Kombinierte Effekte verschiedener CO2 Konzentrationen und Temperaturen auf das Wachstum und die Photosyntheseaktivität von Palmaria palmata (Rhodophyta) (Combined effects of CO2 and temperatures on growth and photosynthesis of Palmaria palmata (Rhodophyta))


Contact
Inka.Bartsch [ at ] awi.de

Abstract

Zusammenfassung. Die Verbreitung von Makroalgen in den Küstenregionen der Ozeane ist bedingt durch eine Vielzahl von direkt oder indirekt wirkenden Faktoren. Hierzu zählen abiotische Faktoren wie die Wassertemperatur, die Strahlung, die Salinität, der pH und der Nährstoffgehalt aber auch biotische Faktoren wie Konkurrenz und Räuberbeziehungen. Seit Beginn der Industrialisierung wurde ein Anstieg von CO2 festgestellt, welcher schon heute gravierende Auswirkungen auf die Wasserchemie und damit das Leben im Ozean hat. Außerdem wird seit etwa 50 Jahren weltweit ein deutlicher Temperaturanstieg sowohl in der Luft als auch im Meerwasser beobachtet, der bereits zu leichten Verschiebungen im Artengefüge der Küstengebiete geführt hat. Eine wichtige Rolle spielt in den letzten Jahren der beobachtete und modellierte durch den Menschen verursachten Anstieg des CO2 Gehaltes in der Atmosphäre und somit auch des im Meer gelösten CO2 Gehaltes, sowie des aus dem atmosphärischen CO2 Anstiegs resultierenden Temperaturanstiegs. Um die Folgen der Kombination aus TemperaturH und CO2 Erhöhung des Oberflächenwassers auf die Makroalgenflora besser verstehen zu können, wurden Versuche mit der kalt temperierten Rotalge Palmaria palmata durchgeführt. Die Auswirkungen von Temperatur und CO2 wurden bei Wassertemperaturen von 2 und 8 °C und CO2 Konzentrationen von 280, 800 und 1200 ppm untersucht. Bei diesen Versuchen handelt es sich um Folgeversuche von Teegen (2011), welche die Effekte von steigenden Temperaturen (10 und 18°C) und den verschiedenen CO2 Konzentrationen untersuchte. Es sollte untersucht werden, ob Palmaria palmata unter kälteren Umweltbedingungen (2°C) die gleichen Effekte aufweist wie unter erhöhter Temperatur (18°C). Bei beiden Versuchen wurden die Algen alle 3H4 Tage gewogen um nach Versuchsende die relative Wachstumsrate bestimmen zu können (RGR= relative growth rate). Außerdem wurde an diesen Terminen die Wasserchemie der Medien analysiert. Nach 12 Tagen wurde die Photosyntheseaktivität, der Chlorophyll aH Gehalt und der Gehalt an Phycocyanin und Phycoerythrin je eines Algenstückes pro Becherglas gemessen. Die Untersuchungen zeigten entgegen der Erwartungen keine interaktiven Effekte von Temperatur und CO2 auf die Wachstumsrate oder die Photosyntheseaktivität. Jedoch konnten signifikante Einzeleffekte von Temperatur und CO2HEffekt auf die Wachstumsrate beobachtet werden. Mit steigender Temperatur und steigendem CO2 Gehalt stieg auch die Wachstumsrate an. Die Photosyntheseleistung zeigte ebenfalls Einzeleffekte von Temperatur und CO2HEffekte. Dabei stieg die Photosyntheserate mit steigender Temperatur an. Die Photosyntheseaktivität der Algen bei 2 °C stieg dabei mit steigendem CO2 Gehalt signifikant von 280 auf 1200 ppm an und zeigt damit eine positive Korrelation mit der Wachstumsrate. Bei 8 °C dagegen konnte nicht einmal ein Trend der Photosyntheserate bei steigendem pCO2 Gehalt beobachtet werden. Die Respirationsraten zeigten eine hohe Varianz auf, wobei wie erwartet bei 8 °C mehr Sauerstoffzehrung stattfand als bei 2 °C. Die Messung des Chlorophyll a Gehalts zeigte keinen direkten, signifikanten Einfluss von CO2 und Temperatur auf die Konzentration. Die Werte bei 8 °C blieben über die CO2 Bedingungen konstant, wobei die Konzentrationen bei 2 °C mit steigendem CO2 Gehaltsignifikant abnahmen. Einen signifikanten Effekt hatten jedoch Temperatur und CO2 auf die Phycobilinmenge. Die Phycocyaninkonzentration wurde zusätzlich durch interaktive Effekte beider Parameter beeinflusst. Beide Phycobiline zeigten eine Konzentrationsabnahme mit steigendem CO2 Gehalt und steigender Temperatur. Diese Effekte wurden vor allem bei den 2 °C Behandlungen deutlich. Des Weiteren fiel auf, dass sich das Verhältnis von Chlorophyll a zu den Phycobilinen unter steigender Temperatur und steigendem CO2 Gehalt signifikant veränderte. Hierbei verringerte sich das Verhältnis bei geringer Temperatur (2 °C) und hohem CO2 Gehalt (1200 ppm). Die Untersuchung der KohlenstoffH und Stickstoffanteile in den Algenstücken zeigte ein signifikantes Ansteigen beider Komponenten mit steigender CO2 Konzentration. Es zeigten sich hierbei nicht nur signifikante CO2 Effekte auf den KohlenstoffH, sondern auch auf den Stickstoffgehalt. Das Verhältnis der beiden Komponenten blieb bei allen Behandlungen konstant. Hier zeigten sich sowohl signifikante Einzeleffekte von Temperatur, als auch CO2. Abschließend ist zu sagen, dass P. palmata bei Temperaturen im oberen Temperaturbereich (Teegen, 2011), anders auf ansteigende CO2 Konzentrationen reagiert, da in diesem Bereich wesentlich mehr interaktive Effekte dieser Parameter beobachtet werden konnten. Es ist also anzunehmen, dass P. palmata bei niedrigen subHoptimalen Temperaturen andere Regulationsmechanismen aufweist, als bei Temperaturen im oberen subH optimalen Temperaturbereich. Abstract. The distribution of macroalgae in the coastal regions of the oceans is affected by numerous direct and indirect acting factors. These factors are abiotic factors like water temperature, solar radiation, salinity, the pH and the nutrient content but also biotic factors like competition or predator/prey relationships. Since the beginning of the industrialization, a massive increase of CO2 in the atmosphere and the oceans was observed. This increase has already a major impact on the water chemistry and the life in the oceans and increases still rapidly. Furthermore there was a global increase in sea surface temperature over the last 50 years which has already causes many shifts in species distributions. In the last years the observed and supposed anthropogenic increase of the CO2 concentration in the atmosphere and then oceans as well as the consequential increase of the sea surface temperature became more and more popular. For the future many scientists forecast different scenarios, but all predict a rise of temperature and CO2 for the next centuries. To understand the consequences of the combination of increasing sea surface water temperature and CO2 content on macroalgae, this study investigated the cold temperate red algae Palmaria palmata. For this purpose the impact of temperatures of 2 and 8 °C and CO2 concentrations of 280, 800 and 1200 ppm where determined. This study was performed in order to the previous study of Teegen (2011) which examines the impact of higher water temperature (10 and 18 °C) and the same CO2 concentrations. This study was conducted to prove if Palmaria palmata shows the same effects under cold temperatures (2 and 8 °C). In both studies the same methods where used. Every 3 to 4 days the biomass of the algaepieces where determined to calculate the relative growth rate (RGR) for each algaepiece in the end of the experiment. In addition the water chemistry was measured. After 12 days, at the end of the experiment the photosynthesis activity, the chlorophyll a and phycobilin content and the carbon and nitrogen content of the algaepieces of each replicate beaker was measured. The investigations showed against the expectations no interactive effect between temperature and pCO2 content at the photosynthetic activity and the relative growth rate. But single effects of temperature and CO2 on the relative growth rate could be shown. With increasing temperature and CO2 content the relative growth rate increased too. The photosynthesis showed significant single effects of temperature and CO2 too. The photosynthesis increased with increasing temperature. The Algae at 8 °C showed no difference at different CO2 concentrations while at 2 °C the photosynthesis rates increased at 800 and 1200 ppm CO2. So there was a positive correlation between the photosynthetic activity and the relative growth rate at 2 but not at 8 °C. The photorespiration showed a high variance but was always higher at 8 °C than at 2 °C. The measurement of the chlorophyll a content showed no significant effect of CO2 or temperature. While the concentrations at 8 °C doesn’t change at the different CO2 concentrations, the content of the algae at 2 °C decreased with increasing CO2 content. The Phycobilin concentrations were significantly affected by temperature and CO2. The Phycocyaninconcentration was affected by interactive effects of both parameters, too. Both, Phycoerythrin and Phycocyanin decreased with increasing temperature and CO2 concentration. This effect was especially clear at the 2 °C treatments. Furthermore there was a shift of Phycobilin and chlorophyll a ratio with increasing temperature and CO2 concentration. At low temperature (2 °C) and high CO2 content (1200 ppm) the ratio decreased significantly. The carbon and nitrogen concentrations of P.'palmata increased significantly with increasing CO2 concentration. Only significant CO2 effects on carbon and nitrogen concentrations could be detected. The ratio of both components was constant for every treatment. Single temperature and CO2 effects on the carbon: nitrogen ratio could be proved. The ratio of the 8 °C treatment was always higher than the 2 °C treatment. In conclusion,' P.' palmata reacted different in the upper than in the lower temperature range at elevated pCO2 concentrations (this study, Teegen, 2011). More interactive effects could be observed at 18 °C than at lower 2 °C. Hence it could be supposed that P. palmata has different regulation mechanisms at upper and lower suboptimal temperatures.



Item Type
Thesis (Bachelor)
Authors
Divisions
Programs
Peer revision
Not peer-reviewed
Publication Status
Published
Eprint ID
31380
Cite as
Babuder, M. (2012): Kombinierte Effekte verschiedener CO2 Konzentrationen und Temperaturen auf das Wachstum und die Photosyntheseaktivität von Palmaria palmata (Rhodophyta) (Combined effects of CO2 and temperatures on growth and photosynthesis of Palmaria palmata (Rhodophyta)) , Bachelor thesis, Universität Bremen.


Share

Research Platforms
N/A

Campaigns


Actions
Edit Item Edit Item