Hidrológiai Közlöny, 2014 (94. évfolyam)
2014 / 1. szám - Petruska Fanni - Geda Orsolya - Resetár Anna - Ajtay Kitti: A lemna-minor, a Lemna trisulca és a Wolffia arrhiza tenyészetek cilindrospermopszinnal szembeni érzékenységének összehasonlító vizsgálata
76 A Lemna minor, a Lemna trisulca és a Wolffia arrhiza tenyészetek cilindro- spermopszinnal szembeni érzékenységének összehasonlító vizsgálata Petruska Fanni, Geda Orsolya, Resetár Anna, Ajtay Kitti Debreceni Egyetem, TTK, Növénytani Tanszék, 4032 Debrecen, Egyetem tér I. Kivonat: Napjainkban gyakori probléma felszíni vizeink szennyeződése, melynek következménye lehet az életközösségek diverzitásának megváltozása, az élőhelyek drasztikus átalakulása. Az édesvizekben a tápanyagok feldúsulásának hatására a cianobaktériumok és más algák elszaporodhatnak zavarossá téve a vizet. Összefüggő réteget alkotó tömegprodukciójuk a vízvirágzás. Toxikus vízvirágzásokat leggyakrabban a cianobaktériumok Microcystis, Anabaena és Aphanizomenon genuszainak fajai idézik elő. A cianotoxinok hatást gyakorolnak a vízi növényközösségek tagjaira is, különösen a hajtásos növények esetében bizonyított, hogy képesek a toxinok felvételére. Az Aphanizomenon ovalisporum által termelt cianotoxin, a cilindrospermopszin (CYN) egy alkaloid tipusú fehérjeszintézis gátló, melynek hatásai a növényekre még kevésbé ismertek. Munkánk során a cilindrospermopszin hatásait elemeztük a vízterek parti régiójában élő jellegzetes vízinövény fajokra; a felszín alatt lebegő-úszó keresztes békalencsére (Lemna trisulca), a felszínen lebegő vizidarára (Wolffia arrhiza) és az apró békalencse (Lemna minor) három, eltérő helyről (Kis-Balaton, Csaroda, Monostorpályi) begyűjtött izolátumaira. A vízvirágzások végső stádiumában a cianobaktérium sejtek pusztulásakor nem csak*az endotoxinok, hanem a sejtek teljes tartalma a vízbe ürül. Ezért a vízvírág- zás során lezajló események modellezésére az Aphanizomenon ovalisporum tenyészetek liofdizátumaiból készült CYN tartalmú extraktu- mokat adagoltunk a növényi tápoldatokhoz. A rövid távú (5 napos) kezelések hatására bekövetkező klorofill- és fehérjetartalmak, valamint az oxidativ stresszenzimek (peroxidázok) aktivitásában bekövetkező változásokat vizsgáltuk. Kulcsszavak: Aphanizomenon ovalisporum, cilindrospermopszin/cylindrospermopsin, peroxidáz/peroxidase. I. Bevezetés Vízvirágzás akkor jöhet létre, ha a víz fizikai, kémiai, biológiai tulajdonságai rendkívül kedvezővé válnak egy, e- setleg több algafaj számára, s így az algák gyors szaporodásnak indulnak. Toxikus vízvirágzásról abban az esetben beszélünk, ha a nagyszámban elszaporodó planktonikus szervezetek egértesztben toxikusnak minősülő anyagcsere termékeket termelnek. Az édesvízi "vízvirágzásokban" az e- setek többségében a cianobaktériumok a dominánsak, amelyek sejtjeiből mérgező anyagcsere-termékek ún. cianotoxinok kerülhetnek a vizekbe (Collins 1978, Keating 1977). A cianobaktériumok tömeges elszaporodásának feltételeként az elegendő tápanyagon túl további három kritériumot állapítottak meg: szélcsendes vagy enyhén szeles idő, 15-30°C közötti vízhőmérséklet, a víz pH 6 és 9 közötti értéke (Carmichael 1994). Tömeges elszaporodásukkal együtt jár a víztükör hermetikus lezárása, majd a vízterület fényviszonyainak megváltozása, így rendkívül rövid időn belül képesek háttérbe szorítani az életközösség többi tagját (Carmichael és Skulberg 1993). Eddig számos cilindrospermopszint termelő cianobaktérium törzset izoláltak, például Aphanizomenon flos-aquae-t Németországban (Preußel et al. 2006), A- nabaena lapponica-t Finnországban (Spoof et al. 2006), A- phanizomenon ovalisporum-ot Izraelben (Banker és mtsai. 1997), Umezakia natans-t Japánban (Harada et al. 1994), A- nabaena bergii-1 Ausztráliában (Schembri et al. 2001) és a Raphidiopsis curvata-1 Kínában (Li et al. 2001). Magyarországon az elmúlt évtizedekben többször is volt vízvirágzás; a Velencei-tóban 1994-óta több alkalommal, a Balatonon utoljára 1994-ben észleltek jelentős cianobaktérium tömegprodukciót (Kós et ah, 1995; Présing et al. 1996; Törökné et al. 2000). A vízparti régió növényei és különösen a lebegő és alámerülő hínárnövények közvetlen kontaktusba kerülnek a cianobaktériumokkal, toxikus anyagcsere termékeiket felveszik, amit anatómiai, citológiai és biokémiai változások bizonyítanak (Máthé et al. 2007, Szigeti et al. 2010, M-Hamvas et al. 2010, Máthé et al. 2013a). Az általunk vizsgált Aphanizomenon ovalisporum (BG- SD-243 DE TTK Növénytani T.) a cianotoxinok közül a cilindrospermopszint termeli (Vasas et al. 2002, Bácsi et al. 2006). A cilindrospermopszin (CYN) egy fehérjeszintézist gátló alkaloid származék (Terao et al. 1994). Ennek következtében a CYN befolyásolni képes a vízi életközösségek növény- és állatfajainak életműködéseit. Mivel a CYN bioakkumulációja és trofikus továbbadódása valószínűsíthető, közvetett módon is kifejthetik mérgező hatásukat az első-, másodlagos- és magasabb rendű fogyasztókra a vízi táplálékláncban (Kinnear 2010). A CYN erősen vízoldékony molekula (Shaw et al. 2000), és ellentétben sok más ciano- toxinnal, gyakran jelen van extracellulárisan is (Metcalf et al. 2002; Saker és Griffiths 2000). A CYN toxicitása növényekben bizonyított, gátolta a csíranövények fejlődését és a dohány pollen csírázását (Vasas et al. 2002; Metcalf et al. 2004; Máthé et al. 2013b). Hatásait vízi makrofitákban először Kinnear és munkatársai (2007) vizsgálták. A növekedésgátlást előidéző koncentrációk igen eltérőnek bizonyúl- tak; >5 pg CYN ml"1 okozott pollencsírázás gátlást (Metcalf et al. 2004), a Sinapis alba csíranövény-tesztben az IC50: 18,2 pg mL’1 értéket mértek (Vasas et al. 2002). A vízparti életközösségek meghatározó faja a Phragmites australis érzékenyen reagált a CYN kezelésekre, 0,5-40 pg ml"1 közötti CYN koncentrációknak kitett növények gyökérnövekedési rendellenességeket (gátlást) mutattak (Beyer et al. 2009). Kinnear és munkatársai (2007) a természetben is előforduló koncentrációkban (50-500 pg f1) alkalmazott CYN tartalmú sejtextraktumok hatására a Spirodela oligorrhiza tenyészetekben a CYN koncentrációjától és az expozíciós időtől függő serkentő és gátló hatásokat egyaránt mértek. Jámbrik (2011) CYN (nyers kivonatban és tisztítva egyaránt) hatásait vizsgálta Lemna minor, Wolffia arrhiza, Ceratophyllum demersum és Phragmites australis vízinövényeken. A CYN tartalmú nyers extraktum gátolta a vízinövények növekedését; a kísérletek 5. napján a növények hajtásszám és nedves tömeg adatai is szignifikáns csökkenést mutattak. Kutatások bizonyították, hogy stressz hatására megváltozik a növények primer és szekunder anyagcseréje (Szalai 1994), melynek következményeként aktív oxigén gyökök (szuperoxid-, hidroxil-, peroxid gyök) keletkeznek, melyek jelentősen károsítják a fehérjéket, membránlipideket és nuk- leinsavakat (Elstner 1982; Salin 1987; Foyer et al. 1994). E- zek semlegesítése enzimatikus úton is lehetséges antioxi- dáns enzimekkel (pl. peroxidáz, kataláz, polifenol-oxidáz, szu peroxid-d izmutáz). A szakirodalomban a CYN-nek, az általunk vizsgált vízi növényekre (Lemna minor, Lemna trisulca, Wolffia arrhiza) kifejtett hatásairól még kevés adatot találunk. Állati teszt- rendszerekben bizonyított, hogy CYN hatására másodlagos hatásként oxidativ stresszfolyamatok alakulnak ki, melynek mechanizmusa még nem tisztázott. Prieto et al. (2011) a C- YN toxicitása és a reaktív oxigén gyökök felszabadulása közötti kapcsolatot bizonyította rizsben, amikor megemel
