Hidrológiai Közlöny 2009 (89. évfolyam)

6. szám - L. Hidrológiai Napok: "A hazai hidrobiológia ötven éve" Tihany, 2008. október 1-3.

122 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2009. 89. ÉVF. 6. SZ. Vízinövények cilindrospermopszinnal szembeni érzékenységének vizsgálata Jámbrik Katalin, Mikóné Hamvas Márta, Máthé Csaba, Beyer Dániel, Bácsi István, Koncz Gábor, Tóth Szilvia, Surányi Gyula, Borbély György Debreceni Egyetem TTK, Biológiai és Ökológiai Intézet, Növénytani Tanszék, 4010, Debrecen Egyetem tér 1. Kivonat: A cilindrospermopszin (CYN) hatásmechanizmusa még állati rendszerekben sem teljesen tisztázott, így növényekre gyakorolt in vivo hatásainak elemzése a szakirodalomra nézve új adatokkal szolgál. Kísérleteinkben három vízinövényfaj, a Wolffia arrhiza, Lemna minor és a Ceratophyllum demersum cilindrospermopszinnal szembeni érzékenységét vizsgáltuk, a növények tápoldatához Aphanizomenon ovalisporum (BGSD-423) tenyészet meghatározott CYN tartalmú extraktumát adagolva. Azt modelleztük, hogy a cianobakteriális vízvirágzásokat követően az elpusztult cianobaktérium sejtekből a víztérbe kerülő CYN tartalmú sejtkivonatok befolyásolják-e a vízi makrofiták életfolyamatait. Megállapítottuk, hogy szignifikáns növekedésgátlás (nedves tömeg, hajtásszám, örvszám és pigmenttartalom változások) 5-20 jig ml"

1 CYN koncentráció-tartományban mérhető. Sejtszintü változások már 1 ng ml"

1 CYN kezelt növények fehéijekivonataiból detektálhatok, amit a növényi stresszválaszokban kulcsfontosságú proteáz és nukleáz enzimek poliakrilamid aktivitásgéleken kimutatott enzimaktivitás emelkedései bizonyítanak. 2,5 és 5 ng ml'

1 CYN-el kezelt Ceratophyllum enzimmintázatában a kontrollhoz képest szignifikáns proteáz és ssDN-áz aktivitásemelkedés detektálható. Lemna esetében a CYN kezelések a toxinkoncentrációval arányos ssDN-áz aktivitás-emelkedést idéznek elő, míg a proteáz enzimmintázat és aktivitás csak 20 ng ml"

1 CYN hatására mutat emelkedést, új enzimek (32, 35, 38, 58 kDa) megjelenésével. A Wolffia esetében a proteázok specifikus aktivitása a CYN koncentrációval arányosan emelkedik, és új (43, 55, 60, 70 kDa) enzimek is indukálódnak. A nukleázok aktivitásában is hasonló, emelkedő tendencia figyelhető meg. Kulcsszavak: Aphanizomenon ovalisporum, Ceratophyllum demersum, cilindrospermopszin, Lemna minor, Wolffia arrhiza Bevezetés A cilindrospermopszin (CYN) kémiai szerkezetében és hatásmechanizmusában is eltér a cianobaktériumok által termelt hepatotoxinok, mint cianotoxin csoport többi tagjától. Egy vízben jól oldódó gyűrűs alkaloid származék, melynek termelésére több cianobaktérium faj is képes, például a Cylindrospermopsis raciborskii (Hawkins et al. 1985), az Umezakia natans (Harada et al. 1994), az Aphanizomenon ovalisporum (Banker et al. 1997, Shaw et al. 1999), az Anabaena bergii (Schembri et al. 2001, Fergusson és Saint 2003), Aphanizomenon flos-aquae (Preussel et al. 2006) és a Raphidiopsis curvata (Li et. al. 2001, Carmichael et al. 2001). Ezek elszaporodása a szubtrópusi, trópusi területeken általános, de az újabb adatok szerint előfordulnak a mérsékelt övben is (Padisák et al. 1997). A CYN okozta mérgezések során az emlős vese és máj kóros elváltozásait írták le (Falconer et al. 1999). Állati sejtekben a CYN fehérjeszintézis gátló hatású, de a pontos mechanizmus nem ismert (Froscio et al. 2008). Egyéb anyagcserére kifejtett hatásai közül kiemeljük, hogy a pirimidin nukleotidok szintézisét gátolja (Reisner et al. 2004). Bizonyított, hogy a CYN képes befolyásolni a vízi életközösségek egyes állatfajainak egyedfejlődését, életképességét (White et al. 2007, Kinnear et al. 2007) és a vízzel érintkező, azt fogyasztó humán populációra is veszélyt jelent (Turner et al. 1990). Növényekre gyakorolt hatásairól még kevés adat ismert. A CYN növekedésgátló hatását Vasas és munkatársai (2002) Sinapis alba csíranövényeken bizonyították. Dohánynövényeken a CYN gátolta a pollentömlő növekedését (Metcalf et al. 2004) és in vitro növényi rendszerben (búzacsíra extraktumban) is bizonyították fehéijeszintézis gátló hatását (Froscio et al. 2008). Munkánk során a CYN különböző vízinövény fajokra, az érdes tócsagazra (Ceratophyllum demersum), a vízidarára (Wolffia arrhiza) és az apró békalencsére (Lemna minor) gyakorolt hatásait vizsgáltuk és vetettük össze a szakirodalomban található eredményekkel. Az általunk kiválasztott fajok fontos tagjai a vízinövény közösségeknek és bizonyítottan érzékeny bioindikátorok (Pflugmacher 2004, Mitrovic et al. 2005). Kísérleteinkbe összehasonlításként bevontuk a tesztnövényként általánosan használt (Sinapis alba L.) csíranövényeket is. A kezelésekhez az Aphanizomenon ovalisporum tenyészet liofilizátumából készült, meghatározott CYN tartalmú extraktumot alkalmaztuk. A növekedésbeli eltéréseken túl arra is kerestük a választ, hogy a CYN kezelések hatására történnek-e enzimszintű változások; a növényi stressz-válaszokban kulcsfontosságú hídrolázok közül a proteázok (Callis 1995, Schlereth et al. 2000) és a nukleázok (Wilson 1975, Farkas 1982, Blank és McKeon 1989) aktivitásában, enzimmintázatában detektálhatók-e különbségek. Anyag és módszer Cianobaktérium tenyészet: A vizsgálataink során használt Aphanizomenon ovalisporum (ILC-164, DE TTK Növénytani T. BGSD-423) törzs az 1994. évi izraeli kinneret-tavi toxikus vízvirágzásból származó izolátum (Banker et al. 1997). A tenyésztése 500 ml-es Erlenmayer lombikokban, állandó fényen, 28°C-on, 4 %-os C0

2 tartalmú levegővel átbuborékoltatott, egyszeres ásványianyag tartalmú Allén tápoldatban történt (Allén 1968, Vasas et al. 2004). Az exponenciális fázisban lévő tenyészeteteket centrifugáltuk, az összegyűjtött sejtüledéket fagyasztás után liofilizáltuk és felhasználásig -20°C-on tároltuk. A liofilizált tenyészetből készült vizes extraktum cilindrospermopszin tartalmát kapilláris elektroforézis módszerével határoztuk meg (Vasas et al. 2002, 2004). Növénytesztek: A kísérlethez használt vízinövényeket 1 x-es Allén tápoldatban (Allén 1968), fotoperióduson (14 óra megvilágítás és 10 óra sötét), 21°C-on, 25 ml-es tenyészedényekben neveltük. A tenyészetek axenikusak. A vízinövény tenyészetek CYN-el szembeni érzékenységének a teszteléséhez az A. ovalisporum tenyészet liofilizátumából készült ismert CYN tartalmú, sejtmentes extraktum olyan térfogatait adagoltuk a növények tápoldataihoz, hogy a toxin végkoncentrációk a Lemna és a Wolffia kezelések során 1; 2,5; 5; 10 és 20 pg ml'

1, míg a Ceratophyllum kezelések esetében 1; 2,5; 5 |ig tisztított CYN ml"

1 tápoldat koncentrációknak feleltek meg. Wolffia és Lemna esetében 3 ml-es (Titer-Tech® lemez), míg Ceratophyllum esetében 100 ml-es tesztedényeket alkalmaztunk. A növények kezdeti mennyiségei 3 db „háromleveles" Lemna, 20 db Wolffia egyed, valamint 4 db 5 örwel rendelkező Ceratophyllum hajtások voltak. A Lemna-1 valamint a Wolffia-1 5 napig, a Ceratophyllum-X 19 napig, a fentebb leírt körülmények között neveltük. Összehasonlításként az A. ovalisporum liofilizátumból készült CYN tartalmú extraktum kivonataival (1- 20 pg tiszta CYN ml

1-el ekvivalens koncentrációk) elvégeztük a Felföldyféle mustár csírázási-tesztet (Felföldy 1987) és a mustár csíranövény-tesztet is (BGST, Vasas et al. 2002). A tesztek kiértékelése: A növények nedves tömegét a kezelések indításakor és a kísérlet végén mértük. A Lemna és a Wolffia egyedszámát, a levélkeszerű tagok („hajtások") számát és a Ceratophyllum örveinek a számát naponta regisztráltuk, a növekedés jellemzéséhez a kezelés utolsó napján mért adatokból kivontuk a kiindulási értékeket. A növények klorofill tartalmát Arnon (1949) módszere szerint határoztuk meg. Az adatokat (3 független kísérlet, kísérletenként 3-3 párhuzamos kezelés) Sigma Plot program alkalmazásával grafikusan ábrázoltuk (átlag ± SE). Az adatok statisztikai értékeléséhez Student-t tesztet alkalmaztunk.