Mixotrofiniai haptofitai yra pagrindiniai bakteriniai ganytojai oligotrofiniuose pakrančių vandenyse | nežinomas žurnalas

Mixotrofiniai haptofitai yra pagrindiniai bakteriniai ganytojai oligotrofiniuose pakrančių vandenyse | nežinomas žurnalas

Anonim

Dalykai

  • Biookeanografija
  • Mikrobų ekologija

Anotacija

Ganymo greičio apskaičiavimai rodo, kad maždaug pusė bakterijų, esančių oligotrofiniuose vandenynuose, susidaro dėl mixotrofinių flagellatų (MF). Tačiau daugumoje vertinimų dumbliai buvo laikomi viena grupe. Čia mes siekėme atidaryti fitoflagellatų (PF) <20 μm juodąją dėžę. Hapofitai, chlorofitai, kriptofilitai ir pigmentiniai dinoflagellatai buvo atpažinti naudojant fluorescencinę in situ hibridizaciją arba standartinį dažymą 4 ', 6-diamidino-2-fenilindoliu. Jų gausos, ląstelių dydžio, biomasės ir bakterijų skaičiaus svyravimai buvo matuojami per metinį ciklą oligotrofinėje pakrantės sistemoje. Vidutiniškai mes sugebėjome priskirti šias grupes: 37% visos piko-PF ir 65% nano-PF sudėties. Chlorofitai dažniausiai buvo pikoplanktoniniai ir niekada nevalgydavo fluorescenciškai pažymėtų bakterijų. Apie 50% PF <20 μm biomasės sudarė mixotrofiniai dumbliai. Pigmentiniai dinoflagellatai buvo mažiausiai gausi grupė, nedaranti įtakos bakterioflanktonui. Kriptofitai buvo kiekybiškai svarbiausi šalčiausiais laikotarpiais ir paaiškino apie 4% visų bakterijų. Hatofitai buvo svarbiausia mixotrofinė grupė: (i) visus metus juos atstovavo 3–5 μm dydžio ląstelės; ii) ląstelėms būdingos ganymo normos buvo palyginamos su kitų bakterijų turinčių nefotosintetinių organizmų greičiu, neatsižvelgiant į maistinių medžiagų buvimo in situ sąlygas; iii) šie organizmai galėtų įgyti didelę dalį savo anglies prarydami bakterijas; ir (iv) haptofitai paaiškino vidutiniškai 40% bakterijų, kurias patiria MF, ir buvo atsakingi už 9–27% visų bakterijų šioje vietoje. Mūsų rezultatai, vertinant kartu su plačiai paplitusiu haptofitų kiekiu vandenyne, rodo, kad jie atlieka pagrindinį vaidmenį kaip bakterijos jūrų ekosistemose.

Įvadas

Mixotrofija dumbliuose, apibrėžta kaip fagotrofijos ir fototrofijos derinimas vienoje ląstelėje ( sensu Sanders, 1991), yra plačiai paplitusi tarp dumblių grupių, turinčių plekšnių rūšių (Bird ir Kalff, 1986; Tranvik ir kt., 1989; Nygaard ir Tobiesen, 1993). ; Stoecker, 1999). Mixotrofinis mitybos būdas laikomas ypač naudingu, kai ribojamos neorganinės maistinės medžiagos (Nygaard ir Tobiesen, 1993; Rothhaupt, 1996; Flöder ir kt., 2006). Įrodyta, kad mixotrofiniai dumbliai, ypač tie, kurie sudaro 50% visų bakterijų (Unrein ir kt., 2007; Zubkov ir Tarran, 2008; Hartmann ir kt., 2012). Šie įverčiai buvo gauti naudojant visiškai skirtingas metodikas, ir tai aiškiai rodo visuotinę mixotrofijos reikšmę visose jūrų sistemose (Gasol ir kt., 2008).

Nors buvo įrodyta, kad jūriniai mixotrofiniai žiuželiai (MF) priklauso skirtingoms dumblių rūšims (haptofitai, kriptofitai, dinoflagellatai ir kt.), Daugumoje ganymo greičio įvertinimų mixotrofiniai dumbliai buvo laikomi viena grupe. Daugiausia jie buvo suskirstyti į skirtingas ląstelių dydžio kategorijas (Zubkov ir kt., 2001; Chan ir kt., 2009; Tsai ir kt., 2011), o labai nedaugelis tyrimų bandė juos atskirti pagal taksonominę priklausomybę (bet žr. Havskum ir Riemann, 1996). Iš esmės taip yra todėl, kad sunku nustatyti mažų organizmų taksonominį tapatumą ir kartu įvertinti jų in situ ganymo greitį. Dėl to DF paprastai laikomos „juodąja dėžute“.

Be to, MF poveikio jūrų sistemose tyrimai paprastai apsiriboja trumpais laikotarpiais, paprastai dienomis ar savaitėmis, atsižvelgiant į kruizo trukmę, neleidžiant daryti išvadų apie sezoninius pokyčius. Priešingai nei gėlavandenėje aplinkoje, kur dėl MF sudėties pasikeitimo mixotrofinis aktyvumas paprastai svyruoja per metus (Sanders ir kt., 1989; Hitchman ir Jones, 2000; Pålsson ir Granéli, 2003), vienintelis sezoninis tyrimas, atliktas jūroje. sistema pranešė apie pastovų MF poveikį ištisus metus (Unrein ir kt., 2007). Mes iškėlėme hipotezę, kad šį modelį galima paaiškinti MF bendruomenės struktūros stabilumu (pavyzdžiui, su vieno taksono dominavimu) per visą metų ciklą. Tačiau dar nebuvo bandyta įvertinti kiekvienos jūrų MF ganyklos poveikio pokyčių per metinį ciklą.

Aplinkos tyrimai, naudojant molekulinius metodus, atskleidė didelę haptofitų (Prymnesiophyceae) indėlį ir įvairovę mažuose fotosintetiniuose eukariotuose jūroje (Fuller ir kt., 2006; Liu ir kt., 2009; Cuvelier ir kt., 2010; Shi ir kt.)., 2011; Treusch ir kt., 2012), bet ir kai kuriose gėlo vandens ekosistemose (Bielewicz ir kt., 2011; Kong ir kt., 2012). Be to, Jardillier ir kt. (2010) apskaičiavo, kad haptofitai sukelia labai didelę viso CO 2 fiksavimo procentą atogrąžų ir subtropikų šiaurės rytų Atlanto vandenyne. Frias-Lopez ir kt. (2009) nustatė, kad mikototrofiniai haptofitai yra vienas iš svarbiausių pikocianobakterinių plėšrūnų jūroje, nors jų naudojama metodika neleido įvertinti ganymo greičio. Didelė haptofitų įvairovė, gausumas ir platus pasiskirstymas vandenynuose bei jų gebėjimas nuryti organines daleles rodo, kad jie gali atlikti pagrindinį vaidmenį kaip ganytojai mikrobų maisto tinkle.

Ankstesniame tyrime mes pranešė apie heterotrofinių flagellatų (HF) ir fitoflagellate (PF) ganymo poveikį bakterijoms pakrantės oligotrofinėje vietoje (Unrein ir kt., 2007). Mišotrofinis poveikis buvo didelis visus metus, sudarantis nuo 35% iki 65% visų žiedlapių bakterijų (Unrein ir kt., 2007). Čia mes siekėme atidaryti mixotrofinio piko- ir nanoftoplanktono juodąją dėžę pagal jų taksonominę priklausomybę. Pagrindiniai fitoplanktono taksai, mažesni nei 20 μm, buvo identifikuoti ir kiekybiškai įvertinti naudojant specialius zondus ir fluorescencinę in situ hibridizaciją (FISH; haptofitai ir chlorofitai) arba pagal jų skiriamąją autofluorescenciją ir bendrąją morfologiją standartiniame 4 ′, 6-diamidino-2-fenilindolyje (DAPI). ) dažyti mėginiai (kriptofitai ir pigmentiniai dinoflagellatai). Jų gausos, ląstelių dydžio, biomasės ir bakterijų skaičiaus svyravimai buvo matuojami per metinį ciklą ir mes sujungėme trumpalaikius ganymo eksperimentus, naudodami fluorescenciškai pažymėtas bakterijas (FLB) su epifluorescencine identifikacija, kad įvertintume konkretaus MF ganymo greitį. Mūsų rezultatai nustatė MF grupes, kurios yra atsakingos už didžiąją dalį šios oligotrofinės pakrančių jūrų sistemos bakterijų.

Rezultatai

In situ sąlygos

Vandens temperatūra nuo sezoninių pokyčių svyravo nuo 11 iki 25 ° C. Birželio ir liepos mėnesiais buvo stebimas silpnas stratifikacija, o likusiais metais temperatūra buvo panaši visame 20 m gylyje. Fotinis sluoksnis paprastai siekė dugną. Maistinių medžiagų, ypač tirpaus reaktyviojo fosforo, koncentracijos visą tiriamąjį laikotarpį buvo mažos (0, 12–0, 24 μM) (1 papildoma lentelė). Chl koncentracija svyravo apie 1 μg l −1 (1 papildoma lentelė), o didžiausia koncentracija žiemos pradžioje (3, 93 μg l −1 ), o minimali vasarą (0, 25 μg l −1 ). Didžiausias bakterijų gausumas sutapo su Chl a smailėmis (maždaug 1, 3 × 106 bakt. Ml −1 ).

Fitoplanktono sudėtis (ląstelės <20 μm)

Atliekant šį tyrimą buvo nustatytos keturios dumblių grupės. Chlorofitai ir haptofitai buvo vienintelės dvi dumblių grupės, turinčios pikoplanktono dydžio atstovus (3 μm; 1 pav.). Pagrindiniai nagrinėjamų dumblių grupių morfometriniai parametrai ir skirtingos dydžio klasės pateikiami 2 papildomoje lentelėje.

Image

Pagrindinių PF grupių Blaneso įlankoje ESD (lygiaverčio sferinio skersmens) pasiskirstymo dėžutėje apibendrinimas. Dėžutėse yra 50% duomenų, o mediana rodoma kaip eilutė. Juostelės nurodo diapazoną, išskyrus ribines vertes, kurias vaizduoja atviri apskritimai. Kiekvienoje grupėje išmatuotas ląstelių skaičius yra nurodytas po kiekvienu langeliu.

Visas dydis

Chlorofitai (kuriems taikytas zondas CHLO02) dažniausiai buvo vaizduojami mažomis ląstelėmis (1 paveikslas). Vidutinis chlorofitų biologinis tūris buvo 21 μm 3 . Vidutiniškai 77% ląstelių buvo <3 μm dydžio. Ši grupė parodė ryškų kintamumą ištisus metus (variacijos koeficientas = 122%); didžiausias gausumas stebėtas žiemos pradžioje ir pabaigoje (1, 1 × 10 4 ląstelių ml −1 ), o mažiausios vertės šilčiausio sezono metu. (150 ląstelių ml − 1, 2a pav.). Mikromono pustulė (nukreipta zondu MICRO01) vidutiniškai sudarė 90% <3 μm ląstelių, aptiktų CHLO02 (2c paveikslas). 3–5 μm dydžio chlorofitai žiemos sezonu pasiekė ∼ 1100 ląstelių ml − 1, o vasarą - niekada neviršijo 130 ląstelių ml − 1 (2b paveikslas). 5–20 μm dydžio chlorofitai gruodį pasiekė daugiausia 200 ląstelių ml −1 . Ši dumblių grupė paaiškino vidutiniškai 35% ir 20% pikoplanktono (PF <3 μm) ir nanoplanktono (PF 3–20 μm) gausumo, o didžiausias indėlis buvo rudenį ir pavasarį (2 paveikslas).

Image

a ) Laikinas chlorofitų, esančių <3 μm (nukreiptas zondu CHLO02), mikromonų (nukreiptų zondu MICRO01) ir haptofitų, mažesnių kaip 3 μm (nukreiptų zondu PRYM02), svyravimas. PF <3 μm rodo bendrą DAPI išvardytų dumblių pikoflagellatą. b ) Laikinas 3–20 μm haptofitų (nukreiptų pagal zondą PRYM02), 3–20 μm chlorofitų (nukreiptų zondu CHLO02), kriptovaliutų <20 μm ir pigmentinių dinoflagellatų <20 μm svyravimas. PF 3–20 μm žymi visus DAPI išvardytus nanoflagellate dumblius. c ) bendro PF <3 μm ir d ) 3–20 μm gausumo dalis, paaiškinta kiekvienos iš keturių dumblių grupių per metus. Vid., Metinis vidurkis.

Visas dydis

Hapatofituose (taikomuose su PRYM02 zondu) dominavo mažos nanoplanktoninės ląstelės (1 paveikslas), kurių vidutinis biologinis tūris 69 μm 3 . Vidutiniškai 73% haptofitų buvo 3–5 μm dydžio, 21% ląstelių buvo 5–20 μm ir tik 6% buvo <3 μm. Pikoplanktoninių haptofitų gausa svyravo maždaug po 40 ląstelių ml −1, tuo tarpu nanoplanktoninių haptofitų gausumas visada buvo didesnis nei 300 ląstelių ml −1 (vidutiniškai 804 ląstelės ml −1 ), palyginti nedidelis kitimas per visą tyrimo laikotarpį (variacijos koeficientas = 53%). (2a ir b paveikslai). Haptofilitai sudarė tik 2% PF <3 μm, o jie sudarė ∼ 40% viso PF 3–20 μm dydžio, ir tai yra gausiausia grupė tarp nanoplanktono, o didžiausias indėlis (iki 64%) stebimas per vasarą (2c ir d paveikslai).

Kriptofitai buvo žymiai didesni nei haptofitai ir chlorofitai (1 paveikslas). Kriptofitų ląstelių tūris sezoniškai kito nuo> 300 μm 3 žiemą-pavasarį iki <180 μm 3 vasarą – rudenį (papildomas 1 paveikslas). Kriptofitai parodė panašų laiko modelį, kaip ir stebėdami nanoplanktoninius chlorofitus (2b paveikslas), nors per metus kinta daugiau (variacijos koeficientas = 167%). Abiejų grupių gausa (log transformuota) buvo labai koreliuojama ( r = 0, 84; P <0, 001), tai rodo, kad jos panašiai reagavo į aplinkos svyravimus. Kriptofitų vidurkis buvo 342 ląstelės ml − 1, o didžiausia vertė 2173 ląstelės ml − 1, užfiksuota 2003 m. Gruodžio mėn. Ši grupė sudarė apie 13% viso PF 3–20 μm gausos (2d paveikslas).

Pigmentiniai dinoflagellatai, kurių matmenys <20 μm, buvo mažiausiai grupė ir jiems atstovavo palyginti didelės ląstelės (1 paveikslas). Vidutinis biologinis tūris buvo 266 μm 3 . Pastebėta aiški sezoninė tendencija, kai didžiausias gausumas žiemos pradžioje (gruodžio mėn.) Ir antrinis pikas vasarą (2b paveikslas). Jie sudarė apie 1% viso PF 3–20 μm gausos (2d paveikslas).

Apskritai, chlorofitai ir haptofitai paaiškino vidutiniškai 37% viso PF <3 μm gausumo (2c paveikslas), o keturios nano-PF grupės paaiškino vidutiniškai 65% viso 3–20 μm PF gausumo (2d paveikslas).

Kalbant apie biomasę ir atsižvelgiant į visas dumblių grupes ir dydžio klases kartu, mes sugebėjome nustatyti nuo 44% iki 77% (vidutiniškai 63%) PF <20 μm biomasės (3 paveikslas). Šiltesniais mėnesiais didžiąją dalį biomasės sudarė hipofitai (iki 50%), tuo tarpu chlorofitai ir kriptofilitai vyravo nuo žiemos pradžios iki pavasario vidurio (3 pav.). Vidutiniškai mažiausiai 49% visos mūsų analizės metu surinktos PF <20 μm biomasės priklausė dumblių grupėms, turinčioms mixotrofinius atstovus (žr. Toliau „Bacterivorous dumblių grupės“).

Image

Kiekvienos dumblių grupės indėlis į bendro PF <20 μm biomasę per metus. Vid., Metinis vidurkis.

Visas dydis

MF agregatų taksams būdingos ganymo charakteristikos

Ganymo bandymai, atlikti su FLB, parodė, kad haptofitai, kriptofilitai ir pigmentiniai dinoflagellatai galėjo užkrėsti bakterijas mūsų mėginiuose. Dinoflagellates (o kartais ir dideli haptofitai) dažnai buvo stebimi nurijus kriptofitus ir (arba) haptophytes (4 paveikslas). Kiti fagotrofiniai PF, tokie kaip Dinobryon faculiferum (Chrysophyceae) ir Pseudopedinella sp. (Dictyochophyceae) taip pat buvo pastebėtas nurijus FLB, tačiau nedaug. Pikoplanktoniniai haptofitai (<3 μm) taip pat buvo stebimi nurijus FLB, tačiau palyginti nedaug užfiksuotų teigiamų ląstelių neleido patikimai išmatuoti ganymo greičio šioje dydžio frakcijoje. Jokiame eksperimente chlorofitai neparodė FLB.

Image

Įvairių mixotrofinių grupių pavyzdžių epifluorescencinės mikrografijos. a ) Kriptofito ląstelė su prarytais FLB. b ) Pigmentinis dinoflagellatas su prarytu kriptofilitu (D-Cr), pigmentinis dinoflagellatas, kuriame yra fitobilinų pigmentų (D) ir kriptofilito ląstelė (Cr). c ) Du pikoplanktoniniai dumbliai, rodyklė rodo haptofilio ląsteles, teigiamai hibridizuotas su zondu PRYM02. d ) Pigmentuotas dinoflagellatas su haptofito ląstelėmis, teigiamai hibridizuotomis FISH, maisto vakuolėje. ( e ) Haptophyte ląstelės, hibridizuotos su PRYM02 zondu su prarytu FLB. f ) HF su prarytu haptophyte. Kiekvienas spalvotas vaizdas yra trijų paveikslėlių, gautų iš 8 bitų pilkos spalvos, perdanga iš tų pačių ląstelių, stebimų skirtingu bangos ilgio sužadinimu: UV spinduliuotė (rodanti mėlyną branduolį po DAPI dažymo), mėlynos šviesos sužadinimas (raudonas chloroplastas ir žalia FLB) ir žalios šviesos sužadinimas ( a, b paveiksluose parodyta kriptofito ir dinoflagellato, turinčio fikobilinus, chloroplastai ir c - f pav. oranžinė citoplazma haptofiltuose po FISH). Paveikslėliai buvo gauti padidinant × 1000; ta pati skalė galioja visoms nuotraukoms.

Visas dydis

CSGR ir CR buvo šiek tiek didesni didesniuose organizmuose, palyginti su mažesniais (1 lentelė). Nei vienos grupės CSGR sezoninių tendencijų nepastebėta, todėl didesnis ganymo poveikis buvo įvertintas didesnio gausumo laikotarpiais: tai yra haptofitai vasarą, kriptocitai žiemą ir abi grupės 2003 m. Gruodžio mėn. (2 ir 5 paveikslai). Dėl įprasto mažo jų gausumo pigmentinių dinoflagellates <20 μm ganymo greitį buvo galima įvertinti tik vieną dieną, atitinkančią dumblių žydėjimą, kuris įvyko gruodį. Gauta norma buvo panaši į tą, kuri buvo apskaičiuota kitiems dideliems mixotrofiniams dumbliams (1 lentelė).

Pilno dydžio lentelė

Image

Pagrindinių mixotrofinių grupių CSGR (bakt. Ląstelės −1 h −1 ) ir ganymo smūgis (bakt. Ml −1 h − 1 ) ištisus metus.

Visas dydis

3–5 μm haptofitų ganymo smūgiai (bakt. Ml −1 h −1 ) buvo vidutiniškai du kartus didesni nei 5–20 μm kriptovaliutų ir haptofitų (1 lentelė). 3–5 μm haptofitų indėlis į bendrą mixotrophic ganyklą buvo labai reikšmingas, kartais pasiekiantis 74% (vidutiniškai 27%) visų ganomų mixotrophs ganyklų (6 pav.). Jei įskaičiuosime visus haptofitus (įskaitant visas dydžio klases), jie sudarė iki 89% (vidutiniškai 40%) viso ganymo, kurį daro visi mixotrofai (1 lentelė; 6 paveikslas). Palyginti su anksčiau išmatuotais ganymo greičiais (Unrein ir kt., 2007), visų bakterijų, kurių protėviai buvo mažesni kaip 20 μm (heterotrofiniai ir daugialypiai terpės, ir žiedai), buvo nuo 9% iki 27% (vidutiniškai 15%) visų bakterijų. atliekama haptophytes. Kriptofitų ir pigmentinių dinoflagelilių indėlis į bendrą mixotrofinį ganyklą buvo atitinkamai vidutiniškai 8% ir 3%. Ląstelei būdingų medžiagų įsisavinimo procentas ląstelių anglies per dieną (% dienos −1 ) buvo didesnis mažiausiems mixotrofams (3–5 μm haptofitai, nuo 1, 9% iki 15, 5%), tuo tarpu mažiausios vertės atitiko kriptofitus (tarp 0% ir 4, 1%, 1 lentelė).

Image

Kiekvienos iš keturių tirtų grupių ištisus metus paaiškintas mišinių, gautų iš ganomų bandotrofų, procentas. Vid., Metinis vidurkis.

Visas dydis

Galima a priori tikėtis, kad mixotrofija turėtų būti susijusi su maistinėmis medžiagomis ir lengvumu. Taigi mes išbandėme, ar mixotrofų grupės CR ar CSGR būdingi šiems aplinkos kintamiesiems (2 papildomas paveikslas). Kriptofitų CR ir CSGR reikšmingai koreliavo su Secchi gyliu (atitinkamai ρ = ​​0, 87 ir ρ = 0, 80; N = 12, P <0, 05) ir fotoperiodu (atitinkamai ρ = ​​0, 84 ir ρ = 0, 74; N = 12, P <). 0, 05), o neigiamai esant ištirpusio neorganinio azoto koncentracijai (atitinkamai ρ = ​​−0, 74 ir ρ = −0, 64; N = 12, P > 0, 05). Haptofilitai, analizuojami pagal dydžio klases arba sujungiant visus haptophitus, neparodė reikšmingos koreliacijos nei su maistinėmis medžiagomis, nei su turimais šviesos parametrais (tai yra, Secchi, Kd, ​​fotoperiodas).

Diskusija

Piko- ir nanoftoplanktono sudėtis

Atlikdami metinį tyrimą atrinktoje oligotrofinėje pakrantės aplinkoje, mes sugebėjome nustatyti ir kiekybiškai įvertinti keturias dumblių grupes, kurių PF <20 μm frakcija. Kriptofitai ir pigmentiniai dinoflagellatai buvo išskirtinai nanoplanktoniniai organizmai, tuo tarpu chlorofitai ir haptofitai buvo stebimi ir pikoplanktono dydžių diapazone.

Pikoplanktonines chlorofitų ląsteles (<3 μm) reprezentavo beveik vien tik Prasinophyceae Micromonas pusilla . Didelis mikromonų gausumas atitinka ankstesnį pikoplanktono sudėties vertinimą Viduržemio jūroje, įskaitant Blaneso įlanką (Foulon ir kt., 2008), bet ir kituose vandenynų regionuose (pavyzdžiui, Not et al., 2007; 2004). Mūsų rezultatai taip pat atskleidė, kad per metus pastebimi kai kurių nano-PF (3–20 μm) gausos pokyčiai (žiemos pabaigoje vyravo kriptocitai ir chlorofitai, vasarą padidėjo pigmentinių dinoflagellatų, o žiemos pradžioje - visi). grupėse labai padaugėjo), tuo tarpu haptofitai buvo ištisus metus, visada nemažu skaičiumi, be didelių svyravimų (2 pav.). Šį rezultatą patvirtina pigmento analizė, atliekama su tais pačiais laiko eilučių mėginiais (Gutiérrez-Rodríguez ir kt., 2011). Mūsų žiniomis, tai yra pirmasis tyrimas, patvirtinantis visų metų jūrų sistemoje esančių haptofitų buvimą tiesioginiu ląstelių skaičiavimu. Apie visus metus vykstančius haptofitų dominavimus buvo pranešta naudojant dot blot hibridizaciją su grupei būdingais chloroplastikinių ribosomų DNR zondų tyrimais, atliktais per 2 metų tyrimą Neapolio įlankoje Viduržemio jūroje (McDonald et al., 2007), per 12 metų. Sargaso jūroje atliktas tyrimas, įvertintas 16S ribosominių RNR gausumu, naudojant T-RFLP (terminalo ribojimo fragmentų ilgio polimorfizmo) metodą (Treusch ir kt., 2012), ir analizuojant aksesuarinius fotosintetinius pigmentus visame žodžio vandenyne (Liu et al. 2009). Liu ir kt. (2009), stebėtas tiesiogiai skaičiuojant ląsteles, kad maždaug 75% haptofitų buvo 3–5 μm, panašiai kaip mes. Iš viso šie rezultatai rodo, kad mažieji plekšniniai haptofilitai yra jūrinių sistemų fitoplanktone visuotinai išsidėstę spaustuemporiškai.

Viduržemio jūros hipofitams atstovauja skirtingos rūšys, daugiausia priklausančios Phaeocystis , Prymnesium ir Chrysochromulina gentams (pavyzdžiui, Zingone ir kt., 1999; Puigserver ir kt., 2003; Vila ir Masó, 2005). Nors mūsų naudojami zondai nebuvo pakankamai konkretūs, kad būtų galima nustatyti, ar per tiriamąjį laikotarpį įvyko rūšių pokyčiai, per metus buvo pastebėti kai kurie vidutinio haptofitų ląstelių dydžio pokyčiai: gruodį pastebėta didesnė> 5 μm ląstelių dalis ir mažesnės ląstelės buvo rasti žiemos pabaigoje. Panašiai buvo pastebėtos mažesnės šifitų ląstelės vasaros-rudens laikotarpiu. Išsami planktono iš vakarinės Viduržemio jūros analizė (Novarino, 2005) atskleidė, kad yra 6 skirtingos kriptovaliutų gentys ( Chroomonas , Cryptochloris , Hemiselmis , Plagioselmis , Rhinomonas ir Teleaulax ) ir 11 rūšių. Čia nurodyti vidutinio ląstelių tūrio pokyčiai gali atitikti rūšių sudėties pokyčius skirtingais metų laikotarpiais.

Vidutiniškai visoms tirtoms grupėms sugebėjome priskirti 37% viso PF <3 μm ir 65% PF 3–20 μm kompozicijos (2 paveikslas). Nors bendra paaiškinta sudėtis buvo palyginti aukšta, vis tiek buvo nemažas procentas, kurio nebuvo galima priskirti nė vienai iš keturių mūsų tyrime tirtų dumblių grupių, todėl atliekant analizę buvo praleistos papildomos dumblių grupės. Panašiai šiaurės vakarų Iberijos pakrantėje 35% visų pikoeukariotų negalėjo būti priskirti konkrečioms dumblių grupėms (Not et al., 2007). Be prasinofitų, kiti taksonai taip pat galėtų reikšmingai prisidėti prie pikoeukariotinių bendruomenių. Estepas ir kt. (1986) pastebėjo, kad mixotrofiniai chrizofitai, dumblių grupė, tradiciškai laikomi svarbiais tik gėluose vandenyse, gali sudaryti didelę dalį mažų PF jūrinėje aplinkoje. Pelagofitai taip pat buvo apibūdinti kaip paplitę jūros dumbliai (Worden ir kt., 2012). Neseniai ir derinant ląstelių rūšiavimą su TSA-FISH NE Atlanto vandenyne, Jardillier ir kt. (2010) nustatė, kad vidutiniškai 60% mažos (vidutinio dydžio 1, 8 μm dydžio) ir gausiausios pikoeukariotinės populiacijos jų mėginiuose buvo pelagofitai ir chrizofitai. Tai buvo patvirtinta plastido geno sekos nustatymu Ramiajame vandenyne (Shi ir kt., 2011) ir sutinka su ankstesniais dot-blot hibridizacijos rezultatais, naudojant klasės lygio zondus, paremtus plastido 16S ribosomų DNR sekomis, Arabijos ir Viduržemio jūrose (Fuller et al., 2006; McDonald ir kt., 2007). Visų pirma, Fuller ir kt. (2006) ir McDonald et al. (2007) pranešė, kad didžiausia chrizofitų dalis yra susijusi su šiltesniais vandenimis, tai yra, jie nurodo pirmenybę vasaros mėnesiams. Nors šį modelį reikėtų patvirtinti kiekybiniu metodu (tai yra FISH), šie rezultatai paaiškintų palyginti aukštą nepaaiškinamų kompozicijų lygį šiltesniu laikotarpiu Blaneso įlankoje. Neatpažintų pikoplanktoninių organizmų procentas mūsų mėginiuose būtų sumažintas, nukreipus daugiau taksonų, naudojant didesnį FISH zondo rinkinį.

Preliminarūs 454 pirosekvansavimo, atlikto 13 mėginių, paimtų šešiose skirtingose ​​vietose, įskaitant Blaneso įlanką, rezultatai (metodika išsamiai paaiškinta Logares et al., 2012) atskleidė, kad 10–15% gautų sekų atitiko dumblius, kurie nebuvo kiekybiškai įvertinti šiame darbe: pelagofitai, chrizofitai, dicitochofitai ir nauja ochrofitų giminė. Visi jie yra potencialūs kandidatai paaiškinti nenustatytą PF sudėtį ir, įdomu tai, kad daugumoje šių grupių yra žinomi mixotrophic organizmai.

Mixotrofo smūgis

Taikant metodą, anksčiau paskelbtą Massana ir kt. (2009), čia įvertinome haptofitų in situ ganymo greitį, derindami FLB patekimą ir FISH aptikimą bei kiekybinį nustatymą. Pagrindinis FLB prarijimo metodo pranašumas yra tas, kad jis leidžia tikrinti kiekvieną ląstelę, taigi, įvertinti konkrečių bakterijų grupių ganymo greitį (Caron, 2001). Tačiau šis požiūris daro prielaidą, kad FLB bus sunaudojama tokiu pat tarifu, kuris yra lygus panašaus dydžio, natūraliai augančiam grobiui ir gali atsirasti tam tikra neigiama atranka, todėl realios ganymo normos yra nepakankamai įvertintos. Nepaisant šio apribojimo, FLB naudojimas bakterijų tyrimui yra įprasta priemonė, plačiai priimta mikrobų ekologijoje (Caron, 2001). Fiksavimo priemonė yra dar viena svarstoma problema. Norint sumažinti FLB išsiskyrimą mėginių fiksavimo metu, rekomenduojamas toks pat didelis kiekis praskiesto glutaraldehido santykiu 1: 1 (tūrio fiksatorius: tūrio pavyzdys) (Sherr et al., 1989). Čia mes turėjome naudoti formaldehidą (taip pat santykiu 1: 1 su mėginiu), kaip tai darėme ankstesniame darbe (Massana ir kt., 2009), nes gliutaraldehidas trukdo nustatyti FISH (Medina Sánchez ir kt., 2005). Nors haptofitų ganymo greitis galėjo būti nepakankamai įvertintas, praskiesto formaldehido vartojimas turėjo sumažinti problemą.

Šiame tyrime mes nustatėme tris potencialiai mixotrofines grupes (tai yra, haptofitai, kriptofitai ir pigmentiniai dinoflagellatai), kurios visus metus buvo tyrimo vietoje ir sudarė 38–67% visos PF (<20 μm) biomasės. (3 pav.). Šios trys fitoplanktono grupės paaiškino 9–42% (vidutiniškai 19%) visų šios sistemos bakterijų.

Hapofitai buvo svarbiausia mixotrophic grupė, tarp kurių gausiausias ir aktyviausias bakterijų tipas buvo tarpinis dydis (3–5 μm). Jų CSGR (0, 2–1, 8 bakt. Ląstelių −1 h −1 ) yra nedaugelio iki šiol atliktų įvertinimų diapazone (3 papildomoji lentelė), sutampančiuose vienodo dydžio bakterivieniškų nefotosintetinių organizmų ganymo greičio diapazone ( tai yra HF 3–5 μm = 0, 8–4 bact ląstelių −1 h − 1 ), apskaičiuota Blaneso įlankoje (Unrein ir kt., 2007). Tai pabrėžia heterotrofinio mitybos būdo svarbą haptofitų augimui. Didelis 3–5 μm haptofitų kiekis reiškė, kad vidutiniškai jie sudarė maždaug dvigubai didesnių organizmų (tai yra 5–20 μm haptofitų ir kriptocitų) ganymo poveikį (bakt. Ml −1 h −1 ). Visa haptofitų grupė (<20 μm) paaiškino nuo 15% iki 89% visų PF sukeltų bakterijų, kurių <20 μm buvo atlikta per vienerių metų tyrimą (bendra vertė pateikta Unrein ir kt., 2007), o 9–27 Visų bakterivieninių protistų, kurių <20 μm, paveiktų bakterijų%%. Jei haptofitų ganymo greitis buvo nepakankamai įvertintas, tada haptofitai turėtų būti dar svarbesni, nei mes įvertinome šiame darbe. Mūsų rezultatai sutampa su Havskum ir Riemann (1996); šie autoriai apskaičiavo, kad 1 savaitės vasaros eksperimente, padarytame Orhuso įlankoje (Danija), 76% visų bakterijų susidarė haptophytes. Atsižvelgiant į platų šių dumblių pasiskirstymą ir gausą vandenyne, svarbų jų, kaip pirminių augintojų, vaidmenį (Jardillier et al., 2010) ir reikšmingą ganymo normą, apie kurią pranešta čia, neabejotinai galime daryti išvadą, kad maži haptofitai yra pagrindiniai jūrų trofinių tinklų veikėjai. .

Kriptofitai buvo antra pagal dydį mixotrofinė grupė mūsų tyrime. Kalbant apie haptofitus, CR ir CSGR, apskaičiuoti čia, yra tarp tų, kuriuos įvertino kiti autoriai (3 papildoma lentelė) ir sutampa su tais pačiais mėginiais apskaičiuota HF CSGR (Unrein ir kt., 2007). Didesnės vertės buvo pastebėtos gėlo vandens aplinkoje (3 papildoma lentelė). Kriptofitų ganymo greičio skirtumai yra aiškiai susiję su jų ląstelių dydžiu, tai yra, didesni kriptofilitai pasižymi didesne bakterijų norma. Rezultatai rodo, kad kriptofitai gali sudaryti didelę dalį (iki 11%) visų bakterijų šaltesniais mėnesiais. Tai rodo, kad didesnį kriptofito gausos periodą jie daro nedidelį poveikį bakterioplanktonui.

Ląstelei būdingas prarijimo greitis, išreikštas per dieną suvartotos ląstelės anglies procentine dalimi, visada buvo didesnis haptophytėms (ypač mažesnėms) nei kriptofitams. Šią tendenciją taip pat galima pastebėti vertinant remiantis paskelbtomis ganymo normomis ir fliagelio ląstelių dydžiu (3 papildoma lentelė). Visų papildomų duomenų, pateiktų 3 papildomoje lentelėje, svertinis vidurkis yra maždaug penkis kartus didesnis už haptofitus nei kriptofitus (atitinkamai 6, 8% ir 1, 4% dienos −1 ). Jei šie dumbliai naudojo įgytą C augimui, šie rezultatai leidžia manyti, kad bakterijos yra aktualesnės haptofituose, o ne kriptofituose. Atitinkamai, Tranvik ir kt. (1989) padarė išvadą, kad Cryptomonas yra pirminiai fotosintetiniai organizmai, kurių fagotrofija neturi reikšmės jų augimui. Tikėtina išimtis yra kriptofitai, gyvenantys Antarktidos ledynais apaugusiuose ežeruose, kur, atrodo, žiemą vyrauja heterotrofinis mitybos režimas (Roberts ir Laybourn-Parry, 2001; Laybourn-Parry ir kt., 2005; Thurman ir kt., 2012). ).

Tarp pigmentinių dinoflagelilų yra nustatyta mikotrofija, gerai įrodyta (Stoecker, 1999). Čia gautas atskiras CSGR įvertis nebuvo nereikšmingas, tačiau ląstelėms būdingas prarijimo procentas ląstelių anglies, suvartotos per dieną, gaunamos iš bakterijų patekimo procentais, buvo du kartus mažesnis nei 3–5 μm haptofitų atveju, rodantis, kad tikriausiai kiti maisto produktai ( y., dumbliai) buvo svarbesni už bakterijas. Daugelyje tyrimų pabrėžiamas žolėdžių dinoflagellatų vaidmuo (Stoecker, 1999; ir nuorodos į juos), ir nors savo tyrimuose mes neįvertinome dumblių plėšrumo, pigmentiniai dinoflagellates buvo pakartotinai stebimi nurijus haptophytus ar kriptofitus (4 pav.). Dicitochofitai taip pat yra bakteriniai ir pikocianobakteriniai ganytojai (Havskum ir Riemann, 1996; Frias-Lopez ir kt., 2009), nors kelios Pseudopedinella sp. stebimi mūsų mėginiuose, negalėjo patikimai išmatuoti ganymo normos. Taip pat buvo manoma, kad fagocitozė gali atsirasti kai kuriuose prasinofitų žiuželiuose, pavyzdžiui, Micromonas pustiloje jūros vandenyje (Gonzalez ir kt., 1993), Pyramimonas gelidicola Antarktidos ežeruose (Bell ir Laybourn-Parry, 2003) ar jūros ledo chlorofituose, kuriuose yra DAPI- dažytos bakterijos (Piwosz ir kt., 2013). Maruyama ir Kim (2013) neseniai pateikė galutinius mikroskopinius fagocitozės įrodymus jūriniame prasinofite Cymbomonas . Tačiau Blaneso įlankoje nebuvo pastebėta nei į Tetraselmis panašių rūšių, nei iš M. pusilla praryjančių bakterijų. Atsižvelgiant į tai, kad prasinofitai yra svarbūs jūrinio fitoplanktono komponentai, šie paskutiniai atradimai pabrėžia, kad reikia kiekybiškai įvertinti jų, kaip bakterijų, indėlį vandens sistemose.

Nepaaiškinamas mixotrofų gausumas galėjo būti susijęs su kai kurių čia netyrinėtų grupių egzistavimu. Atsižvelgiant į galimybę, kad chrizofitai galėjo būti praleisti, ir atsižvelgiant į aukštą šių dumblių bakterijų skaičiaus normą, palyginamą su grynai HF (Bird ir Kalff, 1986; Nygaard ir Tobiesen, 1993), chrizofitai gali būti atsakingi už nemažą MF bendro ganymo poveikio dalį. Pavyzdžiui, Dinobryon faculiferum vienu metu buvo rastas Blaneso įlankoje ir, nepaisant labai nedidelio jų gausumo, ši viena rūšis sudarė 11% viso ganymo greičio, kurį daro visi mixotrofai (Unrein ir kt., 2010). In addition, pelagophytes and dictyochophytes (both stramenopiles), which were present in Blanes Bay samples (see pyrosequencing data above) but not quantified here, were also potential candidates to explain part of the total bacterivory exerted by mixotrophs. Both groups are known to actively graze on picocyanobacteria (Frias-Lopez et al., 2009), and probably also on heterotrophic bacteria.

Factors controlling ingestion rates in the dominant mixotrophs

The mixotrophic strategy is expected to be successful when resources (for example, dissolved nutrients) limit strictly autotrophic growth (Rothhaupt, 1996; Flöder et al., 2006). Considering that assimilation of nutrients in particulate form is energetically more costly than absorbing them in dissolved inorganic form (Raven, 1997) and if phagotrophy is a way to supplement nutrients, then an inverse relationship should be expected between a given limiting nutrient and the phagotrophic activity of the mixotrophic community. We reported previously that the CSGR of PF 3–5 μm and PF 5–20 μm were both negatively significantly correlated with the soluble reactive phosphorus concentration (Unrein et al., 2007). This result suggested that MFs in Blanes Bay would be using their phagotrophic ability to obtain phosphorus from the prey when this nutrient is limiting. When looking at the same relationship, but by groups, we obtained the same good correlation between phosphorus concentration and CSGR for the cryptophytes, but not for the haptophytes. Experiments with cultures of Chrysochromulina polylepis (Nygaard and Tobiesen, 1993; Stibor and Sommer, 2003), Prymnesium patelliferum (Legrand et al., 2001) and Prymnesium parvum (Nygaard and Tobiesen, 1993) showed a decline in bacterivory activity when nutrients are plentiful, suggesting that haptophytes would utilize phagotrophy as a means to obtain limiting inorganic nutrients. Nevertheless, this prediction could not be confirmed with our in situ estimations.

The negative correlation between cryptophytes grazing rates and nutrient concentrations is in accordance with the conclusions achieved by Urabe et al. (2000) in Lake Biwa, which claimed that cryptophytes use phagotrophy as an alternative source of nutrients. Interestingly, CR and CSGR of cryptophytes in our experiments were also highly positively correlated with estimators of the in situ light condition: Secchi depth and photoperiod (defined as the number of hours of sunlight per day). This was an unexpected result since in situ light limitation is unlikely to occur in Blanes Bay (Unrein et al., 2007), and the in vitro light conditions were the same for all the experiments. One potential explanation for this observation, could be the existence of a delay in the response of these algae to the experimental conditions. Then, the time elapsed from sampling and the start of the experiment, would have probably been too short to allow the cells to adapt to the in vitro light conditions. Urabe et al. (2000) and Pålsson and Granéli (2003) observed that different species of freshwater Cryptomonas exhibited significant diurnal differences in bacterial ingestion rates, with the lowest values recorded during the night. These results suggest that phagotrophy in these organisms would be light dependent and that they might not survive using bacterivory as the unique mode of nutrition. Alternatively, freshwater Cryptomonas inhabiting Antarctic lakes seem to use mixotrophy to supplement energy when photosynthesis is limited under the ice during the polar winter (Marshall and Laybourn-Parry, 2002). These contrasting results suggest the existence of distinct strategies in the use of mixotrophy within different species of the same genus.

Papildoma informacija

PDF failai

  1. 1.

    Papildoma informacija

    Supplementary Information accompanies this paper on The ISME Journal website (//www.nature.com/ismej)