Allelopathic activity of the Synechococcus sp. (Cyanobacteria, Chroococcales) on selected cyanobacteria species

Abstract

Picocyanobacterium Synechococcus sp. is very important but still poorly understood component of marine and freshwater ecosystems. In this study, the effect of single and multiple addition of cell-free filtrate obtained from Synechococcus sp. on selected cyanobacteria Synechocystis sp., Geitlerinema amphibium, Nodularia spumigena and Nostoc sp. was investigated. The species present in this work are groups of aquatic phototrophs known to co-occur in the Baltic Sea. The study showed that the picocyanobacterial cell-free filtrate inhibits the growth and changes the cell morphology of filamentous cyanobacteria G. amphibium, N. spumigena and Nostoc sp. It was shown that the addition of cell-free filtrate caused a decline of pigmentation and cell lysis of G. amphibium, N. spumigena and Nostoc sp. compared to the control culture. In addition, it was observed that the filtrate obtained from Synechococcus sp. did not affect the Synechocystis sp. It was found that the filtrate obtained from picocyanobacterium had the strongest effect on growth of G. amphibium, therefore for this cyanobacteria additional experiments were performed to show whether the filtrate affected also photosynthetic pigments, chlorophyll fluorescence and photosynthesis. The study proved that the picocyanobacterial allelopathic compounds reduce the efficiency of photosynthesis, which results in the inhibition of growth of target organisms. This way of interaction may explain the formation of almost monospecific cyanobacterial blooms in many aquatic ecosystems, including the Baltic Sea.

Pikoplanktonowa sinica Synechococcus sp. jest bardzo ważnym, lecz nadal słabo poznanym składnikiem wodnych ekosystemów. W przeprowadzonych badaniach określono wpływ pojedynczo i wielokrotnie dodawanego przesączu uzyskanego z Synechococcus sp. na wybrane gatunki pikoplanktonowych i nitkowatych sinic: Synechocystis sp., Geitlerinema amphibium, Nodularia spumigena oraz Nostoc sp. Badane gatunki sinic występują w tych samych ekosystemach i znane są z odgrywania istotnej roli w Morzu Bałtyckim. W pracy wykazano, że przesącz wpływał hamująco na wzrost nitkowatych sinic G. amphibium, N. spumigena oraz Nostoc sp. Nie zanotowano natomiast istotnych zmian liczebności u pikoplanktonowej sinicy Synechocystis sp. Dla wszystkich gatunków badanych sinic zostały wykonane analizy zmian morfologicznych, które zaszły w ich komórkach pod wpływem dodania przesączu uzyskanego z kultur Synechococcus sp. Na podstawie uzyskanych wyników wykazano, że przesącz powodował utratę pigmentacji i lizę komórek nitkowatych sinic. Ponadto dla sinicy G. amphibium zostały wykonane dodatkowe eksperymenty, na podstawie których stwierdzono, że dodany przesącz hamował fluorescencję chlorofilu a, tempo fotosyntezy, a także wpływał znacząco na zawartość barwników fotosyntetycznych. W pracy wykazano, że związki allelopatyczne produkowane i uwalniane przez Synechococcus sp. ograniczały sprawność fotosyntezy, co skutkowało zahamowaniem wzrostu organizmów targetowych. Tego rodzaju oddziaływanie może wyjaśniać tworzenie się prawie monogatunkowych zakwitów sinic w wielu zbiornikach wodnych, w tym również w Morzu Bałtyckim.