Hidrológiai Közlöny 2010 (90. évfolyam)

6. szám - LI: Hidrobiológus Napok: „Új módszerek és eljárások a hidrobiológiában” Tihany, 2009. szeptember 30–október 2.

88 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2010. 90. ÉVF. 6.. SZ. A fény minőségének hatása cianobaktériumok és zöldalgák szaporodására és fotoszintézisére Kiirthy Anett

1, Somogyi Boglárka

2 és Vörös Lajos

2 debreceni Egyetem, Debrecen - 2 MTA Balatoni Limnológiai Kutatóintézet, Tihany Kivonat: A víz alatti fényviszonyok - más tényezők mellett - befolyásolhatják a fitoplankton faji összetételét. Erről vörös vagy zöld fény dominanciájú sekély tavainkban kevés ismerettel rendelkezünk, bár tiszta, mély vizekben az eukarióta algák jobb fényhasznosítását a kékesibolya tartományban már összefüggésbe hozták eltetjedésükkel. Éppen ezért célul tüztük ki a fény minőség hatásának meghatározását egy cianobaktérium és egy zöldalga szaporodására és fotoszintézisére. A kísérletekhez egy fikocianin pigment dominanciájú pikocianobaktérium törzset (ACT0616) és egy pikoeukarióta zöldalga törzset (ACT0608) használtunk. Ezek szaporodását (az optikai denzitás nyomon követésével) és fotoszintézisét (

1

4C módszerrel) vizsgáltuk 26 °C-on, különböző hullámhosszú fényeken, 37 nmol foton m"

2 sec"

1 fényintenzitáson. A színes inkubáció kék, zöld és vörös színszürőkkel történt, kontrollként pedig fehér fényt alkalmaztunk. A kísérlet végén felvettük az algák in vivo abszorpciós spektrumát, valamint meghatároztuk a sejtek a-klorofill és összes karotinoid tartalmát. A kapott eredményeink azt bizonyították, hogy a zöldalga a szaporodásához legnagyobb mértékben a kék és a vörös fényt hasznosította, a zöldet pedig kevésbé. A cianobaktérium ezzel szemben a vörös fényen szaporodott a legintenzívebben, kevésbé a zöldön és még kevésbé a kéken. A fotoszintézis vizsgálatok is ugyanezt a fénypreferencíát tükrözték. Hazai turbid, sekély tavaink esetében a kék, illetve a kékesibolya fény nyelődik el a leghatékonyabban, így valószínűleg ezen vízterek vörös vagy zöld fény dominanciája hátrányos a zöldalgák számára. Kulcsszavak: fény minőség, cianobaktérium, zöldalga, szaporodás, fotoszintézisBevezetés A különböző vizek fényklímája egyedi sajátság, de akár ugyanannak a víznek a fényviszonyai is változhatnak például nap- és évszak szerint (Kirk, 1994). A legnagyobb hullámhoszszú (és legkisebb energiájú) vörös fény mennyisége minden víztípusban nagymértékben csökken a növekvő mélységgel, ami magának a víznek az abszorpciójával van összefüggésben. A nagyon tiszta és színtelen mély tavakban és tengerekben a fény elnyelődése a kék tartományban a legkisebb. Éppen ezért ezekben a vizekben a víz alatti fényklíma a mélység növekedésével először kék és zöld, majd kék dominanciát mutat. A vizek zavarossága (szervetlen lebegőanyag tartalma) önmagában a spektrális összetételt nem befolyásolja nagymértékben, de a fény intenzitását jelentősen csökkenti (Kirk, 1994). A színes, huminanyagban, vagy algában gazdagabb vizekben először a kék fény nyelődik el. Az ilyen vizek fényklímájára a színes anyagok mennyiségétől függően a zöld vagy a vörös fény dominanciája jellemző. Ezt a jelenséget „vörös eltolódásnak" nevezzük. Hazai sekély tavaink víz alatti fényklímájára a tiszta tengerektől és mély tavaktól eltérően nem a kék, hanem a zöld vagy a vörös fény dominanciája jellemző. A tisztább vizekben a zöld fény dominál, míg az oldott és formált szerves anyagokban gazdagabb vizekben vörös fény dominanciát találunk. A Balaton hossztengelye mentén nemcsak egy trofikus grádiens figyelhető meg nyugatról kelet felé haladva, hanem a víz alatti fény spektrális összetétele is változik. A Siófoki-medencében a zöld fény, a Keszthelyi-medencében pedig gyakran a vörös fény dominanciáját figyelhetjük meg, melynek oka a Kis-Balatonból a Zala folyón át a Keszthelyi-medencébe érkező nagy mennyiségű huminanyag, amely a víznek is barnább árnyalatot ad (V.-Balogh et al., 2000; Vörös et al., 1998). A vörös fény dominanciája különösen kifejezett az igen kicsiny átlátszósággal rendelkező, sekély szikes tavainkban (pl. Duna-Tisza közi szikes tavak), ahol a kék és zöld fény már a felszín közelében elnyelődik és szinte csak vörös fény jut a víz alá (Dvihally, 1961). A víz alatt élő fotoszintetizáló szervezeteknek mind a vízmélységgel csökkenő fény intenzitáshoz, mind a változó spektrális összetételhez alkalmazkodniuk kell. Az adott fényviszonyokhoz való alkalmazkodás - például a pigment összetétel változása révén - a kromatikus adaptáció képessége. Egyes algacsoportok képviselői számos olyan járulékos pigmenttel rendelkeznek, amelyekkel a szárazföldi növények nem, és amelyek lehetővé teszik számukra a víz alatti leszűkült spektrum kihasználását. A víz alatti fényviszonyok éppen ezért - más tényezők mellett - befolyásolhatják a fitoplankton faji összetételét. Az algák kromatikus adaptációja kapcsán számos tanulmány látott napvilágot, de ezek elsősorban mély tavakra, illetve tengerekre vonatkoznak (Kirk, 1994). A kromatikus adaptáció egyik klasszikus példája a tiszta, átlátszó tengerek litorális zónájában megfigyelhető rétegzettség. A felszíni régiókban a barnamoszatok dominálnak, majd helyüket átveszik a vörösmoszatok, a mélyebb régiókban, ahol már a kék fény dominál, pedig a zöldalgák jutnak domináns szerephez (Kirk, 1994). Egy másik példa a pikoalgák tiszta, mély tavakban és tengerekben megfigyelhető vertikális rétegzettsége, ahol a PAR 1%-os lehatolási mélységében, zöld fény dominancia mellett megfigyelhető klorofill maximum a fikoeritrin pigment dominanciájú pikociano-baktériumoknak köszönhető (Fahnenstiel & Carrick, 1991; Glover et al., 1986). Ez alatt a réteg alatt, a PAR mintegy 0,5 %-os lehatolási mélységében, még egy klorofill csúcs alakulhat ki, amely kék/kékesibolya fény mellett általában pikoeukarióta szervezetek elszaporodásának köszönhető (Fahnenstiel & Carrick, 1991; Glover et al., 1986). Glover és munkatársai (1986) két tengeri, fikoeritrin pigment dominanciájú pikocianobaktérium (Synechococcus spp.) és számos tengeri eukarióta [köztük nano méretű (Heterokontophyta és Dinophyta) fajok, valamint pikó méretű (Prasinophyceae és Prymnesiophyceae) fajok] alga szaporodását és fotoszintézisét tanulmányozták kékes-ibolya, kék és zöld fényen, fénylimitált körülmények között. Eredményeik szerint a fikoeritrin pigment dominanciájú pikocianobaktériumok nagyobb mértékben voltak képesek a zöld fény abszorbeálására, mint a vizsgált eukarióta algák. Az összes vizsgált eukarióta a kékesibolya fényen szaporodott a legintenzívebben, ugyanakkor a pikó méretű algák alacsonyabb fényintenzitást is képesek voltak hasznosítani, mint a nagyobb méretűek. Ezzel a vizsgálatsorozattal megmagyarázták az 1 "Zoos lehatolási mélységben kialakuló fikoeritrin pigment dominanciájú pikocianobaktériumok, és a 0,5 %-os lehatolási mélységben a pikoeukarióta szervezetek dominanciáját a tiszta tengerekben (Glover et al., 1986). Az algák kromatikus adaptációjáról sekély tavainkban kevés ismerettel rendelkezünk, bár a fikoeritrin és fikocianin pigment dominanciájú pikocianobaktériumok előfordulásáról számos tanulmány született, amelyek a zöld fény uralkodása mellett a fikoeritrines, míg a vörös fény uralta vízterekben a fikocianinos formák dominanciáját írták le (Vörös et al., 1998; Stomp et al., 2007). Munkánk célja az volt, hogy meghatározzuk a fény minőségének hatását egy fikocianinban gazdag cianobaktérium és egy zöldalga szaporodására és fotoszintézisére. Anyag és módszer A szaporodás és fotoszintézis vizsgálatokhoz az ACT 0616os törzsszámú fikocianin pigment dominanciájú pikocianobaktérium és az ACT0608-as törzsszámú pikoeukarióta zöldalga törzset választottuk ki. A kiválasztott algatörzsek a Duna-Tisza közi szikes tavak közül a Böddi-székből lettek izolálva, az izoláláshoz vízmintavétel 2005. decemberében történt (Somogyi et al., 2009, Felföldi et al., 2008). Az algatörzsek tenyésztése során módosított BG11 tápoldatot használtunk, melyben a mikroelemek javasolt koncentrációjának egy tizedét alkalmaztuk (Rippka et al., 1979). A cianobaktérium és a zöldalga szaporodását 26° C-on, három párhuzamban, különböző színű fényeken, fénylimitált körülmények között (37 |imol foton m"

2 sec"

1) vizsgáltuk. A színes inkubációt kék, zöld és vörös színszűrők-