Biol. Mar. Medit. (2003), 10 (2): 374-378 D. Barletta, A. Pusceddu, C.M. Totti Istituto di Scienze del Mare, Università di Ancona, Via Brecce Bianche - 60131 Ancona, Italia. COMPOSIZIONE BIOCHIMICA DELLE FOGLIE DI ZOSTERA MARINA L. E DEL SUBSTRATO SEDIMENTARIO D’IMPIANTO BIOCHEMICAL COMPOSITION OF ZOSTERA MARINA L. LEAVES AND THEIR RELATED SEDIMENTS Abstract Leaves of Zostera marina and sediments near an eelgrass bed in the Numana harbour (Adriatic Sea) were analyzed on a seasonal basis for protein and carbohydrate contents in order to investigate the potential organic input of the eelgrass to the sediment. Preliminary results suggest that micro-algae are major contributors on sedimentary organic carbon other than Zostera leaves. Key-words: Zostera marina, sediments, carbohydrates, proteins, Adriatic Sea. Introduzione Le fanerogame marine giocano un ruolo chiave nel budget trofico degli ecosistemi marini costieri (Oshima et al., 1999). Infatti, oltre che costituire una potenziale sorgente diretta di alimento per alcuni erbivori (Dawes e Guiry, 1992), il detrito che si origina da queste macrofite può costituire un discreto input organico al sedimento. Inoltre, il rilascio di C organico e di O2 attraverso l’apparato radicale può cambiare la quantità e la qualità del materiale organico nei sedimenti occupati da tali macrofite (Eldridge e Morse, 2000; Terrados et al., 1999). Il valore alimentare della sostanza organica nei sedimenti è strettamente dipendente dalla sua composizione biochimica (Pusceddu et al., 1999); in particolare, il contributo delle proteine al pool organico totale è uno dei principali fattori in grado di controllare la dinamica dei popolamenti eterotrofi bentonici (Albertelli et al., 1999). Questa ricerca ha l’obiettivo di valutare il ruolo di Z. marina L. quale potenziale sorgente di C organico per i sedimenti del porto di Numana (Ancona), mediante il confronto della composizione biochimica (proteine e carboidrati) delle foglie e del substrato di impianto della pianta. Materiali e metodi I campioni di foglie e di sedimento (in triplicato) sono stati raccolti in immersione nel porto di Numana (Ancona) da agosto 2001 a febbraio 2002 secondo la metodologia riportata da Barletta (2002), stimando la densità dei ciuffi e l’altezza media del prato. Le foglie di Z. marina, liberate dagli epifiti e separate in porzione verde e bruna, ed il primo cm di sedimento, sono stati analizzati per determinare le relative concentrazioni di proteine e carboidrati, secondo metodiche standard (Pusceddu et al., 1999). Ad ogni data di campionamento è stata misurata la temperatura lungo la colonna d’acqua, ad intervalli di un metro, con termometro a rovesciamento. Risultati I valori di temperatura, costanti lungo la colonna d’acqua, sono variati fra i 25.8 °C in agosto 2001 ed i 5.9 °C in gennaio 2002. Composizione biochimica di Z. marina e del substrato d'impianto 375 Tutti i parametri analizzati hanno mostrato variazioni temporali statisticamente significative (Tab. 1). Tab. 1 – Risultati dell’ANOVA e dei post-hoc Tukey’s tests per i parametri analizzati (Media ± ds; n=3). Results of ANOVA and post-hoc Tukey’s tests for the investigated parameters (Mean ± sd; n=3). Tab.1 Variabile Sedimento Proteine mg gDW-1 Tab.1 Carboidrati mg gDW-1 Tessuto Fogliare Verde Variabile Proteine mg gDW-1 Sedimento -1 Carboidrati mg gDW -1 Proteine mg gDW Tessuto Fogliare Bruno Carboidrati mg g -1 Proteine mg gDW-1 DW Tessuto mg Fogliare Verde Carboidrati gDW-1 -1 Proteine mg gstrutturali DW Caratteristiche del prato -1 -2 Carboidrati mgciuffi gDWm Densità dei ciuffi cm Altezza dei ciuffi Tessuto Fogliare Bruno Numero di foglie per ciuffo foglie ciuffo-1 Proteine mg gDW-1 Biomassa fogliare gDW -1m-2 Carboidrati mg gDW Caratteristiche strutturali del prato 2.0 df F p<0.01 5 5 10.60 7.64 0.0004 0.0019 5 5 12.43 62.39 3 3 175.11 914.43 5 5 5 5 5 62.39 15.14 0.0001 0.0000 7.83 0.0017 11.28 0.0003 3 175.11 0.0000 28.10 0.0000 df F p<0.01 5 5 10.60 7.64 0.0004 0.0019 5 12.43 0.0002 3 914.43 0.0000 0.0002 0.0000 0.0000 0.0000 proteine 50 proteine 20 40 0 ago-01 set-01 ott-01 nov-01 gen-02 ago-01 feb-02 1.0 Fig.1 Fig.2 proteine 0.5 600.0 50 10 carboidrati mg gDW -1 Sedimento (mg gDW -1) 0.52.0 80 mg gDW -1 28.10 30 0.0000 5 1.0 0.01.5 mg gDW -1 Biomassa fogliare gDW m-2 10 carboidrati 30 ago-01 set-01 ott-01 nov-01 gen-02 feb-02 40 set-01 ott-01 nov-01 20 10Numero di Foglie 8 foglie ciuffo-1 Sedimento (mg gDW -1) Nel sedimento di dei impianto proteine e carboidrati hanno mostrato0.0001 massimi in Densità ciuffi ciuffi m-2 5 15.14 carboidrati -1 40 0.0017 , rispettivamente) e minimi estate ed inizioAltezza autunno (1.58 ± 0.11 e 0.82 ± 0.13 mg g dei ciuffi cm 5 7.83 1.5 ) inciuffo tardofoglie autunno 1). 0.0003 (0.84 ± 0.15 e 0.17 ± 0.03 g-1per ciuffo-1ed inverno 5 (Fig. 11.28 Numero di mg foglie Alt 0 ago-01 6 set-01 ott 4 Fig. 1 – Variazioni della Fig.1 composizione biochimica nei sedimenti del Porto di Numana (Media ± ds; Fig.2 n = 3). 20 2 Variations of the biochemical composition in the Numana harbour sediment (Mean . ± sd; n=3). proteine 0 80 ago-01 set-01 ott-01 nov-01 gen-02 carboidrati feb-02 10 0 Numero di Fog 40 300 200 0 Standing Stock 100 80 60 4 2 gDW m ffi m -2 20 Densità dei ciuffi foglie ciuffo-1 mg gDW -1 ago-01 Il contenuto di carboidrati nel tessuto fogliare verde di Z. marina in settembre 8set-01 ott-01 stato mediamente 1.8 volte più elevato che negli altri mesi di cam(46.4 ± 0.2 mg g-1) è 60 Fig.3 Fig.4nel periodo 6 pionamento. Analogamente, le concentrazioni di proteine erano più elevate 0 nov-01 5 5 nov-01 gen-02 Sedimento (mg gDW -1) mg gDW -1 Caratteristiche strutturali del prato 50 Densità dei ciuffi ciuffi m-2 Altezza 40 dei ciuffi cm Numero di foglie per ciuffo foglie ciuffo-1 30 fogliare gDW m-2 Biomassa feb-02 20 2.0 proteine 5 carboidrati 15.14 5 7.83 5 11.28 5 28.10 0.0001 0.0017 0.0003 0.0000 proteine 50 carboidrati 10 1.5 0 ago-01 1.0 set-01 ott-01 nov-01 gen-02 40 feb-02 30 20 Fig.2 Fig. 2 – Variazioni della 0.5composizione biochimica nel tessuto fogliare verde di Z. marina nel Porto 10 di Numana (Media ± ds; n = 3). proteine ott-0 nov-01 gen-02 mg gDW -1 80 feb-02 60 100 Fig.2 40 4 proteine 0 0 ago-01 set-01 ott-01 nov-01 gen-02 feb-02 Fig.4 ago-01 Numero di Fogli 8 6 4 2 0 80 10 carboidrati 20 2 40 20 Standing Stock Fig.1 6 foglie ciuffo-1 foglie ciuffo -1 Variations of the 10 biochemicalNumero composition green the Numana harbour di Foglieof Z. marina Altezza dei leaves ciuffi in80 0 0.0 carboidrati (Mean. ± sd; n = 3). ago-01 set-01 ott-01 nov-01 gen-02 feb-02 8 ago-01 set-01 60 set-01 ott-01 nov-01 gen-02 0 feb-02 ago-01 set-01 Fig. 3 – Variazioni della composizione biochimica nel tessuto fogliare bruno di Z. marina nel Porto Fig.3 Fig.4 di 60 Numana (Media ± ds; n = 3). gDW m -2 Variations of the biochemical composition of Z. marina brown leaves in the Numana harbour 40 100 300 (Mean ± sd; n = 3). Densità dei ciuffi Standing Stock 20 80 0 nov-01 gen-02 L’accrescimento feb-02 200 60 gDW m -2 01 carboidrati ciuffi m -2 uffi proteine cm 01 12.43 62.39 mg gDW -1 glie ciuffo-1 0.0004 0.0019 Tab.1 0.0002 Variabile df F p<0.01 0.0000 D. Barletta, A. Pusceddu, C.M. Totti 376 Sedimento -1 5 10.60 0.0004 3 175.11 Proteine 0.0000 mg gDW -1 Carboidrati mg g 5 7.64 0.0019 DW 3 914.43 autunnale (valore0.0000 massimo 36.3 ± 4.9 mg g-1 in settembre) rispetto all’estate ed all’in-1 Tessuto Fogliare mg Verde verno (valore minimo 22.2 ± 0.5 g in febbraio) (Fig. 2). Il tessuto fogliare bruno, -1 mgha gDWmostrato 12.43per il 0.0002 15.14 inProteine 0.0001 non5 rinvenuto autunno, valori più elevati in5 inverno contenuto di -1 Carboidrati mg g 5 62.39 0.0000 DW 5 7.83 0.0017 proteine ed in tarda estate per quello in carboidrati (Fig. 3). 5 11.28 Tessuto 0.0003 Fogliare Bruno 3 175.11 0.0000 5 28.10 Proteine 0.0000 mg gDW-1 Carboidrati mg gDW-1 3 914.43 0.0000 5 5 el prato 1 10.60 7.64 delle lamine fogliari è stato evidente nel periodo tardo autunnale 40 mostrato un trend ed in inverno (Fig. 4).100 Densità dei ciuffi e biomassa fogliare hanno meno netto, con valori più elevati nei mesi di agosto, ottobre e febbraio (Fig. 5). 20 0 0 ago-01 set-01 Fig.5 ott-01 nov-01 gen-02 feb-02 ott-0 feb-02 0 1.0 ago-01 set-01 ott-01 nov-01 gen-02 mg gDW -1 gen-02 Sedimento (mg gD nov-01 10 1.5 feb-02 Composizione biochimica 0.5 di Z. marina e del substrato d'impianto Fig.2 carboidrati ago-01 Numero di Foglie set-01 ott-01 60 Fig.1 foglie ciuffo-1 mg gDW -1 feb-02 6 40 ago-01 40 proteine 10 carboidrati 0 0 ago-01 set-01 ott-01 nov-01 gen-02 feb-02 20 Numero di Foglie 6 4 2 Fig.4 Fig. 4 – Variazioni del numero medio di foglie per ciuffo e dell’altezza dei ciuffi in Z. marina nel Porto di Numana (Media ± ds; n = 3). 0 0 100 Standing Stock ago-01 set-01and ott-01 nov-01 Changes in the number of leaves shoots height of Z.gen-02 marina infeb-02 the Numana harbour (Mean ± sd; ago-01 set-01 n = 3). 80 40 Fig.3 gDW m -2 60 300 100 ciuffi m -2 200 60 40 100 gDW m -2 nov-01 gen-02 feb-02 Standing Stock 80 20 0 Fig.4 Densità dei ciuffi 20 0 0 ago-01 set-01 ott-01 ott-01 8 20 2 set-01 Fig.2 cm gen-02 0 80 Altezza dei ciuffi nov-01 gen-02 feb-02 80 4 nov-01 377 10 8 60 20 foglie ciuffo-1 0.010 proteine 30 nov-01 gen-02 feb-02 Fig. 5 - Variazioni dellaFig.5 densità dei ciuffi nel prato e della biomassa fogliare di Z. marina nel Porto di Numana (Media ± ds; n = 3). Changes in shoot density and standing stock of Z. marina in the Numana harbour (Mean ± sd; n = 3). Conclusioni La composizione biochimica del materiale organico nei sedimenti del Porto di Numana è confrontabile con quella descritta in altre aree costiere adriatiche (Danovaro et al., 2000). Le variazioni temporali nei contenuti di proteine e carboidrati nelle foglie di Z. marina mostrano una rilevante asincronia tra accumulo di riserve e loro utilizzazione. L’accumulo di carboidrati, quale substrato immediatamente disponibile per la respirazione (Burke et al., 1996), osservato in tarda estate - autunno, indica che in tale periodo i prodotti dell’attività fotosintetica erano maggiori della domanda per l’accrescimento e la respirazione. L’evidente riduzione del contenuto di carboidrati delle foglie durante l’inverno, è invece determinato dalla riduzione delle performances fotosintetiche (Barletta, 2002) e dal loro utilizzo come fonte di energia per la crescita strutturale del prato (Zimmerman et al., 1995). ott-01 378 D. Barletta, A. Pusceddu, C.M. Totti I coefficienti di correlazione tra i tenori di carboidrati e proteine nei sedimenti e nelle foglie di Z. marina e tra i primi ed i parametri strutturali del prato indicherebbero un mediocre contributo della pianta al pool di C sedimentario. Tuttavia, la mancanza di dati idrodinamici non permette di identificare con certezza eventuali fenomeni di trasporto laterale che potrebbero spiegare la varianza residua. Infatti, l’input di C dalla pianta al sedimento, come atteso dai valori del rapporto proteine:carboidrati fogliare, determinerebbe un aumento della frazione glucidica rispetto a quella proteica. L’elevato rapporto proteine:carboidrati nei sedimenti, soprattutto in febbraio, suggerisce quindi la presenza di un’altra fonte di materia organica, probabilmente di natura microfitobentonica (Pusceddu et al., 1999) o dovuta al decadimento degli epifiti algali di Zostera. Pur in mancanza di dati dinamici è possibile inferire che il contributo delle foglie di Z. marina al pool di C organico sedimentario nel Porto di Numana sia stato, nel periodo studiato, minimo rispetto a quello microalgale. Bibliografia ALBERTELLI G., COVAZZI-HARRIAGUE A., DANOVARO R., FABIANO M., FRASCHETTI S., PUSCEDDU A. (1999) - Differential responses of bacteria, meiofauna and macrofauna in a shelf area (Ligurian Sea, NW Mediterranean): role of food availability. J. Sea Res., 42 (1): 11-26. BARLETTA D. (2002) - Caratteristiche strutturali e funzionali della macchia di Zostera marina L. nel porto di Numana (Ancona, Mare Adriatico). Biol. Mar. Medit., 9 (1): 220-224. BURKE M.K., DENNISON W.C., MOORE K.A. 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