Phytoplankton and Primary Production

1. 1. Diatom Phytoplankton and Primary Production • พืชกลุ่มหลักในมหาสมุทรคือ Unicellular algae • Phytoplankton อยู่ได้ในทุกบริเวณของมหาสมุทรที่มีแสง Dominant phytoplankton in the ocean • กลุ่ม Bacillariophyceae • เป็นกลุ่มเด่นในเขต Temperate & High Latitudes

2. มีทั้งแบบที่ต่อกันเป็นสายหรือเกาะกลุ่ม มีทั้งแบบที่ต่อกันเป็นสายหรือเกาะกลุ่ม • ทุกชนิดมี external skeleton (frustules) mucilaginous threads, spines • Unicellular 2 - 1000 micron

3. (1) Pennate form รูปร่างยาว มักอยู่ตามพื้น Nitzschia • Diatom มี 2 กลุ่มหลัก ๆ รูปร่างกลม ส่วนใหญ่เป็นแพลงก์ตอน (2) Centric form

4. Thalassiosira Skeletonema Cosinodiscus Chaetoceros

5. มีการเกาะกันเป็นกลุ่ม, ต่อกันเป็นสาย • Diatom ไม่มีโครงสร้างใช้ในการเคลื่อนที่ Turbulence • มีกระบวนการต่อสู้กับการจมตัว • มีขนาดตัวเล็ก • มี ionic regulation • เก็บสะสม oil • อัตราการจมตัว : Living cells 0 - 30 m/day • Dead cells เร็วกว่าปกติ 2 เท่า

6. (1) Asexual • การสืบพันธุ์ • ประชากรเพิ่มรวดเร็วใน • Optimal condition • Cells มีขนาดเล็กลง

7. Auxospore Resting spore (2) Sexual

8. 2. Dinoflagellates • กลุ่ม Pyrrophyceae • Unicellular algae / Single cell • มี flagella 2 เส้น • การดำรงชีวิต • Autotroph • Heterotroph • Mixotroph • Parasite / Symbiotic

10. Theca = ผนังเซลล์ที่เป็น Cellulose แข็ง • จำแนกเป็น 2 กลุ่มหลัก (1) กลุ่มที่มี Thecate (2) กลุ่มที่ไม่มี Thecate

11. (1) Desmophyceae • ทางอนุกรมวิธานแบ่งเป็น 2 กลุ่ม คือ มี 2 flagella ที่ Anterior end Cell wall มี 2 longitudinal valves และแยกกันช่วง asexual division Prorocentrum

12. (2) Dinophyceae • กลุ่มที่มี Thecate • Cell แบ่งเป็น Anterior • & Posterior โดยร่อง • (transverse groove = girdle) • Flagella 1 จะยาว ออกจากด้าน Posterior • Flagella 2 จะพันรอบ cell ใน girdle • Cell wall แบ่งเป็น cellulose plate หลายแผ่นมีรู, spine เล็กๆ

13. Ceratium, Protoperidinium, Gonyaulax, and Dinophysis

14. การสืบพันธุ์ปกติเป็น Asexual • การสืบพันธุ์แบบ Sexual เกิดในบางชนิด • มักชุกชุมช่วง Summer & Autumn ตามการ bloom ของ Diatom เพราะปรับตัวได้ดีในที่แสงน้อยและธาตุอาหารต่ำ

15. Phytoplankton Blooms • สภาวะที่แพลงก์ตอนพืชเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจาก • มีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม • เมื่อเกิดการ Bloom จะเกิดการย่อยสลาย Organic materials • โดย bacteria ทำให้ออกซิเจนลดลงและปลาตายได้ • อาจมีสาเหตุมากจาก Alexandrium, • Pyrodinium, and Gymnodinium • มีการสร้างพิษ Neurotoxin • (=Saxitoxin)

16. Toxic Dinoflagellates จะถูกกินโดย Zooplankton, • Filter-feeding shellfish: Clams, Mussels, Scallops, and • Oysters

17. (3.1) Coccolithophorids • มี external shell เป็น calcareous plates ขนาดใหญ่ • = Coccoliths 3. Other Phytoplankton • Unicellular algae / Nanoplankton

18. มี 2 flagella • มี life cycle แบบ Alteration คือมีช่วง Non-motile stage • สืบพันธุ์โดยการแบ่งเซลล์ตามแนวยาว

19. Isochrysis Prymnesium Phaeocystis • กลุ่มที่ใกล้เคียงกันคือ Prymnesiophyceae

20. มี internal skeleton จาก Siliceous spicules (3.2) Silicoflagellates • Chrysophyceae (Golden-brown algae) • ขนาด 10 – 250 micron • มักพบชุกชุมบริเวณน้ำเย็น

21. : Oscillatoria • Single cell มีการเกาะกันเป็น • สายโซ่ยาวหรือเป็นมัดขนาดใหญ่ (3.3) Others • ส่วนใหญ่มักมีขนาดเล็ก ไม่มีเปลือก มี flagella • กลุ่มใหญ่ที่สุด มีขนาดเล็กที่สุด = Cyanophyceae; • Cyanobacteria • มี Nitrogen fixation

22. : Synechococcus • Picoplankton • มี Nitrogen fixation

23. Photosynthesis and Primary Production • Phytoplankton เป็น Primary producer หลักในน้ำ • Plant tissue ที่ถูกสร้างขึ้น = Primary production • สมการ Photosynthesis & Respiration

24. Algae จะใช้ CO2 ในรูป free dissolved CO2, Bicarbonate, • and Carbonate ions • พลังงานแสงถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีเพื่อขับเคลื่อน • กระบวนการนี้โดย Photosynthetic pigments : Cholrophyll a Cholrophyll b Cholrophyll c Cholrophyll d Dominant Pigment Accessory Pigment : Carotenes, Xanthophylls, and Phycobilins

25. ธาตุอาหารที่จำเป็น Dissolved nitrate, nitrite, and ammonia • Nitrogen Dissolved inorganic form (Orthophosphate ions) Dissolved organic phosphorus • Phosphorus Dissolved silicon • Silica Auxotrophs • Vitamin

26. Method and Measuring Biomass and Primary Productivity • Standing stock : จำนวนสิ่งมีชีวิต / หน่วยพ.ท.หรือปริมาตร • Biomass : นน.รวม (จำนวนทั้งหมด*นน.เฉลี่ย) • การศึกษา Biomass • การหาปริมาตร Phytoplankton • การหาปริมาณ Chlorophyll a

27. Primary productivity : อัตราการผลิต primary production • หาได้จาก14 C Method Radioactive carbonate (HCO3-) ขวดมืด = R ขวดสว่าง = P + R • การหาปริมาณ Chlorophyll concentration • Remote sensing

29. Radiation and Photosynthesis Compensation point = จุดที่ R = P • ปริมาณแสงมีผลต่อทั้งปริมาณและอัตรา Photosynthesis • อย่างมาก Ic = Compensation light intensity Pmax = การสังเคราะห์แสงมีค่าสูงที่สุด

30. Gross primary productivity (Pg) = Total photosynthesis Net primary productivity (Pn) = Pg - R

31. P/ I แสดงความสามารถของเซลล์ : ถ้าชันแสดงว่าใช้แสงน้อยแต่มีอัตราการสังเคราะห์แสงสูง KI = Half – saturation constant = ความเข้มแสงที่ทำให้ได้ครึ่งของ Pmax Pmax และ KIของสาหร่ายแต่ละชนิดและแต่ละที่จะแตกต่างกัน

32. พื้นที่ ABCD เป็น materials ที่พืชใช้ Res พื้นที่ ACE เป็น materials ที่พืชสร้างจาก Photosynthesis Critical depth = ความลึกที่ Pw = Rw (ประชากรแพลงก์ตอนพืช) Depth of mixing = ความลึกที่น้ำ มีการผสมกันดี (แพลงก์ตอนลงไปถึง)

33. ถ้า Dcr < Dm ไม่มี Net Production ถ้า Dcr > Dm มี Net Production

34. The effect of nutrient on growth rate • Productivity เป็นค่าที่ใช้เปรียบเทียบ Photosynthesis • ในบริเวณต่าง ๆ • การเพิ่มขึ้นของจำนวนเซลล์ใช้ในการเปรียบเทียบ growth rate ได้ สำหรับ Unicellular organisms จะเป็นสมการ exponential ดังนี้ Xo = จำนวนเซลล์เมื่อเริ่มต้น X = จำนวนเซลล์ที่เพิ่มขึ้นในเวลา t  =growth constant ของประชากร/หน่วยเวลา

35. Doubling time : เวลาที่ประชากรใช้เพิ่มจำนวนขึ้น 100 % : Xt = Xo + X • เวลาที่ใช้จาก Xo เพิ่มจำนวนเป็น 2 เท่า (d) • Generation time : จำนวนรุ่น/วัน

36. Nutrient มีผลต่อ growth constant ()  = growth rate (time-1) ที่ Nutrient ความเข้มข้นหนึ่ง [N] max =Maximum growth rate KN = Half-saturation constant ของ nutrient ที่ uptake (1/2 max )

37. ปกติ Mg, Ca, K, Na, SO4, Cl มักมีปริมาณเพียงพอต่อ • Growth rate • CO2อาจเป็นปัจจัยจำกัดในทะเลสาบ • Essential inorganic substances: N, P, Si, Fe, Mn • เนื่องจากมีความเข้มข้นต่ำจึงเป็น Limiting factor ต่อ • Plant production Phytoplankton แต่ละชนิดมี KN (Specific half-saturation conc.) ในการ uptake nutrient ต่างกัน และมี max (Maximum growth rate) ต่างกันทำให้แต่ละที่ มีชนิด Phytoplankton ต่างกัน

39. ในสภาพปกติในน้ำจะมี limiting nutrient หลายตัว และมีความแตกต่างของปัจจัยทางกายภาพซึ่งมีผลต่อ growth rate ทำให้เกิดการอยู่ร่วมกันของ Phytoplankton หลายชนิด (coexistence)

40. 1 2

41. ในกรณีที่ Nu ทั้งสองไม่จำกัด Sp. Dominace จะถูกกำหนดโดย • max ของแต่ละ sp. • บริเวณที่มี Nu สูงมาก หรือ ต่ำมากจะมีความหลากหลายต่ำ

42. Oligotrophic : Nu ต่ำ productivity ต่ำ • Chlo อยู่ในช่วง ต่ำกว่า 0.05 – 0.5 g/l 2. Mesotrophic : intermediate characteristics 3. Eutrophic : Nu สูง ความหนาแน่นของ Phytoplankton สูง Chlo อยู่ในช่วง 1 - 10 g/l • Eutrophic มักพบ Phytoplankton 1 – 2 ชนิดที่โตเร็ว • (r-selected sp.) • Oligotrophic มักพบ K-selected sp. แข่งกันมาก