Hidrológiai Közlöny 2011 (91. évfolyam)
6. szám - LII. Hidrobiológus Napok: „Alkalmazott hidrobiológia” Tihany, 2010. október 6-8.
82 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2011. 91. ÉVF. 6. SZ. A cink hatása a Monoraphidium pusillum (Chlorophyta) növekedésére és morfológiájára Szabó Gabriella', B-Béres Viktória 1, Görgényi Judit 1, Vitái Zoltán 1, Kassai Sándor 1, Gonda Sándor 3 Nagy Sándor Alex 1, Tóthmérész Béla 2, Bácsi István 1 'Debreceni Egyetem TEK-TTK Hidrobiológiái Tanszék, 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. 2Debreceni Egyetem TEK-TTK Ökológiai Tanszék, 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. 3Debreceni Egyetem TEK-TTK Növénytani Tanszék, 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. Kivonat: A nyomelemek fitoplankton fajok növekedésére gyakorolt hatása már régóta az érdeklődés középpontjában áll. Más tápanyagok hasznosíthatóságára gyakorolt hatásuk, felvételük, ill. a sejtekben történő felhalmozódásuk vizsgálata természet-, és környezetvédelmi szempontból is igen jelentős.Munkánk során a cink Monoraphidium pusillum növekedésére, sejtmorfológiájára és enzimaktivitására gyakorolt hatását vizsgáltuk különböző (0-160 mgxL') cink-koncentrációk mellett. A kontroll tenyészethez viszonyítva jelentős mértékű eltérést csak viszonylag magas (> 20 mg xL"), cink koncentráció mellett tapasztaltunk. Ezen tenyészetekben a klorofill-tartalom 7-15%-ra csökkent a kontroll tenyészethez képest; a 72. órában mért TBA-reaktív vegyületek mennyisége 12-80%-kal volt magasabb, mint a kontroll tenyészeté (fokozott lipid-peroxidáció). A nagy cink-koncentrációval kezelt tenyészetekben a sejtek kiülepednek, kisárgulnak, a kloroplasztisz felszakadozik, a sejtek duzzadttá, befüződésekkel tagolttá válnak. Az általunk vizsgált M. pusillum igen nagy cink-koncentráció mellet is képes volt életben maradni. Amennyiben bebizonyosodik, hogy a sejtek jelentős mennyiségben kötnek meg a felületükön és/vagy vesznek fel cinket, akkor az adott laboratóriumi törzs cinkkel szennyezett vizek biológiai tisztítására is alkalmas lehet. Kulcsszavak: Monoraphidium pusillum, morfológiai változások, lipid-peroxidáz, növekedés-gátlás, cink. Bevezetés Az algák mind nagyobb szerepet kapnak vizeink biomonitorozásában (Conti és Cecchetti 2003; Conti et al. 2007) illetve különböző fémszennyezett vizek biológiai fémmentesítésében (Tien 2002; Gong et al. 2005). A biomonitorozásban betöltött szerepüket többek között annak köszönhetik, hogy széles körben elterjedtek (Van Gestel és Van Brummelen 1996; Okamoto és Colepicolo 1998), valamint termelő szervezetekként a tápláléklánc egyik alapját képezik (Baum et al. 2004; Geoffroy et al. 2004); így monitorozásukkal lehetővé válhat a toxikus vegyületek gyors detektálása. A különböző típusú és koncentrációjú fémvegyületekkel szennyezett vizek fémmentesítésére azért használnak mind gyakrabban különböző algataxonokat, mert (i) alacsony a termelési költségük; (ii) fajtól függően nagy lehet az adott fémmel szembeni rezisztenciájuk; (iii) relaítve nagy felülettel rendelkeznek és (iv) nagy a fémkötő affinitásuk (Monteiro et al. 2010) Az algák minőségileg és/vagy mennyiségileg toxikus fémvegyületek kimutatására döntően háromféleképpen alkalmasak, természetesen kiegészítve ezen adatokat analitikai mérésekkel is: (i) megváltozott anyagcsere-folyamataik toxikus vegyületek jelenlétére utalhatnak (Li et al. 2006; Quian et al. 2009, Sabatini et al. 2009); (ii) faj-, és egyedszámuk fontos információt hordoz az adott víztér ökológiai, toxikológiai állapotáról (Franqueira et al. 2000; Sukenik et al. 2002; Gold et al. 2003); (iii) a sejtmorfológiai-változások vizsgálata tovább árnyalhatja, bővítheti a toxikus vegyületek algákra gyakorolt hatásának mibenlétét, és segíthet a minél korábbi detektálásban (Morin et al. 2006). Míg egyes algataxonok igen érzékenyen reagálnak a vizekben megjelenő toxikus mennyiségű és/vagy minőségű fémekre (Gold et al. 2003; Morin et al. 2006), addig más taxonok a fémionok igen nagy koncentrációjú jelenlétében is életben maradnak (Nishikawa és Tominaga 2001; Tam et al. 2001). Ezek a taxonok képesek az adott fémet felületükön megkötni, vagy felvenni azt, így fontos szerepet játszanak a fém biológiai úton történő eltávolításában (Singh 2008; Monteiro et al. 2010). Nishikawa és Tominaga (2001) Chlamydomonas acidophila különböző fémionokkal szembeni toleranciáját vizsgálták. Azt tapasztalták, hogy az adott faj cinkre vonatkoztatott EC 5 0 értéke igen magas (1,16 mM) volt, és más fémekkel szemben (Co 2 +, Cu 2 +, Cd 2 +) is igen ellenállónak bizonyult. Monteiro és munkatársai (2010) kimutatták, hogy a Desmodesmus pleiomorphus 30 mgxL"' Zn koncentráció mellett is életben marad, és 81,8 mgxg" 1 cinket képesek kivonni a vizsgált közegből. Munkánk során arra a kérdésre kerestük a választ, hogy az általunk vizsgált Monoraphidium pusillum - mint széles körben elteijedt, gyakori planktonalkotó algafaj - milyen cinkkoncentráció mellett életképes még; továbbá milyen növekedésbeli, enzimológiai és morfológiai, változások mennek végbe a tenyészetben kontroll, ill. 0,5 pg xL"' - 160 mgxL"' cink-koncentrációk mellett. Anyag és módszer A M. pusillum nevelési körülményei: Vizsgálataink során a M. pusillum kontroll, ill. 0,5 pgxL"'- 160 mgxL" 1, cink-tartalmú tenyészeteivel dolgoztunk. A kísérletek időtartalma 1 hét volt. A tenyészeteket 400 ml végtérfogatban, Jaworski médiumban, állandó fényintenzitáson és hőmérsékleten (24°C) buborékoltatva tartottuk fent. A tenyészetekből naponta vettünk mintákat. A kísérletek háromszoros ismétlésben történtek. A tenyészetek növekedésének nyomon követése: 1.Az ODgoo változása: A tenyészetek optikai denzitás-változásának nyomon követéséhez naponta l-l ml mintát vettünk ki a tenyészetekből, melyek OD értékét 800 nm-en Spectroquant Pharo 300 spektrofotométerrel határoztuk meg. 2. A szárazanyag-tartalom változása: A tenyészetek szárazanyag-tartalom változásának nyomon követéséhez naponta 5-5 ml mintát centrifugáltunk (5 perc, 10000 rpm, Micro-centrifuge Type-320a). Ezt követően a mintákat a liofilizálásig -20°C-on tároltuk. A minták liofilezése Christ Alpha 1-2 LD plus berendezésben történt. 3. Klorofill-tartalom változása: A tenyészetek klorofill-tartalmának változásához a szárazanyag tartalom nyomon követésére naponta vett és liofilizált mintákat használtuk fel. A liofilizált mintákhoz 0,5 ml metanolt adtunk, majd homokfürdőn az elegyet az első forrásig (74°C) melegítettük, ezt követően újabb 0,5 ml metanolt pipettáztunk a mintára. Az elegyet centrifugáltuk (5 perc 10000 rpm), majd a felülúszót 666, 653 és 750 nm hullámhosszon fotometráltuk. A minták klorofill-tartalmát a Felföldy (1987) nyomán számítottuk ki. A fotoszintetikus pigmentek arányának megállapítása: A mérésekhez a tenyésztés 0., 3. és 7. napján 5 ml mintát vettünk a tenyészetekből, a mintákat centrifugáltuk, majd a sejteket 100 %-os acetonban vettük fel. A minták spektrumát 0,1 nm-enként rögzítettük 400-800 nm közötti tartományban, majd a fotoszintetikus pigmentek arányát a Fityk program segítségével határoztuk meg. A lipid peroxidáció mértékének meghatározása: A lipid peroxidáció mértékét a tiobarbitursav reaktív anyagcsere termékek (TBARS) mennyiségének meghatározásával állapítottuk meg (Verma és Dubey, 2003). 5 ml tenyészetet centrifugáltunk, (10 perc 8500 rpm, Beckman Avanti J-25), a felülúszó eltávolítása után a sejteket 1 ml 0,25% 2-tiobarbitursavat (TBA) tartalmazó 10 %-os triklórecetsavban (TCA) vettük fel, majd az elegyet 95°C-on inkubáltuk 30 percig. Inkubáció után a reakcióelegyeket jégen lehűtöttük, majd centrifugáltuk. A felülúszót
