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Photosynthetic characteristics of the macroalga Padina pavonica along a light gradient

Ana Akiko Pfleger

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Lehramtsstudium UF Bewegung und Sport UF Biologie und Umweltkunde

Betreuer*in

Michael Schagerl

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DOI

10.25365/thesis.56550

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-22755.63522.744764-2

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die Photosynthese ist für Algen ein lebensnotwendiger Prozess, welcher mit Hilfe anorganischer Stoffe Lichtenergie in organische Verbindungen umwandelt und diese anschließend für den Aufbau von Biomasse oder Reservestoffe verwendet. Im Gegensatz zu Landpflanzen erhalten aquatische Algen nicht das komplette Sonnenlichtspektrum, da das Medium Wasser und die darin aufgelösten Substanzen und Partikel, Teile des Lichts absorbieren beziehungsweise streuen (Graham et al., 2008; Ott, 1996). Die Strahlungsenergie wird daher stark vermindert. Die Abnahme der Lichtintensität entlang der Wassersäule nennt sich in der Fachsprache „Attenuation“. (Ott, 1996). In tieferen Gewässern ist aus diesem Grund eine abnehmende Photosyntheseleistung der Algen zu beobachten (Graham et al., 2008). Auf der anderen Seite sind Algen in der oberen Wasserschicht, dem Eulitoral, Starklicht und stark schwankenden Lichtverhältnissen ausgesetzt, welche eine Inhibition des Photosyntheseapparates nach sich ziehen kann. Die sogenannte Photoinhibition führt zu einer Abnahme der Photosyntheseaktivität (Hanelt et al., 2003). Um besser mit den genannten Problemen umzugehen, besitzen Algen Anpassungsmechanismen (Raven & Geider, 2003). So haben Algen Schutzmechanismen entwickelt, um überschüssige Lichtenergie über Carotinoide in Form von Wärme abzubauen. Dieser Prozess wird durch einen sinkenden pH-Wert im Lumen der Thylakoide eingeleitet, welcher durch Aufnahme von starkem Licht ausgelöst wird (Demmig-Adams & Adams, 1996). Außerdem sind unterschiedliche Lichtsammelpigmente, welche verschiedene Absorptionsmaxima des Wellenlichts aufweisen können, eine Anpassung an die Attenuation des Lichts in Gewässern (Ott, 1996). Die Forschungsarbeit wurde in Rovinj (Kroatien) im Frühsommer 2018 durchgeführt. Der Zeitraum der Forschungstätigkeit im Feld betrug drei Wochen, wobei mehrere Apnoetauchgänge im Mittelmeer zur Untersuchung getätigt wurden. In dieser Studie untersuchten wir die Braunalge Padina pavonica, welche zur Gruppe der kalzifizierenden Algen gehört (Okazaki et al., 1986). P. pavonica kommt entlang eines breiten Lichtgradienten vor, der sich bis etwa 10% der Oberflächenstrahlung erstreckt (Haberleitner, 2010). Wir nahmen an, dass Ökotypen aus stark belichteten Bereichen eine größere Photosyntheseaktivität aufweisen, als die im Schatten lebenden Exemplare. Im Gegensatz dazu sollten Individuen aus schwach belichteten Bereichen empfindlicher gegen Photoinhibition sein, wenn diese einer hohen Lichtintensität ausgesetzt werden. Eine weitere Hypothese besagt, dass Proben, welche ans Schwachlicht angepasst sind, erhöhte Lichtsammelpigmente aufweisen. Auf der anderen Seite sollten Algen aus Starklichtzonen erhöhte Schutzpigmente aufweisen, um chronische Schäden zu vermeiden. Zieht man jedoch die Karbonatschicht der Alge in Betracht und die daraus resultierende erhöhte Reflexion und Absorption, können Organismen auch aus stark belichteten Standorten, Schwachlicht-Akklimatisierung aufweisen. Photosynthesemessungen, welche entlang eines vertikalen Transekts mit Puls- Amplitudenmodulation (Diving PAM-II, Walz, Germany) durchgeführt wurden, zeigten erhöhte photosynthetische Kapazitäten (relative ETR, absolute ETR, ETRmax, Ik) in Starklichtalgen. Die anfängliche Steigung (α) der Lichtkurven (Rapid light curve (RLC)) und Fv/Fm (Maximale PSII Effizienz) zeigten jedoch kein spezifisches Muster entlang des Lichtgradienten. Mit Hilfe der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) wurden die Pigmente analysiert. Unerwarteterweise war die Menge der Gesamtpigmente pro Thallusfläche und organischem Gewicht bei Padinas aus Starklichtzonen erhöht, was auf den Packungseffekt hinweist. Aus den Ergebnissen kann man schließen, dass P. pavonica auf unterschiedliche Lichtbedingungen mit verschiedenen Anpassungen reagiert. Starklichtalgen zeigten trotz vorhandener Kalkschicht keine Schwachlicht- Akklimatisierung, was auf eine fehlende Korrelation zwischen Absorption bzw. Reflexion und Kalkauflage zurückzuführen ist.

Abstract

(Englisch)

It has long been acknowledged that photosynthetic characteristics of macroalgae change in response to the varying light environment. High irradiance causes raised electron transport rates and increased amounts of photoprotective pigments in algae. On the contrary, under low light conditions, light-harvesting efficiency is higher. These adaptations provide optimized conditions for photosynthesis in the respective habitat. We focused on photosynthetic properties of Padina pavonica, which belongs to the extremely rare group of calcifying brown algae. The taxon is very common on rocky shores of the Mediterranean Sea and also in the tropics, which implies good acclimation strategies. The study was conducted along the rocky shores of Rovinj (Croatia) in the early summer of 2018. Photosynthetic measurements were carried out along vertical transects by pulse amplified modulated fluorescence and showed enhanced photosynthetic capacity (relative electron transport rates (ETR), absolute ETR, ETRmax, Ik) in high light specimens. Interestingly, pigment contents per thallus area and organic weight were also increased in high light Padina indicating package effect. The initial slope (α), and maximum dark fluorescence yield (Fv/Fm), however, did not show a specific trend along the light gradient.

Autor*innen

Ana Akiko Pfleger

Haupttitel (Englisch)

Photosynthetic characteristics of the macroalga Padina pavonica along a light gradient

Publikationsjahr

2019

Umfangsangabe

44 Seiten : Diagramme

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Michael Schagerl

Klassifikation

42 Biologie > 42.94 Meeresbiologie

AC Nummer

AC15346679

Utheses ID

49953

Studienkennzahl

UA | 190 | 482 | 445 |

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Schlagwörter