Hidrológiai Közlöny 2002 (82. évfolyam)
XLIII. Hidrobiológus Napok: "Vizeink ökológiai állapota: természetvédelem, vízhasznosítás" Tihany, 2001. október 3-5.
114 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2002. 82. ÉVF. A Cylindrospermopsis raciborskii cianobaktérium nitrogénfelvétele és -kötése a tápanyag-ellátottság függvényében Sprőber Péter, Hesham M. Shafik, Présing Mátyás, Herodek Sándor Magyar Tudományos Akadémia Balatoni Limnológiai Kutatóintézete, Tihany Kivonat Folyamatos algatenyésztőben vizsgáltuk a Cylindrospermopsis raciborskii nitrogénfelvételét és -kötését különböző koncentrációjú ammónium és nitrát hozzáadásánál és hlgftási aránynál A nitrogénformák felvételét és a N 2-kötést közvetlenül az algákból határoztuk meg stabil izotóp tömegspektrométerrel. A kísérleti eredmények alapján megállapíthatjuk, hogy foszforfelesleg mellett, a tápoldattal adagolt N-formák mennyiségétől, milyenségétől és az adagolás löketszerű vagy folyamatos módjától függetlenül a biomasszák hasonlóak voltak. A hozzáadott nitrogént az algák szinte maradéktalanul felvették, a nitrogénszükségletükhöz hiányzó mennyiséget pedig a légköri N 2 kötéséből fedezték. Azonos hlgftási aránynál különböző NH,-N koncentrációkat (300, 750, 1500 és 3000 pg 1"' 1 SN-NH,) hozzáadva azt találtuk, hogy az algák termelését nem befolyásolta a koncentrációknak megfelelő különböző nitrogén mennyisége, biomasszájuk közel azonos volt A löketszerű NH<N ellátású tenyészetben a hozzáadás előtt csak: nitrogénkötést tapasztaltunk Az ammónium hozzáadása után a kötés először változatlanul folyt, majd csökkent, ill leállt. Ezalatt a hozzáadott ammóniumot az algák felvették. A nitrogénkötés a hlgftási arányoktól függően 8-24 óra múlva állt vissza a löket előtti szintre. Tehát az ammónium nem blokkolásszerűen gátolta a nitrogénkötést, hanem valószínű, hogy az a sejt nitrogéntartalmától függően állt le, ill. aktivizálódott újra. Kulcsszavak: ammónium- és nitrátfelvétel, N 2-kötés, folyamatos algatenyésztö, Cylindrospermopsis raciborskii Bevezetés A Balaton vízminősége az utóbbi években fokozatosan javult. Ennek ellenére néhány alkalommal elszaporodtak a nitrogénkötő cianobaktériumok. Sikerességük okaival sok kutatás foglalkozott és foglalkozik. Az eddigi legnagyobb vízvirágzásokat a Cylindrospermopsis raciborskii (Wolosz.) Seenayya et Subba Raju okozta. Tudjuk, hogy nitrogén-forrásként az ammóniumot preferálja, amelyet gyorsan, hatékonyan, nagy mennyiségben asszimilál. Jelentős nitrátfelvételre képes, de mellette a légköri nitrogénkötése is számottevő (Présing el al. 1996, Shafik el al. 1997). A légköri nitrogénkötés és az ammónium felvétele közötti kölcsönhatásról nincsenek ismereteink. Nem tudjuk, hog}/ az ammónium jelenléte milyen mértékben szorítja vissza, esetleg gátolja-e a nitrogénkötést, és azt sem, hogy az egyre javuló ammónium* és nitrátellátás hogyan befolyásolja a faj versenyképességét. Ezért folyamatos algatenyésztő berendezésekkel olyan kísérletsorozatot kezdtünk, amelyben a C. raciborskii nitrogénkötő cianobaktérium faj növekedését vizsgáltuk ammónium és nitrát adagolása mellett. A tápoldatból felvett nitrogén-források aránya adott, hiszen kizárólag közel 100 atom % l sN-t tartalmazó vegyületekkel dolgoztunk. A kemosztát berendezések ilyen jellegű használata stabilizotóp-technikával párosítva új megközelítésnek tekinthető. Anyag és módszer A kísérleteket a Balatonból izolált C. raciborskii (ACT 9502) törzzsel végeztük. Tápanyagként az ún. BG-11 oldatot használtuk, azzal a módosítással, hogy oldott nitrogént nem tartalmazott, és az eredeti mikroelem koncentráció tizedét adtuk hozzá. Az algákat kezdetben lombik kultúrában növesztettük közel 300 pg l' 1 kloroftll-ű szint eléréséig. Ezután a különböző tápanyagkísérletekhez a tenyészetet átfolyó rendszerű lombikokba, ún. kemosztátokba töltöttük (1. ábra). A tápoldatot perisztaltikus pumpa (Masterflex) juttatta a kívánt áramlási sebességgel a tenyésztőedányekbe. A tenyésztő-edény speciálisan kialakított, kúp alakú és 3000 ml térfogatú. A benne lévő 2000 ml algatenyészetet alulról, légpumpával levegőztettük, amely egyben a kultúra keverését is biztosította. A levegőt 0,2 pm pórusbőségü sterilszűrön keresztül áramoltattuk a kemosztátba. A levegőből származó NH„ + mennyiségének lehető legkisebbre csökkentése érdekében tömény sósavas levegőcsapdát iktattunk közbe. A savgőz okozta nem kívánt pH-változás elkerülésére a levegőt még egy pH=8-as NaH 2P0 4-NaOH pufferoldatot tartalmazó csapdán is átvezettük. így az algatenyészeteket 7,5 körüli pH-n tudtuk tartani. A tápoldatot és a szerelvényeket felhasználás előtt 120 °C fokon 20 percig sterileztük. A kemosztátokat 23 ± 2 °C-on, folyamatos 120 pmol m" 2 sec 1 megvilágítás mellett tartottuk. Valamennyi tápoldat bőségesen tartalmazott foszfort (5000 pg l" 1 PO„-P). A kemosztátokban lévő algatenyészetek állapotát és növekedését a következő jellemzők mérésével naponta ellenőriztük: hígítási arány, kloroftll-a, zavarosság, szárazsúly, pH. Egyensúlyi állapotokban ezeket az összes nitrogén- és széntartalom, valamint a l 5N/ 1 4N arányának, az NH 4-N, N0 3-N és P0 4-P koncentrációjának mérésével egészítettük ki, amelyeket 3-5 napig folytattunk. Az analitikai, szén- és nitrogéntartalmi, továbbá az izotópdúsulási méréseket az előző évekhez hasonlóan végeztük (Présing és Sprőber 2001). 1. ábra A kemosztát-berendezés elvi felépítése Az első kísérletben a befolyó tápoldat 300 pg l' 1 1 5N-t tartalmazott. Az egyik kemosztát Na 1 5N0 3-ot, a másik l sNH 4Cl-ot kapott nitrogénforrásként folyamatos adagolásban. A 0,25, 0,35, 0,50, 0,65, 0,75 és 0,95 nap" 1 hígítási arányoknál értünk el állandósult, vagy egyensúlyi (steady state) állapotot. A második kísérletsorozatban mindhárom algatenyészet 1 5NH 4Cl-ot kapott, de különböző (750, 1500 és 3000 pg 1 5N l' 1) koncentrációkban. A hígítási arány mindhárom kemosztátban 0,5 nap" 1 volt. A többi kísérleti körülmény (hőmérséklet, pH, megvilágítás intenzitása) az előző kísérletben használtakkal azonos volt. A harmadik kísérletben az algáknak annyi 1 5NH 4Cl-ot adunk minden harmadik napon egyszerre, mint amennyit az első kísérlet kemosztátjai kaptak három nap alatt folyamatosan. Az első kísérlettel megegyezően itt is 0,25, 0,35, 0,50, 0,65, 0,75 és 0,95 nap' 1 hígítási arányoknál értünk el állandósult állapotot.
