Combined effects of turbulence and nutrient enrichment on competition dynamics between diatoms and heterotrophic bacteria

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mosley, Benjamin Andrew
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/16682
Resumo: Time series data of Chlorophyll a, dissolved organic carbon, heterotrophic bacteria and autotrophic biomass obtained from incubations of water samples collected 1 km south from El Masnou, (Mediterranean Sea) were analysed. This was used to explore the competitive dynamics of heterotrophic bacteria and diatoms under different environmental conditions and to investigate the influence of turbulence. Eight microcosm experiments were set up with daily addition of nitrogen and phosphorus at Redfield ratios. Groups of containers were enriched or depleted in silicate and glucose. Four of the microcosms were subject to artificial turbulence. The microcosm set-ups were glucose; glucose and silicate; glucose, silicate and turbulence; glucose and turbulence; turbulence only; silicate only; silicate and turbulence; and a control with no addition of silicate or glucose and no turbulence. It was found that turbulence had no influence on the competition between heterotrophic bacteria and diatoms however there was a difference based on the varying silicate or glucose environments. As was to be expected, the bacterial biomass increased rapidly in the microcosms with added glucose. Following this was an increase in autotrophic biomass, particularly when silicate was present, and a subsequent decrease in bacterial biomass, indicating a high level of grazing. In the absence of glucose, the bacteria did not grow as rapidly in the microcosm containing silicate, and there was little change in biomass in the container without silicate. The autotroph numbers increased in the silicate replete microcosm before declining. In the set-up without glucose or silicate, the biomass dropped initially which was expected but then increased. This increase was attributed to bacterial remineralisation of dissolved organic carbon sources, presumably derived from protozoans, flagellates and ciliates. This subsequent remineralisation may have had an impact on diatom growth and reproduction. Turbulence had no significant effect on phytoplankton competition which may highlight a limitation to microcosm experiments.
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spelling Combined effects of turbulence and nutrient enrichment on competition dynamics between diatoms and heterotrophic bacteriaDiatomsHeterotrophic bacteriaPhytoplanktonCompetitionTurbulenceMicrobial food-webDomínio/Área Científica::Ciências Naturais::Outras Ciências NaturaisTime series data of Chlorophyll a, dissolved organic carbon, heterotrophic bacteria and autotrophic biomass obtained from incubations of water samples collected 1 km south from El Masnou, (Mediterranean Sea) were analysed. This was used to explore the competitive dynamics of heterotrophic bacteria and diatoms under different environmental conditions and to investigate the influence of turbulence. Eight microcosm experiments were set up with daily addition of nitrogen and phosphorus at Redfield ratios. Groups of containers were enriched or depleted in silicate and glucose. Four of the microcosms were subject to artificial turbulence. The microcosm set-ups were glucose; glucose and silicate; glucose, silicate and turbulence; glucose and turbulence; turbulence only; silicate only; silicate and turbulence; and a control with no addition of silicate or glucose and no turbulence. It was found that turbulence had no influence on the competition between heterotrophic bacteria and diatoms however there was a difference based on the varying silicate or glucose environments. As was to be expected, the bacterial biomass increased rapidly in the microcosms with added glucose. Following this was an increase in autotrophic biomass, particularly when silicate was present, and a subsequent decrease in bacterial biomass, indicating a high level of grazing. In the absence of glucose, the bacteria did not grow as rapidly in the microcosm containing silicate, and there was little change in biomass in the container without silicate. The autotroph numbers increased in the silicate replete microcosm before declining. In the set-up without glucose or silicate, the biomass dropped initially which was expected but then increased. This increase was attributed to bacterial remineralisation of dissolved organic carbon sources, presumably derived from protozoans, flagellates and ciliates. This subsequent remineralisation may have had an impact on diatom growth and reproduction. Turbulence had no significant effect on phytoplankton competition which may highlight a limitation to microcosm experiments.O presente estudo teve como objetivo expandir trabalhos anteriores que investigaram a dinâmica competitiva entre diatomáceas e bactérias heterotróficas. Num sistema oligotrófico estratificado, bactérias eliminam diatomáceas, por competição em nutrientes inorgânicos (azoto e fósforo), devido à grande concentração de carbono orgânico dissolvido. Contudo, num sistema onde ocorra ressurgência costeira, diatomáceas devem ser o principal contribuinte para a biomassa fitoplanctônica, devido à alta concentração de silicato (Thingstad, et.al. 2007), usado por diatomáceas na sintese de frústulas (Amin, et.al. 2012). A influência da turbulência na dinâmica competitiva entre diatomáceas e bactérias heterotrófica, sob condições ambientais variáveis, foi estudada para determinar se esse fator influencia significativamente a situação competitiva. A implicação da influência da turbulência sobre a dinâmica de competição é importante para a avaliação do destino do azoto e do fósforo presentes no ambiente marinho. Considerando um ambiente dominado por bactérias heterotróficas, estes nutrientes inorgânicos serão reciclados, enquanto num ambiente dominado por diatomáceas, devido a processos como “sloppy feeding” e o afundamento das células, grande parte da concentração de nutrientes é exportada para fora do sistema. Amostras de água foram recolhidas a 1km ao sul da marina El Masnou, localizada na região da Catalunha, a 18 de outubro de 1999. Estas amostras foram utilizadas em oito séries de experiências sob forma de microcosmos controlados. Quatro microcosmos foram submetidos à turbulência gerada mecanicamente por grelha (Ɛ = 0.055cm2 s-1), enquanto os outras quatro microscosmos foram mantidos em condições estáticas. Dos microcosmos turbulentos e não turbulentos, as quatro configurações ambientais variadas consistiam em glucose, utilizada para substituir o carbono orgânico dissolvido, glucose e silicato, silicato e um controle sem silicato nem glucose. Cada microcosmo recebeu inputs diários de azoto e fósforo. Os que continham silicato tiveram enriquecimento a cada dois dias, enquanto os com glucose tiveram uma única aplicação no dia 0. A duração da experiência foi de oito dias. Os níveis de silicato, fósforo, nitrato, nitrito e amônio foram medidos a cada dois dias. Amostras foram retiradas diariamente de cada microcosmo para análise de carbono orgânico dissolvido, clorofila a rácio biomassa autotrófica vs biomassa osmotrófica total e biomassa bacteriana. A análise dos dados mostrou que, ao contrário da hipótese original, a turbulência não teve influência significativa no resultado da competição entre diatomáceas e bactérias heterotróficas. Especulou se que nos microcosmos havia sempre nutrientes suficientes disponíveis para o fitoplâncton, independentemente da turbulência, que geralmente favorece as diatomáceas aumentando o cisalhamento turbulento. Por esse processo de cisalhamento é passada, a maior parte dos nutrientes (Bergvist, et.al. 2018) auplementando a difusão pela membrana celular. Os microrganismos autotróficos beneficiaram da adição de silicato e foram capazes de superar as bactérias heterotróficas, independentemente da adição de glucose ou não. A biomassa bacteriana aumentou em ambos os microcosmos enriquecidos com glucose, porém foi observada um decréscimo acentuada no dia 4, que foi atribuído ao “grazing” por protozoários. Na presença de glucose e ausência de silicato, a biomassa autotrófica diminuiu rapidamente, exibindo um pico no dia 4 antes de diminuir novamente. Aproximadamente no dia 8, voltou a aumentar, possivelmente devido ao “grazing” de heterotrófico ou mixotrófico sobre as bactérias heterotróficas resultando em remineralização substancial. A mesma situação foi observada na ausência de glucose e silicato, com um pico ocorrendo no dia 3. A atividade da clorofila a em ambos os microcosmos desprovidos de silicato foi consistentemente baixa, sugerindo uma taxa reduzida de produtividade primária das diatomáceas. Nos microcosmos contendo glucose, a produção primária aumentou por volta do dia 8, embora na ausência de glucose o aumento da produção tenha ocorrido mais lentmente e começou a diminuir após o dia 6. Isso coincidiu com uma diminuição da biomassa autotrófica no mesmo microcosmo. Esta diminuição também pareceu coincidir com um aumento na biomassa bacteriana, sugerindo remineralização dos autótrofos neste microcosmo. Houve uma diminuição previsível na biomassa autotrófica durante a ausência de glucose e silicato. Contudo essa biomassa pareceu aumentar rapidamente a partir do dia 5. Visto que a biomassa bacteriana permaneceu baixa neste microcosmo, especulou-se que o “grazing” eficaz por protozoáriosimpediu a produção mas promoveu remineralização, causando, assim, o aumento da biomassa exibida pelos autótrofos. Foi possível identificar diferenças na proporção de diatomáceas sobre dinoflagelados na presença ou ausência de turbulência. Essas diferenças eram esperadas, pois as diatomáceas possuem mobilidade reduzida em comparação aos dinoflagelados, que têm locomoção, enquanto as diatomáceas beneficiam da mistura turbulenta e da ressuspensão de nutrientes (Ross and Sharples, 2007). Com isso, é possível sugerir que, embora importantes, as diatomáceas não são o único componente na competição fitoplanctônica envolvendo bactérias heterotróficas. Tal hipótese é apoiada pelo facto de que a turbulência não teve influência sobre essa competição, mas pareceu afetar a proporção de diatomáceas sobre dinoflagelados. Foi sugerido no presente estudo que a ausência de diatomáceas por falta de silicato permite que os dinoflagelados dominem a produção fitoplanctónica, tornando-se os principais competidores das bactérias heterotróficas. O presente estudo identifica a desvantagem potencial na utilização de microcosmos para esse tipo de experiência. O volume relativamente pequeno pode impedir que os nutrientes minerais precipitem da solução. Porém este estudo mostrou que a dinâmica competitiva entre autótrofos e bactérias heterotróficas é altamente influenciada pelas concentrações ambientais de silicato e carbono orgânico dissolvido, e que o rácio de diatomáceas sobre bactérias heterotróficas é influenciado pela turbulência.Galvão, Helena M.Cermeño, PedroSapientiaMosley, Benjamin Andrew2021-06-29T15:18:08Z2020-12-102020-12-10T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.1/16682TID:202729478enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-24T10:28:41Zoai:sapientia.ualg.pt:10400.1/16682Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T20:06:46.789420Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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