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Responses of coastal phytoplankton populations to nitrogen additions: dynamics of cell-associated dimethylsulfoniopropionate (DMSP), glycine betaine (GBT), and homarine

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Abstract:

Dimethylsulfoniopropionate (DMSP) and glycine betaine (GBT) are organic osmolytes abundant in many marine phytoplankton. Herein, we field tested for the first time the hypothesis that GBT production might be favored over DMSP in natural phytoplankton populations growing in high-N environments or when N is added to a system. Concentrations of particulate DMSP (DMSPp; 15–45 nmol·L–1) were equal to, or greater than, concentrations of particulate GBT (GBTp; 0–15 nmol·L–1) in the upper water column. Homarine, another N-containing osmolyte, was detected at lower levels in all samples. These are the first reported values of GBTp, and homarine in seawater. During N enrichment experiments, no consistent pattern of response in the DMSP pool resulted. Under N stress, nitrate addition either caused DMSP to be released but without an equivalent increase in GBT or DMSP dynamics were not affected but GBT increased. In populations under less N stress, GBT levels were similar to those of DMSPp throughout the experiments. Homarine levels remained low at all times. We conclude that no simple switch between DMSP and GBT occurs as a function of N availability in natural populations. Variable responses to N supply probably resulted from differences in species composition and physiological state of the populations present.

Le démethylsulfoniopropionate (DMSP) et la glycine bétaïne (GBT) sont des osmolytes organiques abondants dans plusieurs organismes phytoplanctoniques marins. Nous évaluons ici pour la première fois en nature l'hypothèse selon laquelle la production de GBT est favorisée au détriment de celle de DMSP dans les populations naturelles de phytoplancton qui se développent dans des milieux riches en azote ou dans des systèmes où il y a eu addition d'azote. Les concentrations de DMSP particulaire (DMSPp; 15–45 nmol·L–1) sont semblables ou supérieures aux concentrations de GBT particulaire (GBTp; 0–15 nmol·L–1) dans la partie supérieure de la colonne d'eau. La homarine, un autre osmolyte contenant de l'azote, peut être décelée à concentration plus faible dans tous les échantillons. C'est la première fois que l'on rapporte des valeurs de concentrations de GBTp et de homarine dans l'eau de mer. Au cours d'expériences d'enrichissement à l'azote, il ne se produit pas de réaction uniforme dans le pool de DMSP. Lorsqu'il y a un stress azoté, l'addition de nitrate ou bien entraîne une libération de DMSP, mais sans accroissement équivalent de GBT, ou alors elle reste sans effet sur la dynamique du DMSP, mais avec un accroissement de GBT. Chez les populations soumises à un stress azoté, les concentrations de GBT sont semblables à celles de DMSPp dans toutes les expériences. Les concentrations de homarine restent faibles à tout moment. En conclusion, il n'existe pas de simple substitution du DMSP et de la GBT en fonction de la disponibilité de l'azote dans les populations naturelles. Les réactions variables à l'apport d'azote résultent probablement de différences dans la composition spécifique et l'état physiologique des peuplements planctoniques présents.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 2004

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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