in the Goryaev’ camera (V = 0.9 mm3) in light microscopes BIOLAM L-212, C. Zeiss Axioskop 40 with the program AxioVision Rel. 4.6 at 10×40, 10×100, and Olympus BX41 (Tokyo, Japan) with lenses UPLanF140× and 100×1/30 oil immersion. Cultivation of C. closterium was carried out in the cumulative mode on the nutrient medium F, volume of 1 L under light intensity of 13.7 klx and temperature of +20...+21 °C. Morphology data of this species from different seas were obtained. The average cell sizes of C. closterium are: 25–260 μm length, 1.5–8 μm width; 12–25 fibulae in 10 μm. The results of cultivation in the laboratory conditions showed that the average cell sizes reached 148.17 μm (length) and 8 μm (width) at the temperature of +19...+20 °C and light intensity of 13 klx; length of cells reached 162.12 μm in the exponential phase of growth and 172.07 μm – in the stationary phase. C. closterium has an important practical significance as a source of fucoxanthin, since this alga is intensively cultivated for production of biologically active substances. Our experimental data showed that during laboratory cultivation the fucoxanthin concentration in a diatom biomass can reach 11 mg·g-1 of dry mass. The new data obtained are relevant and important; they can be used in different fields of science and medicine. The seasonal dynamics of population abundance of C. closterium in different ecotopes (epizoon of invertebrates and their food spectra, epiphyton of bottom vegetation, periphyton of the experimental and anthropogenic substrates of the different seas) is presented for the first time. The maximum abundance of the species population (65.6·103 cells·cm-2 ) was registered in the epizoon of the mussel Mytilus galloprovincialis Lam. in March at the water temperature of +7.7 °C at a depth of 2.5 m in the Black Sea. The maximum abundance was registered in the epiphyton of green algae (896·103 cells·cm-2 ) and in the periphyton of asbestos plates (728·103 cells·cm-2 ) in August at the water temperature of +24.5 °C in the Sea of Japan. The abundance dynamics of C. closterium natural populations in the local habitats changed depending on the season, the depth, and the type of substrate. The similarities and differences in the distribution of C. closterium in the sea microphytobenthos are discussed.

Аннотация (alternative)

Обобщены собственные и литературные данные по разным аспектам изучения диатомовой водоросли Cylindrotheca closterium (Ehrenberg) Reimann et Lewin 1964 в двух биотопах — фитопланктоне и микрофитобентосе — Чёрного, Азовского и Японского морей за период с 1976 по 2016 г. Цель работы — представление результатов изучения в основном собственных данных по морфологии, систематике и экологии C. closterium в разных морях и при культивировании в лабораторных условиях. Приведена информация об истории происхождения вида и о номенклатурных изменениях. C. closterium принадлежит к отделу Bacillariophyta, классу Bacillariophyceae, порядку Bacillariales Hendey 1937, семейству Bacillariaceae Ehrenb. 1831, роду Cylindrotheca Rabenhorst 1859 emend. Reim. et Lewin 1964. Этот бентопланктонный вид встречается в планктоне, в литоральной и сублиторальной зонах морей. Вид является морским и солоноватоводным. Это космополит, распространённый в различных географических зонах Мирового океана. Приведены результаты изучения водоросли разными методами в естественных и экспериментальных условиях в световых и трансмиссионном электронном микроскопах C. Zeiss LIBRA-120. Численность C. closterium определяли путём прямого подсчёта клеток в камере Горяева (объём — 0,9 мм3) в световых микроскопах BIOLAM L-212, C. Zeiss Axioskop 40 с программой AxioVision Rel. 4.6 при 10×40, 10×100, Olympus BX41 (Токио, Япония) с иммерсионным объективами UPLanF140× и 100×1/30. Культивирование C. closterium осуществляли в кумулятивном режиме в питательной среде F объёмом 1 л при освещённости среды 13,7 клк и температуре +20...+21 °C. Получены данные по морфологии этого вида из разных морей. Средние размеры клеток C. closterium составляли: 25–260 мкм длина, 1,5–8 мкм ширина; количество фибул в 10 мкм — 12–25. По результатам культивирования в лабораторных условиях, средние размеры клеток — 148,17 мкм (длина) и 8 мкм (ширина) при температуре +19...+20 °C и освещённости 13 клк; длина клеток в экспоненциальной фазе роста достигала 162,12 мкм, в стационарной — 172,07 мкм. Как источник фукоксантина, С. closterium имеет важное практическое значение; водоросль интенсивно культивируют для получения биологически активных веществ. Результаты получения биомассы фукоксантина из клеток диатомовой водоросли при лабораторном культивировании — 11 мг·г-1 сухой массы. Новые данные актуальны и важны, они могут быть использованы в различных областях науки и медицины. Впервые представлена сезонная динамика численности популяций С. closterium в разных экотопах: эпизооне беспозвоночных и их пищевых спектрах, эпифитоне донной растительности, перифитоне экспериментальных и антропогенных субстратов различных морей. Максимальная численность популяции вида (65,6·103 кл.·см-2 ) зарегистрирована в эпизооне мидии Mytilus galloprovincialis Lam. в марте при температуре воды +7,7 °C на глубине 2,5 м в Чёрном море. Максимальная численность отмечена в эпифитоне зелёных водорослей-макрофитов (896·103 кл.·см-2 ) и перифитоне асбестовых пластин (728·103 кл.·см-2 ) в августе при +24,5 °C в Японском море. Динамика численности природных популяций C. closterium в локальных местообитаниях изменялась в зависимости от сезона, глубины, типа субстрата. Рассмотрены сходства и различия в распределении C. closterium в микрофитобентосе нескольких морей.

Ключевые слова

diatom, Cylindrotheca closterium, taxonomy, morphology, phytogeography, ecology, ecotopes, abundance, laboratory cultivation, fucoxanthin

Библиографическое описание

Морской биологический журнал. - 2019. - Т. 4, № 2 https://doi.org/10.21072/mbj.2019.04.2.06

URI

https://repository.marine-research.ru/handle/299011/6414

DOI

10.21072/mbj.2019.04.2.06

Коллекции

Морской биологический журнал. - 2019. - Т. 4, № 2.

Полная информация о материале