Các giai đoạn sống vị thành niên của tảo nâu Fucus serratus L. nhạy cảm hơn với căng thẳng kết hợp từ nồng độ đồng cao và nhiệt độ so với giai đoạn trưởng thành

Marine Biology - Tập 161 - Trang 1895-1904 - 2014
Søren Laurentius Nielsen1, Hanne Dalsgaard Nielsen2, Morten Foldager Pedersen1
1Department of Environmental, Social and Spatial Change, Roskilde University, Roskilde, Denmark
2School of Life Sciences, Napier University, Edinburgh, UK

Tóm tắt

Các ảnh hưởng kết hợp của việc tiếp xúc với đồng và nhiệt độ đã được nghiên cứu trên các mẫu trưởng thành và mầm của tảo nâu hình tán Fucus serratus. Một ma trận gồm bốn mức nhiệt độ, 6, 12, 17 và 22 °C, và ba nồng độ đồng, 0, 100 và 1.000 nM đồng tổng, đã được sử dụng. Các điểm đo lường bao gồm tốc độ tăng trưởng, các tham số phát quang diệp lục, và đối với mầm cũng như sự sống sót. Tốc độ tăng trưởng của mẫu trưởng thành F. serratus thay đổi theo nhiệt độ tăng. Tốc độ tăng trưởng có xu hướng bị ảnh hưởng tiêu cực bởi nồng độ đồng cao khi tiếp xúc với nhiệt độ cao (22 °C) mặc dù không có ý nghĩa thống kê. Hiệu suất quang hợp (tức là, các tham số phát quang diệp lục: Fv/Fm, tốc độ vận chuyển electron tối đa (ETRmax) và độ khử không quang hợp tối đa (NPQmax) của mẫu trưởng thành hầu như không bị ảnh hưởng bởi cả đồng và nhiệt độ. Sự sống sót của mầm, tốc độ tăng trưởng và các tham số phát quang diệp lục bị ảnh hưởng bởi sự kết hợp giữa nồng độ đồng và nhiệt độ. Nhiệt độ tăng cao dẫn đến sự sống sót giảm, tăng trưởng rễ phụ tăng và giá trị Fv/Fm cùng ETRmax cao hơn, trong khi nồng độ đồng cao có tác động tiêu cực đến ba điểm đo lường cuối cùng kia. Tác động tiêu cực của nồng độ đồng cao bị khuếch đại bởi nhiệt độ cao. Chúng tôi kết luận rằng các mầm của F. serratus nhạy cảm hơn với các tác nhân gây stress từ môi trường so với các mẫu trưởng thành và do đó đề xuất nên bao gồm các giai đoạn sống sớm khi đánh giá rủi ro tiếp xúc với các hợp chất độc hại. Việc chỉ xem xét phản ứng của các mẫu trưởng thành có thể dẫn đến kết luận sai lệch về tác động sinh thái của căng thẳng môi trường.

Từ khóa

#Fucus serratus #căng thẳng môi trường #nồng độ đồng #nhiệt độ #diệp lục #phát quang diệp lục

Tài liệu tham khảo

Adey WH, Steneck RS (2001) Thermogeography over time creates biogeographic regions: a temperature/space/time-integrated model and an abundance-weighted test for benthic marine algae. J Phycol 37:677–698 Altamirano M, Flores-Moya A, Figueroa FL (2003) Effects of UV radiation and temperature on growth of germlings of three species of Fucus (Phaeophyceae). Aquat Bot 75:9–20 Andersen GS, Pedersen MF, Nielsen SL (2013) Temperature acclimation and heat tolerance of photosynthesis in Norwegian Saccharina latissima (Laminariales, Phaeophyceae). J Phycol 49:689–700 Anderson WH, Gorley RN, Clarke KR (2008) Permanova + for Primer. Guide to software and statistical methods. PRIMER-E Ltd., Plymouth Andersson S, Kautsky L (1996) Copper effects on reproductive stages of Baltic Sea fucus vesiculosus. Mar Biol 125:171–176 Baumann HA, Morrison L, Stengel DB (2009) Metal accumulation and toxicity measured by PAM-chlorophyll fluorescence in seven species of marine macroalgae. Ecotoxicol Environ Saf 72:1063–1075 Begin C, Johnson LE, Himmelman JH (2004) Macroalgal canopies: distribution and diversity of associated invertebrates and effects on the recruitment and growth of mussels. Mar Ecol Prog Ser 271:121–132 Bond PR, Brown MT, Moate RM, Gledhill M, Hill SJ, Nimmo M (1999) Arrested development in Fucus spiralis (Phaeophyceae) germlings exposed to copper. Eur J Phycol 34:513–521 Brownlee C, Bouget FY (1998) Polarity determination in fucus: from zygote to multicellular embryo. Semin Cell Dev Biol 9:179–185 Connan S, Stengel DB (2011) Impacts of ambient salinity and copper on brown algae: 1. Interactive effects on photosynthesis, growth, and copper accumulation. Aquat Toxicol 104:94–107 Dethier MN, Williams SL (2009) Seasonal stresses shift optimal intertidal algal habitats. Mar Biol 156:555–567 Diez I, Muguerza N, Santolaria A, Ganzedo U, Gorostiaga JM (2012) Seaweed assemblage changes in the eastern Cantabrian Sea and their potential relationship to climate change. Estuar Coast Shelf Sci 99:108–120 Eklund BT, Kautsky L (2003) Review on toxicity testing with marine macroalgae and the need for method standardization—exemplified with copper and phenol. Mar Pollut Bull 46:171–181 Fredersdorf J, Muller R, Becker S, Wiencke C, Bischof K (2009) Interactive effects of radiation, temperature and salinity on different life history stages of the Arctic kelp Alaria esculenta (Phaeophyceae). Oecologia 160:483–492 Harley CDG, Anderson KM, Demes KW, Jorve JP, Kordas RL, Coyle TA, Graham MH (2012) Effects of climate change on global seaweed communities. J Phycol 48:1064–1078 Kevekordes K (2000) The effects of secondary-treated sewage effluent and reduced salinity on specific events in the early life stages of Hormosira banksii (Phaeophyceae). Eur J Phycol 35:365–371 Kevekordes K, Clayton MN (2000) Development of Hormosira banksii (Phaeophyceae) embryos in selected components of secondarily-treated sewage effluent. J Phycol 36:25–32 Knight M, Parke M (1950) A biological study of Fucus vesiculosus and F. serratus. J Mar Biol Assoc UK 29:87–90 La Rocca N, Andreoli C, Giacometti GM, Rascio N, Moro I (2009) Responses of the Antarctic microalga Koliella antarctica (Trebouxiophyceae, Chlorophyta) to cadmium contamination. Photosynthetica 47:471–479 Larcher W (2001) Physiological plant ecology. Ecophysiology and stress physiology of functional groups. Springer, Berlin Lüning K (1984) Temperature tolerance and biogeography of seaweeds—the marine algal flora of Helgoland (North Sea) as an example. Helgolander Meeresuntersuchungen 38:305–317 Malm T, Kautsky L, Engkvist R (2001) Reproduction, recruitment and geographical distribution of Fucus serratus L. in the Baltic Sea. Bot Mar 44:101–108 Martinez B, Arenas F, Rubal M, Burgues S, Esteban R, Garcia-Plazaola I, Figueroa FL, Pereira R, Saldana L, Sousa-Pinto I, Trilla A, Viejo RM (2012) Physical factors driving intertidal macroalgae distribution: physiological stress of a dominant fucoid at its southern limit. Oecologia 170:341–353 Maxwell K, Johnson GN (2000) Chlorophyll fluorescence—a practical guide. J Exp Bot 51:659–668 Morel FMM, Rueter JG, Anderson DM, Guillard RRL (1979) Aquil: a chemically defined phytoplankton culture medium for trace metal studies. J Phycol 15:135–141 Muller R, Laepple T, Bartsch I, Wiencke C (2009) Impact of oceanic warming on the distribution of seaweeds in polar and cold-temperate waters. Bot Mar 52:617–638 Nielsen HD, Nielsen SL (2005) Photosynthetic responses to Cu2+ exposure are independent of light acclimation and uncoupled from growth inhibition in Fucus serratus (Phaeophyceae). Mar Pollut Bull 51:715–721 Nielsen HD, Nielsen SL (2008) Evaluation of imaging and conventional PAM as a measure of photosynthesis in thin- and thick-leaved marine macroalgae. Aquat Biol 3:121–131 Nielsen HD, Nielsen SL (2010) Adaptation to high light irradiances enhances the photosynthetic Cu2+ resistance in Cu2+ tolerant and non-tolerant populations of the brown macroalgae Fucus serratus. Mar Pollut Bull 60:710–717 Nielsen HD, Brown MT, Brownlee C (2003a) Cellular responses of developing Fucus serratus embryos exposed to elevated concentrations of Cu2+. Plant Cell Environ 26:1737–1747 Nielsen HD, Brownlee C, Coelho SM, Brown MT (2003b) Inter-population differences in inherited copper tolerance involve photosynthetic adaptation and exclusion mechanisms in Fucus serratus. New Phytol 160:157–165 Nielsen HD, Burridge TR, Brownlee C, Brown MT (2005) Prior exposure to Cu contamination influences the outcome of toxicological testing of Fucus serratus embryos. Mar Pollut Bull 50:1675–1680 Nygard CA, Dring MJ (2008) Influence of salinity, temperature, dissolved inorganic carbon and nutrient concentration on the photosynthesis and growth of Fucus vesiculosus from the Baltic and Irish Seas. Eur J Phycol 43:253–262 Pohl C, Hennings U (1999) Bericht zum Ostsee-Monitoring: die Schwermetall-Situation in der Ostsee im Jahre 1999. Institut für Ostseeforschung Pohl C, Kattner G, Schulzbaldes M (1993) Cadmium, copper, lead and zinc on transects through arctic and eastern Atlantic surface and deep waters. J Mar Syst 4:17–29 Quinn GP, Keough MJ (2002) Experimental design and data analysis for biologists. Cambridge University Press, Cambridge Roberts SK, Berger F, Brownlee C (1993) The role of Ca2+ in signal-transduction following fertilization in Fucus serratus. J Exp Biol 184:197–212 Steen H (2004a) Effects of reduced salinity on reproduction and germling development in Sargassum muticum (Phaeophyceae, Fucales). Eur J Phycol 39:293–299 Steen H (2004b) Interspecific competition between Enteromorpha (Ulvales: chlorophyceae) and Fucus (Fucales : phaeophyceae) germlings: effects of nutrient concentration, temperature, and settlement density. Mar Ecol Prog Ser 278:89–101 Steen H, Rueness J (2004) Comparison of survival and growth in germlings of six fucoid species (fucales, Phaeophyceae) at two different temperature and nutrient levels. Sarsia 89:175–183 Steen H, Scrosati R (2004) Intraspecific competition in Fucus serratus and F. evanescens (phaeophyceae : fucales) germlings: effects of settlement density, nutrient concentration, and temperature. Mar Biol 144:61–70 Suzuki N, Mittler R (2006) Reactive oxygen species and temperature stresses: a delicate balance between signaling and destruction. Physiol Plant 126:45–51 Wernberg T, Russell BD, Thomsen MS, Gurgel CFD, Bradshaw CJA, Poloczanska ES, Connell SD (2011) Seaweed communities in retreat from Ocean warming. Curr Biol 21:1828–1832 Wiencke C, Bartsch I, Bischoff B, Peters AF, Breeman AM (1994) Temperature requirements and biogeography of antarctic, arctic and amphiequatorial seaweeds. Bot Mar 37:247–259 Xylander M, Fischer W, Braune W (1998) Influence of mercury on the green alga Haemotococcus lacustris. Inhibition effects and recovery of impact. Botanica Acta 111:467–473 Zou DH, Liu SX, Du H, Xu JT (2012) Growth and photosynthesis in seedlings of Hizikia fusiformis (Harvey) Okamura (Sargassaceae, Phaeophyta) cultured at two different temperatures. J Appl Phycol 24:1321–1327