An evaluation of the accumulation of intracellular inorganic nitrogen pools by marine microalgae in batch cultures

Abstract

A B S T R A C TMethods of extraction, changes in concentrations with growth, and effects of culture conditions on intracellular inorganic nitrogen pools (IIN -ammonia, nitrite, and nitrate) were studied in nine species of marine microalgae in batch cultures. The microalgae were analysed to compare three methods of extraction of IIN, one of them developed in this study. The extraction of IIN occurs efficient by with all three methods for four out of the nine species tested. However, for five species significant differences were found among the methods, the best results being obtained with the new method. Microalgae accumulate inorganic forms of nitrogen in different proportions. The species show higher concentrations of either ammonia or nitrate, and always lower concentrations of nitrite. Microalgae of smaller cellular volumes tend to attain higher values of IIN per cubic micrometer (the converse in large-volume species), with some exceptions (Amphidinium carterae and Nannochloropsis oculata). The use of aeration in the cultures determines a decrease in the concentrations of IIN, favours nitrogen assimilation, and generates an increase in growth rates and C:N ratio. High concentrations of IIN are characteristic of the exponential growth phase, but in some cases their occurrence may result from carbon deficiency. R E S U M OMétodos de extração, mudanças na concentração durante o crescimento e efeitos de condições de cultivo sobre conteúdos de nitrogênio inorgânico intracelular (NII -amônia, nitrito e nitrato) foram estudados em nove espécies de microalgas marinhas em cultivos estanques. As microalgas foram analisadas para comparar três métodos de extração de NII, um dos quais desenvolvido neste estudo. A extração de NII ocorre de forma eficiente com os três métodos para quatro espécies. Contudo, para cinco espécies diferenças significativas foram encontradas e os melhores resultados foram obtidos com o método novo. As microalgas acumulam formas inorgânicas de nitrogênio em proporções diferentes. As espécies apresentam concentrações de amônia ou nitrato como as mais altas e sempre menores concentrações de nitrito. Microalgas de menores volumes celulares tendem a atingir valores mais altos de NII por micrômetro cúbico (contrariamente para espécies de volumes celulares maiores), com algumas exceções (Amphidinium carterae e Nannochloropsis oculata). A adição de aeração nos cultivos determina um decréscimo na concentração de NII, favorece a assimilação de nitrogênio e gera um aumento na taxa de crescimento e na razão C:N. Concentrações altas de NII são características da fase de crescimento exponencial, mas em alguns casos sua ocorrência pode resultar de deficiência por carbono.

Growth and Nitrate Uptake in Nannochloropsis gaditana and Tetraselmis chuii Cultures Grown in Sequential Batch Reactors

“…Indeed, evidence for the accumulation of intracellular inorganic nitrogen pools has been observed for both marine and freshwater microalgae acclimated to batch cultures, showing that microalgae are capable of "luxury uptake" in the presence of excess amounts of nitrogen or phosphate, using these reserves to sustain growth when no external supply of nutrient is available (Lavín and Lourenço, 2005;Khalid et al, 2019). Luxury uptake has been observed before in studies of microalgae by Droop (1973Droop ( , 1983 and Lange and Oyarzun (1992), and Laws et al (2013) for nutrients such as phosphate and vitamin B 12.…”

Crescimento e composição química de dez espécies de microalgas marinhas em cultivos estanques

“…à maior eficiência na absorção de nutrientes por células menores, devido à maior razão superfície-volume destas (LAVÍN & LOURENÇO, 2005), bem como a diferenças em atividade de enzimas associadas ao metabolismo de nutrientes (LOURENÇO, 2006). As proteínas foram os componentes mais abundantes em todas as espécies, como observado por BECKER 2007e BROWN et al (1997).…”

Impact of elevated CO2 concentrations on the growth and ultrastructure of non-calcifying marine diatom (Chaetoceros gracilis F.Schütt)

“…These results may be related to the theoretical greater efficiency of smaller cells to take up dissolved nutrients, as a consequence of the greater surface volume ratio (Lavı´n and Lourenc¸o, 2005). On the other hand, a lower concentration of pCO 2 = 280 latm caused cell enlargement and an increase in pCO 2 from 550 to 1050 latm which showed disorganization malformations, chloroplast damage, disintegration of thylakoid membranes and the enlargement of the cell volume, and the occurrence of cell lyses, this may be due to their slower growth rate.…”