Untersuchung der Verteilungsmuster von Kohlenhydraten in der Ostsee unter Berücksichtigung produktionsbiologischer Meßgrößen
Creators: name: Kerstan, Eberhard
Publisher: name: Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde
Year: 1996

description: Meereswissenschaftliche Berichte No 15 1996 - Marine Science Reports No 15 1996
description: The concentrations of different fractions of dissolved as well as particulate carbohydrates were measured with the spectrophotometric MBTH method on selected stations of various regions of the Baltic Sea between May 1992 and August 1994. Furthermore the seasonality of carbohydrate concentrations was studied at the Coastal Station Warnemuende (western Baltic Sea) in 1992. This study represents the most comprehensive registration of seasonal and spatial variation of carbohydrates in the Baltic Sea.

Before the measurements an evaluation of the MBTH method had been done. In addition to that a HPLC method on the basis of cation exchange columns and post-column derivatisation with aminobenzoic acid was developed for the estimation of
monosaccharide spectra of dissolved and particulate carbohydrates. Using a catalytic post-column makes it possible to detect non-reducing mono- and oligosaccharides too.

Seasonal variations of the concentrations of all fractions of carbohydrates in the surface layer were characterized by maxima in summer or autumn. The values were lower and its variations more irregular in deeper water layers.

The concentrations of different fractions of dissolved and particulate carbohydrates are in limits of the following values:
dissolved monosaccharides, MCHO: 0,01 - 3,35 μmol/l; total dissolved carbohydrates, TCHO: 0,21 - 9,90 μmol/l; waterextractable particulate carbohydrates, PCHO(H2O): 0,01 - 2,05 μmol/l; total particulate carbohydrates, PCHO: 0,01 - 3,94 μmol/l.

Dissolved monosaccharides contributed with some 20 - 30 % to total dissolved carbohydrates, whereas waterextractable particulate carbohydrates represented 50 - 60 % of total particulate carbohydrates. The annual mean values of carbohydrates showed only small regional differences which were similar to those of the primary productivity.
Measurements of dissolved organic matter, which were made by the HTCO method in spring and summer 1994 came to 2,1 - 4,2 mg C/l. The contribution of total dissolved carbohydrates was 2,9 to 13 %. Total particulate carbohydrates represented 9,3 - 76,5 % of particulate organic carbon in those seasons.

Carbohydrate data were opposed to sets of various hydrological, chemical and biological parameters. Significant positive correlations could be found between all fractions of carbohydrates and temperature as well as the rates of primary productivity and thymidine incorporation. In contrast to that nitrate and phosphate were - arranged by the phytoplankton - negative correlated with carbohydrates. The fractions of carbohydrates retained different concerning changing salinity and redox conditions in the Gotland Deep.

Glucose and fructose were the nearly only detected free monosaccharides in the seawater. Most important components of total dissolved carbohydrates were clucose, galatose, xylose, fucose and arabinose. Total particulate carbohydrates showed a similar composition with higher amounts of fructose and mannose.
description: An ausgewählten Stationen verschiedener Seegebiete der Ostsee wurden in der Zeit von Mai 1992 bis August 1994 die Konzentrationen unterschiedlicher Fraktionen gelöster sowie partikulärer Kohlenhydrate nach der photometrischen MBTH-Methode gemessen. Weiterhin erfolgte im Jahr 1992 die Aufnahme eines Jahresganges der Kohlenhydratkonzentrationen an der Küstenstation Warnemünde. Diese Studie stellt damit die bisher umfangreichste Erfassung der raum-zeitlichen Verteilungsmuster von Kohlenhydraten in der Ostsee dar.

In Vorbereitung dieser Untersuchungen ist eine umfangreiche Bewertung der MBTH-Methode durchgeführt worden. Darüber hinaus wurde zur Bestimmung der Einzelzuckerzusammensetzung gelöster und partikulärer Kohlenhydrate eine HPLC-Methode auf der Basis von Kationenaustauschersäulen und Nachsäulenderivatisierung mit Aminobenzoesäurehydrazid ausgearbeitet. Durch die Verwendung einer katalytischen Nachsäule war damit auch die Erfassung nichtreduzierender Mono- und Oligosaccharide möglich.

Die Konzentrationen aller Kohlenhydratfraktionen wiesen in der Oberflächenschicht ausgeprägte jahreszeitliche Variationen mit Maxima im Sommer oder Herbst auf. In den tieferen Meßhorizonten wurden meist geringere Werte und unregelmäßigere Schwankungen der KOhlenhydratgehalte festgestellt. Die Konzentrationen der einzelnen Fraktionen gelöster und partikulärer Kohlenhydrate lagen innerhalb der folgenden Grenzen:
gelöste Monosaccharide, MCHO: 0,01 - 3,35 μmol/l; gelöste Gesamtkohlenhydrate, TCHO: 0,21 - 9,90 μmol/l; wasserextrahierbare partikuläre Kohlenhydrate, PCHO(H2O): 0,01 - 2,05 μmol/l; partikuläre Gesamtkohlenhydrate, PCHO: 0,01 - 3,94 μmol.

Der Anteil der gelösten Monosaccharide an den gelösten Gesamtkohlenhydraten betrug meist 20 bis 30 %. Die wasserextrahierbaren partikulären Kohlenhydrate stellten im allgemeinen 50 bis 60 % der partikulären Gesamtkohlenhydrate dar. Aus den Jahresmittelwerten der Kohlenhydratkonzentrationen ergaben sich nur geringe regionale Unterschiede, die den Abweichungen der jährlichen Primärproduktionsraten zwischen den einzelnen Seegebieten ähnelten.

Im Frühjahr und Sommer des Jahres 1994 erfolgten Messungen des gelösten organischen Kohlenstoffs mit der Methode der katalytischen Hochtemperaturoxydation. Dabei wurden Konzentrationen von 2,1 bis 4,2 mg C/l ermittelt. Daran hatten die gelösten Gesamtkohlenhydrate einen Anteil von 2,9 bis 13,0 %. Die partikulären Gesamtkohlenhydrate repräsentierten in diesem Zeitraum zwischen 9,3 und 76,5 % des partikulären organischen Kohlenstoffs.

Bei der Gegenüberstellung der Kohlenhydratkonzentrationen mit den Meßergebnissen einer Reihe von Ökosystemparametern ergaben sich Hinweise auf unterschiedlich enge Beziehungen der einzelnen Kohlenhydratfraktionen zu diesen Meßgrößen. Signifikant positive Korrelationen wurden insbesondere zwischen den Konzentrationen aller Kohlenhydratfraktionen und der Temperatur sowie der Raten der Primärproduktion als auch der Thymidininkorporation ermittelt. Dagegen waren die Nitrat- und Phosphatgehalte über das Phytoplankton vermittelt negativ zu den KohlenhydratkonzentratiIDnen korreliert. Die einzelnen Kohlenhydratfraktionen reagierten ferner unterschiedlich auf die Veränderungen der Salzgehalte und Redoxverhältnisse im Tiefenwasser der östlichen Gotlandsee.

Als freie Monosaccharide konnten im Ostseewasser fast ausschließlich Glucose und Fructose nachgewiesen werden. Die Hauptbestandteile der gelösten Gesamtkohlenhydrate stellten Glucose, Galactose, Xylose, Fucose und Arabinose dar. Eine ähnliche Monosaccharidzusammensetzung wurde auch bei den partikulären Gesamtkohlenhydraten festgestellt, wobei aber Fructose und Mannose in höheren Anteilen vorlagen.