Mutual Influence of Cyanobacteria and Green Algae in Cocultures Using the Example of Dolichospermum spiroides, Planktothrix agardhii, and Chlorella vulgaris

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The excessive intake of biogenic elements into water bodies leads to the active development of planktonic algae, water bloom pathogens, which mostly include cyanobacteria. In vitro studies have allowed us to test a working hypothesis on the absence of any inhibitory effect of metabolites of the Chlorella vulgaris BIN strain on the CALU 799 Dolichospermum spiroides (Klebhan) Wacklin, L. Hoffmann & Komárek and CALU 1749 Planktothrix agardhii (Gomont) Anagnostidis & Komárek cyanobacterial cultures in working concentrations of 1 : 1, 10 : 1, 100 : 1, and 1000 : 1 (cyanobacteria : chlorella). In a series of experiments, no effect of chlorella culture on the viability of cells of the studied cyanobacteria has been detected. However, high cyanobacteria densities (concentrations of 1 : 1, 10 : 1, 100 : 1, and 1000 : 1) are associated with an increase in the number of dead chlorella cells. The toxic effect of the CALU 799 D. spiroides strain is more pronounced in comparison with that of CALU 1749 Planktothrix agardhii.

About the authors

L. A. Gaysina

M. Akmullah Bashkir State Pedagogical University; All-Russian Research Institute of Phytopathology

Author for correspondence.
Email: T.Pavluk@mail.ru
Russian Federation, Ufa; Bolshye Vyazemy

N. Y. Novikova

M. Akmullah Bashkir State Pedagogical University

Email: T.Pavluk@mail.ru
Russian Federation, Ufa

N. B. Gibadullina

M. Akmullah Bashkir State Pedagogical University

Email: T.Pavluk@mail.ru
Russian Federation, Ufa

A. A. Padalka

Russian Research Institute of Integrated Water Management and Protection

Email: T.Pavluk@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

T. E. Pavlyuk

Russian Research Institute of Integrated Water Management and Protection

Email: T.Pavluk@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

References

  1. Белых О.И., Гладких А.С., Сороковикова Е.Г. и др. 2013. Микроцистин-продуцирующие цианобактерии в водоемах России, Беларуси и Украины // Химия в интересах устойчивого развития. № 21. С. 363.
  2. Беспалова Е.В. 2017. Оценка состояния водных экосистем Центрального Черноземья на основе анализа структурных перестроек комплексов микроводорослей и цианобактерий // Проблемы экологического мониторинга и моделирование экосистем. Т. 28. № 3. С. 84.
  3. Биологические и химические эффекты антропогенного эвтрофирования Ижевского водохранилища. 2013. Ижевск: Удмуртский ун-т.
  4. Богданов Н.И. 2007. Биологические основы предотвращения “цветения” Пензенского водохранилища синезелеными водорослями. Пенза: РИО ПГСХА.
  5. Бульон В.В., Воякина Е.Ю., Королев А.Е. и др. 2008. О книге Н.И. Богданова “Биологические основы предотвращения “цветения” Пензенского водохранилища синезелеными водорослями”. СПб.: ООО “Изд-во “ЛЕМА”.
  6. Бутакова Е.А., Павлюк Т.Е., Ушакова О.С. и др. 2013. К вопросу об альголизации водоемов // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. № 5. С. 75.
  7. Вехов Д.А., Науменко А.Н., Горелов В.П. и др . 2014. Современное состояние и использование водных биоресурсов Цимлянского водохранилища (2009–2013 гг.) // Рыбохозяйственные исследования на водных объектах Европейской части России. СПб.: ГосНИОРХ. С. 116.
  8. Волошко Л.Н ., Пиневич А.В . 2014. Разнообразие токсинов цианобактерий // Астрахан. вестн. экол. образования. № 1(27). С. 68.
  9. Глущенко Г.Ю. 2019. Цианопрокариоты Нижнего Дона в 2017–2018 годах: Матер. докл. II Междунар. науч. шк.-конф. “Цианопрокариоты/цианобактерии: систематика, экология, распространение”. 16–21 сентября 2019 г. Сыктывкар, Россия. С. 104.
  10. Калайда М.Л., Галеева М.Э. 2011. Эксперименты по альголизации водоемов одноклеточной водорослью Chlorella vulgaris // Вестн. Казан. энергетического ун-та. № 3(10). С. 45.
  11. Калинина С.Г., Кравцова Г.В., Випхло Е.В. 2013. Фитопланктон и “цветение” воды в Цимлянском водохранилище в связи с проведением его альголизации // Изучение, сохранение и восстановление естественных ландшафтов. Сб. статей III Междунар. науч.-практ. конф. (7–10 октября 2013 г.). М.: Планета. С. 430.
  12. Колмаков В.И. 2006. Методы предотвращения массового развития цианобактерии Microcystis aeruginosa Kütz. emend. Elenk. в водных системах // Микробиология. Т. 75. № 2. С. 149.
  13. Корнева Л.Г., Глущенко Г.Ю. 2020. Состав и сезонная сукцессия фитопланктона Таганрогского залива Азовского моря и нижнего течения р. Дон в условиях изменяющегося климата // Биология внутр. вод. № 1. С. 18. h ttps://doi.org/10.31857/S032096522001009X
  14. Кравцова Г.В., Калинина С.Г. 2013. Результаты эксперимента по воздействию штамма Сhlorella vulgaris BIN на альгопланктоценоз Цимлянского водохранилища в условиях интенсивного “цветения” воды // Изучение, сохранение и восстановление естественных ландшафтов. Сб. статей III Междунар. науч.-практ. конф. (7–10 октября 2013 г.). М.: Планета. С. 459.
  15. Лакин Г.Ф. 1990. Биометрия. М.: Высш. шк.
  16. Никаноров А.М., Хоружая Т.А., Минина Л.И., Мартышева Н.А. 2010. Опасность “цветения” Цимлянского водохранилища // Электронный научный журнал “Исследовано в России”. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2010/012.pdf
  17. Отчет о проведенных работах по послепаводковому вселению микроводоросли хлорелла и проведение мониторинга воды Ижевского водохранилища. 2009. Воронеж: НПО “Альгобиотехнология”.
  18. Селезнева К.В., Селезнева А.В., Селезнев В.А. 2022. Дефицит растворенного кислорода в условиях массового развития синезеленых водорослей на Куйбышевском водохранилище // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. № 4. С. 38.
  19. Ammar M., Comte K., Tran T.D.C. et al. 2014. Initial growth phases of two bloom-forming cyanobacteria ( Cylindrospermopsis raciborskii and Planktothrix agardhii ) in monocultures and mixed cultures depending on light and nutrient conditions // Annales de Limnologie – International J. Limnol. V. 50. № 3. P. 231.
  20. Bischoff H.W., Bold H.C. 1963. Phycological studies. IV. Some soil algae from Enchanted Rock and related algal species. Austin: University of Texas Publications 6318.
  21. Corcoran A.A., Seger M., Niu R. et al. 2019. Evidence for induced allelopathy in an isolate of Coelastrella following co-culture with Chlorella sorokiniana // Algal Res. V. 41. Р. 101535. https://doi.org/10.1016/j.algal.2019.101535
  22. Dai W., Chen X., Wang X. et al. 2018. The Algicidal fungus trametes versicolor F21a eliminating blue algae via genes encoding degradation enzymes and metabolic pathways revealed by transcriptomic analysis // Frontiers in Microbiol. V. 9. Р. 826.
  23. Della Greca M., Zarrelli A., Fergola P. et al. 2010. Fatty Acids Released by Chlorella vulgaris and Their Role in Interference with Pseudokirchneriella subcapitata : Experiments and Modelling // J. Chem. Ecol. V. 36. P. 339.
  24. Entfellner E., Li R., Jiang Y. et al. 2022. Toxic/bioactive peptide synthesis genes rearranged by insertion sequence elements among the bloom-forming cyanobacteria Planktothrix // Frontiers in Microbiol. V. 13. Р. 901762. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.901762
  25. Fergola P., Cerasuolo M., Pollio A. et al. 2007. Allelopathy and competition between Chlorella vulgaris and Pseudokirchneriella subcapitata : Experiments and mathematical model // Ecol. Model. V. 208. P. 205.
  26. Dong J., Li C., Chang M. et al. 2019. Effects of toxic cyanobacterium Microcystis aeruginosa on themorphology of green alga Chlorella vulgaris // Ann. Limnol. – International J. Limnol. V. 55. P.7.
  27. Harmful cyanobacteria. 2006. Dordrecht: Springer.
  28. Jalili F., Trigui H., Guerra Maldonado J.F. 2021. Can сyanobacterial diversity in the source predict the diversity in sludge and the risk of toxin release in a drinking water treatment plant? // Toxins. V. 13. № 1. Р. 25. https://doi.org/10.3390/toxins13010025
  29. Jeppesen E., Jensen J.P., Kristensen P. et al. 1990. Fish manipulation as a lake restoration tool in shallow, eutrophic, temperate lakes 2: threshold levels, long-term stability and conclusions // Biomanipulation tool for water management. Dordrecht: Springer. Р. 219.
  30. Komárek J . 2013. Cyanoprokaryota 3. Teil/3rd Part: Heterocytous genera // Süßwasserflora von Mitteleuropa. Bd 19/3. Munich: Elsevier GmbH.
  31. Komárek J., Anagnostidis K. 2005. Cyanoprokaryota. 2. Teil: Oscillatoriales // Süßwasserflora von Mitteleuropa. Bd 19/2. Jena; Stutgart; Lübek. Ulm.
  32. Kurmayer R., Deng L., Entfellner E. 2016. Role of toxic and bioactive secondary metabolites in colonization and bloom formation by filamentous cyanobacteria Planktothri x // Harmful Algae. V. 54. P. 69. https://doi.org/10.1016/j.hal.2016. 01.004
  33. Leão P.N., Vasconcelos M.T.S ., Vasconcelos V.M. 2009. Allelopathic activity of cyanobacteria on green microalgae at low cell densities // Eur. J. Phycol. V. 44. № 3. P. 347. https://doi.org/10.1080/09670260802652156
  34. Li X., Dreher T.W., Li R. 2016. An overview of diversity, occurrence, genetics and toxin production of bloom-forming Dolichospermum ( Anabaena ) species // Harmful Algae. V. 54. P. 54.
  35. Mendez L ., Sialve B., Tomás Pejó E . et al. 2016. Comparison of Chlorella vulgaris and cyanobacterial biomass: cultivation in urban wastewater and methane production // Biopr. and Biosyst. Engin. V. 39. P. 703.
  36. Mendez L., Mahdy A., Ballesteros M. et al. 2015. Chlorella vulgaris vs cyanobacterial biomasses: comparison in terms of biomass productivity and biogas yield // Energy Conv. Manag. V. 92. P. 137e142.
  37. Merel S., Walker D., Chicana R. et al. 2013. State of knowledge and concerns on cyanobacterial blooms and cyanotoxins // Environ. Int. № 59. P. 303.
  38. Middelboe M., Jacquet S., Weinbauer M. 2008. Viruses in freshwater ecosystems: an introduction to the exploration of viruses in new aquatic habitats // Freshwater Biol. № 53. Р. 1069.
  39. Safi C., Zebib B., Merah O. et al. 2014. Morphology, composition, production, processing and applications of Chlorella vulgaris : A review // Renew. Sustain. Energy Rev. V. 35. P. 265. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.04.007
  40. Silva-Benavides A., Torzillo G. 2012. Nitrogen and phosphorus removal through laboratory batch cultures of microalga Chlorella vulgaris and cyanobacterium Planktothrix isothrix grown as monoalgal and as co-cultures // J. Appl. Phycol. V. 24. P. 267.
  41. Song H., Lavoie M., Fan X. et al. 2017. Allelopathic interactions of linoleic acid and nitric oxide increase the competitive ability of Microcystis aeruginosa // ISME J. V. 1. № 8. P. 1865. https://doi.org/10.1038/ismej.2017.45
  42. Tonk L., Visser P.M., Christiansen G. et al. 2005. The microcystin composition of the cyanobacterium Planktothrix agardhii changes toward a more toxic variant with increasing light intensity// Appl. Environ. Microbiol. V. 71. P. 5177.
  43. Rollwagen-Bollens G., Lee T., Rose V., Bollens S.M. 2018. Beyond eutrophication: vancouver lake, wa, usa as a model system for assessing multiple, interacting biotic and abiotic drivers of harmful cyanobacterial blooms // Water. V. 10. № 757.
  44. Żak A., Kosakowska A. 2014. Allelopathic influence of cyanobacteria Microcystis aeruginosa on green algae Chlorella vulgaris // Geoplanet Earth Planet Sci. V. 14. P. 141.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

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».