Tolerance of pennate diatoms (Bacillariophyceae) to experimental freezing: comparison of polar and temperate strains

Abstract

V polárních oblastech je prostředí charakterizováno mnoha extrémy. Nízké teploty, nedostatek kapalné vody, nepravidelný přísun živin a slunečního záření a jejich fluktuace v denních i ročních cyklech mohou vypadat pro život nevhodně. Navzdory tomu jsou rozsivky (Bacillariophyceae) jednou ze skupin mikroorganismů, které se v tomto prostředí patrně dobře adaptovaly a v široké škále polárních habitatů dominují. Strategií, jak překonat nepříznivé podmínky, je pro mnoho organismů dormance, avšak u rozsivek jsou morfologicky odlišná klidová stadia pozorována zřídka. V této studii byla experimentálně testována tolerance polárních a temperátních rozsivek k vymrzání a byl také posouzen rozdíl v přežívání vegetativních a klidových buněk. Kmeny rozsivek pro experimenty byly izolovány v roce 2014 z přírodních vzorků z maritimní Antarktidy (ostrov Jamese Rosse, ostrov Vega) a z Arktidy (Svalbard). Další kmeny byly získány ze sbírky mikroorganismů (CCCryo a BCCM). Tvorba klidových buněk byla navozena kultivací za nedostatku dusíku a světla v nízkých teplotách. Vegetativní a klidové buňky 26 kmenů byly vystaveny šesti různým pokusům s vymrzáním (včetně těch, které simulovaly přírodní podmínky), a to do teploty -4 řC, -20 řC, -40 řC a -180 řC (tekutý dusík). Jednotlivé pokusy se také lišily v rychlosti vymrzání a...

Environment in Polar Regions is characterized by many extremes. Low temperatures, lack of fluid water, irregular nutrient and light supply, fluctuations in daily and annual cycles could seem unfavourable for life. In spite of this, diatoms (Bacillariophyceae) are one of groups of microorganisms that apparently well adapted to such environment and dominate in a wide range of polar habitats. For many organisms, dormancy is a strategy to overcome unfriendly conditions, but morphologically distinct resting stages are observed rarely in diatoms. In this study, the tolerance of polar and temperate diatoms to freezing was experimentally tested and the difference in survivability of vegetative and resting cells was assessed. Diatom strains for the experiments were isolated in 2014 using natural samples from the Maritime Antarctica (James Ross Island, Vega Island) and the Arctic (Spitsbergen). Further strains were acquired from culture collections of microorganisms (CCCryo and BCCM). Resting cells were induced by incubation under nitrogen and light limitation in lower temperature. The vegetative and resting cells of 26 strains were exposed to six different freezing treatments (including those simulating natural conditions) to -4 řC, -20 řC, -40 řC and -180 řC (liquid nitrogen). Treatments differed also in...