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Studies on the life cycle of akinete forming cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii in the temperate region

Untersuchungen am Lebenszyklus des Akinetenbildenden Cyanobakterium Cylindrospermopsis raciborskii im gemäßigten Raum

  • In recent years Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju a potentially toxic freshwater cyanobacterium of the order Nostocales initially classified as a tropical species, has invaded the temperate region and has established in lakes in northern Germany. The formation of dormant cells (akinetes) is an important part of the life cycle which enables Nostocales species to survive harsh conditions like the winter in the temperate zone. In this thesis, my aim is to throw more light on the life cycle of the invasive cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii and also to compare it to native Nostocales species of the genus Aphanizomenon using derived field and laboratory data. This would help in the understanding of the invasion of C. raciborskii and spread and how it can be contained. Abiotic factors influencing the development and growth of photoautotrophic planktonic organisms in nature are examined and their variation with the years is discussed. A comprehensive look at C. raciborskii’s akinetes in theIn recent years Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju a potentially toxic freshwater cyanobacterium of the order Nostocales initially classified as a tropical species, has invaded the temperate region and has established in lakes in northern Germany. The formation of dormant cells (akinetes) is an important part of the life cycle which enables Nostocales species to survive harsh conditions like the winter in the temperate zone. In this thesis, my aim is to throw more light on the life cycle of the invasive cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii and also to compare it to native Nostocales species of the genus Aphanizomenon using derived field and laboratory data. This would help in the understanding of the invasion of C. raciborskii and spread and how it can be contained. Abiotic factors influencing the development and growth of photoautotrophic planktonic organisms in nature are examined and their variation with the years is discussed. A comprehensive look at C. raciborskii’s akinetes in the sediment and the filaments and akinetes in the water column is done. The timing and temperature condition of akinete germination, recruitment, formation in the pelagic and importation into the sediment is determined. An assessment of the role of abiotic factors on the dynamics and abundance of filaments is done with a statistical model used to isolate which abiotic factors are most influential on the population growth of C. raciborskii. Akinetes distribution on the bed of the lake and the effect of loss processes on their abundance are looked into. Cylindrospermopsis is compared to native species Aphanizomenon spp in terms of the seasonal dynamics and the germination condition of their akinetes. The main findings in this thesis were that the seasonal dynamics of C. raciborskii had a similar trend but different timing of each event in the four years of the study. The variabilities were due to the different timing of the abiotic conditions. But in all temperature was identified as the most important factor influencing the timing of most events with germination of akinetes occurring at 13°C which is lower than so far reported in literature Subsequent increment in temperature to at least 23°C was found to be essential for the development of high populations of C. raciborskii in the water column. With a drop of temperature in autumn the filaments are stimulated in to producing akinetes which settle out into the sediment and remain there until the next spring when favourable conditions force them to germinate. They might also be consumed before germination by non identified grazer or losses due to microbial infections are discussed. Overall, the native Nostocales species of the genus Aphanizomenon have a selective advantage over the invaded species C. raciborskii under low temperatures and temperature fluctuations in spring as observed from the field and laboratory studies.show moreshow less
  • In den letzten Jahren ist das als tropische Art klassifizierte, potentiell toxische Süßwasser-Cyanobakterium Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju der Ordnung Nostocales in die gemäßigten Bereiche eingewandert. Es konnte sich bereits in Seen Norddeutschlands etablieren. Die Bildung dormanter Zellen (Akineten) ist ein wichtiger Bestandteil des Lebenszyklus der Nostocales, welche es den nostocalen Arten ermöglicht ungünstige Bedingungen zu überdauern, wie unter anderen den Winter in der gemäßigten Zone. In dieser Studie ist es das Ziel, den Lebenszyklus des invasiven Cyanobakteriums Cylindrospermopsis raciborskii näher zu beleuchten und diesen mit dem der einheimischen nostocalen Art der Gattung Aphanizomenon zu vergleichen, unter Verwendung von abgeleiteten Feld- und Labordaten. Dies soll zum besseren Verständnis der Invasion und Ausbreitung von C. raciborskii und dessen mögliche Eingrenzung beitragen. Abiotische Faktoren und deren jahreszeitliche Schwankungen werden untersucht, die die Entwicklung und dasIn den letzten Jahren ist das als tropische Art klassifizierte, potentiell toxische Süßwasser-Cyanobakterium Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju der Ordnung Nostocales in die gemäßigten Bereiche eingewandert. Es konnte sich bereits in Seen Norddeutschlands etablieren. Die Bildung dormanter Zellen (Akineten) ist ein wichtiger Bestandteil des Lebenszyklus der Nostocales, welche es den nostocalen Arten ermöglicht ungünstige Bedingungen zu überdauern, wie unter anderen den Winter in der gemäßigten Zone. In dieser Studie ist es das Ziel, den Lebenszyklus des invasiven Cyanobakteriums Cylindrospermopsis raciborskii näher zu beleuchten und diesen mit dem der einheimischen nostocalen Art der Gattung Aphanizomenon zu vergleichen, unter Verwendung von abgeleiteten Feld- und Labordaten. Dies soll zum besseren Verständnis der Invasion und Ausbreitung von C. raciborskii und dessen mögliche Eingrenzung beitragen. Abiotische Faktoren und deren jahreszeitliche Schwankungen werden untersucht, die die Entwicklung und das Wachstum von photoautotrophen, planktischen Organismen in der Natur beeinflussen. Eine umfassende Betrachtung der Akineten von C. raciborskii im Sediment und der Akineten sowie Filamente im Pelagial wird durchgeführt. Dabei werden die zeitliche Steuerung und die Temperaturbedingungen der Akinetenkeimung, die Rekrutierung, die Entwicklung im Pelagial und das Absinken der Akineten ins Sediment untersucht. Eine Bewertung der Rolle von abiotischen Faktoren auf die Dynamik und das Vorkommen von Filamenten wird mit einem statistischen Modell vorgenommen. Dieses Modell wird verwendet um die wichtigsten einflussnehmenden, abiotischen Faktoren auf das Populationswachstum von C. raciborskii herauszufiltern. Die Verteilung der Akineten im Sediment des Sees und die Wirkung von Verlust-Prozessen auf ihr Vorkommen werden analysiert. Cylindrospermopsis wird mit der einheimischen Art Aphanizomenon spp. in Hinsicht auf die saisonale Dynamik und die Keimungsbedingung der Akineten verglichen. Ein Hauptergebnis dieser Arbeit bestand darin, dass die jahreszeitliche Dynamik von C. raciborskii einer ähnlichen Tendenz, aber verschiedenen Zeitintervallen jedes Ereignisses in den vier Jahren der Studie unterlag. Die Varibilität wurde durch unterschiedlich vorherrschende, abiotische Bedingungen gesteuert. Die Temperatur wurde als der wichtigste Einflussfaktor auf die Steuerung der meisten Ereignisse von Akinetenkeimung bei 13 °C erkannt, dieser Wert ist geringer als bisher in der Literatur angegeben. Eine darauffolgende Erhöhung der Temperatur auf mindestens 23 °C war für eine Entwicklung von großen Populationen von C. raciborskii im Pelagial notwendig. Mit dem Temperaturabfall im Herbst werden die Filamente zur Produktion von Akineten stimuliert, welche daraufhin ins Sediment absinken. Die Akineten verbleiben im Sediment bis günstige Bedingungen deren Keimung verursacht. Teilweise werden die Akineten vor einer möglichen Keimung aufgebraucht, diskutiert werden als mögliche Ursachen dabei Grazing oder mikrobielle Verluste. Bei niedrigen Temperaturbedingungen sowie Temperaturschwankungen im Frühling besitzen die einheimischen nostocalen Arten der Gattung Aphanizomenon insgesamt einen selektiven Vorteil gegenüber der invasiven Art C. raciborskii, wie in den Feld- und Laboruntersuchungen gezeigt werden konnte.show moreshow less

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Metadaten
Author: Emilienne Ingie Tingwey
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-7766
Referee / Advisor:Prof. Dr. Brigitte Nixdorf
Document Type:Doctoral thesis
Language:English
Year of Completion:2009
Date of final exam:2009/04/20
Release Date:2009/07/01
Tag:Akinet; Laboruntersuchungen; Lebenszyklus; Süßwasser-Cyanobakterium
Akinete; Freshwater cyanobakterium; Laboratory experiments; Life cycle
GND Keyword:Blaualgen; Extrembiotop; Mikrobiologie
Institutes:Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften / FG Gewässerökologie
Institution name at the time of publication:Fakultät für Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik (eBTU) / LS Gewässerschutz
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