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Optical properties in relation to the carbonate layer and morphological studies of the brown alga Padina pavonica (L.) Thivy

Katharina Maria Bürger

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Michael Schagerl

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DOI

10.25365/thesis.10083

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30326.13406.115069-8

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Padina pavonica kommt vorwiegend an steinigen Küsten in der gemäßigten Zone vor und ist durch einen fächerförmigen Thallus mit konzentrisch weißen Kalkbändern aus Calcit (CaCO3) auf der Thallusoberfläche leicht identifizierbar. Die Kalkausscheidung macht diese Gattung innerhalb der Klasse der Braunalgen (Phaeophyceae) zu einer Seltenheit. Aus diesem Grund und aufgrund ihres häufigen und weit verbreiteten Auftretens stellt P. pavonica eine optimale Alge zur Erforschung der Kalzifikation und ihrer optischen Eigenschaften dar. Im Herbst 2007 und im Frühjahr 2008 wurden Individuen aus unterschiedlichen Tiefen in der Bucht von Calvi (Korsika, Frankreich) gesammelt und in 3 Lichtklassen eingeteilt. Sowohl die Kalkschicht pro Trockengewicht und pro Thallusfläche als auch der Wassergehalt des Thallus zeigen deutliche saisonale Schwankungen. Innerhalb der jeweiligen Saison konnten in Bezug auf die Lichtklassen lediglich im Herbst Unterschiede aufgezeigt werden. Während die Absorption sich nicht wesentlich verändert, weder zwischen den Jahreszeiten noch zwischen den unterschiedlichen Lichtverhältnissen, nimmt die Reflexion im Herbst deutlich zu. Die Transmission verringert sich im Herbst sowie mit zunehmender Lichteinstrahlung. Dies bestätigt die positive Beziehung zwischen Kalk und Reflexion und lässt die Interpretation zu, dass Kalk eine Art Schutzschicht gegen übermäßige Strahlung darstellt. Vergleiche von standardisierten Reflexionsspektren zwischen verkalkten und entkalkten Thalli resultierten in einer weniger ausgeprägten Spektrenkurve in den verkalkten Thalli. Außerdem deutet eine schwach negative Tendenz zwischen Absorption und Kalkgehalt auf den Zusammenhang zwischen Photosynthese und Kalzifikation hin. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die morphologischen Unterschiede in Abhängigkeit vom vorhandenen Licht in makro- und mikroskopischer Hinsicht untersucht. Dazu wurden sowohl die Thallusdicke, das Zellvolumen pro Thallus als auch Zellvolumina der Zellschichten zwischen den Jahreszeiten und den Lichtbedingungen verglichen. Jeder Thallus besteht am Rand hauptsächlich aus drei Zellschichten. Im Frühjahr wurden verglichen mit September kleinere und dickere Thalli mit größeren Zellen gemessen. Zusätzlich zeigten Thalli aus seichtem Wasser eine deutlich höhere Thallusdicke als jene aus tieferen Gebieten, obwohl sich das Zellvolumen pro Thallus nicht veränderte. Bei näherer Betrachtung unterschieden sich jedoch die Zellvolumina pro Zellschicht mit ansteigendem Licht signifikant voneinander. Dies ist einerseits auf eine Zellteilungsphase in den größeren Zellen der mittleren Zellschicht zurückzuführen, als auch auf eine Zellvergrößerung durch erhöhte Bestrahlung in der oberen Zellschichte. Die kleinsten Zellen befinden sich auf der lichtabgewandten Seite, wobei der Unterschied relativ gering ist. Bei einem weiteren Experiment im Frühjahr wurden Hafenexemplare mit Küstenexemplaren aus unterschiedlichen Tiefen verglichen. Trotz unterschiedlicher Lichtverhältnisse und der Annahme, dass der Nährstoffgehalt zwischen Hafen- und Küstenbereich variiert, veränderten sich die Wachstumsrate und die Thallusfläche nicht signifikant. Da das Licht als abhängiger Faktor ausgeschlossen werden kann, sind weitere Studien notwendig, um die abiotischen und biotischen Faktoren zu bestimmen, die ein gleichmäßiges Wachstum in seichten als auch in tiefen Bereichen begünstigen.

Abstract

(Englisch)

The common Phaeophyceae Padina pavonica was selected to shed light on relations between calcification and optical properties which may act as key factors for occurrence and photosynthetic performance. We sampled specimens from locations with different light supply in the Bay of Calvi (Corse, France) in spring and autumn. Carbonate layer per dry mass and per thallus area, respectively, differed significantly between seasons, so did the thallus water content. Seasonal differences in absorption, reflection and transmission depending on changes of incoming irradiance at the respective growth site could also be observed. With consistent absorption, reflection showed a significant increase at elevated irradiances, contrarily transmission decreased. Reflectance spectra standardized to the maximum reflectance were compared between calcified and de-calcified thalli resulting in carbonate smoothing the spectral reflectance. In autumn, positive relations between reflection and carbonate and negative correlations between absorption and carbonate content were found. Nevertheless, thalli with increased carbonate layers showed also increased reflection, which probably enables the frequent occurrence of P. pavonica at high irradiance areas. In a further investigation we studied morphological changes on a macroscopic and microscopic scale, respectively, in dependence to different irradiance supply. Thallus thickness, cell volume per thallus and cell volume per cell layer were compared between seasons and irradiance supply, respectively. Each thallus mainly consists of three cell layers: the upper surface, the middle and the lower surface cell layer. Thalli in spring were small and thick and contained significantly larger cells than specimens collected in September. Additionally, thalli from shallow areas showed significantly greater thallus thickness than specimens from deeper areas, but averaged cell volumes per thallus did not change. In contrast, each cell layer differed significantly in terms of the cell volume with increasing irradiance supply. Growth rates and thallus areas of P. pavonica in spring were comparable in the port and on the shore at different irradiance supply. These results assume that not only irradiance but also other factors influence the growth of either thallus or cells.

Autor*innen

Katharina Maria Bürger

Haupttitel (Englisch)

Optical properties in relation to the carbonate layer and morphological studies of the brown alga Padina pavonica (L.) Thivy

Paralleltitel (Deutsch)

Optische Eigenschaften der Braunalge Padina pavonica (L.) Thivy in Bezug auf Kalkabscheidung und Morphologie

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

58 S. : graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Michael Schagerl

Klassifikationen

42 Biologie > 42.94 Meeresbiologie ,

42 Biologie > 42.97 Ökologie: Sonstiges

AC Nummer

AC08233547

Utheses ID

9105

Studienkennzahl

UA | 444 | | |

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Schlagwörter