Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hạn chế trong việc sử dụng hoạt động phosphatase kiềm ngoại bào như một chỉ dẫn chung để mô tả sự thiếu hụt P của fitoplankton trong các hồ nông ở Trung Quốc
Tóm tắt
Phosphatase ngoại bào có thể được sản xuất bởi fitoplankton để sử dụng photpho hữu cơ trong điều kiện thiếu photpho (P). Tuy nhiên, có một cuộc tranh luận về việc sử dụng nó như một chỉ số của sự thiếu hụt P trong cộng đồng fitoplankton tự nhiên được suy luận qua cơ chế “kích thích–kìm hãm” như vậy. Hoạt động phosphatase kiềm (APA), nồng độ photpho phản ứng hòa tan (SRP), mật độ tảo, và thành phần tảo đã được xác định trong sáu hồ nông ở Trung Quốc xếp theo thứ bậc trạng thái dinh dưỡng, nơi mà một mối quan hệ tích cực giữa nồng độ SRP và mật độ tảo đã được quan sát. Phương pháp phát huỳnh quang dán nhãn enzyme (ELF) đã được sử dụng để định vị phosphatase trên màng tế bào của tảo. Thế gọi là APA tảo liên quan đến hạt thô hơn (>3.0 µm) chiếm phần lớn trong tổng số APA. Trong một hồ có nồng độ SRP thấp hơn, cơ chế “kích thích–kìm hãm” đã được chứng minh là đúng. Trái lại, cả APA tảo và tổng APA đều có mối tương quan tích cực với nồng độ SRP dựa trên dữ liệu từ tất cả các hồ nghiên cứu với ý nghĩa thống kê, điều này có thể được giải thích trước tiên bởi thành phần tảo. Các hồ với nồng độ SRP cao hơn chủ yếu được chiếm ưu thế bởi tảo silic và tảo xanh, trong khi chúng dễ dàng sản xuất phosphatase ngoại bào như được chứng minh bởi việc gán nhãn ELFA. Song song, các hồ có nồng độ SRP thấp hơn dominantly bởi cyanobacteria, trong khi chúng không bao giờ dương tính với ELFA; thứ hai, các điểm hoặc cấu trúc dương tính với ELFA cho thấy rằng, trong các hồ có trạng thái dinh dưỡng cao hơn, vi khuẩn bám hoặc vi sinh vật dị dưỡng có thể đóng góp đáng kể vào phosphatase ngoại bào để thủy phân các hợp chất photpho hữu cơ nhưng có thể sử dụng phần hữu cơ như một nguồn carbon hữu cơ. Quá trình này đồng thời tạo ra P vô cơ, dẫn đến sự đồng tồn tại của nồng độ phosphat cao và APA. Vì vậy, nguồn gốc của APA là phức tạp, mà có thể sản xuất các loài phosphatase ngoại bào có tính đặc hiệu hoặc không đặc hiệu cho dinh dưỡng P và do đó làm cho khó khăn trong việc chuẩn hóa APA với các ước lượng sinh khối chính xác. Do đó, việc sử dụng APA, được chuẩn hóa hay không, như một chỉ số chung để mô tả sự thiếu hụt P của fitoplankton trong các hồ nông, đặc biệt là các hồ hữu cơ, là không hợp lý.
Từ khóa
#phosphatase ngoại bào #phosphor #fitoplankton #hồ nông #hoạt động phosphatase kiềm #chỉ số dinh dưỡng #tảo silic #cyanobacteriaTài liệu tham khảo
Berman T (1970) Alkaline phosphatases and phosphorus availability in Lake Kinneret. Limnol Oceanogr 15:663–674
Boon PI (1989) Organic matter degradation and nutrient regeneration in Australian freshwaters: I. Methods for exoenzyme assays in turbid aquatic environments. Arch Hydrobiol 115:339–359
Burkholder JM, Wetzel RG, Klomparens KL (1990) Direct comparison of phosphate uptake by adnate and loosely attached microalgae within an intact biofilm matrix. Appl Environ Microbiol 56:2882–2890
Cao X, Štrojsová A, Znachor P, Zapomělová E, Liu G, Vrba J, Zhou Y (2005) Detection of extracellular phosphatases in natural spring phytoplankton of a shallow eutrophic lake (Donghu, China). Eur J Phycol 40:251–285 doi:10.1080/09670260500192760
Chrost RJ, Siuda W (2006) Microbial production, utilization, and enzymatic degradation of organic matter in the upper trophogenic layer in the pelagial zone of lakes along a eutrophication gradient. Limnol Oceanogr 51:749–762
Chrost RJ, Siuda W, Halemejko GZ (1984) Longterm studies on alkaline phosphatase activity (APA) in a lake with fish-aquaculture in relation to lake eutrophication and phosphorus cycle. Arch Hydrobiol 70:1–32
Cotner JB, Wetzel RG (1991) 5′-nucleotidase activity in a eutrophic lake and an oligotrophic lake. Appl Environ Microbiol 57:1306–1312
Deng P, Ma J, Wu X, Gao Y, Cheng S, He F (2007) Dynamics of phytoplankton in the process of the aquatic macrophyte rehabilitation in Lake Yuehu (Wuhan). J Lake Sci 19:552–557 in Chinese
Feuillade J, Feuillade M, Blanc P (1990) Alkaline phosphatase activity fluctuations and associated factors in a eutrophic lake dominated by Oscillatoria rubescens. Hydrobiologia 207:233–240 doi:10.1007/BF00041461
Gage MA, Gorham E (1985) Alkaline phosphatase activity as an index of phosphorus status of phytoplankton in Minnesota lakes. Freshw Biol 15:227–233 doi:10.1111/j.1365-2427.1985.tb00195.x
Gillor O, Hadas O, Post AF, Belkin S (2002) Phosphorus bioavailability monitoring by a bioluminescent cyanobacterial sensor strain. J Phycol 38:107–115 doi:10.1046/j.1529-8817.2002.01069.x
González JM, Sherr BF, Sherr EB (1993) Digestive enzyme activity as a quantitative measure of protistan grazing: the acid lysozyme assay for bacterivory. Mar Ecol Prog 100:197–206 doi:10.3354/meps100197
Healey FP, Hendzel LL (1980) Physiological indicators of nutrient deficiency in lake phytoplankton. Can J Fish Aquat Sci 37:442–453 doi:10.1139/f80-058
Hino S (1988) Fluctuation of algal alkaline phosphatase activity and the possible mechanisms of hydrolysis of dissolved organic phosphorus in Lake Barato. Hydrobiologia 157:77–84 doi:10.1007/BF00008812
Hu HY, Li RY, Wei YX, Zhu CZ, Chen JY, Shi ZX (1980) Freshwater algae in China. Science Technology, Shanghai (in Chinese)
Istvanovics V, Pettersson K, Pierson D, Bell R (1992) Evaluation of phosphorus deficiency indicators for summer phytoplankton in Lake Erken. Limnol Oceanogr 37:890–900
Jamet D, Amblard C, Devaux J (1997) Seasonal changes in alkaline phosphatase activity of bacteria and microalgae in Lake Pavin (Massif Central, France). Hydrobiologia 347:185–195 doi:10.1023/A:1003044008455
Jamet D, Amblard C, Devaux J (2001) Size-fractionated alkaline phosphatase activity in the hypereutrophic Villerest reservoir (Roanne, France). Water Environ Res 73:132–141 doi:10.2175/106143001X138787
Jansson M, Olsson H, Pettersson K (1988) Phosphatases: origin, characteristics and function in lakes. Hydrobiologia 170:157–175
Jones JG (1972) Studies on freshwater bacteria: association with algae and alkaline phosphatase activity. Ecol 60:59–75 doi:10.2307/2258040
Karner M, Ferrier-Pages C, Rassoulzadegan F (1994) Phagotrophic nanoflagellates contribute to occurrence of α-glucosidase and aminopeptidase in marine environments. Mar Ecol Prog 114:237–244 doi:10.3354/meps114237
Krystyna K (1997) Eutrophication processes in a shallow, macrophyte dominated lake—alkaline-phosphatase activity in Lake Łuknajno (Poland). Hydrobiologia 342–343:395–399 doi:10.1023/A:1017051726211
Mhamdia BA, Azzouzib A, Elloumic J, Ayadic H, Mhamdia MA, Aleya L (2007) Exchange potentials of phosphorus between sediments and water coupled to alkaline phosphatase activity and environmental factors in an oligo-mesotrophic reservoir. C R Biol 330:419–428 doi:10.1016/j.crvi.2007.02.009
Murphy J, Riley P (1962) A modified single solution method for the determination of phosphate in natural waters. Anal Chim Acta 27:31–36 doi:10.1016/S0003-2670(00)88444-5
Nagata T, Kirchman DL (1992) Release of macromolecular organic complexes by heterotrophic marine flagellates. Mar Ecol Prog 83:233–240 doi:10.3354/meps083233
Nedoma J, Štrojsová A, Vrba J, Komárková J, Šimek K (2003) Extracellular phosphatase activity of natural plankton studied with ELF97 phosphate: fluorescence quantification and labelling kinetics. Environ Microbiol 5:462–472 doi:10.1046/j.1462-2920.2003.00431.x
Nedoma J, Garcia JC, Comerma M, Simek K, Armengol J (2006) Extracellular phosphatases in a Mediterranean reservoir: seasonal, spatial and kinetic heterogeneity. Freshw Biol 51:1264–1276 doi:10.1111/j.1365-2427.2006.01566.x
Newman S, Mccormick PV, Backus J (2003) Phosphatase activity as an early warning indicator of wetland eutrophication: problems and prospects. J Appl Phycol 15:45–59 doi:10.1023/A:1022971204435
Nicholson D, Dyhrman S, Chavez F, Paytan A (2006) Alkaline phosphatase activity in the phytoplankton communities of Monterey Bay and San Francisco Bay. Limnol Oceanogr 51:874–883
Olsson H (1990) Phosphatase activity in relation to phytoplankton composition and pH in Swedish lakes. Freshw Biol 23:353–362 doi:10.1111/j.1365-2427.1990.tb00277.x
Pettersson K (1985) The availability of phosphorus and the species composition of the spring phytoplankton in Lake Erken. Int Rev Gesamten Hydrobiol Hydrograph 70:527–546 doi:10.1002/iroh.19850700407
Pick FR (1987) Interpretations of alkaline phosphatase activity in Lake Ontario. Can J Fish Aquat Sci 44:2087–2094 doi:10.1139/f87-258
Rejmankova E, Komarkova JA (2000) function of cyanobacterial mats in phosphorus-limited tropical wetlands. Hydrobiologia 431:135–153 doi:10.1023/A:1004011318643
Rengefors K, Pettersson K, Blenckner T, Anderson DM (2001) Species-specific alkaline phosphatase activity in freshwater spring phytoplankton: application of a novel method. J Plankton Res 23:435–443 doi:10.1093/plankt/23.4.435
Rengefors K, Ruttenberg KC, Haupert CL, Taylor C, Howes BL (2003) Experimental investigation of taxon-specific response of alkaline phosphatase activity in natural freshwater phytoplankton. Limnol Oceanogr 48:1167–1175
Reynolds CS (1997) Vegetation processes in the pelagic: a model for ecosystem theory. Ecology Institute, Oldendorf/Luhe
Rose C, Axler RP (1997) Uses of alkaline phosphatase activity in evaluating phytoplankton community phosphorus deficiency. Hydrobiologia 361:145–156 doi:10.1023/A:1003178502883
Sebastian M, Aristegui J, Montero MF, Niell FX (2004) Kinetics of alkaline phosphatase activity, and effect of phosphate enrichment: a case study in the NW African upwelling region. Mar Ecol Prog Ser 270:1–13 doi:10.3354/meps270001
Šimek K, Vrba J, Lavrentyev P (1994) Estimates of protozoan bacterivory: from microscopy to ectoenzyme assay? Mar Microb Food Webs 8:71–85
Smith RIH, Kalff J (1981) The effect of phosphorus limitation of algal growth rate: evidence from alkaline phosphatase. Can J Fish Aquat Sci 38:1421–1427 doi:10.1139/f81-188
Spijkerman E, Coesel PFM (1998) Alkaline phosphatase activity in two planktonic desmid species and the possible role of an extracellular envelope. Freshw Biol 39:503–513 doi:10.1046/j.1365-2427.1998.00299.x
Štrojsová A, Vrba J, Nedoma J, Komárková J, Znachor P (2003) Seasonal study on expression of extracellular phosphatases in the phytoplankton of an eutrophic reservoir. Eur J Phycol 38:295–306 doi:10.1080/09670260310001612628
Štrojsová A, Vrba J, Nedoma J, Šimek K (2005) Extracellular phosphatase activity of freshwater phytoplankton exposed to different in situ phosphorus concentrations. Mar Freshw Res 56:417–424 doi:10.1071/MF04283
Taga N, Kobori H (1978) Phosphatase activity in eutrophic Tokyo Bay. J. Mar Biol (Berl) 49:223–229 doi:10.1007/BF00391134
Tanaka T, Henriksen P, Lignell R, Olli K, Seppala J, Tamminen T, Thingstad TF (2006) Specific affinity for phosphate uptake and specific alkaline phosphatase activity as diagnostic tools for detecting P-limited phytoplankton and bacteria. Estuaries Coasts 29:1226–1241
Thingstad TF, Zweifel UL, Rassoulzadegan F (1998) P limitation of heterotrophic bacteria and phytoplankton in the northwest Mediterranean. Limnol Oceanogr 43:88–94
Vaitomaa J, Repka S, Saari L, Tallberg P, Horppila J, Sivonen K (2002) Aminopeptidase and phosphatase activities in basins of Lake Hiidenvesi dominated by cyanobacteria and in laboratory grown Anabaena. Freshw Biol 47:1582–1593 doi:10.1046/j.1365-2427.2002.00901.x
Vrba J, Komárková J, Vyhnálek V (1993a) Enhanced activity of alkaline phosphatases—phytoplankton response to epilimnetic phosphorus depletion. Water Sci Technol 28:15–24
Vrba J, Šimek K, Nedoma J, Hartman P (1993b) 4-methylumbelliferyl-β-N-acetylglucosaminide hydrolysis by a high-affinity enzyme, a putative marker of protozoan bacterivory. Appl Environ Microbiol 59:3091–3101
Wang H (2007) Predictive limnological researches on small- to medium-sized lakes along the Mid-lower Yangtze River. Doctoral Dissertation 119 (in Chinese)
Wilczek S, Wörner U, Pusch MT, Fischer H (2007) Role of suspended particles for extracellular enzyme activity and biotic control of pelagic bacterial populations in the large lowland river Elbe. Fundam Appl Limnol 169:153–168 doi:10.1127/1863-9135/2007/0169-0153
Zubkov MV, Sleigh MA (1998) Heterotrophic nanoplankton biomass measured by a glucosaminidase assay. FEMS Microbiol Ecol 25:97–109 doi:10.1016/S0168-6496(97)00086-X