Baktériumközösségek diverzitása és foszforforgalmi szerepe a Balaton és kiskunsági szikes vízterek üledékében

Dátum
2011-06-14T07:01:10Z
Folyóirat címe
Folyóirat ISSN
Kötet címe (évfolyam száma)
Kiadó
Absztrakt

A üledékfelszíni baktériumközösségek kulcsszerepet töltenek be a szerves anyagok lebontásában, és nagymértékben befolyásolhatják a belső tápanyag-terhelést a természetes vízi ökoszisztémákban. Az üledéklakó mikrobaközösségek összetételéről, aktivitásáról és szezonális dinamikájáról azonban máig kevés információval rendelkezünk. Munkámat két hipertróf kiskunsági szikes kistavon (Kelemen-szék és Böddi-szék) és a Balaton mezotróf Siófoki- és eutróf Keszthelyi-medencéjében végeztem. Célom az üledékfelszíni baktériumközösségek aktivitásának, szerkezetének, az aerob kemoorganotróf szervezetek csíraszámának, faji hovatartozásának és funkcionális szerepének megismerése volt, különös tekintettel a baktériumok foszforforgalmi szerepére. A hipertróf szikes kistavak üledékében az aerob kemoorganotróf baktériumok csíraszám értékei nagyságrendileg nagyobbak voltak, mint a Balaton két medencéjében. A Kelemen-székben és a Böddi-székben a csíraszám értékek szezonálisan kevéssé változtak. A Balaton esetében kemoorganotróf baktériumok telepszáma nagyobb volt az eutróf, mint a mezotróf medence üledékében. Ősszel Keszthely és Tihany térségében is kisebb telepszámokat kaptunk, nagy valószínűséggel a hőmérséklet csökkenése miatt. A közösségi szintű szénforrás hasznosítási vizsgálat (BIOLOG) eredményei alapján a kiskunsági szikes kistavakban a mikrobaközösségek metabolikus aktivitását a csökkenő hőmérséklet és a növekvő szalinitás is negatívan befolyásolta. A Siófoki- és Keszthelyi-medence bentikus mikrobaközösségeinek metabolikus profilja a mintavételi időpontok szerint csoportosult. A tenyésztéstől független diverzitás vizsgálat (denaturáló gradiens gélelektroforézis) eredményei alapján, ősszel a két szikes kistó, valamint a Balaton esetében a Siófoki- és a Keszthelyi-medence üledékfelszíni baktériumközösségeinek filogenetikai szerkezete hasonló volt egymáshoz. Tavasszal és nyáron a mintavételi területeket jellemző eltérő környezeti feltételek – a szikes vízterekben elsősorban a sótartalom, a Balatonban az eltérő trofitás – hatása jobban érvényesült, ezáltal az üledékfelszíni mikrobaközösségek szerkezete elkülönült egymástól. Tenyésztésen alapuló módszerrel a kiskunsági kistavak üledékében főként sós szikes élőhelyekre jellemző alkalofil vagy alkalitoleráns és halotoleráns vagy halofil fajokkal rokon szervezetek, míg a Balatonban főleg édesvízi ökoszisztémákban gyakori, neutrofil fajok jelenlétét igazoltuk. A Balaton üledékéből közel kétszer annyi (összesen 63) fajt mutattunk ki, mint a szikes kistavakból (összesen 35). A hipertróf szikes vízterekből származó tenyészetek a szerves foszforvegyületeket kisebb arányban értékesítették, mint a foszfor limitált balatoni szervezetek. Mindkét mintavételi területen a baktériumtörzsek többsége polifoszfátot halmozott fel. A polifoszfátraktározás a szikes kistavakban a különleges környezeti feltételekhez (pH és sótartalom) való alkalmazkodást segítheti, a balatoni szervezetek számára elsősorban foszforraktárként szolgálhat. Eredményeink alapján a polifoszfát-felhalmozás képessége a különböző filogenetikai csoportokba (Firmicutes, Actinobacteria, Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria) tartozó baktériumtörzsekre egyaránt jellemző, de nemzetségeken belül, az egyes baktériumfajokba tartozó szervezetek polifoszfátot felhalmozó képessége jelentősen különbözhet.

Microbially-mediated biogeochemical transformations at the sediment-water interface have strong effect on biochemical cycling of the elements and influence largely the nutrient availability in the overlying waters. Yet little is known about the spatial and temporal variability of density, activity and composition of sediment bacterial communities in aquatic environments. I focused my research on sediment bacterial communities of two soda lakes located in Kiskunság National Park (Kelemen-szék and Böddi-szék) and two basins of Lake Balaton (mesotrophic Siófok basin and eutrophic Keszthely basin). The abundance of cultivable aerobic chemo-organotrophic bacteria was the highest in the hypertrophic soda lakes and the lowest in the mesotrophic Siófok basin. Seasonal changes in colony counts were not characteristic in soda lakes. Abundance of cultivable aerobic chemo-organotrophic bacteria significantly differed between two basins exhibiting different trophic conditions in Lake Balaton in each season. The lowest viable counts were observed in autumn and the highest in spring and summer months in both basins, which showed that decreasing temperature had strong effect on benthic bacterial abundance in Lake Balaton. Carbon source utilization patterns of microbial communities were investigated using BIOLOG microplates. Microbial activity was affected negatively by declining temperature and increasing conductivity in soda lakes. On the basis of their metabolic profile microbial communities of Siófok and Keszthely basin grouped according to the sampling dates. Cultivation independent analysis (denaturing gradient gel electrophoresis) revealed that phylogenetic structure sediment bacterial communities of the two soda lakes and the two basins of Lake Balaton were similar in autumn and could be distinguished in spring and summer months. Thus the temperature had strong effect on sediment bacterial diversity and site specific environmental factors – like contrasting conductivity and trophy – resulted distinctive community structure in warm periods. Presence of aerobic, chemo-organotrophic species adapted to saline and/or alkaline habitats (alkalitolerant or alkaliphilic and halotolerant or halophilic species) was proven with cultivation dependent methods of the soda lakes. Most of the strains isolated from Lake Balaton were identified as closest relatives of neutrophilic species. Almost two times more species were identified from Lake Balaton (63 species) than from the sediment of soda lakes (35 species). Characteristically lower rates of strains hydrolyzed the organic phosphorus compound in the case of the hypertrophic soda lakes than in the case of Lake Balaton. Polyphosphate probably helps in the adaption of sediment bacteria to the special environmental conditions (pH and salinity) featuring the soda lakes. Excess polyphosphate accumulation may serve as phosphorus storage for sediment bacteria in Lake Balaton. Our study implied that polyphosphate accumulation is widespread among the members of Firmicutes, Actinobacteria, Alphaproteobacteria and Gammaproteobacteria; and phosphorus metabolism of species related to a single genus can vary remarkably.

Leírás
Kulcsszavak
üledéklakó baktériumközösség, sediment bacterial community, Balaton, Lake Balaton, szikes kistavak, soda lakes, bakteriális diverzitás, bacterial diversity, polifoszfát, polyphosphate
Forrás