Введение. Проблема сохранения и обеспечения водными ресурсами Донецкого региона в последние годы стоит наиболее остро. Значительно возросла потребность не только в поиске дополнительных источников пресной воды, но и в сохранении имеющихся природных запасов. Оценка состояния поверхностных природных вод и мониторинг водных ресурсов в таких условиях является приоритетной задачей. При этом наиболее востребованы экспресс-методы, позволяющие за короткий промежуток времени оценить состояние водного объекта. Наиболее перспективным в данной области является метод флуориметрии с использованием в качестве биоиндикатора клеток фитопланктона.

Материалы и методы. Для мониторинга состояния поверхностных вод русла реки Кальмиус и ее двух притоков: рек Бахмутка и Дурная, было выбрано 11 мониторинговых точек. Ряд мониторинговых точек был расположен вдоль Нижнекальмиусского водохранилища. Так же точки располагались в местах попадания сточных вод из потенциальных источников загрязнения. Все мониторинговые измерения проводились в различные сезоны года (не менее одного раза за отдельный сезон) с целью определения состояния клеток фитопланктона в различных природно-климатических условиях.

Содержание хлорофилла в пробах воды определяли с помощью флуориметра Phyto-PAM (Walz, Германия). Кривые индукции флуоресценции регистрировали с помощью флуориметра ФС-2, разработанного на базе Специального конструкторско-технологического бюро «Турбулентность» и кафедры биофизики Донецкого национального университета. Обработку кривых индукции выполняли в программе pyPhotoSyn [1], которая позволяет вычислить параметры OJIP-теста [2].

Результаты исследования. В зимний период основными фотопигментами в пробах воды выступали хлорофиллы а и b. Наибольшие концентрации пигментов были получены для Нижнекальмиусского водохранилища – около 6 мг/л. Накопление биомассы фитопланктона в водохранилище обусловлено гидрорежимом водного объекта и является характерным независимо от времени года. Во все периоды наблюдали высокие, в сравнении с другими мониторинговыми точками, концентрации фотопигментов в Нижнекальмиусском водохранилище. Для рек Дурная и Бахмутка было характерно низкое содержание фотопигментов (например, в осенний период в 3 раза ниже, чем в русле реки) с преобладанием хлорофилла b. В осенний период в водах водохранилища значительно возрастала доля фотопигментов цианобактерий.

При анализе кривых индукции флуоресценции хлорофилла было выявлено 10 наиболее показательных тест-функций. В зимний период регистрацию кривых индукции флуоресценции хлорофилла не выполняли в связи с низкими концентрациями клеток фитопланктона в пробах воды.

В течение всего года наблюдали снижение фотосинтетической активности клеток фитопланктона в пробах воды из притоков р. Кальмиус, что выражалось в снижении квантового выхода флуоресценции и общего фотосинтетического индекса производительности фотосистемы II. Кроме того, в летний период около Донецкого металлургического завода наблюдали низкие значения минимального и максимального уровней флуоресценции, квантового выхода и общего фотосинтетического индекса, а также уменьшение квантовой эффективности переноса электронов от первичного хинона и вероятности переноса электронов от него. Была выявлена высокая фотосинтетическая активность клеток фитопланктона Нижнекальмиусского водохранилища. Отмечали высокие показатели флуоресценции клеток фитопланктона водохранилища, что свидетельствует об интенсификации роста биомассы фитопланктона.

Выводы. Отдельные мониторинговые точки Нижнекальмиусского водохранилища и притоков р. Кальмиус являются приоритетными объектами исследований, поскольку было получено нехарактерное для большинства точек распределение фотосинтетических пигментов, значительное присутствие пигментов цианобактерий на фоне возрастания суммарной биомассы фитопланктона в различные сезоны года. На основании анализа кривых индукции флуоресценции наблюдали снижение фотосинтетической активности клеток фитопланктона в р. Дурная и р. Бахмутка, что выражалось в снижении квантового выхода флуоресценции и общего фотосинтетического индекса производительности и указывает на загрязнение данных притоков р. Кальмиус.

Список литературы

1. Plyusnina T.Yu, Khruschev S.S., Riznichenko G.Yu., Rubin A.B. Analysis of chlorophyll fluorescence transient by spectral multi-exponential approximation // Biophysics. – №60. – 2015. pp. 392-399.

2. Strasser R.J., Tsimilli-Michael M., Srivastava A. Analysis of the chlorophyll a fluorescence transient. – In: Papageorgiou G.C., Govindjee (ed.): Chlorophyll a Fluorescence: A Signature of Photosynthesis. Advances in Photosynthesis and Respiration.– 2004. pp. 321-362.

Introduction. The problem of saving and supplying the water resources in Donetsk region has been most acute in recent years. The need has significantly increased not only for searching the fresh water additional sources, but also for saving the existing natural reserves. Surface natural water state assessment and water resources monitoring are a priority task in these conditions. At the same time, rapid methods that allow making an assessment of the water body condition within a short period of time are most in-demand. In this field, the most promising method is fluorimetry that implies using phytoplankton cells as a bioindicator.

Materials and techniques. 11 monitoring points were selected to monitor the state of the surface waters of the Kalmius riverbed and its two tributaries - the Bakhmutka and Durnaya rivers. A few monitoring points were located along the Nizhnekalmius reservoir. The points were also located in places of the potential pollution source wastewater ingress. All monitoring measurements were carried out in different seasons of the year (at least once in a single season) in order to determine the state of phytoplankton cells in various natural and climatic conditions.

The chlorophyll content in water samples was determined using a Phyto-PAM fluorimeter (Walz, Germany). The fluorescence induction curves were recorded using a fluorimeter FS-2. This device was developed employing the designs of a Special Engineering and Technology Bureau ‘Turbulence’ and the Department of Biophysics at Donetsk National University. The induction curves were processed using the pyPhotoSyn software [1], which allows calculating the parameters of the OJIP-test [2].

Results. In the winter, chlorophylls a and b were the main photopigments in water samples. The highest pigment concentrations were obtained for the Nizhnekalmius reservoir – about 6 mg/l. The accumulation of phytoplankton biomass in the reservoir is caused by hydro regime of the water body and is a peculiar feature regardless of the time of the year. During all the periods, in the Nizhnekalmius reservoir, high photopigment concentrations were observed compared with the other monitoring points. The Durnaya and Bakhmutka rivers were characterized by a low content of photopigments (for example, in the autumn period it was 3 times lower than in the riverbed) with a predominance of chlorophyll b. In the autumn period, the proportion of cyanobacteria photopigments in the reservoir waters increased significantly.

When analyzing chlorophyll fluorescence induction curves, 10 most exponential test-functions were determined. In the winter, chlorophyll fluorescence induction curves were not recorded due to low concentrations of phytoplankton cells in water samples.

Throughout a year, a decrease in photosynthetic activity of phytoplankton cells was observed in water samples from tributaries of the Kalmius River, which was expressed in the decline of quantum yield of fluorescence and overall photosynthetic index of photosystem II. In addition, during the summer period, low values of the minimum and maximum levels of fluorescence, quantum yield, and total photosynthetic index were observed near Donetsk Iron and Steel Works. A decrease in the quantum efficiency of electron transfer from the primary quinone and the probability of electron transfer from it was also observed. High photosynthetic activity of phytoplankton cells was revealed in the Nizhnekalmius reservoir. High values of the reservoir phytoplankton cell fluorescence were obtained, which is the evidence of phytoplankton biomass intensifying growth.

Conclusions. Separate monitoring points of the Nizhnekalmius reservoir and tributaries of the Kalmius River are primary exploration objects, since the photosynthetic pigment distribution, uncharacteristic for the most points, and the significant cyanobacteria pigment presence were obtained against the background of the total phytoplankton biomass increase in different seasons of the year. Based on the analysis of fluorescence induction curves, a decrease in photosynthetic activity of phytoplankton cells was observed in the Durnaya and Bakhmutka rivers, which was expressed in the decline in quantum yield of fluorescence and overall photosynthetic productivity index. All this indicates the contamination of the aforementioned tributaries of the Kalmius River.



References

1. Plyusnina T.Yu, Khruschev S.S., Riznichenko G.Yu., Rubin A.B. Analysis of chlorophyll fluorescence transient by spectral multi-exponential approximation // Biophysics. – №60. – 2015. pp. 392-399.

2. Strasser R.J., Tsimilli-Michael M., Srivastava A. Analysis of the chlorophyll a fluorescence transient. – In: Papageorgiou G.C., Govindjee (ed.): Chlorophyll a Fluorescence: A Signature of Photosynthesis. Advances in Photosynthesis and Respiration.– 2004. pp. 321-362.