Research Paper

Competitive dominance of Microcystis aeruginosa against Raphidiopsis raciborskii is strain- and temperature-dependent

La domination compétitive de Microcystis aeruginosa sur Raphidiopsis raciborskii dépend de la souche et de la température

Department of ecology, Jinan University, Guangzhou 510632, China

^* Corresponding author: tpengliang@jnu.edu.cn

Received: 28 November 2019
Accepted: 2 June 2020

Abstract

Microcystis aeruginosa and Raphidiopsis raciborskii (previously Cylindrospermopsis raciborskii) are both common bloom-forming cyanobacteria which can coexist but alternatively dominate in freshwater ecosystems. To predict their blooming dynamics, we need to understand the potential environmental factors determining their succession. In the present study, we examined the pairwise competition of the three M. aeruginosa strains (FACHB905, 469 and 915) with one R. raciborskii strain (N8) at three temperature levels (16 °C, 24 °C, and 32 °C). We found that the competitive ability of three Microcystis strains were highly variable. M. aeruginosa FACHB905 was the strongest competitor among them which can finally exclude R. raciborskii N8 regardless of initial biovolume ratios and temperature levels. The competitive exclusion of N8 by 915 also was observed at 24 °C, but they coexisted at 16 °C and 32 °C. We observed that M. aeruginosa FACHB469 and R. raciborskii N8 were able to coexist under all the temperature levels, and M. aeruginosa FACHB469 was the weakest competitor among the three M. aeruginosa strains. Rates of competitive exclusion (RCE) showed that temperature affects the competition between three M. aeruginosa strains and R. raciborskii N8. M. aeruginosa strains always grew quickly at 24 °C and significantly enlarged its dominance in the co-culture system, while R. raciborskii N8 was able to maintain its initial advantages at both 16 and 32 °C. The competitive advantage of M. aeruginosa FACHB905 may be explained by allelopathic interactions through its allelochemicals and other secondary metabolites other than microcystin. We concluded that both strain difference and temperature can affect the competition between M. aeruginosa and R. raciborskii. Our results highlighted the complexity of cyanobacterial dynamics in waterbodies where there exist multiple strains.

Résumé

Microcystis aeruginosa et Raphidiopsis raciborskii (anciennement Cylindrospermopsis raciborskii) sont deux cyanobactéries communes formant des fleurs d'eau qui peuvent coexister mais aussi dominer alternativement dans les écosystèmes d'eau douce. Pour prédire la dynamique de leur floraison, nous devons comprendre les facteurs environnementaux potentiels qui déterminent leur succession. Dans la présente étude, nous avons examiné la compétition par paires des trois souches de M. aeruginosa (FACHB905, 469 et 915) avec une souche de R. raciborskii (N8) à trois niveaux de température (16, 24, et 32°C). Nous avons constaté que la capacité concurrentielle des trois souches de Microcystis était très variable. M. aeruginosa FACHB905 était la plus forte concurrente qui peut finalement exclure R. raciborskii N8 indépendamment des rapports de biovolume et des niveaux de température initiaux. L'exclusion compétitive de N8 par 915 a également été observée à 24°C, mais elles ont coexisté à 16°C et 32°C. Nous avons observé que M. aeruginosa FACHB469 et R. raciborskii N8 étaient capables de coexister à tous les niveaux de température, et que M. aeruginosa FACHB469 était le plus faible concurrent parmi les trois souches de M. aeruginosa. Les taux d'exclusion compétitive (TCE) ont montré que la température affecte la concurrence entre les trois souches de M. aeruginosa et R. raciborskii N8. Les souches de M. aeruginosa ont toujours connu une croissance rapide à 24°C et ont considérablement accru leur domination dans le système de co-culture, tandis que R. raciborskii N8 a pu maintenir ses avantages initiaux à la fois à 16 et à 32°C. L'avantage concurrentiel de M. aeruginosa FACHB905 peut s'expliquer par des interactions allélopathiques par le biais de ses métabolites allélochimiques et d'autres secondaires autres que la microcystine. Nous avons conclu que la différence de souche et la température peuvent toutes deux affecter la concurrence entre M. aeruginosa et R. raciborskii. Nos résultats ont mis en évidence la complexité de la dynamique des cyanobactéries dans les masses d'eau où il existe de multiples souches.