Multiple Roles of Bamboo As A Regulator of Cyanobacterial Bloom In Aquatic Systems

To understand the potential roles of terrestrial bamboo on controlling cyanobacterial blooms in aquatic systems, growth rates of the cyanobacterium Microcystis aeruginosa and its competitor algae were examined under different concentrations of bamboo extract. In mono-species cultures with unicellular algal strains, 5.0 g L−1 extract treatment suppressed M. aeruginosa growth, while it had little effect on the growth of green alga Scenedesmus obliquus or promoted the growth of diatom Nitzschia palea. In co-species cultures, the extract treatment increased the effect of S. obliquus and N. palea on the growth of M. aeruginosa. Under the extract treatment with a field-collected M. aeruginosa population, its cell density declined and its colony was etiolated and sank, while co-cultured N. palea increased explosively by invading the colony. These results suggest that bamboo forest stands along banks and artificially installed bamboo poles can affect the aquatic environment for phytoplankton community. Enhancing the growth of competitors, especially diatoms that can invade cyanobacterial colonies, by using extracts or by providing substrates for growth, was suggested to be the major way of the bloom control by bamboo.

The Inhibition Efficiency of Blue Light And Light Intensity On The Growth Rate of Microcystis Aeruginosa

Lake eutrophication is associated with the occurrence of cyanobacterial blooms which have a negative effect on other organisms. Several studies demonstrated that blue LED irradiation inhibits the growth rate of cyanobacteria Microcystis aeruginosa, while the efficiency varies from study to study. In this paper, the focus was on the effects of light intensity on the growth of M. aeruginosa because the light intensity used in the precious studies varied from 12 to 45 μmol photons m-2 s-1. Growth experiment of M. aeruginosa was conducted with 32 μmol photons m-2 s-1 blue light and fluorescent light, and the results were compared with the findings of previous reports. Furthermore, co-culture of M. aeruginosa and diatom Nitzschia palea was also prepared. The growth rate of M. aeruginosa was 0.33 day-1 and 0.11 day-1 under fluorescent light and blue light, respectively. The blue light dropped the growth rate by 67%. Compared with previous studies, the inhibition efficiency seemed to be the best at 20 μmol photons m-2 s-1. The growth rate of N. palea was 0.62 day-1 and 0.36 day-1 under fluorescent light and blue light, respectively. Since the efficiency of N. palea by blue light (42%) was smaller than that of M. aeruginosa, blue light is considered to be a countermeasure to cyanobacterial blooms.

Tolerance of Benthic Diatoms to Severe Environmental Stress: A Case Study in Shatt Al-Arab River, Basrah, Iraq

The present work aims at investigating the ability of diatoms to re-establish their community after a severe environmental stress such desiccation. Diatoms were subjected to extreme environmental stress to observe their survival capability. Samples of sediment were collected from three sites, Maqal, Abu Flos and Al-Faw along the course of Shatt Al-Arab river. Different temperature regimes were implemented for testing the ability of diatoms to recover desiccation. Experiments were performed at various temperatures, 10, 15, 20, 25, 30, 35 and 40 ℃. A total of 67 diatom species were identified and included freshwater forms (25%), brackish water forms (25%) and marine species (26%), as well as 24% of taxa with undefined ecological preferences. The recovery rate of diatom species at all sites appeared to be rather similar. 40%, 38% and 37% of all taxa encountered were able to recover desiccation at sites 1, 2 and 3, respectively. Recovering ability of those species varies with variable temperature. Favourable temperature for most species to regrow ranged between 15 and 25 oC. Nitzschia palea exhibited the maximum growth rate at all temperatures (10-35 oC). 32% of all epiphytic species encountered were able to recover at 20 oC. Five species: Craspedostauros britannicus, Nitzschia invisitata, Pinnularia quadratarea, Simonsenia sp. and Tryblionella plana were not previously reported in Iraq and considered as new to the region. A new species, Synedropsis abuflosensis, was found. The outcome of the present work clearly indicates that some species of diatoms can recover after exposure to sever environmental stress.

Graphene-Based Nanomaterials Modulate Internal Biofilm Interactions and Microbial Diversity

Graphene-based nanomaterials (GBMs), such as graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO), possess unique properties triggering high expectations for the development of new technological applications and are forecasted to be produced at industrial-scale. This raises the question of potential adverse outcomes on living organisms and especially toward microorganisms constituting the basis of the trophic chain in ecosystems. However, investigations on GBMs toxicity were performed on various microorganisms using single species that are helpful to determine toxicity mechanisms but fail to predict the consequences of the observed effects at a larger organization scale. Thus, this study focuses on the ecotoxicological assessment of GO and rGO toward a biofilm composed of the diatom Nitzschia palea associated to a bacterial consortium. After 48 and 144 h of exposure to these GBMs at 0, 0.1, 1, and 10 mg.L−1, their effects on the diatom physiology, the structure, and the metabolism of bacterial communities were measured through the use of flow cytometry, 16S amplicon sequencing, and Biolog ecoplates, respectively. The exposure to both of these GBMs stimulated the diatom growth. Besides, GO exerted strong bacterial growth inhibition as from 1 mg.L−1, influenced the taxonomic composition of diatom-associated bacterial consortium, and increased transiently the bacterial activity related to carbon cycling, with weak toxicity toward the diatom. On the contrary, rGO was shown to exert a weaker toxicity toward the bacterial consortium, whereas it influenced more strongly the diatom physiology. When compared to the results from the literature using single species tests, our study suggests that diatoms benefited from diatom-bacteria interactions and that the biofilm was able to maintain or recover its carbon-related metabolic activities when exposed to GBMs.

Las diatomeas del biofilm fluvial como indicadores ambientales a corto plazo en el seguimiento de la recuperación de la calidad del agua de sistemas acuáticos pampeanos

Los ríos y arroyos que forman parte del paisaje urbano en la Ecoregión Pampeana, han sufrido modificaciones profundas que condujeron a un proceso de simplificación ecológico, a un aumento en la concentración de nutrientes y contaminantes, resultando en arroyos altamente impactados con una gran pérdida de estructura y función. Las diatomeas son usadas comúnmente como indicadores biológicos para evaluar la calidad del agua en ríos y arroyos, debido a que son sensibles a un amplio rango de presiones ambientales. En tal sentido, su uso en las evaluaciones de la calidad del agua se sustenta en las respuestas rápidas tanto a los cambios en las condiciones ambientales debido a un aumento de la contaminación, como al éxito de la restauración del hábitat. El objetivo general de la presente tesis fue analizar la eficacia de las respuestas estructurales y funcionales del ensamble de diatomeas en diagnosticar la recuperación de la calidad del agua de ambientes fluviales pampeanos. Para esto se realizaron experiencias in situ y ex situ con la finalidad de contrastar hipótesis vinculadas a la respuesta del ensamble de diatomeas frente a diferentes calidades del agua. En primer lugar se caracterizó el proceso de colonización del biofilm, en particular del ensamble de diatomeas en arroyos expuestos a diferentes niveles de impacto antropogénico, tanto urbano como agrícola. Para tal fin se realizaron dos experiencias (ambas desarrolladas en el capítulo 3) utilizando sustratos artificiales duros en arroyos de la ciudad de La Plata con diferentes niveles y tipos de impacto antropogénico. A través de la realización de estas experiencias de colonización temprana se pudieron identificar las variables que resultaron buenas descriptoras de este proceso en arroyos Entre los principales resultados se destacan que el desarrollo de la biomasa autotrófica del biofilm fue menor y más lento en los arroyos más impactados, independientemente si el impacto era agrícola o urbano. Las diatomeas fueron el grupo algal dominante en arroyos con impacto urbano, mientras que en los arroyos con impacto agrícola estuvieron igual representadas que los otros grupos algales. El análisis de los gremios ecológicos reveló que en las primeras etapas de la colonización el gremio móvil fue el dominante, siendo además el de mayor representación en el ensamble. A su vez se observó que las diatomeas de tallas intermedias a grandes son las que dominan el proceso de colonización de los sustratos artificiales. En segundo lugar, se analizaron los cambios estructurales y funcionales del ensamble de diatomeas de sitios estresados por factores agrícolas y urbanos cuando fueron expuestos a mejorías en la calidad del agua. Para esta finalidad se seleccionaron los siguientes descriptores: diversidad, riqueza específica, gremios ecológicos, Índice de Diatomeas Pampeanas (IDP), movilidad celular, tamaño celular, alteraciones nucleares y de las valvas y se realizaron 2 experiencias de translocación La primera experiencia de translocación (capítulo 4) se llevó a cabo con biofilms desarrollados en sustratos naturales (epipelon) en arroyos expuestos a alto impacto urbano a arroyos expuesto a bajo impacto urbano. En tanto, la segunda experiencia de translocación (capítulo 5) se realizó en arroyos con diferentes niveles de impacto agrícola, empleando en este caso el biofilm desarrollado en sustrato artificial (vidrios esmerilados). Los resultaron de estas experiencias permitieron reconocer que ni la riqueza específica ni el índice de diversidad de Shannon resultaron ser variables indicativas de la mejoría en la calidad del agua, pero sí resultó sensible a los cambios el índice de diatomeas pampeanas (IDP). Las proporciones de los gremios ecológicos (bajo perfil, alto perfil y móvil) fueron variables frente a los cambios en la calidad del agua generados por los distintos tipos de de impacto analizados. El gremio móvil fue el de mayor representación en el ensamble. El gremio de alto perfil respondió en ambos tipos de impacto aumentando su proporción en los ensambles translocados, mientras que el gremio de bajo perfil respondió a las diferencias en la calidad del agua disminuyendo su proporción en los arroyos con impacto agrícola, pero no lo hizo en los arroyos con impacto urbano. El análisis de la proporción de anomalías nucleares, particularmente la proporción de núcleos con ruptura de membrana nuclear fue una variable sensible a la mejoría de la calidad del agua en ambo tipos de impacto. Por lo contrario, la proporción de valvas con deformaciones no resultó ser una variable significativa en manifestar los cambios en la calidad del agua en los arroyos estudiados. En cuanto al análisis de la movilidad de las diatomeas, no respondieron significativamente a los cambios en la calidad del agua. Por último se analizó la respuesta de la movilidad, de la proporción de anomalías nucleares, la densidad poblacional y el tamaño celular en Nitzschia palea expuesta a elutriados procedentes de sedimentos contaminados por la actividad agrícola, con la finalidad de evaluar su potencialidad en la evaluación de la toxicidad de sedimentos. Para tal fin se realizó un ensayo en laboratorio (desarrollado en el capítulo 6) con elutriados obtenidos a partir de sedimento de un sector del arroyo Carnaval expuesto al impacto agrícola. Se expuso un cultivo de Nitzschia palea al elutriado del sedimento, rico en compuestos organoclorados (endosulfán) y metales pesados (Cu y Zn) y se midieron las variables en cinco muestreos durante una semana. Los resultados demostraron que todas las variables analizadas resultaron afectadas en los tratamientos expuestos a los elutriados de los sedimentos. La movilidad y las alteraciones nucleares evidenciaron los efectos más rápidamente (en 24-48 hs) que la densidad y el tamaño celular (en una semana). Se pudo concluir que las respuestas estudiadas en N. palea resultaron eficaces para evaluar la toxicidad del sedimento de los cursos de agua pampeanos. Los resultados obtenidos en esta tesis, a través de distintos abordajes metodológicos, han permitido reconocer como algunas respuestas del ensamble de diatomeas son capaces de detectar rápidamente los cambios en la calidad del agua, resaltando así su valor como biomonitores en el seguimiento temprano de los procesos de recuperación de los sistemas fluviales de la llanura pampeana.

Materials to cyanobacterial and algal flora from volcanic soils of Shiveluch volcano

During the species composition study of terrestrial cyanobacteria and algae from volcanic soils of Shiveluch Volcano (Kamchatka peninsula, Russia) eighteen taxa from five phyla were revealed: Cyanobacteria – 4, Bacillariophyta – 4, Ochrophyta – 2 (Eustigmatophyceae – 1, Xanthophyceae – 1), Charophyta – 1, Chlorophyta – 7 (Chlorophyceae – 2, Trebouxiophyceae – 5). Nitzschia communis Rabenhorst, Nitzschia palea (Kützing) W. Smith, Eolimna minima (Grunow) Lange-Bertalot, Eremochloris sp., Tetradesmus obliquus (Turpin) M.J. Wynne, Nostoc edaphicum Kondratyeva were most frequency.