Saisonale Tang-Primärproduktion an einem Felsküstenstandort: Integration von Physiologie und Biochemie in eine ökologische Modellierung
Pflanzenphysiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt stellt eine erste saisonale photophysiologische Studie über den Seetang Laminaria hyperborea dar. Wir haben erfolgreich eine Methode zur Messung der Sauerstoffproduktion in Makroalgen angewandt und Photosynthese versus Licht Kurven in L. hyperborea unter stabilen Bedingungen gemessen. Mit diesem Aufbau haben wir die Sauerstoffproduktion in Algen aus verschiedenen Tiefen, entlang des Phylloidgradienten und in verschiedenen Temperaturszenarien (Umgebung und Δ+4°C) während aller vier Jahreszeiten gemessen. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Photoakklimatisierung entlang des Tiefengradienten, d.h. es war weniger Licht erforderlich, um die Photosynthese der Algen aus größerer Tiefe zu sättigen. Entlang des Thallusgradienten zeigte die Sauerstoffproduktion nur Unterschiede, wenn sie auf die Frischmasse normiert wurde, nicht aber, wenn sie auf die Oberfläche bezogen wurde. Wir empfehlen daher eine Normierung auf die Fläche, um Unterschiede aufgrund der Masse der mittleren, photosynthetisch inaktiven Zellschichten auszuschließen. Wir untersuchten die photosynthetische Leistung in Form von O2-Freisetzung und C-Fixierung und berechneten saisonale photosynthetische Quotienten (PQs). Während die Sauerstoffproduktion in den lichtstarken Jahreszeiten im Frühjahr und Sommer deutlich höher war, wurde für die C-Fixierung nur eine geringe saisonale Abhängigkeit mit der gleichen Tendenz wie beim Sauerstoff festgestellt. Die PQ- Werte waren im Sommer am höchsten. Zusätzlich zu den saisonalen Messungen wurden während der Sommerkampagne auch die Zusammenhänge zwischen Bedeckung und Biomasse erfasst. Diese Korrelation ermöglichte die Umwandlung von früheren Bedeckungsauf Biomasse-Daten. Die Daten zum Blattflächenindex wurden für unsere Modellierung der Nettoprimärproduktion (NPP) verwendet. Das Erwärmungsszenario, bei dem alle Messungen im Vergleich zur Umgebungstemperatur durchgeführt wurden, hatte eine stimulierende Wirkung und verstärkte das saisonale Muster. Im Winter und im Sommer waren die NPP-Raten zwischen dem Erwärmungsszenario und der aktuellen Temperatur vergleichbar, aber im Frühjahr stimulierte die erhöhte Temperatur die NPP-Raten erheblich, während im Herbst die NPP-Raten unter Erwärmungsbedingungen negativ beeinflusst wurden. Dies unterstreicht einmal mehr die Bedeutung saisonaler Untersuchungen, da die Auswirkungen steigender Wassertemperaturen von Jahreszeit zu Jahreszeit völlig unterschiedlich sein können. Wir berechneten auch ein ganzjähriges Kohlenstoffbudget, um ein besseres Verständnis für die Verteilung des fixierten Kohlenstoffs in den verschiedenen zellulären Prozessen zu erhalten. Auch hier zeigte sich die typische Saisonalität mit Wachstumsmaxima im Frühjahr und Winter, während die Speicherung von Reservestoffen eher im Frühjahr und Sommer stattfand. Schließlich haben wir begonnen, ein dynamisches Modell der Primärproduktion zu entwickeln. Da L. hyperborea nicht in allen Jahreszeiten wächst, kann das bestehende wachstumsbasierte Modell die Daten nicht in allen Jahreszeiten angemessen darstellen, und für diese Umsetzung sind weitere Anpassungen erforderlich, die über dieses Projekt hinaus vorgeführt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Model simulation of seasonal growth of Fucus vesiculosus in its benthic community. Limnology and Oceanography: Methods, 18(3), 89-115.
Graiff, Angelika; Karsten, Ulf; Radtke, Hagen; Wahl, Martin & Eggert, Anja
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12th International Phycological Congress; First step to a dynamic physiological kelp primary production model Mar. 22-26, 2021, Chile, virtual Oral Poster Presentation
Kiara Franke, Angelika Graiff & Inka Bartsch
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Antioxidative Properties of Baltic Sea Keystone Macroalgae (Fucus vesiculosus, Phaeophyceae) under Ocean Warming and Acidification in a Seasonally Varying Environment. Biology, 10(12), 1330.
Graiff, Angelika & Karsten, Ulf
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Looks can be deceiving: contrasting temperature characteristics of two morphologically similar kelp species co-occurring in the Arctic. Botanica Marina, 64(3), 163-175.
Franke, Kiara; Liesner, Daniel; Heesch, Svenja & Bartsch, Inka
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Seasonal Photophysiological Performance of Adult Western Baltic Fucus vesiculosus (Phaeophyceae) Under Ocean Warming and Acidification. Frontiers in Marine Science, 8.
Graiff, Angelika; Bartsch, Inka; Glaser, Karin & Karsten, Ulf
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ICYMARE - International Conference for Young Marine Researcher; The Helgoland kelp forest - First estimation of summer productivity Sep. 13-16, 2022, Bremerhaven, Germany Oral Presentation
Kiara Franke, Lisa Matthes, Angelika Graiff, Ulf Karsten & Inka Bartsch
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Photosynthetic performance, growth, pigment content, and photoprotective compounds of the mangrove macroalgae Bostrychia calliptera and Bostrychia montagnei (Rhodophyta) under light stress. Frontiers in Marine Science, 9.
Borburema, Henrique D. S.; Graiff, Angelika; Marinho-Soriano, Eliane & Karsten, Ulf
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20th Scientific Conference of the Section Phycology; Seasonal variability in the photosynthetic performance of a kelp species in the face of ocean warming Mar. 12-15, 2023, Jena, Germany Oral Presentation
Kiara Franke, Angelika Graiff, Inka Bartsch & Ulf Karsten
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8th European Phycological Congress; Seasonal varying photosynthetic quotients and the consequences for the annual net primary production of a kelp species Aug. 20-26, 2023, Brest, France Oral Presentation
Kiara Franke, Inka Bartsch, Ulf Karsten & Angelika Graiff
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The challenge of estimating kelp production in a turbid marine environment. Journal of Phycology, 59(3), 518-537.
Franke, Kiara; Matthes, Lisa C.; Graiff, Angelika; Karsten, Ulf & Bartsch, Inka
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Seasonality influences the effect of warming on kelp photosynthesis. Marine Ecology Progress Series, 739, 15-29.
Franke, K.; Bartsch, I.; Karsten, U. & Graiff, A.
