Ermittlung der in situ Wachstumsraten des Phytoplanktons mittels Durchfluss-Zytometrie
Final Report Abstract
Es wurde eine Methodik zur Bestimmung von RNA, DNA und Protein an Einzelzellen von Algen (Phytoplanktem) erarbeitet, die eine Bestimmung dieser Parameter neben und zusammen mit der Chlorophyll-Autofluoreszenz mittels Durchfluss-Zytometrie ermöglicht. Die DNA-Bestimmung beruht auf publizierten Verfahren, während für die Protein-Bestimmung und insbesondere für die RNA-Bestimmung neue Verfahren entwickelt wurden. RNA/Protein sollte ein Maß für die Proteinbiosynthese pro Protein sein, da über 80 % der zellulären RNA in den Ribosomen, den Orten der Proteinsynthese enthalten ist. Dieser Quotient sollte deshalb auch der spezifischen Wachstumsrate proportional sein. Die Methodik wurde für die Analyse von Kieselalgen angewendet, die bei unterschiedlichen, für die Frühjahrssituation relevanten Faktorenkombinationen von Temperatur, effektiver Taglänge im Gewässer, Lichtstärke, Phosphat-Limitation und Silikat-Limitation kultiviert wurden. Unter Phosphat-Limitation bei unterschiedlicher Temperatur und Taglänge ergaben sich signifikante Korrelation zwischen RNA/DNA-, RNA/Protein- sowie Chlorophyll-Fluoreszenz und der spezifischen Wachstumsrate von Stephanodiscus minutulus und Nitzschia acicularis. Mit ansteigender Temperatur verringerten sich die Werte für RNA/DNA und RNA/Protein, da dann weniger Ribosomen für die gleiche Proteinsyntheseleistung erforderlich sind. Auch für Wachstumslimitationen durch eine Absenkung der Lichtstunden pro Tag zeigten RNA/DNA und RNA/Protein parallele Verminderung, jedoch steigt in diesem Fall die Chlorophyll-Fluoreszenz an. Dieser Anstieg der Chlorophyll-Fluoreszenz wird auch bei Limitation durch die Lichtstärke beobachtet, allerdings verändern sich RNA/DNA und RNA/Protein dabei nur geringfügig für Nitzschia acicularis, und nicht für Stephanodiscus minutulus. Da die Lichtstärke ein sich sehr kurzfristig ändernder Umweltfaktor ist, wird darin eine Anpassung der Regulation der Proteinsynthese gesehen, die bei Lichtmangel zu einer Inaktivierung, aber nicht zu einem Abbau von Ribosomen führt. Dadurch kann plötzlich erhöhter Lichtgenuss effektiv genutzt werden. Die unterschiedlichen Reaktionen auf Phosphat-Limitafionen und Limitation durch die Taglänge und die Lichtstärke werden als Anpassungen an das unterschiedliche Zeitmuster der Ressourcenverfügbarkeit interpretiert. Die erarbeitete Methodik ist prinzipiell auf Gewässerproben anwendbar, kann zu einer Einschätzung des physiologischen Zustandes der Phytoplankter beitragen, muss aber für eine sichere Idenfifikation der charakterisierten Cluster mit einer Zellsortierung im Durchfluss- Zytometer kombiniert werden.
Publications
- (2009) RNA/protein and RNA/DNA ratios determined by flow cytometry and their relationship to growth limitation of selected planktonic algae in culture. European Journal of Phycology. Online-published
Nicklisch, A. & Steinberg, C.E.W.
(See online at https://doi.org/10.1080/09670260802578518)
