Effects of Fe limitation on the elemental stoichiometry of marine cyanobacteria

• Main Author: Quesnel, Sarah-Ann
• Other Authors: Neil Price (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2009
• Subjects: Biology - Oceanography
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=66762

Cyanobacteria make up 30-80% of autotrophic biomass in high-nutrient low-chlorophyll regions of the sea, but few measurements of their nutrient requirements for growth exist. We measured the elemental content of five strains of marine Synechococcus (CCMP2515, -838, -837, -1334 and -2370) during exponential growth in Fe-replete and Fe-deplete seawater. Iron-limited cells showed a substantial increase in volume and carbon, nitrogen and phosphorus quotas. The average molar C: N, and C: P ratios of the Synechococcus strains was not significantly affected by Fe nutritional state, but the N: P ratio declined as Fe became limiting (p = 0.078). The Redfield ratio of Fe-replete Synechococcus was thus 102 ± 25 mol C: 16.2 ± 3.8 mol N: 1 mol P and of Fe-deplete Synechococcus was 91.9 ± 21.1 mol C: 11.7 ± 5.7 mol N: 1 mol P. In Fe-deplete medium, Fe quotas decreased to 63.5 ± 36.3 mmol Fe mol-1 C (5.69 ± 2.79 mmol Fe mol-1 P) and growth rates dropped to 0.5 - 0.8 mmax. The isolates from coastal regions contained on average less Fe normalized per cell, per C and per P, than the oceanic strains despite similar amounts of Fe in the growth medium. Manganese and copper quotas were remarkably similar in all Synechococcus in nutrient-replete medium (3.76 ± 1.04 mmol Mn mol-1 C and 2.69 ± 0.66 mmol Cu mol-1 C). Iron limitation increased the average Mn and Cu quotas, but the response of individual strains was variable. Nickel: C ratios were highest in nutrient-replete medium in CCMP2370 and -2515, two Synechococcus known to possess Ni-SOD. The strains from the open sea were not well adapted to grow at low Fe and had iron use efficiencies that were two-fold lower than the coastal strains (1.22 x 104 vs 0.52 x 104 mol C mol-1 Fe d-1, respectively). === Les cyanobactéries représentent 30-80% de la biomasse autotrophique en haute mer, où la concentration de la chlorophylle est basse et les concentrations des macro-nutriments élevés, mais peu de mesures existent sur leur demande nutritive relativement à la croissance. Nous avons mesuré le contenu élémentaire de 5 souches de l'espèce Synechococcus (CCMP2515, -838, -837, -1334, -2370) durant leur croissance exponentielle dans de l'eau marine limitée et non-limitée en fer (Fe). Les cellules limitées en Fe ont montré une augmentation substantielle dans leurs volumes et leurs concentrations cellulaires de carbone (C), azote (N) et phosphore (P). Les moyennes molaires des rapports C: N et C: P n'ont pas été affectées de façon significative par l'état nutritif en Fe, mais le rapport N: P a décliné lorsque le fer est devenu limitant (p = 0.078). Le rapport Redfield des représentants de Synechococcus riches en Fe était 102 ± 25 mol C: 16.2 ± 3.8 mol N: 1 mol P et pour ceux limités en Fe était 91.9 ± 21.1 mol C: 11.7 ± 5.7 mol N: 1 mol P. Dans le médium pauvre en Fe, la concentration cellulaire de Fe normalisée au C a diminué de 109 ± 15 à 63.5 ± 36.3 mmol Fe mol-1 C (5.69 ± 2.79 mmol Fe mol-1 P) et les taux de croissance relative ont baissés à 0.5-0.8 mmax. Les souches côtières contenaient en moyenne moins de Fe normalisé par cellule, par unité de carbone et par unité de phosphore, que les souches océaniques malgré les quantités semblables de Fe dans le médium de croissance. Les concentrations cellulaires de manganèse (Mn) et de cuivre (Cu) étaient remarquablement semblables dans tous les souches de Synechococcus (3.76 ± 1.04 mmol Mn mol-1 C and 2.69 ± 0.66 mmol Cu mol-1 C). La limitation de Fe a augmenté les concentrations cellulaires de Mn et de Cu, mais la réponse des souches individuelles était variable. Les rapports Ni: C étaient les plus élevés dans CC