Detailansicht
Photosynthetic properties of the calcifying Phaeophyceae Padina pavonica (L.) Thivy (Dictyotales) under high–irradiance stress
Elisabeth Haberleitner
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Michael Schagerl
DOI
10.25365/thesis.10823
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30168.89754.644463-0
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Wir untersuchten die Photosyntheseeigenschaften der kalzifizierenden Phaeophyceae Padina pavonica aus unterschiedlichen Tiefenhabitaten (0 – 30 m), um einen räumlichen und saisonalen Vergleich bezüglich ihres Akklimatisierungspotentials an unterschiedliche Lichtverhältnisse zu ziehen. Die Studie wurde in der Bucht von Calvi (Korsika, Frankreich) mit Hilfe von PAM Fluoreszenz-Messtechniken sowohl in situ als auch im Labor durchgeführt. Weiters wurden Pigmente mittels HPLC (High Performance Liquid Chromatographie) analyisert.
Grundsätzlich zeigten Thalli im Feld unterschiedliche Photosyntheseleistung je nach Tiefenhabitat und vorherrschendem Lichtklima. Höhere absolute maximale Elektronentransportraten (ETRmax) der Lichtkurven (Rapid Light Curves = RLC) wurden für Exemplare aus Licht exponierten Standorten gemessen. Im Gegensatz dazu war der maximale Anfangsanstieg α der Thalli in allen Tiefenhabitaten vergleichbar. Dieses Ergebnis beruht möglicherweise auf die unterschiedlichen Absorptions- und Reflektionseigenschaften infolge der tiefenabhängig ausgebildeten Kalkschichten und der Thallusdicken.
In Labormessungen wurden die Thalli ansteigenden kurzzeitigen Lichtintensitäten sowie temporärem (4 Stunden) Starklichtstress ausgesetzt, um mögliche Gegensätze in ihrer Fähigkeit, sich variablen Lichtbedingungen anzupassen, zu erörtern. Thalli aus Starklichtzonen wiesen gegenüber Individuen aus lichtarmen Habitaten eine effizientere Nutzung von photochemischer Energie (qP) sowie eine effizientere Abgabe von überschüssiger Anregungsenergie in Form von Wärme (qN) auf. Zudem ist der Gehalt an Lichtsammel- und Schutzpigmenten pro Thallusfläche in Exemplaren aus sonnenexponierten Habitaten höher. Wir nehmen an, dass Padinas aus Starklichtzonen aufgrund ihrer fleischigeren und stärker kalzifizierenden Thalli einen höheren Gehalt an photosynthetischen Pigmenten benötigen, um effizient Licht-Absorption zu betreiben. Im Gegensatz dazu steigern tiefer situierte Thalli ihre Absorptionseigenschaften durch ihre dünnere und weniger kalzifizierende Gestalt. Padina pavonica scheint optimal an die verschiedenen vorherrschenden Lichtverhältnisse in ihrer heterogenen Umwelt angepasst zu sein, wobei tiefer liegende und beschattete Individuen empfindlicher auf plötzlich einsetzenden Starklichtstress antworten.
Unterschiede in der Fähigkeit sich zu akklimatisieren wurden nach länger andauernder Starklichtaussetzung in einem Aquarium deutlicher. Der „Dark Yield“ (Fv/Fm), der als Indikator für Starklichtstress verwendet wird, zeigte ungeachtet ihres natürlichen Lichthabitates für alle Thalli vor der Starklichtbestrahlung ähnliche Werte, während nach der Bestrahlung eindeutige Unterschiede zum Vorschein kamen (signifikante Reduktion).
Insbesondere Thalli aus tieferen Zonen wurden erheblich in ihrer Photosyntheseleistung gehemmt. Änderungen im „Dark Yield“ wurden vielmehr von der maximalen Fluoreszenz (Fm) als von der minimalen Fluoreszenz (F0) beeinträchtigt, höchstwahrscheinlich durch die Aktivierung von Schutzmechanismen und nicht durch Schädigung des Photosystems II bedingt. Auch die Anlage, exzessive Strahlung als Wärme abzustrahlen (qN), war in Individuen aus Starklicht-Zonen am stärksten ausgeprägt, eventuell aufgrund eines effizienteren Xanthophyll-Zyklus. Im Falle des Aquariumexperiments wurde kein nennenswerter Einfluss auf die Nutzung der photochemischen Energie (qP) beobachtet, wahrscheinlich wegen des schnellen Wechsels zu thermaler Dissipation. Zusammenfassend kann man sagen, dass Padina pavonica Schwachlicht- beziehungsweise Starklichtcharakter entsprechend ihres natürlichen Lichthabitats aufweist. Thalli aus tieferen Zonen sind anfälliger gegenüber kurzzeitiger, sowie länger andauernder Strahlungseinwirkung, wobei morphologische Plastizität, physiologische Flexibilität sowie nischentypische Differenzierung möglicherweise eine wichtige Rolle spielen.
Abstract
(Englisch)
We studied photosynthetic properties of the common calcifying Phaeophyceae Padina pavonica and compared spatial and seasonal patterns of photosynthetic acclimation according to its depth habitat and natural prevailing light conditions. Moreover, we investigated the acclimation potential in response to sudden increased irradiance levels as well as to temporary irradiance supply for 4 hours in an aquarium (500µmol photons m-2 s1). The study was conducted in the bay of Calvi (Corsica, France) at two seasons (spring 2008, autumn 2007). Both, in situ measurements and laboratory analyses were done by menas of PAM chlorophyll fluorescence techniques. Additionally, pigment analyses were conducted by high performance liquid chromatography (HPLC). Generally, higher photosynthetic efficiency and increased total pigment content per unit thallus area were observed in autumn. Due to acclimation, different degrees of photoinhibition were recorded under a range of irradiances. Maximum absolute electron transport rates (ETRmax) of in situ Rapid Light Curves (RLCs) measurements yielded higher values in occupied sun exposed than in light-poor habitats. Unexpectedly, the maximal initial slope α of the RLC was comparable at all irradiance levels, which might be related to different specific absorption- and reflection properties of thalli depending on their depth habitats.
During laboratory measurements, shallow water thalli showed increased photochemical quenching (qP) and also dissipated energy as heat (qN) more efficient compared to specimens from light-poor habitats. Furthermore, plants of high-irradiance habitats showed significantly higher amounts of photosynthetic pigments as well as photo-protective pigments per unit surface area than deeper growing ones. We assume that high-irradiance specimens need higher amounts of photosynthetic pigments because of their fleshier and more calcifying thalli to drive light-absorption more efficient. Contrarily, deeper growing ones improve their absorption properties through thinner and less calcifying appearance. P. pavonica seems to be well acclimated and responds adequately to different ambient irradiance environments. Shade exposed specimens respond more sensitive to sudden irradiance stress than individuals of shallow waters.
Possible differences in response to temporary irradiance exposure were also investigated. The acclimation potential varied much clearer after temporary high photon flux treatment within the different habituated thalli. The dark yield (Fv/Fm), which is a well established indicator for plants experiencing excessive stress, yielded fairly the same values before temporary irradiance treatment irrespective from the depth habitat, whilst Fv/Fm values were significant diminished afterwards; especially deeper habituated thalli were drastic inhibited.
The alterations of the Fv/Fm ratio were affected rather by the Fm levels than by the F0, which led to the assumption that the lower Fv/Fm ratio is reached due to activation of photo-protective mechanisms and not through photo-damage. Also the ability to dissipate excessive photon flux as heat (qN) was minimized after temporary high-irradiance, whereby shallower water thalli experienced the lowest reduction, probably in accordance to an increased xanthophyll-cycle pool. In the case of the aquarium experiment, no reliable impact on the photochemical quenching (qP) could be observed, except at low-irradiance levels, probably caused by a rapid switch to thermal dissipation for photo-protection.
To sum up, deeper habituated Padina pavonica are more sensitive and consequently more impacted under temporary duration to high irradiances than shallow water specimens, whereby morphological plasticity and physiological flexibility within the different habituated individuals probably play a key role in their acclimation potential to different irradiances regimes in a heterogeneous and harsh environment.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Padina pavonica photosynthesis chlorophyll fluorescence pigment light gradient season temporary high irradiance exposure acclimation
Schlagwörter
(Deutsch)
Padina pavonica Photosynthese Chlorophyll Fluoreszenz Pigment Lichtgradient Saison längerandauernde Starklichtaussetzung Akklimatisation
Autor*innen
Elisabeth Haberleitner
Haupttitel (Englisch)
Photosynthetic properties of the calcifying Phaeophyceae Padina pavonica (L.) Thivy (Dictyotales) under high–irradiance stress
Paralleltitel (Deutsch)
Photosyntheseeigenschaften der kalzifizierenden Phaeophyceae Padina pavonica (L.) Thivy (Dictyotales) unter Starklichstress
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
78 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Michael Schagerl
Klassifikation
42 Biologie > 42.41 Pflanzenphysiologie
AC Nummer
AC08340614
Utheses ID
9759
Studienkennzahl
UA | 444 | | |