2023 Трансформация экосистем 6 (5), 29-42

Насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты как потенциальные аллелохемики для реабилитации водных экосистем

Крылова Ю.В.  , Курашов Е.А.  , Протопопова Е.В.  , Ходонович В.В.  , Явид Е.Я.  

Опасное цианобактериальное цветение (ОЦЦ) водоемов может приводить к значительным отрицательным последствиям. В лабораторных экспериментах показано, что метаболиты-аллелохемики водных макрофитов, нонановая кислота (одноосновная предельная жирная кислота) и пальмитолеиновая кислота (Omega-7 мононенасыщенная жирная кислота), способны эффективно подавлять развитие цианобактерии Synechocystis aquatilis Sauvageau, штамм № 1336 коллекции CALU (Collection of Algae of Leningrad University). Воздействие нонановой кислоты при наибольших из исследованных концентраций (1 и 1.8 мг/л) было более выраженным (коэффициенты подавления (SI) более 20), чем пальмитолеиновой кислоты (SI не более 3.5). Нонановая кислота может быть рекомендована для включения в состав альгицидов нового поколения на основе метаболитов водных макрофитов, используемых для предотвращения и ослабления ОЦЦ.

Юлия Викторовна Крылова
ИНОЗ РАН - СПБ ФИЦ РАН
РФ, 196105, г. Санкт-Петербург, ул. Севастьянова 9

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН
152742, Россия, Ярославская обл., Некоузский р-н, пос. Борок, д. 109

канд. географических наук, доцент, заведующая лабораторией, ведущий научный сотрудник лаборатории
juliakrylova@mail.ru

Евгений Александрович Курашов
ИНОЗ РАН – СПБ ФИЦ РАН
РФ, 196105, г. Санкт-Петербург, ул. Севастьянова 9

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН
152742, Россия, Ярославская обл., Некоузский р-н, пос. Борок, д. 109

доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией
evgeny_kurashov@mail.ru

Елена Викторовна Протопопова
ИНОЗ РАН – СПБ ФИЦ РАН
РФ, 196105, г. Санкт-Петербург, ул. Севастьянова 9

научный сотрудник лаборатории
ephyto@mail.ru

Влада Вячеславовна Ходонович
ИНОЗ РАН - СПБ ФИЦ РАН
РФ, 196105, г. Санкт-Петербург, ул. Севастьянова 9

Санкт-Петербургский филиал ФГБНУ «ВНИРО» («ГОСНИОРХ» им. Л.С. Берга)
РФ, 199053, г. Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 26

аспирант, младший научный сотрудник
vapity94@mail.ru

Елизавета Ярославовна Явид
ИНОЗ РАН - СПБ ФИЦ РАН
РФ, 196105, г. Санкт-Петербург, ул. Севастьянова 9

Санкт-Петербургский филиал ФГБНУ «ВНИРО» («ГосНИОРХ» им. Л.С. Берга)
РФ, 199053, г. Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 26

аспирант, младший научный сотрудник
eyavid@mail.ru

Громов, Б.В., Титова, Н.Н., 1983. Коллекция культур водорослей лаборатории Микробиологии Биологического института Ленинградского университета. В: Громов, Б.В. (ред.), Культивирование коллекционных штаммов водорослей. ЛГУ, Ленинград, СССР, 3–27.
Гуревич, Ф.А., 1953. К вопросу о протистоцидных свойствах водных и прибрежно-водных растений. Сборник научых Трудов Красноярского государственного медицинского института 3, 212–214.
Гуревич, Ф.А., 1973. Фитонциды водных и прибрежных растений, их роль в гидробиоценозах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук. Иркутск, СССР, 30 с.
Курашов, Е.А., Крылова, Ю.В., Батаева, Ю.В., Русанов, А.Г., Сухенко, Л.Т., 2019. Альгицид для подавления развития цианобактерий и зеленых водорослей на основе метаболитов – аллелохемиков водных растений. Патент на изобретение RU 2709308 C1, 17.12.2019. https://patents.s3.yandex.net/RU2709308C1_20191217.pdf (дата обращения: 04.10.2022).
Antioxidants in plant-microbe interaction, 2021. Singh, H.B., Vaishnav, A., Sayyed, R.Z. (eds.). Springer Singapore, 655 p. http://www.doi.org/10.1007/978-981-16-1350-0
Asif, A., Baig, M.A., Siddiqui, M.B., 2021. Role of jasmonates and salicylates in plant allelopathy. In: Aftab, T. and Yusuf, M. (eds), Jasmonates and salicylates signaling in plants. Signaling and communication in plants. Springer Cham, Switzerland, 115–127. http://www.doi.org/10.1007/978-3-030-75805-9_6
Burford, M.A., Gobler, C.J., Hamilton, D.P., Visser, P.M., Lurling, M., Codd, G.A., 2019. Solutions for managing cyanobacterial blooms: A scientific summary for policy makers. IOC/UNESCO (IOC/INF 1382), Paris, 17 p.
Chemical ecology of plants: allelopathy in aquatic and terrestrial ecosystems, 2002. Mallik, A.U., Inderjit (eds.), Springer, Basel, Switzerland, 272 p. http://www.doi.org/10.1007/978-3-0348-8109-8
Fink, P., 2007. Ecological functions of volatile organic compounds in aquatic systems. Marine and Freshwater Behaviour and Physiology 40, 155–168.
Hu, H., Hong, Y., 2008. Algal-bloom control by allelopathy of aquatic macrophytes – a review. Frontiers of Environmental Science & Engineering in China 2 (4), 421–438.
Huisman, J., Codd, G.A., Paerl, H.W., Ibelings, B.W., Verspagen, J.M.H., Visser, P.M., 2018. Cyanobacterial blooms. Nature Reviews Microbiology 16, 471–483. http://www.doi.org/10.1038/s41579-018-0040-1
Koksharova, O.A., 2020. Cyanobacterial VOCs as allelopathic tools. In: Ryu, C.M., Weisskopf, L., Piechulla, B. (eds), Bacterial volatile compounds as mediators of airborne interactions. Springer, Singapore, 257–280. http://www.doi.org/10.1007/978-981-15-7293-7_11
Kovalchuk, M.V., Naraikin, O.S., 2017. Nature-like technologies – new capacities and new challenges. Security Index 22 (3–4), 118–119.
Kurashov, E., Kapustina, L., Krylova, J., Mitrukova, G., 2020. The use of fluorescence microscopy to assess the suppression of the development of cyanobacteria under the influence of allelochemicals of aquatic macrophytes. In: Grigoryeva, N. (ed.), Fluorescence methods for investigation of living cells and microorganisms. IntechOpen, London, 28 p. http://www.doi.org/10.5772/intechopen.92800
Kurashov, E.A., Krylova, J.V., Mitrukova, G.G., Chernova,A.M., 2014. Low-molecular-weight metabolites of aquatic macrophytes growing on the territory of Russia and their role in hydroecosystems. Contemporary Problems of Ecology 7 (4), 433–448. http://www.doi.org/10.1134/S1995425514040064
Kurashov, E.A., Mitrukova, G.G., Krylova, J.V., 2018. Interannual variability of low-molecular metabolite composition in Ceratophyllum demersum (Ceratophyllaceae) from a Floodplain lake with a changeable trophic status. Contemporary Problems of Ecology 11 (2), 179–194. http://www.doi.org/10.1134/S1995425518020063
Kurashov, E., Krylova, J., Protopopova, E., 2021. The use of allelochemicals of aquatic macrophytes to suppress the development of cyanobacterial “blooms”. In: Pereira, L., Gonçalves, A.M. (eds.), Plankton Communities. IntechOpen, London. https://doi.org/10.5772/intechopen.95609
Li, Y., Xu, L., Letuma, P., Lin, W., 2020. Metabolite profiling of rhizosphere soil of different allelopathic potential rice accessions. BMC Plant Biology 20 (265). http://www.doi.org/10.1186/s12870-020-02465-6
Li, Z-H., Wang, Q., Ruan, X., Pan, C-D., Jiang, D-A., 2010. Phenolics and plant allelopathy. Molecules 15 (12), 8933–8952. http://www.doi.org/10.3390/molecules15128933
Macías, F.A., Galindo, J.L.G., García-Díaz, M.D., Galindo, J.C.G., 2008. Allelopathic agents from aquatic ecosystems: potential biopesticides models. Phytochemistry Reviews 7, 155–178. http://www.doi.org/10.1007/s11101-007-065-1
Mohamed, Z.A., 2017. Macrophytes-cyanobacteria allelopathic interactions and their implications for water resources management – A review. Limnologica – Ecology and Management of Inland Waters 63, 122–132. http://www.doi.org/10.1016/j.limno.2017.02.006
Mushtaq, W., Siddiqui, M.B., Hakeem, K.R., 2020. Allelopathy. Potential for green agriculture. Springer Cham, Switzerland, 69 p. http://www.doi.org/10.1007/978-3-030-40807-7
Nakai, S., Zhou, S., Hosomi, M., Tominaga, M., 2006. Allelopathic growth inhibition of cyanobacteria by reed. Allelopathy Journal 18 (2), 277–286.
Nakai, S., Zou, G., Okuda, T., Nishijima, W., Hosomi, M., Okada, M., 2012. Polyphenols and fatty acids responsible for anti-cyanobacterial allelopathic effects of submerged macrophyte Myriophyllum spicatum. Water Science and Technology 66, 993–999.
Nakai, S., Yamada, S., Hosomi, M., 2005. Anti-cyanobacterial fatty acids released from Myriophyllum spicatum. Hydrobiologia 543, 71–78.
Nature-like and convergent technologies driving the fourth industrial revolution, 2019. United Nations Industrial Development Organization, Vienna, Austria, 79 p.
Nezbrytska, I., Usenko, O., Konovets, I., Leontieva, T., Abramiuk, I., Goncharova, M., Bilous, O., 2022. Potential use of aquatic vascular plants to control cyanobacterial blooms: A review. Water 14 (11), 1727. http://www.doi.org/10.3390/w14111727
Ni, L.X., Acharya, K., Ren, G.X., Li, S.Y., Li, Y.P., Li, Y., 2013. Preparation and characterization of antialgal sustained-release granules and their inhibitory effects on algae. Chemosphere 91, 608–615. http://www.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2012.12.064
Ni, L.X., Jie, X.T., Wang, P.F., Li, S.Y., Hu, S.Z. et al., 2015. Characterization of unsaturated fatty acid sustained-release microspheres for long-term algal inhibition. Chemosphere 120, 383–390. http://www.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.07.098
Śliwińska-Wilczewska, S., Wiśniewska, K.A., Budzałek, G., Konarzewska, Z., 2021. Phenomenon of allelopathy in cyanobacteria. In: Rastogi, R.P. (ed.). Ecophysiology and biochemistry of cyanobacteria. Springer Singapore, 225–254. http://www.doi.org/10.1007/978-981-16-4873-1_11
Šulčius, S., Montvydienė, D., Mazur-Marzec, H., Kasperovičienė, J., Rulevičius, R., Cibulskaitė, Ž., 2017. The profound effect of harmful cyanobacterial blooms: From food-web and management perspectives. Science of The Total Environment 609, 1443–1450. http://www.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.07.253
Tan, K., Huang, Z., Ji, R., Qiu, Y., Wang, Z., Liu, J., 2019. A review of allelopathy on microalgae. Microbiology 165, 587–592.
Zhang, T.T., Zheng, C.Y., He, M., Wu, A.P., Nie, L.W., 2009. Inhibition on algae of fatty acids and the structure-effect relationship. China Environmental Science 29, 274–279.
Zhironkin, S., Demchenko, S., Kayachev, G., Taran, E., Zhironkina, O., 2019. Convergent and nature-like technologies as the basis for sustainable development in the 21st century. IVth International Innovative Mining Symposium. E3S Web of Conferences 105, 03008. http://www.doi.org/10.1051/e3sconf/201910503008
Zhu, X., Dao, G., Tao, Y., Zhan, X., Hu, H., 2021. A review on control of harmful algal blooms by plant-derived allelochemicals. Journal of Hazardous Materials 401, 123403. http://www.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123403