Hidrológiai Közlöny 2006 (86. évfolyam)
6. szám - XLVII. Hidrobiológus Napok: Vizeink élővilágát érintő környezeti változások Tihany, 2005. október 5–7.
116 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2006. 86. ÉVF. 6. SZ. Foszfatáz aktivitást mutató és polifoszfátot felhalmozó baktériumfajok vizsgálata sekély vízterekben Szabó Gitta 1 2 \ Borsodi Andrea 2, Márialigeti Károly 2, Tátrai István 3, Dévai György 1 'DE TTK Hidrobiológiái Tanszék, 4032. Debrecen, Egyetem tér 1. 2ELTE TTK Mikrobiológiai Tanszék, 1117. Budapest, Pázmány Péter sétány 1/C. 3MTA BLKI, 8237. Tihany, Klebeisberg Kunó út 3. Kivonat: A foszforforgalomban foszfatáz aktivitásukkal, vagy polifoszfát-felhalmozásukkal résztvevő baktériumfajok megismeréséhez a Balatonban az eutróf Keszthelyi-medencében és a mezotróf Siófoki-medencében, valamint a Kiskunsági Nemzeti Park (KNP) területén két hipertróf szikes víztérben, a Kelemen-székben és a Böddi-székben vettünk mintákat. 2004 őszén az üledék felső 3-5 cm-es rétegéből hatféle táptalajra szélesztettünk, és random módon történő izolálással 306 tiszta tenyészetet hoztunk létre. A foszfatáz aktivitással rendelkező, vagy polifoszfátot felhalmozó baktériumtörzseket 30 sejtmorfológiai és biokémiai-élettani tulajdonság alapján numerikus analízissel csoportosítottuk, és fenotipusos dendrogramot készítettünk. A foszfatáz aktivitást mutató törzsek aránya az élőhelyek trofikus állapotával inverz összefüggést mutatott. A polifoszfát-felhalmozás valamennyi mintavételi területen a törzsek több mint 75 %-ára volt jellemző, és az élőhelyek trofikus állapotával nem mutatott direkt összefüggést. A reprezentáns törzsek 16S rDNS régiójának parciális szekvenciaanalízise alapján a Kelemen-székből és a Böddi-székből kitenyésztett valamennyi baktériumtörzs a Bacillus nemzetség alkalitoleráns és alkalofil fajaival mutatott legnagyobb genetikai hasonlóságot. A balatoni üledék izolátumait a Bacillus, Arthrobacter, Mycetocola, Methylobacter, Pseudomonas, Rheinheimera és Aeromonas nemzetségek tagjaiként azonosítottuk. Kulcsszavak: foszfatáz, polifoszfát, Balaton, Kelemen-szék, Böddi-szék, baktériumtörzsek fenotipusos vizsgálata, 16S rDNS szekvenciaanalízis Bevezetés A külső terheléstől mentes vízterekben az elsődleges termelők számára hozzáférhető foszfor elérhetőségét döntően befolyásolja az üledékből a vízbe jutó ortofoszfát (PO 4 ) mennyisége (Tátrai et al., 1998). A belső foszforterhelés nagyságát a biológiai, kémiai és fizikai tényezők együttese szabja meg. Az üledék mikróbaközösségei a foszfor recirkulációjában az abiotikus folyamatok befolyásolásával közvetett, mineralizációs tevékenységük révén közvetlen szerepet játszanak. Az oxigén felhasználásával csökkentik az üledék redoxipotenciálját, ami a Fe 3 +, Mn 4 +, Al 3' ionok redukciójához és az általuk kötött foszfát felszabadulásához vezet. Más elektronakceptorok hasznosítása szintén az anorganikus foszfátok oldatba vitelének kedvez. Az újabb vizsgálati eredmények bizonyítják, hogy a baktériumok foszforfelszabadítása és visszatartása a környezeti feltételektől függően tág határok között változik, és számottevő ökológiai jelentőségű (Gächter és Meyer, 1993). A szerves foszforvegyületek mineralizációjával a mikroorganizmusok szervetlen foszfátot szabadítanak fel. Az ortofoszfát egy részét felhasználják saját életfolyamataikhoz, másik része a pórusvízbe, majd a vízbe juthat, vagy az üledék szerves és szervetlen alkotóin adszorbeálódva az üledékben reked. Számos baktérium a foszfát-ionokból nagy energiájú foszfoanhidrid-kötésekkel polifoszfátot képez, amit metakromatikus granulumokban halmoz fel. A polifoszfát-akkumulációt a szennyvíztisztításban régóta és nagy hatékonysággal alkalmazzák a víz foszfortartalmának csökkentésére. A vegyületet a baktériumok - például alacsony külső foszfát koncentráció értékeknél, vagy anaerob körülmények között - energia- és foszfátforrásként hasznosítják (Kulaev és Kulakovskaya, 2000). Elsősorban a Kis-Balaton Vízvédelmi Rendszer üzembe helyezésének és a Zala vízgyűjtőjén véghezvitt környezetkímélő fejlesztéseknek köszönhetően a Balatonba érkező foszfor mennyisége az elmúlt húsz évben jelentősen lecsökkent. A Keszthelyi-medence napjainkra eutróf, a Siófoki-medence mezotróf jellegűvé vált (Istvánovics és Somlyódi, 2001). A KNP területén található Kelemen-szék és Böddiszék erősen lúgos pH értékekkel jellemezhető fehér vizű szikesek. Minden évben vízi madarak ezreinek nyújtanak ideális fészkelő-helyet, vizük foszfortartalma ezért rendkívül magas, ami a prokarióta szervezetek hatalmas primer produkcióját eredményezi. A vízterek trofikus állapotára a hipertróf kategória jellemző (Boros, 1999). A fentiek alapján munkánk céljául eltérő trofikus állapotú és kémiai karakterű hazai vízterekben a foszfor körforgalmában foszfatáz aktivitásukkal vagy polifoszfát felhalmozásukkal résztvevő baktériumfajok megismerését tüztük ki. Vizsgálati anyag és módszerek Vizsgálatainkhoz a Kelemen-székből (KI) és a Böddiszékből (K7) 2004. október 22-én, a Siófoki (Bl) és a Keszthelyi-medencéből (B2) 2004. november 17-én vettünk üledékmintákat. A tavi üledék felső 3-5 cm-es rétegéből származó homogenizált mintákból hígítási sorozatot készítettünk, és annak egyes tagjaiból összesen hatféle táptalajra szélesztettünk. A tenyésztéshez valamennyi mintavételi hely esetében alkalmaztuk a nagy szerves anyag tartalmú DSMZ Medium 1 (www.dsmz.de) komplex táptalajt, a csökkentett foszfor tartalmú C-médiumot ( Heyman et al., 1989), valamint egy nemrég tenyésztésbe vont polifoszfát-akkumuláló szervezet, a Gemmatimonas aurantiaca tenyésztésénél kifejlesztett NM-1 (Zhang et al., 2003) tápagart. A baktériumközösségek diverzitásának mind teljesebb körű feltárásához - a fentiek mellé - az élőhelyek adottságainak megfelelően, a Kelemen-szék és a Böddi-szék esetében a szerves tápanyagokban gazdag Czapek-féle (Difco Manual, 1977), és a lúgos pH mellett növekedésre képes baktériumok tenyésztéséhez kifejlesztett alkalikus (Horikoshi, 1991) médiumot választottuk. A balatoni üledékmintákhoz a szerves szubsztrátokban szegény oligotróf (Poindexter, 1991) táptalajt használtuk. A táplemezekről a különálló telepeket random módon a lemezekkel azonos összetételű ferde agarra izoláltuk. A tenyészetek foszfatáz aktivitását nátrium-fenoftalein-foszfát tartalmú táptalajon (Cowan és Steel, 1974), a
