Acclimation Strategies for the Black Sea Diatom Algae Ditylum brightwellii to High Intensity of Light

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

In cells of a culture of the large diatom Ditylum brightwellii (T. West) Grunow acclimated to weak light (17 μmol photons/(m2 × s)), numerous chloroplasts were evenly distributed throughout the cell cytoplasm. After 10 min of exposure of algae to extremely high illumination (1100 μmol photons/(m2 × s)), their aggregates gradually formed in the center of the cell, which continued until the end of the two-hour exposure period. At light intensities of 510–935 µmol/(photons/(m2 × s) during short-term photoacclimation, chloroplast aggregation was noted for 20–60 min, after which their reverse movement and uniform distribution in the cytoplasm were revealed by the end of the second hour. Under conditions of a longer culture stay at a light intensity of 1100 μmol photons/(m2 × s), the algae retained their viability for only six hours. Long-term photoacclimation of this species, which ended by the end of the second day, was detected when the light weakened by about 2 times. It was expressed as an increase in cell volume and C/Chl a ratio, increased aggregation of chloroplasts in the center of the cell, and a decrease in a number of fluorescent parameters reflecting the efficiency of photosystem II and culture viability.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

L. Stelmakh

Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: lustelm@mail.ru
Ресей, Sevastopol

O. Alatartseva

Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of Russian Academy of Sciences

Email: lustelm@mail.ru
Ресей, Sevastopol

Әдебиет тізімі

  1. Бергер В.Я., Митяев М.В., Сухотин А.А. 2016. Опыт использования метода мокрого сжигания для определения концентрации взвешенных органических веществ в морской воде // Океанология. Т. 56. № 2. С. 328. https://doi.org/10.7868/S0030157416020015
  2. Брянцева Ю.В., Лях А.М., Сергеева А.В. 2005. Расчет объемов и площадей поверхности одноклеточных водорослей Черного моря. Севастополь. (Препринт НАН Украины, Институт биологии южных морей).
  3. Кубряков А.А., Белокопытов В.Н., Зацепин А.Г. и др. 2019. Изменчивость толщины перемешанного слоя в Черном море и ее связь с динамикой вод и атмосферным воздействием // Морск. гидрофиз. журн. Т. 35. № 5. С. 449. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-5-4
  4. Маторин Д.Н., Тодоренко Д.А., Воронов Д.А. и др. 2022.Особенности распределения и состояния фитопланктона на разных глубинах в озере Кисло-Сладкое Белого моря // Вестн. Москов. ун-та. Сер. 16. Биология. Т. 77. № 3. C. 180.
  5. Стельмах Л.В., Бабич И.И., Тугрул С. и др. 2009. Скорость роста фитопланктона и его выедание зоопланктоном в западной части Черного моря в осенний период // Океанология. Т. 49. № 1. С. 90.
  6. Стельмах Л.В., Мансурова И.М. 2017. Унимодальная зависимость скорости роста от объема клеток в культурах черноморских видов микроводорослей // Вопр. современ. альгологии. № 1(13). http://algology.ru/1101
  7. Стельмах Л.В. 2022. Особенности структурных и функциональных характеристик диатомовой водоросли Pseudosolenia alcar-avis // Биология внутр. вод. № 3. С. 300. https://doi.org/10.31857/S0320965222030184
  8. Стельмах Л.В. 2023. Влияние абиотических факторов на структурные и функциональные характеристики диатомовой водоросли Сerataulina pelagicа (Сleve) Hendey // Биология внутр. вод. № 2. С.174. https://doi.org/10.31857/S0320965223020237
  9. Финенко З.З., Крупаткина Д.К. 1993. Первичная продукция в Черном море в зимне-весенний период // Океанология. Т. 32. № 1. С. 97.
  10. Шоман Н.Ю. 2015. Динамика внутриклеточного содержания углерода, азота и хлорофилла a в условиях накопительного роста диатомовой водоросли Phaeodactylum tricornutum (Bohlin, 1897) при разной интенсивности света // Биология моря. Т. 41. № 5. С. 324. http://elibrary.ru/item.asp?id=24862972
  11. Akimov A.I., Solomonova E.S. 2019. Characteristics of growth and fluorescence of certain types of algae during acclimation to different temperatures under culture conditions // Oceanology. V. 59. Iss. 3. P. 316. https://doi.org/10.1134/S0001437019030019
  12. Bouman H.A., Platt T., Doblin et al. 2018. Photosynthesis–irradiance parameters of marine phytoplankton: synthesis of a global data set // Earth Syst. Sci. Data. V. 10. P. 251.
  13. Brunet C., Johnsen G.., Lavaud J., Roy S. 2011. Pigments and photoacclimation processes // Phytoplankton Pigments. Cambridge: Cambridge Univ. Press. https://doi.org/:10.1017/CBO9780511732263.017
  14. Chen S.T., Li C.W. 1991. Relationships between the movements of chloroplasts and cytoskeletons in diatoms // Bot. Mar. V. 34. P. 505. https://doi.org/10.1515/botm.1991.34.6.505
  15. Finkel Z.V. 2001. Light absorption and size scaling of light-limited metabolism in marine diatoms // Limnol., Oceanogr. V. 46. P. 86.
  16. Fujiki T., Taguchi S. 2002. Variability in chlorophyll a specific absorption coefficient in marine phytoplankton as a function of cell size and irradiance // J. Plankton Res. V. 24. № 9. P. 859.
  17. Furukawa T., Watanabe M., Shihira-Ishikawa I. 1998. Greenand bluelight-mediated chloroplast migration in the centric diatom Pleurosira laevis // Protoplasma. V. 203. P. 214. https://doi.org/10.1007/BF01279479
  18. Goessling J.W., Cartaxana P., Kühl M. 2016. Photo-protection in the centric diatom Coscinodiscus granii is not controlled by chloroplast high-light avoidance movement // Front. Mar. Sci. V. 2. P. 115. https://doi.org/10.3389/fmars.2015.00115
  19. Guillard R.R.L., Ryther J.H. 1962. Studies of marine planktonic diatoms. I. Cyclotella nana Hustedt and Detonula confervacea Cleve // Can. J. Microbiol. V. 8. P. 229.
  20. Kiefer D.A. 1973. Chlorophyll a fluorescence in marine centric diatoms: responses of chloroplasts to light and nutrient stress // Mar. Biol. V. 23. P. 39.
  21. Kvíderová J., Lukavský J. 2003. The cultivation of Phaeodactylum tricornutum in crossed gradients of temperature and light // Algol. Stud. V. 110(1). P. 67. https://doi.org/10.1127/1864-1318/2003/0110-0067
  22. Larkum A.W., Vesk M. 2003. Algal plastids: Their fine structure and properties // Photosynthesis in Algae. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ. P. 11. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1038-2_2
  23. MacIntyre H.L., Kana T.M., Anning J., Geider R. 2002. Photoacclimation of photosynthesis irradiance response curves and photosynthetic pigments in microalgae and cyanobacteria // J. Phycol. V. 38. P. 17.
  24. Mann D.G. 1999. The species concept in diatoms // Phycologia. V. 38. Iss. 6. P. 437. https://doi.org/10.2216/i0031-8884-38-6-437.1
  25. Mikaelyan A.S., Kubryakov A.A., Silkin V.A. et al. 2018. Regional climate and patterns of phytoplankton annual succession in the open waters of the Black Sea // Deep Sea Res. Pt. I. V. 142. P. 44. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2018.08.00
  26. Moncheva S., Gotsis-Skretas O., Pagou K. et al. 2001. Phytoplankton blooms in Black Sea and Mediterranean coastal ecosystems subjected to anthropogenic eutrophication: similarities and differences // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. V. 53. P. 281. https://doi.org/10.1006/ecss.2001.0767
  27. Oguz T., Gilbert D. 2007. Abrupt transitions of the top-down controlled Black Sea pelagic ecosystem during 1960–2000: Evidence for regime-shifts under strong fishery exploitation and nutrient enrichment modulated by climate-induced variations // Deep Sea Res. Pt. I. V. 54. P. 220. http://dx.doi.org/10.1016/j.dsr.2006.09.010
  28. Protocols for the Joint Global Ocean Flux Study (JGOFS) Core Measurements. JGOFS Report Nr. 19, vi + 170 pp. Reprint of the IOC Manuals and Guides No. 29. UNESCO. 1994. https://hdl.handle.net/11329/220
  29. Raven J.A. 2011. The cost of photoinhibition // Physiol. Plant. V. 142. P. 87. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2011.01465.x
  30. Raven J.A., Geider R.J. 2003. Adaptation, acclimation and regulation in algal photosynthesis // Photosynthesis of Algae. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ. P. 385.
  31. Silkin V., Fedorov A., Flynn K.J. et al. 2021. Protoplasmic streaming of chloroplasts enables rapid photoacclimation in large diatoms // J. Plankton Res. V. 43. Iss. 6. P. 831. https://doi.org/10.1093/plankt/fbab071
  32. Smetacek V. 1999. Diatoms and the ocean carbon cycle // Protist. V. 150. Iss. 1. P. 25. https://doi.org/10.1016/S1434-4610(99)70006-4
  33. Stelmakh L., Kovrigina N., Gorbunova T. 2023. Phytoplankton seasonal dynamics under conditions of climate change and anthropogenic pollution in the western coastal waters of the Black Sea (Sevastopol Region) // J. Mar. Sci. Eng. V. 11. P. 569. https://doi.org/ 10.3390/jmse11030569
  34. Stelmakh L., Georgieva E. 2014. Microzooplankton: the trophic role and involvement in the phytoplankton loss and bloom-formation in the Black Sea // Turkish J. Fish and Aquat. Sci. V. 14. P. 955. www.trjfas.org ISSN 1303-2712. https://doi.org/10.4194/1303-2712-v14_4_15
  35. Torres M.A., Ritchie R.J., McC-Lilley R. et al. 2014. Measurement of photosynthesis and photosynthetic efficiency in two diatoms. New Zea // J. Bot. V. 52. P. 6. https://doi.org/10.1080/0028825X.2013.831917
  36. Treguer P.J., De La Rocha C.L. 2013. The world ocean silica cycle // Ann. Rev. Mar. Sci. V. 5. P. 477. https://doi.org/10.1146/annurev-marine-121211-172346
  37. Yunev O.A., Carstensen J., Stelmakh L.V. et al. 2021. Reconsideration of the phytoplankton seasonality in the open Black Sea // Limnol., Oceanogr. Letters. V. 6. P. 51. https://doi.org/10.1002/lol2.10178
  38. Yunev O., Carstensen J., Stelmakh L. et al. 2022. Temporal changes of phytoplankton biomass in the western Black Sea shelf waters: Evaluation by satellite data (1998–2018) // Estuarine, Coastal and Shelf Science. P. 271. Article no. 107865. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2022.107865
  39. Wilhelm C., Jungandreas A., Jakob T. et al. 2014. Light acclimation in diatoms: from phenomenology to mechanisms // Mar. Genomics. V. 16. P. 5. https://doi.org/10.1016/j.margen.2013.12.003

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Dependence of the concentration of organic carbon (C) in the culture of Ditylum brightwellii on the optical density of its cell suspension (OD750) at a wavelength of 750 nm.

Жүктеу (53KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Ditylum brightwellii cells in a light microscope: a – distribution of chloroplasts in culture cells acclimated to low light intensity (17 micromol photons/m2 × s)), b – the beginning of chloroplast aggregation at 1100 micromol photons/(m2 × s) after 10 minutes of exposure, c – maximum aggregation of chloroplasts at a light intensity of 935 micromole photons/m2 × s after 40 minutes of exposure, g is the reverse movement of chloroplasts after 50 minutes of exposure at 935 micromole photons/(m2 × s).

Жүктеу (238KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Temporal variability of the degree of chloroplast aggregation in Ditylum brightwellii cells at different light intensities: a – 1100 micromole photons/(m2·s) (1) and 935 micromoles of photons/(m2 × s) (2); b – 765 micromoles of photons/(m2 × s) (1) and 510 micromoles of photons/(m2 × s) (2). The values on the graphs are the arithmetic mean ± standard deviation.

Жүктеу (97KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Temporal dynamics of the structural and functional parameters of Ditylum brightwellii at light intensities of 1100 micromole photons/(m2 × s) (1) and 510 micromole photons/(m2 × s) (2): a – organic carbon, b – C/Xl a, c – Fv/Fm, g – ETRs, d – α, e – volume of chloroplast aggregates (Vhl.). The values on the graphs are the arithmetic mean ± standard deviation.

Жүктеу (269KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Temporal variability of cell volume V (a), their surface area S (b) and specific surface area S/V (c) in Ditylum brightwellii culture at light intensities of 1100 micromole photons/(m2× s) (1) and 510 micromole photons/(m2 × s) (2). The values on the graphs are the arithmetic mean ± standard deviation.

Жүктеу (116KB)
Метадеректер

© The Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».