Organiskt material som emitteras från alger i olika stadier av växt ger tillskott till omgivande vatten. Här redovisas labförsök och försök med cyanobakterier i Lake Taihu.
Av: Jörgen Hanaeus
Kunskapen om hur organiskt material emitteras från cyanobakterier till omgivande vatten är en viktig pusselbit för förståelse av eutrofiering av vattenmiljöer. Här studeras hur organiskt material från alger/cyanobakterier (AOM) frigörs från cellernas utsida, externt, (EOM) eller från insidan (IOM)
Studier har gjorts i kontrollerad laboratoriemiljö samt i miljön i den kinesiska sjön Lake Taihu. Utsöndringen av AOM var 4-6 µg COD/106 celler under tillväxtperioden för Microcystis aeruginosa och relationen EOM till IOM ändrades gradvis från 0,83 till 3,33 under den stabila perioden och nedbrytningsperioden.
Bakgrund
Snabb tillväxt av cyanobakterier i Kina mot bakgrund av ökande eutrofiering och klimatförändring medför nedbrytningsprodukter från dessa bakterier/alger i vattenmiljön.
En stor del av cyanobakteriernas organiska material är lagrat inom cellerna, intracellulärt organiskt material (IOM). Det kan frigöras i stora mängder vid skada eller död för cellerna.
En mindre del av det organiska materialet kan emitteras direkt till omgivande vatten, eller lindas kring cellerna; extracellulärt organiskt material (EOM). Det har gelatinös karaktär och består av mikrofibriller. Det kan också medverka till att aggregera individuella celler till grupper och på så sätt medverka till algblomning.
Det framkom att EOM och IOM hade varierande egenskaper under olika växtperioder med olika utsöndring av organiskt material. Studier har ofta utförts på enskilda species av cyanobakterier, ignorerande det faktum att omgivande vattens sammansättning påverkar i ursöndringen. Av detta skäl har denna studie utförts både på ren laboratoriekultur och med vatten från Lake Taihu.
Material och metod
Den cyanobakterieart som användes i laboratorieförsöken var Microcystis aeruginosa (FACHB-912), som är den vanligaste cyanobakterien vid algblomningar i Kina.
Det sjövatten som användes (Lake Taihu, medel eutrofiskt) höll i genomsnitt: pH 8, Turbiditet 250 NTU, Temperatur 27 ºC, Löst syre 9 mg/L, Konduktivitet 600 µS/cm, Klorofyll-α 10-3
EOM från cyanobakterierna extraherades med centrifugering, 5000g under 15 min och centratet filtrerades genom 0,45 µm fiberfilter. IOM extraherades genom upprepade frysning-tinanden.
Resultat
Tillväxtkurvan för Microcystis aeruginosa kunde delas in i fyra delar: Adaptering (0-5d), exponentiell tillväxt (6-40d), stationär fas (41-81d) och avklingning (> 82 d).
I tillväxtperioden var utsöndringen av AOM 4-6 µg COD/106 celler. Här, liksom under adaptionsfasen, var IOM större än EOM; EOM/IOM = 0,83. Frigjort material var alltså till stor del kvar i cellerna och utsöndrad materialmängd till omgivningen förhållandevis låg. Skada/död för algerna ändrar denna bild. Den ändrades också med tiden så att under stationär fas och avklingning ökade relationen till EOM/IOM = 3,33.
I Lake Taihu var det organiska innehållet (AOM) 4,3 µg COD/106 celler och EOM/IOM = 1,82, vilket liknade värdena för den stationära fasen i laboratorieförsöken.
För karakterisering av det organiska materialet användes även dess fördelning på molekylvikter. Då framkom att EOM dominerades, 36 % i lab, av mindre molekyler, <3 kDa, därefter, 24 %, >100kDa, medan IOM främst fördelades på områdena <3 kDa och >100 kDa, i lab med andelarna 31 resp 51 %. Från Lake Taihu var motsvarande värden EOM: 56 och 10 % samt IOM: 42 och 31 %.
De högre värdena för stora molekyler i IOM indikerar att makromoleyler som syntetiserats av cyanobakteriernas celler lagrades i huvudsak inom dessa medan de organiska komponenterna som frigjordes utanför cellerna främst var små molekyler. Exempel: klorofyll, algtoxiner, luktämnen och aminosyror. Exempel på större molekyler: phycocyanin och makromolekylära kolhydrater. Phycocyaninet förklarade också den blå färgen på IOM-extrakt.
SUVA-värdet, specific ultraviolet absorbance, är absorbansen för en viss våglängd som är normaliserad för löst organiskt kol, DOC, och används ofta för att karakterisera ämnenas aromaticitet och hydrofobicitet. Om SUVA är >4 L/(m*mg) är vattnet rikt på aromatiska och högmolekylära ämnen och det organiska materialets hydrofobicitet är tämligen hög. Om SUVA-värdet är <2-3 L/(m*mg) innehåller vattnet mer av icke-aromatiska och lågmolekylära ämnen och det organiska materialets hydrofilicitet är högre.
För EOM i lab mättes SUVA till 0,66 L/(m*mg) och för IOM i lab till 0,95 L/(m*mg). För EOM och IOM i Lake Taihu mättes 0,48 resp 1,19 L/(m*mg). Det indikerar att EOM har relativt låg aromaticitet och hög hydrofilicitet. Det innebär att det blir svårare att separera EOM med små, lågmolekylära organiska komponenter via koagulering och konventionella vattenreningssteg.
Slutsatser
Under tillväxtperioden utsöndrade Microcystis aeruginosa AOM med ca 4-6 µg COD/106 celler. Bildning och utsöndring av IOM ökade stadigt och var högre än EOM med EOM/IOM = 0,83. Från stationär fas och till avklingning minskade IOM-syntesen och kvoten ändrades gradvis till EOM/IOM = 3,33. EOM-komponenterna hade stora andelar av hydrofila humussyror, fulvicsyror och lågmolekylära aminosyror, <3 kDa och visade låga SUVA-värden.
Utfallen blev något mer heterogena i Lake Taihu-miljön jämfört med labmiljön.
Källa: Sun, F., Ye, S., Xu, C., Wang, F., Yu, P., Jiang, H., Huang, Q. & Cong, H.(2022) : Component structure and characteristic analysis of cyanobacterial organic matters. Water Science & Technology Vol 85, No 3, pp 789-798.
Författarna:
School of Environmental Science and Engineering, Yangzhou University, 196 Huayang West Road, Yangzhou, Jiangsu 225 127, China.
Kontakt: chb9903 [a] 126.com
