Desiccation and temperature tolerance of green and red Haematococcus lacustris (Chlamydomonadales, Chlorophyta) akinetes

Abstract

The green freshwater alga Haematococcus lacustris is known as a natural source of a powerful antioxidant called astaxanthin. This secondary carotenoid is mainly formed in the thick- walled, resistant akinetes, thanks to which H. lacustris survives various unfavourable environmental conditions. In this study, we investigated the desiccation tolerance of akinetes. To monitor the physiological response of cells to stress, we used the method of measuring the effective quantum yield of photosystem II. First, we compared the desiccation tolerance of green and red akinetes at different desiccation rates. Both types of akinetes survived even the fastest desiccation at 10% relative humidity. By observing the ultrastructure of green and red akinetes using transmission electron microscopy, we found that the high resistance of akinetes is mainly due to the thick cell wall. In the following experiments, we examined the desiccation tolerance of red akinetes under extreme conditions in more detail. The akinetes survived desiccation for 12 weeks and short-term exposure to temperatures of -80 řC and 55 řC. In contrast, non-desiccated akinetes tolerated freezing better than exposure to high temperatures. Desiccation of akinetes may therefore serve as a means of survival on hot days. Our study has deepened our...

Haematococcus lacustris je zelená sladkovodní řasa známá především jako přírodní zdroj silného antioxidantu astaxanthinu. Tento sekundární karotenoid je tvořen především v tlustostěnných odolných akinetách, díky kterým H. lacustris přežívá různé nepříznivé podmínky prostředí. V této studii jsme zkoumali odolnost akinet vůči vysychání. Pro sledování fyziologické odpovědi buněk na stres jsme využili metodu měření efektivního kvantového výtěžku fotosystému II. Nejprve jsme porovnávali desikační toleranci zelených a červených akinet při různých rychlostech vysychání. Oba typy akinet přežily i nejrychlejší vysychání při 10% relativní vzdušné vlhkosti. Sledováním ultrastruktury zelených i červených akinet pomocí transmisní elektronové mikroskopie jsme zjistili, že je vysoká odolnost akinet způsobena především silnou buněčnou stěnou. V následující sérii pokusů jsme podrobněji zkoumali desikační toleranci červených akinet v extrémních podmínkách. Akinety přežily i vysušení po dobu 12 týdnů a krátkodobé vystavení teplotám -80 řC a 55 řC. Oproti tomu nevysušené akinety snášely zmrznutí lépe než působení vysokých teplot. Desikace akinet tudíž může sloužit jako způsob pro přečkání horkých dní. Výsledky naší studie prohloubily porozumění desikační tolerance akinet H. lacustris, která je pravděpodobně zásadní...