ЗНАЧЕНИЕ ВОДОРОСЛЕЙ В ПРИРОДЕ

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 8

Повсеместно распространенные в природе водоросли входят в состав разнообразных гидро- и геобиоценозов, вступая в различные формы взаимосвязей с другими организмами, принимая участие в круговороте веществ. В триаде групп организмов, осуществляющих круговорот веществ в природе (продуценты — консументы — редуценты), водоросли вместе с аутотрофными бактериями и высшими растениями составляют звено продуцентов, за счет которого существуют все остальные бесхлорофилльные нефотосин-тезирующие организмы нашей планеты.

Роль водорослей в балансе живого вещества.Роль водорослей в общем балансе живого вещества Земли определяется их количественным развитием, которое колеблется в больших пределах в зависимости от условий конкретного местообитания и сезона года. Так, биомасса фитопланктона в арктических морях может достигать 6—14 г/м³ воды, в Каспийском море в среднем равна 1 —3 г/м³, а в приустьевой зоне поднимается до 100—140 г/м³, в Азовском — в летние месяцы — до 270 г/м³. В днепровских водохранилищах при «цветении» воды в летние месяцы биомасса водорослей может составлять 500 г/м³ и более.

Донные водоросли в Баренцевом море у Мурманского побережья дают 4, 5—15 кг сырой массы на 1 м², в отдельных случаях —до 30 кг/м², в Черном море их биомасса в среднем составляет 3 кг/м². У побережья Шотландии биомасса морских водорослей варьирует в пределах 20—45 т/га, в некоторых районах Антарктиды она составляет в среднем 70 т/га, у Калифорнийского побережья — 100 т/га. В пресных водоемах биомасса донных водорослей обычно меньше, и только в случаях массовых разрастаний видов Cladophora сырая масса может составлять около 3 кг/м².

Благодаря высокой скорости самовозобновления продукция водорослей (определяемая как прирост биомассы организмов за определенный промежуток времени в расчете на единицу площади) иногда во много раз превышает их биомассу. Годовая продукция фитопланктона в Баренцевом море определяется в 30—50 т органического вещества (в сырой массе) На гектар, донных водорослей — до 231 т/га. В Черном море продукция донных водорослей несколько ниже: от 77 т/га в год в открытом море до 170 т/га в год в защищенных местах. Суточная продукция океанов колеблется от сотых долей грамма до 3 г связанного углерода на 1 м². Самые высокие значения продукции были зарегистрированы у западного побережья Южной Африки в водах Бенгальского течения: 6 т С/га в год. Самые низкие значения отмечаются в тропических районах океанов: 1—2 кг С/га в год.

Продуктивность пресных водоемов (особенно по фитобентосу) значительно ниже, чем морей и океанов. Во вневодных местообитаниях продукционная роль водорослей обычно несоизмерима с ролью высших растений, хотя продукция почвенных водорослей по первым приблизительным расчетам составляет 54—642 кг/га в год, во много раз (на 720—32 000 %) превышая их биомассу в почве. Тем не менее основной вклад в общую продукцию органического углерода на Земле принадлежит водорослям, обитающим в воде, где их место и роль в биоценозах сравнимы с таковыми высших растений на суше.

Средняя первичная продукция (продукция первичного звена пищевой цепи водного биоценоза, которое представлено водорослями) океанов, определенная радиоуглеродным методом, составляет 550 кг С/га в год. Она в 2, 5 раза меньше по сравнению с продуктивностью суши. На суше такая продуктивность отмечается лишь в пустынях. Однако благодаря необозримым просторам Мирового океана, занимающего свыше 70 % поверхности Земли, суммарная величина его первичной продукции составляет 550, 2 млрд т (в сырой массе) в год, превышая суммарную биомассу водорослей (1, 7 млрд т) в 306 раз. Согласно оценкам разных ученых, вклад водорослей в общую продукцию органического углерода на нашей планете составляет 26—90 %.

Роль водорослей в балансе кислорода.Не меньшее значение имеет также то, что в водной среде водоросли являются единственными продуцентами свободного кислорода, необходимого для дыхания водных организмов, как животных, так и растений. Аэробный тип дыхания преобладает в энергетике водных экосистем, а содержание кислорода в воде нередко намного ниже нормального. По образному выражению В. И. Вернадского, борьба за существование в гидросфере — это борьба за кислород. Поэтому роль водорослей как основных продуцентов органической пищи и кислорода в водных экосистемах Земли трудно переоценить. От их жизнедеятельности в значительной степени зависит общая биологическая продуктивность водоемов и их рыбопродуктивность. Являясь источником пищи и кислорода, заросли водорослей в Мировом океане служат пристанищем и защитой для многочисленных видов животных, местом нереста рыб. Наблюдениями над прибрежными зарослями Cystoseira barbata в Новороссийской бухте на Черном море установлено, что столб воды диаметром 15 см и высотой 35 см объемом 5 л с кустом этой водоросли содержит 150—250 экземпляров моллюсков, 300—500 клещей, 34—56 тыс. ракообразных — всего до 60 тыс. особей. Наряду с беспозвоночными в зарослях С. barbata обитают многие виды рыб.

Водоросли, кроме того, играют большую роль в общем балансе кислорода на Земле. Вклад наземной растительности не дает длительной чистой прибавки к глобальному балансу кислорода, так как на суше высвобождаемый при фотосинтезе кислород расходуется примерно в таком же количестве микроорганизмами, разлагающими органический опад. В водоемах же разложение отмерших организмов идет в основном на дне анаэробным путем. Возмещение кислорода, непрерывно отчуждаемого из атмосферы в результате процессов горения, возможно только благодаря активности фитопланктона. Океаны служат главным регулятором баланса кислорода атмосферы. Этому способствует и то, что содержание кислорода в самом верхнем слое воды, активно участвующем в обмене, может быть в 2—3 раза выше, чем в воздухе.

Водоросли — компонент биоценозов, агенты самоочищения окружающей среды и почвообразовательных процессов.Водоросли являются источником разнообразных химических соединений, выделяемых в окружающую среду, в том числе биологически активных веществ. Оказывая регуляторное воздействие на развитие других организмов, они участвуют в процессах формирования гидробиоценозов, влияют на органолептические показатели воды, на формирование качества природных вод. Обогащая воду кислородом, необходимым для жизнедеятельности аэробных бактерий, водных грибов и других организмов — активных агентов самоочищения загрязненных естественных вод, многие виды водорослей вместе с тем принимают непосредственное участие в утилизации некоторых органических соединений, солей тяжелых металлов, радионуклидов, очищая, облагораживая окружающую среду. С другой стороны, при массовом развитии водоросли могут быть причиной вторичного биологического загрязнения и интоксикации природных вод.

В наземных местообитаниях водорослям наряду с другими микроорганизмами принадлежит роль пионеров растительности. Исследования различных горных массивов показали, что в условиях отсутствия органического вещества поверхность выветривающихся пород заселяется прежде всего микроколониями одноклеточных водорослей и сопутствующих им бактерий, образующими т. н. горный загар. Нередко также комплексы водорослей и бактерий обнаруживают способность к усвоению молекулярного азота. Таким образом за счет углекислого газа и азота атмосферы происходит первичное накопление органических веществ. Кроме скальных пород, подобные явления наблюдались на вулканическом пепле, на безжизненных минеральных субстратах антропогенного происхождения (золотоотвалы, пылящие промышленные отходы, шлаки и другие промышленные отвалы). На территориях, по той или иной причине лишенных растительности и почвенного покрова, формируются примитивные почвы, в образование которых водоросли нередко вносят существенный вклад, образуя начальную стадию сукцессии. Обсуждается значение почвенных водорослей в процессах формирования структуры, плодородия почвы, повышения ее влагоемкости, противоэрозионной стойкости.

Вопросы охраны водорослей.Являясь неотъемлемой частью природных экосистем, водоросли сыграли и продолжают играть важную историческую роль в развитии природы на нашей планете. Как и другие ее компоненты, они нуждаются в тщательном изучении и охране. Многочисленные факты свидетельствуют о сильнейшем давлении на них антропогенного фактора. Многолетние наблюдения над флорой водорослей и водными экосистемами демонстрируют высокие темпы сукцессионных процессов в водной среде. Об этом свидетельствует также высокая чувствительность многих стенотопных видов водорослей к воздействию факторов внешней среды, на чем базируется их широкое использование в качестве биологических индикаторов и тестобъектов. Учитывая важную роль водорослей в природе, их непреходящее историческое, научно-методологическое и практическое значение, разработка принципов и методов их охраны является неотложной задачей. Между тем вопросам охраны генофонда низших фотоаутотрофных растений все еще уделяется мало внимания.

В первую очередь нуждаются в охране морские водоросли-макрофиты, являющиеся объектом промысла или страдающие в результате морской нефтедобычи. Принципы и методы их охраны, по-видимому, не будут существенно отличаться от разработанных для высших растений. В некоторых странах (Норвегия, Франция и др.) уже существует законодательство, ограничивающее траловый промысел водорослей, вызвавший резкое сокращение запасов рыбы, до восстановления подводной растительности.

Охрана микроводорослей должна базироваться на общих мероприятиях по охране окружающей среды от загрязнений, оптимизации ландшафтов, стабилизации существующих экосистем. Индивидуальная охрана отдельных видов микроводорослей и их местообитаний, по-видимому, малоэффективна. Поэтому большое значение приобретает метод научного прогнозирования последствий деятельности человека, научной экспертизы природо-изменяющих проектов. Актуальным также является создание государственных коллекции культур микроводорослей и банков нх генов. Необходима разработка критериев и составление списков редких и исчезающих видов водорослей, которые могут оказаться полезными при обосновании необходимости охраны какого-то конкретного участка территории или акваторий. Поскольку охране подлежат не отдельные экземпляры водорослей, а их популяции, необходимо специальное изучение этих популяций, их вегетационных циклов, географического распространения, изменчивости в зависимости от конкретных факторов окружающей среды, в первую очередь антропогенных.

ХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВОДОРОСЛЕЙ

Водорослям отводят важную роль в решении ряда глобальных проблем, волнующих все человечество, в том числе продовольственной, энергетической, охраны окружающей среды, освоения космического пространства, недр Земли, богатств Мирового океана, изыскания новых источников промышленного сырья, строительных материалов, фармацевтических препаратов, биологически активных веществ, новых объектов биотехнологии.

Водоросли как продукт питания. По своим пищевым качествам водоросли не только не уступают известным сельскохозяйственным культурам, но в некоторых отношениях даже превосходят их. Они содержат высокий процент белка (до 70 % сухой массы), включающего все аминокислоты, необходимые для нормального питания человека, в том числе незаменимые. Благодаря этому белки водорослей могут дополнять белки продуктов, содержащих мало лизина и треонина. Выход белка на единицу площади за единицу времени при выращивании водорослей на 1—3 порядка превышает таковой по сравнению с другими традиционными источниками (бобовые, злаки, крупный рогатый скот и др.).

Учитывая все возрастающий дефицит белков в продуктах питания (по данным Всемирной организации здравоохранения в 1980 г. он составлял 3, 5 млн т, а к 2000 г. увеличится до 60 млн т) водоросли как дополнительный источник белковых веществ представляют большой интерес.

Водоросли — богатейший источник витаминов (тиамина, рибофлавина, фолиевой, никотиновой и аскорбиновой кислот, β -каротина), микроэлементов и других физиологически активных веществ. Содержание витаминов в 100 г зеленой водоросли Chlorella Beijer. превышает суточную потребность в них человека. Поэтому рекомендуют вводить водоросли в рацион больных сердечно-сосудистыми и желудочными заболеваниями.

Большим преимуществом водорослей является фнзиолого-биохимическое разнообразие и лабильность их химического состава, позволяющие осуществлять управляемый биосинтез ценных химических природных соединений. Так, в одной и той же культуре водорослей, в зависимости от условий выращивания, можно получить биомассу с содержанием белков 8— 58 %, углеводов — 6—37 и жиров — 4—85 %. В зависимости от условий выращивания в значительной степени изменяется также содержание свободных аминокислот, пигментов, витаминов, микроэлементов.

Водоросли, особенно микроскопические, характеризуются наиболее высоким КПД усвоения световой энергии по сравнению с другими фотосинтезирующими организмами. Многие виды способны к миксотрофизму и эффективной утилизации света низкой интенсивности. Это позволяет снизить энергетические затраты на единицу получаемой продукции.

Продуктивность водорослей, особенно микроскопических, приближается к потенциально возможной. В закрытых, полностью автоматизированных опытных установках (космического назначения) при искусственном освещении продуктивность хлореллы составляет 100—140 г сухого вещества на 1 м² в сутки. Это соответствует 1000—1400 кг/га (в сухой массе) в сутки или 360—500 т/га в год. Средняя продуктивность микроводорослей при их массовом культивировании в установках открытого типа при естественном освещении находится в пределах 14—35 г/м² (в сухой массе) в сутки, максимальная достигает 60 г/м² в сутки. Если исходить из средней суточной продуктивности 20 г/м² и продолжительности вегетационного периода 6 месяцев, среднегодовая продуктивность установок этого типа должна составить 72 т/га (в сухой массе) в год. Практически такая продуктивность (50—80 т/га в год) достигнута в разных странах в открытых культиваторах разного типа. Культивирование видов рода Spirulina, позволяет получать 128 т белка на гектар в год. Таким образом, продуктивность культуры микроводорослей на порядок выше по сравнению с продуктивностью пшеничного поля. Продуктивность плантаций морских водорослей составляет 60—120 т/га (в сырой массе) в год.

Водоросли не являются конкурентами высших растений, поскольку их выращивание может осуществляться в водоемах и искусственных установках на площадях, не пригодных для земледелия; их культура менее зависима от климатических условий по сравнению с культурой наземных растений. Не следует забывать также об огромных ресурсах Мирового океана для получения пищи и кормов.

Макроскопические морские и пресноводные водоросли используются человеком в качестве пищевых и кормовых продуктов еще с XIII ст. В настоящее время известно около 170 видов съедобных макроскопических водорослей, из них 81 вид красных, 54 бурых, 25 зеленых. Интенсивное использование морских водорослей-макрофитов в хозяйственных целях (в Калифорнии, например, в подводных «лесах» Масгоcystis ежегодно собирают до 150 тыс. т биомассы) исчерпало их природные запасы н привело к необходимости их искусственного выращивания. Поэтому в последние 30 лет значительное развитие получила аквакультура водорослей. В частности, в довольно больших количествах выращиваются виды родов Porphyra, Laminaria, Undaria, Macrocystis, Gelidium, Gracilaria, Ulva, Enteromorpha, Spirulina. и др. Среди них наибольшее пищевое значение имеют виды рода Porphyra. Их начали выращивать в Японии еще в XVII ст., и в настоящее время по объему культивирования они занимают первое место в мире. В 1945—1951 гг. урожай видов Porphyra составлял 3 тыс. т/год, в 1969—1970 гг.— около 18 тыс. т, в последующие — свыше 100 тыс. т. Только в Японии ежегодная продукция водорослей в целом возросла с 310 тыс. т в 1960 г. до 690 тыс. т в 1978 г. Из 10 млн т морских продуктов, получаемых в этой стране ежегодно, 1 млн т поступает за счет аквакультуры. Уже сейчас в пищевом рационе японцев водоросли составляют почти 20 %.

Предполагают, что в будущем доля водорослей в пищевом рационе человека будет неуклонно возрастать. Полученные в Японии штаммы и японские технологии аквакультуры широко используют в других странах: США, Канаде, Франции, Норвегии, Дании, Великобритании. В нашей стране морские водоросли выращивают в дальневосточных морях, на Черном, Белом и Баренцевом морях. Их используют в качестве пищевого продукта как в свежем, так и в консервированном виде, а также при изготовлении хлебобулочных и кондитерских изделий.

Целесообразность использования морских водорослей в качестве пищевых и кормовых продуктов, а также источников промышленного сырья в настоящее время не вызывает сомнений. Разработаны технологии контролируемого получения спор водорослей, использования искусственных субстратов для их выращивания, методы хранения н переработки биомассы, механизируются работы по сбору урожая, проводится селекция продуктивных штаммов, оптимизируется минеральное питание. Выращивание морских водорослей приобретает промышленный характер и становится все более рентабельной отраслью растениеводства, несмотря на некоторые экономические и экологические трудности. В частности, при освоении шельфа под водорослевые плантации проявляется побочный негативный эффект от применения удобрений, особенно в мелководных лагунах: нарушается экологическое равновесие, уменьшается содержание кислорода в воде, развиваются токсические виды водорослей. Возникают проблемы борьбы с болезнями и адвентивными растениями, засоряющими плантации промышленно ценных видов водорослей.

Значительно медленнее приобретают признание микроводоросли как источник продуктов питания и кормов. В течение сравнительно короткого периода (40 лет) неоднократно изменялись объем и направление научно-исследовательских работ, связанных с изучением возможностей использования микроводорослей в хозяйственной сфере. Так, после второй мировой войны в США, Чехии н некоторых других странах микроводоросли усиленно изучали в качестве добавочного источника пищевых и кормовых продуктов. Однако, начиная с 60-х годов, внимание к ним как к объектам промышленного культивирования значительно снизилось, и лишь в Японии, КНР, Мексике и СССР исследования в этом направлении продолжались и дали практические результаты. Временное разочарование в перспективах использования культур микроводорослей можно объяснить недостаточностью научного обоснования, отсутствием предварительных селекционно-генетических исследований, несовершенством методов выращивания и переработки биомассы водорослей, высокой себестоимостью получаемых продуктов. Не всегда положительными были результаты потребления нативной биомассы водорослей. Низкая перевариваемость водорослей нередко обусловливалась наличием у них крепкой целлюлозной оболочки, нуждающейся в предварительной обработке и разрушении, или токсичностью отдельных объектов. В 70-е годы число работ по массовому культивированию мнкроводорослей увеличилось.

В качестве объектов культивирования используют различные штаммы видов родов Chlorella, Scenedesmus, Coelastrum, Chlamydomonas., Dunaliella, Spirulina, Microcystis, Monochrysis, lsochrysis и др. Ho в целом культивируемые виды составляют незначительную часть мировой альгофлоры, насчитывающей около 40 тыс. видов.

В настоящее время микроводоросли культивируют в значительных масштабах в ряде стран. Так, на острове Тайвань массовая культура Chlorella насчитывает уже более 14 лет, давая ежегодно 1, 5 тыс. т сухой биомассы; в Малайзии и на Филиппинах для пищевых целей ежегодно используют более 500 т хлореллы. В Мексике за 9 лет культивирования Spirulina в водах рисовых полей получено свыше 3 тыс. т биомассы; предполагается увеличить урожай до 2 тыс. т в год. В этой стране разработана технология получения из Spirulina бесцветного порошка, который в количестве 5—10 % добавляют к хлебобулочным изделиям и другим пищевым продуктам. По данным мексиканских исследователей, белки этих водорослей хорошо усваиваются человеком, не вызывая побочных явлений. Некоторый опыт использования хлореллы и других микроводорослей накоплен в Японии, Канаде, США, Франции, Новой Зеландии, Австралии, Корее и других странах.

Водоросли — источник белкового корма, витаминов и других физиологически активных веществ в рационе сельскохозяйственных животных и рыб. Значительно шире используются водоросли в животноводстве в качестве корма и кормовых добавок. Эффективность их использования доказана в многочисленных опытах на разнообразных животных. Применение водорослей в животноводстве в качестве источника белков, витаминов и других физиологически активных веществ повышает устойчивость животных к различным заболеваниям, в первую очередь авитаминозным, ускоряет их рост и размножение, повышает объем и качество товарной продукции.

В США большие хозяйства для выращивания крупного рогатого скота и птицы обеспечены водорослевыми водоемами, в которых отходы животноводства утилизируются водорослями. При этом 40 % азота из сточных вод снова поступает в биомассу водорослей и поедается животными. Подсчитано, что водорослевые реакторы на площади 4 млн га со средней продуктивностью 12 г/м² (в сухой массе) в сутки полностью обеспечат потребность США в белке, для получения которого в настоящее время используется 121 млн га сельскохозяйственных угодий.

Одно из важных направлений в повышении эффективности кормов — применение хлореллы в качестве биостимулирующей добавки в кормовые рационы. Добавление 1, 5—2, 5 % биомассы хлореллы к белкам зерна повышает биологическую ценность рациона животных на 60 %. Имеются сведения об использовании водорослей в звероводстве для питания и лечения животных. Так, введение суспензии хлореллы в рацион больных животных способствует реабилитации при острой потере крови и ухудшении ее состава, ускоряет регенерацию костного мозга.

Используются микроводоросли в рыбном хозяйстве в качестве белково-витаминных кормовых добавок в рацион рыб и других гидробионтов.

Водоросли — источник промышленного сырья. Макроводоросли. Водоросли являются продуцентами большого количества многообразных ценных, дефицитных и уникальных биоорганических соединений. Использование макроводорослей в качестве источника промышленного сырья имеет сравнительно длительную историю. Еще в начале прошлого столетия из морских водорослей-макрофитов начали получать йод, несколько позже — бром, натрий, калий и некоторые другие элементы. Однако водоросли оказались слишком ценным сырьем, содержащим уникальные, остродефицитные соединения органической природы, чтобы расходовать их на получение химических элементов, извлекаемых ныне из морской воды после ее предварительного концентрирования. К наиболее ценным продуктам, получаемым из водорослей, принадлежат фикоколлоиды (агар, агароид, агароза, каррагеиан, агаропектин), альгиновая кислота и ее соли — альгинаты, маннит, сорбит и др.

Фикоколлоиды, являющиеся уникальными продуктами биосинтеза красных водорослей (основные продуценты—виды родов Gracilaria, Gellidium, Ahnfeltia, Chondrus, Phyllophora и др.), находят широкое применение в пищевой, фармацевтической, химической, микробиологической, текстильной, целлюлозно-бумажной, парфюмерной и других отраслях промышленности. В больших количествах потребляют агар для научных целей (в бактериологии, экспериментальной микологии и альгологии), а также в санитарно-эпидемиологической практике и технике. Не менее широко применяют альгиновую кислоту и альгинаты, уникальными продуцентами которых являются бурые водоросли. Альгинаты используют в химической промышленности (для стабилизации растворов и суспензий, в производстве клеев, лаков, красок, пластмасс, синтетических волокон), в пищевой промышленности (при изготовлении консервов, мороженого, фруктовых соков, хлебо-булочиых и кондитерских изделий), при изготовлении строительных материалов, в книгопечатанье, в текстильной, фармацевтической промышленности (при изготовлении растворимых хирургических нитей, паст, лечебных мазей, биопротекторов и т. Д.), в парфюмерии, литейном производстве, электросварке и т. д. Маннит используют в фармакологии (изготовление лекарств для диабетиков), в пищевой промышленности (продукты питания для диабетиков), химической — при изготовлении синтетических смол, красок, целлюлозно-бумажной, кожевенной, оборонной промышленности и т. д. Из водорослей изготовляют кормовую муку, использование которой в животноводстве способствует повышению его продуктивности, увеличению содержания йода и других микроэлементов в продуктах питания. Морские водоросли являются сырьем для получения дорогостоящих дефицитных медицинских препаратов — онкостатических, заменителей крови, препаратов для лечения лучевой болезни и др.

Потенциальные возможности применения морских водорослей-макрофитов, несомненно, шире масштабов их современного использования. Они рассматриваются как перспективный объект для выделения гемагглютининов, гликопротеидов, получения полиэлектролитов, простых сахаров и кормовых дрожжей, как сырье для целлюлозно-бумажной промышленности. Из морских водорослей выделены метаболиты, обладающие антимикробным, антивоспалительным, антигельминтным, анти-коагулирующим действием. Полученный из ламинарии ламинин является гипотензивным средством, фукостерин способствует снижению содержания холестерина в организме млекопитающих. Некоторые комплексные полимеры водорослей являются противоядием против сильнейших токсинов типа кураре. Особый интерес для фармакологии представляют токсинообразующие водоросли.

Микроводоросли. Масштабы использования микроводорослей в качестве промышленного сырья пока более ограничены, хотя перспективы здесь практически необозримы. Особенно ценятся водоросли — продуценты стеролов, витаминов, пигментов, ферментов, веществ гормональной природы, антибиотиков, альгицидов, инсектицидов, репеллентов и других физиологически активных соединений, концентраторы ценных и редких элементов — кобальта, никеля, молибдена, золота и др. Внеклеточные полисахариды микроводорослей могут быть использованы как эмульгаторы, флоккуленты, сырье для получения очищенной нефти. Разрабатывают способы одновременного получения из видов рода Dunaliella глицерина, каротина и белка.

Микроводоросли находят применение в микробиологической промышленности — как биостимуляторы, заменители пищевых продуктов (мяса, молока и др.) в питательных средах, а также для осуществления управляемого биосинтеза различных органических соединений. Заслуживают внимания факты использования микроводорослей в фармацевтической, пищевой, парфюмерной промышленности в качестве источников жиров, красителей, ароматических, физиологически активных соединений и других веществ. Из водорослей изготавливают лекарственные препараты для лечения незаживающих ран, сердечно-сосудистых, желудочно-кишечных, онкологических заболеваний.

Важное значение приобретают водоросли как источник иммобилизированиых ферментов, используемых в пищевой и мясо-молочной промышленности для получения аминокислот. Гидрогеназы применяют в искусственных фотосинтетических системах.

Использование водорослей как индкаторных организмов. Использование водорослей для биологического анализа воды. Биологический анализ воды наряду с другими методами используется при оценке состояния водоемов и контроля за качеством воды. Водоросли благодаря стенотопности многих видов, их высокой чувствительности к условиям окружающей среды играют важную роль в биологическом анализе воды.

Качество или степень загрязнения воды по составу водорослей оценивают двумя способами: 1) по индикаторным организмам; 2) по результатам сравнения структуры сообщества на участках с различной степенью загрязнения и контрольном. В первом случае по присутствию или отсутствию индикаторных видов или групп и их относительному количеству, пользуясь заранее разработанными системами индикаторных организмов, относят водоем или его участок к определенному классу вод. Во втором случае заключение делают по результатам сопоставления состава водорослей на разных станциях или участках водоема, в разной мере подверженных загрязнению.

В настоящее время существует несколько систем для биологической индикации загрязненных вод. В альгологии для этих целей применяют систему сапробности вод, оцениваемую степенью их загрязнения органическими веществами и продуктами их распада. Распад находящегося в составе сточных вод органического вещества носит ступенчатый характер. В связи с этим водоемы или их зоны в зависимости от степени загрязнения органическими веществами подразделяют на поли, - мезо- и олигосапробные.

В полисапробной зоне, находящейся вблизи от места сброса сточных вод, происходит расщепление белков и углеводов в аэробных условиях. Эта зона характеризуется почти полным отсутствием свободного кислорода, наличием в воде неразложившихся белков, значительных количеств сероводорода и диоксида углерода, восстановительным характером биохимических процессов. Число видов водорослей, способных развиваться в этой зоне, сравнительно невелико, но зато они встречаются в массовых количествах.

В мезосапробной зоне загрязнение выражено слабее: неразложившихся белков нет, сероводорода и диоксида углерода немного, кислород присутствует в заметных количествах, однако в воде есть еще такие слабоокисленные азотистые соединения, как аммиак, амино- и амидокислоты.

В олигосапробной зоне сероводород отсутствует, диоксида углерода мало, количество кислорода приближается к нормальному насыщению, растворенных органических веществ практически нет. Для этой зоны характерно высокое видовое разнообразие водорослей, но численность и биомасса их незначительны.

«Цветение» воды и обрастание. Под «цветением» воды понимают интенсивное развитие водорослей в толще воды, в результате чего она приобретает различную окраску. При этом цвет воды может варьировать от сине-зеленого, ярко-зеленого, серого до желто-зеленого, каштанового или ярко-красного, кирпично-красного и красно-бурого и коричневого (в зависимости от окраски организмов, вызывающих «цветение», и их численности).

Массовому развитию водорослей вплоть до «цветения» воды способствует увеличение эвтрофирования водоемов, которое происходит как под влиянием природных факторов (за тысячи и десятки тысяч лет), так и в значительно большей степени под влиянием антропогенных факторов (за годы, десятки лет).

«Цветение» воды наблюдается как в континентальных водоемах (пресных, солоноватых и соленых), так и в морях и океанах (в основном в прибрежных районах). В морях и океанах «цветение» воды вызывают главным образом диатомовые (Centrophyceae) и динофитовые (Dinophyta), а также синезеленые. В арктических морях отмечается весенне-летнее «цветение» воды, обусловленное интенсивным развитием диатомовых. В морях северного полушария (Балтийское, Черное, Азовское) «цветение» воды вызывают летом синезеленые водоросли, весной и осенью — диатомовые. Для морей тропических и субтропических широт наиболее характерны т. н. красные приливы, обусловленные интенсивным развитием динофитовых водорослей, которое наиболее часто наблюдается в прибрежной части Южной Америки и Африки, а также у берегов Индии и Японии. Красное море свое название получило из-за обильного развития в нем синезеленой водоросли Oscillatoria erythraea. В морях умеренных широт описаны случаи красного «цветения», обусловленные интенсивным развитием диатомовых водорослей: Sceletonema costatum, Eutreptiella pascheri, Aulacodiscus kittonii, Pyramimonas cruciata. Очень опасно «цветение» воды, вызываемое токсическими видами пирофитовых водорослей (виды родов Gonyaulax Diesing, Gymnodinium Stein).

Красное «цветение» наблюдается и в континентальных водоемах. Так, в Японии нередко обильно развивается пресноводная золотистая водоросль Uroglena americana Calkius. Лужеобразные пресные водоемы Средней Европы нередко окрашиваются в красный цвет Haematococcus pluvialis, а соленые водоемы юга — в кирпично-красный Dunaliella salina из зеленых водорослей.

Из пресноводных водоемов, подверженных «цветению», в первую очередь следует отметить большие равнинные реки и построенные на них водохранилища, а также пруды различного назначения (биологические, технические, рыбоводные, всевозможные отстойники), озера, водоемы-охладители.

В пресных водоемах летом «цветение» воды чаще всего вызывается си-незелеными и динофитовыми водорослями, весной и осенью — диатомовыми. Реже «цветение» воды обусловливают зеленые или желто-зеленые водоросли. Из синезеленых водорослей, вызывающих «цветение» в днепровских водохранилищах, встречаются Microcystis aeruginosa, M. wesenbergii, Woronichinia naegeliana, Anabaena flos-aquae, A. lemmermannii, A. circinalis, A. spiroides, A. affinis, A. scheremetievi.

В период «цветения» пресноводных водоемов биомасса водорослей достигает 1, 5—2, 0 кг/м³, а в местах их скоплений — 5—7 кг/м³. В штилевую погоду водоросли собираются в поверхностных слоях воды в т. н. пятнах «цветения», где их биомасса достигает 40—50 кг/м³ (в пересчете на сухое вещество, представленное сестоном). Для сравнения можно указать, что в арктических морях при «цветении» воды биомасса фитопланктона достигает 6—14 г/м³, в Каспийском море 1—3, в Азовском 270 г/м³.

Считают, что умеренная вегетация синезеленых водорослей, до 250 г/м³(в сырой массе), не сказывается отрицательно на экосистеме водоема и даже напротив влияет на нее положительно. При значительном увеличении биомассы водорослей (до 500 г/м³ и выше), начинает проявляться биологическое загрязнение, вследствие чего значительно ухудшается качество воды. В частности, изменяется ее цветность, pH, вязкость, снижается прозрачность, меняется спектральный состав проникающей в водную толщу солнечной радиации в результате рассеивания и поглощения водорослями световых лучей. В воде появляются токсические соединения (продукты жизнедеятельности водорослей и сопутствующих им бактерий) и большое количество органических веществ, служащих питательной средой для бактерий, в том числе и патогенных. Вода приобретает неприятный запах (например, при обильном развитии Anabaena lemmermannii вода приобретает затхлый запах). Возникает дефицит растворенного кислорода, который расходуется на дыхание водорослей и разложение отмершей органической массы. Недостаток кислорода приводит к летним заморам рыб и других гидробионтов, а также тормозит процессы самоочищения и минерализации органического вещества. Все это способствует накоплению в воде все большего количества различных вредных веществ, многие из которых небезопасны для человека (токсины, канцерогенные соединения, аллергены). При брожении и разложении водорослей в воде накапливается ацетон, масляная и уксусная кислоты, бутиловый спирт, фенолы, амины типа трупных ядов и др.

Кроме того, из-за большого количества взвесей в «цветущей» воде ее фильтрование при очистке затрудняется, а повышенная концентрация солей приводит к образованию накипей и осадков в системе технического водоснабжения.

Борьба с «цветением» должна быть направлена прежде всего на предотвращение антропогенного эвтрофирования водоемов, а также на ликвидацию уже имеющихся отрицательных последствий «цветения». В то же время нельзя забывать о перспективах использования биомассы водорослей, изъятой из водоемов, в хозяйственных целях.

Для профилактики эвтрофирования искусственных водоемов рекомендуется строго выполнять комплекс водоохранных мероприятий, который включает уборку территории будущего ложа водохранилища, надежное захоронение торфяников, создание вокруг водоемов водоохранной зоны, т. е. насаждение наземной и водной растительности. Считают, что из водных растений очень хороши для этой цели тростник и камыш, которые поглощают из воды огромное количество химических э

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78