Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

277

HIGHLY ACTIVE BACTERIA IN THE SURFACE WATERS 

OF THE GULF OF TRIESTE (NORTHERN ADRIATIC SEA)

A. Karuza*, P. Del Negro, A. Paoli, S. Comisso, S. Fonda Umani

Laboratory of Marine Biology, Via Auguste Piccard 54, 34010 Trieste, Italy

Abstract

In this study we examined the metabolically active fraction of bacterial community in surface waters of the Gulf of Trieste using the CTC

incubation method technique. The results suggested that the CTC+ cells are not responsible for the bulk of bacterial activity. The method

seems to be adequate to detect only the cells with very active metabolism but not the cells in a transitory metabolic state. Therefore the

CTC reduction assay should be viewed and interpreted as an efficient method for identifying the most highly active cells in

bacterioplankton populations or assemblages.

Keywords: CTC, active bacteria, Gulf of Trieste

In the bulk of bacterial community there are at least three categories

of cells that should be of biogeochemical relevance: i) actively

growing cells which contribute to production and biomass ii) living

but inactive cells and iii) dead and inactive cells. Although

discrimination among these three cellular categories remains unclear

(1), some methods have been suggested to determine the fraction of

actively growing cells in complex assemblages.

For the purpose of our study we choose the CTC incubation

method, a simple and fast technique to determine the number of

bacteria that have measurable rates of electron transport system and

therefore an active respiration.

Surface (0.5 m) water samples were bimonthly collected in a

coastal station of the Gulf of Trieste from June 2002 to April 2003.

Total bacteria abundances were determined using DAPI staining

method (2), while metabolically active cells were detected using a

CTC incubation technique (3). Bacterial Carbon Production (BCP)

was determined by 

3

H-leucine and 

3

H-thymidine incorporation (4).

Dissolved Organic Carbon (DOC) concentration was assessed by high

temperature catalytic oxidation (5). Rates of oxygen utilization were

calculated from changes in dissolved oxygen concentration, using the

Winkler method, over a 24 h period in samples incubated in the dark

and in situtemperature. Temperature data were obtained by a Idronaut

Ocean Seven (Model 316) multiparametric probe.

Bacterial abundances ranged between 2.51 x 10

8

and 4.78 x 10

9

cells L

-1

whereas the number of active cells (CTC+) ?uctuated from

1.72 x 10

6

to 9.92 x 10

7

cells L

-1

. The percentage of CTC+ bacteria

ranged between 0.03 and 7.41%. The abundance of CTC+ cells was

strongly correlated to total bacterial numbers and, better than with

total bacteria, it showed strict relationships with temperature and

substrate availability, evaluated as DOC concentration. On the

contrary, bacterial production, measured as 

3

H-leucine and 

3

H-

thymidine incorporation, were correlated to total number of bacteria

only (Tab.1). Respiration rate within the plankton community

resulted strongly correlated to total number of bacteria where the

active fraction only partially support the respiration process. 

Setting aside methodological differences, our results, like those of

many other authors (e.g. 6), show that not all bacteria are

metabolically active and that the water temperature appears to have

had a profound effect on the pattern of induction of respiration

activity. The statistical dependence between CTC+ bacteria and DOC,

could have been caused solely by the increase in temperature which is

also usually the controlling factor in the phenomena involved in the

production of autochthonous organic matter readily assimilable by

bacteria.

Although it could seem surprisingly because of the principle of the

CTC method based on detecting cell respiratory activity characteristic

for growing cells, oxygen consume rate and BCP had better statistical

relationships with total bacteria abundances rather than active cells,

contrarily to the results of Smith (7). This could concern a limit of the

method that detects only the cells with very active metabolism but not

the cells in a transitory state, between CTC+ and CTC-, that

contribute to the total respiration measured and therefore the CTC

reduction assay should be viewed and interpreted as identifying the

most highly active cells in bacterioplankton populations or

assemblages. Indeed, the level of cell activity is what determines the

detectability of respiring cells, since even bacteria in a starvation

survival state must sustain certain functions.

Table 1. Parameters of linear regression analysis.

References

1-Gasol J.M., Zweifel U.L., Peters F., Fuhrman J.A. and Hagstrom A.,

1999. Significance of size and nucleic acid content heterogeneity as

measured by ?ow citometry in natural plankton bacteria. Appl. Environ.

Microbiol.,65: 4475-4483.

2-Porter K.G. and Feig Y.S., 1980. The use of DAPI for identifying and

counting aquatic micro?ora. Limnol. Oceanogr.,25: 943-948.

3-Rodriguez G.G., Phipps D., Ishiguro K. and Ridgeway H.F., 1992. Use

of a ?uorescent redox probe for direct visualization of actively respiring

bacteria. Appl. Environ. Microbiol., 58: 1801-1808.

4-Smith D.C. and Azam F., 1992. A simple, economical method for

measuring bacterial protein synthesis rates in sea water using 3H-leucine.

Mar. Microb. Food Webs, 6: 107-114.

5-Sugimura Y. and Suzuki Y., 1988. A high-temperature catalytic

oxidation method for the determination of non-volatile dissolved organic

carbon in seawater by direct injection of a liquid sample. Mar. Chem.,24:

105-131.

6-Jugnia L.B., Debroas R.D., Sime-Ngando T. and Devaux J., 2000.

Variations in the number of active bacteria in the euphotic zone of a

recently ?ooded reservoir. Aquat. Microb. Ecol.,22: 251-259.

7-Smith E.M., 1998. Coherence of microbial respiration rate and cell-

specific bacterial activity in a coastal planktonic community. Aquat.

Microb. Ecol., 16: 27-35.