Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Biowissenschaften

Fachgebiet: Ökologie

Betreuer: PD Dr. Rhena Schumann



M.Sc. Martin Albrecht
(e-mail: martin.albrecht@uni-rostock.de )

Identifizierung des cyanobakteriellen Phytoplanktons der Darß-Zingster Boddenkette

Das Phytoplankton der Darß-Zingster Boddenkette wird seit 25 Jahren mikroskopisch untersucht. In den letzten 15 Jahren waren Cyanobakterien die dominanteste Gruppe. Innerhalb der Cyanobakterien dominierten Picocyanobakterien der Gattung Aphanothece (Ordnung: Chroococcales).Die Cyanobakterien wurden und werden im Monitoring anhand morphologischer Merkmale bestimmt. Die phylogenetische Aussagekraft der morphologischen Merkmale wurde jedoch durch genetische Untersuchungen als unsicher oder falsch identifiziert. Die Identität der abundantesten Cyanobakterien in der Darß-Zingster Boddenkette wurde deshalb mit genetischen Methoden bestimmt. Dazu wurde ein polyphasischer Ansatz mit kulturabhängigen und kulturunabhängigen Methoden genutzt, der neben der genetischen Bestimmung auch die Morphologie umfasste. Die Morphologie der Isolate veränderte sich im Zuge der Kultivierung im Labor von vielzelligen Kolonien (häufig Chroococcales) hin zu Einzelzellen, die Gattungen der Ordnung Synechococcales zugeordnet wurden (Synechococcus-ähnlich). Genetisch wurden die Isolate ebenfalls den Synechococcales zugeordnet (Gattung Cyanobium). Die Klonierung und die 16S Amplicon-Analyse, als kulturunabhängige genetische Methoden, erzeugten viele DNA-Sequenzen, die der Gattung Cyanobium angehörten. Damit konnte die Identität der abundantesten Cyanobakterien als Cyanobium (Ordnung Synechococcales) bestimmt werden. Die Verschiebung der Identität auf Ordnungsebene durch genetische Methoden ist kein Einzelfall, sondern wurde in dieser Arbeit auch für weitere Lagunen der südlichen Ostsee nachgewiesen und ist in der Literatur sogar weltweit zu finden. Mit der Zugehörigkeit zu Ordnungen verbinden sich auch Eigenschaften der Organismen, wie etwa Potenziale zur Toxinbildung oder Stickstofffixierung. Diese Potenziale sind von Relevanz für Risikobewertungen und Management-Strategien in den Gewässern. Die Vertreter der Ordnung Synechococcales besitzen weder Gene zur Stickstofffixierung, noch für bekannte Toxine und haben damit ein geringeres Risikopotenzial.

The phytoplankton community of the Darß-Zingst Bodden Chain is microscopically investigated for 25 years. Cyanobacteria were the dominant group for the last 15 years. Picocyanobacteria of the genus Aphanothece (order Chroococcales) dominated within the cyanobacteria. Cyanobacteria were and are determined morphologically in monitoring programs. Yet, genetic analyses have shown that phylogenetic information of morphological characters was uncertain or wrong. Therefore, genetic methods were applied to identify the most abundant cyanobacteria in the Darß-Zingst Bodden Chain. A polyphasic approach of culture dependent and culture independent methods was used, which covered genetics as well as morphology. The morphology of the isolates changed during cultivation from multi-cellular colonies (mostly Chroococcales) to single cells, which were determined as genera of the order Synechococcales (Synechococcus-like). The isolates were genetically also determined as Synechococcales (genus Cyanobium). The cloning and 16S Amplicon analyses generated a majority of sequences, which belonged to the Synechococcales and Cyanobium. Thus, the identity of the most abundant cyanobacteria was Cyanobium (order Synechococcales). The shift of orders in the identity by genetical methods was not a single event, but was found in this work also at other Baltic Sea lagoons and in the literature even worldwide. The assignment to orders is linked with special abilities of the organisms such as potentials for toxin production and nitrogen fixation. These potentials are relevant for risk assessment and water management strategies. Organisms of the order Synechococcales do not possess neither genes for nitrogen fixation nor for known toxins and thus have a low risk potential.