Sorption of some ions by algae related to their trophic conditions

Publisher Website
Google Scholar
Abstract
The unicellular algaeScenedesmus obliquus (125),Chlorella pyrenoidosa (82) andCoccomyxa solorinae saccatae (111) were studied with respect to the form of uptake of potassium, phosphate, calcium and zinc ions and to the energy sources involved: light under autotrophic conditions, glucose under mixotrophic or heterotrophic conditions (in light and in darkness or together with yeast extract as an auxotrophic substrate). We respected the trophic conditions of algae when preparing the experimental material (precultivation). The following conditions were reached: The three algae grow faster in a glucose medium under mixotrophic conditions and are capable of growing on it also heterotrophically:Ch. pyrenoidosa andSc. obliquus grow substantially better thanC. solorinae saccatae. The first two algae grow more intensively in a glucose medium containing yeast extract whileCoccomyxa does not. After cultivation under mixotrophic conditions the first two diminish endogenous respiration, the third raises it. Glucose stimulates respiration in the first two when grown autotrophically, while after mixotrophic cultivation the effect of glucose is suppressed inCh. pyrenoidosa and in the other two only after growth on glucose with yeast extract. A relationship between sorption and metabolism was established for potassium in all the algae investigated. The effect of light is generally positive, heterotrophic components (glucose and possibly yeast extract) stimulate the uptake in the dark as long as they represent a suitable mixotrophic medium for the given alga. The uptake of K+ was proportional to concentration in solution and independent of Ca2+. The uptake of phosphate is clearly stimulated by light, while no stimulation under mixotrophix or heterotrophic conditions on glucose was observed—actually, a depression usually took place. At concentrations from 10−6M to 10−2M the uptake of phosphate is non-linearly but positively related to the concentration in the medium. The presence of Ca2+ is the cause of non—metabolic forms of phosphate sorption. Two forms of calcium uptake were found: the predominant one is adsorption which can be associated with the presence of phosphate ions; the metabolic uptake represents a considerably lower fraction which is characterized either by a light dependence or at least by a rise of calcium content between t=0.1–6 h. The absorbed Ca2+ can be washed out up to 75% with dilute hydrochloric acid. The total adsorption and remainder after washing depend on the pH of the solution from which the sorption took place (a considerable rise beyond pH 6·5). A substantial effect on the formation of the adsorption system was found to be due to organic nutrients. Algae after mixotrophic precultivation possess a decreased sorptive capacity. V práci jsme sledovali u několika druhů jednobuněěných řas, především uScenedesmus obliquus (125),Chlorella pyrenoidosa (82) aCoccomyxa solorinae saccatae (111), formy příjmu iontů K+, PO 4 3− , Ca2+, ev. Zn2+ a energetické zdroje, které se při něm uplatní: světlo v autotrofních podmínkách, glukóza v mixotrofních, či heterotrofních za světla a za tmy nebo spolu s kvasničným extraktem jako autotrofním substrátem. Respektovali jsme též trofické podmínky řas při přípravě exp. materiálu (prekultivace). Shrnujeme závěry: U tří z pokusných rostlin byl podrobněji studován růst a respirační metabolismus ve vztahu ke glukóze: všechny tři mají rychlejší růst na glukózovém médiu v mixotrofních podmínkách a jsou s to růst na něm i heterotrofně:Ch. pyrenoidosa aSc. obliquus podstatně lépe nežC. colorinae saccatae. Prvé dvě řasy rostou intenzívněji na glukózovém médiu s kvasničným extraktem,Coccomyxa ne. Po kultivaci v mixotrofních podmínkách snižují prvé dvě endogenní respiraci, třetí zvyšuje; glukóza stimuluje u prvých dvou respiraci řas, pěstovaných autotrofně, po mixotrofní kultivaci je glukózový efekt uCh. pyrenoidosa potlačen, u dalších dvou až při kultivaci na glukóze s kvasničným extraktem. Pro draslík byla u všech sledovaných kultur zjištěna závislost sorpce na metabolismu; všeobecně je zřetelný pozitivní vliv světla, heterotrofní složky (glukóza, ev. + kvasničný extrakt) stimulují temnostní příjem, pokud jsou pro danou řasu vhodným mixotrofním prostředím. Příjem K+ byl úměrný koncentraci v roztoku a nezávislý na přítomnosti Ca2+. Příjem fosfátu je zřetelně stimulován světlem, není patrna stimulace v mixotrofních čí heterotrofních podmínkách na glukóze, dochází naopak zpravidla k depresi. V koncentracích 10−6 až 10−2 m je příjem fosfátu nelineárně přímo závislý na koncentraci v roztoku. Přítomnost Ca2+ je přćinou nemetabolických forem sorpce fosfátu. Pro vápník byly zjištěny 2 formy příjmu: převládající je adsorpce, která může být spojena s přítomností fosfátových iontů; podstatně menší podíl tvoří metabolický příjem, charakterizovaný bud závislostí na světle, nebo aspoň vzestupem obsahu Ca2+ mezi t=0,1 až 6 hod. Adsorpčně přijatý Ca2+ možno ze tří čtvrtin vymýt zřed. HCl; celková sorpce i zbytek po vymývání jsou závislé na pH roztoku, v němž sorpce probíhala (značný vzestup nad pH=6,5). Podstatný vliv na vznik sorpčního systému řasy má org. výživa: řasy překultivované mixotrofně mají sníženou sorpční kapacitu. В работе с некоторыми видами одноклеточных водорослей, прежде всего соScenedesmus obliquus (125).Chlorella pyrenoidosa (82) иCoccomyxa solorinae saccatae (111) мы исследовали формы поглощения ионоб K+, PO 4 3− , Ca2+, Zn2+ в зависимости от источника энергии: света в эвтотрофных условиях, глюкозы в миксотрофных или гетеротрофных условиях (на снету и в темноте), а также от добавления дрожжевого экстракта в качестве ауксотрофного субстрата. Учитывали, также трофические условия при подготовке материала (предкультивапии). Краткие итоги: В опытах с тремя водорослями изучался более подробно рост и дыхательный обмен в зависимости от глюкозы. Все три растут быстрее на питательной среде с глюкозой в миксотрофных условиях и способны расти на ней и гетеротрофно:Ch. pyrenoidosa иSc. obliquus значительно лучше, чемCoccomyxa. Первые две растут более интенсивно на питательной среде с глюкозой и дрожжевым экстрактом, уCoccomyxa дрожжевой экстракт не улучшает рост. Эндогенное дыхание снижается после культивации в миксотрофных условиях уCh. pyrenoidosa иSc. obliquus, уCoccomyxa пояышается. Глюкоза стимулирует дыхание уCh. pyrenoidosa иSc. obliquus после автотрофной предкультивации, после выращивания в миксотрофных условиях эффект глюкозы уCh. pyrenoidosa подавлен, у других двух водорослей подавление глюкозного эффекта происходит лишь при применении глюкозы совместно с дрожжевым экстрактом. У калия была у всех изучаемых культур установлена зависимость сорпции на уровне обмена и во всех случаях очевидно положительное влияние света, гетеротрофные компоненты (глюкоза, глюкоза с дрожжевым экстрактом) стимулируют темновое поглощение при условии, что они являются подходящей миксотрофной средой для данной водоросли. Поглощение K+ пропорционально концентрапии в растворе и независимо от присутствия Ca2+. Свет стимулировал поглощение фосфата, стимуляция не была замечена в миксотрофных или гетеротрофных условиях на глюкозе, при этих условиях наоборот обычно происходит депрессия. При концентрациях 10−6 до 10−2 М поглощение фосфата нелинейно прямо пропорционально концентрации в растворе. Присутствие Ca2+ определяет метаболическую форму сорпции фосфата. Для кальция установлены две формы ноглощения: преобладающей является адсорпция, которая может быть связана с присутствием фосфатных ионов: значительно меньшая доля поглощаемого кальция приходится на метаболическое поглощение характеризованное зависимостью от света или хотя бы повышением содержания Ca2+ между t=0,1 до 6 час. Адсорбированную часть поглощенного Ca2+ можно на три четверти отмыть разведенной HCl: общая сорпция и остаток после отмывки зависят на pH раствора, из которого происходила сорпция (значительное повышение над pH=6,5). Существенное влияние на возникновение сорпционной системы водоросли оказывает органическое питание: у водорослей миксотрсфно предкультивированных сорпционная емкость понижена.