Hidrológiai Közlöny, 2013 (93. évfolyam)

2013 / 5-6. különszám - LIV. Hidrobiológus Napok előadásai

37

Békalencse-fajok keményítő-felhalmozási potenciáljának vizsgálata axenikus tenyészetekben

Hepp Anna, Oláh Viktor, Zákány Zoltán, Szőllősi Erzsébet, Mészáros Ilona Debreceni Egyetem TTK Növénytani Tanszék, 4032. Debrecen Egyetem tér 1.

E-mail: immeszaros@unideb.hu

, olahviktor@unideb.hu

Kivonat: A békalencse-fajok (Lemnaceae, Araceae) jellemző tulajdonsága, hogy viszonylag magas keményítő tartalommal rendelkeznek,

amely alkalmas lehet ipari alapanyagnak is. Vizsgálataink során három hazai békalencse faj axenikus tenyészeteinek keményítőfelhalmozó képességét vizsgáltuk rövid távú (4 nap) kémiai stressz (K.C1 0-4 g f1) hatására. Eredményeink alapján a három faj kontroll tenyészeteinek keményítőtartalmára a következő sorrend volt jellemző: Lemna gibba > L. minor > Spirodeta polyrrhiza. A KC1 által indukált stressz hatására, 1-2 g KCl l"1 koncentráció felett, a keményítőtartalom mindhárom fajnál emelkedett, de az emelkedés mértéke eltérő volt az egyes fajoknál. A legnagyobb mértékű emelkedés a L. minor esetében volt tapasztalható. A S. polyrrhiza a két Lemna-fajhoz képest alacsonyabb keményítőtartalmat mutatott minden alkalmazott koncentrációnál, míg a felhalmozott mennyiség százalékos emelkedése stressz hatására a L. gibbahoz volt hasonló.

Kulcsszavak békalencse, Lemna, keményítő-felhalmozás, környezeti stressz.

Bevezetés

A békalencse-félék {Lemnaceae, Araceae) az egész világon elterjedt, vízfelszínen lebegő, redukált felépítésű, egyszikű növények. Az ökotoxikológiai és ökofiziológiai kutatások népszerű objektumai (Lakatos és mtsai 1993, Environment Canda 2007, Oláh és mtsai 2010), de emellett a gyakorlati alkalmazhatóságukat is vizsgálják a remediáció, a szennyvíztisztítás és egyes alapanyagok előállítása területén (Cheng és mtsai 2002).

A békalencse-félék egyik jellemző tulajdonsága, hogy viszonylag magas keményítőtartalommal rendelkeznek, és kedvezőtlen fiziológiai körülmények, környezeti stressz hatására a felhalmozott keményítő mennyisége tovább emelkedik (Yin és mtsai 2010). Xu és mtsai (2011) szabadföldi, sertés-hígtrágyával végzett kísérletei alapján a Spirodela polyrrhiza egy Észak-Karolinai ökotípusa által felhalmozott keményítő mennyisége 19-30 % (sza) között mozgott, a- mely mennyiség már alkalmas lehet az etanol-fermentáció alapanyagául, így a szennyvíztisztításhoz kapcsolt bioüzemanyag előállitásra is. A szerzők eredményei alapján a keményítőtartalom és a felhalmozás sebessége tápelem-hiánnyal vagy kémiai stresszel jelentősen fokozható, így az etanol fermentációhoz is jobb alapanyag állítható elő.

Munkánk során a hazai vizekben elterjedt békalencse-fajok keményítő-felhalmozási jellemzőit vizsgáltuk laboratóriumi körülmények között. Célunk a keményítő-felhalmozási potenciál fajok közötti eltéréseinek felmérése volt optimális, feltételek mellett, illetve stressz hatására.

Anyag és módszer

Vizsgálatainkhoz három, hazai vizekben is elterjedt bé- kalencse-faj, a bojtos békalencse {Spirodela polyrrhiza (L.) Schleiden), az apró békalencse {Lemna minor L.) illetve a púpos békalencse {Lemna gibba L.) axenikus tenyészeteit használtuk. Az előbbi két faj törzstenyészeteit a Kis-Bala- tonban 2004-ben gyűjtött mintákból hoztuk létre, míg a L. gibba a DE TTK Növénytani Tanszékén az 1990-es évek ó- ta fenntartott tenyészetből származott. A törzstenyészeteket a DE TTK Növénytani Tanszék Növény és Szövettenyésztési laboratóriumában neveltük folyamatos, fluoreszcens fehér megvilágítás alatt (GE Polylux F30W/830 fénycső, PP- FD: 80±10 gmol m'2s ', QRT1 PAR/Temp Sensor, Hansa- tech Instruments) 22±2 °C hőmérsékleten, 'A erősségű Hut- ner-tápoldaton (pH 6,3-6,4) (Oláh és mtsai 2010).

Nem-letális kémiai stressz indukálásához a békalencse- tesztekhez „referencia-méreg”-ként ajánlott KCl-ot alkalmaztunk (Environment Canada 2007). A vegyület nem-specifikus mérgezési tüneteket okoz, a tesztkörülmények között nem bomlik és nem lép reakcióba a tápoldat összetevőivel, a használata biztonságos. Biomassza növekedést gátló

hatása 1-10 g F közötti koncentráció tartományban már jelentős (Environment Canada 2007). A kísérleteink során 0; 0,5; 1; 2 illetve 4 g KCl F koncentrációjú kezeléseket alkalmaztunk, 3-3 párhuzamos ismétlésben. A 12-16 ramet (3-4 kolónia) kiindulási biomasszából álló teszt-tenyészeteket a KC1 kezelések előtt négy napig (a növekedés lag-fázisa) tiszta Hutner-tápoldaton neveltük. Az ezt követő KCl-keze- lések időtartama 4 nap volt, mivel ennyi idő alatt a KC1 már kimutatható növekedésgátlást okozott, de még a leggyorsabban növekvő kontroll tenyészetek sem nőtték be teljesen a rendelkezésükre álló felületet (~50 cm2). A tenyészetekről a kezelések 0. és 4. napján készített digitális fényképek (3200^2400 pixel) feldolgozásával (ImageJ vl.45, Abra- moff és mtsai 2004) számoltuk a tenyészetek relatív növekedési rátáját (RGR) és a KC1 által indukált növekedésgátlást (Environment Canada 2007). A levélfelület mérése után a növényi biomasszát kiszárítottuk (24h, 65 °C), majd mértük a száraztömegét (±0.0001 g pontosság). A felület és a száraztömeg ismeretében számoltuk a tenyészetek specifikus (asszimiláló felületre vonatkoztatott) levéltömegét (SLM = tömeg/felület), mely Tkalec és mtsai (1998) szerint szintén összefüggést mutathat a növények stressz-állapotá- val és a keményítő tartalommal.

A keményítő tartalom meghatározása a Yemm és Willis (1954), illetve Chow és Landhäusser (2004) által leírt eljárások adaptálásával történt. Az első lépésben a szárított, homogenizált mintából (fajtól függően 10-40 mg szárazanyag mintánként) 96 %-os etanollal kivontuk az oldható cukrokat. A visszamaradt üledéket 5 ml 0,005 N kénsavval 1 h hosszat 95 °C vízfürdőn hidrolizáltuk, majd a kivonatot hű- töttük és centrifugáltuk (10 min 4000 g). A felülúszóból 100 pl-t 400 pl desztillált vízzel hígítottuk, és 2,5 ml Antron reagenst adtunk hozzá. Az így kapott keveréket 10 percig forraltuk, majd hűtés után 620 nm-en mértük az abszorbanciá- ját (Shimadzu 1601 UV/V1S, Japán). Glükóz standard görbe alapján számoltuk a kivonat glükóz-ekvivalens keményítőtartalmát.

A kísérleteket mindhárom békalencse-fajjal kétszer végeztük el. A növekedésanalízishez a 2-2 független ismétlés

3-3 párhuzamosát összevonva, így KCl-koncentrációnként összesen 6-6 párhuzamos minta adatait értékeltük. A keményítőtartalom meghatározása minden békalencse-fajnál 1-1 teszt összegyűjtött szárított biomasszájából történt. Minden minta hidrolizált kivonatából 2-2 meghatározás (2x100 ül extrakt mérése) történt. A minta keményítőtartalmát a két mérés átlaga alapján számoltuk, így KCl-koncentrációnként 3-3 párhuzamos minta eredményeit értékeltük.

A kapott eredmények feldolgozása, az átlagok és szórások számolása MS Office Excel 2007 szoftverrel, a varian-