Флуоресцентная оценка таксономической структуры фитопланктона
Качественный состав пигментов в клетках фотосинтетиков закреплен генетически и связан с их филогенией (Wilhelm C., Kramer P., Wiedemann I., 1987). Из анализа этих различий можно заключить, что наиболее значимых параметры в спектре действия флуоресценции хлорофилла а связаны шестью группами фитопланктона, содержащими в составе клеток хлорофиллы а и в (Prochlorophyta, Chlorophyta, Euglenophyta), содержащими хлорофиллы а и с (Raphydophyta, Xanthophyta), содержащими хлорофиллы а, с и каротиноид фукоксантин (Bacillariophyta, Dinophyta, Chrysophyta), содержащими хлорофиллы а, с и фикобилины (Cryptophyta), содержащими хлорофиллы а, d и фикобилины (Rhodophyta), содержащими только хлорофилл а и фикобилины (Cyanophyta, Rhodophyta). Гетерогенность состава желтых пигментов в силу близости спектров поглощения вряд ли будет полезной при идентификации спектров действия флуоресценции хлорофилла а.
Из представленных пигментов только хлорофилла а и фикобилины способны флуоресцировать in vivo. Хлорофиллы в и с флуоресцируют в органических растворителях, но не флуоресцируют в составе пигмент белковых комплексов. Причина этого – практически 100% эффективность передачи поглощенной энергии от молекул хлорофилла в и с молекулам хлорофилла а. Желтые пигменты не способны к флуоресценции в силу своего химического строения. Фикобилины флуоресцируют в растворе и в составе пигмент белковых комплексов живых клеток. Эффективность передачи поглощенной ими световой энергии на хлорофилл а высока, но все же не достигает 100%, как в случае с хлорофиллами в и с. Спектры флуоресценции хлорофилла а и фикоцианина в составе цианобактерии Oscillatoria показаны на рис.2. Максимум флуоресценции хлорофилла а (686 нм) в равной степени выражен при возбуждении светом 420 и 578 нм. Флуоресценция фикоцианина отсутствует при возбуждении светом 420 нм и имеет максимум при 665 нм, когда длина волны возбуждающего света составляет 578 нм. Спектры флуоресценции фикоцианина и хлорофилла а значительно перекрываются. Поэтому при возбуждении синим светом флуоресценция цианобактерий и криптофитовых водорослей в диапазоне длин волн >680 нм обусловлена одним хлорофиллом а, тогда как при возбуждении зеленым и желтым светом – хлорофиллом а и фикоцианином.
До настоящего времени не известны попытки использовать генетически закрепленные различия фотосинтетических пигментов для флуоресцентного разделения сообщества фитопланктона на шесть перечисленных выше групп.
Yentsch C.S. и Phinney D.A. одними из первых предложили использовать различия в спектре действия флуоресценции для изучения таксономической неоднородности полей фитопланктона (Yentsch, Phinney, 1985). В качестве основного показателя было взято отношение сигналов флуоресценции, обозначенное САР от «chlorophyll accessory pigment»), у микроводорослей в области 685 нм при возбуждении двумя спектральными полосами - 530 и 450 нм
По величине САР, изменявшегося от 0.1 до 0.9, можно было отличить зеленые одноклеточные водоросли от диатомовых и динофлагелят. Однако промежуточные значения 0.3-0.4 могли возникнуть при наличии в пробах как золотистых водорослей так и смеси зеленых и диатомовых. Также в работе не предлагалось использовать величину САР для количественной оценки соотношения двух таксономических групп водорослей.
Практически одновременно появилась работа (Гольд, Гаевский, Шатров, Попельницкий, Рыбцов, 1986) в которой была показана возможность флуоресцентного определения содержания хлорофилла а в клетках водорослей, принадлежащих трем экологически значимым для внутренних водоемов отделам (Cyanophyta, Bacillariophyta, Chlorophyta). Метод удовлетворительно работал как в смесях лабораторных культур водорослей, так и в природных сообществах фитопланктона.