Intraspecific variability in aquatic plant response to chemical contaminants

Abstract

Im Zuge dieser Studie wurden Labortests zur Untersuchung des Einflusses von intraspezifischer Variabilität der beiden Makrophyten Lemna minor L. und Ceratophyllum demersum L. in Bezug auf Kontaminierung mit den Schadstoffen Atrazin und Kupfer durchgeführt. In einem ersten Dosis-Wirkungs-Experiment wurden L. minor Individuen verschieden hohe Atrazin (0, 3.75, 7.5, 15, 30, 60, 100, 120, 240, 480, 960gL-1) und Kupfer (0, 0.025, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 2, 5, 10, 15mgL-1) Konzentrationen ausgesetzt um den negativen Einfluss der Schadstoffe unter stabilen Umweltbedingungen zu bestimmen, und um EC50 Werte für die darauffolgenden Tests zur erhalten. Für Atrazin wurden 122,1g L-1 und für Kupfer 0.69mg L-1 als EC50-Werte bestimmt. In einem zweiten Experiment zur Genetischen Variation wurden L. minor und C. demersum Individuen von geographisch voneinander getrennten Sub-Einzugsgebieten (Dordogne, Garonne, Tarn) im Süd-Westen von Frankreich auf deren Reaktion auf Atrazin und Kupfer getestet um mögliche Unterschiede auf Grund von genetischer Variation zu finden. Unterschiedliche Genotypen wurden aufgrund von räumlicher Distanz angenommen. Nur C. demersum Individuen aus dem Sub-Einzugsgebiet Tarn zeigten unterschiedliche Reaktionen gegenüber den Schadstoffen. Zuletzt wurde ein Experiment zur Bestimmung phänotypischer Unterschiede von L. minor in Bezug auf Schadstoffe und wechselnden Umweltfaktoren durchgeführt. Individuen aus dem Einzugsgebiet der Garonne, welche unter sterilen Bedingungen kultiviert wurden, wurden acht unterschiedlichen Umweltgruppen in einer 14 Tage andauernden PRE-CONTAMINATION Phase ausgesetzt. In einem zweiten Schritt, der CONTAMINATION-EXPOSURE Phase wurden diese Individuen unter dem Abzug in Gefäße mit gleichen bzw. geänderten Umweltfaktoren übertragen. Das Resultat zeigte, dass unterschiedliche Nährstoff-Konzentrationen unterschiedliche Reaktionen auf Schadstoffe auslösen. Daraus wird gefolgert, dass phänotypische Unterschiede eine wichtige Rolle bei der Anpassung an neu auftretende Umweltbedingungen spielen. In Bezug auf Klimawandel und steigenden Schadstoffbelastungen ist eine erhöhte ökologische Toleranz für Organismen von Vorteil.Intra-specific variability in the response of Lemna minor and Ceratophyllum demersum, two aquatic macrophyte species towards chemical contamination was tested in a laboratory environment. In a first Dose-Response experiment L. minor individuals were exposed to atrazine (0, 3.75, 7.5, 15, 30, 60, 100, 120, 240, 480, 960gL-1) and copper (0, 0.025, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 2, 5, 10, 15mgL-1) concentrations in order to evaluate the effect of the contaminants under stable environmental conditions and to determine EC50 values which were intended to be used for subsequent tests. For atrazine 122.1g L-1 and for copper 0.69mg L-1 had been determined as EC50 values. In a second Genetic Variability experiment L. minor and C. demersum individuals from geographically distinct sampling sites within the three subcatchments Dordogne, Garonne and Tarn in the south-west of France in order to determine possible differences in the response to the contaminants atrazine (100g L-1) and copper (1.5mg L-1). Only C. demersum individuals of the Tarn region responded differently, indicating such pattern. Lastly a Phenotypic plasticity experiment testing the environmental influence on L. minor individuals was conducted. Therefore plants of the Garonne catchment, which were kept under axenic conditions, were exposed to eight different environmental groups in a PRE-CONTAMINATION (14 days). They were then in a second step, the CONTAMINTATION-EXPOSURE phase transferred under a fume hood to flasks with the same, and to flasks with different environmental conditions. Additionally a control and an increased exposure group (1.5mg L-1 Cu) were established. The result showed that a change in nutrients conditions influences the contamination response. It is therefore concluded that phenotypic plasticity plays an important role in acclimatization to newly occurring environmental conditions. Especially in consideration of climate change and pollution scenarios that will occur in the near future, plastic organisms may benefit from the advantage of being able to live up to changing environments more easily. However further research is required to quantify and elucidate these mechanisms and to rework experimental designs.Andreas ScharmüllerMit deutscher ZusammenfassungUniversität für Bodenkultur Wien, Masterarbeit, 2016(VLID)193560