Hidrológiai Közlöny 2005 (85. évfolyam)
6. szám - XLVI. Hidrobiológus Napok: Szélsőséges körülmények hatása vizeink élővilágára, Magyarországi kisvízfolyások ökológiai viszonyai Tihany, 2004. október 6–8.
15 The effect of zebra mussels on the bacterial communities in different North American lakes Csilla Balogh, Chrisline M. Mayer, William Von Sigler Abstract: Zebra mussels have an enormous effect on aquatic ecosystem due to faeces, pseudofaeces production and the active filtration. This influence is stronger in the Great Lakes region, than other area due to the high density of the mussels and the geomorphological conditions of this lake system. The aim of this study was to know the effect of zebra on the bacterial community structure, metabolic activity and matter flux in different North American lakes. We took samples from the sediment without zebra mussels and stones encrusted by sediment with mussel cluster, in six different sampling stations (Erie: Maumee Bay and Presque Isle, Ontario, Oneida, Onondoga and Lake Owasco) in July of 2004. The metatabolic activities and carbon sources utilization were analyzed in the samples by using the 95 carbon sources provided by the BIOLOG system and measured the carbon, nitrogen, hydrogen and sulphur concentrations with CHNS analysator to follow the impact of zebra mussel on carbon and nitrogen cycling. We used denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) of 16S rDNA PCR amplifications to analyze the composition of bacterial communities.Zebra mussels increase the density, diversity, activity and carbon sources utilization of the bacteria in most of the lakes, except for Lake Erie, where the organic matter load conceal the impact of zebra mussel. Key words: zebra mussel, Great Lakes, microbial activity and composition, matter flux, BIOLOG, molecular biological method A kénéhezés hatása az Aphanizomenon ovalisporum cianobaktérium növekedésére és ATP-szulfuriláz enzimének aktivitására Bácsi István, Vasas Gábor, Surányi Gyula, M-Hamvas Márta, Máthé Csaba, Tóth Eszter, Tóth Szilvia, Borbély György Debreceni Egyetem, TTK, Növénytani Tanszék, 4010. Debrecen, Egyetem tér 1. Kivonat: A toxikus Aphanizomenon ovalisporum cianobaktérium növekedését, a felvett szulfát redukálásában kulcsszerepet játszó ATP-szulfuriláz enzim aktivitásának változását vizsgáltuk hozzáférhető kén (szulfát) hiányos körülmények között. Jellemeztük az éheztetett tenyészet regenerálódását, megvizsgáltuk az ATP-szulfuriláz enzim aktivitásában bekövetkező változásokat a kén újból hozzáférhetővé válása során és eredményeinket összehasonlítottuk a foszforlimitált körülmények között végzett vizsgálataink eredményeivel. A kénéhezés a tenyészet növekedését már a harmadik nap végére csaknem teljes mértékben meggátolja, amit mind a klorofill-a, a fehérje- és szárazanyag -tartalom mérések is bizonyítottak. Az ATP-szulfuriláz enzim aktivitása, az éheztetett tenyészetben 48-56 óra múlva a kontroliban mérhető értékeknek csaknem tizenhatszorosa. Az eredményeket a foszforéhezés során kapott eredményeinkkel összevetve megállapítottuk, hogy az A. ovalisporum nem képes a ként a foszforhoz hasonlóan felhalmozni, és az Igy képzett „raktárakat" kénlimitált körülmények között felhasználni. Meghatároztuk az indukálható ATP-szulfuriláz enzim pH-optimumát, hőmérséklet-, idő-, és szubsztrát-fílggését. Kulcsszavak: cianobaktérium, kénéhezés, ATP-szulfuriláz. Bevezetés A cianobaktériumok prokarióta, fotoszintetizáló élőlények, sejtjeik nem tartalmaznak valódi sejtmagot és más, membránnal határolt sejtorganellumot. A fotoszintetikus pigmentek tilakoid membránrendszerbe szerveződtek, amelyek a protoplazma perifériális részén helyezkednek el (Bryant, 1994). A cianobaktériumok sajátsága más pro- és eukarióta planktonszervezetekhez hasonlóan, hogy megfelelő környezeti körülmények mellett tömegesen elszaporodhatnak, amely a víz intenzív elszíneződéséhez és zavarosodásához vezethet. Ezt a jelenséget vízvirágzásnak nevezzük (Reynolds és Walsby, 1975). E jelenség a felszíni vizek minőségének egyre előrehaladottabb romlása következtében napjainkban mind gyakrabban megfigyelhető. Toxikus vlzvirágzásról abban az esetben beszélünk, amikor a vízvirágzásban előforduló plankton-szervezetek olyan anyagcsere-termékeket termelnek, amelyek egér- vagy más tesztben a kezelt szervezetek pusztulásához vezethetnek. Az Aphanizomenon ovalisporum nevű cianobaktérium toxicitását, a faj növekedése során bekövetkező toxintartalom-változásokat korábban jellemeztük (Vasas el al. 2002). A toxikus cianobaktériumok és a vízi fauna közötti interakciókon túl egyre nagyobb figyelmet fordítanak e szervezetek vízi növényekre gyakorolt hatására is. A toxikus cianobakteriális anyagcsere-termékek hatást gyakorolnak a magasabb rendű növények nukleáz aktivitására, fehérje-összetételére, morfológiájára (M-Hamvas el al. 2001, 2003). A nád sejtszuszpenziós tenyészetekben és szövettenyészetekben végzett vizsgálatok ugyancsak a cianotoxinok növényekre gyakorolt gátló hatására világítanak rá (Máthé el al. 1998, 2001). A kén hozzáférhető formában való jelenléte minden élőlény növekedésének alapvető feltétele. A természetben elemi állapotban is előfordul, ebben a formában azonban csak bizonyos baktériumcsoportok képesek hasznosítani. A vízben oldódó szulfátok képezik a legfontosabb kénforTást az élővilág számára. A mikrobák és a növények által felvett és metabolizált szulfát jelenti az élőlények kénforgalmának alapját (Leustek el al. 2000). A természetes vizekben a cianobaktériumok által felvehető szulfát mennyisége a víztér tulajdonságaitól függően viszonylag széles skálán változhat. Édesvizekben az oldott szulfát mennyisége 0,1 mM, eutróf vizekben 0,2 mM, tengervízben több mint 27 mM is lehet (Tandeau de Marsac és Huomard, 1993). A kén redukált állapotban is jelen lehet, hőforrásokban a H 2S mennyisége elérheti a 2 mM-t is. A szulfid rövid időn belül oxidálódhat a viztestben jelenlévő, fitoplankton által termelt oxigén hatására. A szulfát koncentrációja a lokális fotoszintetikus aktivitástól, és ezen keresztül a fényviszonyoktól, illetve az oxigén diffúziójának mértékétől függ. Elmondható tehát, hogy egy adott víztérben - a tengervíz kivételével - jelentős napi, vagy szezonális változások jelentkezhetnek a felvehető szulfát mennyiségében. Lokálisan szulfátlimitáció is kialakulhat, amelyhez az édesvízi fajok enzimrendszerük és transzportfehérjéik megváltoztatásával bizonyos mértékig alkalmazkodni képesek. Tengeri fajoknál ilyen jelenséget nem figyeltek meg - kénlimitált környezetben a tengeri fajok gyorsan elpusztulnak (Tandeau de Marsac és Huomard, 1993). A kén száraz tömegre vonatkoztatott mennyisége a növényekben csupán 0,1 %, mégis a szén, a foszfor és a nitrogén mellett a biomolekulák strukturális komponensének kell tekinteni, többek között a fehérjemolekulák szerkezetének kialakításában, a fotoszintetikus elektrontranszportban betöltött szerepe miatt is. A cianobaktériumok kénanyagcseréjéről, a kén hiányában fellépő változásokról igen kevés ismeret és adat található az irodalomban. Ismeretes, hogy bizonyos unicelluláris fajokban jelentős morfológiai változások következnek be kénéhezés során. Ortega-Calvo (1994), illetve Ariflo és munkatársaik (1995) tanulmányozták részletesen egy Gloeoihece faj kénanyagcseréjét. Kimutatták, hogy kén hiányában a tenyészetek erőteljesen sárgulnak, a sejtekben dezintegrálódik a fotoszintetikus apparátus, jól nyomon követhető a fikobiliproteinek lebomlása, valamint különböző tartalék tápanyagok (cianoficin szemcsék, glikogén, polihidroxivajsav) felhalmozása figyelhető meg. Leírták, hogy a kén visszaadása után, egy rövid lag periódust követően a tilakoidok gyorsan újraszerveződtek, az éhezés során felhalmozott glikogén granulumok eltűntek, és megfigyelhető volt a tok eredeti szerkezetének visszarendeződése. Hasonló megfigyelésekről számoltak be különböző Synecococcus törzseknél is (Synecococcus PCC 7942 és PCC 7002 - Tandeau de Marsac és Huomard, 1993). A fonalas Calolhrix PCC 7601 törzs esetében beszámoltak a fikobiliszómák oly módon történő átstruktúrálódásáról, amely lehetővé teszi a törzs kénlimitált körülmények között való növekedését (Tandeau de Marsac és Huomard, 1993). Ezen ismeretek mellett is elmondhatjuk, hogy a kénéhezés által indukált morfológiai, enzimológiai változások mind az unicelluláris, mind a fonalas fajok esetében kevéssé ismertek. Mindezek alapján indokoltnak tartottuk a kénéhezés hatásainak vizsgálatát az A. ovalisporum esetében.
