Ecological response of Rotaria rotatoria (Bdelloid Rotifera) to unbalanced nitrogen in food: experimental insights from life history strategy and feeding behavior

ABSTRACT

Nitrogen (N) cycle in ecosystems has been overbalanced by human activities. However, it remains uncertain whether the altered N supply results in a change in the elemental composition of phytoplankton and, consequently, affects the life history strategy of zooplankton. To investigate these impacts, a simple lab-based food chain was established. Results show that lack or excess of nitrogen reduced algal density, cell volume, growth rate and chlorophyll content. Moreover, N content in algae significantly increased with increased N concentration in the medium, and reached saturation at concentrations ≥5 mg·L⁻¹. Feeding on algae grown in a low-nitrogen or no nitrogen mediums resulted in faster decline in age-specific survival of rotifers, and slower population growth, as well as longer generation time. In order to make up for nutritional shortage, grazing and filtration rates increased. On the other hand, rotifers feeding on algae grown in high-N mediums (A₅₀ and A₂₀₀) had significantly shorter average lifespan and life expectancy at hatching. Therefore, nitrogen imbalances have adverse effects on the growth, development and reproduction of both primary producers and herbivorous zooplankton in the food chain.

Résumé

Le cycle de l’azote dans les écosystèmes est affecté par les activités humaines, mais il est incertain s’il en résulte une modification de la composition élémentaire du phytoplancton et, conséquemment, du cycle vital du zooplancton. Pour étudier ces effets, une chaîne alimentaire simple a été établie en laboratoire. Les résultats montrent qu’une carence ou un excès d’azote réduit la densité, le volume cellulaire, le taux de croissance et le contenu en chlorophylle des algues. De plus, le contenu en azote des algues augmente significativement avec l’augmentation de la concentration en azote du milieu, pour atteindre la saturation à des concentrations ≥5 mg·L⁻¹. Les rotifères se nourrissant d’algues ayant poussé dans un milieu pauvre en azote ou sans azote affichent un déclin plus rapide de leur taux de survie, une croissance populationnelle plus lente et un allongement de la durée des générations. Afin de compenser la carence nutritionnelle, les taux de broutement et de filtration augmentent. D’un autre côté, les rotifères se nourrissant d’algues ayant poussé dans des milieux riches en azote (A₅₀ et A₂₀₀) ont des durées de vie moyennes et des espérances de vie significativement plus courtes. Par conséquent, les déséquilibres du cycle de l’azote ont des effets délétères sur la croissance, le développement et la reproduction des producteurs primaires et du zooplancton herbivore dans la chaîne alimentaire.

KEYWORDS:

• Food quality
• life table
• nutrition
• stoichiometry
• zooplankton

MOTS CLÉS:

• Zooplancton
• nutrition
• stœchiométrie
• qualité de la nourriture
• table de survie

Acknowledgments

We are grateful to the anonymous referees for their valuable comments, constructive suggestions and editorial assistance, which have greatly improved the paper.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Data availability statement

Data will be made available on request.

Additional information

Funding

This work was supported by the Natural Science Foundation of China (31872208), and the University Synergy Innovation Program of Anhui Province (GXXT-2020-075).