CO2-Exchange and water relations in the aerophillic green-alga Apatococcus lobatus

Abstract

The relation between CO₂-exchange in the pleurococcoid green alga Apatococcus lobatus and light, temperature and humidity was investigated, and the water-content in relation to vapour pressure was determined. The unwettable thalli achieve hydration equilibrium with the vapour pressure of the air, so that the measurement of physiological capabilities at defined water-potential is made possible. The relation between real CO₂-uptake (“photosynthesis”) and water-potential at 10 and 20° C was determined. Fifty percent of the maximum capacity is reached at a water-potential of 142 bar (90% r.h.) and 10% is still reached at 370 bar (76% r.h.). The limit of measurable CO₂-uptake is at about 520 bar (68% r.h.). When the algae are being dried “photosynthesis” and dark-respiration do not decrease proportionally; up to 25% (water-potential 252 bar, 83% r.h.) of the initial values the CO₂-uptake is favoured, since respiration decreases first an increase of the apparent CO₂-uptake is observed. The change in the ratio apparent CO₂-uptake/dark-respiration, that is, the change in the CO₂-balance in relation to temperature and hydration is discussed. The imbibition with liquid water has an unfavourable influence on the CO₂-balance, and the relation between apparent CO₂-uptake and dark-respiration of vapour-saturated thalli is almost optimal. At 20° C and 0,025 cal cm^-2min^-1 the most favourable CO₂-balance corresponds to a water-potential of about 27–40 bar (97–98% r.h.) and to a saturation deficit of 35–43%. The CO₂-exchange in these algae seems to be remarkably adapted to their aerophillic way of life. Die Abhängigkeit des CO₂-Gaswechsels der pleurococcoiden Grünalge Apatococcus lobatus von den Außenfaktoren Licht, Temperatur und Luftfeuchtigkeit wurde untersucht, der Wassergehalt in Abhängigkeit vom Dampfdruck bestimmt. Die unbenetzbaren Algenlager setzen sich mit dem Wasserdampfdruck des Luftraumes in ein Hydraturgleichgewicht, so daß die Messung physiologischer Leistungen bei definiertem Wasserpotential möglich ist. Die Abhängigkeit der reellen CO₂-Aufnahme („Photosynthese”) vom Wasserpotential bei 10 und 20° wurde bestimmt: 50% der maximalen Leistung werden bei einem Wasserpotential von 142 bar (90% rel. Feuchte), noch 10% bei 370 bar (76% rel. Feuchte) erreicht. Der Grenzwert meßbarer CO₂-Aufnahme liegt bei 520 bar (68% rel. Feuchte). Bei Antrocknung gehen reelle CO₂-Aufnahme und Dunkelatmung nicht proportional zurück, bis 25% (Wasserpotential 252 bar, 83% rel. Feuchte) der Anfangswerte ist die CO₂-Aufnahme begünstigt. Da bei Antrocknung die Atmung zuerst zurückgeht, ist ein Anstieg der apparenten CO₂-Aufnahme zu beobachten. Die Beeinflussung der für das Leben am Standort wichtigen CO₂-Bilanz durch Veränderungen des Verhältnisses app. CO₂-Aufnahme: Dunkelatmung in Abhängigkeit von Temperatur und Hydratur wird diskutiert. Einquellung mit tropfbarem Wasser beeinflußt die Bilanz ungünstig, das Verhältnis app. CO₂-Aufnahme: Dunkelatmung wasserdampfgesättigter Thalli ist nahezu optimal. Bei 20°, 0,025 cal cm^-2min^-1 entspricht das für die Bilanz günstigste Verhältnis einem Wasserpotential von 27–40 bar (97–98% rel. feuchte) und einem Sättigungsdefizit von 35–43%. Der CO₂-Gaswechsel dieser unbenetzbaren Luftalgen scheint demnach an die aerophile Lebensweise bemerkenswert angepaßt.