Chlorophyll a Fluorescence and Absorption in Two Chlamydomonas Species

Phytoplankton densities in lakes and oceans are often measured via in vivo chlorophyll a (Chl a) fluorescence. This quick and non-invasive method has large advantages over traditional sampling and extraction methods. Here we hypothesize that measurements of in vivo fluorescence might overestimate the actual Chl a concentration when algal cells contain relatively high concentrations of Chl a degradation products, as a result of reaching the stationary phase in growth or living in a stress-full environment. Therefore the in vivo and in vitro fluorescence of Chl a was measured in two species of Chlamydomonas and compared with total Chl a content. Regular sampling over the full range of their growth curves was obtained. Chlamydomonas reinhardtii was selected as a species living in neutral, non-stressed environments and Chlamydomonas acidophila inhabits very acidic (pH 2.0-3.4), stress-full environments. Scattering of fluorescence during in vivo measurements resulted in an on average 25-fold lower Chl a concentration compared with in vitro measurements in both species. Cells of C. reinhardtii scattered approx. 1.5-fold more of the in vivo fluorescence than C. acidophila. The cellular Chl a content incrcased during the first fortnight period in both Chlamydomonas species. After reaching its maximum, the cellular Chl a content decreased with time in both species. This decrease was not accompanied by an increase of Chl a degradation products. The percentage of Chl a degradation products to total Chl a concentration was not significantly different between C. acidophila and C. reinhardtii; both species containing approximately 16 % of Chl a degradation products to total Chl a, Only 73-80 % of the concentration of Chl a measured by the in vitro fluorometric method was recovered in the HPLC. Therefore, despite the settings of the fluorometer, fluorescence possibly overestimated the Chl a concentration. In conclusion we find that external low pH or stationary growth does not result in increased concentrations of degradation products of Chl a. In addition, the extrapolation from the in situ detection of Chl a fluorescence with multiparameter sensors to concentrations of Chl a must be performed with great care as the use is subject to species-specific scattering of the fluorescence signal.

Zagęszczenia fitoplanktonu w jeziorach i oceanach często jest mierzone in vivo za pomocą fluorescencji chlorofilu a (Chl a). Ta szybka i nieinwazyjna metoda ma dużą przewagę nad tradycyjnymi metodami pobierania próbek i ekstrakcji. W tej pracy badamy hipotezę, że pomiary in vivo fluorescencji rzeczywistego stężenia Chl a mogą prowadzić do zawyżonych ocen stężeń, jeśli komórki glonów zawierają stosunkowo duże stężenia produktów rozpadu Chl a w wyniku osiągnięcia stanu stacjonarnego wzrostu lub w wyniku przebywania w środowisku zawierającym wiele czynników stresowych. Zmierzono fluorescencję Chl a in vivo i in vitro dla dwóch gatunków Chlamydomonas i porównano z całkowitą zawartością Chl a. Uzyskano próbki w pełnym zakresie ich krzywej wzrostu. Chlamydomonas reinhardtii został wybrany jako gatunek żyjący w warunkach naturalnych, nie stresowych, a Chlamydomonas acidophila zamieszkuje stresogenne, bardzo kwaśne środowisko (pH 2,0-3,4). Rozpraszanie fluorescencji w czasie pomiarów in vivo wskazywało na średnio 25-krotnie mniejsze stężenie Chl a w porównaniu z pomiarami in vilro dla obu gatunków. W warunkach in vivo komórki C. reinhardtii rozpraszały ok. l ,5-krotnie silniej niż C. acidophila. W okresie pierwszych dwóch tygodni eksperymentu zawartość Chl a w komórkach rosła u obu gatunków Chlamydomonas. Po osiągnięciu maksimum zawartość Ch! a zmniejszała się z czasem u obu gatunków. Stosunki zawartości produktów rozpadu Chl a do całkowitej zawartości Chl a nie różniły się statystycznie istotnie pomiędzy C. acidophila i C. reinhardtii. Oba gatunki zawierały około 16 % produktów degradacji Chl a w stosunku do całkowitego jego stężenia. Tylko 73-80 % stężenia Chl a mierzonego metodą fluory-metryczną in vitro zostało oznaczone za pomocą HPLC. Dlatego też, niezależnie od ustawienia fluorymctru, metoda fluorescencyjna prawdopodobnie zawyża stężenie Chl a. W rezultacie okazuje się, że niskie zewnętrzne pH lub stacjonarna równowaga wzrostu nie powodują zwiększenie stężenia produktów rozkładu Chl a. Ponadto ekstrapolacje fluorescencyjnego wykrywania Chl a in situ za pomocą czujnika wieloparametrowego do stężenia Chl a muszą być wykonane z dużą starannością ze względu na zależność rozpraszania fluorescencyjnego od rodzaju badanego gatunku.