Effects of iron limitation and aquatic humic substances on the growth of Microcystis aeruginosa

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Abstract

Aquatic humic substances (AHSs) from the eutrophic Lake Kasumigaura, Japan, significantly inhibited the growth of Microcystis aeruginosa at a concentration level similar to that found in the lake. AHSs were isolated and quantified using XAD-8 resin. The effects of these isolated AHSs on the growth of M. aeruginosa cultures were evaluated in a chemically defined medium. The production of siderophores, iron-specific complexing agents, of M. aeruginosa under iron limitation was also examined. Fulvic acid (the lower molecular size fraction of the AHSs) accounted for more than 85% of AHSs in Lake Kasumigaura. Under iron limitation, M. aeruginosa produced hydroxamate-type siderophores; however, they were not effective in enabling substantial recovery of growth. Microcystis aeruginosa growth was significantly inhibited when fulvic acid was 2 mg dry weight·L−1, similar to the concentration in the lake, even when siderophores were produced. Growth inhibition was probably due to a deficiency of iron caused by iron complexation with the fulvic acid. It was suggested that AHSs play an important role in formation and disappearance of M. aeruginosa blooms in eutrophic lakes.

Les substances humiques aquatiques (SHA) du lac eutrophe Kasumigaura inhibent de façon appréciable la croissance de Microcystis aeruginosa à des concentrations semblables à celles notées dans le lac. Les SHA ont été isolées et quantifiées sur résine XAD-8. Les effets de ces isolats sur la croissance de M. aeruginosa ont été évalués par culture sur des milieux chimiquement définis. La production de sidérophores, des agents complexants spécifiques au fer, de M. aeruginosa en condition de limitation par le fer a aussi été examinée. L'acide fulvique (la fraction de masse moléculaire des SHA) représentait plus de 85% des SHA du lac Kasumigaura. En condition de limitation par le fer, M. aeruginosa produisait des sidérophores de type hydroxamate, mais ces derniers ne permettaient pas d'obtenir un rétablissement appréciable de la croissance. La croissance de M. aeruginosa était fortement inhibée à une concentration d'acide fulvique de 2 mg (poids sec)·L−1, une valeur semblable à celle notée dans le lac, même si des sidérophores étaient produits. L'inhibition de la croissance s'expliquait sans doute par une carence de fer découlant de la formation de complexes de fer avec l'acide fulvique. Il est proposé que les SHA jouent un rôle important dans l'apparition et la disparition des pullulations de M. aeruginosa dans les lacs eutrophes.

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