Occurrence and trophic interactions of the potentially toxic bloom-forming cyanobacterial genus Microcystis in shallow temperate lakes
Laen...
Kuupäev
2026
Kättesaadavus
Ajakirja pealkiri
Ajakirja ISSN
Köite pealkiri
Kirjastaja
Estonian University of Life Sciences
Abstrakt
ABSTRACT. The increasing frequency and intensity of toxic cyanobacterial blooms pose a serious threat to aquatic ecosystems and the services they provide. Among the dominant bloom-forming genera, Microcystis is commonly observed in highly eutrophic waterbodies and represents a major concern due to its toxin production and potential contamination of food webs. As toxic and non-toxic strains of Microcystis often coexist within the same assemblage, qPCR targeting the genus-specific microcystin synthetase gene mcyE is a valuable tool for determining toxigenic strains in the environment and in the consumer diet. The research focused on bloom-forming and potentially toxic cyanobacteria, Microcystis, by characterizing the dynamics of its toxic strains and environmental drivers, as well as its trophic interactions in the aquatic food webs of lakes Võrtsjärv and Peipsi. The research demonstrated that in temperate, ice-covered lakes, Microcystis's ability to produce toxigenic strains may persist year-round. Application of genus-specific qPCR detection in zooplankton gut contents revealed that in natural waterbodies, various cladoceran and copepod species can consume toxigenic Microcystis strains, potentially posing a risk to higher trophic levels. It also showed that even in lakes with very low levels of toxigenic Microcystis, toxic cell trophic pathways can still occur, as evidenced in Lake Võrtsjärv. The research further emphasizes that, to assess the toxicity risk of Microcystis to the food web, the knowledge of grazer assemblages and their dynamics is essential. Further research on Estonia’s large lakes, Võrtsjärv and Peipsi, should focus on directly measuring cyanotoxin concentrations to better assess the potential risks of microcystin contamination in these ecosystems.
LÜHIKOKKUVÕTE. Eutrofeerumise ja kliimamuutuste tõttu on mürgiste sinivetikate põhjustatud veeõitsengud muutumas üha tõsisemaks probleemiks maailma magevetes. Sellised õitsengud võivad häirida veekogu toiduahelaid, põhjustada veeorganismide mürgistusi ning mõjutada ka inimeste poolt kasutatavaid veekogudega seotud ökosüsteemiteenuseid. Sinivetikaperekond Microcystis on üks peamisi mageveekogude õitsengute ja sinivetikamürgistuste põhjustajaid maailmas. Käesolevas doktoritöös keskenduti potentsiaalselt toksiine tootva Microcystis’e esinemisele Eesti suurjärvedes Peipsis ja Võrtsjärves ning toksilise Microcystis’e seostele nende järvede toiduvõrgustikega. Uuringutes kasutati mikrotsüstiini tootmiseks vajaliku Microcystis’e perekonnaspetsiifilist mcyE geeni analüüsi, mis võimaldab täpselt ja tundlikult tuvastada toksiliste genotüüpide esinemist keskkonnas aga ka sinivetikaid tarbivate organismide toidus. Uurimistöö tulemused näitasid, et madal veetemperatuur ei takista parasvöötme järvedes potentsiaalselt toksilise Microcystis’e tüvede esinemist ning mikrotsüstiini tootmine võib neis järvedes toimuda aastaringselt. Toitumisuuringutest selgus, et potentsiaalselt toksilist Microcystis’t tarbivad Peipsi järves kõik peamised vähilaadse zooplanktoni liigid. Seega võib eeldada, et toksiine tootvad Microcystis’e rakud liiguvad zooplanktoni vahendusel aktiivselt järve toiduahelaisse. See võib toimuda isegi madala Microcystis’e biomassi ja toksiliste genotüüpide vähese arvukuse korral, nagu Võrtsjärves. Töö tulemused näitavad, et võimaliku toksilistest sinivetikatest põhjustatud riski hindamisel veekogu toiduahelatele tuleb arvesse võtta ka esmaste tarbijate - peamiste zooplanktoni liikide - sesoonset dünaamikat. Edasised uuringud Peipsis ja Võrtsjärves peaksid keskenduma mikrotsüstiini sisalduse otsesele mõõtmisele, et täpsemalt hinnata selle tsüanotoksiini võimalikku bioakumulatisooni ning mõju nende järvede toiduahelatele.
LÜHIKOKKUVÕTE. Eutrofeerumise ja kliimamuutuste tõttu on mürgiste sinivetikate põhjustatud veeõitsengud muutumas üha tõsisemaks probleemiks maailma magevetes. Sellised õitsengud võivad häirida veekogu toiduahelaid, põhjustada veeorganismide mürgistusi ning mõjutada ka inimeste poolt kasutatavaid veekogudega seotud ökosüsteemiteenuseid. Sinivetikaperekond Microcystis on üks peamisi mageveekogude õitsengute ja sinivetikamürgistuste põhjustajaid maailmas. Käesolevas doktoritöös keskenduti potentsiaalselt toksiine tootva Microcystis’e esinemisele Eesti suurjärvedes Peipsis ja Võrtsjärves ning toksilise Microcystis’e seostele nende järvede toiduvõrgustikega. Uuringutes kasutati mikrotsüstiini tootmiseks vajaliku Microcystis’e perekonnaspetsiifilist mcyE geeni analüüsi, mis võimaldab täpselt ja tundlikult tuvastada toksiliste genotüüpide esinemist keskkonnas aga ka sinivetikaid tarbivate organismide toidus. Uurimistöö tulemused näitasid, et madal veetemperatuur ei takista parasvöötme järvedes potentsiaalselt toksilise Microcystis’e tüvede esinemist ning mikrotsüstiini tootmine võib neis järvedes toimuda aastaringselt. Toitumisuuringutest selgus, et potentsiaalselt toksilist Microcystis’t tarbivad Peipsi järves kõik peamised vähilaadse zooplanktoni liigid. Seega võib eeldada, et toksiine tootvad Microcystis’e rakud liiguvad zooplanktoni vahendusel aktiivselt järve toiduahelaisse. See võib toimuda isegi madala Microcystis’e biomassi ja toksiliste genotüüpide vähese arvukuse korral, nagu Võrtsjärves. Töö tulemused näitavad, et võimaliku toksilistest sinivetikatest põhjustatud riski hindamisel veekogu toiduahelatele tuleb arvesse võtta ka esmaste tarbijate - peamiste zooplanktoni liikide - sesoonset dünaamikat. Edasised uuringud Peipsis ja Võrtsjärves peaksid keskenduma mikrotsüstiini sisalduse otsesele mõõtmisele, et täpsemalt hinnata selle tsüanotoksiini võimalikku bioakumulatisooni ning mõju nende järvede toiduahelatele.
Kirjeldus
Doctoral Thesis in Applied Biology.
Doktoritöö rakendusbioloogia erialal.
Doktoritöö rakendusbioloogia erialal.
Märksõnad
eutrophication, climate change, Cyanobacteria, Microcystis, Green University (thesis is related to EMÜ Green University iniciative’s aims), dissertations
Viide
Gonzales Ferraz, M. E. (2026). Occurrence and trophic interactions of the potentially toxic bloom-forming cyanobacterial genus Microcystis in shallow temperate lakes [Estonian University of Life Sciences]. https://doi.org/10.15159/EMU.170