Phytoplankton and Primary Production พืชกลุ่มหลักในมหาสมุทรคือ Unicellular algae Phytoplankton อยู่ได้ในทุกบริเวณของมหาสมุทรที่มีแสง 1. Diatom Dominant phytoplankton in the ocean กลุ่ม Bacillariophyceae เป็นกลุ่มเด่นในเขต Temperate & High Latitudes

มีทั้งแบบที่ต่อกันเป็นสายหรือเกาะกลุ่ม Unicellular 2 - 1000 micron ทุกชนิดมี external skeleton (frustules) mucilaginous threads, spines

รูปร่างยาว มักอยู่ตามพื้น (2) Centric form Diatom มี 2 กลุ่มหลัก ๆ (1) Pennate form รูปร่างยาว มักอยู่ตามพื้น Nitzschia (2) Centric form รูปร่างกลม ส่วนใหญ่เป็นแพลงก์ตอน

Thalassiosira Skeletonema Chaetoceros Cosinodiscus

Diatom ไม่มีโครงสร้างใช้ในการเคลื่อนที่ มีกระบวนการต่อสู้กับการจมตัว Turbulence มีกระบวนการต่อสู้กับการจมตัว มีการเกาะกันเป็นกลุ่ม, ต่อกันเป็นสาย มีขนาดตัวเล็ก มี ionic regulation เก็บสะสม oil อัตราการจมตัว : Living cells 0 - 30 m/day Dead cells เร็วกว่าปกติ 2 เท่า

การสืบพันธุ์ (1) Asexual ประชากรเพิ่มรวดเร็วใน Optimal condition Cells มีขนาดเล็กลง

(2) Sexual Resting spore Auxospore

2. Dinoflagellates กลุ่ม Pyrrophyceae Unicellular algae / Single cell การดำรงชีวิต Autotroph Heterotroph Mixotroph Parasite / Symbiotic

(2) กลุ่มที่ไม่มี Thecate จำแนกเป็น 2 กลุ่มหลัก (1) กลุ่มที่มี Thecate Theca = ผนังเซลล์ที่เป็น Cellulose แข็ง (2) กลุ่มที่ไม่มี Thecate

ทางอนุกรมวิธานแบ่งเป็น 2 กลุ่ม คือ (1) Desmophyceae มี 2 flagella ที่ Anterior end Cell wall มี 2 longitudinal valves และแยกกันช่วง asexual division Prorocentrum

(2) Dinophyceae กลุ่มที่มี Thecate Cell แบ่งเป็น Anterior & Posterior โดยร่อง (transverse groove = girdle) Flagella 1 จะยาว ออกจากด้าน Posterior Flagella 2 จะพันรอบ cell ใน girdle Cell wall แบ่งเป็น cellulose plate หลายแผ่นมีรู, spine เล็กๆ

Ceratium, Protoperidinium, Gonyaulax, and Dinophysis

การสืบพันธุ์ปกติเป็น Asexual มักชุกชุมช่วง Summer & Autumn ตามการ bloom ของ Diatom เพราะปรับตัวได้ดีในที่แสงน้อยและธาตุอาหารต่ำ

Phytoplankton Blooms สภาวะที่แพลงก์ตอนพืชเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจาก มีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม เมื่อเกิดการ Bloom จะเกิดการย่อยสลาย Organic materials โดย bacteria ทำให้ออกซิเจนลดลงและปลาตายได้ อาจมีสาเหตุมากจาก Alexandrium, Pyrodinium, and Gymnodinium มีการสร้างพิษ Neurotoxin (=Saxitoxin)

Toxic Dinoflagellates จะถูกกินโดย Zooplankton, Filter-feeding shellfish: Clams, Mussels, Scallops, and Oysters

3. Other Phytoplankton (3.1) Coccolithophorids Unicellular algae / Nanoplankton มี external shell เป็น calcareous plates ขนาดใหญ่ = Coccoliths

มี 2 flagella มี life cycle แบบ Alteration คือมีช่วง Non-motile stage สืบพันธุ์โดยการแบ่งเซลล์ตามแนวยาว

กลุ่มที่ใกล้เคียงกันคือ Prymnesiophyceae Isochrysis Prymnesium Phaeocystis

(3.2) Silicoflagellates Chrysophyceae (Golden-brown algae) มี internal skeleton จาก Siliceous spicules ขนาด 10 – 250 micron มักพบชุกชุมบริเวณน้ำเย็น

(3.3) Others ส่วนใหญ่มักมีขนาดเล็ก ไม่มีเปลือก มี flagella กลุ่มใหญ่ที่สุด มีขนาดเล็กที่สุด = Cyanophyceae; Cyanobacteria : Oscillatoria Single cell มีการเกาะกันเป็น สายโซ่ยาวหรือเป็นมัดขนาดใหญ่ มี Nitrogen fixation

: Synechococcus Picoplankton มี Nitrogen fixation

Photosynthesis and Primary Production Phytoplankton เป็น Primary producer หลักในน้ำ Plant tissue ที่ถูกสร้างขึ้น = Primary production สมการ Photosynthesis & Respiration

Algae จะใช้ CO2 ในรูป free dissolved CO2, Bicarbonate, and Carbonate ions พลังงานแสงถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีเพื่อขับเคลื่อน กระบวนการนี้โดย Photosynthetic pigments : Cholrophyll a Cholrophyll b Cholrophyll c Cholrophyll d Dominant Pigment Accessory Pigment : Carotenes, Xanthophylls, and Phycobilins

ธาตุอาหารที่จำเป็น Nitrogen Dissolved nitrate, nitrite, and ammonia Phosphorus Dissolved inorganic form (Orthophosphate ions) Dissolved organic phosphorus Silica Dissolved silicon Vitamin Auxotrophs

Method and Measuring Biomass and Primary Productivity Standing stock : จำนวนสิ่งมีชีวิต / หน่วยพ.ท.หรือปริมาตร Biomass : นน.รวม (จำนวนทั้งหมด*นน.เฉลี่ย) การศึกษา Biomass การหาปริมาตร Phytoplankton การหาปริมาณ Chlorophyll a

Primary productivity : อัตราการผลิต primary production หาได้จาก 14 C Method Radioactive carbonate (HCO3-) ขวดมืด = R ขวดสว่าง = P + R การหาปริมาณ Chlorophyll concentration Remote sensing

Radiation and Photosynthesis Compensation point = จุดที่ R = P ปริมาณแสงมีผลต่อทั้งปริมาณและอัตรา Photosynthesis อย่างมาก Ic = Compensation light intensity Pmax = การสังเคราะห์แสงมีค่าสูงที่สุด

Gross primary productivity (Pg) = Total photosynthesis Net primary productivity (Pn) = Pg - R

KI = Half – saturation constant = ความเข้มแสงที่ทำให้ได้ครึ่งของ Pmax P/ I แสดงความสามารถของเซลล์ : ถ้าชันแสดงว่าใช้แสงน้อยแต่มีอัตราการสังเคราะห์แสงสูง Pmax และ KI ของสาหร่ายแต่ละชนิดและแต่ละที่จะแตกต่างกัน

พื้นที่ ABCD เป็น materials ที่พืชใช้ Res พื้นที่ ACE เป็น materials ที่พืชสร้างจาก Photosynthesis Critical depth = ความลึกที่ Pw = Rw (ประชากรแพลงก์ตอนพืช) Depth of mixing = ความลึกที่น้ำ มีการผสมกันดี (แพลงก์ตอนลงไปถึง)

ถ้า Dcr < Dm ไม่มี Net Production ถ้า Dcr > Dm มี Net Production

The effect of nutrient on growth rate Productivity เป็นค่าที่ใช้เปรียบเทียบ Photosynthesis ในบริเวณต่าง ๆ การเพิ่มขึ้นของจำนวนเซลล์ใช้ในการเปรียบเทียบ growth rate ได้ สำหรับ Unicellular organisms จะเป็นสมการ exponential ดังนี้ Xo = จำนวนเซลล์เมื่อเริ่มต้น  X = จำนวนเซลล์ที่เพิ่มขึ้นในเวลา t  = growth constant ของประชากร/หน่วยเวลา

: เวลาที่ประชากรใช้เพิ่มจำนวนขึ้น 100 % Doubling time : เวลาที่ประชากรใช้เพิ่มจำนวนขึ้น 100 % : Xt = Xo +  X เวลาที่ใช้จาก Xo เพิ่มจำนวนเป็น 2 เท่า (d) Generation time : จำนวนรุ่น/วัน

Nutrient มีผลต่อ growth constant ()  = growth rate (time-1) ที่ Nutrient ความเข้มข้นหนึ่ง [N] max = Maximum growth rate KN = Half-saturation constant ของ nutrient ที่ uptake (1/2 max )

ปกติ Mg, Ca, K, Na, SO4, Cl มักมีปริมาณเพียงพอต่อ Growth rate CO2 อาจเป็นปัจจัยจำกัดในทะเลสาบ Essential inorganic substances : N, P, Si, Fe, Mn เนื่องจากมีความเข้มข้นต่ำจึงเป็น Limiting factor ต่อ Plant production Phytoplankton แต่ละชนิดมี KN (Specific half-saturation conc.) ในการ uptake nutrient ต่างกัน และมี max (Maximum growth rate) ต่างกันทำให้แต่ละที่ มีชนิด Phytoplankton ต่างกัน

ในสภาพปกติในน้ำจะมี limiting nutrient หลายตัว และมีความแตกต่างของปัจจัยทางกายภาพซึ่งมีผลต่อ growth rate ทำให้เกิดการอยู่ร่วมกันของ Phytoplankton หลายชนิด (coexistence)

1 2

ในกรณีที่ Nu ทั้งสองไม่จำกัด Sp. Dominace จะถูกกำหนดโดย max ของแต่ละ sp. บริเวณที่มี Nu สูงมาก หรือ ต่ำมาก จะมีความหลากหลายต่ำ

Oligotrophic : Nu ต่ำ productivity ต่ำ Chlo อยู่ในช่วง ต่ำกว่า 0.05 – 0.5 g/l 2. Mesotrophic : intermediate characteristics 3. Eutrophic : Nu สูง ความหนาแน่นของ Phytoplankton สูง Chlo อยู่ในช่วง 1 - 10 g/l Eutrophic มักพบ Phytoplankton 1 – 2 ชนิดที่โตเร็ว (r-selected sp.) Oligotrophic มักพบ K-selected sp. แข่งกันมาก