的石莼难题:南大西洋标本的生态生理学告诉我们什么?

抽象

属的种石莼在人类活动干扰地区很常见，在世界许多地区都有报告称它是造成绿潮的原因。此外，它们在广泛的商业应用中被列为主要的海洋基团。由于表现出少数独特的形态特征，一些分类鉴定是困难的，属是一个难题。我们的目的是提供关于三个的生态生理学信息石莼在应对非生物因素和物种评估的生理生态信息和叶绿素的建议一个荧光技术作为辅助工具来解决长期存在的分类混乱。我们假设有三个cooccurring标本（美国fasciataDelile,莴苣U.林奈,美国rigidaC. Agardh）具有不同的生理生态反应（如通过脉冲幅度调制的荧光计的光系统II的有效量子产率的温度和营养物浓度的操作条件下测得）。石莼以和美国rigida显示与温度有关，不同的光合效率，而没有差异，记录美国fasciata个人。这些结果提供了这些物种的空间和时间上的丰富变化的合理解释石莼在岩石海岸。我们通过叶绿素提出了利用生理生态信息一个荧光作为辅助工具来证实的分类区别石莼种类。我们加强的声明美国fasciata和莴苣U.作为独特有效种。

1.简介

属石莼(绿藻)由世界各地的大型藻类组成，栖息于由淡水至全盐化的浅水环境[1]。在因为他们的形态生理功能受到干扰的环境中，允许公差范围宽的环境条件[要建立的第一个物种中本属等级的物种2- - - - - -4]。一些种类的石莼由于已经被强调为绿潮在世界上许多地方的原因报告[5]。此外，大量研究还证明函数富营养化环境和在制药，食品生物量和碳水化合物含量的用途，以及能量链[生物修复6- - - - - -8]。

在分子生物学现行进展已驱动的分类修订，和形态特征已经失去了信誉作为许多组的主要物种划界标准（见[9用于藻类）。石莼是涉及一个分类难题在于萦形态学或物种鉴定分子数据，主要涉及区分周围的属之一莴苣U.和美国fasciata（见[1,10- - - - - -13])。尽管分子方法来分类不可否认的贡献（见[14- - - - - -17]），也没有简单的方法来确定与GenBank序列和大多数研究的形态特征，这导致了不确定性和有时误解之间的精确匹配（见[1,11])。

在后一种情况下，与该光合作用过程相关联的生理标记物可以是特别有帮助。光合生物调整其光合装置的操作，以优化或保持在应力下代谢，这可以通过叶绿素被检测一个荧光变化(18,19]。在这种情况下，由脉冲振幅PSII的有效量子产率调制的评价（PAM）荧光计已被提出作为在生理生态条件的一个有吸引力的措施[20- - - - - -24]。这种技术是值得注意的实验室和现场条件下进行非侵入式的实时分析[25]，并已申请了大型藻类的形态[之间建立的差异26]。

在此背景下，本研究的目的是提供比较的生态生理信息的三种共栖物种石莼在西南大西洋（石莼杜松c . Agardh石莼以林奈,石莼fasciata(Delile)是通过形态学鉴别出来的。研究了温度和养分变化对光合效率的影响一个三个品种的荧光测量）。一般测试的假设是，物种拥有这两个测试的因素的不同反应。我们随后期望使用的PAM荧光提供有用的信息石莼作为生理生态评估和有关分类辩论的可靠工具石莼。

2.材料和方法

2.1。抽样

这三个品种石莼(美国fasciata,莴苣U.,美国rigida）暑假期间收集（042 2010年1月）在Prainha酒店海滩（22°57'S的潮间带，°01'W），里约热内卢，巴西。随即，epibion​​ts被拆除，而大型藻类被关在当地的海水凉箱（30〜μ中号NO_3.3μ中号PO₄，19°C，和35 PSU）通过10-过滤μ米网状过滤器。

2.2。物种

三个被研究物种的形态分类(美国fasciata,莴苣U.,美国rigida)是根据植物学描述和清单而编制的，而这些植物学描述和清单考虑了物种描述和西南大西洋标本之间的深入对比[27- - - - - -三十]。个人被制备为植物标本，并存放于联邦大学的植物标本做里约热内卢/ UFRJ（下登录号RFA 42441; 42442; 42443）。

2.3。实验设计

所有个体均保持在锥形烧瓶中的1g新鲜质量升的比例⁻¹添加微量营养素(<1)的巴氏杀菌的寡养海水μ中号NH₄;< 1μ中号NO_3.;< 2μ中号NO₂;< 1μ中号PO₄)，温度分别为20℃和200℃μ摩尔光子米⁻²年代⁻¹（PAR，光合有效辐射）15天。建立这一阶段将所有的海藻相同的营养和生理状态的操控实验前。此PAR被选择，因为它是在相对于被在P-I曲线中发现的饱和度参数（100-400光子微米的中间值⁻²年代⁻¹)。

在营养剥夺期结束后，用两种温度和三种营养浓度组合施用6个处理，每个处理5个重复。这个实验本身历时10个小时。因子“温度”是由20℃和30℃，而因子“营养物”表示的是由不同的相加表示和Na₂HPO₄·12H₂冯Stosch的浓缩海水O（VSE 500μ米和30μ米 )(31]。温度的实验设置值是在在取样点上潮间带条纹，其中18℃（高潮）和32℃（低潮）之间的范围内与温度有关29]和营养物浓度被设定为0.1 VSE，0.2 VSE和0.5 VSE。这些浓度指的是被记录在西南大西洋[营养物浓度的梯度32,33]。处理集VSE为0.1，为天然富营养化水体(收集点上涌事件，Arraial do Cabo，里约热内卢de Janeiro) [32]，而0.2 VSE和0.5 VSE指的是被记录在人类干扰Guanabara海湾，里约热内卢[营养物浓度的范围33]。

2.4。荧光测量

三个品种的光合效率石莼在温度和营养物浓度的每一种组合物，其特征在于叶绿素一个使用潜水pam®荧光计(Walz, Effeltrich, Germany)进行荧光测量。测量包括记录PSII的有效量子产额，计算为Y = ,哪里最大荧光在光(由饱和光化光脉冲- 8900获得μ摩尔光子米⁻²年代⁻¹;0.8秒）和是在光[荧光的稳态34,35]。考虑到沿菌体生理差异的可能性[36，在每个个体的菌体相似区域测量荧光。

2.5。数据分析

要确定的影响，如果有的话，温度和营养这三个品种石莼，在Y值的基础上，进行了四向方差分析。分析包括(i)种(正交、固定、三级);营养(正交、固定、三种水平);温度(正交、固定、两级);和(iv)情节:Erlenmeyer烧瓶(随机和嵌套在因素1和2的相互作用，两层)。SNK的事后检验用于检查与ANOVA（0.05显着性水平）中检测到的差异的性质。使用GMAV5为Windows进行统计分析。

3.结果

在Y的差异被发现的种类和温度的相互作用（表1)。对彼此而言莴苣U.和美国rigida结果表明，30℃孵育的个体比20℃孵育的个体表现出更高的光合效率，而两者的光合效率没有差异美国fasciata个人（图1)。即使只进行了方差分析美国fasciata在光合作用效率没有差异。

4。讨论

目前有403种石莼在文献中，其中131已被标记为被接受的[37]。即使有对分类精度的新工具的发展，在实践中识别可能不同从作者到作者。在这个意义上说，快速和实时生理评估可以帮助区分物种和海藻的形态。

在这项研究中，两三个品种的石莼(莴苣U.和美国rigida)表明Y与温度有关。虽然这些物种形态差异较大，但在最高实验温度(30℃)下均表现出较高的光合效率，说明这些物种对该温度值的敏感性。生理上的差异可能与水动力环境有关，一旦它们长期被淹没。在这种情况下，温度对光合代谢的影响对大型藻类来说是众所周知的[38,39]，以及化学反应和分子结构几个积极的作用已报道由于在蛋白质的化合物的变化和酶活性[40,41]。

相反，石莼fasciata没有表现出在相关的温度变化的光合效率的差异。具体而言，这是最丰富的三个品种在采样的地方，在占主导地位的潮间带的上限，因为也是由吉马良斯和科蒂尼奥报道[42]。其光合装置容忍没有效率损失至少10℃的变化，证实通过我们的研究，可赋予一个生态优势，似乎支持岩岸其相对的空间和时间的主导地位[38,43]。

尽管他们的丰度不等，这三个品种通常记录整个一年，虽然这同时出现在夏季最为明显[29]。夏季的特点是高辐照度(即高辐照度)。,high temperatures on rocky shores), cold waters, and a high input of nutrients from the upwelling and rainfall runoff [44,45]。总之，这些结果提示，指出本研究的生理生态差异提供了可变性一个合理的解释，这些物种的空间和时间充足石莼在岩石海岸。

重要的是要强调，尽管缺乏营养对光合反应的影响石莼在我们的研究中的物种，我们不能完全忽视作为的空间和时间变化的驱动这一因素的重要性石莼岩石海岸上的物种。营养丰富有利于短暂的叶状大藻类(见[3.]）通过增加光合作用响应[46]。事实上，属石莼通过亲和力氮认可[47- - - - - -49，而与目前的结果相反，已经预测了光合效率的差异(如果不是物种之间的差异，至少是养分浓度之间的差异)。考虑到适当的实验设计和应用可操作的测量，我们将这些发现归因于养分利用率的饱和率:我们实验中的光供应。

最令人烦恼的分类学问题之一是关于美国fasciata和莴苣U.种，其中有cooccurU.蒿。关于美国fasciata和U.莴苣，有一个长期的分类辩论（见[1,10- - - - - -13,50,51])。与此同时，一些研究证实了这一点美国rigida作为一个一致的有效种[52- - - - - -54]。我们证实了Hiraoka等人先前的主张[10]，Shimada等人。(50， Kirkendale等[1]。我们的研究考虑了生态生理学和形态学(基于[28- - - - - -三十]）数据从西南大西洋标本。因此，我们建议使用生态生理学的作为分类区别海藻中的辅助工具基于叶绿素一个荧光以额外的分类学证据来启发这一争论。类似的形态生理学研究，基于经典的形态测量和光合反应(最大电子传输速率，ETRmax)，提出了不同的物种丛梗藻（褐藻纲）两种形态在智利南部cooccurring [26]。

然而，如何生理生态学方法将其他海洋大型海藻类群遗体响应进行测试。据我们了解，这是很难的方法适用于在外地新鲜收集的标本或物种的鉴定没有进一步的调查，无论是形态或分子生物学方法。我们也认识到形态学和分子的方法来分类，我们的提案旨在不可否认的贡献启迪与其他证据的辩论。

数据可用性

支持本研究结果的数据可从通讯作者处获得。

利益冲突

作者宣称，他们没有利益冲突。

致谢

我们正处在债务马里亚纳梅耶平托她与GMAV5程序支持。我们也感谢Conselho国立DesenvolvimentoCientíficoËTecnológico（的CNPq），Coordenação德Aperfeiçoamento德Pessoal德NIVEL高级（CAPES），以及Fundação日安帕罗àPesquisa做埃斯塔做里约热内卢（FAPERJ）的财政支持和奖学金AEP，VPO和NTM。

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