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Ecophysiology of filamentous green algae in astatic saline-alkaline ponds

Andrea Fuhrmann

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Michael Schagerl

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DOI

10.25365/thesis.14593

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29966.06189.492453-4

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Im Seewinkel im Osten von Österreich befinden sich rund vierzig flache, alkalische Salzlacken. Charakteristisch für diese kleinen, endorheischen Gewässer sind die hohen Nährstoffwerte und die durch die hohe sommerliche Verdunstung und semi-arides Klima angetriebene, zumindest teilweise Austrocknung im Sommerhalbjahr. Jedes Jahr im Frühjahr entwickeln sich dichte Matten aus filamentösen Grünalgen, die schließlich große Bereiche der Lacken bedecken. In unserer Studie untersuchten wir im Zeitraum von April bis September die Biomasseentwicklung und Sukzession der Algen in einer ausgewählten Lacke; begleitend wurden wöchentlich chemische Parameter erhoben. Außerdem untersuchten wir die Fähigkeit der mattenbildenden Algen Austrocknung zu ertragen, indem wir im Labor Austrocknungs- und Regenerationsversuche durchführten. Na+ und HCO3- waren die dominanten Ionen in der Lacke, die Mitte September – als die Lacke kurz vor der Austrocknung stand – ein Maximum erreichten. Die über die Untersuchungsperiode gemessenen Phosphor-Konzentrationen zeigten hyper-eutrophe Bedingungen an. Maximale Biomasse-Werte wurden im Juli mit 59 ± 10 g m-2 aschefreiem Trockengewicht und 133 ± 17 mg m-2 Chlorophyll a in Mesocosmen gemessen, die in der Lacke installiert waren. Maximale Bedeckungswerte auftreibender Algenmatten wurden ebenfalls im Juli mit 14% Bedeckung der Lackenoberfläche ermittelt. Diese hohen Biomassewerte lassen vermuten, dass das Massenauftreten filamentöser Grünalgen in den Lacken eine wesentliche Rolle im Ökosystem der Gewässer spielt. Von April bis Anfang Juni dominierte Spirogyra sp. in den Algenmatten, danach setzten sich diese vor allem aus Cladophora sp. und Rhizoclonium sp. zusammen. Interessanterweise war das Verhältnis von Chlorophyll a zu aschefreiem Trockengewicht signifikant höher, als Spirogyra dominierte. Möglicherweise lässt sich dies durch die dünneren Zellwände von Spirogyra und/oder durch die Aufwuchs verhindernden, allelopathischen Eigenschaften dieser Gattung erklären. Austrocknungs- und Regenerationsversuche wurden im Labor unter Verwendung der „pulse amplitude modulated (PAM) Fluoreszenz“ - Technik durchgeführt, mit deren Hilfe man Aufschluss über die Photosyntheseleistung bekommt. Proben, die im September genommen wurden, hielten im Vergleich zu den Juni-Proben der Austrocknung etwas länger stand, was sich in einer signifikant unterschiedlichen Trocknungsrate niederschlug. Möglicherweise deutet dies auf Adaptionsmechanismen hin, die im Laufe der Saison erworben werden, um mit leichter Austrocknung besser fertig zu werden. Allerdings, zeigten Regenerationsversuche, dass die Algen sehr sensibel auf stärkere Austrocknung reagieren; lediglich die nur wenig ausgetrockneten Matten erholten sich nach der Wiedervernässung. Beim Vergleich von frischen, benthisch wachsenden Algenmatten mit älteren, an der Wasseroberfläche treibenden, zeigte sich, dass die auftreibenden Matten einen signifikant niedrigeren Grund-Fluoreszenzwert aufweisen. Dies deutet auf eine verminderte Photosyntheseleistung hin; möglicherweise verursacht durch Schäden, die durch die starke Strahlung und die hohen Temperaturen an der Wasseroberfläche entstanden sind. Außerdem zeigten die älteren Matten eine signifikant unterschiedliche Austrocknungsrate begründet durch einen steileren Abfall der Fluoreszenz-Werte gegen Ende der Austrocknung und einen Anstieg der Werte kurz nach Beginn der Austrocknung (95% Wassergehalt), was möglicherweise mit der besseren CO2-Verfügbarkeit an der Luft zusammen hängt. Die Regenerationsversuche ergaben, dass die älteren Matten überhaupt nicht fähig zur Regeneration waren. Die Tatsache, dass die Algenmatten insgesamt sehr wenig Regenerationsvermögen zeigten, ist überraschend, da Algen, die in periodisch trocken fallenden Habitaten leben, häufig ein sehr ausgeprägtes Regenerationspotential aufweisen. Möglicherweise liegt das darin begründet, dass die Seewinkellacken vor der (partiellen) Austrocknung monatelang mit Wasser gefüllt sind und daher Anpassungen, wie sie Algen in Gezeitenzonen mit sehr kurzen Abfolgen von Austrocknung und Wiedervernässung oder in Habitaten, mit nur äußerst seltener Wasserverfügbarkeit (in Wüsten, an Baumstämmen) brauchen, nicht von Nöten sind. Die filamentösen, mattenbildenden Grünalgen in den Salzlacken nutzen die optimalen Bedingungen im Frühjahr für schnelles Wachstum und produzieren dann vor der Austrocknung Dauerstadien, anstatt in aufwendige Mechanismen zur Bewältigung der Austrocknung zu investieren.

Abstract

(Englisch)

Biomass development and seasonal succession of mat forming filamentous green algae were investigated in one of the ephemeric alkaline-saline ponds located in the semi-arid Seewinkel region (Austria). Nutrients and ions of the pond were analysed on a weekly basis from April to September 2008, when the water body was almost dried out. Moreover, the area of floating algae mats covering the pond surface was estimated repeatedly. Na+ and HCO3- were the most dominant ions reaching a maximum of 147.2 mval L-1 (Na+) and 84.3 mval L-1 (HCO3-) in the mid of September when the pond was nearly dried out. Phosphorus concentrations ranged around 362 ± 187 µg L-1 (SRP, mean ± SE) and indicated hyper-eutrophic conditions. Maximum amounts of floating algae mats were reached in the first week of July with 14 % coverage of the pond surface indicating a massive impact on the ponds ecosystem. From April to the beginning of June Spirogyra sp. was prevailing in the mats, then a shift to Cladophora sp. and Rhizoclonium sp. occurred, which were predominating until the end of the investigation period From late April to the beginning of September, we installed five mesocosms at different sites, from which we took quantitative samples to gain information about algal biomass development expressed as chlorophyll a and organic content. Maximum biomass was reached in the last week of July with 59 ± 10 g m-2 ash-free dry mass and 133 ± 17 mg m-2 chlorophyll a. The chlorophyll a to ash-free dry mass ratio was significantly higher when Spirogyra was dominating with 4.0 10-3 ± 0.8 10-3 compared to 2.1 10-3 ± 0.7 10-3 when Cladophora and Rhizoclonium were predominating (p < 0.05, n = 4 for each period). This result could be due to thinner cell walls of Spirogyra and/or allelopathic activity of this genus inhibiting Aufwuchs. The results indicate, that mat forming algae play a key role in these ecosystems and influence nutrient availability and recycling and other chemical processes. We studied desiccation tolerance and recovery potential of mat forming filamentous green algae. The mats originated from two saline - alkaline astatic water bodies located in the Seewinkel region (Austria). Samples were taken in June (maximum occurrence of vital mats covering around 14 % of the surface area) and September 2008 (desiccation period). To gain insight into the overall photosynthetic performance of the algae, the non-invasive pulse amplitude modulated (PAM) fluorescence technique was applied. The initial maximum fluorescence yield (Fv/Fm) of fresh, vital samples was comparable for both months with average values of 0.69 in June and 0.67 in September. The decrease in yield related to water loss during desiccation showed a significant difference in the two months due to an earlier decrease of Fv/Fm values in June. For the recovery experiment we grouped samples according to their desiccation state defined as percentage water content. Samples having 15 to 30 % water content (WC) were treated as slightly desiccated, specimens with 5 to 15% WC represented intermediate desiccation and samples with less than 5% WC were considered as severely desiccated. The recovery potential was surprisingly low, indicating full recovery only for the slightly desiccated samples. Medium and severely desiccated samples were not able to recover indicating irreversible cell damage. Senescent, yellowish mats floating on the water surface showed significantly lower initial Fv/Fm values compared to vital, fresh mats growing near the bottom. Furthermore, senescent mats showed a significant different desiccation rate compared to the vital ones, due to a sharper drop of Fv/Fm at decreased WCs and an increase in yield when samples were just exposed to air (95% WC), which might be due to increased CO2 diffusion rates in air.

Autor*innen

Andrea Fuhrmann

Haupttitel (Englisch)

Ecophysiology of filamentous green algae in astatic saline-alkaline ponds

Paralleltitel (Deutsch)

Ökophysiologie filamentöser Grünalgen in astatischen, alkalischen Gewässern

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

76 S.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Michael Schagerl

Klassifikationen

42 Biologie > 42.41 Pflanzenphysiologie ,

42 Biologie > 42.93 Limnologie

AC Nummer

AC08560260

Utheses ID

13089

Studienkennzahl

UA | 438 | | |

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