Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования « СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ » Институт фундаментальной биологии и биотехнологии Кафедра биофизики ТРОФОМЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗООПЛАНКТОНА И ФИТОПЛАНКТОНА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ПРОТОЧНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ СИСТЕМЕ Красноярск 2012 Руководитель: к.б.н., с.н.с. А.П. Толомеев института биофизики СО РАН Выполнил: студент ББ11-03М И.М. Бородина

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ Качество воды природных водоемов тесно связано со структурой и плотностью биомассы микроводорослей, важнейшим фактором регуляции которых является зоопланктон. Оценка изменения количества фитопланктона в результате их взаимодействия с хищником необходима для построения эколого - математических моделей, направленных на составление прогноза и управления качеством воды.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Оценки прямого и метаболитного влияния доминирующего вида зоопланктона озера Шира Arctodiaptomus salinus (Calanoida, Copepoda) на численность и размерный состав микроводорослей.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ 1.Определить прямое (выедание) и стимулирующее (метаболитное) влияние Arctodiaptomus salinus на численность фитопланктона озера Шира в проточной системе. 4.Разработать блок-схему взаимодействий зоопланктона, фитопланктона и лимитирующего биогенного элемента (фосфора) для дифференциально-проточной системы. 5. Построить математическую модель, описывающую динамику биомассы фитопланктона в дифференциально-проточной системе. Потребление клеток микроводорослей зоопланктоном задается уравнением типа Моно, рост фитопланктона определяется клеточной квотой биогенного элемента (Droop model). 3.С помощью модельных расчетов, проверить гипотезы метаболитного и сигнально-метаболитного влияния Arctodiaptomus salinus на скорость роста фитопланктона озера Шира.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ 4. Разработать блок-схему взаимодействий зоопланктона, фитопланктона и лимитирующего биогенного элемента (фосфора) для дифференциально-проточной системы. 5. Построить математическую модель, описывающую динамику биомассы фитопланктона в дифференциально-проточной системе. Потребление клеток микроводорослей зоопланктоном задается уравнением типа Моно, рост фитопланктона определяется клеточной квотой биогенного элемента (Droop model) 6. Выполнить предварительный качественный анализ динамики компонентов модели при влиянии и в отсутствии хищника.

Ф ОТОГРАФИИ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ НА F LOW C AM Dictyosphaerium tetrachotomum Lyngbya contorta Aphonothece

Диаграмма питания зоопланктона микроводорослями по эквивалентному сферическому диаметру. Размерный спектр клеток фитопланктона, мкм Количество клеток фитопланктона, шт

выделение биогенов А) Рост микроводорослей обусловлен высокой скоростью рециркуляции биогенов Б) Рост микроводорослей обусловлен работой сигнального механизма. потребление фитопланктона сигнал

Фитопланктон Phyto Зоопланктон Zoo Питательные вещества Nutrient Клеточная квота Quota α Vmax * Nutr (ku + Nutr) µmaxZoo * Phyto (Kzoo + Phyto) Схема основных блоков модели и преобразования веществ D*ND*N0 D*Phyto D*Phyto0

Динамика биомассы фитопланктона в зависимости от минерального питания в присутствии зоопланктона

ВЫВОДЫ 1.Разработана блок-схема взаимодействий фитопланктона и зоопланктона, на основе, которой возможно построение математической модели, адекватно описывающей прямое (хищничество) и метаболитное влияние зоопланктона на численность микроводорослей. 2.Построена тестовая математическая модель, позволяющая описать динамику биомассы фитопланктона в лабораторной дифференциально-проточной системе. Модель реализована на языке VBA Построенные модели динамики биомасс фитопланктона наглядно демонстрируют положительное влияние хищника на численность микроводоослей. Предполагается применение этих моделей для подтверждения одной из гипотез стимуляции роста микроводорослей зоопланктоном. В конечном итоге предполагается применять модели к анализу динамики биомасс фитопланктона, оценке первичной продукции и биопродуктивности водных экосистем.