Revue trangaisc des SCIEilGES DE I'EAU, 2 (19831 450-4tt:l
S u m m a r y o f th e c o m m u n i c a t i o n s
Although primary production is less rvidespread than respiration ac-
c o r d i n g t o t h e n u m b e r o f s p e c i e s , i t r e p r e s e n t s t h e m a i n b a s i c m e t a b o - l i c f u n c t i o n o f o n e o f t h e w i d e s t p o o l s o f b i o m a s s . I t s i m p o r t a n c e a s t ] . e f i r s t s t e p i n t h e o r g a n i s a t i o n o f c h e m i c a l e l e m e n t s ( C , l l r P . . ' ) i s f u n d a m e n t a l i n a l I e c o s y s t e m d y n a m i c s . S o m e d i v e r g e n c e s t i l l r e m a i n s b e t w e e n s c i e n t i s t s f r o r n d i f f e r e n t s c h o o l s a n d c o u n t r i e s a s t o t h e m e a - n i n g g i v e n t o t h e w o r d s p r o d u c t i o n a n d p r o d u c t i v i t y . T h e r e f o r e , t h e s e w o r d s n e e d t o b e d e f i n e d i n m o s t c a s e s .
A c o m p l e t e r e v i e w o f t h e r n e t h o d s d e s c r i b e d i n t h e l i t e r a t u r e i s p r e - s e n t e d a n d i n c l u d e s :
- the weight method for rnacrophytes or periphyton,
- the oxygen method,
- the radiocarbon m e t h o d , w i t h m o r e t e c h n i c a l d e t a i l s a s i t i s t h e m o s t c o m m o n l y u s e d ,
- indirect m e t h o d s , s u c h a s t h e v a r i a t i o n i n t h e c o n c e n t - r a t i o n i n p h o s - o h o r u s , n i t r a t e s o r c h l o r o p h y l l , o r m o d e l s c o m b i n i n g t h e a m o u n t o f c h l o r o p h y l l i n t h e m e d i u r n , t h e s o l a r e n e r g y b r o u g h t t o t h e s y s t e m a n d t h e p h o t o s y n t h e t i c e f f i c i e n c y o f t h e p r o d u c e r s ,
- the fluorescence i n d u c t i o n m e t h o d , v r h i c h c o n s i d e r s t h e i n c r e a s e i n t h e
fluorescence produced by the communitlz after the addition of Dcl"lu (an
i n h i b i t o r o f p h o t o s y n t h e s i s ) .
M a n y d i f f e r e n t p r o c e s s e s , s u c h a s p h o t o i n h i b i t i o n , r e s p i r a t i o n ' p h o t o - r e s p i r a t i o n , e x t r a c e l l u l a r p r o d u c t i o n , i n t e r a c t v r i t h p r i m a r y p r o d u c t i o n a n d t h e i r a s s e s s m e n t w o u l d b e n e c e s s a r y e v e r y t i m e f o r a b e t t e r . i n t e r - p r e t a t i o n o f t h e r e s u l t s . T h e i r n p a c t o f t h e s e p r o d e s s e s v a r i e s t o a l a r g e d e g r e e , a c c o r d i n g t o o v e r a l l e n v i r o n r n e n t a l c o n d i t i o n s , b u t a l s o a c c o r d i n q t o t h e e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s . F o r e x a r n p l e , i t i s w e l l k n o w n t h a t l o n g - t e r m i n c u b a t i o n e x p e r i m e n t s d o n o t r e f l e c t t h e r e a l a c t i v i t y o f t h e n a t u r a l s y s t e m , m a i n l y b e c a u s e o f e n c l o s u r e e f f e c t s ^ I l o w e v e r , s h o r t - t e r m e x p e r i m e n t s c a n n o t b e e a s i l y e x t r a p o l a t e d t o w h o l e - d a y p r o d u c t i o n b e c a u s e o f t h e n a t u r a l v a r i a t i o n s i n t h e p a r a m e t e r s o f t h e e n v i r o n m e n t .
N o n e o f t h e m e t h o d s d e s c r i b e d m a y b e e x t e n d e d t o a l l c a s e s o f h a b i t a t a n d e x p e r i m e n t a l s i t u a t i o n s . A s i s t h e c a s e f o r a l l m e t h o d s o f e s t i m a t i n g t h e a c t i v i t y o f b i o c o e n o s e s , i t s e e m s n e c e s s a r y ' f i r s t t o c o u g 1 e d i f f e - r e n t t e c h n i q u e s a s o f t e n a s p o s s i b l e , a n d s e c o n d l y , c o n s i d e r i n g t h a t n o s t a n d a r d i z a t i o n i s a c c e p t a b l e a t p r e s e n t , t o f o l l o w v e r y c l o s e l y t h e b a - s i c e x p e r i m e n t a l r e c o n u n e n d a t i o n s p u t f o r w a r d b y p r e v i o u s w o r k e r s .
T h e m e a s u r e o f o v e r a l l r e s p i r a t i o n m a y b e p l a c e d a t a b o u t t h e s a m e l - e v e l a s t h a t o f p r i m a r y p r o d u c t i o n f o r 1 t s s p e c i f i c i t y i n t h e a s s e s s m e n t o f t h e a c t i v i t l z o f b i o c o e n o s e s . T h e b i o c h e m i c a f r e a c t i o n s b y w h i c h
respj-ration is defined represent a par.t of the conmon final pathway of
t h e d e g r a d a t i o n o f n u t r i e n t s i n a e r o b i c m e t a b o l - i s m . F u r t h e r n o r e , t h e i r m a i n s t e p s s e e m t o b e v e r y s i m i t a r a n d f a i r l y v r i d e s p r e a d a m o n g l i v i n g b e i n g s . T h e s e t w o r e m a r k s e x p l a i n t h e i n t e r e s t o f t h e m e a s u r e o f r e s p i - r a t i o n f o r e s t i m a t i n q t h e a c t i v i t v o f b i o c o e n o s e s i n n a t u r a l o r a r t i f i - c j - a l e c o s y s t e m s .
T h e c a s e o f a n a e r o b i c r e s p i r a t i o n i s n o t c o n s i d e r e d h e r e .
Stnrrnry of the connnm'tcattons 4 5 1
The choise of the method to be applied and the interpretation of the
r e s u l t s m u s t t a k e i n t o a c c o u n t :
- first t h e a m p h i b o l i c c h a r a c t e r o f s o m e o f t h e s e r e a c t i o n s , w h i c h m a y a l s o b e t h e s t a r t i n g p o i n t o f b i o s y n t h e s e s ,
- q c c n n A l r r * h a i n f e r f c r c n c c n f t h c a n a n l c r o f i c r c a c f i n n q h w w h i c h a
c e r t a i n a m o u n t o f C O z i s c o n s u m e d .
o n e f u r t h e r i n t e r e s t o f t h e m e a s u r e o f r e s p j - r a t i o n i s t h e e v a l u a t i o n
of its consequences on the environment, by the consumption of nutrients
o r t h e e x c r e t i o n o f r n e t a b o l i t e s - R e s p i r a t i o n , t h e r e f o r e m a y b e c o n s i d e - r e d a s o n e o f t h e b a s i c p a r a m e t e r s i n t h e r e l a t j - o n s b e t \ " / e e n t h e o r g a n i s m s
and their environment and between the organisms thenselves, such as the
d i s t r i b u t i o n o f s p e c i e s o r t h e i r i n t e r s p e c i f i c c o m p e t i t i o n .
R e s p i r a t i o n m a y b e m e a s u r e d i n s e v e r a l w a y s , b u t n o s t l y b y r e c o r d i n g t h e a m o u n t s o f 0 2 a n d C O z w h i c h a r e e x c h a n g e d , v e r s u s t i m e , b e t l t e e n t h e
communities and their environment.
A r e v i e w o f t h e t e c h n i q u e s d e s c r i b e d i n t h e I i t e r a t u r e i s p r e s e n t e d a s f o l l o w s :
- when classified b y t h e t y p e s o f d e v i c e s u s e d ; + c l o s e d v e s s e l s ,
+ o p e n v e s s e l s w i t h b a t c h o r c o n t i n u o u s f 1 o w ,
+ o x y g e n b a l a n c e m e a s u r e d b e t w e e n b o t h e n d s o f a s t r e t c h o f r i v e r , - when classified b y t h e c h e m i c a l c o m p o u n d s c o n s i d e r e d :
+ o x y g e n m e t h o d s , + C O 2 m e t h o d s ,
+ o t h e r m e t h o d s , s u c h a s t " c , E T S , A T P . . ,
T h e m e t h o d s a r e t h e n c o r n p a r e d f r o n a t e c h n i c a l p o i n t o f v i e w , c o n s i - d e r i n g t h e m a i n p r o b l e m s w h i c h a r i s e f r o m t h e i r u s e : c o n s e q u e n c e s o f s a m p l i n g , o f e n c l o s u r e s , o f t h e t i m e o f i n c u b a t i o n , o f t h e f l o w r a t e r e p r o d u c e d i n t h e c h a m l c e r . . . F r o n t h e g r e a t d i v e r s i t y o f t h e s e n e t h o d s . i t m a y b e c o n c l u d e d t h a t i t i s d i f f i c u l t t o c o m p a r e t h e i r r e s u l t s .
S o m e o f t h e m a i n r e l a t i o n s b e t w e e n r e s g i r a t i o n a n d t h e o t h e r p a r a m e - t e r s g e n e r a l l y c o n s i d e r e d i n e c o L o g i c a l s t u d i e s a r e p r e s e n t e d : t h e r e l a t i o n s w i t h t e m p e r a t u r e , o x y g e n c o n c e n t r a t i o n , f l o w r a t e , o r q a n i c
q a f t e r - h i n m a q q - s e l f n r r r i f i c a t i n n i n r i v e r s . . .
F i n a l t y i t a p p e a r s t h a t r e s p i r a t i o n o u g h t t o b e r n e a s u r e d r n o r e o f t e n , e s p e c i a l l y i n s t u d i e s o n s e d i m e n t s , b u t t h a t L h e s t a n d a r d i s a t i o n o f s e v e r a f m e t h o d s w o u l d b e n e c e s s a r y a t t h e s a r n e t i m e . T h e m a i n t r e n d s f o r f u t u r e i m p r o v e m e n t s s h o u l d c o n c e r n . :
- greater p r e c i s i o n i n e v a l u a t i n g t h e v e f o c i t y o f t h e w a t e r c u r r e n t
which is produced in incubation charilcers,
- the evaluation o f t h e r e s p e c t i v e p a r t s p l a y e d b y t h e d i f f e r e n t g r o u p s ( b a c t e r i a , m e i o f a u n a . . . ) i n t h e r e s p i r a t i o n o f c o m p l e x c o m m u n j . t i e s , s u c h a s t h o s e o f s e d i m e n t s ,
- a knowledge of the real de-oth of the sediment taking part in the res-
p i r a t i o n m e a s u r e d d u r i n g a c e r t a i n i n c u b a t i o n t j - m e '
M o s t m e t h o d s b a s e d o n t h e i n c o r p o r a t i o n o f l a b e l l e d m a t e r i a l i n o r d e r t o a s s e s s t h e h e t e r o t r o p h i c a c t i v i t y o f b i o c o e n o s e s a l e m o r e o r l e s s s p e c i f i c . T h e u s e o f r q C
g l u c o s e , f o r e x a m p l e , o n l y g i v e s a n i n d i c a t i o n
4 5 2 S c i e n c e s d - e L , e a u 2 , n o 4
a b o u t t h e a b i l i t y o f t h e c o m m u n i L y L o . c o : l s l l m e t h i s c o m p o u n d ' i . e . i t s n o l - e n f i a l h c l - e r o f r o n h i c t v a e t i \ / i f w u v L r v ! u I o n t h i c n a r h a h \ / d r ^ l - a Q a r z a r a l S t u d i e S s h o w t h a t t h e c a r b o n f l u x g a i n e d i n t h j s w a y o n l y r e p r e s e n t s a s m a l l f r a c t i o n o f t h e t o t a l a c t i v i t y o f t h e o r g a n i s n s . N e v e r t h e l e s s t h e s e t e c h n i q u e s a r e o f g r e a t h e l p i n i n v e s t i g a t i o n s w h e r e i n f o r m a t i o n a b o u t a s p e c i f i c a c t i v i t y i s r e q u i r e d . A n e x a n p l e i s g i v e n , s h o w i n g h o w s o m e r e l a t i o n s b e t w e e n b a c t e r i a a n d p h y t o p l a n k t o n h a v e b e e n r e v e a l e d b y t h e s e
T l - r a : r r f h n r r c n r n n a - - r i n n r r r o r f ^ 6 \ / a l u a t e t h e o v e r a l f h e t e r o t r o p h j c
a c t i v i t y o f o r g a n i s m s , i s t o m e a s u r e t h e r a t e o f t h e a n a p f e r o t i c r e a c - t i o n s w h i c h s e e m t o b e c l o s e l y r e l a t e d t o t h e g e n e r a l s u b s t r a t e u p t a k e o f t h e c e I I . T h e s e r e a c t i o n s p r o v i d e t h e T C A c y c l e w J t h C q c o m p o u n d s f r o m t h e c a r b o x y l a t i o n o f p y r u v a t e , a n d t h u s t h e e x p e r i m e n t i s o n l y a s h o r t - t e r m m e a s u r e m e n t o f d a r k C O z f i x a t i o n . A n a p p f i c a t i o n o f t h i s
t c c h n i d l c t o i h e s f r r d w n f t h e r r n t a k e r a t a n f d i c c n l r z o d n r a a n i c c o m p O u n d S
i n a l a k e i s p r e s e n t e d .
T h e u s e o f a n e n z y m a t i c r e a c t i o n L o e v a l u a t e t h e o v e r a l l a c t i v i t y o f o r g a n i s m s c o u f d b e p r o p o s e d , i n s p i L e o f i t s a c u t e s c e c i f i c i t y , i f t h i s r e a c t i o n i s l o c a t e d o n a c o m m o n o b l i g a t e w a y o f t h e m e t a b o l i s m o f a l l k i n d s o f n u t r i e n t s c o n s u m e d b y t h e c e l l " N o r e a c t i o n f i t s e x a c t l y w i t h f h i s d c f i n i t i n n - h r r f i f i q n c a r l v t h e e a s e f o r t h e r e a c t i o n s i n v o l v e d i n t h e c o n m o n f i n a l p a t h w a y o f r e s p i r a t i o n , a l s o c a l l e d t h e e l e c t r o n f r ^ n q n d r f s v c f a m / F T S \ A l t h o r r c h n o r e w i - e w o f t h e n u m e r o u s c o m p o u n d s w h i c h h a v e b e e n p r o p o s e d a s e n z y m a t i c s u b s t r a t e s t o c o m p e t e w i t h t h e n a t u r a l s u b s t r a t e s o f E T S c o u l d b e p r e s e n t e d h e r e , t h e a u t h o r p o i n t s o u t t h e m a i n p r o b l e r n s a n d t h e s o l u t i o n s v r h i c h a r i s e f r o m t h e a p p l i c a t i o n o f t h e I N T m e t h o d t o a q u a t i c e c o s y s L e m s , a n d a n o n g t h e s e :
- the interference o f t h e n o n - b i o l o g i c a l r e d u c t i o n o f I I J T ,
- f h o n n c c i h i l i t r r a f a n n l r z i n n a y ^ v f y ! r r 9 f h e m e i h o r r j n + h 6 ^ F e X O g e n I C
s u b s t r a t e s ( p o t e n t i a l d e h y d r o g e n a s i c a c t i v i t y ) .
A l t h o u g h t h e r e s u l t s o b t a i n e d i n n a t u r a l e n v i r o n m e n t s a r e ' i n s o m e c a s e s , w e l l c o r r e l a t e d w i t h t h o s e o b L a i n e d b y o t h e r m e t h o d s s u c h a s r e s p i r a t i o n , i t s e e m s i n g e n e r a l t h a L t h e m e a s u r e o f E T S c a n o n l y b e r p a l l r z c i a n i F i . A n l - f 6 r c n o c i f i . ^ - l - i r r i f i - - m L ^ . ' - 1 i r i + " ^ c t h e r e s u l t s i q n r p A t - a q t i n q i f r r a t i o n q w h e r e f h e n o n l l l a t i o n s h a v e a l o w C i v e r s i t y a n d w h e r e m o s t i n d i v i d u a l s a r e i n t h e s a m e p h y s i o l o g i c a l s t a t e .
A n . f h p r m c e n q t r r z t r h i - h s r E q t r r u f t h a e c f i r r i t r r q L L r v r L J n f ' l ' i ^ c ^ a n ^ q a q m a v h e a S S e S S e d i s t h e c h e m i c a l a n a l y s i s o f t h e c o m p o u n d s w h i c h a r e l r l o r e o r l e s s d i r e c - t l w i n r z o l r r e d i n t h e n F i a h o l i e a c t i r z i t - w o f t h e c e l l s . T \ , / o m e L h o d s w e r e d i s c u s s e d f r o m t h a t p o i n t o f v i e w d u r i n g t h e s e D i n a r .
T h e A T P m e t h o d i s p r o b a b l y t h e o n e t o w h i c h s c i e n t i s t s h a v e d e v o t e d
f h e a r e : f p s f a f f a n f i ^ n F r r r i n r u u ' r r r Y f h p l A c f f a L r l e n \ ' c i r q J l g r v i ' f \ d o s f A n s a r e i n v o l -
v e d h e r e : t h e e x t r a c t i o n o f A T P , f o L l o w e d b y i t s q u a n t i t a t i v e d e t e r m i - n a c a o n -
A I ^ r d a r e w i e w o f f h o n o i * h n . l c n r n n n c a d i n t h e f i t e r a L u r e f o r e x t f a c -
t i n g A T P f r o m d i f f e r e n t s u b s t r a t e s i s q i v e n w i t h , i n n o s t c a s e s ' a l l
d a l ' ^ i l q n f f h a a v n a r i m a n + a 1 n r a n o r i r r r o < m L ^ - ^ d l 1 h - f v a F ^ - r v ^ .
u ^ I / L r r r r u r r L a r y ! v u L u u ! u r
- actlvated s l u d g e a n d b a c t e r i a l c u l t u r e s , - sediments,
- f r e s h w a t e r s ,
- the ocean (water and sediment), - al-qae and other plants.
Swnnary of the conmunications 4 5 3
A f t e r e x t r a c t i o n , t h e e x t r a c t s m u s t , i n m o s t c a s e s , b e s t o c k e d b e f o r e a n a l y s i s . F r o m h i s o w n e x p e r i e n c e , t h e a u t h o r g i v e s s o m e d e t a i l s o f t h e p r o c e d u r e s u s e d f o r t h i s p u r p o s e . A l t h o u g h t h e a c c u r a c y o f t h e e x t r a c t i o n i s , U y f a r , t h e l i m i t i n g f a c t o r i n t h e w h o l e p r o c e d u r e , s o m e i m p o r t a n t p r o b l e m s r e m a i n , c o n c e r n i n g t h e a n a l l z s i s o f A T P e x t r a c t s b y b i o l u m i n e s - c e n c e : i n t e r f e r e n c e s a p p e a r w i t h c a t i o n s ( F e + + + , t 4 n * + , - - . ) , w i t h i n o r g a n i c s a l t s ( N a c I , K C I , . . . ) w i t h c l a y . . .
. r h r . ^rhar analvric m e t h o d s a r e n o w b e i n g d e v e l o p e d : c h r o m a t o g r a p h y a n d n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e w i t h " ' p h o s p h o r u s -
A T P m e a s u r e m e n t s w e r e f i r s t p r o p o s e d t o a s s e s s m i c r o b i a l b i o m a s s a n d
many studies were devoted to the measure of the ATP concentration in
t h e c e l l s o f d i f f e r e n t s p e c i e s . T h e r e s u l - t s s h o w t h a t t h e v a l u e s e x p r e s s e d p e r c e f l m a y v a r y w i d e l y , a s w e l l i n a l g a e a s i n b a c t e r i a .
Nevertheless the relation between the ATP and the carbon contents of
t h e c e l f s s e e m t o b e l e s s v a r i a b l e .
I n a I I c a s e s , i t a p p e a r s t h a t t h e d e t e r r n i n a t i o n o f t h e c o m p l e t e a d e n y l a t e p o o l ( A T P + A D P + A M P ) w o u l d g i v e m o r e r e a l i s t i c e s t i m a t i o n s o f b i o m a s s o r a c t i v i t y " I n f a c t , i t m u s t b e c o n s i d e r e d t h a t t h e b e s t u s e o f A T P m e a s u r e m e n t s i s r e s t r i c t e d t o t h e s i t u a t i o n s w h e r e t h e m o d i f i c a t i o n s o f o n e e c o s y s t e m s a r e m o n i t o r e d ' i n o r d . e r t o d e t e c t a n y p o s s i b l e p e r t u r b a t i o n .
D N A m e a s u r e m e n t s a r e o f t h e s a m e r e l e v a n c e , w i t h t h e d i f f e r e n c e t h a t , e x c e p t f o r t h e s t u d i e s w h e r e D N A s y n t h e s i s i s d i r e c t l y a s s e s s e d , t h e r e s u l t s a r e s o u g h t o n l y i n v i e w o f e s t i m a t i n g t h e m i c r o b i a l b i o m a s s "
A s i n t h e p r e c e d i n g m e t h o d , t h e m a i n p r o b l e m a r i s e s f r o m t h e
e x t r a c t i o n o f t h e D N A . I t s a n a l y s i s m a y b e p e r f o r r n e d b y s e v e r a l m e t h o d s '
among which the fluori-metric method is the most accurate and has
r e c e n t l y b e e n i m p r o v e d b y t h e d e v e l o p m e n t o f f l u o r i m e t r i c d y e s . T h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e r a t e o f D N A s y n t h e s i s b y r n e a n s o f l a b e l l e d t h y m i d i n e o r a d e n i n e i s a l s o a p r o m i s i n g t e c h n i q u e f o r a s s e s s i n g t h e m i c r o b i a l g r o w t h r a t e i n n a t u r a l e c o s y s t e m s .
A l t h o u g h t h e m e a s u r e m e n t o f D N A i s n e i t h e r s p e c i a l l y t e d i o u s n o r t i m e c o n s u m i n g , i t h a s n o t o f t e n b e e n u s e d i n e n v i r o n m e n t a l s t u d i e s , p r o b a b l y
as a consequence of the assumption thaL DNA may remain undegrraded for
s o m e t i m e i n d e a d m a t e r i a l . H o w e v e r , i t h a s b e e n f o u n d t o b e c o r r e L a t e d w i t h s o m e o t h e r b i o l o q i c a l p a r a m e t e r s , s u c h a s b a c t e r i a l b i o m a s s o r h e t e r o t r o p h i c p o t e n t i a l a c t i v i t y i n l a k e s o r i n a c t i v a t e d s l u d g e - F u r t h e r a s s u m p t i o n s a s t o t h e m e a n i n g o f D l l A v a l u e s i n n a t u r a l s y s t e m s w i l l o n l y b e p o s s i b l e w h e n m o r e a p p l i c a t i o n s t o e c o l o g i c a l s t u d i e s h a v e b e e n u n d e r t a k e n .
F i n a I I y s o m e g e n e r a l c o n s i d e r a t i o n s a r e o r e s e n t e d c o n c e r n i n g t h e i m p o r t a n c e o f e c o p h y s i o l o g y i n l i m n o l o g i c a l s t u d i e s a n d t h e d i f f e r e n t i t e m s b y w h i c h t h e g u a l i t y o f a m e t h o d m a y b e a p p r e c i a t e d . T o b e c l e a r l y u n d e r s t o o d , a n y l i m n o l o o i c a l e c o s y s t e m m u s t b e c o n s i d e r e d f r o m a n e c o - p h y s i o l o g i c a l p o i n t o f v i e w : f l u x e s o f e n e r g y a n d m a t e r i a l c o n t r i b u t e
I a r g e l y t o t h e d e f i n i t i o n o f i t s s t r u c t u r e ; t h e y a r e t h e b a s i c p a r a m e - t e r s i n a p p r e c i a t i n g i t s m a t u r i t y . M a n y c o m D o n e n t s o f a n e c o s y s t e m a r e t i m e - d e p e n d e n t ( 1 i g h t , n u t r i e n t o r p o l l u t i o n i n p u t s , b i o l o g i c a l r h y t h n s ) a n d t h u s m a y o n l y b e e v a l u a t e d b y d y n a m i c a n d e c o p h y s i o l o g i c a l i n v e s t i - g a t i o n s .
