Research paper

Growth rate, protein:RNA ratio and stoichiometric homeostasis of submerged macrophytes under eutrophication stress

Taux de croissance, rapport protéines : ARN, et homéostasie stœchiométrique de macrophytes submergés sous un stress d’eutrophisation

¹ Key Laboratory of Aquatic Botany and Watershed Ecology, Wuhan Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430074, P.R. China
² Yiyang Municipal Environmental Protection Bureau, Yiyang 413000, P.R. China
³ University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P.R. China

^⋆ Corresponding author: xingwei108@wbgcas.cn

Received: 26 January 2016
Revised: 23 March 2016
Accepted: 24 March 2016

Abstract

Growth rate hypothesis (GRH) and stoichiometric homeostasis of photoautotrophs have always been questioned. However, little is known about GRH and stoichiometric homeostasis of aquatic plants, especially submerged macrophytes. Therefore, we aim to test the GRH and explore stoichiometric homeostasis of four freshwater submerged macrophytes under eutrophication stress. At the single species level and the multi-species level, N:P ratios of Potamogeton maackianus, Myriophyllum spicatum, Vallisneria natans and Ceratophyllum demersum had no consistent trends with growth rates. However, protein:RNA ratios of P. maackianus, M. spicatum and V. natans all correlated negatively with growth rates, demonstrating GRH can apply to freshwater submerged macrophytes, even though they are threatening by eutrophication stress. Protein:RNA ratios positively correlated with N:P ratios in culture media and tissues in submerged macrophytes except in P. maackianus (30d), suggesting effects of varying N:P ratios in culture media on protein:RNA ratios are basically in concert with tissue N:P ratios under short-time eutrophication stress. Stoichiometric homeostasis coefficients (H_N:P) indicated submerged macrophytes have weak homeostasis. Stoichiometric homeostasis of V. natans was stronger than those of P. maackianus, M. spicatum and C. demersum. The differences in GRH and homeostasis of the four submerged macrophytes may be due to species traits.

Résumé

L’hypothèse du taux de croissance (GRH) et l’homéostasie stœchiométrique des photoautotrophes ont toujours été remises en question. Les plantes aquatiques, les macrophytes submergés en particulier, ont reçu moins d’attention parce qu’ils sont stressés par l’eutrophisation dans le monde entier. Ici, nous voulons tester la GRH et étudier l’homéostasie stœchiométrique de quatre macrophytes submergés d’eau douce sous le stress de l’eutrophisation. Au niveau d’une seule espèce et au niveau multi-spécifique, les rapports N:P de Potamogeton maackia, Myriophyllum spicatum, Vallisneria natans et Ceratophyllum demersum n’ont aucune relation avec les taux de croissance. Cependant, les rapports protéines:ARN de P. maackianus, M. spicatum et V.natans sont tous négativement corrélés avec les taux de croissance, ce qui démontre que la GRH peut s’appliquer aux macrophytes submergés d’eau douce, même s’ils sont menacés par le stress de l’eutrophisation. Les rapports protéines:ARN sont positivement corrélés aux rapports N:P dans les milieux de culture et les tissus des macrophytes submergés, sauf dans P. maackianus (30d), suggérant que les effets de rapports N:P variables en milieu de culture sont essentiellement associés aux rapports N:P des tissus sous contrainte d’eutrophisation de courte durée. Les résultats de H_N:P indiquent que les macrophytes immergés ont une faible homéostasie. L’homéostasie stœchiométrique de V. natans était plus forte que celle de P. maackianus, M. spicatum et C. demersum, indiquant que V. natans peut tolérer plus de stress d’eutrophisation et qu’elle est une espèce plus appropriée pour la restauration.