Revista Chilena de Historia Natural (Jun 2001)
Effects of solar UV radiation on photosynthesis and enzyme activities (carbonic anhydrase and nitrate reductase) in marine macroalgae from southern Spain Efectos de la radiación solar UV sobre la fotosíntesis y actividades enzimáticas (anhidrasa carbónica y nitrato reductasa) en macralgas marinas del sur de España
Abstract
The effects of solar ultraviolet (UV) radiation during daily cycles on photosynthesis and two key enzymes involved in carbon incorporation, the carbonic anhydrase, and in inorganic nitrogen reduction, the nitrate reductase, of macroalgae from southern Spain are presented. During daily cycles, photoinhibition in several intertidal macroalgae, expressed as decrease in the effective quantum yield from the morning to noon time, was linearly dependent on the daily integrated irradiance. However, recovery, expressed as the increase in the effective quantum yield from noon to the afternoon, presented a different pattern; full recovery was found below daily integrated irradiance of 1.0 x10(4) kJ m-2. However, recovery reached only 50 % at higher irradiances. The existence of daily photoinhibition and full recovery in intertidal algae suggests that photoinhibition is a photoprotective mechanism against high solar radiation as in higher plants, and that patterns of photoinhibition and recovery are affected by accumulative doses. Activities of carbonic anhidrase and nitrate reductase were determined in three marine macroalgae (Plocamium cartilagineum, Ulva rigida and Fucus spiralis) under full (PAR + UV-A + UV-B) and excluded UV solar radiation (PAR). Under PAR + UV-A + UV-B, peaks of enzyme activity were found in P. cartilagineum during the evening, and accordingly to data previously published for other red macroalgae. This situation was modified by the absence of UV radiation since the increase in the activities was delayed several hours. In the three macroalgae and under full solar radiation, a significant and negative correlation was found only when data from nitrate reductase activity was shifted in time during at least four hours. This correlation is lost in Ulva rigida when UV radiation is excluded. The existence of these daily variations with a negative correlation of both enzyme activities could reflect a complex regulatory link between carbon and nitrogen metabolism under solar radiation. Considering the absence of a significant correlation in U. rigida and the delay observed in maximal activities of P. cartilagineum in the absence of UV, it is suggested that UV radiation acts as an environmental signal involved in the control of cycles. The presence of feedback processes that control nitrogen assimilation as a function of carbon content is proposedEn este trabajo se presenta el efecto de la radiación solar ultravioleta (UV) durante el ciclo diario de luz sobre la actividad fotosintética y la de dos enzimas claves en la incorporación de carbono, la anhidrasa carbónica, y en la reducción de nitrógeno inorgánico, la nitrato reductasa, en macroalgas del sur de España. Durante el ciclo diario de luz, la fotoinhibición, expresada como porcentaje de disminución del rendimiento cuántico efectivo desde la mañana al mediodía, estuvo linear y negativamente correlacionada con la irradiancia integrada diaria. Sin embargo, la recuperación, expresada como porcentaje de incremento del rendimiento cuántico efectivo desde el mediodía hasta el atardecer siguió un patrón diferente. Se observó recuperación completa a irradiancias integradas diarias menores a 1.0 x 10(4) kJ m-2. Sin embargo, a irradiancias diarias mayores, la recuperación fue sólo del 50 %. La existencia de fotoinhibición y de una recuperación diaria completa en macroalgas hace pensar que la fotoinhibición está funcionado como un mecanismo de fotoprotección contra radiaciones solares altas como ocurre en plantas terrestres. Además, los patrones de fotoinhición y recuperación tienen relación con la dosis acumulada diaria. Las actividades enzimáticas (anhidrasa carbónica y nitrato reductasa) fueron determinadas en tres macroalgas marinas (Plocamium cartilagineum, Ulva rigida y Fucus spiralis) bajo radiación solar completa (PAR + UV-A + UV-B) y excluyendo la radiación UV (PAR). Bajo PAR + UV-A + UV-B se observó un máximo en la actividad de ambas enzimas en P. cartilagineum por la tarde, lo que concuerda con datos publicados en otras algas rojas. La situación fue modificada en ausencia de UV ya que el incremento de ambas actividades fue retrasado en el tiempo (varias horas). En las tres macroalgas bajo radiación solar completa se encontró una correlación significativa y negativa sólo cuando los datos de la actividad nitrato reductasa fueron desplazados al menos 4 horas respecto a los de la anhidrasa carbónica. Esta correlación se pierde en Ulva rigida cunado se excluye la radiación UV. La existencia de variaciones diarias y la correlación negativa entre la actividad de ambas enzimas podría reflejar una compleja regulación conjunta entre el metabolismo del carbono y del nitrógeno bajo radiación solar. Debido a que esta correlación se pierde en ausencia de UV en Ulva o los máximos se retrasan en Plocamium, se sugiere que la radiación UV podría ser una señal medioambiental implicada en el control de los ciclos enzimáticos. Se sugiere la existencia de procesos de retroalimentación que controlan el metabolismo del nitrógeno en función del contenido de carbono
