The impact of temperature and photosynthetically active radiation on the growth and pigments concentration in Baltic picocyanobacterium Synechococcus sp.

Abstract

The experiments on three Baltic picocyanobacterial strains of Synechococcus (BA-120 – red strain, BA-124 – green strain and BA-132 – brown strain) were conducted at four scalar irradiances in Photosynthetically Active Radiation (PAR) and four temperature levels. The main aim of this work was to estimate the effect of environmental conditions (temperature and PAR) on cell concentration and photosynthetic pigments (Chlorophyll a – Chl a and Carotenoids – Car) contents. The ranges of PAR and temperatures were $10, 100, 190, 280 μmolm^{-2}s^{-1}$ and 10, 15, 20, 25°C, respectively. The experiment was carried in a medium of salinity of 8. The number of Synechococcus sp. cells was determined using a BD Accuri™ C6 flow cytometer. The pigments contents were determined by a spectrophotometric method. In this work, it was found that elevated intensity and temperature have, on average, a positive effect on cell concentration for Synechococcus sp. The highest cells concentrations were noted at the highest PAR ($280 μmolm^{-2}s^{-1}$) and the highest T (25°C) for green and brown strains (BA-124 and BA-132, respectively) and at $190 μmolm^{-2}s^{-1}$ and 25°C for red strain (BA-120). Comparing the strains at each PAR level and temperature, the highest cell concentration was noted in green strain ($36·10^6 cell ml^{-1}$), while the lowest was observed in red strain ($8·10^6 cell ml^{-1}$). In general, in the two strains of Synechococcus (BA-120 and BA-132), the highest Car and Chl a contents were observed at the lowest light intensity and the highest temperature. On the other hand, Car and Chl a maximum content in BA-124 were noted at the lowest light and temperature. The experiments on Synechococcus strains demonstrated their high capacity to acclimate to a wide range of PAR and temperature levels. The three strains of Synechococcus showed adaptation capabilities, since they were able to change the composition of their photosynthetic pigments to use light quantity better and to protect the cells from the unfavourable e ect of elevated light and temperature.

Badania przeprowadzono na trzech szczepach bałtyckiej pikoplanktonowej sinicy z rodzaju Synechococcus (BA-120 – szczep czerwony, BA-124 – szczep zielony oraz BA-132 – szczep brązowy), które hodowano w czterech różnych warunkach oświetlenia fotosyntetycznie aktywnego (PAR): $10, 100, 190, 280 μmolm^{-2}s^{-1}$ oraz w czterech temperaturach: 10, 15, 20 i 25°C. Głównym celem pracy było określenie wpływu wybranych zakresów PAR i temperatury na wzrost komórek oraz zawartość barwników fotosyntetycznych u analizowanych szczepów sinicy. Eksperyment przeprowadzono w medium o stałym zasoleniu równym 8. Liczebność komórek określana była za pomocą cytometru przepływowego BD Accuri™ C6. Pomiar oraz estymację zawartości barwników fotosyntetycznych określono metodą spektrofotometryczna. Na podstawie uzyskanych danych wykazano, że wysoka intensywność światła oraz wysoka temperatura mają na ogół pozytywny wpływ na liczebność komórek Synechococcus sp. Stwierdzono, że szczep zielony (BA-124) oraz szczep brązowy (BA-132) osiągnęły największą liczebność komórek w najwyższym oświetleniu ($280 μmolm^{-2}s^{-1}$) i najwyższej temperaturze (25°C). Szczep czerwony BA-120 wykazał najwyższy wzrost w $190 μmolm^{-2}s^{-1}$ i 25°C. Ponadto zaobserwowano, że szczep zielony posiadał najwyższą liczebność komórek, która po tygodniu eksperymentu wyniosła $36·10^6 kom. ml^{-1}$, natomiast szczep czerwony był najmniej liczny ($8·10^6 kom. ml^{-1}$). Ogólnie, szczepy BA- 120 oraz BA-132 najwyższa zawartość chlorofilu a oraz barwników karotenoidowych wykazały w najniższym oświetleniu i najwyższej temperaturze. Maksymalna zawartość tych barwników szczep BA-124 osiągnął w najniższej temperaturze oraz natężeniu światła. Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń wykazano wysoką aklimatyzację szczepów Synechococcus sp. do szerokiego zakresu natężenia PAR oraz temperatury. Wszystkie badane szczepy pikoplanktonowej sinicy były zdolne do zmiany proporcji swoich barwników fotosyntetycznych. Tego rodzaju umiejętność pozwala im lepiej wykorzystywać dostępne promieniowanie w procesie fotosyntezy oraz daje ochronę w przypadku ekspozycji na niekorzystne warunki środowiskowe.