Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

288

GROWTH AND MORTALITY RATES OF HIGH-DNA AND LOW-DNA-BACTERIA 

IN SURFACE AND DEEP CHLOROPHYLL MAXIMUM LAYERS

Renate Scharek

1,2*

and Mikel Latasa

1

1

Institut de Ciencies del Mar (ICM, CSIC), Passeig Marítim de la Barceloneta, 37-49, E-08003 Barcelona, Spain 

2

Instituto Español de Oceanografía (IEO) Centro Oceanográfico de Gijón, Avda. Principe de Asturias, 70 bis E-33212 Gijón, Spain

* rscharek@icm.csic.es

Abstract

Protozoan grazing on marine heterotrophic bacteria was measured in summer 1999 in northwestern Mediterranean coastal waters. Serial

dilution experiments were performed with water of the surface and deep chlorophyll maximum layer (DCM). Measured growth and

grazing rates indicate that high-DNA-bacteria being the most active component of the bacterial community in the surface layer, not only

with respect to production but also as a prey for grazers. However, this tendency was not observed in the DCM, insinuating profound

differences between both habitats in structure and functioning of the respective bacterial populations and microbial networks.

Key words: microbial foodwebs, dilution experiments, ?ow cytometry

Introduction

Heterotrophicbacteria constitute a fundamental component in

marine planktonic microbial foodwebs and in dynamics of marine

carbon ?uxes (1). Bacterial productivity and mortality are key

parameters to understand their population dynamics and therefore, the

role of bacteria in biogeochemical processes and ecosystem

functioning. One approach to measure bacterial net growth and

mortality by bacterivory is to modify the encounter rates between

predator and prey applying the dilution method (2), which

manipulates the microbial community as a whole. Flow cytometrical

measurements combined with nuclear staining allow to obtain

indications about the DNA content of bacterial populations (3). This

parameter can give information about distinct assemblages and/or

their physiological status. We combined both methods in order to

measure growth and grazing rates for heterotrophic bacterial

populations during a cruise along the northwestern Mediterranean

coast (Catalunya, Spain). Our results provide new insights into the

growth dynamics of bacterial populations and how they are affected

by grazing in distinct habitats of the water column.

Material and methods

During the cruise ARO-2000 (May 30 - June 9, 2000) growth and

grazing rates were determined with the seawater dilution method at

stations situated in the frontal slope-edge-current. Eight experiments

were done with water from the surface (5m) and four experiments

with water from the DCM. Water was obtained by means of a

modified 30 L Niskin

®

bottle. Temperature and light conditions were

simulated on deck with a cooling system and a blue Plexiglas

incubator.

High and low-DNA-bacteria were quantified ?ow-cytometrically

after staining with DNA stain Syto 13 (Molecular Probes).

Significance of differences of calculated growth and grazing rates

between high and low-DNA-bacteria from the surface and DCM was

tested with the t-test (4). 

Results and discussion

A freshened surface current in the frontal zone extended to about 10

m, and sometimes 20 m, depth carrying water in?uenced by the

Rhone river. Between 5 m and DCM depth, a temperature decrease of

5 to 6°C was measured. The DCM was located between 40 and 70 m

and coincided with the lowest part of the thermocline. Chlorophyll

?uorescence intensities were between 3 and 22 times higher in the

DCM than in the surface layer. 

Concentrations of total bacteria at the beginning of the experiments

ranged between 0.8 and 2.5 10

6

ml

-1

in the surface and between 1.2

and 1.7 10

6

ml

-1

in the DCM. In the surface layer, proportions of high-

DNA-bacteria to total bacterial concentrations varied between 34 and

55%. In the DCM, the high-DNA-bacteria proportions were slightly

lower (39 to 47%). 

Bacterial concentrations at the end of the experiments did not differ

considerably from the ones at the beginning indicating a match

between growth and grazing. 

Intrinsic total bacterial growth rates ranged from 0.44 to 1.64 d

-1

in

the surface and from 0.49 to 1.19 d

-1

in the DCM. Average grazing

rates on the bacterial community ranged from 0.74 to 1.29 d

-1

in the

surface and from 0.32 to 1.02 d

-1

in the DCM. Different rates were

measured for high-DNA and low-DNA-bacteria populations. In the

surface, average grazing and growth rates of high-DNA-bacteria were

twice as high as those of low-DNA-bacteria. In the DCM, the

opposing trend was apparent: average grazing rates on high-DNA-

bacteria were about a third of the rates on low-DNA-bacteria and

average intrinsic growth rates were about half. 

Average grazing rates on high-DNA-bacteria were nearly four

times higher in the surface than in the DCM and average intrinsic

growth rates were nearly three times higher. Average grazing rates on

low-DNA-bacteria and their growth rates were higher in the DCM

compared to the surface, however, not significantly (Fig.1). 

Fig. 1. Growth and mortality rates of high-DNA and low-DNA-bacteria in

the surface and the DCM. Indicated are arithmetic means and one stan-

dard deviation.

A strong coupling between intrinsic growth and grazing rates was

observed in both layers and in both bacterial fractions. As a result,

bacterial concentrations and proportions between high-DNA and low-

DNA-bacteria remained more or less the same. 

Our observations provide evidence for the hypothesis that high-

DNA-bacteria are the most active component of the bacterial

community (5). Nevertheless this trend presented itself only in the

surface layer, as in the DCM the opposing tendency was apparent.

Besides the measured differences in bacterial growth and mortality

rates, the properties of the different layers, coastal river-plume at the

surface versus typical oceanic DCM, insinuate distinct phylogenetic

affiliations of the bacterial populations and dissimilarities of the

microbial foodwebs.

References 

1-Pomeroy L.R., 1974. The ocean´s food web, a changing paradigm.

BioScience, 24: 499-504.

2-Landry, M.R., and Hasset, R.P. 1982. Estimating the grazing impact of

marine microzooplankton. Marine Biology, 67: 283-288. 

3-Li W.K.W., Jellett J.F., and Dickie P.M., 1995. DNA distributions in

planktonic bacteria stained with TOTO or TO-PRO. Limnol. Oceanogr.,

40: 1485-1495.

4-Sokal R.R., and Rohlf F.J. 1981. Biometry. W.H. Freeman and

Company, New York: 859 p. 

5-Gasol J.-M., Zweifel U.L., Peters F., Fuhrman J. A., and Hagström A.,

1999. Significance of size and nucleic acid content heterogenity as

measured by ?ow cytometry in natural planktonic bacteria. Appl. Environ.

Microbiol., 65: 4475-4483.