Hidrológiai Közlöny 2006 (86. évfolyam)
6. szám - XLVII. Hidrobiológus Napok: Vizeink élővilágát érintő környezeti változások Tihany, 2005. október 5–7.
56 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2006. 86. ÉVF. 6. SZ. A Cylindrospermopsis raciborskii fonalas cianobaktérium N 2-kötésének és nitrogénfelvételének vizsgálata foszforlimitált kemosztátokban Kenesi Gyöngyi 1, Présing Mátyás 1, Hesham M. Shafik 12, Kovács W. Attila 1, Herodek Sándor 1 •MTA Balatoni Limnológiai Kutatóintézet, 8237. Tihany, Klebelsberg K. u. 3. Pf. 35. 2Szuezi Csatorna Egyetem, Botanika Tanszék, Ismailia, Egyiptom, 41522. Kivonat : Foszforlimitált kemosztátokban, (N/P=20) vizsgáltuk az NH 4' hatását a Cylindrospermopsis raciborskii növekedésére, metabolizmusára és N2 kötésére. A kísérletsorozatok egy részéhez NH 4'-ot tartalmazó, másik részéhez nitrogénmentes tápoldatot adagoltunk. Kis növekedési arányoknál a C/N arányok nem tértek el jelentősen az optimális Redfield értéktől (5,6 tömegarány), a hígítási arányt növelve NFLf jelenlétében ez az érték csökkent. A C/N arány csökkenését a PN/szárazanyag hányados növekedése okozta, mivel a PC/szárazanyag arány nem változott jelentősen. A karotinoid/a-klorofill arány a növekedési sebességgel csökkent, amit az a-klorofill/szárazanyag növekedése okozott. A kizárólag légköri N 2-nel ellátott tenyészetek biomasszája jelentősen elmaradt azokétól, melyek NH/-ot is kaptak. Az Nll 4' tehát csökkentette a sejtek minimális (fenntartási) foszforhányadát (Q 0), és növelte a maximális növekedési sebességet. A légköri N 2 kötését az NH 4 kis tápanyag adagolási sebességeknél részben gátolta, míg nagyobb hígítási arányoknál képes volt annak teljes blokkolására is. A N2 kötés gátlását a magas PN tartalom ill. a magas NIL' koncentráció okozhatta. Kulcsszavak: Cylindrospermopsis raciborskii, fonalas cianobaktérium, foszforlimitáció, N 2-kötés, kemosztát Bevezetés, Célkitűzés A Balaton foszforterhelésének csökkenésével a tó trofitása csökkent, a Cylindrospermopsis raciborskii biomasszája is mérséklődött. Ennek ellenére továbbra is indokolt e Balatonban nem őshonos faj metabolizmusának vizsgálata, hiszen Közép-Európa legnagyobb sekélyvizű tavában előfordulhatnak nitrogénhiányos időszakok (Présing és mtsai 2000), csökkenhet a fitoplankton fajeloszlását befolyásoló (Bulgakov és Levich 1999) N/P arány is. Mindkét tényező a cianobaktériumoknak, különösen a nitrogénkötőknek kedvez, amelyek nyáron még mindig a fitoplankton meghatározó tömegét alkotják. Bőséges foszforellátottság mellett végzett kísérletek szerint (Sprőber és mtsai 2003) a rendelkezésre álló nitrogénformák nem befolyásolták jelentősen a faj növekedését. A tóra jellemző foszforlimitált körülmények mellett még nem vizsgálták a nitrogénformák hatását a faj versenyképességére. Az elvégzett kísérletsorozatok célja kettős volt: egyrészt arra kerestünk választ, hogy foszforlimitált körülmények között az eltérő energiatartalmú nitrogénformák hogyan befolyásolják a faj anyagcseréjét, versenyképességét, másrészt arra, hogy az NH 4 milyen mértékben gátolja a nitrogénkötést, képes-e annak teljes mértékű blokkolására. Anyag és módszer Az ilyen jellegű kísérletekhez a tápoldatot folyamatosan a tenyészethez adagoló ún. kemosztát rendszerek a legalkalmasabbak, segítségükkel tetszőleges növekedési sebesség és tápanyag összetétel mellett vizsgálhatók a sejtek. A kemosztátokban a lombik tenyészeteknél sokkal jobban megközelíthető a tavakra és tengerekre jellemző viszonylag állandó és alacsony tápanyag ellátottság. A kísérleteket Shafik és mtsai (2001) által leírt kemosztát rendszerekkel, hasonló körülmények között végeztük. Az alkalmazott kemosztát felépítése az 1. ábrán látható. A tápoldatot egy speciálisan kialakított, kúp alakú tenyésztőedénybe adagoltuk perisztaltikus pumpa (Masterflex) segítségével, ahol a cianobaktériumok nőttek. A Balatonból izolált C. raciborskii (ACT 9502) cianobaktérium törzzsel dolgoztunk. Nem axenikus tenyészetekkel dolgoztunk, viszont a baktériumok mennyisége nem haladta meg a C. raciborskii biomasszájának 2 %-át, ezt akridinnaranccsal végzett festés után ellenőriztük. Előzetesen optimálisnak talált hőmérsékletet (26 ± rozat esetén a tápoldat 4000 pg 1" NH 4-N-t tartalmazott (N/P arány az optimális értéknél nagyobb, 20-as érték, ami erős foszforhiányt jelent.). A második esetben a tápoldat nitrogénmentes volt, így az algák kizárólag a légköri nitrogén kötéséből fedezték nitrogénszükségletüket. Kezdetben kisebb tápanyag adagolási sebességeknél értünk el állandósult állapotokat, majd a hígítási arányt növeltük, egészen addig, amíg a növekedési sebesség már nem volt képes egyensúlyt tartani a tápoldat hígító hatásával, ezért az algasejtek kimosódtak a kemosztát edényből. A tenyészetek állapotát a következő jellemzők mérésével naponta ellenőriztük: hígítási arány, pH, a-klorofill koncentráció, optikai denzitás 750 nm-en (Sprőber és mtsai 2003), ezen kívül meghatároztuk a karotinoidok koncentrációját is (Wetzel és Likens 1991). Az állandósult állapotok elérése után 3-5 napon keresztül a napi mérések kiegészültek a partikulált nitrogén (PN), a partikulált szén (PC), a száraztömeg, valamint az NH 4-N, NO3-N, PO4-P, TP koncentrációjának meghatározásával. A kísérletek az algaszuszpenzió N 2-kötő képességének mérésével zárultak. A l 5N 2 felhasználásán alapuló módszert intézetünkben fejlesztettük ki (Présing és mtsai 2005). Iintavevö-edény 1 °C) és fényt (Circline™ Cool White T9/32W/CW fénycső, 100 pmol m" : sec" 1 intenzitású folytonos megvilágítás) biztosítottunk. Módosított BG-11 tápoldatot (200 pg 1"' PO4-P) adagoltunk a tenyészetekhez (Sprőber és mtsai 2003). Kísérleteink során a Fe(IIl)-citrát koncentrációját a negyedére csökkentettük, hogy ezzel elkerüljük a növekedést meghatározó foszfor kicsapódását. Az egyik kísérletso1. ábra. A kemosztátberendezés elvi felépítése Eredmények és megbeszélésük A kizárólag légköri N 2-nel ellátott kísérleteknél 0,25; 0,35; 0,50; 0,70; 0,75 és 0,90 nap" 1, míg az NH 4 +-mal ellátottaknál 0,35; 0,50; 0,75; 1; 1,5 nap" 1 hígítási arányoknál értünk el állandósult állapotokat. A kizárólag légköri N 2 kötésére szoruló (A) ill. az NH 4 +-mal is ellátott (•) tenyészetek jellemzőit a 2-8. ábrákon vetettem össze. A hígítási arányok növelésével, a gyorsabb átfolyás miatt az algák egyre kisebb biomasszát voltak képesek fenntartani a kemosztátokban (2. és 4. ábra). Összevetve az egyes hígítási arányoknál elért állandósult állapotokat, az NH 4 -mai ellátott tenyészetek biomasszája meghaladta az NH 4 -mentesekét (2. ábra).
