Hidrológiai Közlöny, 2013 (93. évfolyam)
2013 / 5-6. különszám - LIV. Hidrobiológus Napok előadásai
105 A Scenedesmus quadricauda zöldalga faj élő és holt biomasszájának cink akkumulációs sajátságai Novák Zoltán1, Jánószky Mihály2, Nagy Sándor Alex1, Bácsi István1 'Debreceni Egyetem TEK-TTK Hidrobiológiái Tanszék, 4032. Debrecen, Egyetem tér t. 2Tiszántúli Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi felügyelőség, 4025. Debrecen, Hatvan u. 16. Kivonat: Az emberi tevékenység következtében a környezetszennyezés napjainkban globális méreteket ölt, amely közvetlenül a bioszféra elemeit (víz, talaj, levegő) és közvetve az élő szervezeteket veszélyezteti. A környezetbe kikerülő kémiai anyagok közül egészségügyi, biológiai és ökológiai szempontból a legveszélyesebb szennyezőanyagok közé tartoznak a nehézfémek. A Scenedesmus fajok, köztük a S. quadricauda széles körben elterjedt, gyakori zöldalga fajok, laboratóriumban viszonylag egyszerűen fenntarthatok, gyorsan szaporíthatok, a- mely széleskörű biotechnológiai alkalmazásokra ad lehetőséget. A Scenedesmus quadricauda a cinket mg/L nagyságrendben elviselni képes fajok közé tartozik, eredményeink alapján azonban az alacsonyabb tűrőképességűek közé sorolható. A növekvő cinkkoncentrációval (2,5 mg/L - 15 mg/L) csökken a növekedés intenzitása. A megkötött cink mennyisége az 5 mg/L cinkkel kezelt tenyészetben a tenyésztési idő 7. napján volt a legmagasabb (a bevitt cinkmennyiség 87,6 %-a) és a megkötött cink nagyobb része (77-89%-a) extracel- lulárisan kötődött meg. A holt biomassza cink megkötése is jelentős volt, de az élő sejtek cink megkötéséhez képest szignifikánsan kevesebb volt a megkötött cink mennyisége (a bemért cinkmennyiség 56-58%-a kötődött meg). Kulcsszavak: Scenedesmus quadricauda, élő biomassza, holt biomassza, cink megkötés. Bevezetés Az utóbbi évtizedekben az egyre növekvő mértékű nehézfém-szennyezés napjaink egyik legfontosabb környezetvédelmi problémájává vált. A szennyezések forrásai elsősorban az ipar, a mezőgazdaság, a közlekedés, a háztartási hulladék, illetve a kommunális és ipari tisztítóberendezésekből származó szennyvíziszapok (Kádár, 1995; White et ah, 1995; Omar, 2002; Wase és Foster, 2003; Wang és Chen, 2009). Biológiai szempontból a fémeket két nagy csoportra oszthatjuk: az esszenciális nehézfémek kis meny- nyiségben szükségesek az élőlények számára, viszont a szervezetükben felhalmozódva toxikus hatásúak lehetnek, a másik csoportot képezik a nem esszenciális vagy toxikus nehézfémek, amelyek az élő szervezeteket már kis koncentráció-tartományban károsíthatják (Alloway, 1995; Naja és Volesky, 2009). Fontos feladat ezeknek a szennyező anyagoknak az észlelése, monitorozása és eltávolítása a környezetünkből, a- melyben kiemelt szerepet tölthetnek be az élő szervezetek, különösen a mikroorganizmusok (Wase és Foster, 2003; Wang és Chen, 2009). A mikroorganizmusok közül az algák egyes taxonjai érzékenységük révén a vizekben megjelenő toxikus mennyiségű és/vagy minőségű fémek kimutatására alkalmasak (Gold et ah, 2003; Morin et ah 2006), míg más algataxonok jól alkalmazhatók bioremediációs és bioszorpciós eltávolítási folyamatokban, mivel széles körben elterjedt, rövid generációs idejű, diverz csoportról van szó. Sok algafaj jól tolerálja a magas fémszennyezés-terhelést, a sejtfal exopolimerjein található különböző funkciós csoportok a fémek potenciális kötési helyeit képezik (Schie- wer és Volesky, 2000; Bayramoglu et ah, 2006; Munoz et ah, 2006, Wang és Chen, 2009). A cink, mint esszenciális mikroelem feltétlenül szükséges az algák normális növekedéséhez (Shrotri et ah, 1981). Egyes vízi szervezetek nehézfémeket akkumulálhatnak a protoplazmába anélkül, hogy toxikusságra utaló jeleket mutatnának (Omar, 2002). Fukami (1988) vizsgálata alapján az Euglena gracilis 5 mg/g Zn2+ mennyiséget képes elviselni. Costa és Leite (1991, 1992) azonban azt mutatták ki, hogy a cink (Zn) gátolja az enzimrendszerek biokémiai és fiziológiai folyamatait. A magas cink koncentráció jelenlétében csökken a sejtek klorofill tartalma, a karotinoid/klorofill a- ránya, ATP-áz enzim aktivitása és a sejtosztódás lelassul (De Filippis et ah, 1981; Rai et ah, 1981; Labyntseva et ah, 1998). A Scenedesmus genus általánosan alkalmazható nehézfémek eltávolítását vizsgáló kísérletekre, amelyet cink eltávolító képessége is bizonyít (Aksu et ah, 1998; Travieso et ah, 1999; Canizares-Villanueva et ah, 2001; Perales-Vela, 2006). A különböző Scenedesmus fajok fémeltávolító tulajdonságait vizsgáló tanulmányok eredményei alapján azt mondhatjuk, hogy a fémeltávolító képesség fajspecifikus a genuszon belül is (Travieso et ah, 1999; Omar et ah, 2002; Montéira et ah, 2009). További kutatások során kiderült, hogy az inaktivált/holt biomassza is jól alkalmazható különböző fémek eltávolítására, amelynek során a fémek fiziko-kémiai reakciókon keresztül adszorbeálódhatnak a sejteken. (Wase és Foster, 2003; Wang és Chen, 2009). Montéira és munkatársai (2009) inaktivált Scenedesmus obliquus sejtek cink megkötésének vizsgálata során azt tapasztalták, hogy a cink-kötés az 5-15 perc időintervallumban volt a legintenzívebb, majd a 30. perc után nem kötött meg több cinket a vizsgált algabiomassza. Munkánk során arra kerestük a választ, hogy az általunk vizsgált Scenedesmus quadricauda zöldalga faj mekkora mennyiségű fém megkötésére képes; a fémmegkötés intra- vagy extracellulárisan történik-e illetve az élő vagy a holt biomassza alkalmazható-e eredményesebben cink megkötésre. Arra a kérdésre is kerestük a választ, hogy a S. quadricauda izolátumok fémmegkötő sajátságai mennyire tekinthetők általánosnak, azaz nemcsak a fajok, hanem ugyanazon faj különböző izolátumai (laboratóriumi törzsek) között is lehetnek-e különbségek. Anyag és módszer A Scenedesmus quadricauda tenyésztési körülményei: A Scenedesmus quadricauda törzs a Debreceni Egyetem Botanikus kertjében található tóból (Botanikus-kerti tó) került i- zolálásra 2010-ben, a tenyészet fenntartása Jaworski tápoldatban (pH: 7-7.5), állandó fényintenzitáson és állandó hőmérsékleten (24°C), steril levegővel buborékoltatva a Debreceni Egyetem Hidrobiológiái Tanszékének algaszobájában történik. A szükséges cink-koncentrációk (2,5-15 mg/L) eléréséhez a tenyészetekhez cink-szulfát (ZnS04x7H20) törzsoldatot adtunk. A tenyészetek növekedését, a sejtek cinkfelvételét kontroli-tenyészet (hozzáadott cinket nem tartalmazó tenyészet) mellett 2,5-15 mg/L koncentrációk között vizsgáltuk. A biomassza összegyűjtését minden esetben centrifugálással végeztük (Micro-centrifuge Type-320a, 5 perc, 10000 rpm); a spektrofotometriás mérésekhez Spect- roquant Pharo 300 spektrofotométert használtunk. A növekedés nyomon követése: A növekedés nyomon követéséhez a klorofill-tartalom és a cönóbium szám változását mértük. A cönóbiumok számlálása Olympus BX50 fluo-
