Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

296

INFLUENCE OF SMALL INCREASES IN TEMPERATURE ON PLANKTONIC BACTERIAL CARBON USE

IN THE BLANES BAY (COASTAL NW MEDITERRANEAN)

Evaristo Vázquez-Domínguez*, Josep M. Gasol, Dolors Vaqué and Marta Estrada.

Institut de Ciències del Mar, CMIMA-CSIC, Passeig Marítim de la Barceloneta 37-49, Barcelona, Spain

Abstract

Bacterial production (BP) and respiration (BR) were measured seasonally in a Mediterranean coastal area (Blanes Bay) at two

temperatures: ambient temperature (TA) and about two degrees above that temperature (T+2). Seawater samples were filtered through 0.8

µ

m to obtain a predator-free bacterioplankton assemblage and incubated for 48 hours at both temperatures. From production and

respiration rates we derived bacterial growth efficiency (BGE). Production and respiration rates were positively affected by the increase in

temperature, while BGE remained unchanged. Therefore, small increases of temperature might increase the amount of carbon passing

through bacteria.

Keywords: Bacterial production. Bacterial respiration. Bacterial growth efficiency. Temperature.

Introduction

Due to human industrialization and deforestation the concentration

of CO

2

has increased in the atmosphere [1], and this is expected to

lead to an increase in Earth’s average temperature of ~ 2.5 ºC in a

century [2]. Temperature has an extremely important in?uence on

biological processes such as bacterial production and respiration [3,

4]. As microbes are relevant actors in the transfer of carbon in aquatic

ecosystems [5], there is an increasing interest in the effect of small

temperature increases on microbial plankton [6]. The objective of this

study is to test the effect of small increases in temperature (ca. 2ºC)

on bacterial carbon use and growth efficiency in an oligotrophic

coastal system (NW Mediterranean) and its implications for the

planktonic carbon cycle.

Methodology

Experiments were done monthly (March-August 2003) with

subsurface seawater collected from a fixed station in Blanes bay (41º

39’N, 2º 48’E), over 15 m depth and about half mile offshore.

Seawater temperature was determined with a calibrated thermometer,

and 25 liters were pre-filtered through 200 

µ

m, placed on a carboy,

and transported to the laboratory. The samples were then filtered

through 0.8 

µ

m (AAWP, Millipore), bacterial production rates

determined by 

3

H-Leucine uptake [8] and converted to bacterial

carbon with a standard factor of 3.1 Kg C mol

-1

. Filtered water was

also distributed in 48 borosilicate glass bottles (ca. 130 ml), of which

8 were immediately fixed with Winkler reagents (t0). The remaining

bottles were placed in two temperature-controlled chambers, set at

ambient temperature (TA) and ~ 2 degrees above this temperature

(T+2). At 24 and 48 hours we fixed the remaining 40 bottles, 10 each

time for each temperature. Dissolved oxygen was determined with an

automatic titrator based on potentiometric endpoint detection [7].

Respiration rates were obtained by linear regression of oxygen

concentration vs. time, and were transformed to carbon units

assuming a respiration quotient of 1. Bacterial carbon use is BP+BR

and bacterial growth efficiency (BGE) is BP/(BP + BR) [9].

Results and discussion

Seawater temperature varied twelve degrees in Blanes bay, between

13 ºC in March and 25 ºC in August. Initial bacterial productions

varied between 1.3 

µ

g C l

-1

d

-1

in June and 150 

µ

g C l

-1

d

-1

in July,

increasing exponentially at 24 hours during the incubations and

showing a clear shift-up in the T+2 samples (Fig. 1), The average

increase of bacterial production ((BP

TA

- BP

T+2

)/ BP

TA

) was 36 (±

12) %. BP’s at both temperatures were positively correlated, BP

T+2 

=

15.3 (±20.3) + 1.1 (±0.1) BP

TA

(n = 18, r

2

= 0.8, p< 0.01).

Respiration rates at ambient temperatures varied between 9.2 

µ

g C l

-1

d

-1

in May and 102.1 

µ

g C l

-1

d

-1

in March. The average increase of

respiration rates at the higher temperature was 27 (±11) %. Both

respiration rates were significantly related, BR

T+2 

= 3.2 (±2.7) + 1.1

(±0.05) BR

TA

(n = 18, r

2

= 0.99, p< 0.01). Finally, bacterial growth

efficiencies varied between 4.7 and 95 %, , and were not in?uenced

by the small increase in temperature, BGE

T+2 

= 4.5 (±3.7) + 0.95

(±0.05) BGE

TA

(n = 18, r

2

= 0.95, p< 0.01). Adding the values up, it

can be calculated that a small temperature increase could enhance

bacterial carbon use by near a 60 %.

We obtained experimental data that agree with modeling studies in

which small increases in temperature had a positive effect on bacterial

production, respiration and carbon demand [3, 4], but no in?uence on

BGE [9]. Therefore, small changes in temperature will have an effect

on the microbial components of aquatic systems [6] significantly

increasing the amount of carbon processed by bacteria.

Fig. 1. Average increase in BP and BR at time 0, 24 and 48 hours (BP,

gray columns) and during 48 hours (BR, black column).

Acknowledgments

This research was funded by RED2002, REN2001-0588/ANT and

EVK3-CT-2002-00078 BASICS. Special thanks to J. Pinhassi and L.

Alonso for help in the rad-lab.

References

1-Siegentaler U. and Sarmiento J.L. Atmospheric carbon dioxide and the

ocean. Nature, 365: 119-125.

2-Houghton J., 1997. Global warming: the complete briefing. 251 pp. In:

Houghton J. (ed.), Cambridge University Press. Cambridge, U.K.

3-Pomeroy L.R. and Wiebe W.J., 2001. Temperature and substrates as

interactive limiting factors for marine heterotrophic bacteria. Aquat.

Microb. Ecol.,23: 187-204.

4-Rivkin R.B. and Legendre L., 2001. Biogenic carbon cycling in the

upper ocean: Effects of microbial respiration. Science, 291: 2398-2400.

5-Azam F., Fenchel T., Field J.G., Gray J.S., Meyer-Reil L.A., Thingstad

F., 1983. The Ecological Role of Water-column Microbes in the Sea. Mar.

Ecol. Prog. Ser., 10: 257-263

6-Petchey O.L., McPhearson P.T., Casey T.M., Morin P.J., 1999.

Environmental warming alters food-web structure and ecosystem

function. Nature, 402: 69-72.

7-JGOFS. (Joint Global Flux Study) 1994. Protocols for the JGOFS core

measurement. In: Knap A., Michaels A., Close A., Ducklow H., Dickson

A. (eds.) JGOFS Rep. No 19.

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

measuring bacterial protein synthesis rates in seawater using 

3

H-leucine.

Marine Microbial Food Webs, 6: 107-114.

9-del Giorgio P.A. and Cole J.J., Bacterial growth efficiency in natural

aquatic systems. Annu. Rev. Ecol. Syst.,29: 503-541.