Bacterial degradation of dissolved organic matter released by Planktothrix agardhii (Cyanobacteria) / Degradação bacteriana da matéria orgânica dissolvida liberada por Planktothrix agardhii (Cyanobacteria)

Abstract Although Planktothrix agardhii often produces toxic blooms in eutrophic water bodies around the world, little is known about the fate of the organic matter released by these abundant Cyanobacteria. Thus, this study focused in estimating the bacterial consumption of the DOC and DON (dissolved organic carbon and dissolved organic nitrogen, respectively) produced by axenic P. agardhii cultures and identifying some of the bacterial OTUs (operational taxonomic units) involved in the process. Both P. agardhii and bacterial inocula were sampled from the eutrophic Barra Bonita Reservoir (SP, Brazil). Two distinct carbon degradation phases were observed: during the first three days, higher degradation coefficients were calculated, which were followed by a slower degradation phase. The maximum value observed for particulate bacterial carbon (POC) was 11.9 mg L-1, which consisted of 62.5% of the total available DOC, and its mineralization coefficient was 0.477 day-1 (t½ = 1.45 days). A similar pattern of degradation was observed for DON, although the coefficients were slightly different. Changes in the OTUs patterns were observed during the different steps of the degradation. The main OTUs were related to the classes Alphaproteobacteria (8 OTUs), Betaproteobacteria (2 OTUs) and Gammaproteobacteria (3 OTUs). The genus Acinetobacter was the only identified organism that occurred during the whole process. Bacterial richness was higher at the slower degradation phase, which could be related to the small amounts of DOM (dissolved organic matter) available, particularly carbon. The kinetics of the bacterial degradation of P. agardhii-originated DOM suggests minimal loss of DOM from the Barra Bonita reservoir.

Resumo Embora Planktothrix agardhii frequentemente forme florações tóxicas em corpos d'água pelo mundo, pouco ainda se sabe sobre o destino da matéria orgânica liberada por essa abundante Cyanobacteria. Assim, este estudo foi focado na estimativa do consumo bacteriano do carbono orgânico dissolvido (DOC) e nitrogênio orgânico dissolvido (DON) produzido por culturas axênicas de P. agardhii e identificação de algumas das unidades taxonômicas operacionais (OTUs) bacterianas envolvidas no processo. Ambos a linhagem de P. agardhii e o inóculo bacteriano foram amostrados do reservatório eutrófico de Barra Bonita (SP, Brasil). Foram observadas duas fases distintas da degradação do DOC: durante os três primeiros dias, coeficientes mais altos de degradação foram calculados, que foram então seguidos por uma fase mais lenta da degradação do carbono. O valor máximo calculado para o carbono bacteriano particulado (POC) foi de 11,9 mgL-1, o que equivale a aproximadamente 62,5% do DOC disponível para consumo, e o seu coeficiente de mineralização foi de 0,477 dia-1 (t1/2 = 1,45 dias). Um padrão similar de degradação foi observado para DON, embora os coeficientes sejam ligeiramente diferentes. Foram observadas mudanças nos padrões de OTUs durante os diferentes passos da degradação. As principais OTUs foram relacionadas às classes Alphaproteobacteria (8 OTUs), Betaproteobacteria (2 OTUs) e Gammaproteobacteria (3 OTUs). O gênero Acinetobacter foi o único organismo identificado que ocorreu durante todo o processo. A maior riqueza bacteriana foi observada durante a fase lenta de degradação, o que pode estar relacionado às pequenas quantidades de matéria orgânica dissovida (DOM) disponíveis, particularmente o carbono. A cinética da degradação bacteriana da MOD de P. agardhii, quando comparada ao tempo de retenção do reservatório, sugere que existe uma perda mínima após sua liberação em Barra Bonita.

Bacterial degradation of dissolved organic matter released by Planktothrix agardhii (Cyanobacteria)

Abstract Although Planktothrix agardhii often produces toxic blooms in eutrophic water bodies around the world, little is known about the fate of the organic matter released by these abundant Cyanobacteria. Thus, this study focused in estimating the bacterial consumption of the DOC and DON (dissolved organic carbon and dissolved organic nitrogen, respectively) produced by axenic P. agardhii cultures and identifying some of the bacterial OTUs (operational taxonomic units) involved in the process. Both P. agardhii and bacterial inocula were sampled from the eutrophic Barra Bonita Reservoir (SP, Brazil). Two distinct carbon degradation phases were observed: during the first three days, higher degradation coefficients were calculated, which were followed by a slower degradation phase. The maximum value observed for particulate bacterial carbon (POC) was 11.9 mg L-1, which consisted of 62.5% of the total available DOC, and its mineralization coefficient was 0.477 day-1 (t½ = 1.45 days). A similar pattern of degradation was observed for DON, although the coefficients were slightly different. Changes in the OTUs patterns were observed during the different steps of the degradation. The main OTUs were related to the classes Alphaproteobacteria (8 OTUs), Betaproteobacteria (2 OTUs) and Gammaproteobacteria (3 OTUs). The genus Acinetobacter was the only identified organism that occurred during the whole process. Bacterial richness was higher at the slower degradation phase, which could be related to the small amounts of DOM (dissolved organic matter) available, particularly carbon. The kinetics of the bacterial degradation of P. agardhii-originated DOM suggests minimal loss of DOM from the Barra Bonita reservoir.

Resumo Embora Planktothrix agardhii frequentemente forme florações tóxicas em corpos dágua pelo mundo, pouco ainda se sabe sobre o destino da matéria orgânica liberada por essa abundante Cyanobacteria. Assim, este estudo foi focado na estimativa do consumo bacteriano do carbono orgânico dissolvido (DOC) e nitrogênio orgânico dissolvido (DON) produzido por culturas axênicas de P. agardhii e identificação de algumas das unidades taxonômicas operacionais (OTUs) bacterianas envolvidas no processo. Ambos a linhagem de P. agardhii e o inóculo bacteriano foram amostrados do reservatório eutrófico de Barra Bonita (SP, Brasil). Foram observadas duas fases distintas da degradação do DOC: durante os três primeiros dias, coeficientes mais altos de degradação foram calculados, que foram então seguidos por uma fase mais lenta da degradação do carbono. O valor máximo calculado para o carbono bacteriano particulado (POC) foi de 11,9 mgL-1, o que equivale a aproximadamente 62,5% do DOC disponível para consumo, e o seu coeficiente de mineralização foi de 0,477 dia-1 (t1/2 = 1,45 dias). Um padrão similar de degradação foi observado para DON, embora os coeficientes sejam ligeiramente diferentes. Foram observadas mudanças nos padrões de OTUs durante os diferentes passos da degradação. As principais OTUs foram relacionadas às classes Alphaproteobacteria (8 OTUs), Betaproteobacteria (2 OTUs) e Gammaproteobacteria (3 OTUs). O gênero Acinetobacter foi o único organismo identificado que ocorreu durante todo o processo. A maior riqueza bacteriana foi observada durante a fase lenta de degradação, o que pode estar relacionado às pequenas quantidades de matéria orgânica dissovida (DOM) disponíveis, particularmente o carbono. A cinética da degradação bacteriana da MOD de P. agardhii, quando comparada ao tempo de retenção do reservatório, sugere que existe uma perda mínima após sua liberação em Barra Bonita.

Interaction between resource identity and bacterial community composition regulates bacterial respiration in aquatic ecosystems

Abstract Resource identity and composition structure bacterial community, which in turn determines the magnitude of bacterial processes and ecological services. However, the complex interaction between resource identity and bacterial community composition (BCC) has been poorly understood so far. Using aquatic microcosms, we tested whether and how resource identity interacts with BCC in regulating bacterial respiration and bacterial functional diversity. Different aquatic macrophyte leachates were used as different carbon resources while BCC was manipulated through successional changes of bacterial populations in batch cultures. We observed that the same BCC treatment respired differently on each carbon resource; these resources also supported different amounts of bacterial functional diversity. There was no clear linear pattern of bacterial respiration in relation to time succession of bacterial communities in all leachates, i.e. differences on bacterial respiration between different BCC were rather idiosyncratic. Resource identity regulated the magnitude of respiration of each BCC, e.g. Ultricularia foliosa leachate sustained the greatest bacterial functional diversity and lowest rates of bacterial respiration in all BCC. We conclude that both resource identity and the BCC interact affecting the pattern and the magnitude of bacterial respiration in aquatic ecosystems.

Resumo A identidade e a composição do recurso estruturam a comunidade bacteriana, que, por sua vez, determina a magnitude dos processos bacterianos e seus serviços ecológicos. Porém, a complexa interação entre a identidade do recursos e a composição da comunidade bacteriana (CCB) tem sido pouco avaliada até o momento. Utilizando microcosmos aquáticos, nós testamos quando e como a identidade do recurso interage com a CCB na regulação da respiração bacteriana e da diversidade funcional bacteriana. Diferentes lixiviados de macrófitas aquáticas foram utilizados como diferentes fontes de carbono, enquanto que a CCB foi manipulada através de mudanças sucessionais das populações bacterianas em culturas de recrescimento. Nós observamos que tratamentos com a mesma CCB respiraram diferentemente em cada fonte de carbono; diferentes fontes também suportaram diferentes valores de diversidade funcional bacteriana. Não houve padrão linear claro de mudança na respiração bacteriana em relação ao tempo de sucessão das comunidades bacterianas nos lixiviados, i.e. diferenças na respiração bacteriana entre diferentes CCB foram idiossincráticas. A identidade do recurso regulou a magnitude da respiração, em cada CCB, e.g. o lixiviado de Ultricularia foliosa sustentou os maiores valores de diversidade funcional bacteriana e as menores taxas de respiração bacteriana em todas as CCB. Nós concluímos que a identidade do recurso e a CCB interagem afetando o padrão e a magnitude da respiração bacteriana em ecossistemas aquáticos.

Interaction between resource identity and bacterial community composition regulates bacterial respiration in aquatic ecosystems / A interação entre a identidade do recurso e a composição da comunidade bacteriana regula a respiração bacteriana em ecossistemas aquáticos

Abstract Resource identity and composition structure bacterial community, which in turn determines the magnitude of bacterial processes and ecological services. However, the complex interaction between resource identity and bacterial community composition (BCC) has been poorly understood so far. Using aquatic microcosms, we tested whether and how resource identity interacts with BCC in regulating bacterial respiration and bacterial functional diversity. Different aquatic macrophyte leachates were used as different carbon resources while BCC was manipulated through successional changes of bacterial populations in batch cultures. We observed that the same BCC treatment respired differently on each carbon resource; these resources also supported different amounts of bacterial functional diversity. There was no clear linear pattern of bacterial respiration in relation to time succession of bacterial communities in all leachates, i.e. differences on bacterial respiration between different BCC were rather idiosyncratic. Resource identity regulated the magnitude of respiration of each BCC, e.g. Ultricularia foliosa leachate sustained the greatest bacterial functional diversity and lowest rates of bacterial respiration in all BCC. We conclude that both resource identity and the BCC interact affecting the pattern and the magnitude of bacterial respiration in aquatic ecosystems.

Resumo A identidade e a composição do recurso estruturam a comunidade bacteriana, que, por sua vez, determina a magnitude dos processos bacterianos e seus serviços ecológicos. Porém, a complexa interação entre a identidade do recursos e a composição da comunidade bacteriana (CCB) tem sido pouco avaliada até o momento. Utilizando microcosmos aquáticos, nós testamos quando e como a identidade do recurso interage com a CCB na regulação da respiração bacteriana e da diversidade funcional bacteriana. Diferentes lixiviados de macrófitas aquáticas foram utilizados como diferentes fontes de carbono, enquanto que a CCB foi manipulada através de mudanças sucessionais das populações bacterianas em culturas de recrescimento. Nós observamos que tratamentos com a mesma CCB respiraram diferentemente em cada fonte de carbono; diferentes fontes também suportaram diferentes valores de diversidade funcional bacteriana. Não houve padrão linear claro de mudança na respiração bacteriana em relação ao tempo de sucessão das comunidades bacterianas nos lixiviados, i.e. diferenças na respiração bacteriana entre diferentes CCB foram idiossincráticas. A identidade do recurso regulou a magnitude da respiração, em cada CCB, e.g. o lixiviado de Ultricularia foliosa sustentou os maiores valores de diversidade funcional bacteriana e as menores taxas de respiração bacteriana em todas as CCB. Nós concluímos que a identidade do recurso e a CCB interagem afetando o padrão e a magnitude da respiração bacteriana em ecossistemas aquáticos.