miun.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Desiccation and salinity effects on marine and brackhish Fucus vesiculosus L. (Phaeophyceae).
Mid Sweden University, Faculty of Science, Technology and Media, Department of Natural Sciences, Engineering and Mathematics. (Ekofysiologi och alger)
Länsstyrelsen Västernorrland.
Mid Sweden University, Faculty of Science, Technology and Media, Department of Natural Sciences, Engineering and Mathematics. (Ekofysiologi och alger)
2009 (English)In: Phycologia, ISSN 0031-8884, E-ISSN 2330-2968, Vol. 48, no 3, p. 156-164Article in journal (Other academic) Published
Abstract [en]

Ecotypes of Fucus vesiculosus L. from the Norwegian Sea (34 psu, marine ecotype) and Bothnian Sea (5 psu, brackish ecotype) have been compared with respect to the ability to withstand desiccation at different temperatures (0, 10, and 20°C). The aim was also to investigate the importance of salinity and light for the availably energy reserves, osmotic adjustment, and pigment content. The maximum quantum yield of photosystem II photochemistry (Fv/Fm) values revealed that the marine ecotype was more able to resist desiccation. The brackish algae showed a decrease in Fv/Fm as a response to desiccation at all temperatures, but the decrease was most pronounced at 20°C. The brackish ecotype recovered from desiccation within 5 h only when treated at 0°C. When the two ecotypes were treated at different levels of salinity in darkness and light, the results suggested that both salinity and irradiance are main factors in the differences in mannitol content between the two ecotypes. Chlorophyll (Chl) measurements showed 25% higher Chl α and 60% higher Chl c in the brackish ecotype in comparison to the marine ecotype. Darkness had a more pronounced effect on the Chl content than the salinity and initiated an increase in the amount of Chl, especially Chl c in the brackish ecotype.

Place, publisher, year, edition, pages
2009. Vol. 48, no 3, p. 156-164
Keywords [en]
Brackish, Chlorophyll, Emersion, Mannitol, Marine, Photosynthetic maximal quantum yield (Fv/Fm)
National Category
Ecology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:miun:diva-8845DOI: 10.2216/08-45.1ISI: 000265871800002Scopus ID: 2-s2.0-66149182906OAI: oai:DiVA.org:miun-8845DiVA, id: diva2:214588
Available from: 2009-05-06 Created: 2009-05-06 Last updated: 2017-12-13Bibliographically approved
In thesis
1. Physiological responses of marine and brackish Fucus vesiculosus L. with respect to salinity
Open this publication in new window or tab >>Physiological responses of marine and brackish Fucus vesiculosus L. with respect to salinity
2007 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

The intertidal brown alga Fucus vesiculosus L. is mainly a marine species (34 practical salinity units, psu), but the alga also grows in the sublittoral of the brackish Bothnian Sea (part of the Baltic Sea; 5 psu). The conditions at the growth sites are clearly different between the Bothnian Sea and the Norwegian Sea (part of Atlantic) with constant low salinity and a lack of tides in the Bothnian Sea. The objectives of the thesis were to compare the physiology in marine and brackish ecotypes of F. vesiculosus with respect to salinity and the ability of F. vesiculosus to acclimate to different salinities. A study of photosynthetic maximum capacity and relative amount of Rubisco in relation to salinity in brackish F. vesiculosus were also performed. The results showed that both ecotypes of F. vesiculosus have the same potential to use the available excitation energy for photochemistry. The results also suggest that this is relatively independent of salinity changes. There were a higher number of water soluble organic compounds, higher mannitol content (mmol kg‐1 DW), lower chlorophyll (Chl) content (mg g‐1 DW) and higher tolerance to desiccation in the marine ecotype. The number of water soluble carbon compounds did not change when the algae were treated to either high or low salinities and it was suggested that the differences were due to an intertidal or sublittoral acclimation, and not salinity. Both ecotypes showed changed mannitol content as a response to changed salinity but the changes were different between the ecotypes and seasons. The content of mannitol and the osmotic adjustment by mannitol in a longer timescale than 24 h appears to be closely connected to irradiance and photosynthesis in addition to the salinity. The main reason for higher rate of photosynthesis in higher salinity for the brackish ecotype is not clarified because no correlation could be detected between photosynthesis and the relative amount of Rubisco. The Chl content increased in darkness and the differences between the ecotypes are probably due to a compensation for low irradiance in the sublittoral growth site. Higher tolerance for desiccation in marine ecotype was concluded to be due to a lower rate of water loss because of more mannitol and thicker thallus.

Place, publisher, year, edition, pages
Sundsvall: Mittuniversitetet, 2007. p. 26
Series
Mid Sweden University licentiate thesis, ISSN 1652-8948 ; 19
Keywords
acclimation, Bothnian Sea, compatible solutes, desiccation, fluorescence, F. vesiculosus, F. radicans, immunoblot, mannitol, photosynthesis, Rubisco, salinity, Algfysiologi
National Category
Biological Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:miun:diva-9329 (URN)978-91-85317-41-7 (ISBN)
Presentation
(English)
Available from: 2009-07-10 Created: 2009-07-10 Last updated: 2009-07-13Bibliographically approved
2. Physiological adaptations in two ecotypes of Fucus vesiculosus and in Fucus radicans with focus on salinity
Open this publication in new window or tab >>Physiological adaptations in two ecotypes of Fucus vesiculosus and in Fucus radicans with focus on salinity
2011 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

The in origin intertidal marine brown alga Fucus vesiculosus L. grow permanently sublittoral in the brackish Bothnian Sea, side by side with the recently discovered F. radicans L. Bergström et L. Kautsky. Environmental conditions like salinity, light and temperature are clearly different between F. vesiculosus growth sites in the Bothnian Sea (4-5 practical salinity units, psu; part of the Baltic Sea) and the tidal Norwegian Sea (34-35 psu; part of the Atlantic Ocean). The general aims of this thesis were to compare physiological aspects between the marine ecotype and the brackish ecotype of F. vesiculosus as well as between the two Bothnian Sea species F. vesiculosus and F. radicans.

The result in the study indicates a higher number of water soluble organic compounds in the marine ecotype of F. vesiculosus compared to the brackish ecotype. These compounds are suggested to be compatible solutes and be due to an intertidal and sublittoral adaptation, respectively; where the intertidal ecotype needs the compounds as a protection from oxygen radicals produced during high irradiation at low tide. The sublittoral ecotype might have lost the ability to synthesize these compound/compounds due to its habitat adaptation. The mannitol content is also higher in the marine ecotype compared to the brackish ecotype of F. vesiculosus and this is suggested to be due to both higher level of irradiance and higher salinity at the growth site.

77 K fluorescence emission spectra and immunoblotting of D1 and PsaA proteins indicate that both ecotypes of F. vesiculosus as well as F. radicans have an uneven ratio of photosystem II/photosystem I (PSII/PSI) with an overweight of PSI. The fluorescence emission spectrum of the Bothnian Sea ecotype of F. vesiculosus however, indicates a larger light-harvesting antenna of PSII compared to the marine ecotype of F. vesiculosus and F. radicans. Distinct differences in 77 K fluorescence emission spectra between the Bothnian Sea ecotype of F. vesiculosus and F. radicans confirm that this is a reliable method to use to separate these species.

The marine ecotype of F. vesiculosus has a higher photosynthetic maximum (Pmax) compared to the brackish ecotype of F. vesiculosus and F. radicans whereas both the brackish species have similar Pmax. A reason for higher Pmax in the marine ecotype of F. vesiculosus compared to F. radicans is the greater relative amount of ribulose-1.5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco). The reason for higher Pmax in marine ecotype of F. vesiculosus compare to the brackish ecotype however is not due to the relative amount of Rubisco and further studies of the rate of CO2 fixation by Rubisco is recommended. Treatments of the brackish ecotype of F. vesiculosus in higher salinity than the Bothnian Sea natural water indicate that the most favourable salinity for high Pmax is 10 psu, followed by 20 psu. One part of the explanation to a high Pmax in 10 psu is a greater relative amount of PsaA protein in algae treated in 10 psu. The reason for greater amount of PsaA might be that the algae need to produce more ATP, and are able to have a higher flow of cyclic electron transport around PSI to serve a higher rate of CO2 fixation by Rubisco. However, studies of the rate of CO2 fixation by Rubisco in algae treated in similar salinities as in present study are recommended to confirm this theory.

 

Abstract [sv]

Fucus vesiculosus L. (Blåstång) är en brunalg som i huvudsak växer i tidvattenzonen i marint vatten men arten klarar också att växa konstant under ytan i det bräckta Bottenhavet. Norska havet och den del av Bottenhavet, där algerna är insamlade i denna studie, har salthalterna 34-35 psu (praktisk salthaltsenhet) respektive 4-5 psu. F. radicans L. Bergström et L. Kautsky (Smaltång) är en nyligen upptäckt art (2005) som har utvecklats i Bottenhavet. F. radicans och Bottenhavets ekotyp av F. vesiculosus växer sida vid sida och har tidigare ansetts vara samma art. Sett till hela Östersjön, så ändras ytans salthalt från 25 till 1-2 psu mellan Östersjöns gräns mot Kattegatt och norra Bottenviken. Den låga salthalten i Östersjön beror på det höga flödet av sötvatten från älvarna och på ett litet inflödet av saltvatten i inloppet vid Kattegatt. Salthaltsgradienten är korrelerad med antalet arter som minskar med minskad salthalt. Östersjön är ett artfattigt hav och de arter som finns är till stor del en blandning av söt- och saltvattenarter. Det finns bara ett fåtal arter som är helt anpassade till bräckt vatten och F. radicans är en av dem. Exempel på miljöskillnader för F. vesiculosus i Norska havet och i Bottenhavet är salthalten, tidvattnet, ljuset och temperaturen. Tidvattnet i Norska havet gör att algerna växlar mellan att vara i vattnet och på land, vilket utsätter algerna för stora ljusskillnader, snabba och stora temperaturväxlingar samt även torka. De alger som växer i Bottenhavet har däremot en jämnare och lägre temperatur, istäcke på vintern och mindre tillgång på ljus eftersom de alltid lever under vattenytan. Skillnaderna i miljön mellan växtplatserna leder till skillnader i fysiologiska anpassningar. Anledningen till att F. vesiculosus och F. radicans valdes som studieobjekt i denna avhandling är att de är viktiga nyckelarter i Bottenhavet. F. vesiculosus och F. radicans är de enda större bältesbildande alger som finns i det artfattiga ekosystemet och de används därför flitigt som mat, gömställe, parningsplats och barnkammare för t.ex. fisk. Att de är nyckelarter gör det angeläget att försöka förstå hur algerna är anpassade och hur de reagerar på miljöförändringar för att få veta hur de kan skyddas och bevaras. F. radicans inkluderades även för att se hur en naturlig art i Bottenhavet är anpassad i jämförelse med den invandrade F. vesiculosus. Marin F. vesiculosus inkluderades för att vara en artreferens från artens naturliga växtplats.

Studien visar att det finns fler vattenlösliga organiska substanser (finns vissa organiska substanser som har en proteinskyddande funktion) i den marina ekotypen av of F. vesiculosus än i Bottenhavets ekotyp. Anledningen till detta föreslås vara en anpassning till att växa i tidvattenzonen. Vid lågvatten utsätts F. vesiculosus från Norska havet för starkt ljus, uttorkning, och snabba temperatur- växlingar vilket gör att den kan behöva dessa organiska substanser som skydd mot fria syreradikaler som bildas under lågvattenexponeringarna. F. vesiculosus från Bottenhavet har troligen mist förmågan att syntetisera dessa substanser på grund av anpassning till att hela tiden växa under ytan. Mängden mannitol (socker) är högre i den marina ekotypen av of F. vesiculosus än i Bottenhavets ekotyp. Detta föreslås bero på högre fotosyntetiskt maximum i F. vesiculosus från Norska havet jämfört med ekotypen från Bottenhavet. Skillnaden i fotssyntetiskt maximum är bland annat kopplat till ljus- och salthaltskillnaden på algernas växtplatser. Denna teori styrks av att både fotosyntesen och halten av mannitol ökar i Bottenhavets ekotyp när den behandlas i högre salthalt.

Studien visar även att båda ekotyperna av F. vesiculosus samt F. radicans har ett ojämnt förhållande mellan fotosystem II och I (PSII och PSI) med en dominans av PSI. Denna slutsats är baserad på fluorescens emissions mätningar vid 77 K (-196 °C) och mätning av den relativa mängden D1 protein (motsvarar PSII) och PsaA protein (motsvarar PSI). F. vesiculosus från Bottenhavet visar ett emission spektrum som pekar mot en jämnare fördelning av PSII och PSI jämfört med den marina ekotypen och F. radicans. Detta stämmer dock inte med förhållandet mellan D1/PsaA som indikerar att alla tre har mer PSI än PSII. Förklaringen till avvikelsen mellan metoderna antas vara att F. vesiculosus från Bottenhavet har större ljus-infångande antennpigment än marin F. vesiculosus och F. radicans. De tydliga skillnaderna i 77 K fluorescens emission spektra mellan Bottenhavets F. vesiculosus och F. radicans visar att denna metod kan användas som säker artidentifiering.

Den marina ekotypen av F. vesiculosus har högre fotosyntetiskt maximum än de båda arterna från Bottenhavet. Mätningar av den relativa mängden av enzymet Rubisco, viktigt för upptaget av koldioxid hos växter och alger, visar att mängden enzym är en sannolik förklaring till skillnaden i fotosyntetiskt maximum mellan den marina ekotypen av F. vesiculosus och F. radicans och detta är troligen en normal artskillnad. Mängden Rubisco kan dock inte förklara skillnaden i fotosyntetiskt maximum mellan de båda ekotyperna av F. vesiculosus. För att undersöka vad skillnaden mellan dessa två beror på så föreslås istället mätningar av Rubisco’s koldioxidfixeringshastighet.

Det är en ökning av fotosyntetiskt maximum i Bottenhavets ekotyp av F. vesiculosus när den behandlas i högre salthalt (10, 20 och 35 psu) och det högsta fotosyntetiska maximumet uppmättes i alger som behandlats i 10 psu. Denna ökning beror inte på ökning i den relativa mängden av Rubisco. Ökningen i fotosyntesen speglas dock av en ökning av den relativa mängden PsaA. Detta antas bero på att det behövs mer energi i form av ATP och att en ökning av detta kan ske på grund av att mer PsaA kan driva den cykliska elektrontransporten i fotosyntesreaktionen. Ökat behov av ATP antas bero på en ökning av Rubisco aktiviteten men mätning av aktiviteten krävs för att bekräfta detta.

 

Place, publisher, year, edition, pages
Sundsvall: Kopieringen Mid Sweden University, 2011. p. 62
Series
Mid Sweden University doctoral thesis, ISSN 1652-893X ; 102
Keywords
Bothnian Sea, brackish, brown algae, D1, 77 K fluorescence emission, Fucus vesiculosus, Fucus radicans, light-harvest antenna, mannitol, marine, NMR, Norwegian Sea, quantum yield, photosynthetic maximum capacity (Pmax), photosystem, (PSI, PSII), PsaA, Rubisco, salinity.
National Category
Biological Sciences Botany
Identifiers
urn:nbn:se:miun:diva-13308 (URN)978-91-86694-25-8 (ISBN)
Public defence
2011-03-25, Mittuniversitetet sal O102, Holmgatan 10, 851 70 Sundsvall, 10:15 (Swedish)
Opponent
Supervisors
Available from: 2011-02-25 Created: 2011-02-24 Last updated: 2013-01-30Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Other links

Publisher's full textScopushttp://www.phycologia.org/doi/abs/10.2216/08-45.1?journalCode=phya

Authority records BETA

Gylle, A MariaNygård, Charlotta AEkelund, Nils GA

Search in DiVA

By author/editor
Gylle, A MariaNygård, Charlotta AEkelund, Nils GA
By organisation
Department of Natural Sciences, Engineering and Mathematics
In the same journal
Phycologia
Ecology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 273 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf