Zakład Ekologii Mikroorganizmów, Instytut Botaniki, Uniwersytet Warszawski EKOFIZJOLOGIA MIKROORGANIZMÓW WODNYCH

Transkrypt

1 Zakład Ekologii Mikroorganizmów, Instytut Botaniki, Uniwersytet Warszawski EKOFIZJOLOGIA MIKROORGANIZMÓW WODNYCH Jezioro Mikołajskie (foto: B. Kiersztyn) JAK GLIFOSAT - HERBICYD STOSOWANY POWSZECHNIE W ROLNICTWIE - MOŻE WPŁYNĄĆ NA FUNKCJONOWANIE MIKROBIOCENOZ EUTROFICZNEGO JEZIORA MIKOŁAJSKIEGO? ĆWICZENIA Mikołajki: czerwca 2013 r.

2 Niniejszy program ćwiczeń i opis metod opracowali: Prof. dr hab. Ryszard J. Chróst Dr Iwona Jasser Dr Waldemar Siuda Dr Bartosz Kiersztyn Mgr Aleksandra Bukowska Mgr Katarzyna Jakubiec Mgr Tomasz Kaliński Mgr Adam Guspiel Prowadzący ćwiczenia: Dr Waldemar Siuda, Dr Bartosz Kiersztyn Mgr Aleksandra Bukowska, Mgr Tomasz Kaliński, Mgr Katarzyna Jakubiec. Zakład Ekologii Mikroorganizmów, Instytut Botaniki, Uniwersytet Warszawski 2

3 Stacja Hydrobiologiczna CBE PAN 3

4 Plan zajęć Czerwiec 10 16, 2013 Harmonogram Poniedziałek Wtorek Środa Czwartek Piętek przyjazd, zakwaterowanie zebranie informacyjne zajęcia > zajęcia zajęcia > zajęcia zajęcia > zajęcia zajęcia > Opracowanie wyników i przygotowanie seminarium Sobota SEMINARIUM Wyjazd ze stacji Każdego dnia pomiędzy przerwa obiadowa 4

5 Wprowadzenie Jezioro Mikołajskie jest środkową częścią kilkudziesięciokilometrowej rynny jeziorowej, ciągnącej się z południa na północ, leży na obrzeżach Puszczy Piskiej, w sąsiedztwie Mazurskiego Parku Krajobrazowego. Jezioro Mikołajskie od południa łączy się z jeziorem Bełdany, od południowego wschodu przez cieśninę przy Dybowskim Rogu z jeziorem Śniardwy, północną granicą jeziora są mosty w Mikołajkach za nimi jezioro Tałty. Na plosie jeziora położone są trzy małe wyspy dwie na pograniczu z jeziorem Bełdany, trzecia (sztuczna, usypana w latach trzydziestych ub. stulecia) przy północnych brzegu jeziora. Jezioro Mikołajskie jest zbiornikiem dimiktycznym o wyraźnie zaznaczonej stratyfikacji termicznej w okresie letnim i zimowym. Linia brzegowa jeziora Mikołajskiego jest miernie rozwinięta, brzegi przeważnie wysokie i strome, zachodnie zalesione (Puszcza Piska), północne i część wschodnich zajmują zabudowania Mikołajek, dalej ku południowi brzegi wschodnie są niskie, bezleśne, miejscami podmokłe, z łąkami i polami. Jezioro Mikołajskie Roślinność jeziorowa dosyć skąpa. Gmina Mikołajki Makrofity wynurzone, reprezentowane Dorzecze Pisa Narew - Wisła Wysokość npm 116,1 m przez trzcinę, porastają wąskim, Powierzchnia jeziora 497,7 ha poprzerywanym pasem brzegi zachodnie i Powierzchnia wysp 1,3 ha południową część wschodnich. Makrofity Głębokość maksymalna 25,9 m Głębokość średnia 11,2 m zanurzone również ubogie, choć Długość maksymalna 5,75 km urozmaicone: moczarka, wywłócznik, Szerokość maksymalna 1,6 km 15,1 km rogatek, ramienice, rdestnice, tworzą Długość linii brzegowej większe skupiska u wschodnich brzegów. Jezioro Mikołajskie, przed laty sielawowe, obecnie jest silnie zeutrofizowane. Na północnowschodnim i zachodnim brzegu jeziora Mikołajskiego położone jest miasto Mikołajki (ok. 5,500 mieszkańców), obecnie centrum wypoczynku, żeglarstwa i sportów wodnych na szlaku Wielkich Jezior Mazurskich, którego szczególnie dynamiczny rozwój i rozbudowa nastąpiły w latach 90-tych ub. stulecia. Ścieki komunalne z miasta Mikołajki podlegają procesowi oczyszczania metodą osadu czynnego w dwustopniowej oczyszczalni biologicznej. W wyniku oczyszczania ze ścieków usuwane są przede wszystkim zanieczyszczenia organiczne w procesie biologicznego utlenienia, którego produktami końcowymi jest wiele związków mineralnych (m.in. azot i fosfor). Ścieki oczyszczone odprowadzane są z oczyszczalni do zatoki w południowej części jeziora Tałty. Zgodnie z kierunkiem przepływu wody południowej części Wielkich Jezior Mazurskich (północ południe) ścieki oczyszczone z zatoki jeziora Tałty przemieszczać się mogą do północnej części jeziora Mikołajskiego i dalej wzdłuż wschodniego jego brzegu w kierunku jeziora Śniardwy. 5

6 Opis i cel ćwiczeń Celem ćwiczeń jest wieloaspektowa analiza właściwości, struktury oraz aktywności mikrobiocenoz planktonowych w reakcji na zmiany biologiczne i chemiczne wód jeziora Mikołajskiego poddanego antropopresji ze szczególnym uwzględnieniem działalności rolniczej. W planowanym eksperymencie, w 300 l układach mezokosmowych, dokonamy symulacji zanieczyszczenia wód jeziora herbicydem glifosatem (Roundup). Roundup to popularny środek odchwaszczający używany także do desykacji (wysuszenia) roślin (np. zbóż) przed zbiorem. Tego typu środki chemiczne o szerokim spektrum działania na rośliny dwu i jednoliścienne znajdują zastosowanie zarówno w rolnictwie wielkoobszarowym jak i wykorzystywane są przez właścicieli niewielkich sadów, działek czy ogrodów przydomowych. Używane są także do usuwania zbędnej roślinności w ciekach wodnych, w leśnictwie, do odchwaszczania torów kolejowych, przygotowania ugorów przed zasiewem itp. Mechanizm działania wybranego przez nas związku chemicznego, N-(fosfometylo)glicyny w postaci soli izopropyloaminowej, polega na inhibicji enzymów (m.in. syntazy 5-enolopirogronianoszikimowo-3-fosforanowej) związanych z syntezą aminokwasów aromatycznych tyrozyny, tryptofanu i fenyloalaniny. Środek chwastobójczy Roundup stosowany jest zwykle w stężeniach 360 g/l i objętościach 2-8 L/ha, co daje ilość g/ha. Związek odznacza się stosunkowo niską toksycznością w przypadku ssaków (przy stężeniach wielokrotnie wyższych niż obecne w układach eksperymentalnych jest szkodliwy po połknięciu, działa drażniąco na skórę, niesie ryzyko uszkodzenia oczu) jest za to uznawany za toksyczny dla organizmów wodnych (R51/53 według dyrektywy 1999/45EU). Jego powszechne stosowanie może stanowić realne zagrożenie dla ekosystemów wodnych zwłaszcza, że czas półtrwania związków w glebie szacuje się od kilku do kilkudziesięciu dni lub dłużej. Pytanie badawcze: Jak popularny środek chwastobójczy (Roundup) wpływa na funkcjonowanie ekosystemu jeziorowego w sytuacji przedostania się do wód jego niewielkich, średnich i dużych ilości? 6

7 Opis eksperymentu Ze względu na fakt, iż Roundup działa z pewnym czasem latencji (zgodnie ze specyfikacją wyraźny efekt działania na rośliny dwuliścienne wywiera po okresie około 7 dni) warianty eksperymentalne zostaną przygotowane przez prowadzących ćwiczenia 8 czerwca 2013 r. Eksperyment prowadzony będzie w 4 wariantach (300 l mezokosmy), w próbach wody z litoralu jeziora Mikołajskiego (pobranych z głębokości ok 2 m.). Wariant 1 stanowić będzie kontrolę bez zawartości Roundupu, wariant 2 symulować będzie sytuację, gdy do wód litoralu dostają się śladowe ilości 14 N-(fosfometylo)glicyny (5 mg/l), wariant 3 średnie ilości N- (fosfometylo)glicyny (100 mg/l), wariant 4 (katastrofa ekologiczna) ekstremalne stężenia N- (fosfometylo)glicyny (1 g/l). Wariant 1 Wariant 2 Wariant 3 Wariant 4 Kontrola Niewielki stężenia Średnie stężenia Katastrofa nic się nie dzieje (N-(fosfometylo)glicyna - 0 mg/l) odchwaszczanie małych ogródków (N-(fosfometylo)glicyna - 1 mg/l) desykacja zbóż (N-(fosfometylo)glicyna mg/l) cysterna z Roundupem wpada do jeziora (N-(fosfometylo)glicyna - 1 g/l) Próby do analiz laboratoryjnych pobrane będą we wtorek i czwartek o godz Parametry fizykochemiczne mierzone będą codziennie od wtorku do piątku (godz i i 18.00) lub częściej, gdy zajdzie potrzeba. 7

8 Zakres analiz Aby odpowiedzieć na postawione pytanie badawcze przeprowadzimy szereg analiz skupionych na ocenie chemizmu wody i aktywności mikroplanktonu jeziornego. Stworzone zostaną trzy grupy. Grupa I Skupi się na analizach aktywność enzymatycznej mikroorganizmów zewnątrzkomórkowej aminopeptydazy (enzym wytwarzany głównie przez bakterie heterotroficzne) i fosfatazy (enzym wytwarzany przez mikroorganizmy autotroficzne i heterotroficzne). Analizy będą dokonane we frakcji < 0,3 µm (głównie bakterie swobodnie pływające) i frakcji całkowitej (głównie glony, bakterie osiadłe pierwotniaki). grupę poprowadzi mgr Tomasz Kaliński. Grupa II Przeanalizuje zmiany parametrów fizykochemicznych wody, stężenia chlorofilu a oraz tempo produkcji i respiracji mikroorganizmów obecnych w mezokosmach. - grupę poprowadzi dr hab. Waldemar Siuda i mgr Aleksandra Bukowska. Grupa III Określi wpływ herbicydu na zmiany liczebności (biomasy) bakterii, pikocyjanobakterii oraz heterotroficznych nanowiciowców w badanych próbach. grupę poprowadzi dr Bartosz Kiersztyn i mgr Katarzyna Jakubiec. Szczegółowy opis technik w poszczególnych rozdziałach konspektu dla każdej z grup. Prosimy o zabranie fartuchów laboratoryjnych! 8