Hidrológiai Közlöny 2002 (82. évfolyam)

XLIII. Hidrobiológus Napok: "Vizeink ökológiai állapota: természetvédelem, vízhasznosítás" Tihany, 2001. október 3-5.

80 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2002. 82. ÉVF. Mikrocisztin-LR hatása a mustár csíranövények sziklevelének pigmentösszetételére és fotoszintetikus aktivitására M-Hamvas Márta, Veres Szilvia, Mészáros Ilona, Máthé Csaba és Borbély György Debreceni Egyetem Természettudományi Kar Növénytani Tanszék, 4010. Debrecen, Egyetem tér 1. Kivonat: A mikrocisztin-LR (MC-LR) a tesztnövényként alkalmazott mustár csíranövények sziklevelein jellegzetes morfológiai változásokat okoz: a MC-LR kezelt csíranövények sziklevelei növekedésükben, zöldülésük mértékében elmaradnak a kontroll növények szikleveleitől és nekrotikus foltok jelennek meg rajtuk. A megfigyelt tünetek a fotoszintetikus apparátus struktúrájának és működésének zavarát jelzik. A változások hátterének felderítésére meghatároztuk a MC-LR kezelt nyolc napos csiranövények szikleveleinek a pigment-összetételét. A fotoszintetikus pigment tartalom mellett klorofill-fluoreszcencia indukciós módszerrel vizsgáltuk a fotoszintézis hatékonyságát. Eredményeink bizonyították, hogy MC-LR hatására a csíranövények szikleveleiben drasztikusan csökken a száraz tömegre vonatkoztatott klorofill(a+b) és összkarotinoid tartalom A karotinoidok összmennyiségének csökkenése mellett a pigmentek aránya is változást mutat. A MC-LR már 5 pg mL'

1 koncentrációban befolyásolja a sziklevelekben zajló fotoszintézis primer folyamatait; csökkentve a mustár sziklevelekben zajló fotoszintézis potenciális és aktuális hatékonyságát A két változó közül a PSI1 aktuális hatékonysága érzékenyebben reagált a toxinkezelésre. A legnagyobb csökkenést az ún. vitalitási index (RFD) adatok mutatták, a mért legalacsonyabb RFD érték már stressz-állapotra utal. Kulcsszavak: Microcystis aeruginosa, mikrocisztin-LR, klorofill-fluoreszcencia, fotoszintetikus pigmentek. Bevezetés pusú fluorométerrel vizsgáltuk. A sötétadaptált (20 perc) Kutatócsoportunk a mustár csíranövény-teszt felhaszná- mintákat gyenge méröfénnyel megvilágítva mértük az alaplásával régóta vizsgálja a Microcystis aeruginosa (BGSD fluoreszcenciát (F

0), majd telítési impulzust (3.000 (tmol 243) által termelt toxin, a mikrocisztin-LR in vivo hatásait. Megállapítottuk, hogy a MC-LR, miközben gátolja a csíranövények növekedését, organogenezisét, bizonyos stresszenzimek (egyszálú DNS-t hidrolizáló nukleázok, peroxidázok) aktivitás emelkedését idézi elő (M-Hamvas és mtsai, 1999, 2000; Molnár és mtsai, 2000). Jelen kísérleteinkben a MC-LR kezelés hatásai közül a tesztnövény sziklevelein megfigyelhető jellegzetes morfológiai és fotoszintézis változásokat elemeztük. Mértük a fotoszintetikus pigmentek mennyiségének és összetételének változását. A klorofill-fluoreszcencia indukciós módszer felhasználásával pedig arra kerestük a választ, hogy a MC-LR kezelések a fotoszintézis korai folyamataiban milyen különbségeket idéznek elő, azaz hogyan befolyásolják a sziklevelekben zajló fotoszintézis hatékonyságát. Anyag és módszer A mikrocisztin-LR tisztítása Kós és mtsai (1995) leírása szerint, az általuk vizsgált M. aeruginosa (BGSD-243) törzsből történt. Vizsgálati rendszerként, kisebb módosításokkal, a mustár (S. alba L.) csíranövény tesztet (Blue Green Sinapis Test) alkalmaztuk (Kós és mtsai, 1995, MHamvas és mtsai, 1999). A táptalajokhoz 0, 5, 10, 20 és 30 Hg mL'

1 MC-LR mennyiségeket adtunk. A csíranövényeket steril körülmények között, 14/10 órás fotoperiódus mellett, fitotronban neveltük. (Conviron tipusú fitotron; fényerősség: 200±50 nmol m

2 s"

1, hőmérséklet: 23 ± 0,5°C, a páratartalom: 45 ± 5 %.) A mintavétel a kezelések 8. napján történt. A növekedésgátlás jellemzésére 10-10 teljes növény illetve szikleveleik nedves tömegét mértük. A sziklevelek száraz tömegének meghatározásához a mintákat 105 °C-on tömeg-állandóságig szárítottuk. A fotoszintetikus pigmentek kvalitatív és kvantitatív elemzéséhez a sziklevél mintákat folyékony nitrogénben fagyasztottuk, majd a további felhasználásig fagyasztott állapotban tartottuk. A 80 %-os acetonos kivonatban a klorofilla, klorofill-b és összkarotinoid mennyiségének meghatározása Welburn (1994) módszerével történt. Az eredményeket száraz tömegre (SzA) vonatkoztattuk. A karotinoidok meghatározását az acetonos kivonatokból, fordított fázisú HPLC módszerrel (Goodwin és Britton, 1988) végeztük, a csúcsok azonosításához standard vegyületként zeaxantint használtunk (Mészáros és mtsai, 1997). Az in vivo klorofill fluoreszcenciát és a klorofill fluoreszcencia indukció gyors és lassú szakaszát PAM 2000 tini" s" ) alkalmazva detektáltuk a maxiális fluoreszcenciát (F

m). A változó fluoreszcencia (F

v = F

m-F

0) és a maximális fluoreszcencia alapján számoltuk a PSII optimális fotokémiai hatékonyságát jellemző F/F

m értékeket. A klorofill fluoreszcencia indukció lassú szakaszát 150 nmol m'

2 s"' intenzitású, vörös ún. aktinikus fénnyel történő 5 perces megvilágítás alatt szaturációs pulzus módszerrel (20 másodpercenként felvillanó telítési fény) elemeztük. A megvilágítási idő után, steady-state állapotban (F,) számoltuk a PSII aktuális fotokémiai hatékonyságát (AF/F

m') és a relatív klorofill-fluoreszcencia csökkenést (RFD = F

m-F, / F,). Eredmények és megbeszélésük Növekedésgátlás, morfológiai változások A MC-LR a csíranövények sziklevelein jellegzetes morfológiai elváltozásokat okoz: míg a kontroll növények sziklevelei a táptalaj fölé emelkedve kiterülnek, megzöldülnek, fotoszintetizálnak, addig a toxin-kezelt növények sziklevelei kicsik és "sápadtak" maradnak, nekrotikus foltok jelennek meg rajtuk. Az l.A ábra szemlélteti a MC-LR kezelés gátló hatását a sziklevelek növekedésére. A sziklevelek a kezelés hatására keményebbekké, tömörebb szerkezetűvé válnak, amit a száraz tömegre vonatkoztatott víztartalom adatok is bizonyítanak (l.B ábra). A grafikonon jól követhető a MC-LR okozta turgor-csökkenés. A MC-LR hatására csökken a sziklevelek száraz tömegre vonatkoztatott klorofilI(a+b) és összkarotinoid tartalma (1. táblázat). A MC-LR kezelésre a pigmenttartalom érzékenyebben reagált, mint a növekedés. 5 |ig mL'

1 toxinkoncentrációnál már a klorofillok 30 %-os, a karotinoidok 27 %-os koncentráció-csökkenését tapasztaltuk. 30 |ig mL"' MC-LR hatására, - amihez a növények növekedésének 70 %-os a sziklevelek 58 %-os gátlása rendelhető - a fotoszintetikus pigmentek 85-98 %-át elveszítik a csíranövények. A klorofillok nagyobb érzékenységgel reagáltak, mint a karotinoidok. A fotoszintetikus apparátust az oxidatív fotodestrukcióval szemben védő karotinoidok elemzése bizonyította, hogy a MC-LR a karotinoidok klorofillra vonatkoztatott mennyiségi és minőségi összetételét is befolyásolja (2. táblázat). A kontroll növényekben ezeknek a védöpigmenteknek a klorofillra vonatkoztatott koncentrációja 217 mmol mol"' kl, amely MC-LR kezelés hatására emelkedik. 10-30 (ig mL"

1 MC-LR dózisoknál 20-25%-os növekedés tapasztalható (2. táblázat).