Effect of salinity on selected biochemical parameters of the diatom Phaeodactylum tricornutum UTEX 646 in vitro

Jednym z największych globalnych problemów współczesnych jest zmiana klimatu. Stopniowe zwiększenie temperatury basenów wodnych wraz z procesem odsalania wód morskich stanową potencjalne zagrożenie dla fitoplanktonu morskiego, którego ważnym elementem są okrzemki. Zdolność do fotosyntezy jest jedną z podstawowych cech, zapewniających kluczowe znaczenie okrzemek dla ekosystemów. Zawartość barwników fotosyntetycznych, zwłaszcza chlorofilu a oraz karotenoidów, jest cechą gatunkową oraz ulega zmianom w wyniku oddziaływania czynników środowiskowych. Znalazło to zastosowanie jako wskaźnik stanu fizjologicznego organizmów fotosyntezujących. Celem niniejszej pracy była ocena wpływu obniżenia zasolenia na wybrane parametry biochemiczne okrzemki Phaeodactylum tricornutum UTEX 646. Hodowle P. tricornutum UTEX 646 prowadzano w ciągu 12 tygodni w 2 temperaturach fizjologicznych względem badanej okrzemki oraz w obecności lub przy braku krzemu w pożywce. Wzrost hodowli monitorowano za pomocą szeregu parametrów tj. gęstości optycznej, zawartości komórek i stężenia całkowitego białek. Wydajność fotosyntetyczną komórek oszacowano stosując parametry tj. maksymalną wydajność kwantową fotosystemu II oraz zawartość barwników fotosyntetycznych (chlorofilu a, sumy chlorofili c1 i c2, fukoksantyny, diadinoksantyny, diatoksantyny oraz β-karotenu). Wyniki sugerują, że nawet dziesięciokrotne obniżenie stężenia soli morskiej w pożywce jest tolerowane prze komórki P. tricornutum UTEX 646. Natomiast brak soli morskiej w pożywce jest czynnikiem stresującym dla badanej okrzemki. Brak soli morskiej powoduje zwiększenie stężenia białek i barwników fotosyntetycznych, zwłaszcza chlorofili, już w pierwszych dniach hodowli. Z czasem stosunek karotenoidów do chlorofili się zwiększa, dodatkowo odnotowano podwyższone ilości fukoksantyny i diadinoksantyny. Stężenie diatoksantyny zwiększa się wyraźnie w późniejszej fazie hodowli i koreluje z obniżeniem maksymalnej wydajności kwantowej fotosystemu II. Potencjał aklimatyzacyjny P. tricornutum UTEX 646 w warunkach stresu hipotonicznego różni się w zależności od temperatury oraz zawartości krzemu. Stwierdzono, że najmniej korzystne warunki przy braku soli morskiej to obecność krzemu i podwyższona temperatura. Wyniki badań wpływu czynników środowiskowych na parametry biochemiczne okrzemki P. tricornutum UTEX 646 są użyteczne zarówno z punktu prognozowania potencjalnych zmian w ekosystemach morskich, jak i w ujęciu przemysłowym do optymizacji warunków hodowli w celu zwiększenia ilości substancji celowych.

Climate change is a major global problem of today. The gradual increase in the temperature of water basins as well as the desalination process of marine waters pose a potential threat to marine phytoplankton, of which diatoms are an important constituent. Those diatoms' ability to photosynthesise is what makes them a key component in ecosystems. Possessing photosynthetic pigments, especially chlorophyll a and carotenoids, is a species-specific trait that can be altered by environmental factors. It has found its use as an indicator of photosynthetic organisms' physiological state. The aim of the current study was to examine the effect of lowered salinity on selected biochemical parameters of the diatom Phaeodactylum tricornutum UTEX 646. The cultures of P. tricornutum UTEX 646 were contained for 12 weeks at 2 temperatures tolerated for this diatom, both in the presence or absence of silicon in the medium. The growth of the culture was monitored according to the following parameters: optical density, cell content and total protein concentration. The photosynthetic efficiency of the cells was estimated using the following parameters: maximum quantum yield of photosystem II and photosynthetic pigment concentration (chlorophyll a, sum of chlorophylls c1 and c2, fucoxanthin, diadinoxanthin, diatoxanthin and β-carotene). The results suggest that P. tricornutum UTEX 646 cells tolerate even a tenfold drop in the concentration of sea salt in the medium, while the absence of sea salt in the medium is a stress factor for the tested diatom. The absence of sea salt resulted in higher concentrations of proteins and photosynthetic pigments, especially chlorophylls, from the very first days of culture growth. Over time, the ratio of carotenoids to chlorophylls increased, and higher levels of fucoxanthin and diatoxanthin were recorded. The concentration of diatoxanthin evidently increased at the later stage of culture and correlated with a decrease in the maximum quantum yield of photosystem II. The acclimatisation potential of P. tricornutum UTEX 646 under hypotonic stress conditions varied with temperature and the silicon content. It was found that the least favourable conditions in the absence of sea salt were the presence of silicon and higher temperatures. The study of the impact of environmental factors on the biochemical parameters of the diatom P. tricornutum UTEX 646 may be useful both in terms of predicting potential changes in marine ecosystems and commercially, i.e. for optimising culture conditions to increase the amount of targeted substances.