Сравнение экспрессных методов определения численности, размерной структуры и видового состава микроводорослей

Abstract

Традиционно численность, размерную структуру и видовую принадлежность микроводорослей определяют, подсчитывая и измеряя объекты разных видов под микроскопом. За последние годы для подобных исследований были разработаны различные экспрессные методы, каждый из которых не лишен своих недостатков. Исследователям водных экосистем важно понимать преимущества, недостатки и ограничения этих методов. Мы сравнили между собой и прямой микроскопией чувствительность трех экспрессных методов (многоканальный флуориметр FluoroProbe, визуализирующий проточный цитометр FlowCam, счетчик частиц CASY) к изменению численности клеток трех видов водорослей (Chlorella vulgaris Beyerinck, Arthrospira platensis Gomont и Nostoc sp.). Также мы оценили возможность использования экспрессных методов для восстановления видового состава смеси из этих видов. Все приборы показали высокую чувствительность к изменению численности клеток как разнотипных видов микроводорослей, так и смеси этих видов. Любой из методов после калибровки может быть надежно использован для оценки численности одновидовой/лабораторной культуры микроводорослей. При этом FlowCam без предварительной калибровки зафиксировал численность водорослей, наиболее близкую к подсчитанной под микроскопом. При анализе смеси из трех различающихся по своим размерным и спектральным характеристикам микроводорослей FluoroProbe показал наиболее высокую точность при оценке соотношения видов в смеси, а FlowCam – при оценке численности. Для исследования смесей водорослей и/или природных проб фитопланктона целесообразно совместное использование проточного цитометра и многоканального флуориметра. Сохраненные проточным цитометром изображения водорослей при необходимости позволят с какой-то точностью определить их до вида. Размерные и спектральные характеристики, представленные двумя методами, дадут возможность охарактеризовать сообщество фитопланктона в объемах, необходимых для решения таких задач, как исследования трофических взаимодействий в паре фито- и зоопланктон или при создании систем предупреждения о нежелательных массовых развитиях фитопланктона и его отдельных групп (например, цианобактерий)

Traditionally, the abundance, cell size distribution and species identification of algae are determined by microscopic counts. In recent years, various rapid methods have been developed for routine algal studies. However, each of these methods has its drawbacks. It is important for aquatic ecologists to understand the advantages, disadvantages, and limitations of these methods. We compared the sensitivity of three rapid methods (multichannel fluorimeter FluoroProbe, imaging flow cytometer FlowCam, and CASY particle counter) to changes in cell abundance of three algae species (Chlorella vulgaris Beyerinck, Arthrospira platensis Gomont, and Nostoc sp.). We also assessed the ability of rapid methods to estimate the cell abundance of different species in the mixed samples. All instruments showed high sensitivity to changes in the cell abundance of different algae species and a mixture of these species. Any one of these methods, once calibrated, can be reliably used to estimate the abundance of a single-species/laboratory culture of microalgae. At the same time, FlowCam, without preliminary calibration, recorded the cell abundance closest to microscopic counts. When analysing a mixture of three microalgae differing in their cell sizes and spectral characteristics, FluoroProbe showed the highest accuracy in assessing the proportions of species in the mixture and FlowCam – in assessing their abundance. To study mixtures of algae and/or natural phytoplankton communities, it is advisable to use jointly a flow cytometer and a multichannel fluorimeter. The images of algae saved by the flow cytometer, if necessary, can be used to identify them, with a certain accuracy, to the species. Information on cells size and spectral characteristics obtained by two methods will be detailed enough to perform such common tasks as studying trophic interactions between phyto- and zooplankton or creating warning systems to inform of unwanted blooms of phytoplankton and their individual groups (for example, cyanobacteria)