The role of photomodyfication in toxicity of policyclic aromatic hydrocarbons to microalgae Scenedesmus armatus

W 24-godzinnych testach badano wpływ antrachinonu (ANTQ) i fenantrenochinonu (PHEQ) na populację Scenedesmus armatus, napowietrzaną 0,1% lub 2% CO₂. Wyznaczono współczynnik EC₅₀ dla ANTQ (0,56 mg·dm⁻³) oraz PHEQ (0,1 mg·dm⁻³); stężenia te stosowano w dalszych badaniach. W kulturach napowietrzanych 0,1% CO₂, antrachinon nie wpływał na fotosyntezę i zawartość karotenoidów, stymulował oddychanie i aktywność dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) oraz nieznacznie redukował zawartość chlorofili. Podwyższenie stężenia CO₂ do 2% podniosło toksyczność ANTQ i PHEQ - liczebność populacji osiągała jedynie 24% kontroli. ANTQ hamował oddychanie oraz aktywność SOD, niemal całkowicie blokował fotosyntezę i silnie redukował zawartość barwników fotosyntetycznych. W obydwu wariantach stężenia CO₂ PHEQ stymulował oddychanie, redukował intensywność fotosyntezy oraz zawartość chlorofili i karotenoidów. Wzrost aktywności SOD był wyraźniej widoczny w kulturach napowietrzanych 2% CO₂. Uzyskane wyniki wskazują, iż proces fotomodyfikacji fenantrenu prowadzi do drastycznego wzrostu toksyczności tego związku, podczas gdy toksyczny wpływ antrachinonu jest dwukrotnie mniejszy w porównaniu z antracenem. Niekorzystne działanie zarówno ANTQ jak i PHEQ jest prawdopodobnie skutkiem stresu oksydacyjnego, manifestującego się wyraźniej w intensywnie rosnących kulturach napowietrzanych 2% CO₂.The effects of anthraquinone (ANTQ) and phenanthrenequinone (PHEQ) on Scenedesmus armatus cells were examined in 24-h tests. Cells were grown in a batch culture system at low (0.1%) and elevated (2%) CO₂ concentrations. We found that ANTQ was less toxic to the algae (EC₅₀= 0.56 mg·dm⁻³) than PHEQ (EC₅₀= 0.1 mg·dm⁻³). In cultures aerated with 0.1% CO₂, ANTQ at 0.56 mg·dm⁻³ had no influence on photosynthesis and content of carotenoids, while dark respiration and superoxide dismutase (SOD) activity were stimulated. Chlorophyll a and b content was reduced only slightly. At 2% CO₂ the toxicity of ANTQ and PHEQ markedly increased. At 2% CO₂ ANTQ inhibited respiration and SOD activity, almost completely blocked growth and photosynthesis and strongly lowered chlorophyll content. Regardless of CO₂ concentration, PHEQ inhibited photosynthesis and diminished chlorophyll content, while respiration was stimulated. PHEQ stimulated the total SOD activity and this effect was generally higher at elevated CO₂. The results obtained suggest, that the toxicity of phenanthrene significantly increases after photomodyfication, while antraquinone is two times less toxic than anthracene. The harmful influence of both ANTQ and PHEQ probably resulted from oxidative stress, especially noted in the intensively growing cultures aerated with 2% CO₂

A Metabolomic Approach to Study Major Metabolite Changes during Acclimation to Limiting CO2 in Chlamydomonas reinhardtii1[W]

Using a gas chromatography-mass spectrometry-time of flight technique, we determined major metabolite changes during induction of the carbon-concentrating mechanism in the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii. In total, 128 metabolites with significant differences between high- and low-CO2-grown cells were detected, of which 82 were wholly or partially identified, including amino acids, lipids, and carbohydrates. In a 24-h time course experiment, we show that the amino acids serine and phenylalanine increase transiently while aspartate and glutamate decrease after transfer to low CO2. The biggest differences were typically observed 3 h after transfer to low-CO2 conditions. Therefore, we made a careful metabolomic examination at the 3-h time point, comparing low-CO2 treatment to high-CO2 control. Five metabolites involved in photorespiration, 11 amino acids, and one lipid were increased, while six amino acids and, interestingly, 21 lipids were significantly lower. Our conclusion is that the metabolic pattern during early induction of the carbon-concentrating mechanism fit a model where photorespiration is increasing