Фотосинтетические характеристики фитопланктона в шельфовых водах полуострова Камчатка в августе — сентябре 2023 г.

Т. В. Ефимова; Т. Я. Чурилова; Н. А. Моисеева; Е. Ю. Скороход; П. А. Салюк; А. В. Яцук

doi:10.21072/mbj.2026.11.2.05

Авторы: Т. В. Ефимова^1,2, Т. Я. Чурилова^1,2, Н. А. Моисеева¹, Е. Ю. Скороход^1,2, П. А. Салюк³, А. В. Яцук⁴
Учреждения:
1. ФГБУН ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А. О. Ковалевского РАН», Севастополь, Российская Федерация
2. Лаборатория экологии и эволюционной биологии водных организмов, Институт Мирового океана, Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Российская Федерация
3. Тихоокеанский океанологический институт имени В. И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток, Российская Федерация
4. Научно-технологический университет «Сириус», Сириус, Российская Федерация
Выпуск: Том 11 № 2 (2026)
Раздел: Научные сообщения
Страницы: 67–84
Ключевые слова: флуоресценция хлорофилла, фотоакклимация, быстрая световая кривая, квантовый выход фотосинтеза, Тихий океан, Охотское море
DOI: 10.21072/mbj.2026.11.2.05
EDN: TEAGKR
УДК: [581.526.325:57.017.7](265.51/.53)
Опубликована: 26.06.2026
Просмотров: 121 Скачиваний: 14

Скачать полный текст (ENG)

Google Scholar

Ефимова Т. В., Чурилова Т. Я., Моисеева Н. А., Скороход Е. Ю., Салюк П. А., Яцук А. В. Фотосинтетические характеристики фитопланктона в шельфовых водах полуострова Камчатка в августе — сентябре 2023 г. // Морской биологический журнал. 2026. Т. 11, № 2. С. 67-84. https://doi.org/10.21072/mbj.2026.11.2.05

Аннотация

Изменение климата и возрастающая антропогенная нагрузка оказывают влияние на состояние водных экосистем. Продуктивность пелагических экосистем во многом определяется фотосинтетической способностью фитопланктона. Целью работы было проанализировать изменчивость фотосинтетических характеристик фитопланктона [квантового выхода фотосинтеза (ϕ), характеризующего эффективность использования поглощённых квантов света в процессе фотосинтеза, максимального квантового выхода (ϕ_max) и коэффициента насыщения светом (I_k)] в зависимости от световых условий, которые определяются отношением толщины верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) к глубине зоны фотосинтеза. Использованы данные, полученных в шельфовых водах Тихого океана и Охотского моря в ходе рейса 23/4 НИС «Профессор Мультановский» в августе — сентябре 2023 г. Расчёт ϕ_max и I_k выполнен на основе измерения быстрых световых кривых флуоресценции. Установлено, что изменение фотосинтетических характеристик в основном обусловлено физиологической акклимацией фитопланктона к свету. В период сезонной стратификацией вод для ВКС и слоя зоны фотосинтеза, отличающихся по свету, получены существенно различающие по форме световые зависимости относительной скорости транспорта электронов. Показано, что величи́ны I_k и ϕ_max разнонаправленно изменялись в зависимости от интенсивности света, при этом ϕ_max — в большей степени, чем I_k. В результате значение ϕ, зависящее от I_k и ϕ_max, уменьшалось с увеличением интенсивности света. Выявлена взаимосвязь между ϕ и интенсивностью света (r = 0,97; p < 0,0001), описанная экспоненциальной функцией. Обнаруженные зависимости I_k, ϕ_max и ϕ от интенсивности света могут быть использованы для экспресс-оценки их величин по данным интенсивности света в среде, что необходимо для анализа первичной продукции с применением спектрального подхода.

Ключевые слова: флуоресценция хлорофилла, фотоакклимация, быстрая световая кривая, квантовый выход фотосинтеза, Тихий океан, Охотское море

Авторы

Т. В. Ефимова

с. н. с., к. б. н.

ФГБУН ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А. О. Ковалевского РАН», Севастополь, Российская Федерация / Лаборатория экологии и эволюционной биологии водных организмов, Институт Мирового океана, Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Российская Федерация

https://orcid.org/0000-0003-3908-4160

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=766926

Т. Я. Чурилова

в. н. с., к. б. н.

ФГБУН ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А. О. Ковалевского РАН», Севастополь, Российская Федерация / Лаборатория экологии и эволюционной биологии водных организмов, Институт Мирового океана, Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Российская Федерация

https://orcid.org/0000-0002-0045-7284

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=888565

Н. А. Моисеева

н. с.

ФГБУН ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А. О. Ковалевского РАН», Севастополь, Российская Федерация

https://orcid.org/0000-0003-1356-7981

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=959717

Е. Ю. Скороход

н. с.

ФГБУН ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А. О. Ковалевского РАН», Севастополь, Российская Федерация / Лаборатория экологии и эволюционной биологии водных организмов, Институт Мирового океана, Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Российская Федерация

https://orcid.org/0000-0002-3057-3964

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=1034485

П. А. Салюк

зав. лабораторией, к. ф.-м. н.

Тихоокеанский океанологический институт имени В. И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток, Российская Федерация

https://orcid.org/0000-0002-3224-710X

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=155615

А. В. Яцук

в. н. с., к. г.-м. н.

Научно-технологический университет «Сириус», Сириус, Российская Федерация

https://orcid.org/0000-0003-3975-5438

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=619393

Библиографические ссылки

Antal T., Konyukhov I., Volgusheva A., Plyusnina T., Khruschev S., Kukarskikh G., Rubin A. Chlorophyll fluorescence induction and relaxation system for the continuous monitoring of photosynthetic capacity in photobioreactors. Physiologia Plantarum, 2019, vol. 165, no. 3, pp. 476–486. https://doi.org/10.1111/ppl.12693

Babin M. Phytoplankton fluorescence: Theory, current literature and in situ measurement. In: Real-time Coastal Observing Systems for Marine Ecosystem Dynamics and Harmful Algal Blooms: Theory, Instrumentation and Modelling / M. Babin, C. S. Roesler, J. J. Cullen (Eds). Paris : UNESCO Publishing, 2008, pp. 237–280.

Babin M., Morel A., Claustre H., Bricaud A., Kolber Z., Falkowski P. G. Nitrogen- and irradiance-dependent variations of the maximum quantum yield of carbon fixation in eutrophic, mesotrophic and oligotrophic marine systems. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 1996, vol. 43, iss. 8, pp. 1241–1272. https://doi.org/10.1016/0967-0637(96)00058-1

Baker N. R. Photoinhibition of photosynthesis. In: Light as an Energy Source and Information Carrier in Plant Physiology / R. C. Jennings, G. Zucchelli, F. Ghetti, G. Colombetti (Eds). Boston, MA : Springer US, 1996, pp. 89–97. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-0409-8

Bannister T. T. Quantitative description of steady state, nutrient-saturated algal growth, including adaptation. Limnology and Oceanography, 1979, vol. 24, iss. 1, pp. 76–96. https://doi.org/10.4319/lo.1979.24.1.0076

Beardall J., Young E., Roberts S. Approaches for determining phytoplankton nutrient limitation. Aquatic Sciences, 2001, vol. 63, iss. 1, pp. 44–69. https://doi.org/10.1007/pl00001344

Behrenfeld M. J., Kolber Z. S. Widespread iron limitation of phytoplankton in the south Pacific Ocean. Science, 1999, vol. 283, no. 5403, pp. 840–843. https://doi.org/10.1126/science.283.5403.840

Behrenfeld M. J., Prasil O., Babin M., Bruyant F. In search of a physiological basis for covariations in light-limited and light-saturated photosynthesis. Journal of Phycology, 2004, vol. 40, iss. 1, pp. 4–25. https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.2004.03083.x

Björkman O., Demmig B. Photon yield of O₂ evolution and chlorophyll fluorescence characteristics at 77 K among vascular plants of diverse origins. Planta, 1987, vol. 170, iss. 4, pp. 489–504. https://doi.org/10.1007/bf00402983

Brainerd K. E., Gregg M. C. Surface mixed and mixing layer depths. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 1995, vol. 42, iss. 9, pp. 1521–1543. https://doi.org/10.1016/0967-0637(95)00068-h

Bricaud A., Roesler C. S., Parslow J. S., Ishizaka J. Bio-optical studies during the JGOFS-equatorial Pacific program: A contribution to the knowledge of the equatorial system. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2002, vol. 49, iss. 13–14, pp. 2583–2599. https://doi.org/10.1016/s0967-0645(02)00049-8

Chow W. S, Aro E.-M. Photoinactivation and mechanisms of recovery. In: Photosystem II. The Light-Driven Water: Plastoquinone Oxidoreductase / T. Wydrzynski, K. Satoh (Eds). Netherlands : Springer, 2005, pp. 627–648. https://doi.org/10.1007/1-4020-4254-x

Churilova T., Suslin V., Krivenko O., Efimova T., Moiseeva N. Spectral approach to assessment of phytoplankton photosynthesis rate in the Black Sea based on satellite information methodological aspects of the regional model development. Journal of Siberian Federal University. Biology, 2016, vol. 9, iss. 4, pp. 367–384. (in Russ.). https://doi.org/10.17516/1997-1389-2016-9-4-367-384

Cota G. F., Smith W. O., Mitchell B. G. Photosynthesis of Phaeocystis in the Greenland Sea. Limnology and Oceanography, 1994, vol. 39, iss. 4, pp. 948–553. https://doi.org/10.4319/lo.1994.39.4.0948

Cruz S., Serôdio J. Relationship of rapid light curves of variable fluorescence to photoacclimation and non-photochemical quenching in a benthic diatom. Aquatic Botany, 2008, vol. 88, iss. 3, pp. 256–264. https://doi.org/10.1016/j.aquabot.2007.11.001

Evolution of Primary Producers in the Sea / P. Falkowski, A. H. Knoll (Eds). New York ; London ; Oxford : Academic Press, 2011, 441 p. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-370518-1.x5000-0

Falkowski P. G., Raven J. A. Aquatic Photosynthesis. 2^nd edition. New Jersey : Princeton University Press, 2007, 488 p.

Heraud P., Beardall J. Changes in chlorophyll fluorescence during exposure of Dunaliella tertiolecta to UV radiation indicate a dynamic interaction between damage and repair processes. Photosynthesis Research, 2000, vol. 63, iss. 2, pp. 123–134. https://doi.org/10.1023/a:1006319802047

IOCCG. Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation, Volume 4.0. Inherent Optical Property Measurements and Protocols: Best Practices for the Collection and Processing of Ship-Based Underway Flow-Through Optical Data / A. R. Neeley, A. Mannino (Eds). Dartmouth, NS, Canada : International Ocean-Colour Coordinating Group (IOCCG), 2019, 22 p. (IOCCG Protocol Series ; vol. 4.0). https://doi.org/10.25607/obp-664

Isada T., Iida T., Liu H., Saitoh S. I., Nishioka J., Nakatsuka T., Suzuki K. Influence of Amur River discharge on phytoplankton photophysiology in the Sea of Okhotsk during late summer. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2013, vol. 118, iss. 4, pp. 1995–2013. https://doi.org/10.1002/jgrc.20159

Johnson Z., Bidigare R. R., Goericke R., Marra J., Trees C., Barber R. T. Photosynthetic physiology and physicochemical forcing in the Arabian Sea, 1995. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 2002, vol. 49, iss. 3, pp. 415–436. https://doi.org/10.1016/s0967-0637(01)00068-1

Kirk J. T. O. Light and Photosynthesis in Aquatic Ecosystems. 3^rd edition. Cambridge : Cambridge University Press, 2011, 662 p. https://doi.org/10.1017/cbo9781139168212

Kolber Z., Wyman K. D., Falkowski P. G. Natural variability in photosynthetic energy conversion efficiency: A field study in the Gulf of Maine. Limnology and Oceanography, 1990, vol. 35, iss. 1, pp. 72–79. https://doi.org/10.4319/lo.1990.35.1.0072

Lawrenz E., Silsbe G., Capuzzo E., Ylöstalo P., Forster R. M., Simis S. G., Suggett D. J. Predicting the electron requirement for carbon fixation in seas and oceans. PloS One, 2013, vol. 8, iss. 3, art. e58137 (18 p.). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0058137

Laws E. A. Photosynthetic quotients, new production and net community production in the open ocean. Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers, 1991, vol. 38, iss. 1, pp. 143–167. https://doi.org/10.1016/0198-0149(91)90059-o

Lee Z., Weidemann A., Kindle J., Arnone R., Carder K. L., Davis C. Euphotic zone depth: Its derivation and implication to ocean-color remote sensing. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2007, vol. 112, no. C3, art. C03009 (11 p.). https://doi.org/10.1029/2006jc003802

Lindley S. T., Bidigare R. R., Barber R. T. Phytoplankton photosynthesis parameters along 140°W in the equatorial Pacific. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 1995, vol. 42, iss. 2–3, pp. 441–463. https://doi.org/10.1016/0967-0645(95)00029-p

MacIntyre H. L., Kana T. M., Anning T., Geider R. J. Photoacclimation of photosynthesis irradiance response curves and photosynthetic pigments in microalgae and cyanobacteria. Journal of Phycology, 2002, vol. 38, iss. 1, pp. 17–38. https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.2002.00094.x

Marra J., Trees C. C., Bidigare R. R., Barber R. T. Pigment absorption and quantum yields in the Arabian Sea. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2000, vol. 47, iss. 7–8, pp. 1279–1299. https://doi.org/10.1016/s0967-0645(99)00144-7

Morel A., Antoine D., Babin M., Dandonneau Y. Measured and modeled primary production in the northeast Atlantic (EUMELI JGOFS program): The impact of natural variations in photosynthetic parameters on model predictive skill. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 1996, vol. 43, iss. 8, pp. 1273–1304. https://doi.org/10.1016/0967-0637(96)00059-3

Perkins R. G., Mouget J.-L., Lefebvre S., Lavaud J. Light response curve methodology and possible implications in the application of chlorophyll fluorescence to benthic diatoms. Marine Biology, 2006, vol. 149, iss. 4, pp. 703–712. https://doi.org/10.1007/s00227-005-0222-z

Platt T., Gallegos C. L., Harrison W. G. Photoinhibition of photosynthesis in natural assemblages of marine phytoplankton. Journal of Marine Research, 1980, vol. 38, pp. 687–701.

Platt T., Jassby A. D. The relationship between photosynthesis and light for natural assemblages of coastal marine phytoplankton. Journal of Phycology, 1976, vol. 12, iss. 4, pp. 421–430. https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.1976.tb02866.x

Schreiber U. Pulse-amplitude-modulation (PAM) fluorometry and saturation pulse method: An overview. In: Chlorophyll a Fluorescence. A Signature of Photosynthesis / G. C. Papageorgiou, Govindjee (Eds). Dordrecht, the Netherlands : Springer, 2004, pp. 279–319. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-3218-9

Schreiber U., Bilger W., Neubauer C. Chlorophyll fluorescence as a nonintrusive indicator for rapid assessment of in vivo photosynthesis. In: Ecophysiology of Photosynthesis / E.-D. Schulze, M. M. Caldwell (Eds). Berlin : Springer, 1994, pp. 49–70. https://doi.org/10.1007/978-3-642-79354-7

Schreiber U., Gademann R., Ralph P. J., Larkum A. W. D. Assessment of photosynthetic performance of Prochloron in Lissoclinum patella in hospite by chlorophyll fluorescence measurements. Plant and Cell Physiology, 1997, vol. 38, iss. 8, pp. 945–951. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.pcp.a029256

Serôdio J., Vieira S., Cruz S., Coelho H. Rapid light-response curves of chlorophyll fluorescence in microalgae: Relationship to steady-state light curves and non-photochemical quenching in benthic diatom-dominated assemblages. Photosynthesis Research, 2006, vol. 90, iss. 1, pp. 29–43. https://doi.org/10.1007/s11120-006-9105-5

Smyth T. J., Tilstone G. H., Groom S. B. Integration of radiative transfer into satellite models of ocean primary production. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2005, vol. 110, iss. C10, pp. C10014.1–C10014.11. https://doi.org/10.1029/2004jc002784

Suggett D. J., Moore C. M., Hickman A. E., Geider R. J. Interpretation of fast repetition rate (FRR) fluorescence: Signatures of phytoplankton community structure versus physiological state. Marine Ecology Progress Series, 2009, vol. 376, pp. 1–19. https://doi.org/10.3354/meps07830

Vassiliev I. R., Prasil O., Wyman K. D., Kolber Z., Hanson Jr. A. K., Prentice J. E., Falkowski P. G. Inhibition of PS II photochemistry by PAR and UV radiation in natural phytoplankton communities. Photosynthesis Research, 1994, vol. 42, iss. 1, pp. 51–64. https://doi.org/10.1007/bf00019058

Vijayan A. K., Yoshikawa T., Watanabe S., Sasaki H., Matsumoto K., Saito S.-I., Takeda S., Furuya K. Influence of non-photosynthetic pigments on light absorption and quantum yield of photosynthesis in the western equatorial Pacific and the Subarctic North Pacific. Journal of Oceanography, 2009, vol. 65, iss. 2, pp. 245–258. https://doi.org/10.1007/s10872-009-0023-y

Woźniak B., Ficek D., Ostrowska M., Majchrowski R., Dera J. Quantum yield of photosynthesis in the Baltic: A new mathematical expression for remote sensing applications. Oceanologia, 2007, vol. 49, iss. 4, pp. 527–542.

Wu H., Roy S., Alami M., Green B. R., Campbell D. A. Photosystem II photoinactivation, repair, and protection in marine centric diatoms. Plant Physiology, 2012, vol. 160, iss. 1, pp. 464–476. https://doi.org/10.1104/pp.112.203067

Zhu Y., Ishizaka J., Tripathy S. C., Wang S., Mino Y., Matsuno T., Suggett D. J. Variation of the photosynthetic electron transfer rate and electron requirement for daily net carbon fixation in Ariake Bay, Japan. Journal of Oceanography, 2016, vol. 72, iss. 5, pp. 761–776. https://doi.org/10.1007/s10872-016-0370-4

Zhu Y., Ishizaka J., Tripathy S. C., Wang S., Sukigara C., Goes J., Matsuno T., Suggett D. J. Relationship between light, community composition and the electron requirement for carbon fixation in natural phytoplankton. Marine Ecology Progress Series, 2017, vol. 580, pp. 83–100. https://doi.org/10.3354/meps12310

Zhu Y., Suggett D. J., Liu C., He J., Lin L., Le F., Ishizaka J., Goes J., Hao Q. Primary productivity dynamics in the summer Arctic Ocean confirms broad regulation of the electron requirement for carbon fixation by light-phytoplankton community interaction. Frontiers in Marine Science, 2019, vol. 6, art. 275 (17 p.). https://doi.org/10.3389/fmars.2019.00275

Финансирование

The application of chlorophyll a fluorescence measurements for the assessment of phytoplankton photosynthetic characteristics was carried out within the framework of IBSS state research assignment No. 124030100106-2. Analysis of light-dependent variability in photosynthetic characteristics of phytoplankton was funded by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, project No. FZNS-2024-0037 “Integrated environmental monitoring of coastal marine and terrestrial ecosystems of Kamchatka.” In situ measurements of chlorophyll a fluorescence were performed within the framework of POI FEB RAS state research assignment No. 124022100080-0.