1.3 Ergebnisse 6
1.3.3 Physiologische Untersuchungen
1.3.3.2 Mesokosmos-Versuche
1.3.3.2.4 Lichtschutz-Kapazität vor und nach der Lichtanpassung
In den Abbildungen 53 und 54 sind die Verhältnisse der Xanthophyllzyklus-Pigmente Diadinoxanthin und Diatoxanthin zu Chlorophyll a vor und nach der Licht-Anpassungszeit im Starklicht- und Schwachlicht-Tank dargestellt (0 min pi). Die Proben wurden jeweils bis zu 120 Minuten mit künstlichem Starklicht bestrahlt um die Funktion des Xanthophyll-Zyklus zu testen. Die Fässer wurden am 18.7.99 befüllt und am 19.7.99 wurden die Untersuchungen zur Detektion des Anfangs-Zustands durchgeführt. Im Gegensatz zum Schwachlicht-Tank (Abb.
54) wird ohne einen künstlichen Lichteinfluß im Starklicht-Tank bereits Diatoxanthin detektiert (vgl. 0 min pi-Daten für beide Fässer (Abb. 53 und Abb. 54)). Auf künstliche Bestrahlung (Phytoplankton-Populationen wurden in Glasflaschen mit Hilfe von Halogenlampen belichtet [kein UV-Anteil]) wird bis zu 120 min Diatoxanthin gebildet, im Schwachlicht-Tank jedoch schon am Anfang weniger als im Starklicht-Tank. Nach der Anpassungszeit hat sich der Gesamtpigment-Pool aus Diadino- und Diatoxanthin im Starklicht-Tank mehr als verdoppelt, im Schwachlicht-Tank nur geringfügig erhöht. In keiner der Darstellungen wird eine deutliche Abnahme des Diadinoxanthin-Gehalts auf künstliche Bestrahlung hin beobachtet.
Die Ergebnisse zeigen das Resultat der langzeitigen Starklichtanpassung: Der Gesamt-Pigmentpool der Xanthophyll-Zykluspigmente (Lichtschutz-Pigmente) ist deutlich angestiegen. Die Wirksamkeit des Xanthophyll-Zyklus zeigt sich generell in der Umwandelbarkeit der Pigmente. Im Gegensatz zu der in Abb. 62 dargestellten Reaktion einer Oberflächenwasserprobe bezüglich der Umwandelbarkeit der Xanthophyll-Zykluspigmente zeigt sich hier (im Zustand nach der 5-tägigen Anpassung) ein etwas anderes Bild. In Abb. 62 nimmt mit zunehmender Starklicht-Bestrahlung der Diadinoxanthin-Gehalt ab und der Diatoxanthin-Gehalt zu (bis in Abb. 43 der Gesamt-Pool nach 120 min Starklicht-Bestrahlung stark abgenommen hat). Hier zeigt sich keine Abnahme des Diadinoxanthin-Gehalts auf zunehmende Starklicht-Bestrahlung, dennoch wird sehr viel Diatoxanthin detektiert und sein Gehalt verändert sich nicht mit zunehmender Starklicht-Bestrahlung. Die Gründe hierfür könnten unter Umständen in der geringeren Starklicht-Belichtungsintensität, in der guten Nährstoff-Versorgung der Zellen und in dem sehr guten Lichtanpassungs-Zustand der Zellen liegen.
19.07.99 HL-Tank state before adaptation
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0 min pi 30min pi 45min pi 60min pi 120min pi Time of high light irradiation [min]
[ng/µg]
diadinoxanthin/chla diatoxanthin/chla
24.07.99 HL-Tank state after adaptation
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0 min pi 30 min pi 60min pi 120min pi
Time of high light irradiation [min]
[ng/µg]
diadinoxanthin/chla diatoxanthin/chla
Abb. 53 a und b: Lichtschutz-Pigmente vor und nach der Licht-Anpassung im Starklicht-Tank. Die Proben wurden bis zu 120 Minuten mit künstlichem Starklicht (ca. 1600 µE m-2 s-1) bestrahlt um die Funktionsfähigkeit des Xanthophyll-Zyklus zu überprüfen.
19.7.99 LL-Tank state before adaptation
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0 min pi 30min pi 45min pi 60min pi 120min pi Time of high light irradiation [min]
[ng/µg]
diadinoxanthin/chla diatoxanthin/chla
24.7.99 LL-Tank state after adaptation
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0 min pi 30 min pi 60min pi 120min pi
Time of high light irradiation [min]
[ng/µg]
diadinoxanthin/chla diatoxanthin/chla
Abb. 54 a und b: Lichtschutz-Pigmente vor und nach der Licht-Anpassung im Schwachlicht-Tank. Die Proben wurden bis zu 120 Minuten mit künstlichem Starklicht (ca. 1600 µE m-2 s-1) bestrahlt um die Funktionsfähigkeit des Xanthophyll-Zyklus zu überprüfen.
1.3.3.2.5 Cytometer-Daten
Abbildung 55 stellt die Entwicklung der mittels Flow-Cytometrie detektierten Algen kleiner/gleich 4 µm im Verlauf der Licht-Anpassung im Starklicht-Tank dar, Abbildung 56 die im Schwachlicht-Tank. Beim Vergleich der Abbildungen fällt auf, dass die Totalzellzahl im Schwachlicht-Tank von Anfang an höher ist als im Starklicht-Tank. Während der Schwachlicht-Tank mit ca. 10 Millionen Zellen kleiner/gleich 4 µm startet und sich bis hin zu 18 Millionen Zellen am Ende der Anpassungszeit entwickelt, startet der Starklicht-Tank mit ca. 7 Millionen Zellen und weist am Ende ca. 9-10 Millionen Zellen auf. Die Fraktionen R7 und R8 sind von besonderem Interesse, da es sich hierbei um Cyanobakterien handelt. Die Fraktion R8 entspricht dem Cyanobakterium Synechococcus spec. Im Starklicht-Tank nimmt die Fraktion R8 zunächst zu und dann ab dem 5. Tag wieder ab. Die Fraktion R7 nimmt im Starklicht-Tank stark ab bis zum 5. Tag und dann wieder leicht zu. Im Schwachlicht-Tank ist die R8-Fraktion von Anfang an stärker vertreten als im Starklicht-Tank und nimmt während der Anpassung stark zu. Dagegen nimmt die Fraktion R7 bis zum 4./5. Tag trendmäßig ab und steigt dann wieder an.
HL - Fassbeprobung
1hl 2hl 3hl 4hl 5hl 6hl 7hl 8hl 8ahl
Probennummer Totalzellzahl pro Liter
HL - Fassbeprobung Algenregionen
-1,00E+06 1,00E+06 3,00E+06 5,00E+06
1hl 2hl 3hl 4hl 5hl 6hl 7hl 8hl 8ahl Probennummer
1hl 2hl 3hl 4hl 5hl 6hl 7hl 8hl 8ahl Probennummer
1hl 2hl 3hl 4hl 5hl 6hl 7hl 8hl 8ahl Probennummer
Zellzahl pro Liter
R7
Abb. 55 a-d: Entwicklung der Algen kleiner/gleich 4µm im Starklicht-Tank (HL) in der Zeit vom 18.-25.7.99. Bei den Fraktionen R8 und R7 handelt es sich um Cyanobakterien.
LL - Fassbeprobung
1ll 2ll 3ll 4ll 5ll 6ll 7ll 8ll
Probennunner Totalzellzahl pro Liter
LL - Fassbeprobung Algenregionen
0,00E+00
1ll 2ll 3ll 4ll 5ll 6ll 7ll 8ll
Probennummer
1ll 2ll 3ll 4ll 5ll 6ll 7ll 8ll
Probennummer
1ll 2ll 3ll 4ll 5ll 6ll 7ll 8ll
Probennummer
Zellzahl pro Liter
R7
Abb. 56 a-d: Entwicklung der Algen kleiner/gleich 4µm im Schwachlicht-Tank (LL) in der Zeit vom 18.-25.7.99. Bei den Fraktionen R8 und R7 handelt es sich um Cyanobakterien.
1.3.3.2.6 Fluorometrisch ermittelte P-I-Variablen
Die Abbildungen 57 und 58 zeigen Lichtsättigungs-Kurven der relativen Elektronentransportraten vor und nach der Lichtanpassung im Starklicht- und im Schwachlicht-Tank im Tagesgang. Aus technischen Gründen konnten nur jeweils drei Lichtsättigungskurven pro Tag aufgenommen werden (am Morgen, am Mittag und am Abend). Die mit Hilfe des Xe-PAM Fluorometers ermittelten Daten wurden nach Platt et al.
(1980) gefittet. Zu Beginn der Anpassung ist die maximale Photosyntheserate (Pmax) am Mittag am niedrigsten, nach der Anpassung ist sie um diese Uhrzeit deutlich höher. Am Abend nimmt Pmax am Ende der Anpassung stark ab.
HL-Faß vor Anpassung (19.7.1999)
0
0 500 1000 1500
PAR
rETR
19.07.99 08:30 19.07.99 13:15 19.07.99 17:00
HL-Faß nach Anpassung (24.7.1999)
0
0 500 1000 1500
PAR
rETR
24.07.99 08:30 24.07.99 13:00 24.07.99 18:30
Abb. 57 a und b: Lichtsättigungs-Kurven der relativen Elektronentransportraten (rETR) im Tagesgang vor und nach der Lichtanpassung im Starklicht-Tank.
Wie Abbildung 58 zeigt, fallen die Lichtsättigungsraten am Ende der Anpassung an die Schwachlicht-Intensitäten im Schwachlicht-Tank insgesamt deutlich niedriger aus als die Vergleichswerte im Starklicht-Tank. Sowohl vor als auch nach der Anpassung fällt Pmax am Abend am niedrigsten aus.
LL-Faß vor Anpassung (19.7.1999)
0 50 100 150 200 250 300
0 500 1000 1500
PAR
rETR
19.07.99 10:45 19.07.99 15:15 19.07.99 19:30
LL-Faß nach Anpassung (25.7.1999)
0 50 100 150 200 250 300
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 PAR
rETR
25.07.99 08:15 25.07.99 12:45 25.07.99 17:20
Abb. 58 a und b: Lichtsättigungs-Kurven der relativen Elektronentransportraten (rETR) im Tagesgang vor und nach der Lichtanpassung im Schwachlicht-Tank.