Hidrológiai Közlöny 2009 (89. évfolyam)

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

126. HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2009. 89. ÉVF. 6. SZ. Az ultraibolya sugárzás hatása az oldott szervesanyagok biológiai hozzáférhetőségére Keresztes Zsolt Gyula

1, Somogyi Boglárka

2, Németh Balázs

2, Fodorpataki László

1, V.-Balogh Katalin

2 'Babcs-Bolyai Tudományegyetem, Mihail Kogalniceanu 1. RO- 400084, Kolozsvár, Románia 2MTA Balatoni Limnológiai Kutatóintézet, H- 8237. Tihany, Klebelsberg Kuno u. 3. Kivonat: A vízi szervesanyagok a globális szénforgalom jelentős komponensei, szubsztrátként szolgálnak a bakterioplankton számára. Biológiai hozzáérhetőségüket eredetük (autochton vagy allochton), és kémiai természetük nagyban meghatározza. Ugyanakkor azok a folyamatok, amelyek módosíthatják a szervesanyagok fizikai és kémiai tulajdonságait, szükségszerűen hatnak a bakteriális hozzáférhetőségre is. Legfontosabb ilyen folyamat a fotolízis, amelyet elsősorban a Nap ultraibolya sugárzása eredményez. E folyamat következtében széttöredeznek a szervesanyag molekulák miközben oxigéntartalmú szabad gyökök képződnek. A Balatonra vonatkozóan vannak ismeretek az oldott szerves szén biológiai hozzáférhetőségéről, fotokémiai bonthatóságáról, de nem ismerjük, hogy a fotolízis milyen mértékben módosítja a szervesanyagok biológiai hozzáférhetőségét. Laboratóriumi kísérleteinket ennek megállapítása érdekében végeztük a Balaton Keszthelyi- és Siófoki-medencéjében vett vízzel. Az eredeti vízzel, majd hét napig Nap-szimulátorban besugárzott vízzel végeztünk biológiai hozzáférhetőség kísérleteket. Az eredeti és besugárzott vízben is mértük a hidrogénperoxid koncentrációt, mint a szabadgyök képződés indikátorát, valamint vizsgáltuk az abszorpciós és fluoreszcens tulajdonságok változását. A 28 napos kísérletek folyamán mértük a DOC koncentrációt és meghatároztuk a bakterioplankton abundanciát. Eredményeink szerint a fotolízisnek jelentős szerepe van az oldott szervesanyagok biológiai hozzáférhetőségének alakításában a Balatonban. Kulcsszavak: Balaton, DOC, fotolízis, bakterioplankton, biológiai hozzáférhetőség. Bevezetés A felszíni vizek szervesanyag készletének legnagyobb hányadát az oldott szervesanyagok képezik (Findlay és Sinsabaugh, 1999), melyek döntően meghatározzák a vízi életközösségek jellemzőit (O'Connel és mtsai, 2000.). Tavakban a szerves szén két jól elkülöníthető forrásból származik, magában a tóban zajló elsődleges termelésből (autochton) és a szárazföldi vízgyűjtőről (allochton). A Balatonba érkező oldott szervesanyagok jelentős hányadát a Zala folyó szállítja (V.-Balogh és mtsai, 2007.), melyek legnagyobb részét az huminanyagok képezik (V.-Balogh és mtsai,. 2003.). A huminanyagok biológiai eredetű szerves molekulák véletlenszerű összekapcsolódásával létrejött, savas jelegű, nagy molekulatömegű vegyületek, kromofor és fluorofor csoportjaik következtében elnyelik a vízbejutó UV sugárzás legnagyobb részét (Bano és mtsai, 1998). Az oldott szervesanyagok hatással vannak a tavak hőháztartására, oldott tápelemek biológiai hozzáférhetőségére, a vízi fényklímára és a tavak pH-jára is (Snucins és Gunn 2000, Shaw és mtsai 2000.). Az UV sugárzás vízi életközösségekre gyakorolt hatása függ a sugárzás mértékétől, az élőlények UV sugárzáshoz való alkalmazkodásától (fotoprotektív pigmentek, vertikális mozgás, stb.), és az UV sugárzást elnyelő anyagok mennyiségétől, pl. az oldott szerves-anyagokétól. Az UV sugárzás abszorpciója során az oldott szervesanyagok fotokémia bomlást szenvednek, miközben reaktív oxigénformák (0

2~', '0

2*, H

20

2) is keletkeznek, melyek károsítják a biológiai membránokat, a fehérjeszerkezet meghibásodását okozzák, enzimműködést és génműködést gátolnak, pigmentmolekulákat roncsolnak és siettetik az öregedést. A fotolízis eredményeként megváltozik az oldott szerves szén biológiai hozzáférhetősége a heterotróf mikroorganizmusok számára, ugyanakkor a légzésük során felszabadult C0

2 a fotoautotróf élőlények számára válik hozzáférhetővé (Mopper és Kieber, 2002). A könnyen hozzáférhető bomlástermékek keletkezésük ütemével azonos mértékben használódnak fel a baktériumok által, melyek erre gyors szaporodással válaszolnak (Lindell és mtsai, 1995.). A Balatonra vonatkozóan vannak ismeretek az oldott szerves szén biológiai hozzáférhetőségéről (Tóth és mtsai, 2007), fotokémiai bonthatóságáról (Keresztes és mtsai, 2008.), de nem ismerjük, hogy a fotolízis milyen mértékben módosítja a szervesanyagok biológiai hozzáférhetőségét. Munkánkban ez utóbbi vizsgálatát tűztük célul. Anyag és módszer A Balaton két legtávolabbi medencéjéből (Keszthelyi- és a Siófoki-medence Tihanynál) 2008. július 14.-én vettünk vízmintát. A szervesanyagok biológiai hozzáférhetőségének vizsgálatát az eredi (B kísérlet) és Nap-kezeit (NB kísérlet) vizekkel egyaránt elvégeztük. A kísérletekhez 4 liter vizet sterilre szűrtünk (GF-5 üvegszálas filteren előszűrés, 0,2 |tm pórusméretű membránon szűrés). Ennek felét mintavételi helyenként 7 db 280 ml-es (magasság: 35 cm, belső átmérő: 3,5 cm) kvarc csőbe töltöttük (így tudtuk besugározni a szükséges térfogatú vizet). A csöveket laboratóriumban Nap szimulátort alkalmazva mesterségesen előállított folyamatos sugárzásnak (UV-A, UV-B ill. VIS fénycsövek) tettük ki hét napig. A Nap szimulátor által kibocsátott fényintenzitások a következők voltak: UV-B: 0,291 mW cm"

2, UV-A: 0,403 mW cm"

2, PAR: 695 (amol m"

2 sec"

1. Ezen intenzitásértékek megfelelnek a nyári napsütéses órák (9-tól 17-ig) átlagértékeinek. A PAR sugárzás intenzitásának méréséhez LI-COR, az UV sugárzáséhoz VLX 3W típusú radiométereket használtunk. A szervesanyagok biológiai hozzáférhetőségének laboratóriumi vizsgálatakor Servais és mtsai. 1989; Waiser és Robarts, 2000 módszerét követtük. A sterilre szűrt vízmintákat saját bakterioplankton populációjukkal inokuláltuk (GF/C szürlet) olyan hígítási arányban, hogy a kiindulási baktérium abundancia közelítően 0,25 - 0,5 * 10

6 sejt ml"' legyen (Kalbitz és mtsai 2003). Ehhez meghatároztuk az eredeti víz bakterioplankton abundanciáját. A fénykezelt mintákat 2008. július 22-én frissen vett bakterioplanktonnal inokuláltuk. A hígítás mértéke mindig 10-szeres volt, kivéve egy esetet, ahol 20-szoros (Keszthelyi-medence Nap-kezeit víz inokulálása). Az inorganikus tápelemiimitáció elkerülése érdekében a kísérlet kezdetén szükség szerint tápelemeket, P0

4-P-t (KH

2P0

4 formájában) és N0

3-N-t (NaN0

3 formájában) adtunk vizekhez, törekedve a közel hasonló kiindulási tápelem koncentráció (SRP = 100 pg l"

1, N0

3-N = 1000 pg l"

1) eléréséhez. Ehhez meghatároztuk a vízmintavételkor az eredeti tápelem-koncentrációt (Siófoki-medence: N0

3-N = 79,07 ± 4,98 pg 1"';SRP = 4,29 ± 0,12; Keszthelyi-medence: N0

3-N = 57,95 ± 0 pg 1

_

1;SRP = 6,79 ± 0,21). Az így előkészített kísérleti vizekből 3 párhuzamban előzőleg sterilizált 1 literes Erlenmeyer lombikokba 650 ml-t töltöttünk, melyeket sötétben rázógépen 26 °C-on 28 napig inkubáltuk. A kísérleti edényekből mintát vettünk a kísérlet kezdetén, majd a 3., 7., 14., 21., és 28.napon. A mintavételek idejére a lombikokat lamináris boxba helyeztük és a mintavételeket steril környezetben hajtottuk végre. Minden mintavételkor mértük a DOC koncentrációt Elementar High TOC szerves szén analizátorral, továbbá meghatároztuk a bakterioplankton mennyiségét fluoreszcens mikroszkópi