Abstract
Planktonic freshwater bacteria represent a fundamental compartment of lakes as they govern biogeochemical fluxes and play a crucial role in the aquatic food web. Seasonal changes in abundance, biomass, and activity status of bacteria seem to be triggered by changing nutrient regimes (bottom-up control) and grazing by heterotrophic protists (top-down control). The major aim of this PhD thesis was the exploration of these factors and the investigation of temporal and spatial fluctuations of different bacterial lineages in the oligo-mesotrophic Piburger See, Austria. The effects of increased or eliminated grazing pressure in combination with elevated or in situ nutrient concentrations, respectively, were studied in a laboratory- and a field experiment. Betaproteobacteria profited from high phosphorus concentrations, but were preferably ingested by heterotrophic flagellates. Other lineages, such as Cytophaga-Flavobacteria and Alphaproteobacteria appeared to be protected from size selective grazing by the formation of aggregates and filaments, whereas the small cell sizes of Actinobacteria served as a different strategy to escape predation. An extensive seasonal study at Piburger See showed that Actinobacteria – although numerically dominant – contributed marginally to total bacterial biomass, whereas rare Cytophaga-Flavobacteria – together with Betaproteobacteria – represented the bulk of the bacterial carbon pool. Seasonal fluctuations of Actinobacteria were found in the epilimnion, while Betaproteobacteria and Cytophaga-Flavobacteria represented maximum numbers and biomasses in the hypolimnion, concomitantly with oxygen depletion during summer stratification. Bacteria with active amino acid incorporation were mainly affiliated with Actinobacteria and Betaproteobacteria, while Cytophaga-Flavobacteria showed no affinity to the offered substrate. Moreover, we identified three lineages within Betaproteobacteria which accounted for most of betaproteobacterial diversity and occupied distinct spatial and ecophysiological niches in the lake. In general, the observed bottom-up and top-down factors had a pronounced impact on the competitive abilities of different bacterial lineages which resulted in shifts in the composition of the bacterial assemblage.
Planktische Bakterien sind entscheidende Komponenten von Seen, da sie einen Grossteil der biogeochemischen Stoffflüsse steuern und eine wichtige Rolle im aquatischen Nahrungsnetz spielen. Eine saisonale Sukzession der Zusammensetzung, Biomasse und Aktivität dieser Bakterien scheint in Zusammenhang mit Schwankungen in der Nährstoffzufuhr (‘bottom-up Faktoren‘) und Räuberdruck durch bakterivore Einzeller (‘top-down Faktoren‘) zu stehen. Ziel dieser Doktorarbeit war es, diese Faktoren zu untersuchen und die saisonale und räumliche Verbreitung unterschiedlicher Bakteriengruppen im oligo-mesotrophen Piburger See, Österreich, zu studieren. In einem Labor- und einem Freilandexperiment wurden die Auswirkungen von erhöhtem bzw. vermindertem Räuberdruck in Verbindung mit erhöhter bzw. in situ Nährstoffkonzentration untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass Betaproteobacteria zwar von hohen Phosphorkonzentrationen profitieren, aber auch bevorzugt von bakterivoren Flagellaten ingestiert werden. Andere Bakteriengruppen, wie z.B. Cytophaga- Flavobacteria oder Alphaproteobacteria schienen durch die Bildung von großen Aggregaten oder Filamenten einen gewissen Fraßschutz vor Einzellern zu genießen, während Actinobacteria durch ihre kleine Zellgrösse geschützt waren. Eine extensive saisonale Studie am Piburger See zeigte auf, dass Actinobacteria, obwohl sie zahlenmäßig dominierten, nur einen kleinen Teil zur bakteriellen Biomasse beitrugen, während seltene Cytophaga-Flavobacteria – neben Betaproteobacteria – zum Grossteil des bakteriellen Kohlenstoffes beitrugen. Actinobacteria zeigten saisonale Fluktuationen im Epilimnion, während Betaproteobacteria und Cytophaga- Flavobacteria maximale Zellzahlen und Biomassen im Hypolimnion zeitgleich mit der Sauerstoffzehrung während der Sommerstagnation des Sees aufwiesen. Aminosäuren wurden vor allem von Actinobacteria und Betaproteobacteria aktiv aufgenommen, während Cytophaga-Flavobacteria keine Inkorporation der angebotenen Substrate zeigten. Ferner konnten wir drei Populationen von Betaproteobacteria identifizieren, die für den Grossteil der beobachteten Diversität verantwortlich waren und unterschiedliche räumliche und ökophysiologische Nischen im See besetzten. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die untersuchten bottom-up und top-down Faktoren einen starken Einfluss auf die Konkurrenz zwischen verschiedenen Bakteriengruppen ausübten, was zu Verschiebungen in der Zusammensetzung des Bakterioplanktons führte.
Salcher, Michaela Maria