Physiological responses of Porphyra haitanesis to different copper and zinc concentrations

• Main Authors: Ying Xia Li, Suo Zhou, Feng Juan Zhao, Yan Liu, Pan Pan Fan, Guang Ce Wang
• Format: Article
• Language: English
• Published: Universidade de São Paulo 2010-12-01
• Series: Brazilian Journal of Oceanography
• Subjects: Porphyra haitanesis; Cobre; Zinco; Fotossistema II; Copper; Zinc; Photosystem II
• Online Access: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1679-87592010000400001
• ISSN: 1679-8759; 1982-436X

In the present study, several physiological responses of the red marine alga Porphyra haitanesis to elevated concentrations of copper (up to 50 &#956;M) and zinc (up to 100 &#956;M) were investigated. Our results showed that the effects of Cu2+ and Zn2+ on growth, photosynthetic pigments (chlorophylls and carotenoids), phycobiliprotein and metabolism (the fluorescence emission spectra and the activities of photosystemII) did not follow the same pattern. The relative growth rate was inhibited by different concentrations of Cu2+, and was slightly increased at lower concentrations (up to 10 &#956;M) and inhibited at higher Zn2+concentrations. On the other hand, the phycoerythrin contents were slightly increased at relatively low concentrations (up to 1 &#956;M Cu2+ or 20 &#956;M Zn2+) and inhibited by high Cu2+ and Zn2+ concentrations. Moreover, photosynthesis and respiration showed an increase in the amount of oxygen exchange in response to relatively low Cu2+ (up to 1 &#956;M) and Zn2+ concentrations (up to 10 &#956;M), and a reduction to relatively high Cu2+ and Zn2+ concentrations. Oxygen evolution was more sensitive than oxygen uptake to Cu2+ and Zn2+. In addition, the photoreductive activities and fluorescence emission of photosystem II (PS II) were enhanced by lower concentrations of Cu2+ (up to 0.1 &#956;M) and Zn2+ (up to 10 &#956;M) and inhibited by higher concentrations. Furthermore, the intensity of chlorophyll a fluorescence and the active PSII reaction centers followed a similar pattern in response to elevated concentrations of Cu2+ and Zn2+. These results suggest that lower concentrations of Cu2+ and Zn2+ affected the metabolism of P. haitanesis, which was inhibited by higher concentrations of these metals.<br>No presente estudo foram investigadas as respostas fisiológicas da alga vermelha Porphyra haitanesis às elevadas concentrações de cobre (acima de 50 &#956;M) e de zinco (acima de 100 &#956;M). Os resultados mostram que os efeitos de Cu2+ e Zn2+ sobre o crescimento, pigmentos fotossintéticos (clorofilas e carotenóides), ficobiliproteína e metabolismo (o espectro de emissão de fluorescência e as atividades do fotossistema) não seguem o mesmo padrão. A taxa de crescimento relativo foi inibida por diferentes concentrações de Cu2+ e, em presença de Zn2+, aumentou ligeiramente em baixas concentrações (abaixo de 10 &#956;M) e foi inibida em altas concentrações. Por outro lado, os teores de ficoeritrina apresentaram leve aumento em concentrações relativamente baixas de Cu2+ e Zn2+ (até 1 &#956;M Cu2+ e até 20 &#956;M Zn2+, respectivamente) e foram inibidas por altas concentrações. Além disso, tanto a fotossíntese quanto a respiração mostraram aumento nas trocas de oxigênio em resposta às concentrações relativamente baixas de Cu2+ (até 1 &#956;M) e de Zn2+ (até 10 &#956;M), além da redução em concentrações relativamente altas desses metais. Adicionalmente, as atividades fotoredutoras e as emissões de fluorescência do fotossistema II (PSII) foram incrementadas em baixas concentrações de Cu2+ (até 0,1 &#956;M) e de Zn2+ (até 10 &#956;M) e inibidas por altas concentrações. Desta forma, a intensidade da fluorescência da clorofila-a e dos centros de reação ativa PSII seguiram um padrão semelhante em resposta às elevadas concentrações de Cu2+ e Zn2+. Esses resultados sugerem que baixas concentrações de Cu2+ e Zn2+ afetam o metabolismo de P. haitanesis, que se torna inibido por altas concentrações desses metais.