Weiler, Winfried: Die Relevanz von Fettsäuren in der Ernährung von Daphnien

Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei,
Abteilung Limnologie Geschichteter Seen,
Alte Fischerhütte 2, 16775 Stechlin - Neuglobsow


D I S S E R T A T I O N
Die Relevanz von Fettsäuren in der Ernährung von Daphnien

zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum naturalium
(Dr. rer.nat.)
im Fach Biologie

eingereicht an der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
der Humboldt-Universität zu Berlin

vonWinfriedWeiler,
17.4.1962, Bad Hönningen

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Jürgen Mlynek

Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
Prof. Dr. Bernhard Ronacher

Gutachter:
1. Prof. Dr. Christian Steinberg
2. Prof. Dr. Jürgen Benndorf
3. PD Dr. Eric von Elert

eingereicht: 13.07.2001

Datum der Promotion: 30.11.2001

Abstract (deutsch):

In dieser Arbeit werden verschiedene Aspekte der Bedeutung von Fettsäuren für Daphnien betrachtet. Für physiologische, ernährungs- und reproduktionsbiologische Untersuchungen wurden die Fettsäuren aus Daphnien, Seston bzw. Algen gaschromatographisch analysiert. Mit Daphnien wurde in batch- und Durchflusskulturen experimentiert. Aufgrund ihrer heterogenen Zusammensetzung enthielten sämtliche Sestonproben eine Vielzahl omega6- und omega3-Fettsäuren. Die durch die Veränderungen der Phytoplanktonzusammensetzung der Talsperre Bautzen und des Großen Vätersees (GV) zu erwartende Veränderungen der Fettsäuremuster des Sestons wurden nur selten gefunden. Gewässerspezifische Unterschiede der Fettsäuremuster konnten nicht nachgewiesen werden. Das Fettsäuremuster von Daphnien wird sehr stark von dem der aufgenommenen Nahrung bestimmt. Allerdings wird mit der Nahrung aufgenommene DHA vollständig in kürzer kettige omega3-Fettsäuren umgewandelt. Dies stellt möglicherweise eine Anpassung an die Prädation durch Fische dar. Das Wachstum der juvenilen Daphnien war im GV 1998 während der gesamten Untersuchungszeit aufgrund qualitativer Eigenschaften der Nahrung limitiert. Jedoch konnte keine Fettsäure und auch kein weiterer bekannter Nahrungsqualitätsfaktor für die Limitation verantwortlich gemacht werden. Ob die Fettsäuren alpha-Linolensäure und/oder EPA die Transfereffektivität von Stoffen und Energie zwischen Seston und Daphnien beeinflussen, erscheint fraglich. Die Nahrungskonzentration und die Umgebungstemperatur bestimmen die Gelegegröße von Daphnien. Die saisonalen Veränderungen der spezifischen Fettsäurekonzentration adulter Daphnien [µg Ind.-1] konnten im GV am besten durch Veränderungen der Dauer der Eientwicklungszeit und damit der Wassertemperatur erklärt werden. Die Daphnien hatten fast ausschließlich bei niedrigen Temperaturen große Gelege.

Schlagwörter:
Fettsäuren, Daphnia, Biomarker, Nahrungsqualität

Abstract (English):

This work considers variable aspects on the implication of fatty acids for daphnids. Fatty acids from seston, algae, and daphnids were analysed by gas chromatography for investigations in respect to nutrition, physiology, and reproduction. Experiments with daphnids were carried out in batch and flow-through cultures. Due to their heterogenic composition, lake seston contained always a vast number of omega6- and omega3-fatty acids. Despite great differences in phytoplankton composition of Bautzen Reservoir and Lake Großer Väter, lake specific patterns of sestonic fatty acid composition were not detected. The fatty acid composition of daphnids is strongly influenced by their food. Nevertheless, nutritional DHA was transformed completely to shorter chained omega3-fatty acids. This transformation is possibly an adaption against fish predation. The growth of juvenile daphnids was limited by food quality in Lake Großer Väter 1998. Neither fatty acids nor another known factor of food quality were responsible for this limitation. According to the results it seems questionable that alpha-linolenic acid and/or EPA are essential for daphnids. Further, it was demonstrated that food concentration and temperature determine clutch size in daphnids. In Lake Großer Väter the seasonal changes of specific fatty acid concentration [µg per individual] of adult daphnids could be explained by changes in the duration of egg development time which is determined by temperature. Large clutches were found nearly exclusively at low temperatures.

Keywords:
fatty acids, Daphnia, biomarker, food quality


Seiten: [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [116] [113] [114] [115] [117]

Inhaltsverzeichnis

TitelseiteDie Relevanz von Fettsäuren in der Ernährung von Daphnien
Widmung
1 Allgemeine Einleitung
2 Methoden
2.1Probenentnahme
2.1.1Seston
2.1.2Phytoplankton
2.1.3Daphnien
2.2Analytik
2.2.1Fettsäuren
2.2.1.1Seston und Phytoplanktonreinkulturen
2.2.1.2Daphnien
2.2.2Partikulärer organischer Kohlenstoff ("Particulate Organic Carbon" POC)
2.2.3Partikulärer Phosphor
2.2.4Auswertungs- und Berechnungsverfahren
2.2.4.1Sestonfettsäuren
2.2.4.2Sestonfettsäuren und POC
2.2.4.3Sestonfettsäuren und Phytoplankton
2.2.4.4Sestonfettsäuren und Daphnien
2.3Laborkulturen
2.3.1Phytoplanktonreinkulturen
2.3.2Kulturversuche mit Daphnien
2.3.2.1batch-Kulturen
2.3.2.2Semi-kontinuierliche Kulturen
2.3.2.3Durchflusskulturen
3 Dynamik von Fettsäuren im Seston von Seen
3.1Einleitung
3.2Ergebnisse
3.3Diskussion
4 Fettsäurenzusammensetzung von Daphnien und ihrer Nahrung
4.1Einleitung
4.2Ergebnisse
4.3Diskussion
5 Wachstum juveniler Daphnien bei Fütterung mit Seston und Algen
5.1Einleitung
5.2Ergebnisse
5.3Diskussion
6 Einfluss von Nahrung und Temperatur auf den Fettsäuregehalt und die Gelegegröße von Daphnien
6.1Einleitung
6.2Ergebnisse
6.3Diskussion
7 Kapitel übergreifende Diskussion
8 Zusammenfassung
Bibliographie Literatur
Abkürzungsverzeichnis Abkürzungen:
Anhang A Anhang: Probleme durch die Tangentialflow-Filtration für die Fettsäureanalytik von Seston
Anhang B Publikationsliste:
Danksagung
Lebenslauf
Selbständigkeitserklärung

Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Picoplanktische Cyanobakterien und Algen, die als Futterorganismen für Daphnien dienten.
Tab. 2: Prozentanteile (Minima - Maxima) einzelner Fettsäuren an der Summe aller Fettsäuren des Sestons (< 30 µm) der Tsp. Bautzen (1997 - 1999) und des Großen Vätersees (GV) (1998 und 1999). n: Anzahl der gemessenen Proben; nd: nicht darstellbar; *: für Clusteranalyse verwandte Fettsäuren.
Tab. 3: Biomasseanteile des für Daphnien fressbaren Phytoplanktons der Tsp. Bautzen aus den Jahren 1997 bis 1999. +: = 20 %; ++: = 40 %; +++: = 60 %; ++++: = 80 %; +++++: = 100 % (nach Werten des Instituts f. Hydrobiologie der TU Dresden).
Tab. 4: Bestimmtheitsmaße (r2) von linearen Regressionen zwischen Fettsäure- [µg l-1] und POC-Konzentrationen [mg l-1] des Sestons (< 30 µm) für jede Messkampagne der Jahre 1997 - 1999. Bautzen: Tsp. Bautzen; GV: Großer Vätersee; n: Anzahl der Wertepaare je Regression; nd: nicht darstellbar.
Tab. 5: Bestimmtheitsmaße (r2) und Signifikanzniveaus (p) linearer Regressionen zwischen der POC-Konzentration [mg l-1] und dem spezifischen Fettsäuregehalt [µg mgC-1] des Sestons (< 30 µm) der Tsp. Bautzen (1997 - 1999) und des Großen Vätersees (GV) (1998 u. 1999). ns: nicht signifikant; *: p < 0,05; **: p < 0,001.
Tab. 6: Fettsäuremuster von Daphnia hyalina und der von ihr jeweils konsumierrten Nahrung. Fettsäuren als Prozent der Summe aller Fettsäuren; DHA: Docosahexaensäure; unident. 1 - 3: nicht identifizierte Fettsäuren 1 - 3.
Tab. 7: Prozentanteile (Minima - Maxima) einzelner Fettsäuren vonn der Summe aller Fettsäuren von Seston (< 30 µm) und adulten Daphnien der Tsp. Bautzen (5.5.1997 - 31.7.1997).
Tab. 8: Prozentanteile (Minima - Maxima) einzelner Fettsäuren an der Summe aller Fettsäuren von Seston (< 30 µm) und adulten Daphnien des Großen Vätersees 1998 und 1999. n: Anzahl der gemessenen Proben; nd: nicht darstellbar.
Tab. 9: Hauptkomponentenanalyse der prozentualen Fettsäureanteile von Seston (< 30 µm) und adulten Daphnien der Tsp. Bautzen von 1997 Kommunalitäten und Faktorenladungen der rotierten Komponentenmatrix der beiden Hauptkomponenten (PC 1, PC 2).
Tab. 10: Hauptkomponentenanalyse der prozentualen Fettsäureanteile von Seston (< 30 µm) und adulten Daphnien des Großen Vätersees von 1998 und 1999 Kommunalitäten und Faktorenladungen der rotierten Komponentenmatrix der drei Hauptkomponenten (PC 1, PC 2, PC 3).
Tab. 11: Spezifischer Fettsäuregehalt [µgFA mgC-1] der verfütterten Picoplankter.
Tab. 12: Konzentrationen verschiedener Fettsäuren [µg l-1] in der Nahrungssuspension bei unterschiedlichen Nahrungsorganismen und -konzentrationen.
Tab. 13: Hyperbolische Regressionen ( ) der Nahrungskonzentrationen der Picoplankter und der Wachstumsrate (g) von neonaten D. hyalina bei 5-tätgiger Versuchsdauer. gmax: maximale Wachstumsrate; r2: Bestimmtheitsmaß; n. s.: nicht signifikant; *: p < 0,05.
Tab. 14: Gelegegrößen der ersten vier Gelege und die Länge bei Versuchsende von D. hyalina. Die Versuchstemperatur war 10°C bzw. 20°C. Die Nahrungskonzentration zu Beginn eines Versuchs war 0,1 mgC l-1 (I) oder 1,5 mgC l-1 (II). Bei den mit b gekennzeichneten Versuchen wurde nach Anlage des dritten Geleges die Nahrungskonzentration auf 1,5 mgC l-1 erhöht (20°C I b) bzw. auf 0,1 mgC l-1 verringert (20°C II b). Die Versuche bei 10°C wurden nach Anlage der dritten Gelege abgebrochen.
Tab. 15: Zeitliche Abfolge [h] der Gelege von D. hyalina nach dem Start der Versuche (Zeitdifferenz seit dem vorigen Gelege [h]) mit Neonaten bei 12-stündigem (20°C) bzw. 24-stündigem (10°C) Untersuchungsintervall. Die Versuchstemperatur war 10°C bzw. 20°C. Die Nahrungskonzentration zu Beginn eines Versuchs war 0,1 mgC l-1 (I) oder 1,5 mgC l-1 (II). Bei den mit b gekennzeichneten Versuchen wurde nach Anlage des dritten Geleges die Nahrungskonzentration auf 1,5 mgC l-1 erhöht (20°C I b) bzw. auf 0,1 mgC l-1 verringert (20°C II b). Die Versuche bei 10°C wurden nach Anlage der dritten Gelege abgebrochen.
Tab. 16: Bestimmtheitsmaße (r2) und Signifikanzniveaus (p) linerarer Regressionen (y = ax + b) zwischen der Fettsäurekonzentration des Sestons (< 30 µm) [µg l-1] (FAses) bzw. der Eientwicklungszeit [d] (D) und der spezifischen Fettsäurekonzentration [µg Ind.-1] adulter D. hyalina aus dem Großen Vätersee von 1998 und 1999. Die Werte von p wurden durch eine ANOVA ermittelt.
Tab. 17: Lineare Regressionen (y = ax + b) zwischen spezifischem Fettsäuregehalt und der Gelegegröße von adulten D. hyalina im Großen Vätersee der Jahre 1998 und 1999. r2: Bestimmtheitsmaß; p: Signifikanzniveau (ANOVA).

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Synthesewege von Fettsäuren der omega6- bzw. omega3-Reihe ausgehend von Ölsäure (18:1omega9) [verändert nach Spector (1999)].
Abb. 2: Nahrungskonzentrationen von D. hyalina im Versuchsablauf. Die Versuche wurden bei 10°C und 20°C durchgeführt. Die Versuche bei 10°C wurden nach der Anlage der dritten Gelege abgebrochen. Ia - IIb: Bezeichnung des Versuchsansatzes; Dünne Linien: 0,1 mgC l-1; dicke Linien: 1,5 mgC l-1.
Abb. 3: Clusteranalyse (nach quadriertem Euklidischem Abstand) der Fettsäuremuster des Sestons (< 30 µm) der Tsp. Bautzen und des Großen Vätersees der Jahre 1998 und 1999.
Abb. 4: Bestimmtheitsmaße linearer Regressionen der Fettsäuremuster des Sestons (< 30 µm) aus der Tsp. Bautzen von 1997 - 1999.
Abb. 5: Bestimmtheitsmaße linearer Regressionen der Fettsäuremuster des Sestons (< 30 µm) aus dem Großen Vätersee 1998.
Abb. 6: Bestimmtheitsmaße linearer Regressionen der Fettsäuremuster des Sestons (< 30 µm) aus dem Großen Vätersee 1999.
Abb. 7: Prozentanteile der Phytoplanktonbiomasse (< 30 µm) aus dem Großen Vätersee von 1998 (a) und 1999 (b)(Gervais, Alfred Wegener Institut, Bremerhaven, unveröff. Daten).
Abb. 8: Cryptophyceenbiomasse [µgC l-1] im Großen Vätersee 1998: Berechnet auf der Basis mikroskopischer Abundanzbestimmung (gestrichelte Linie). Berechnet auf Grundlage der Konzentrationen von Eicosapentaen- (EPA) (volle Quadrate) bzw. Docosahexaensäure (DHA) (leere Quadrate) im Seston (< 30 µm).
Abb. 9: Verhältnis der Öl- (18:1omega9) und Vaccinsäurekonzentrationen (18:1omega7) des Sestons (< 30 µm) aus dem Großen Vätersee von 1998 (Quadrate) und 1999 (Dreiecke).
Abb. 10: Spezifischer Fettsäuregehalt [µg mgC-1] (Kreise) und Konzentration des partikulären organischen Kohlenstoffs (POC, Quadrate) des Sestons (< 30 µm) aus der Tsp. Bautzen 1997 (a), 1998 (b) und 1999 (c) und des Großen Vätersees 1998 (d) und 1999 (e). (POC-Werte der Tsp. Bautzen aus dem Institut für Hydrobiologie, TU Dresden).
Abb. 11: Plot der ersten beiden Hauptkomponenten (PC 1, PC 2) einer Hauptkomponentenanalyse der Prozentanteile einzelner Fettsäuren von der Summe aller Fettsäuren des Sestons (< 30 µm) (volle Kreise) und adulten D. galeata (leere Kreise) aus der Tsp. Bautzen 1997.
Abb. 12: Plots der ersten drei Hauptkomponenten (PC 1, PC 2, PC 3) einer Hauptkomponentenanalyse der Prozentanteile einzelner Fettsäuren der Summe aller Fettsäuren von Seston (< 30 µm) und adulten D. hyalina aus dem Großen Vätersee 1998.
Abb. 13: Plots der ersten drei Hauptkomponenten (PC 1, PC 2, PC 3) einer Hauptkomponentenanalyse der Prozentanteile einzelner Fettsäuren der Summe aller Fettsäuren von Seston (< 30 µm) und adulten D. hyalina aus dem Großen Vätersee 1999.
Abb. 14: Zeitlicher Verlauf verschiedener Parameter des Sestons (< 30 µm) im Großen Vätersee 1998: a: Partikulärer organischer Kohlenstoff (POC; volle Rauten), molares Verhältnis von Kohlenstoff zu Phosphor (C/P; leere Rauten). b: Summe der aller Fettsäuren (S FA; Quadrate), alpha-Linolen- (18:3omega3; HUFA; Rauten) und Eicosapentaensäure (20:5omega3; HUFA; Dreiecke).
Abb. 15: Wachstumsversuche mit neonaten D. hyalina gefüttert mit natürlichem Seston (< 30 µm) aus dem Großen Vätersee 1998 a: Biomasse-Wachstumsraten (g) Fehlerbalken: SE (Standardfehler) b: Anteil Eier tragender Tiere (REC; weiß) und deren Gelegegrößen (schwarz) bei Versuchsende.
Abb. 16: Hyperbolische Regressionen () der Konzentrationen von Aphanothece sp. (a), C. minor (b) und N. limnetica (c) und der Wachstumsrate (g) von neonaten D. hyalina bei 5-tätgiger Versuchsdauer. Gestrichelte Linie: Maximale Wachstumsrate (gmax); Fehlerbalken: SE (Standardfehler).
Abb. 17: Anteil Eier tragender Tiere (REC)(a) und Gelegegrößen (b) zum Ende der Wachstumsversuche mit unterschiedlichen Nahrungskonzentrationen verschiedener Picoplankter, die an neonate D. hyalina verfüttert wurden.
Abb. 18: Fettsäurekonzentration des Sestons (< 30 µm) im Großen Vätersee 1998.
Abb. 19: Gelegegröße (Dreiecke), spezifischer Fettsäuregehalt [µg Ind.-1] (Quadrate) und Eientwicklungszeit [d] (Kreise) adulter D. hyalina im Großen Vätersee 1998 und 1999.
Abb. 20: Boxplots der Länge Eier tragender D. hyalina im Großen Vätersee 1998 und 1999. Linie in der Box: Median; eine Box umfasst ohne 50 % und mit den Schwänzen 75 % der Messwerte; Punkte: Ausreisser.
Abb. a1: Chromatogramme der Fettssäuremethylester vom Seston (< 30 µm) im Großen Vätersee am 12.5.99. mit (a) und ohne (b) Tangentialflow-Filtration; IS: interner Standard (23:0); Pfeile: Phthalat-Peaks.
Abb. a2: Clusteranalyse der Seston-Fettsäuremuster aus dem Großen Vätersee von 1999. Die mit * gekennzeichneten Termine sind die mit Tangentialflow-Filtration angereicherten Proben. Die Termine der nur über Glasfaserfilter angereicherten Proben sind nicht gekennzeichnet.

© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.

DiML DTD Version 2.0
Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML - Version erstellt am:
Tue Aug 20 10:21:44 2002