Hidrológiai Közlöny 2007 (87. évfolyam)

6. szám - XLVIII. Hidrobiológus Napok: Európai elvárások és a hazai hidrobiológia Tihany, 2006. október 4–6.

76 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2007. 87. ÉVF. 6. SZ. Szervetlen N-formák hatásának vizsgálata a Cylindrospermopsis raciborskii N

2-kötésére, növekedésére és sejtösszetételére foszforlimitált kemosztátokban Kenesi Gyöngyi

1, Présing Mátyás

1, Hesham M. Shafik

1

2, Kovács W. Attila

1, Herodek Sándor

1 'MTA Balatoni Limnológiai Kutatóintézet, 8237. Tihany, Klebelsberg K. u. 3. Pf. 35. 2Szuezi Csatorna Egyetem, Botanika Tanszék, Ismailia, Egyiptom, 41522. Kivonat: Foszforlimitált kemosztátokban vizsgáltuk az NH/ ill. a NO3" hatását a Cylindrospermopsis raciborskii növekedésére, sejtösszetételére és N2-kötésére. Három kísérletsorozatot indítottunk, melyekhez NH

4

+-, NOi -tartalmú, ill. N-mentes tápoldatokat adagoltunk. A hígítási arányt változtatva egyre nagyobb növekedési sebességeknél értünk el állandósult állapotokat. A tápanyag adagolás sebességét növelve a P-limitáció enyhült, csökkentek a PN/PP és a PC/PP arányok, majd a maximális növekedési arányt megközelítve az optimális Redfield értékhez tartottak. A C/N arányok a kis növekedési sebességeknél nem tértek el jelentősen a Redfield értéktől, a hígítási arányt növelve ez az érték csökkent, NH/ jelenlétében a legnagyobb mértékben, de NO3 jelenlétében is jelentősen. A PC/PN arány csökkenését a PN tartalom növekedése okozta, mivel a PC tartalom nem változott jelentősen. A karotinoid/a-klorofill arány a növekedési sebességgel csökkent, ahogy az a-klorofill tartalom növekedett. A legkisebb növekedési sebességektől eltekintve a kizárólag légköri N2-nel ellátott tenyészetek biomasszája jelentősen elmaradt az NH»

+-val ill. NOj'-tal ellátottakétól, mivel az oldott N-formák jelenléte csökkentette az algasejtek fenntartásához szükséges ún. minimális foszfortartalmat (Qo). A maximális növekedési sebesség (n*

m„) is kisebb volt NH/ vagy NOj'-hiányában. Az eltérő növekedési jellemzőket az okozhatta, hogy a N2-kötés folyamata, a heterociták kiépítése és a ^-kötéshez szükséges enzimek szintézise foszfor-, energia- és redukáló erő igényes folyamatok. A N2 kötését az oldott N-formák gátolták, a NOj részben, míg az NH

4* képes volt annak teljes blokkolására is. A N2-kötés a magas PN tartalmon keresztül gátlódhatott. Kulcsszavak: Cylindrospermopsis raciborskii, fonalas cianobaktérium, foszfor limitáció, N2-kötés, kemosztát Bevezetés, célkitűzés A Balaton foszforterhelésének csökkenésével csökkent a tó trofitása, a Cylindrospermopsis raciborskii biomasszája is mérséklődött. Ennek ellenére továbbra is indokolt e Balatonban nem őshonos faj metabolizmusának vizsgálata, hiszen Közép-Európa legnagyobb sekélyvizű tavában előfordulhatnak nitrogénhiányos időszakok (Présing és mtsai. 2001), csökkenhet a fitoplankton fajeloszlását befolyásoló (Bulgakov és Levich 1999) N/P arány is. Mindkét tényező a cianobaktériumoknak, különösen a nitrogénkötőknek kedvez, amelyek nyáron még mindig a fitoplankton meghatározó tömegét alkotják. A fajjal bőséges foszforellátottság mellett végzett kísérletek szerint (Sprőber és mtsai. 2003) NH

4' és N0

3" jelenléte nem befolyásolja jelentősen a faj növekedését. P-limitált körülmények mellett még nem vizsgálták, hogy az eltérő energia-, foszfor- és redukáló erő igényű N-formák hogyan befolyásolják a faj növekedési jellemzőit. Az elvégzett kísérletsorozatok célja kettős volt: egyrészt arra kerestünk választ, hogy a tóra jellemző P-limitált körülmények között az eltérő energiatartalmú N-formák hogyan befolyásolják a faj anyagcseréjét, versenyképességét; másrészt arra, hogy az NH

4

+ ill. a N0

3"milyen mértékben gátolja a nitrogénkötést, képes-e annak teljes mértékű blokkolására. A tervezett vizsgálatokhoz a tápoldatot folyamatosan a tenyészethez adagoló ún. kemosztát rendszerek a legalkalmasabbak, segítségükkel tetszőleges növekedési sebesség és tápanyag ellátottság mellett vizsgálhatók a sejtek. A kemosztátokban a lombik tenyészeteknél sokkal jobban megközelíthető a tavakra és tengerekre jellemző viszonylag állandó és alacsony tápanyag ellátottság. Lehetőség nyílik arra is, hogy segítségükkel vizsgáljuk, a külső tápanyag ellátottság függvényében hogyan változik a vizsgált faj sejtösszetétele. Ennek ismerete nem csak a kísérlet során tapasztalt jelenségek magyarázatában segíthet, pl. ha számos algafaj esetén meghatározzák, hogy adott körülmények közt hogyan változhat a sejtösszetételük, akkor a természetes vizek tápanyag forgalmát is pontosabban leírhatjuk, a táplálék hálózatok működését mélyebben megérthetjük (Geider és mtsai. 2002). Anyag és módszer A kísérleteket Shafik és mtsai. (2001) által leírt kemosztát rendszerekkel Kenesi és mtsai. (2006) által alkalmazott körülmények között végeztük. A Balatonból izolált C. raciborskii (ACT 9502) cianobaktérium törzzsel dolgoztunk. Előzetesen optimálisnak talált hőmérsékletet (26 ± 1 °C) és fényt (100 nmol m"

2 sec"

1 intenizású folytonos megvilágítás, Circline™ Cool White T9/32W/CW fénycső) biztosítottunk. Módosított BG-11 tápoldatot (200 (ig I"

1 PO4-P) adagoltunk a tenyészetekhez. Két kísérletsorozat esetén a tápoldat 4000 |ig l"

1 NH

4-N-t ill. N0

3-N-t tartalmazott (N/P arány az optimális értéknél nagyobb, 20-as érték, ami erős foszforhiányt jelentett). A harmadik esetben a tápoldat nitrogén mentes volt, így az algák kizárólag a légköri nitrogén kötéséből fedezték Nszükségletüket. A légköri N

2-nel ellátott kísérleteknél 0,25; 0,35; 0,50; 0,70; 0,75 és 0,90 nap"

1, az NH

4

+-mal ellátottaknál 0,25; 0,35; 0,50; 0,75; 1; 1,5 nap"

1 , a N0

3tal ellátottaknál 0,35; 0,50; 0,75; 1; 1,25 nap"

1 hígítási arányoknál értünk el állandósult állapotokat. A tenyészetek állapotát a következő jellemzők mérésével naponta ellenőriztük: hígítási arány, pH, a-klorofill és karotinoid koncentráció, optikai denzitás 750 nm-en. Az állandósult állapotok elérése után 3-5 napon keresztül a napi mérések kiegészültek a partikulált nitrogén (PN), a partikulált szén (PC), a száraztömeg, valamint az NH

4N, NO3-N, P0

4-P, TP koncentrációjának meghatározásával (Kenesi és mtsai. 2006). A kísérletek az algaszuszpenzió N

2-kötő képességének mérésével zárultak. A 1

5N

2 felhasználásán alapuló módszert a természetes fitoplanktonra alkalmazott technikából (Présing és mtsai. 2005) fejlesztettük tovább tömény algaszuszpenziókra alkalmas módszerré. Eredmények és értékelésük A kizárólag légköri N

2-kötésére szoruló (A) ill. az NH

4

+-mal (•) vagy N0

3"-tal (*) is ellátott tenyészetek egyensúlyi jellemzőit vetettük össze az 1-7 ábrákon. Biomassza: A biomasszát jellemző paraméterek: szárazanyag, partikulált szén (PC), 750 nm-en mért optikai denzitás, aklorofill és a karotinoidok koncentrációja mind a száraz-