A MIKROSZKOPIKUS GOMBÁK, MINT A MÁSODLAGOS

A MIKROSZKOPIKUS GOMBÁK, MINT A MÁSODLAGOS SZERVES AEROSZOL ELŐVEGYÜLETEINEK LEHETSÉGES FORRÁSAI Doktori (PhD) értekezés

Készítette: Hajba-Horváth Eszter okleveles környezetkutató

Témavezetők: Dr. Gelencsér András egyetemi tanár

Dr. Hoffer András tudományos főmunkatárs

Készült a Pannon Egyetem “Kémiai és Környezettudományi” Doktori Iskolájához tartozóan

Pannon Egyetem Mérnöki Kar Veszprém 2013

A MIKROSZKOPIKUS GOMBÁK, MINT A MÁSODLAGOS SZERVES AEROSZOL ELŐVEGYÜLETEINEK LEHETSÉGES FORRÁSAI Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében Írta: Hajba-Horváth Eszter okleveles környezetkutató Készült a Pannon Egyetem “Kémiai és Környezettudományi” Doktori Iskolája keretében. Témavezetők:

Dr. Gelencsér András egyetemi tanár Elfogadásra javaslom

igen /nem ……………………… (aláírás)

Dr. Hoffer András tudományos főmunkatárs Elfogadásra javaslom

igen /nem ……………………… (aláírás)

A jelölt a doktori szigorlaton ............... % -ot ért el, Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom: Bíráló neve: ……………………………

igen /nem ………………………. (aláírás)

Bíráló neve: ……………………………

igen /nem ………………………. (aláírás)

A jelölt az értekezés nyilvános vitáján …..........% - ot ért el Veszprém, ……………………

…………………………. a Bíráló Bizottság elnöke

A doktori (PhD) oklevél minősítése…................................. ………………………… az EDT elnöke

Tartalomjegyzék

KIVONAT .............................................................................................................................................................. 4 ABSTRACT ........................................................................................................................................................... 5 ZUSAMMENFASSUNG ....................................................................................................................................... 6 1. BEVEZETÉS ..................................................................................................................................................... 7 2. SZAKIRODALMI ÖSSZEFOGLALÓ ........................................................................................................... 9 2.1. A LÉGKÖRI AEROSZOL MÉRET SZERINTI CSOPORTOSÍTÁSA, KÖRNYEZETI HATÁSAI ....................................... 9 2.2. A LÉGKÖRI AEROSZOL RÉSZECSKÉK KÉMIAI ÖSSZETÉTELE ......................................................................... 14 2.2.1. A szervetlen összetevők ...................................................................................................................... 14 2.2.2. A szerves összetevők ........................................................................................................................... 16 2.3. A MÁSODLAGOS SZERVES AEROSZOL KELETKEZÉSE A LÉGKÖRBEN ............................................................ 17 2.3.1. Az elővegyületek forrásai ................................................................................................................... 17 2.3.2. A másodlagos szerves aeroszol keletkezési mechanizmusai ............................................................... 23 2.3.3. A másodlagos szerves aeroszol mennyisége ....................................................................................... 28 2.4. A MIKROSZKOPIKUS GOMBÁK SZEREPE A SZÉN BIOGEOKÉMIAI CIKLUSÁBAN, ILLÉKONY MÁSODLAGOS ANYAGCSERE TERMÉKEIK.................................................................................................................................. 30 3. CÉLKITŰZÉS ................................................................................................................................................. 33 4. KÍSÉRLETI RÉSZ.......................................................................................................................................... 34 4.1. MINTÁK ...................................................................................................................................................... 34 4.1.1. Gombatenyészetek kiválasztása és a tenyésztés körülményei ............................................................. 34 4.1.2. Talajminták kiválasztása, mintavétel és talajjellemzők ...................................................................... 35 4.2. MÉRÉSEK .................................................................................................................................................... 39 4.2.1. Gomba biomassza meghatározása a talajmintákban ......................................................................... 39 4.2.2. A szeszkviterpén emissziós fluxus meghatározása gombatenyészetek és talajminták esetében .......... 41 4.2.3. Szén-dioxid emissziós fluxus meghatározása gomba tenyészetek esetében ........................................ 54 5. EREDMÉNYEK .............................................................................................................................................. 55 5.1. A GOMBATENYÉSZETEK ILLÉKONY ANYAGCSERETERMÉKEINEK MINŐSÉGI MEGHATÁROZÁSA .................. 55 5.2. A GOMBA TENYÉSZETEK ÖSSZES SZESZKVITERPÉN EMISSZIÓJÁNAK MENNYISÉGI MEGHATÁROZÁSA ......... 59 5.3. A MENNYISÉGI SZÁMÍTÁSOK BIZONYTALANSÁGA ...................................................................................... 61 5.4. A TALAJMINTÁK SZESZKVITERPÉN EMISSZIÓS FLUXUSA ÉS ERGOSZTEROL KONCENTRÁCIÓJA.................... 62 5.5. A TALAJMINTÁK MIKROBIOLÓGIAI JELLEMZÉSE ......................................................................................... 64 5.6. AZ EREDMÉNYEK LÉGKÖRI JELENTŐSÉGE ................................................................................................... 66 6. ÖSSZEFOGLALÁS ........................................................................................................................................ 69 FELHASZNÁLT IRODALOM.......................................................................................................................... 72 AZ ÉRTEKEZÉS TÉMÁJÁHOZ TARTOZÓ TUDOMÁNYOS KÖZLEMÉNYEK JEGYZÉKE ........... 87 A DOKTORI (PHD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI .................................................................................................. 89 KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS ............................................................................................................................. 91

KIVONAT A mikroszkopikus gombák, mint a másodlagos szerves aeroszol elővegyületeinek lehetséges forrásai Az illékony szerves vegyületekből képződő másodlagos szerves aeroszol tanulmányozása napjainkban az aeroszolkémia fontos kutatási területe. A másodlagos szerves aeroszol képződésében legfontosabb szerepet játszó biológiai eredetű szerves elővegyületek az izoprén, monoterpének, szeszkviterpének és származékaik. A jelenlegi globális mérlegekben az elővegyületek meghatározó forrásaként a növénytakarót, elsősorban a tűlevelű erdőket tartják számon. Nem vitatható ugyanakkor, hogy a szén biogeokémiai körforgásában meghatározó szerepet töltenek be a mikroszkopikus gombák nemzetségei. Korábbi

vizsgálatok

terménykárosító,

toxinokat

és

allergéneket

termelő

gombanemzetségek anyagcseretermékei között mono- és szeszkviterpének jelenlétét mutatták ki automatikus detektálási rendszer kifejlesztése céljából. Dolgozatomban az általam összeállított kísérleti rendszerben globálisan elterjedt gombafajok szeszkviterpén emisszióját határoztam meg és vetettem össze a növényzet, mint eddig ismert forrás kibocsátásával. Azonos körülmények között talajminták esetében is elvégeztem a szeszkviterpén emissziós fluxus meghatározását. Eredményeim alapján nemzetközileg elsőként arra a következtetésre jutottam, hogy a talaj mikrobiális folyamataiból a légkörbe jutó szeszkviterpének mennyisége bizonyos területeken, az év bizonyos szakaszában összevethető fontosságú a növényzetből származó emisszióval, amelyet eddig a globális mérlegekben a másodlagos szerves aeroszol elővegyületeinek meghatározó forrásaként tartottak számon.

4

ABSTRACT Microscopic fungi as potential sources of secondary organic aerosol precursors

The sources and mechanism of secondary organic aerosol formation in the atmosphere are still poorly understood and are the subject of recent research. The biogenic organic precursors which are of relevance in secondary organic aerosol formation are primarily isoprene, monoterpenes, sesquiterpenes, and their derivatives. Recent global inventories consider plant emissions, predominantly coniferous vegetation as the exclusive source of secondary organic aerosol (SOA) precursors. However, it is well known that microscopic fungi play an important role in the global biogeochemical carbon cycle. Previous studies aimed at developing automatic detection systems detected mono- and sesquiterpenes among the metabolites of fungi which are plant pathogens, produce toxins or may cause allergy-related illnesses.. In this thesis the emission fluxes of sesquiterpenes from pure cultures of globally abundant microscopic fungi were determined using an experimental setup designed for this purpose. The results were compared to the emission from vegetation which is the only known source of sesquiterpenes. The same experimental setup was used to measure sesquiterpene emission fluxes from selected soil samples. On the basis of these results it has been established for the first time in atmospheric sciences that sesquiterpene emission from soils in certain regions and time of the year may be important compared to that of vegetation which has been insofar considered as the exclusive source of SOA precursors in recent global inventories.

5

ZUSAMMENFASSUNG Mikroskopische Pilze als mögliche Quellen von sekundären organischen Aerosolvorläufern Die Quellen und der Entstehungsmechanismus von sekundären organischen Aerosolen in der Atmosphäre sind immer noch kaum verstanden und sind Gegenstand aktueller Forschungen. Die biogenen organischen Vorläufer, welche relevant sind für die Entstehung von sekundären organischen Aerosolen sind vor allem Isopren, Monoterpene, Sesquiterpene und ihre Derivate. Aktuelle globale Bestandsaufnahmen berücksichtigen Pflanzenemissionen, vor allem von Koniferen, als die einzige Quelle von Vorläufern für sekundäre organische Aerosole (SOA). Aber es ist allgemein bekannt, dass mikroskopische Pilze eine wichtige Rolle im globalen biogeochemischen Kohlenstoffkreislauf spielen. Frühere Studien entdeckten Mono- und Sesquiterpene unter den Stoffwechselprodukten von Pilzen, welche Pflanzenpathogene sind, Toxine produzieren oder allergiebezogene Krankheiten verursachen können. In dieser Arbeit haben wir die Emissionsflüsse von Sesquiterpenen von Reinkulturen von weltweit häufigen mikroskopischen Pilzen bestimmt indem wir einen für diesen Zweck designten Versuchsaufbau verwendet haben. Die Ergebnisse wurden mit den Emissionen aus der Vegetation, welche die einzige bekannte Quelle für Sesquiterpene ist, verglichen. Derselbe Versuchsaufbau wurde für die Messung von Sesquiterpenemissionsflüssen aus ausgewählten Bodenproben verwendet. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde erstmals in den Atmosphärenwissenschaften etabliert, dass Sesquiterpenemissionen von Böden in bestimmten Regionen und zu bestimmten Zeiten im Jahr wichtig sein können im Vergleich zur Vegetation, welche bis jetzt als die einzige Quelle von SOA-Vorläufern in aktuellen globalen Bestandsaufnahmen galt.

6

1. BEVEZETÉS A másodlagos aeroszol részecskék a légkörben keletkeznek gázokból vagy gőzökből. Képződésük kémiai reakciókat követő gáz-részecske átalakulással, heterogén vagy homogén nukleációval egyaránt történhet. A kondenzációra hajlamos gőzök jelentős része a levegőben lejátszódó kémiai reakciók során keletkezik. Mivel ezek a nyomanyagok nem közvetlenül aeroszol részecskeként kerülnek a légkörbe, ezeket másodlagos aeroszol(alkotók)nak nevezzük. A másodlagos szerves aeroszol a légköri aeroszol számottevő hányadát teszi ki. Részt vesz a globális sugárzási mérleg befolyásolásában (a beérkező sugárzás szórása és elnyelése, illetve a felhők szerkezetének megváltoztatása révén), így szerepet játszik a Föld éghajlatának alakulásában (Kanakidou et al., 2005). A másodlagos szerves aeroszol a légkörben betöltött fontos szerepének köszönhetően az utóbbi évtizedben a levegőkémiai kutatások kiemelkedően tanulmányozott területévé vált. Hozzájárul ehhez az elővegyületekként szolgáló, illékony szerves

vegyületek

globális

emissziójára

vonatkozó

becslések

rendkívül

nagy

bizonytalansága, valamint mérési és modellezési nehézségek is. A szervetlen gázok – kén-dioxid, nitrogén-dioxid és ammónia – átalakulása részecske fázisú szulfáttá, nitráttá és ammóniummá hosszú évtizedek óta kutatott és napjainkra jól ismert folyamat. Ezzel szemben az illékony szerves vegyületek (volatile organic compounds, VOC) oxidációs termékeinek gáz-részecske átalakulásával keletkező, másodlagos szerves aeroszol légköri folyamatai még számos tisztázni való kérdést rejtenek, ami a vegyületek és légköri reakcióik számosságát, forrásaik bizonytalanságát, és számos egyéb tényezőt figyelembe véve egyáltalán nem meglepő. Illékony szerves vegyületek hatalmas mennyiségben kerülnek a légkörbe természetes és kisebb részben antropogén forrásokból. Döntő részük fotokémiai folyamatokban átalakul a troposzférában, de a keletkező termékek csak kis hányada játszik szerepet a másodlagos szerves aeroszol képződésében. A másodlagos aeroszolképződés szempontjából fontos, biológiai eredetű szerves elővegyületek elsősorban a monoterpének, szeszkviterpének, illetőleg ezek származékai. Mindezen vegyületek meghatározó forrása a növényzet, elsősorban a tűlevelű, kisebb részben a lombos erdők. Az antropogén forrásokból is nagyszámú illékony szerves vegyület származik, de ezek közül csak az aromás vegyületek és a nagyobb szénatomszámú alifás vegyületek jelentősek a másodlagos szerves aeroszol képződése szempontjából. Az antropogén forrásokból származó VOC (volatile organic

7

compounds) globális léptékben nem járulnak hozzá számottevően a másodlagos szerves aeroszol képződéséhez a troposzférában, azonban az emberi tevékenység által erőteljesen befolyásolt területeken a jelentőségük számottevő lehet. A másodlagos szerves aeroszol forrásaira vonatkozó eddigi ismeretek bővítésében fontos szerepe lehet a levegőkémia tudományterületén kívül, más célból végzett újabb kutatásoknak. Ezen vizsgálatok során természetes és emberi környezetben egyaránt gyakori mikroszkopikus gombafajokat azonosítottak jellemző illékony anyagcseretermékeik alapján, hogy a jelenlétükből adódó gazdasági károkat és az emberi egészségre gyakorolt káros hatásokat megelőzzék. Az azonosított illékony, másodlagos anyagcseretermékek között nagy számban fordultak elő mono- és szeszkviterpének (Demyttenaere, 2004). A vizsgálatokban csak az illékony vegyületek kimutatása szerepelt, az aeroszolképző hatás nem került említésre, továbbá mennyiségi meghatározás sem történt. Ugyanakkor a mikroszkopikus gombafajok globális elterjedtsége és a szerves anyagok hatékony átalakítása révén a szén biogeokémiai körforgásában betöltött, rendkívül fontos szerepe közismert. Mindezeket figyelembe véve munkám során célul tűztem ki annak megállapítását, hogy különböző gyakori gombafajokból az aeroszolképző potenciállal rendelkező illékony vegyületek emissziója milyen mértékű. Ennek ismeretében további célom annak meghatározása volt, hogy a gombák által emittált illékony vegyületekből származó másodlagos szerves aeroszol mennyisége hogyan viszonyul a másodlagos szerves aeroszol ma már légköri modellek segítségével elfogadható pontossággal ismert természetes forrásaihoz.

8

2. SZAKIRODALMI ÖSSZEFOGLALÓ 2.1. A légköri aeroszol méret szerinti csoportosítása, környezeti hatásai A légkör gázokat és benne finoman eloszlatott szilárd és cseppfolyós halmazállapotú részecskéket tartalmaz, hatalmas, diszperz rendszert alkot, amit légköri aeroszolnak nevezünk. A mai szóhasználatban helytelenül vonatkoztatják az aeroszol fogalmát csak magukra a részecskékre is, amelyek mérete néhány nm-től 100 μm-ig terjed. Az aeroszol részecskék alapvető szerepet játszanak számos légköri folyamatban, a felhő- és csapadékképződésben, a légköri sugárzásátvitelben, befolyásolják a látótávolságot és a felszínre ülepedve nyomanyagokat szállítanak a talajra, a felszíni vizekbe, így az elemek biogeokémiai körforgalmában is fontos szerepet töltenek be (Kanakidou et al., 2005; Noakov and Penner, 1993; Lohmann and Feichter, 2005). A természetes és antropogén forrásokból közvetlenül a légkörbe jutó elsődleges részecskék fizikai tulajdonságait, pl. méret, sűrűség, felület, és kémiai összetételét alapvetően meghatározzák a forrásaik. A légkörben keletkező másodlagos aeroszol számos keletkezési mechanizmus útján jöhet létre, amik eltérő fizikai és kémiai tulajdonságokat eredményeznek. Így a légkörben számos különböző eredetű és kémiai összetételű, eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkező aeroszol részecske fordul elő (Calvo et al., 2013). A részecskék méretét, számát és kémiai összetételét számos folyamat befolyásolja. Ezek lehetnek homogén vagy heterogén nukleáció, koaguláció, adszorpció, deszorpció. A részecskék kibocsátását és különböző folyamatokban való átalakulását követően száraz vagy nedves ülepedéssel, heterogén kémiai reakciók révén távozhatnak a légkörből (Delmas et al., 2005). Az aeroszol részecskék fontos jellemzője a méreteloszlás, vagyis valamilyen tulajdonságuknak (pl. részecskeszám, felület, tömeg) a részecskemérettől való függése. Mivel az aeroszol részecskék mérete sokszor szabálytalan, a méretük leírására nehezen alkalmazható a geometriai átmérő. Ezért használatos az aerodinamikai átmérő (Hinds, 1999). Az aerodinamikai átmérő egy homogén, egységnyi sűrűségű gömb átmérője, amelynek az esési sebessége megegyezik a vizsgált részecskéjével. A méreteloszlás leírására leginkább elterjedt a lognormál eloszlás használata (Castro et al., 2010). Az elsőként Whitby (Whitby, 1978) által javasolt rendszert a nagyszámú mérési adattal való jó egyezés tette általánosan elfogadottá és napjainkban is használatossá.

9

Ugyanakkor más eloszlások is alkalmazhatók, pl. a módosított gamma eloszlás (Calvo et al., 2011) vagy a Weibull eloszlás (Brown and Wohletz, 1995). Hagyományosan

az

aeroszol

részecskéket

a keletkezési

mechanizmusuknak

megfelelően (elsődleges vagy másodlagos részecskék) két mérettartományra osztják fel, durva és finom frakcióra. A durva frakcióba az 1 μm-nél nagyobb átmérőjű, míg a finom frakcióba az 1 μm-nél kisebb átmérőjű részecskéket sorolják (Raes et al., 2000). Az elsődleges részecskék tömegének legnagyobb része az 1 μm-nél nagyobb átmérőjű tartományban van, azonban legnagyobb számkoncentrációjuk a 0.1–1 μm átmérővel jellemezhető tartományban fordul elő. A durva frakcióba tartozó elsődleges részecskék elsősorban felszíni emissziós forrásokból közvetlenül jutnak a légkörbe. A kontinenseken elsősorban a felszín aprózódása, mállása és a turbulens légmozgások következtében kerülnek a levegőbe. Óceánok fölött a levegőbuborékok szétrobbanásával létrejövő tengeri só részecskék is zömmel a durva mérettartományba esnek. Globálisan éves átlagban a troposzférába kerülő tengeri só mennyiségét különböző szerzők széles tartományban becsülik, 1734 – 11700 Tg év−1 között (Koch et al., 2006; Gong et al., 1997). Számos tanulmány állapít meg 5000-6000 Tg év−1 körüli emissziót (Chin et al., 2002; Alexander et al., 2005; Jaegle et al., 2011). Yue and Liao (2012) közelmúltban készült munkájában 4253 Tg év−1 értéket közöl. A tengeri só részecskék tömegkoncentrációja a szárazföldek fölött az óceántól mért távolsággal gyorsan csökken, mivel a részecskék higroszkópossága és mérete nagymértékben elősegíti a felhőképződést. Az elsődleges aeroszol részecskék fontos csoportja az égési folyamatok során nagy koncentrációban keletkező korom részecskék. A jellemzően 5 – 20 nm átmérőjű részecskék gyorsan koagulálnak és néhány száz nm méretű aggregátumokat hozva létre (Raes et al., 2000). A vulkánkitörések során a gázok mellett nagy mennyiségű hamu kerül a légkörbe, elsősorban a troposzférába. A bioaeroszol részecskék nagy része a bioszférából, természetes felszíni forrásokból származik. Ezek a közvetlenül kibocsátott, elsődleges biológiai részecskék pl. pollenek, spórák, baktériumok. Nagy méretük miatt a durva módusba tartozó részecskék nagy távolságú transzportja a troposzférában nem jellemző, száraz ülepedésük a gravitációs ülepedés révén meghatározó. Ennek a folyamatnak a hatékonysága a részecskeméret csökkenésével csökken. Általánosan elfogadott elnevezés szerint a 0,1–1 μm részecskeátmérőjű tartományt akkumulációs módusnak nevezik (Raes et al., 2000). A jellemző keletkezési és részecskenövekedési folyamatok hatására ebben a mérettartományban halmozódnak fel a 10

részecskék. Mivel a részecskék tartózkodási ideje a többi mérettartományhoz képest a leghosszabb, a forrásoktól igen nagy távolságra eljuthatnak. A másodlagos aeroszol részecskék gáz halmazállapotú anyagok folyadék vagy szilárd fázisba való átalakulása révén keletkeznek. Ez akkor játszódik le, amikor egy adott komponens gázfázisbeli koncentrációja meghaladja az aeroszol felület feletti egyensúlyi gőznyomását. A folyamat többféle módon megvalósulhat, például kis egyensúlyi gőznyomású anyagok koncentrációját gázfázisú kémiai reakciók növelhetik, ilyen a kén-dioxid átalakulása szulfát anionná. Másik lehetséges mód, ha a környezeti hőmérséklet csökkenése az aeroszol feletti egyensúlyi gőznyomás csökkenését okozza. Egy adott komponens aeroszol fázis feletti egyensúlyi gőznyomásának csökkenése bekövetkezhet az aeroszolban jelen lévő egyéb komponensek hatására (ezt a folyamatot nevezik Raoult-hatásnak). A stabil részecskeméret elérésének a fenti folyamatok, illetve előzetesen jelen lévő aeroszol felület kedvez. 0,1– 1 μm részecskeátmérőjű tartományban való felhalmozódás egyik módja tehát a jelen lévő elsődleges részecskék felületén való kondenzáció. Az ebbe a mérettatományba eső részecskékre a Brown-féle mozgás már nincs jelentős hatással, viszont a részecskék túl kicsik ahhoz, hogy a gravitációs ülepedésük jelentős mértékű legyen, így ezeknek a részecskéknek a száraz ülepedése csekély mértékű, fő nyelőjük a nedves ülepedés. Az ebbe a mérettartományba eső részecskék, különösen a higroszkópos tulajdonsággal

rendelkezők

hatékony

felhőkondenzációs

magvak,

amelyeken

a

cseppképződés végbemegy. Ugyanis a légkörben általánosan jelen lévő, alacsony néhány tized%-os túltelítettségen csak a higroszkópos tulajdonságokkal rendelkező részecskék tartalmaznak elegendő oldható anyagot, hogy az oldatcsepp feletti egyensúlyi gőznyomást csökkentsék (Pruppacher and Klett, 1980; Köhler 1936). Így az aktiválódott részecskék nukleációs kimosódással kerülnek a felhővízbe, és a csapadékkal együtt távoznak a légkörből, ezért légköri tartózkodási idejük a víz tartózkodási idejével (kb. 7–10 nap) összevethető. A felhőknek azonban csak kis hányadából keletkezik csapadék (hozzávetőlegesen minden tizedik felhőképződés eredményez csapadékot), így a részecskéket a felhőkben lejátszódó folyamatok módosítják. A felhőcseppekben nyomgázok nyelődnek el és az egymást követő kémiai reakciók során átalakulnak, pl. a szulfition kénsavvá oxidálódik. A cseppek elpárolgása után a gázfázisból beoldódott és átalakult anyagok az eredetileg kondenzációs magként szereplő aeroszol részecskék tömegét növelik. A felhőcseppekben lejátszódó reakciók nem aktiválódott aeroszol cseppekben is lejátszódhatnak különböző hatásfokkal (Raes et al., 2000.). 11

A 0,01–0,1 μm részecskeátmérőjű tartományt általánosan elfogadott elnevezéssel Aitken módusnak nevezik. Ebbe a módusba tartozó néhány nm-es részecskék kis telítési gőznyomású anyagok nukleációjával keletkeznek. E folyamathoz általában vízgőz jelenlétére is szükség van, ezért a folyamat homogén bimolekuláris nukleáció. A homogén nukleációval keletkező kicsiny aeroszol részecskék Brown-mozgása jelentős, ennek következtében ezeknek a részecskéknek a száma koagulációval gyorsan csökken. Egy nagyobb és egy kisebb átmérőjű részecske összekapcsolódásával, egyesülésével nagyobb méretű részecskék jönnek létre. A koaguláció következménye, hogy a legkisebb részecskék tartózkodási ideje nagyon rövid, a számkoncentrációtól függően ~10 perc és 2,5 nap közötti. A részecskék koncentrációját főleg a száraz ülepedés csökkenti, ami turbulens diffúzióval történik, majd a jelentős Brown-mozgással rendelkező részecskék a felszínt borító vékony lamináris határrétegen átjutva távoznak a légkörből. A 0,01 μm-nél kisebb átmérőjű részecskék az ún. nukleációs módusba tartoznak, ezek az Aitken módus mellett képeznek átmeneti csoportot, nagyon rövid, néhány órás időtartam alatt elérik az Aitken módus mérettartományát. A légköri aeroszol szórja és elnyeli a Napból érkező sugárzást (Haywood and Boucher 2000). A szórás és elnyelés együttesen okozza a sugárzásgyengítést (extinkció). A sugárzásgyengítés abban a mérettartományban a legnagyobb mértékű, ahol a részecskék mérete összemérhető az elektromágneses sugárzás hullámhosszával, ez a 0,1–1 μm-es részecskeátmérővel jellemezhető tartomány, vagyis Mie-féle tartomány (Mie, 1908). Az aeroszol részecskék jelentős része vízben oldódó anyagokból áll. Ezeknek a részecskéknek a tömege a relatív nedvességtartalommal folyamatosan változhat (higroszkópos növekedés). A higroszkópos növekedés során a részecskék mérete száraz kiindulási méretük többszörösére is növekedhet, aminek elsősorban a sugárzásgyengítés (szórás) mértéke szempontjából van jelentősége. A higroszkópos növekedésnek köszönhetően ugyanis az aeroszolhoz rendelt, eredő optikai hatás (optikai mélység) is megnő. A részecskék adott relatív nedvességnél (amelynek értéke a kémiai alkotótól függ) el is folyósodhatnak (elfolyósodó vagy deliqueszcens részecskék, pl. ammónium-szulfát). A részecskék számának növekedése közvetve is befolyásolja a felszínt elérő napsugárzás mennyiségét, ezen keresztül az éghajlat alakulását. A felhők keletkezése felhőkondenzációs magvakon megy végbe, ezek azok az aeroszol részecskék, amelyek adott túltelítettségen aktiválódhatnak. Azt, hogy adott túltelítettségen az aeroszol részecskék mekkora hányadából válnak felhőkondenzációs magvak, a túltelítettség mellett a részecske mérete (Kelvin-hatás), illetve a 12

belőle vízben oldódó anyag mólszáma (Raoult-hatás) határozza meg. Ha antropogén hatások következtében megnő a felhőkondenzációs magvak száma, az a kialakuló felhőcseppek számának növekedését eredményezi. Ennek hatására a felhő albedója megnő, mert a kisebb méretű, nagyobb számú felhőcseppekből álló felhők jobban visszaverik a rövidhullámú napsugárzást, mint a kevesebb, nagyobb cseppből álló felhők (Lohmann and Feichter, 2005). A növekedés mértéke a tiszta óceáni területek fölött kialakuló stratus felhőknél a legnagyobb, ezekben a felhőcseppek száma kevés, és az aktiválódás és a növekedés közel azonos túltelítettségen megy végbe. A cirrus felhők a felhőkondenzációs magvak számának növekedésére jóval kevésbé érzékenyek, ugyanakkor a légiközlekedés érzékelhetően befolyásolja előfordulásukat. Az aeroszol részecskék méreteloszlása és kémiai összetétele befolyásolja a felhőcseppek koncentrációját és méreteloszlását, ezáltal pedig hatással van a felhők optikai tulajdonságaira (Geresdi et al., 2006). Az aeroszol részecskéknek a felhők optikai mélységére és albedójára, ezen keresztül pedig az éghajlatra gyakorolt hatását első közvetett hatásnak, vagy Twomey-hatásnak nevezik (Twomey, 1974, 1977). Az aeroszol második közvetett hatása

a

csapadékképződésre

gyakorolt

hatással

függ

össze.

A

felhőcseppek

koncentrációjának növekedése csökkenti a vízcseppek növekedési rátáját és kevesebb csapadék keletkezéséhez, egyúttal a felhők élettartamának növekedéséhez vezet (Albrecht, 1989; Rosenfeld, 2000). A 20. század végén magyarországi háttérterületeken végzett megfigyelések szerint a 0,025 µm-nél nagyobb sugárral rendelkező szulfát részecskéknek mintegy 10%-a, míg a szerves aeroszol részecskéknek 1%-a vett részt a cseppképződésben alacsony feláramlási sebességnél (0,1 m s−1). Ebben az esetben ún. pára (haze) részecskék jönnek létre az aeroszol részecskékből,

a

felhőcseppek

többsége

pedig

a

szulfát

részecskéken

képződik.

(Geresdi et al., 2006). Nagyobb feláramlási sebesség (1 m s−1) esetén a szerves aeroszol részecskék nagyobb hányada, mintegy 30%-a aktiválódott. Geresdi és munkatársai (2006) megfigyelései szerint a szulfát részecskék számának csökkenése a stratocumulus felhők albedójának csökkenését eredményezte a közép-európai régióban. Végeredményben tehát az aeroszol részecskék számának antropogén hatásra bekövetkező növekedése csökkenti a felszínt elérő napsugárzás mennyiségét. Ha az emberi tevékenység következtében jelentősen módosul az aeroszol részecskék mennyisége és kémiai összetétele, akkor a változás közvetett (a felhőképződés révén) és közvetlen módon (a szórás és az elnyelés változásán keresztül) visszahat a Föld-légkör rendszer sugárzási mérlegére.

13

Ahhoz, hogy felmérhessük, hogy az antropogén hatások hogyan változtatják meg a légköri aeroszol tulajdonságait és globális eloszlását, ezen keresztül pedig milyen hatást gyakorolnak az éghajlatra, nagyon fontos az aeroszol források ismerete, ehhez pedig a kémiai összetétel adhat fontos információkat.

2.2. A légköri aeroszol részecskék kémiai összetétele 2.2.1. A szervetlen összetevők A finom és a durva részecskék kémiai összetétele a keletkezési mechanizmusuk különbsége miatt jelentős mértékben eltér egymástól. A fémek (ólom, kadmium, cink, vanádium, nikkel, króm) jelenléte a finom aeroszol részecskékben szinte kizárólag az energiatermelés, az ipari tevékenység, valamint a közlekedés eredménye (Allen et al., 2001). A fosszilis tüzelőanyagok égetése a meghatározó antropogén forrása az aeroszol részecskék Be, Co, Hg, Mo, Ni, Sb, Se, Sn és V tartalmának, de az As, Cr, Cu, Mn and Zn kibocsátáshoz is nagymértékben hozzájárul ez a tevékenység. Az As, Cd, Cu, Ni és Zn emisszió esetében az ipari, kohászati folyamatok jelentik a fő forrást (Pacyna,1998). A benzin és dízel üzemanyagú közlekedési eszközökből származó kipufogó gázok Pb, Fe, Cu, Zn, Ni és Cd különböző mértékű kibocsátását okozzák, illetve a gumiabroncsok kopása jelentős légköri Zn forrás lehet (Pacyna, 1986, Hjortenkrans et al., 2007). A fémek csaknem minden aeroszol méret frakcióban megtalálhatók. A fémtartalmú részecskék koncentrációját és méreteloszlását a források, a száraz és nedves ülepedés mértéke, a felhőképződés, kémiai reakciók, valamint a határréteg és a szabad troposzféra között légcsere befolyásolja. A 0,1–1,0 μm átmérővel jellemezhető akkumulációs módusban a részecskék ülepedése lassú folyamat, ezért nagy távolságokra eljutva, a forrásaiktól távoli területeken is jelentős hatást fejthetnek ki (Allen et al., 2001). A fémek esetében a természetes források tekintetében sok a bizonytalanság, ugyanakkor globális léptékben a kiülepedő felszíni por reszuszpenziója jelentős forrásnak tekinthető. Ez adja a Cr, Mn és V 50%-át, a Cu, Mo, Ni, Pb, Sb és Zn esetében pedig 20%-ot meghaladó a hozzájárulása a kibocsátáshoz. A vulkáni tevékenységből a légköri Cd, Hg, As, Cr, Cu, Ni, Pb és Sb mintegy 20%-a származik (Pacyna, 1998). A hullámzás és permet által keletkező tengeri só részecskék körülbelül 10%-kal járulhatnak hozzá az összes fém kibocsátáshoz, míg az erdővel borított területeken a biológiai eredetű aeroszol részecskékben

14

előforduló elemek lehetnek meghatározók. A biomassza égetésből elsősorban Cu, Pb és Zn kibocsátás származik (Nriagu, 1989). Az aeroszol részecskékben a nitrogén főleg NO3− és NH4+ formájában fordul elő (Mészáros, 1999). A kontinentális finom aeroszol nitrát tartalma a természetes (zivatarok, talajbaktériumok működése, erdőtüzek) és antropogén (energiatermelés, közlekedés, fosszilis tüzelőanyagok elégetése) forrásokból a légkörbe kerülő NOx vegyületek oxidációjával keletkezik. Tehát a nitrogén főleg másodlagos eredetű, természetes és mesterséges eredetű elővegyületek átalakulásából származik (Putaud et al., 2010, Squizzato et al., 2012). A természetes és antropogén forrásokból származó prekurzorgázok (elővegyületek) NO, NO2, és NH3, illetve az elsődleges oxidációs termék a légkörben a salétromsav (Mészáros, 1999). A nedves és a száraz ülepedés révén a nitrogénvegyületek jelentős mértékű cseréje zajlik a légkör és a földfelszín, illetve az óceánok között. A másodlagos nitrát elővegyületek antropogén forrása elsősorban az energiatermelés (földgáz, kőolaj és szénégetés) és magas hőmérsékletű égési folyamatok, pl. a közlekedési eszközök motorja valamint a biomassza égetés (Pinder et al., 2012). A mezőgazdasági tevékenység, pl. a műtrágyázás a légköri NH3 egyik fő forrása (McCubbin et al., 2002). A természetes eredetű nitrogénvegyületek fő forrása a talajemisszió (nitrifikáció, N2O), erdőtüzek (NO2, NO) és biogén emisszió (NH3) (Seinfeld and Pandis, 1998). A szulfát tartalmú aeroszol részecskék főleg másodlagos eredetűek, főként SO2 és dimetil-szulfid (DMS) oxidációját követő részecskekeletkezési mechanizmusok, nukleáció és kondenzáció során keletkeznek. A felhőcseppekben folyadékfázisú reakciók játszódnak le, pl. SO2 oxidációja hidrogén-peroxiddal(Penner, 2001). SO2 természetes és antropogén forrásokból egyaránt a légkörbe kerül. Becslések szerint a globális SO2 kibocsátás 70% -a antropogén eredetű (Whelpdale et al., 1996), illetve a légköri kén kibocsátás 60–80%-a származik az emberi tevékenységből (Chuang et al., 1997). Legfőbb SO2 forrásként a fosszilis tüzelőanyagok égetése tartható számon. A biomassza égetés, mezőgazdasági hulladékok égetése, hajózás, fémkohászat, és a vulkáni tevékenység további SO2 források (Andreae and Rosenfeld, 2008; Smith et al., 2011). Természetes forrásokból is származhat légköri szulfát: kéntartalmú illékony vegyületek, elsősorban dimetil-szulfid (amely bizonyos algák idősödő sejtjeinek pusztulásakor szabadul fel) hidroxil-gyökkel való reakciójából, illetve a vulkánkitörésekkor keletkező SO2 oxidációjából (Mészáros, 1997). Továbbá vulkánkitörések alkalmával a troposzférába és sztratoszférába is kerül kén-dioxid, amely kénsavvá oxidálódás és kondenzáció útján szulfátként vesz részt a másodlagos aeroszol felépítésében.

15

A durva frakcióba tartozó természeters eredetú elsődleges részecskék alkotják az ásványi, vagy kéreg frakciót, amelyet a szárazföldek felett elsősorban a felszíni kőzetek, illetve a talaj összetevői építenek fel, mivel legfontosabb forrásuk a felszín aprózódása, a szél tevékenységének következtében, illetve településeken a közlekedés (DeMott et al., 2010; Mahowald et al., 2010; Zhang et al., 2010). Fő forrásaik a sivatagok, félsivatagos területek, száraz tómedrek, illetve bármely típusú talaj. Ezeket a részecskéket általában kalcit, kvarc, dolomit, agyagásványok, főleg kaolinit és illit, kisebb mennyiségben kalcium-szulfát és oxidok építik fel (Klaver et al., 2011). Tengerek felett az aeroszol részecskék többnyire elsődleges eredetűek, a részecskéket tengeri só kristályok alkotják, túlnyomórészt nátrium-klorid és magnézium-szulfát, kisebb mennyiségben kálium, magnézium és kalcium. A légköri nátrium és klorid elsődleges forrása az óceán az óceán - és tengerparti régiókban (Mészáros, 1997; Claeys et al., 2010).

2.2.2. A szerves összetevők A légköri aeroszol részecskéket számos szerves vegyület építi fel. Az elsődleges szerves aeroszol fosszilis tüzelőanyagok használatából, biomassza égetésből, illetve a növények közvetlen kibocsátásából származik. A természetes és antropogén forrásokból (közlekedés, energiatermelés és ipari tevékenység) származó illékony szerves vegyületek légköri oxidációja során pedig másodlagos szerves aeroszol (secondary organic aerosol, SOA) jön létre (Liousse et al., 1996; Chung és Seinfeld, 2002). A

szervetlen

alkotókkal

ellentétben

az

aeroszol

szerves

anyagainak

tömegkoncentrációja nem határozható meg pontosan, csak az összes szerves szén (total organic carbon, TOC) mennyiségén keresztül becsülhető. A szerves anyag mennyiségének kiszámításához ugyanis ismernünk kell a szerves tömeg/szerves szén arányt. Azonban a szerves anyag több mint 50%-nak kémiai szerkezete ismeretlen. Mennyisége az azonosított vegyületek jellege alapján becsülhető (Gray et al., 1986), vagy pedig az aeroszol tömegkoncentrációjának és valamennyi fő alkotójának egyidejű mérésével a maradékelv alapján közelíthető (Heintzenberg, 1989; Gelencsér et al., 2000). A természetes és antropogén forrásokból származó szerves aeroszol elkülönítésének bizonytalanságához az alkotók ismeretének bizonytalansága mellett az is hozzájárul, hogy az adott forrásokból keletkező aeroszol mennyiségét befolyásolja a jelenlévő egyéb aeroszol mennyisége és a légkörben lejátszódó oxidációs folyamatok, amelyek másodlagos szerves aeroszol keletkezését 16

eredményezik. A globális modellek szerint a szerves aeroszol meghatározó forrása az égési folyamatokból származó közvetlen kibocsátás, 44,6 Tg év−1 származik trópusi biomassza égetésből, míg a fosszilis tüzelőanyagok égetése 28,5 Tg szerves anyag tartalmú aeroszol részecskét eredményez évente (Liousse et al., 1996; Penner et al., 2001). Gelencsér és munkatársai 2002 októbere és 2004 júliusa között Európa több országában összesen 6 mintavételi helyen gyűjtött aeroszol minták vizsgálata során megállapították, hogy télen, vidéki környezetben a biomassza égetés jelentős elsődleges forrás, a fosszilis tüzelőanyagok égetéséből származó szén kisebb mértékben járul hozzá a szerves anyagok tömegéhez. Ezzel szemben nyáron a nem fosszilis forrásokból származó másodlagos szerves aeroszol jelenléte dominál (a teljes széntartalom 63–76%-a), kisebb mértékben fosszilis tüzelőanyagok égetése. Az évnek ebben a szakaszában a vizsgálat eredményei szerint a biomassza égetésből származó közvetlen kibocsátás elhanyagolható (Gelencsér et al., 2007).

2.3. A másodlagos szerves aeroszol keletkezése a légkörben 2.3.1. Az elővegyületek forrásai Becslések szerint 10000–100000 között van a légkörben azonosított szerves vegyületek száma (Goldstein és Galbally, 2007). Az illékony vegyületek számos reakcióban vehetnek részt a légkörben, rendkívül nagyszámú oxidációs terméket hozva létre, amelyek hozzájárulhatnak a másodlagos aeroszol keletkezéséhez és növekedéséhez. A biológiai és antropogén forrásokból a légkörbe kerülő illékony szerves vegyületeknek azonban kis hányada játszik szerepet a másodlagos szerves aeroszol képződésében. Az aeroszolképződés szempontjából fontos biológiai eredetű szerves elővegyületek elsősorban az izoprén, monoterpének, szeszkviterpének (SQT-k) és ezek származékai. Ezeken a vegyületeken kívül terpenoid alkoholok, C7–C10 n-karbonilok, aromás vegyületek, terpenoid ketonok, nagyobb szénatom számú olefinek játszhatnak változó mértékben szerepet a másodlagos szerves aeroszol képződésében. A biológiai eredetű szerves vegyületek (BVOC) forrása elsősorban a szárazföldi ökoszisztéma. A BVOC vegyületeken kívül az óceánokból származó dimetil-szulfid is rész vesz a másodlagos szerves aeroszol keletkezésében, amely legnagyobb részben szulfáttá, kisebb részben metánszulfonsavvá oxidálódik a légkörben (Kettle and Andreae, 2000). Egyéb 17

tengeri eredetű SOA komponensekként dikarbonsavakat (Kawamura and Sakaguchi, 1999), illetve dimetil - és dietil-ammónium sókat azonosítottak (Facchini et al., 2008). A növényzet számos biológiai eredetű légköri szerves vegyület, köztük izoprén, monoterpének, szeszkviterpének és oxigéntartalmú szénhidrogének forrása. Az emittált vegyületek mennyisége és összetétele nagymértékben függ a növényzettől, a külső tényezők közül pedig főként a hőmérséklet, a fény mennyisége (bizonyos fajoknál) és a vízellátottság befolyásolja a növényzet emisszióját (Hallquist et al., 2009). A lombozatból származó monoterpén kibocsátás erőssége (F, mg C m−2 h−1 egységben) a következő összefüggéssel adható meg (Guenther et al.,1995): F = D γ ε,

(1)

ahol: D a levélzet sűrűsége (kg száraztömeg m−2), ε emissziós faktor, amely az ökoszisztémától függ ( μg C g−1 h−1 1000 μmol m−2 s−1 fotoszintetikusan aktív sugárzási fluxusnál és 303,15 K lombhőmérséklet mellett), γ aktivitási faktor, amely magában foglalja a fotoszintetikusan aktív sugárzás és a levélzet hőmérsékletének befolyásoló hatását (dimenziómentes).

A

különböző

ökoszisztéma

típusoktól

függően

ε

értéke

0,2–0,4 μg C g−1 h−1 között változik. A monoterpének emissziós tényezőjét elsődlegesen gőznyomásuk befolyásolja, ennek értéke pedig hőmérsékletfüggő. A monoterpének emissziója és a hőmérséklet közötti összefüggés a következőképpen írható le (Guenther et al.,1995): γ= exp[β(T-Ts)]

(2)

ahol: β empirikus koefficiens (K−1), T a lombhőmérséklet (K), Ts referencia hőmérséklet (303 K). A globális modellek szerint a biológiai forrásokból származó szerves vegyületek mennyisége, 1150 Tg év−1 egy nagyságrenddel meghaladja az antropogén emissziót (Guenther et al., 2006). Ez utóbbi esetében elsősorban a közlekedésből, ipari folyamatokból és oldószer felhasználásból származó aromás vegyületek járulnak hozzá a SOA keletkezéséhez. Az aromás vegyületek közül másodlagos aeroszolképző potenciáljuk alapján azok a nagy hozamú vegyületek, amelyeknek legfeljebb egy metil- illetve etil- csoportja van (toluol, etil-toluol, etil-benzol). A kis hozamú vegyületek kettő vagy több metil-szubsztituenssel rendelkeznek 18

(xilol, trimetil-benzol, tetrametil-benzol). Ezeknek a vegyületeknek az esetében feltehetően a másodlagos reakciók folyamán képződő azonosítatlan termékek játszanak nagy szerepet a másodlagos aeroszol képződésében. Az EDGAR 2.0 adatbázis 6,7 Tg év−1 toluol, 4,5 Tg év−1 xilol és 0,8 Tg év−1 trimetilbenzol és 3,8 Tg év−1 egyéb aromás emisszióval számol globálisan (Olivier et al., 1996; 1999a). Az újabb kibocsátási trendeket viszonylag kevés mérési adat támasztja alá, azonban az utóbbi 2–3 évtizedben, Európában és Amerikában a szénhidrogén kibocsátás csökkenése jellemző (Monks et al., 2003). Az acetilén, etán, benzol és toluol emissziójában csökkenés figyelhető meg (Roemer, 2001), ugyanakkor az 1970–2000 közötti időszakban Dél- és KeletÁzsiában valamint Kínában mintegy 50%-kal, 41-ről 63 Tg év−1 -re nőtt az antropogén, nemmetán illékony szerves vegyületek emissziója (Amann, 2004). A légkörbe kerülő leggyakoribb nem-metán szénhidrogén az izoprén, éves globális emisszióját 400–600 Tg C-re becsülik (Guenther et al., 2006; Arneth et al., 2008). Viszonylag jelentős fluxusa ellenére az izoprén nem járul hozzá meghatározó mértékben a másodlagos szerves aeroszol keletkezéséhez, elsősorban ismert reakciótermékeinek rendkívül nagy illékonysága miatt. Becslések szerint a kibocsátott izoprénnek mintegy 0,2%-a alakul másodlagos szerves aeroszollá, 2 Tg év−1 SOA fluxust eredményezve (Claeys et al., 2004). Ugyanakkor Claeys et al. (2004) két diasztereoizomer 2-metil-tetrol vegyületet azonosítottak amazóniai esőerdőkből származó aeroszolban, mint az izoprén oxidációjának termékeit. Eredményeik árnyalhatják az izoprén aeroszolképző szerepéről kialakult véleményeket. A jelenleg használt modellek szerint az izoprén fotooxidációjából évente 4,6 Tg másodlagos szerves aeroszol származik, míg az egyéb biológiai eredetű illékony szerves vegyületek oxidációja 12,2 Tg másodlagos szerves aeroszol keletkezését eredményezi évente (Tsigaridis, 2007). Az izoprén mintegy felét teszi ki a természetes eredetű VOC emissziónak. Mintegy 5000 terpént azonosítottak a légkörben, köztük monoterpéneket (C10), szeszkviterpéneket (C15), diterpéneket (C20) és nagyobb molekulatömegű komponenseket (Geron et al., 2000). A terpének csoportjának legfontosabb képviselői a C10H16 összegképlettel jellemezhető monoterpének, különösen az α-pinén, β-pinén, szabinén, limonén, amelyek a globális monoterpén emisszió 40–80%-át adják. Az α-pinén, β-pinén, szabinén és δ-karén a biciklikus olefinek közé tartoznak, amelyek a kettős kötés helyében és a második gyűrű C-atom számában különböznek. A ciklikus diolefinek esetében csak a második kettős kötés helyében van eltérés, ide tartoznak a limonén, az α-terpinén, a γ-terpinén és a terpinolén. A monoterpének harmadik csoportját az aciklikus triolefinek, mint a mircén és ocimén alkotják, itt a harmadik kettős kötés helye jelenti a különbséget. A terepi mérések 19

szerint a növényzetből származó illékony szerves vegyületek közül a monoterpének járuléka 10–50% között lehet vegetációtípustól függően (Guenther et al., 1995; Guenther et al., 2006). A biológiai forrásokból származó illékony szerves vegyületeken belül gyakran megkülönböztetnek egyéb reaktív, illékony szerves vegyületeket (ORVOC: other reactive VOC), amelyek a reaktív, tehát 1 napnál rövidebb élettartamú komponenseket jelentik, mint pl. a terpenoid alkoholok, n-karbonil vegyületek, aromások, szeszkviterpének, terpenoid ketonok és nagyobb szénatom számú olefinek. A monoterpén és reaktív ORVOC emisszió tömegszázalékos összetételére vonatkozó adatokat több szerző munkája alapján az 1. táblázat foglalja össze. Az egyéb szerves vegyületek csoportjába (other VOC: OVOC) a legkevésbé reaktív vegyületek tartoznak, élettartamuk egy napnál hosszabb. Legjellemzőbb képviselőik a metanol, aldehidek és ketonok, ezeknek nagyon kicsi az aroszol képző potenciáljuk (Griffin et al., 1999) Ezzel szemben a C15H24 összegképlettel jellemezhető szeszkviterpének különösen nagy, 17–67%-os aeroszolképző potenciállal rendelkeznek. Közülük a β-kariofillén és az αhumulén játsza a legfontosabb szerepet. A szeszkviterpének rendkívül nagy reakciókészsége miatt – a troposzférában ózonnal, hidroxil és nitrát gyökkel néhány perc alatt reagálnak – a SOA keletkezésében legnagyobb hatásfokkal részt vevő vegyületcsoport emissziós fluxusának

meghatározása

jelentős

bizonytalansággal

terhelt.

A

szeszkviterpének

hozzájárulását a másodlagos szerves aeroszol keletkezéséhez globális léptékben 9%-ra becsülik (Griffin et al., 1999a).

20

1. táblázat: A monoterpén és ORVOC emisszió tömeg %-os összetétele (Seinfeld and Pankow, 2003, (SP2003) Guenther et al., 1995; Owen et al., 2001; Geron et al., 2000)

Vegyületek

Tömeg %-os hozzájárulás Owen Típus

SP 2003

D-Európa és

Geron

Globális

Mediterráneum

É-Amerika

α-pinén

M1

24,8

30–58

12–53

β-pinén

M

16,4

8–33

10–31

M/ORVOC

10,0

2,5–14

2–5

δ- karén

M

3,0

0

4–9

limonén

M

16,4

0–5

6–10

α-γ-terpinén

M

0,6

2–5

0–6

terpinolén

M

1,4

n.d.

0–2

myrcén

M

3,5

0–4

2–7

14,9

0–20

n.d.

M

1,5

0–1

0–1

ORVOC

7,4

n.d.

n.d.

szabinén és terpenoid ketonok

terpenoid alkoholok ocimén szeszkviterpének

ORVOC

2

M: monoterpének, 2ORVOC: egyéb reaktív illékony szerves vegyületek, n.d.: nem ismert

1

Sakulyanontvittaya et al. (2008) a MEGAN v2.02 modell (Model of Emission of Gases and Aerosols from Nature) felhasználásával az USA területére vonatkozóan becsülték az izoprén, monoterpének, szeszkviterpének és más illékony szerves vegyületek emisszióját. Ez a modell az USA-ban a BVOC emisszió becslésére szolgáló BEIS (Biogenic Emission Inventory System, 3.0 verzió) regionális mérleg és a GEIA mérleg (Guenther et al., 1995) továbbfejlesztésével jött létre. A MEGAN modell a korábbiakhoz képest aktualizált emissziós faktorokat és borítottsági adatokat használ, több emissziót befolyásoló faktort vesz figyelembe globális skálán. A monoterpén és szeszkviterpén emissziós adatok az Egyesült Államokban számos területen és növényfaj esetében mért értékeken alapulnak, a szeszkviterpén emisszió aktuális értékeit pedig az 1995 és 2004 között publikált adatokkal is összehasonlítják. A modell az emissziós fluxus becsléséhez a kibocsátás adatok mellett a növényzet eloszlását, a levélfelület indexet, a levelek korát és a környezeti paramétereket is figyelembe veszi. Az izoprén, β-kariofillén, α-farnesén és más SQT-k), illetve a monoterpének közül a mircén, sabinén, limonén, 3-karén, transz- és β-ocimén, β-pinén, α-pinén adatait tartalmazza.

21

A 2. táblázat foglalja össze a Sakulyanontvittaya és munkatársai által megállapított emissziós faktorokat. 2. táblázat: Monoterpén és szeszkviterpén emissziós faktorok (EF) az USA területén (Sakulyanontvittaya et al., 2008)

BT EF

NTEF

SBEF

GCEF

(μg m−2 h−1)

(μg m−2 h−1)

(μg m−2 h−1)

(μg m−2 h−1)

szeszkviterpének EF-S06

(37)

(40)

(18)

(18)

α-farnesén

22,2 ± 46,3

14,2 ± 8,6

1,8 ± 4,2

21,2 ± 40,4

β-kariofillén

18,6 ± 38,8

12,1 ± 15,8

4,2 ± 9,7

25,4 ± 48,3

más SQT-k

46,7 ± 97,5

55,0 ± 71,7

21,5 ± 49,8

55,1 ± 104,8

összes SQT

300,0

450,0

300,0

100,0

monoterpének EF-S06 és EF-D06

(43)

(35)

(12)

(18)

mircén

22,1 ± 46,6

85,8 ± 112,0

20,9 ± 35,5

5,6 ± 18,2

szabinén

14,3 ± 30,2

41,9 ± 54,6

17,3 ± 29,4

8,0 ± 26,1

limonén

40,7 ± 85,7

98,9 ± 129,0

173,9 ± 295,6

41,5 ± 135,4

3-karén

5,0 ± 10,6

43,5 ± 56,8

6,1 ± 10,4

17,2 ± 56,1

134,4 ± 283,3

3,9 ± 5,1

103,0 ± 175,1

14,3 ± 46,6

β-pinén

40,6 ± 85,6

91,7 ± 119,6

45,0 ± 76,6

21,9 ± 71,6

α-pinén

36,1 ± 76,0

225,9 ± 294,8

51,2 ± 87,0

57,2 ± 186,9

más monoterpének

155,9 ± 328,7

281,2 ± 366,9

318,3 ± 5 41,2

158,1 ± 516,1

összes monoterpén

449,2

872,6

735,8

323,7

biomassza sűrűség

500

750

500

500

trans-és β-ocimenén

(gdw m−2) Zárójelben a minták száma látható, BT: széles levelű fák, NT: tűlevelű fák, SB: cserjék, GC: fűfélék, EF-S06: Sakulyanontvittaya és munkatársai által mért adatsor, EF-D06: 1995 és 2005 közötti irodalmi adatok

A faktorok alapján a havi átlagos izoprén emisszió júliusra 7400 t h−1 a BEIS3.0 modell szerint, míg a Sakulyanontvittaya és munkatársai által kifejlesztett MEGANv2.02-vel 12100 t h−1-nak adódott. Januárban a BEIS3.0 szerint 170 t h−1, míg a MEGANv2.02 szerint 360 t h−1 értékek jellemzőek. A téli izoprén emisszió mindkét modellnél elsősorban Kaliforniában, a Dél-Kelet USÁ-ban és Mexikóban fordul elő. Az izoprén emisszió becslésében a különbségek főként az emissziós faktorok (EF) különbségéből fakadnak. Az

22

átlagos SQT emisszió júliusra 300 t h−1 az új méréseken alapuló emissziós faktorok alapján, míg a korábbi értékekkel számolva 790 t h−1. Januárra vonatkozóan mindkét esetben alacsony értékek adódtak az emisszióra, 30 t h−1 a korábbi adatsor szerint, míg az új adatsor alapján 12 t h−1. Az újabb szeszkviterpén emissziók a monoterpén emisszió 16 és 9,4%-ának felelnek meg júliusra és januárra vonatkozóan.

2.3.2. A másodlagos szerves aeroszol keletkezési mechanizmusai Az aeroszol részecskék keletkezéséhez vezető gáz-részecske átalakulások dinamikus folyamatok. Az aeroszol keletkezés kiindulhat gázfázisú kémiai reakciókból, amelyek során a kiindulási vegyületeknél kisebb gőznyomású termékek keletkeznek, illetve kisebb mértékben a részecskék heterogén oxidációja eredményezhet olyan nagy gőznyomású vegyületeket, amelyek a levegőbe jutnak a részecskék felületéről. Az illékony szerves vegyületek gázfázisú átalakulásának első lépése a hidroxil-gyökkel (·OH), nitrát-gyökkel (·NO3) vagy ózonnal (O3) való reakcióval kezdődik, illetve fotolízis útján megy végbe. A reakciók első lépése tehát az oxidáns addíciója a szénhidrogén kettős kötéséhez. A másodlagos aeroszol képződés elsősorban az ózon reakcióival függ össze. Bizonyos körülmények között, tengeri környezetben a klóratomok is elindíthatják az illékony szerves vegyületek oxidációját. A különböző reakciók egymáshoz viszonyított jelentősége a kiindulási vegyületek szerkezetétől és a környezeti feltételektől függ (Atkinson and Arey, 2003). Számos tanulmányban vizsgálták a másodlagos szerves aeroszol elővegyületek oxidációjával történő keletkezését ködkamra kísérletekben (Hoffmann et al., 1997; Sato, 2008), városi aeroszol (Hu et al., 2008; Fu et al., 2010), valamint erdővel borított és hegyvidéki területekről származó aeroszol esetében (Claeys et al., 2004; Kleindienst et al., 2007). Az illékony szerves vegyületek légköri reakciói közül a leginkább tanulmányozott a hidroxilgyök által elindított oxidációs átalakulás, amelynek egyszerűsített sémája az 1. ábrán látható.

23

peroxinitrát

hidroperoxid

nitrát alkohol

dekom p. izom .

karbonil

karbonil

hidroxikarbonil

1. ábra: Az illékony szerves vegyületek OH-gyök által iniciált átalakulásának egyszerűsített sémája (Hallquist et al.., 2009)

Az első oxidációs lépés egy vagy több poláris, oxigéntartalmú funkciós csoporttal rendelkező szerves vegyület keletkezéséhez vezet. Ilyenek pl. az aldehid, a keton, az alkohol, a nitrát, a peroxi-nitrát és a hidro-peroxid csoportok, amelyek a reakciótermékek illékonyságát csökkentik és növelik a vízoldhatóságukat. További oxidációs lépések több hasonló funkciós csoportot hozhatnak létre, amelyek a keletkező vegyületek tulajdonságait szintén ebbe az irányba mozdítják el, illékonyság és vízoldhatóság tekintetében. Ugyanakkor az oxidációs reakciók a szénláncok fragmentálódását is eredményezhetik, így kisebb molekulatömegű, illékonyabb oxigéntartalmú vegyületeket hozva létre. Ahogy az ábrán is látható, a keletkező termékek összetételét nagy mértékben befolyásolják a köztitermékekként keletkező peroxi – (RO2) és oxi (RO) – gyökök reakciói. Nagy NOx koncentráció esetén a VOC vegyületek bomlása során főként karbonil-, hidrokarbonil vegyületek, és szerves nitrátok keletkezése jellemző. A NOx koncentráció változásával a keletkező termékek aránya is eltérő, alacsony NOx koncentráció mellett például elsősorban hidroperoxidok, alkoholok, karbonil - és hidroxi-karbonil vegyületek keletkeznek. A légkörbe jutó illékony szerves vegyületek és a lejátszódó reakciók sokféleségének köszönhetően a légkör több ezer, különböző szerkezetű, így eltérő tulajdonságokkal –

24

reakciókészség, illékonyság, vízoldhatóság – rendelkező szerves vegyületet tartalmaz. A különböző VOC átalakulási folyamatok végső soron jelentős hatást gyakorolnak az ózon keletkezésre és a légköri szabad gyökök koncentrációjára, így a SOA keletkezésre is. A légkörben jelenlévő számtalan illékony szerves vegyület különböző mértékben vesz részt a SOA keletkezésében, közülük sok komponens csekély mértékben járul hozzá a folyamathoz, míg a VOC vegyületek más csoportjai jelentős reakciókészségük, illetve speciális oxidációs termékeik révén meghatározó jelentőségű SOA prekurzoroknak tekinthetők. Különleges jelentőségűek a ciklikus komponensek, mivel a fragmentációs mechanizmusok, pl. a gyűrűk felnyílása gyakran a kiindulási vegyületekkel megegyező, vagy azokhoz nagyon hasonló szénatomszámú termékeket eredményeznek. A cikloalkánok, aromás szénhidrogének és terpének

(amelyek

többsége

szintén

többgyűrűs

vegyület)

oxidációja

nagyobb

valószínűséggel játszódik le a lehetséges reakciók között, a keletkező termékek pedig rendszerint kettő vagy több poláris funkciós csoportot tartalmaznak, így ezeknek a komponenseknek az oxidációja vezet a legnagyobb valószínűséggel másodlagos szerves aeroszol keletkezéséhez. A kisebb aeroszolképző potenciállal bíró, azonban a növényzet emissziójának legnagyobb hányadát kitevő monoterpének légköri átalakulása a levegőkémia kiemelten tanulmányozott területei közé tartozik, különösen az elmúlt évtizedben folytak jelentős kutatások a témában. A monoterpének kémiájával kapcsolatos vizsgálatokra, mint pl. gázfázisú átalakulások kinetikája, a keletkezett termékek azonosítása és mennyiségi meghatározása, az aeroszol hozamok megállapítása általában ködkamra kísérletekben került sor természetes vagy mesterséges fény jelenlétében (Hallquist et al., 2009). A monoterpének légköri viselkedéséhez az α-pinén és a β-pinén modellvegyületekként használhatók, mivel ezeknek a vegyületeknek a szerkezete jellemző a monoterpének csoportjára, az α-pinén esetében gyűrűn belüli, a β-pinén esetében pedig gyűrűn kívüli kettős kötés miatt. A 2. ábrán az α-pinén ózonolízise, ózonnal való oxidációs mechanizmusa látható Winterhalter et al. (2003) munkája alapján.

25

2. ábra: Az α-pinén ózonolízisének reakciómechanizmusa (Winterhalter et al., 2003)

A fő reakcióút a keretben látható hidroperoxid út, innen az egyik lehetséges termék a körrel jelölt acil-gyök, amely a β-pinén átalakulása során is képződhet. Az acil-gyökből egymást követő reakciók során a szintén körrel megjelölt cisz-pinonsav keletkezik, kétféle lehetséges

26

úton, amelyet az ábrán A és B jelöl. (A reakcióút: Jenkin et al., 2000; B reakcióút Winterhalter et al., 2000). A

szeszkviterpének

nagy molekulatömegüknek

köszönhetően

a

legnagyobb

hatékonyságú másodlagos aeroszolképző vegyületek. Az átalakulásuk esetében keletkező SOA hozamáról hiányos és töredékes információk állnak rendelkezésre, elsősorban azok rendkívüli reakciókészsége miatt. Griffin et al. (1999b) 17–67%-os hozamot állapítottak meg. A reaktív illékony szerves vegyületek aeroszol hozamának becslésére szolgáló legegyszerűbb paraméter a frakcionált aeroszol koefficiens (FAC). Ez a dimenziómentes paraméter úgy definiálható, mint a másodlagos aeroszol keletkezési fluxus (kg nap−1) és a kiindulási illékony szerves vegyületek emissziós fluxusának (kg nap−1) hányadosa. A FAC érték és az emissziós fluxus segítségével a másodlagos aeroszolra egy olyan emissziós paraméter definiálható, ami lehetővé teszi, hogy a másodlagos szerves aeroszolt elsődleges forrásból származóként kezeljük. Grosjean and Seinfeld (1989) a szerves aeroszol képződésről a „reaktivitás-illékonyság” kettős fogalma alapján gyűjtöttek irodalmi adatokat. Ezen elmélet szerint a hatékony aeroszol képződéshez viszonylag gyors gázfázisú reakció és kis gőznyomású termékek szükségesek. Az elmélet a túltelítettséget az aeroszolképződés feltételének tekinti, bár az újabb eredmények szerint az abszorpció szerves aeroszol fázisban már jóval a telítettség alatt is bekövetkezik. A kísérleti megfigyelések azonban alátámasztották az elméletet. Általában a 7-nél kisebb szénatomszámú karbonil vegyületek nem játszanak szerepet az aeroszolképződésben. A nagyobb molekulatömegű vegyületek közül az alkének, ezek közül is különösen a cikloalkének mutattak viszonylag jelentősebb hozamot a n-paraffinokhoz képest. Az aromás vegyületek FAC értéke viszonylag jelentős. A legmagasabb FAC érték a monoterpénekre jellemző, 30–50%-ot is elér. Definiálható egy aeroszolhozam (Y) (ködkamra kísérletek során), amely a reaktív szerves gázok (ROG) aeroszol fázisba jutó hányadát adja meg:

Y = dMo/dROG

(3)

ahol: dMo a szerves aeroszol tömegkoncentrációja (μg m−3) a reaktív szerves gáz reakcióban felhasznált mennyiségére vonatkoztatva, dROG (μg m−3). Tulajdonképpen a FAC érték és az Y érték ugyanazt fejezi ki, azzal a különbséggel, hogy a FAC érték elméleti paraméter, ami az adott illékony szerves vegyület reaktivitását és illékonyságát figyelembe véve becsülhető, Y értéke pedig kísérletileg határozható meg, ködkamra kísérletek során az aeroszol térfogat-, vagy tömegkoncentrációjának mérésével. A 27

ködkamra kísérletek eredményeinek értelmezésében számottevő különbségek mutatkoztak, végül az abszorpciós megoszlási elmélet (Pankow, 1994) megmagyarázta a másodlagos szerves aeroszol hozamot. Az abszorpciós megoszlás azt jelenti, hogy a közepesen illékony szerves vegyületek az aeroszol részecskék felületén adszorbeálódva azon kialakítanak egy szerves filmet, amibe további illékonyabb vegyületek abszorbeálódhatnak, akár jóval a telítettségi gőznyomásuk alatt is. A gáz–részecske közötti fázisegyensúly a megoszlási állandóval fejezhető ki:

Kp,i= Fi/(TSP×Ai) ahol:

Kp,i

hőmérsékletfüggő

megoszlási

állandó

(4) (m3 μg−1),

TSP

az

aeroszol

tömegkoncentrációja (μg m−3), Fi és Ai az adott i vegyület koncentrációja az aeroszol-illetve a gázfázisban ng m−3-ben kifejezve. Alapvető fontosságú, hogy a reakciótermékek képesek-e új részecskék létrehozására homogén nukleációval, vagy csak már meglévő aeroszol részecskéken tudnak kondenzálódni. Ez a felhőkondenzációs magvak és a természetes háttéraeroszol képződésének megértése szempontjából egyaránt nagy jelentőséggel bír. Ködkamra kísérletekben új részecskék képződését észlelték (főleg dikarbonsav reakciótermékekkel) alkének ózonnal való reakciója során. A hiányos ismeretek ellenére a szeszkviterpének SOA képződésben betöltött rendkívül fontos szerepe bizonyított, ugyanakkor a SOA hozamok mellett a szeszkviterpén források is kevéssé ismertek. Mindez különösen indokolttá teszi a kérdések tisztázására irányuló kutatásokat.

2.3.3. A másodlagos szerves aeroszol mennyisége A növényzet által kibocsátott monoterpénekből és szeszkviterpénekből keletkező SOA mennyiségét a globális modellek 9–50 Tg C év−1-re becsülik (Kanakidou et al., 2005), míg más becslések szerint ez a mérték 185 Tg C év−1, beleértve az izoprénből keletkező SOA mennyiséget is (Hallquist et al., 2009). A globálisan évente keletkező SOA mennyiség becslésére szolgáló hagyományos modellek ismert vagy számított biológiai (elsősorban izoprén és terpének) és antropogén eredetű elővegyületek (prekurzorok) fluxusát és a SOA képződés vizsgálatára irányuló 28

laboratóriumi oxidációs vizsgálatok eredményeit használják. (Kanakidou et al., 2005; Henze et al., 2008). A globális SOA fluxus számításához a modellekben az ismert elővegyületek kibocsátását használják, a különböző módszerek természetesen eltérő becsült mennyiséget eredményeznek. Számos „bottom-up” módszerrel készült tanulmány 12–70 Tg év−1 közötti értéket ad meg a biológiai eredetű SOA-ra vonatkozóan 9–50 Tg C év−1 biológiai eredetű másodlagos szerves szénnek megfelelően a szerves anyag/szerves szén arányt pedig a tanulmányok többsége 1,4-nek jelöli meg. A hagyományos, ún. bottom-up módszer elve, hogy a ködkamra kísérletekben tapasztalt kezdeti SOA hozamot veszi alapul a globális SOA hozam számításához. Ez a módszer azonban lényegesen alulbecsülheti a keletkező SOA mennyiségét, ugyanis nem veszi figyelembe az illékony elővegyületek teljes oxidációs folyamatait a végtermékekig, mivel a ködkamra kísérletek sokkal rövidebb időtartamra, a reakciók kezdeti lépéseire vonatkoznak (Goldstein and Galbally, 2007). A modellek 35 Tg C év−1 elsődleges szerves aeroszol (primary organic aerosol, POA) emissziót is tartalmaznak, mintegy 9 Tg C év−1 antropogén POA és 25 Tg C év−1 nyílt biomassza égetésből (pl. erdőtüzek) származó POA-t (Bond et al., 2004) és kisebb mennyiségben (2–12 Tg C év−1) az antropogén SOA (ASOA) hozzájárulását is (Henze, 2008). A „bottom-up” módszerek által becsült összes szerves aeroszol mennyisége 50 és 90 Tg C év−1 között változik, míg a legújabb „top-down” megközelítéssel készült modellek (a módszer lényege, hogy a SOA hozam becslését csak az ismert elővegyületek emissziójára korlátozzák, így ez a becslés a teljes, nettó szerves aeroszol fluxust tartalmazza, beleértve az elsődleges és másodlagos kibocsátásokat biológiai és antropogén forrásokból.) egy nagyságrenddel nagyobb, széles tartományt felölelő 140–910 Tg C év−1 mennyiséggel számolnak (Goldstein and Galbally, 2007). Ez a SOA mennyiség a VOC 11–70%-ának részecske fázisúvá alakulását feltételezné, beleértve a VOC kibocsátás mintegy 38%-át kitevő izoprén átalakulását is, ami, különösen a tartomány felső határa esetében irreálisnak mondható a rendelkezésre álló kísérleti aeroszol hozamok alapján. Ugyanakkor a kétféle módszer eredményei közötti jelentős különbség arra utal, hogy az oxidációs kamra kísérletek valószínűleg lényegesen alábecslik a tényleges légköri aeroszol hozamot. A 3. táblázat a szerves aeroszol legújabb „top-down” módszerrel becsült globális fluxusait foglalja össze.

29

−1

3. táblázat: A szerves aeroszol globális fluxusa (Tg C év ) a különböző forrásokra vonatkozóan (“top-down” becslés, Hallquist et al., 2009) legjobb becslés alsó határ felső határ

OC top-down becslés

150

60

240

elsődleges antropogén

5

2

8

elsődleges biomassza égetésből

11

5

18

oxidált kevéssé illékony antropogén

5

1

10

oxidált kevéssé illékony biomassza égetésből

14

1

26

másodlagos antropogén

10

3

17

másodlagos biomassza égetésből

17

0

34

biogén másodlagos szerves szén

88

0

180

A táblázatban közölt adatok tehát a nettó, teljes aeroszol fluxust tartalmazzák, ami magában foglalja az elsődleges és másodlagos, természetes és antropogén forrásból származó szerves aeroszol mennyiségét. A kevéssé illékony elővegyületekből származó fluxust nem számítva, az illékony szerves vegyületekből keletkező szerves aeroszol mennyisége 115 Tg C év−1-nek adódik, 25 és 210 Tg C év−1 szélső értékek között, ez mintegy 70%-a az összes szerves szén mennyiségének, meglehetősen nagy bizonytalansággal.

2.4. A mikroszkopikus gombák szerepe a szén biogeokémiai ciklusában, illékony másodlagos anyagcsere termékeik A növényzet által kibocsátott illékony szerves vegyületek közül tehát az izoprén, a monoterpének, szeszkviterpének és ezek származékai meghatározó jelentőségűek a másodlagos szerves aeroszol képződése szempontjából. Mint ismeretes, a mikroszkopikus gombák évente rendkívül jelentős mennyiségű szenet alakítanak át az avar és a talaj szerves anyagának lebontása révén, ez a mennyiség a néhány tíz Pg/év nagyságrendet is eléri, tehát rendkívül fontos szerepet töltenek be a szén globális biogeokémiai ciklusában. Ezek a szervezetek képesek a bonyolult szerkezetű szerves anyagok igen hatékony átalakítására, ill. mennyiségi szempontból is meghatározó tagjai a talaj mikroflórájának. A gombák hatékony lebontó tevékenységét speciális, nagy aktivitású enzimrendszereik teszik lehetővé. A gombaenzimek egyedülálló biológiai potenciálja nélkül a Földön keletkező szerves anyagok felhalmozódnának, mivel a bonyolult szerkezetű állati és növényi eredetű szerves anyagok

30

lebontását kisebb, más szervezetek számára felvehető szerves vagy szervetlen molekulákká (mineralizáció folyamata) a szaprotróf baktériumok és a gombák végzik. Ez teszi lehetővé, hogy a hatalmas mennyiségű biogén hulladék a növények (termelő szervezetek) számára ismét felvehető formában jusson vissza a talajba, a vizekbe és a levegőbe. A gombáknak tehát alapvető szerepük van a szén biogeokémiai ciklusának fenntartásában. A talajlakó mikroszkopikus gombák a talaj felső, kb.10 cm vastagságú rétegében helyezkednek el, illetve gombafonalaik a felszínen is megtalálhatók (Killham, 1994). Az intenzív anyagcserét folytató gombák tehát kapcsolatban állnak a talajjal, illetve a talaj felszínnel és a légkörrel. A gombák az állatokkal ellentétben és a növényekhez hasonlóan számtalan bonyolult szerkezetű és sok esetben erős biológiai aktivitással is rendelkező másodlagos anyagcsereterméket hoznak létre. Az elsődleges anyagcsere folyamatokkal szemben ezeknek a végtermékei és bioszintézis útjai nem általánosak az élőlényekben, hanem speciális, csak egyes rendszertani csoportokra jellemző utakon szintetizálódnak. A másodlagos anyagcsere kialakulásának és szerepének kérdése a gombákban és a növényekben jelenleg nem tisztázott. A

sok

enzimatikus lépésből

álló,

bonyolult

másodlagos

anyagcsereutak

annyira

energiaigényesek, hogy csak abban az esetben alakulhattak ki és maradhattak fenn, ha meglétük jelentős szelekciós előnyhöz juttatta az ilyen képességekkel rendelkező szervezeteket. Bizonyos esetekben egyértelműen kimutatható pozitív hatásuk a gomba életében, pl. a gombatoxinok és antibiotikumok védőhatása a fogyasztó szervezetekkel szemben, ill. a pigmentek fényvédő szerepe. A másodlagos anyagcseretermékek nagy részénél azonban nem tudunk ilyen hatást kimutatni. Újabban általánosan kezdik elfogadni azt az elképzelést, hogy a másodlagos folyamatok nem a végtermékeik miatt hasznosak, hanem azért, mert alternatív lehetőséget jelentenek az elsődleges folyamatokban felszaporodó egyes intermedierek eliminálására. Egyes intermedierek felszaporodása káros lehet, mert gátolhatja az alapvetően fontos elsődleges folyamatokat. Emiatt az élőlények legtöbb fontos biokémiai folyamatát alternatív utak hálózata szabályozza. Az állatoknál a kiválasztó rendszer fejlettsége lehetővé teszi a salakanyagok tökéletes eltávolítását a szervezetből. A növények és a gombák nem rendelkeznek ilyen rendszerrel. Számukra a felesleges anyagok eltávolításának lehetőségét az jelenti, hogy ezeket a termékeket biokémiai úton ártalmatlanítva, hosszabb ideig raktározható formává alakítják át. A másodlagos anyagcsere utak az elsődlegesekből indulnak ki azokon a pontokon, ahol regulációs szerepük lehet. A gombák speciális anyagcseretermékei a glukózszármazékok, aromás másodlagos metabolitok, poliketidek és poliacetilének, nitrogéntartalmú vegyületek, illetve terpének és szteroidok. 31

A globális VOC mérlegek a növénytakarót tekintik a SOA elővegyületek kizárólagos forrásának (Guenther et al., 1995), nem veszik figyelembe a talajlakó mikroszkopikus gombákból származó másodlagos anyagcsere termék emissziót. Ezek az anyagcseretermékek egyre növekvő figyelmet kapnak az élelmiszerbiztonság és a levegőminőség ellenőrzése során. A globálisan legelterjedtebb mikroszkopikus gomba fajok a Penicillium, Aspergillus, Trichoderma és Mucor nemzetségekbe tartoznak, melyeknek számos tagja hatékony terménykárosító és allergiás megbetegedéseket okozó toxinokat termel. Ezen fajokat számos élelmiszerből, különböző típusú talajokból és terményekből azonosították, anyagcsere termékeik között pedig sokféle vegyülettípusba tartozó anyagot mutattak ki (Börjesson et al., 1996; Fischer et al., 1999). A különböző gombafajok jelenlétéből adódó egészségügyi és gazdasági károk megelőzése, illetve csökkentése érdekében hatékony módszer a mikrobiális illékony másodlagos anyagcsere termékek (MVOC, microbial volatile organic compounds) azonosítása, mivel az MVOC mintázat fajspecifikusnak tekinthető, illetve adott taxonómiai csoportokra jellemző. A leggyakoribb mikroszkopikus gombafajok illékony másodlagos anyagcsere termékei között jellemzően telített és telítetlen szénhidrogének, alkoholok, ketonok, észterek, mono-, szeszkvi- és diterpének, valamint nitrogén- és kénvegyületek fordulnak elő (Kuske et al., 2005). Kimutatták,

hogy

a

Penicillium

vulpinum

által

termelt

másodlagos

anyagcseretermékek között túlnyomórészt 1-oktén-3-ol és 3-oktanon fordul elő (Wilkins, 1995). A Penicillium nemzetségbe tartozó fajok emissziójára izoprén, monoterpének (α-pinén, limonén), alkoholok, telítetlen szénhidrogének, ketonok jellemzőek (Korpi et al.,1997, Wilkins et al., 1999). Ezek mellett szeszkviterpének jelenlétét is kimutatták, amelyeket egyedileg nem azonosítottak (Kuske et al., 2005). Ezen kívül Fusarium sambucinum, F. culmorum, F. graminearum, F. poal, F. sporotrichioides által termelt illékony vegyületek között is kimutattak aeroszolképző vegyületeket: a F. sambucinum anyagcseréjének termékei között 55,6%-ban szeszkviterpének domináltak. (Demyttenaere et al., 2004). A Fusarium nemzetségbe tartozó fajok anyagcseretermékei között főként a szeszkviterpének csoportjába tartozó α-chemigrén, thujopszén, β-chemigrén, β-bizabolén jellemző (Demyttenaere et al., 2004). A vizsgált fajok között a Trichoderma nemzetség tagjai is szerepeltek, amelyek kibocsátására elsősorban alkoholok, telítetlen szénhidrogének, ketonok, aromás vegyületek, monoterpének és szeszkviterpének jellemzőek (Fiedler et al., 2001). Továbbá Mucor fajok vizsgálata során is kimutattak aeroszolképző monoterpéneket, melyeket egyedileg nem azonosítottak (Fiedler et al., 2001). Az Aspergillus fumigatus, A. versicolor, A. niger, A. ochraceus, Penicillium brevicompactum, P. chrysogenum, P. claviforme, P. expansum, 32

Fusarium solani és egyes Mucor fajok különböző táptalajokon való tenyésztése során megfigyelték, hogy keményítő agaron az Aspergillus fumigatus és az A. ochraceus izoprént termelt,

amelynek

oxidációs

termékei

a

terpénekhez

képest

kisebb

mértékben

hozzájárulhatnak a másodlagos szerves aeroszol tömegéhez.

3. Célkitűzés Globálisan elterjedt gombafajok illékony másodlagos anyagcsere temékeinek élelmiszerbiztonsági és levegőminőség védelmi célú vizsgálata során szeszkviterpéneket azonosítottak (Demyttenaere et al., 2004; Fiedler et al., 2001), amelyeknek a SOA keletkezésében betöltött meghatározó szerepe ismert. Bár a vizsgálatok szerint a kibocsátott másodlagos anyagcseretermékek összetétele jelentős

mértékben

függ

a

környezeti

feltételektől,

a

szeszkviterpének

ezen

gombanemzetségek jellemző anyagcsere termékének tekinthetők (Fiedler et al., 2001). A közleményekben csak az illékony vegyületek azonosítása szerepelt, az aeroszolképző hatás nem került említésre, továbbá mennyiségi meghatározás sem történt. Figyelembe véve a SOA elővegyületek bizonyított gyakoriságát a legelterjedtebb mikroszkopikus gombák másodlagos anyagcseretermékei között és ugyanazon fajok jelentős szerepét a szén globális biogeokémiai ciklusában, felmerül a kérdés, hogy a gombák szeszkviterpén emissziója hogyan viszonyul a növényi emisszió, mint a SOA elővegyületek ismert, meghatározó forrásának fluxusához? Ennek megfelelően célul tűztem ki elterjedt gombafajok esetében a másodlagos szerves aeroszol

képződésében

meghatározó

jelentőségű

szeszkviterpének

mennyiségi

meghatározását, a másodlagos szerves aeroszol képződéséhez való lehetséges hozzájárulás felmérését, talajok szimulált környezeti feltételek közötti szekszviterpén emissziójának meghatározását, valamint a folyamat légköri jelentőségének felmérését a másodlagos aeroszol elővegyületeinek ismert forrásaival való összehasonlításban.

33

4. KÍSÉRLETI RÉSZ 4.1. Minták 4.1.1. Gombatenyészetek kiválasztása és a tenyésztés körülményei A vizsgálataimban szereplő tenyészetek kiválasztásakor a fajok szakirodalomban dokumentált szeszkviterpén kibocsátását és globális elterjedtségét egyaránt figyelembe vettem. Olyan széles körben elterjedt, a talaj gomba biomasszájában mennyiségileg meghatározó fajokat, illetve nemzetségeket vizsgáltam, amelyek esetében az előzetes szakirodalmi adatok alapján szeszkviterpének jelenléte jellemző az illékony, másodlagos anyagcsere termékek között (Korpi et al., 1997; Fischer et al., 1999; Kuske et al., 2005, Perkowski et al., 2008; Demyttenaere et al., 2004). Nyolc

mikroszkopikus

gombatörzset

vizsgáltam:

Aspergillus

flavus

Zt

55

(kukoricaszemről izolált), A. fumigatus Tc 206 (komposzt), A. versicolor Lf 43 (levegő), Fusarium sambucinum Zt 308 (kukoricaszár), F. verticillioides Zt 05 (kukoricaszem), Penicillium expansum Zt 67 (kukoricaszem), P. vulpinum Mt 06 (talaj), Trichoderma harzianum Mt 29 (talaj). A vizsgálataimhoz használt törzsek izolálása a Szent István Egyetem Környezetvédelmi és Környezetbiztonsági Tanszékén történt a helyi törzsgyűjteményből. A gombatörzseket maláta agarra (Merck Ltd., Németország) oltották 8 cm átmérőjű Petri csészékben és a mérések előtt 5 napig 26 °C-on inkubálták. A gombatelepek növekedésének idejére az inkubálást fénymentes helyen (zárt termosztátban) hajtották végre. Ennek oka, hogy a gombasejtek alapvető funkcióit a napfény jelentős mértékben károsítja, elsősorban abból kifolyólag, hogy az UV tartományú fény számos életfolyamatokban részvevő vegyületet, elsősorban is a DNS-t roncsolja. Ezért a gombasejtek, gombafonalak és micéliumok növekedni kizárólag fénymentes helyen képesek, vagy az evolúció során a sejt valamilyen stratégiát kifejlesztett a fénnyel szembeni védelemre. A napfény spektrumának a többi tagja szintén befolyásolja valamiképpen a sejt anyagcseréjét, mely hatások közül, például a hőhatás sok esetben szintén lehet hátrányos (Tisch and Schmoll, 2010). Ugyanakkor a mikológusok körében hétköznapi tapasztalat, hogy a spórázásra viszont a fény pozitív hatással van. Mivel a gombák aerob szervezetek, növekedésükhöz fénymentes, de oxigénnel jól ellátott körülményeket biztosítottak. Fenti tények ismeretében tehát a talajgombák telepeinek növekedéséhez fénymentes termosztátot használtak, majd a kísérletek mérési szakasza az UVmentes fényt áteresztő üvegedényzetben történt.

34

A talajgombák élettevékenysége, a növekedés intenzitása, aktivitása nyirkos körülmények között a legjobb, azaz döntő többségük nagy vízpotenciálú viszonyok, tehát 0 és −1 érték között él (Manczinger et al., 2003). Az alkalmazott laboratóriumi tápagar vízpotenciálja a tápagar összetétele és a tenyésztési hőmérséklet által meghatározottan e határok között volt.

4.1.2. Talajminták kiválasztása, mintavétel és talajjellemzők A tiszta gombatenyészetek vizsgálata után talajminták esetében is meghatároztam a szeszkviterpén emissziót, hogy a talajban élő gomba biomassza másodlagos anyagcseréjének jelentőségét pontosítsam. A talajminták kiválasztása, valamint a talaj- és vegetációtípusok meghatározása a gödöllői Szent István Egyetem szakembereinek segítségével történt. Ennek során arra törekedtünk, hogy Magyarország területén általánosan előforduló, többféle talajtípushoz tartozó mintát vegyünk. A magyarországi talajtípusok terület szerinti eloszlását a 2. ábra szemlélteti.

35

36

A Balaton-felvidék több pontján 4 különböző talajtípust gyűjtöttem, összesen 32 mintát, egy egyedileg készített hengeres mintavevővel. A mintavevő a 3. ábrán látható.

3. ábra: A talajmintavevő

Az eszközzel a talaj felső 2 cm vastagságú rétegéből vettem 9 cm átmérőjű, bolygatatlan „pogácsaszerű” mintákat, minden mintavételi helyen 4 mintát, 2 db a felszíni növényzetet és avart is magában foglalót, illetve 2 db-ot a növényzettel kevéssé fedett részekről, amelyekről előzetesen eltávolítottam az avart és a látható növényi részeket. Az avart tartalmazó, illetve nem tartalmazó 2–2 minta közül az egyiket a korábban kialakított és a gombatenyészetek vizsgálatára alkalmazott kísérleti rendszerben a tenyészetekkel azonos kísérleti körülmények között, azonos módszerrel (SPME–GC–MS) vizsgáltam, a másik mintát pedig minden esetben félretettem a későbbi ergoszterol (gomba biomassza), illetve a talaj fizikai és kémiai jellemzőinek meghatározása céljából. (A félretett mintákat fagyasztóban tároltam.) Párhuzamos

mintákból

mikrobiológiai

és

talajfizikai-,

kémiai

jellemzők

megállapítására került sor a gödöllői Szent István Egyetem Környezetvédelmi és Környezetbiztonsági Tanszékén. Ennek során 100 μg g−1 Penicillint és 150 μg g−1 Streptomycint adtak a talajmintákhoz. A minták sűrűségének meghatározásához a száraz tömeget (105 °C-on való szárítással) és a térfogatot használták fel. A víztartó képesség megállapításához lezárt csövekben helyezték el a talajt, majd víz hozzáadása után a csöveket 30 percig szobahőmérsékleten tartották. A dugó eltávolítás után a vizet ugyanennyi idő alatt elvezették. A víztartalmat a 105 °C-on tömegállandóságig való szárítás során bekövetkezett tömegveszteségként állapították meg. A talaj pH-t 1:1 arányú talaj-víz szuszpenzióban mérték kombinált üvegelektróddal. A szerves szén és összes nitrogén tartalom meghatározásához elem analizátort használtak (FISONS Instruments NA 1500 NC).

37

A mintavételek adatait, a vizsgált talaj- és vegetációtípusokat, valamint a talajfizikai és kémiai jellemzőket a 4. táblázat tartalmazza.

Talajtípus (vegetáció) barna erdő (napraforgó)

4. táblázat: Talajmintavételi adatok, talajfizikai és -kémiai jellemzők Mintavétel Víztartó GPS Térfogattömeg pH OC ideje kapacitás −3 koordináták (g cm ) (H2O) (g kg−1) (%) Veszprém 47°04.288’ 2011.06.07. 1,43 49,0 7,1 11,6 17°52.756’

TN (g kg−1) 1,0

barna erdő (árpa)

Veszprém 47°04.288’ 17°52.793’

2011.05.25.

1,36

47,4

6,8

14,1

1,5

csernozjom (borsó)

Csajág 47°02.63’ 18°09.32’

2011.07.18.

1,22

61,7

6,8

28,1

3,3

csernozjom (árpa)

Csajág 47°02.63’ 18°09.18’

2011.07.18.

1,29

64,4

6,9

29,5

2,8

Királyszentistván 47°05.507’ 18°01.989’

2011.05.25.

1,04

41,2

7,4

41,7

3,8

Vörösberény 47°02.917’ 17°59.967’

2011.05.25.

1,08

43,6

7,2

35,2

3,2

vörös agyag/márga legelő)

Litér 47°05.809’ 18°01.207’

2011.06.07.

1,47

59,6

5,9

24,3

2,3

agyagos (ruderális)

Vörösberény 47°02.917’ 17°59.982’

2011.06.07.

1,26

52,5

7,0

12,9

2,6

kőzethatású rendzina (molyhos tölgyes sziklagyep) agyagos (gyertyános tölgyes)

OC: szerves szén tartalom, TN: összes nitrogén tartalom

38

4.2. Mérések 4.2.1. Gomba biomassza meghatározása a talajmintákban Az ergoszterol egy endogén szterol vegyület, amely bizonyos mikroalgákon és protozoákon kívül kizárólag a gombák sejtfalában található, a növényi szövetekben nem fordul elő (Weete, 1989; Newell, 1992), így a talajban lévő gomba biomassza becslésére használható. Az ergoszterol talajból történő kivonására számos módszert fejlesztettek. A lúgos és nem lúgos extrakció a legelterjedtebb (Martin et al., 1990). Ruzicka és munkatársai (1995) extrakciót és ultrahangos kezelést alkalmaztak, Gong és munkatársai (2001) pedig egy egyszerűsített módszert fejlesztettek ki egyedüli extrahálószerként metanolt alkalmazva, a gombafonalak szétroncsolásához pedig üveggyöngyöket használtak. Jelenleg nem tisztázott teljes mértékben, hogy az ergoszterol meghatározásán alapuló mérésekkel elkülöníthetők-e az élő és az elpusztult gombafonalak. Az ergoszterol mérésekkel kapcsolatos jelentős bizonytalanságok ellenére ez a módszer elfogadott, standard módszernek tekinthető a talaj gomba biomasszájának becslésére. Montgomery és munkatársai (2000) 250 µg/µg száraz gomba biomassza/ergoszterol konverziós faktort állapítottak meg hat gombafaj ergoszterol koncentrációjának átlaga alapján. Vizsgálataim során a talajminták ergoszterol koncentrációját Baath és munkatársai (2001) módszere alapján határoztam meg. A mintaelőkészítést megelőzően a talajmintákat 105 ºC-on tömegállandóságig szárítottam,

majd porcelán mozsárban őröltem

és

homogenizáltam, hogy a kapott ergoszterol koncentráció értékeket száraz talajtömegre vonatkoztathassam. Egy gramm szárított és homogenizált talajmintához 4 ml 10% KOH-ot tartalmazó metanolt adtam, majd alaposan összeráztam egy 15 ml-es polipropilén centrifuga csőben. 15 perc ultrahangos kezelést követően a mintákat 90 percen keresztül 70 ºC-on tartottam, majd 1 ml nagy tisztaságú víz és 2 ml n-hexán hozzáadása után ismét alaposan összeráztam a mintákat. Ezt követően 4000 perc−1 fordulatszámmal 10 percig centrifugáltam őket. A felső fázist lepipettáztam, majd ismét 2 ml n-hexánt adtam a mintákhoz, és megismételtem a centrifugálást. Az összegyűjtött hexán frakciókat 45 ºC-os vízfürdőn szárazra pároltam, a bepárlási maradékot 2200 µl metanolban feloldottam és 0,22 µm PTFE fecskendő

szűrőn

átszűrtem.

A

mintaoldatokban

az

ergoszterol

koncentrációt

folyadékkromatográfiás módszerrel határoztam meg. Az injektálásnál használ hurok térfogata 20 μl volt. Az elválasztáshoz C18 Novapak típusú oszlopot, a detektáláshoz pedig Jasco UV970 detektort használtam 282 nm hullámhosszon. Az eluens metanol volt, 1 ml perc−1 39

áramlási sebességgel. Az ergoszterol kalibrációs oldatokat metanollal készítettem a szilárd standard vegyületből 0,02–0,5 µg ml−1 tömegkoncentráció-tartományban. Az ergoszterol kalibrációs egyenese a 4. ábrán látható.

18000 16000

csúcs alatti terület

14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 -2000

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

bemért tömeg (ug)

4. ábra: Ergoszterol kalibrációs egyenes (R2=0,9378)

Az általam használt Baath-módszer (Baath et al., 2001) talajminták ergoszterol koncentrációjának teljesítményjellemzőit

meghatározására Ridder-Duine

alkalmas, és

munkatársai

elfogadott

módszer.

(Ridder-Duine

et

al.,

Ennek 2006)

összehasonlították a Gong és munkatársai által kidolgozott eljárással (Gong et al., 2001). A visszanyerés vizsgálata során szerves anyag mentes, savval átmosott homokot és kétféle, homokos talajt használtak, 3,5% és 10,0% szerves anyag tartalommal. A savval mosott homok nevességtartalmát steril ioncserélt vízzel 10% (w/w) értékre állították be. Az ergoszterol visszanyerését 0,5 ml, 100 μg oldott ergosztrerolt tartalmazó metanol 10 g (száraz tömeg) homok, illetve talajjal való összekeverése után állapították meg. A további mintákat a két összehasonlított módszer alapján állították elő és meghatározták az ergoszterol koncentrációját. Megállapították, hogy a metanolban oldott ergoszterol visszanyerése a savval mosott homokból mindegyik módszerrel 80% felett volt. Mivel egy ismert, standard módszert használtam a talajminták ergoszterol koncentrációjának meghatározására, amelynek visszanyerését irodalmi adatok támasztják alá, a fenti visszanyerés érték vehető figyelembe.

40

Méréseimmel párhuzamosan a Szent István Egyetem szakemberei mikrobiológiai módszerrel, a gomba propagulumok összes mennyiségének meghatározásával állapították meg a talajminták gomba biomasszáját, ennek során standard kvantitatív tenyésztéses módszert használtak. A mintákból készített tízszeres hígítású törzsszuszpenziót (10 g homogenizált talaj 90 ml fiziológiás só oldatban) rázatták a biotikus aggregátumok szétroncsolásához. További tízszeres hígításokat készítettek fiziológiás sóoldattal. Minden hígítási lépésből 100 μl oldatot vittek fel a Penicillinnel kezelt burgonya dextróz (Merck Ltd., Németország) táptalajra. A táptalajokat 26 °C-on aerob körülmények között inkubálták egy hétig. Ezután a gomba propagulumokból kialakuló telepek számát használták fel a telepképző egység (colony forming units, CFU) számának megállapítására.

4.2.2. A szeszkviterpén emissziós fluxus meghatározása gombatenyészetek és talajminták esetében A Nilsson et al. (1996) által kidolgozott módszer alapján egy steril áramlási rendszert alakítottam ki, amely egyidejűleg három tenyészet, illetve talajminta vizsgálatát teszi lehetővé. A mintavételi edények légterét a mikrobiális tevékenységre gátló hatású szén-dioxid felszaporodásának elkerülése céljából folyamatosan 1 ml perc−1 térfogatáramú tisztított sűrített levegővel öblítettem. A felépített kísérleti rendszer vázlatos rajza a 4. ábrán látható.

d e b

h

c f

a

i j

g 5. ábra: A gombatenyészetek mintavételezésére szolgáló kísérleti rendszer vázlata a: sűrített levegőt tartalmazó palack, b: aktívszén szűrő, c: HEPA szűrő, d: termosztát, e-f-g: mintavételi edények, h-i-j: szén-dioxid mérés

41

A rendszeren áramló sűrített levegő tisztítására aktívszén szűrőt (0,48 g cm−3 sűrűség, 100 mesh részecskeméret) és HEPA szűrőt (Balston DFU, Grade AQ) használtam, az esetlegesen jelen lévő szeszkviterpénekhez hasonló, illékony szerves vegyületek, illetve aeroszol részecskék eltávolítása céljából. A tisztított levegőáramot három azonos ágra osztottam a vizsgálandó minták számának megfelelően. A tenyészetek, illetve talajminták tárolására 9 cm átmérőjű, 4 cm magasságú (254 ml térfogatú) csavaros szeptummal (szilikon gumi, Duran Group) ellátott, egyedileg készített boroszilikát üveg edények szolgáltak. A minták hőmérsékletét a vizsgálat teljes időtartama alatt állandó, 26 ºC-os értéken tartottam, a mintavevő edények vizes termosztátba (Lauda E100) merítésével. Ahhoz, hogy a szeszkviterpén kibocsátást az elsődleges anyagcsere változásaival összevethessem, illetve a szeszkviterpén emissziós adatokat a talajokból származó kibocsátással összehasonlíthassam szén-dioxidra normálás segítségével, az edények kimenetén légmentesen záró tasakokban összegyűjtött levegő szén-dioxid keverési arányát ppm egységben naponta egy alkalommal, hordozható szén-dioxid mérő (pSENSE RH, Sense Air) segítségével állapítottam meg. A vizsgált tenyészetek és a talajminták által kibocsátott illékony másodlagos anyagcsere termékek megkötése szilárd fázisú mikroextrakciós (solid phase microextraction, SPME) technikával történt. Ezt az egyszerűen kezelhető, mégis sokrétű vizsgálatok elvégzésére alkalmas módszert eredetileg a vizsgálandó alkotók folyadékfázisból való megkötésére fejlesztették ki (Arthur and Pawliszyn, 1990), napjainkban pedig egyre nagyobb jelentőséggel bír a gyakorlati analitikai kémiában, többek között a biológiai eredetű illékony alkotók (pl. szeszkviterpének) mintavétele területén (Baker, 2009; Demyttenaere et al., 2004). A módszer működése többfázisú egyensúlyi folyamaton alapul. A mikroextrakciós eszköz legfontosabb része az SPME szál, amelyet egy kvarcszálra felvitt polimer szorbensréteg, általában polidimetil-sziloxán vagy poliakrilát képez. A polimer réteget tartalmazó szál a mintavétel során érintkezésbe kerül a minta mátrixszal, a vizsgálandó alkotók pedig megkötődnek rajta, míg be nem áll az egyensúly a szál és a minta mátrix között. Az extrakciós idő letelte után a szálat gázkromatográf injektorába helyezve hődeszorpció történik, a vizsgálandó minta a vivőgázzal a kromatográfiás oszlopra kerül, ahol megvalósul a komponensek elválasztása. Az általam használt eszköz három darab 100 μm vastagságú polidimetil-sziloxán (PDMS) szorbens réteggel (Isidorov et al., 2006) ellátott adszorbens típusú SPME szál (23 ga, SUPELCO, térfogata 6,36 × 10−4 ml). Isidorov és munkatársai különböző vegyületek megoszlását vizsgálták a gázfázis és karboxén (CAR), illetve PDMS adszorbens szál között. Megfigyeléseik szerint az illékony terpének, mint a szeszkviterpének és oxigéntartalmú 42

származékaik nagy hatásfokkal adszorbeálódnak a PDMS szálon, összhangban az avarminták esetében végzett korábbi vizsgálataik eredményével (Isidorov et al., 2003). A szálakat a vizsgálatok minden napján egy órás expozíciós időre, majd a gázkromatográfiás mérést követően egész éjszakára (18–20 óra) a 26 ºC-on tartott gőztérbe helyeztem a következő mérésig. Az SPME módszerrel megkötött illékony alkotók gázkromatográfiás elemzéséhez 5973 MSD kvadrupól tömegspektrométerrel ellátott Agilent 6890 típusú készüléket használtam. Az elválasztás 5% difenil – 95% dimetil polisziloxán állófázisú ZB-5 MS (30 m  0,25 mm belső átmérő; 0,25 mm filmvastagság) kapilláris oszlopon történt, a splitless módban használt injektor, valamint a GC–MSD közötti interfész hőmérséklete 250 °C, a He vivőgáz térfogatárama pedig 1 ml perc−1 volt. Ionforrás: EI (70 eV). Az alábbi hőmérséklet programot

használtam:

40

°C,

izoterm

szakasz

2

perc,

40

°C-ról

felfűtés

120 °C-ra 10 °C perc−1 sebességgel, 120 °C-ról 200 °C-ra 4 °C perc−1 -cel, majd 200 °C-ról 15 °C perc−1 sebességgel 250 °C - ra, végül 250 °C-os izoterm szakasz. A teljes mérési idő 34 perc volt. A hosszabb időtartamú, éjszakai mintavételek során nyert mintákat a fenti paraméterek mellett SCAN üzemmódban, m/z =40–300 tartományban mértem minőségi meghatározáshoz. A C15H24 összegképletű szeszkviterpének molekulatömege 204, erős fragmentációt mutatnak, az m/z =40–300 tömegszám tartomány pedig lefedi az előforduló fragmentum ionokat. A beszerezhető és beszerzett négy szeszkviterpén standard vegyület (α-cedrén, β-kariofillén, tujopszén és humulén, Sigma-Aldrich) azonosítását retenciós idejük és tömegspektrumuk alapján végeztem. A további szeszkviterpéneket pedig a vegyületcsoport fragmentációjára jellemző ionok (m/z=161, m/z=204) együttes előfordulása alapján soroltam a vizsgált vegyület típusba. A m/z=161 és m/z=204 tömegszámú ionok a szeszkviterpének fragmentációjára

jellemzőek,

különböző

intenzitás

arányban

előfordulnak

minden

szeszkviterpén tömegspektrumában. Ezért ennek a vegyülettípusnak az azonosítására alkalmasak (Vichi et al., 2006; Petronilho et al., 2013; Fernandez, et al., 2003). Néhány vegyület esetében a GC–MS módszer adatfeldolgozó programjának tömegspektrum könyvtárával és az irodalmi, Kováts-féle retenciós indexekkel való összehasonlítás alapján közelítő minőségi meghatározást végeztem. A retenciós indexek meghatározásához n-alkánok homológ sorának (nonán-eikozán) azonos hőmérséklet programmal való mérését használtam fel. A mennyiségi meghatározáshoz egy óra mintavételi időt alkalmaztam. A mintavételi rendszer paramétereinek optimálása során ez alatt az időtartam alatt az SPME szálon 43

megkötött szeszkviterpén anyagmennyiség gázkromatográfiás módszerrel biztonsággal meghatározható volt. Másrészt az egy mérési kampányban vizsgált három gombatenyészet életciklusának nyomon követésére technikailag is alkalmas volt ez a mintavételi idő. A mintavétel egyórás időtartama alatt az SPME szálon megkötött szeszkviterpének mennyiségének meghatározásához szelektív ion módban (SIM) is elvégeztem a minták mérését, m/z=161 és m/z=204 paraméterekkel, az ionkromatogramokon pedig a m/z=161-es ionhoz tartozó területeket és a standard vegyületekből készült kalibrációs egyeneseket használtam. Mivel mindössze négy szeszkviterpén standard vegyülettel rendelkeztem, a mennyiségi meghatározás során a szeszkviterpének esetében a

szerkezetében és

fragmentációjában leginkább hasonló standard vegyület kalibrációs egyenesét használtam fel. Az SPME módszer kalibrációjához más extrakciós módszerek esetében alkalmazott standard kalibrációs eljárások használhatók. Úgynevezett tiszta mátrixok esetében, pl. levegő vagy tiszta víz, külső kalibráció és a szál és a gázfázis közötti irodalmi megoszlási hányadosok használhatók. Az olyan egyszerű mátrixok, mint a levegő vagy a tiszta víz esetében a megoszlási hányados nagyon hasonló a tiszta mátrixbeli értékhez. Komplex mátrixok esetében speciális kalibrációs módszerekre lehet szükség, mint pl. az izotópos nyomjelzéssel ellátott spike vagy a standard addíció (Pawliszyn, 1997). Mivel a gombatenyészeteket, illetve a talajmintákat tartalmazó edények légterén a vizsgálatok során folyamatosan tisztított sűrített levegőt áramoltattam, a mintavétel egyszerű mátrixban történt. Ennek megfelelően külső kalibrációt alkalmaztam. A kalibrációhoz a standard vegyületekből ciklohexánnal 0,5–2,5 ppm keverési arányú oldatsorozatot készítettem a gombatenyészetek vizsgálatához, és 0,005–10 ppm keverési arányú oldatsorozatot a talajminták esetében. A standard oldatokól 1,0–1,0 μl-t injektáltam. A GC–MS módszer paramétereinek kiválasztásánál figyelembe vettem, hogy a folyadék formában bevitt standard vegyületek mennyiségi bevitele megvalósuljon, ezért 2 perc időtartamú splitless paramétert választottam. Ez alatt az idő alatt a vivőgáz 1 ml perc−1 térfogatárama mellett a liner öblítése kétszer megvalósult. Az esetleges anyagveszteség okozta bizonytalanságot pedig az eredmények széles, ± 50% bizonytalanságú tartománnyal való megadásával, illetve az értelmezésük során is figyelembe vettem. A következő ábrákon a felhasznált standard vegyületek tömegspektrumai láthatók, az azonosítás alapjául szolgáló m/z=161 és m/z=204 ionok minden esetben megfigyelhetőek, az egyes vegyületekben különböző intenzitás aránnyal.

44

A b u n d a n c e # 5 8 6 1 3 : C e d re n e 4 1 9 5 0 0 9 0 0 0 8 5 0 0 8 0 0 0 1 1 9 7 5 0 0 7 0 0 0

1 6 1

6 5 0 0 6 0 0 0 9 1

5 5 0 0 6 9

5 0 0 0

1 0 5

4 5 0 0 2 0 4 4 0 0 0

7 7

5 5

3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0

1 3 3

2 0 0 0 1 4 7

1 5 0 0

1 8 9 1 0 0 0 5 0 0

1 7 5

0 4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0

1 3 0

1 4 0

1 5 0

1 6 0

1 7 0

1 8 0

1 9 0

2 0 0

2 1 0

m / z -->

6. ábra: Az α-cedrén standard vegyület tömegspektruma

A b u n d a n c e

# 5 8 6 3 3 : C a r y o p h y lle n e 9 3 9 5 0 0

1 3 3

9 0 0 0 8 5 0 0 8 0 0 0 4 1

6 9

7 5 0 0

7 9

7 0 0 0 6 5 0 0

1 0 5

6 0 0 0 5 5 0 0 5 0 0 0 1 2 0

4 5 0 0 4 0 0 0 5 5 3 5 0 0

1 6 1 1 4 7

3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0

1 8 9 1 5 0 0 2 7

1 0 0 0

1 7 5 2 0 4

5 0 0 1 5

0 1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0

1 3 0

1 4 0

1 5 0

1 6 0

1 7 0

1 8 0

1 9 0

2 0 0

2 1 0

m / z -->

7. ábra: A β-kariofillén standard vegyület tömegspektruma

45

A b u n d a n c e

# 5 8 6 2 1 : T h u jo p s e n e 1 1 9 9 5 0 0 9 0 0 0 8 5 0 0 8 0 0 0 7 5 0 0 7 0 0 0 6 5 0 0

1 0 5 9 3

6 0 0 0 4 1 5 5 0 0 5 0 0 0 4 5 0 0 5 5 4 0 0 0

1 3 3 6 9

3 5 0 0

8 1

3 0 0 0 2 0 4

2 5 0 0 2 0 0 0 2 9 1 5 0 0

1 4 7

1 8 9 1 6 1

1 0 0 0 5 0 0

1 7 5 1 5

0 1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0

1 3 0

1 4 0

1 5 0

1 6 0

1 7 0

1 8 0

1 9 0

2 0 0

2 1 0

m / z -->

8. ábra: A tujopszén standard vegyület tömegspektruma

A b u n d a n c e

# 9 3

5 8 6 4 5 : .b e ta .-H 1 0 7

u m u le n e

9 5 0 0 9 0 0 0 8 5 0 0 8 0 0 0 7 5 0 0 7 0 0 0 6 5 0 0 8 1

1 1 9

6 0 0 0 5 5 0 0

4 1

5 0 0 0 1 3 3

6 7

4 5 0 0

2 0 4 1 4 8

4 0 0 0

1 6 1 1 8 9

3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0

5 5 2 9

2 0 0 0 1 5 0 0 1 7 5 1 0 0 0 5 0 0 0 2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0

1 3 0

1 4 0

1 5 0

1 6 0

1 7 0

1 8 0

1 9 0

2 0 0

2 1 0

m / z -->

9. ábra: A humulén standard vegyület tömegspektruma

A talajminták szeszkviterpén emissziós fluxusának meghatározásához használt kalibrációs egyeneseket a következő ábrákon mutatom be.

46

200000 180000

Csúcs alatti terület

160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Bemért tömeg (ng)

10. ábra: Az α -cedrén standard vegyület kalibrációs egyenes (R2=0,9997)

60000

Csúcs alatti terület

50000 40000 30000 20000 10000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Bemért tömeg (ng)

11. ábra: A β-kariofillén standard vegyület kalibrációs egyenes (R2=0,9994)

47

20000 18000

Csúcs alatti terület

16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Bemért tömeg (ng)

12. ábra: A tujopszén standard vegyület kalibrációs egyenes (R2=0,9993)

25000

Csúcs alatti terület

20000

15000

10000

5000

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

Bemért tömeg (ng)

13. ábra: A humulén standard vegyület kalibrációs egyenes (R2=0,9992)

48

Az alábbi ábrán a Trichoderma harzianum esetében felvett SCAN kromatogram példáján szemléltetem a szeszkviterpének előfordulását és a jellemző ionok alapján történő azonosítását. A b u n d a n c e

T IC : 1 0 0 6 1 5 -0 5 .D

3 2 0 0 0 3 0 0 0 0 2 8 0 0 0 2 6 0 0 0 2 4 0 0 0 2 2 0 0 0 2 0 0 0 0 1 8 0 0 0 1 6 0 0 0 1 4 0 0 0 1 2 0 0 0 1 0 0 0 0 8 0 0 0 6 0 0 0 4 0 0 0 2 0 0 0

1 0 .0 0

1 5 .0 0

2 0 .0 0

2 5 .0 0

3 0 .0 0

3 5 .0 0

T im e - - >

14. ábra: Trichoderma harzianum illékony másodlagos anyagcseretermékeinek SCAN kromatogramja

Ahogy a következő ábrákon látható, hogy a Trichoderma harzianum esetében, hasonlóan a többi vizsgált gombafajhoz, a szeszkviterpének azonosítására szolgáló jellemző ionok (m/z=161 és m/z=204) jelen vannak a kromatogramokon, a szeszkviterpénekre jellemző retenciós idő (15–20 perc) és retenciós index (RI=1400–1600) tartományban.

49

A b u n d a n c e

I o n 1 6 1 . 0 0 (1 6 0 . 7 0 t o 1 6 1 . 7 0 ): 1 0 0 6 1 5 -0 5 .D I o n 2 0 4 . 0 0 (2 0 3 . 7 0 t o 2 0 4 . 7 0 ): 1 0 0 6 1 5 -0 5 .D

1 9 0 0 1 8 0 0 1 7 0 0 1 6 0 0 1 5 0 0 1 4 0 0 1 3 0 0 1 2 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 9 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 1 0 .0 0

1 5 .0 0

2 0 .0 0

2 5 .0 0

3 0 .0 0

3 5 .0 0

.

T im e - - >

15. ábra: Trichoderma harzianum illékony másodlagos anyagcseretermékeinek SCAN kromatogramja (m/z=161 és m/z=204)

A 16. ábra is ugyanennek a gombafajnak a SCAN kromatogramját mutatja, a szeszkviterpének jellemző retenciós idő tartományában kinagyítva. Abundanc e I o n 1 6 1 . 0 0 (1 6 0 . 7 0 t o 1 6 1 . 7 0 ): 1 0 0 6 1 5 -0 5 . D I o n 2 0 4 . 0 0 (2 0 3 . 7 0 t o 2 0 4 . 7 0 ): 1 0 0 6 1 5 -0 5 . D 900

800

700

600

500

400

300

200

100

0 1 5 .0 0

1 6 .0 0

1 7 .0 0

1 8 .0 0

1 9 .0 0

2 0 .0 0

2 1 .0 0

2 2 .0 0

2 3 .0 0

T im e - - >

16. ábra: Trichoderma harzianum illékony másodlagos anyagcseretermékeinek SCAN kromatogramja (m/z=161 és m/z=204)

50

A következő ábrákon a fenti kromatogramokon látható szeszkviterpén csúcsok közül egy-egy, a Trichoderma harzianum esetében jellegzetes, egyedileg nem azonosított vegyület tömegspektrumát mutatom be Mindegyik esetben megfigyelhető a szeszkviterpének fragmentációjára jellemző ionok (m/Z=93, 119, 161, 204) különböző intenzitásarányú jelenléte. A bundanc e

S c a n 3 8 3 8 ( 2 1 . 6 9 5 m in ) : 1 0 0 6 1 5 - 0 5 . D 119

1700 1600 1500 1400 1300

161

1200 1100 1000 900

105

800 204

700 600 500 400

41

82

55

32

300

91 179

69

200 134

100

147 189

0 30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

m / z -->

17. ábra: Trichoderma harzianum esetében a kromatogramon 21,695 percnél eluálódó vegyület tömegspektruma

A b u n d a n c e

S c a n

2 4 1 9

(1 5 .5 5 2

2 6 0 0

m in ) : 1 0 0 6 1 5 - 0 5 . D 1 4 7

2 5 0 0 2 4 0 0 2 3 0 0 2 2 0 0 2 1 0 0 2 0 0 0 1 9 0 0 1 6 2

1 8 0 0 1 7 0 0 1 6 0 0 1 5 0 0 1 4 0 0 1 1 9

1 3 0 0 1 2 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 9 0 0

2 0 4

8 0 0 1 0 5

7 0 0 6 0 0

9 1

5 0 0 4 0 0 4 1 3 0 0

7 7

3 2 5 5

2 0 0

1 3 3 6 7

1 0 0

1 8 9

0 3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0

1 3 0

1 4 0

1 5 0

1 6 0

1 7 0

1 8 0

1 9 0

2 0 0

2 1 0

m / z -->

18. ábra: Trichoderma harzianum esetében a kromatogramon 15,552 percnél eluálódó vegyület tömegspektruma

51

A b u n d a n c e

S c a n

3 0 1 1

2 0 0 0

( 1 8 . 1 1 5 m in ) : 1 0 0 6 1 5 - 0 5 . D 1 1 9

1 9 0 0 1 8 0 0 1 7 0 0 1 6 0 0

9 3

1 5 0 0 1 4 0 0 1 3 0 0 1 2 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 9 0 0 4 1

8 0 0

1 0 5

7 9

7 0 0 6 0 0

5 5 6 9

5 0 0 4 0 0 3 0 0

1 3 4 1 6 1

3 2

2 0 4

2 0 0

1 4 7

1 0 0

1 8 9

0 3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0

1 3 0

1 4 0

1 5 0

1 6 0

1 7 0

1 8 0

1 9 0

2 0 0

2 1 0

m / z -->

19. ábra: Trichoderma harzianum esetében a kromatogramon 18,115 percnél eluálódó vegyület tömegspektruma

A b u n d a n c e

S c a n 3 1 8 0 ( 1 8 . 8 4 7 m in ) : 1 0 0 6 1 5 - 0 5 . D 1 6 1 5 0 0

4 5 0

4 0 0

3 5 0

3 0 0 1 1 9

3 2

1 3 4

2 0 4

1 0 5

2 5 0

2 0 0

9 1

1 5 0

8 1

4 1

5 5

1 0 0

1 8 9

6 9

1 4 5

5 0

0 3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0

1 3 0

1 4 0

1 5 0

1 6 0

1 7 0

1 8 0

1 9 0

2 0 0

2 1 0

m / z -->

20. ábra: Trichoderma harzianum esetében a kromatogramon 18,847 percnél eluálódó vegyület tömegspektruma

52

Az SPME módszer többfázisú egyensúlyon alapuló módszer, a szál és a gőztér közötti megoszlás az alábbi egyenlettel fejezhető ki (Isidorov et al., 2005): Kfgi = Cfi/ Cgi = (mfi / Vf)(Vg/ mgi)

(5)

ahol Kfgi az adott i komponensre vonatkozó megoszlási hányados (dimenziómentes), amely az SPME szálon adszorbeált mennyiség és a gázfázisbeli koncentráció arányát adja meg. Cfi és Cgi (μg ml−1) rendre az adott komponens koncentrációja a szálon és a gázfázisban, mfi és mgi (μg) pedig rendre a komponens tömegét adja meg a szál térfogatában (Vf, ml) és a gázfázisban (Vg, ml). Kfg monoterpénekre és szeszkviterpénekre vonatkozó értékei elérhetők az irodalomban (Isidorov et al., 2005; Nilsson et al., 1996). Isidorov és munkatársai (2005) két paramétert, a forráspontot (K) és a HP-5 apoláros oszlopra vonatkozó kromatográfiás retenciós indexet (RI) tartalmazó egyenlet segítségével határozta meg Kfg-t néhány monoterpén esetében. Számításaik során figyelembe vették a Martos and Pawliszyn (1997) által α-pinén, limonén és öt aromas szénhidrogén esetében kísérleti úton meghatározott, 100 μm PDMS adszorbensre vonatkozó megoszlási hányados értékeket. Monoterpének esetében a megoszlási hányados (Kfg) és a retenciós index (RI) összefüggésére vonatkozó irodalmi adatokat figyelembe véve megállapítható, hogy a szeszkviterpénekre (főként az RI 1400– 1600-as tartományában) vonatkozó Kfg értékei a 100 000-es nagyságrend-tartományban vannak. Így a vizsgálataimhoz használt kísérleti rendszer paramétereit (Vf = 6,36 × 10−4 ml és Vg = 254 ml, illetve Vg = 127 ml talajminták esetében, mivel a talaj 2 cm magasan helyezkedett el az edényekben) az 1-es számú egyenletbe helyettesítve kiszámítható az SPME szálon adszorbeált és a gázfázisban lévő szeszkviterpén koncentráció-hányadosa. Ez az érték az általam használt rendszerben ~30%-nak adódott, vagyis a minták által kibocsátott szeszkviterpének mennyiségének ekkora hányada kötődött meg az SPME szál adszorbens felületén. A mennyiségi számítások során tehát ezt az arányt vettem figyelembe.

53

4.2.3. Szén-dioxid emissziós fluxus meghatározása gomba tenyészetek esetében A kísérleti rendszerben elhelyezett mintavételi edények légterén folyamatosan, 1 ml perc−1 térfogatárammal áramló tisztított sűrített levegő szén-dioxid keverési arányát ppm egységben hordozható szén-dioxid mérő (pSENSE RH, Sense Air) segítségével mértem. Ennek

során

a

gombatenyészeteket

tartalmazó

mintavételi

edények

kimenetéhez

csatlakoztatott 1500 ml térfogatú polietilén tasakokból naponta egy alkalommal, 18–20 órás időközönként levegőmintát vettem, melynek megmértem a CO2 keverési arányát. A számításoknál a rendszeren áramoltatott sűrített levegő CO2 keverési arányát (330 ppm), mint vak értéket figyelembe vettem.

54

5. EREDMÉNYEK 5.1. A gombatenyészetek illékony anyagcseretermékeinek minőségi meghatározása A vizsgált tenyészetek által az éjszakai mintavétel során kibocsátott és SPME módszerrel megkötött illékony, másodlagos anyagcseretermékek minőségi meghatározását GC–MS módszerrel végeztem el. A számos vegyület, típusát tekintve nagy változatosságot mutatott, mono-, szeszkvi-és diterpének, alkének, alkoholok, aromás vegyületek előfordulása volt jellemző, hasonlóan a mikroszkopikus gombák anyagcseretermékeit vizsgáló irodalmi adatokhoz (Larsen, 1995; Korpi et al.,1997; Wilkins et al., 1999; Kuske et al., 2005). Az emissziót vizsgálva elsősorban a szeszkviterpének jelenlétére koncentráltam, ezeket a meghatározás bizonytalansága miatt egyedileg nem azonosítottam, hanem a szeszkviterpének fragmentációjára jellemző ionok (m/z=161, m/z=204) együttes előfordulása alapján soroltam a vizsgált vegyülettípusba. A Penicillium, Aspergillus, Trichoderma és Fusarium nemzetségbe tartozó fajok vizsgálata során összesen mintegy 100 szeszkviterpént mutattam ki az anyagcsere termékek között. A Penicillium expansum esetében 43 szeszkviterpént azonosítottam, ezek többsége az 1300–1600 retenciós index tartományban fordult elő, és az egymást követő mintavételi napok mintegy 80%-ában megfigyelhető volt. A Penicillium vulpinum esetében mindössze néhány (12 db) szeszkviterpént mutattam ki, ezek mindegyike előfordult a Penicillium expansum által kibocsátott vegyületek között. A szeszkviterpének előfordulása a Penicillium fajok esetében megfelelt a Fiedler és munkatársai (Fiedler et el., 2001) által tapasztaltaknak, akik tizenkét gombafaj illékony másodlagos anyagcseretermék mintázatát hasonlították össze különböző táptalajok (maláta agar, élesztő és glükóz tartalmú agar, bükkfaágak és különböző fenyőágak) esetében. Eredményeik szerint a Penicillium expansum a többi vizsgált fajhoz képest produktívnak bizonyult, számos illékony másodlagos anyagcsereterméket bocsátott ki. A két Penicillium faj szeszkviterpén mintázatában megfigyelhető különbségek egyrészt a közöttük lévő nyilvánvaló metabolikus eltérésekkel magyarázhatók. Ez a megfigyelésem is alátámasztja azt a tényt, hogy jelentős különbségek fordulhatnak elő még ugyanazon nemzetségbe tartozó különböző fajok másodlagos anyagcsere termékei között is. Ugyanis a mikrobiális

illékony

anyagcseretermékek

jelentős

eltérést

mutatnak

a

különböző

gombanemzetségek, de az azonos nemzetségbe tartozó fajok esetében is. Ezt a tényt használják fel egy adott mezőgazdasági-, vagy lakókörnyezetben, munkahelyeken előforduló

55

gombafajok azonosítására. A gombák anyagcseréjében előforduló különbségek lehetővé teszik bizonyos anyagcseretermékeik káros hatásának megelőzését (Fiedler et al., 2001; Fischer et al.,1999; Demyttenaere et al., 2004). Ugyanakkor az anyagcseretermékek azonosítását nehezítheti a kibocsátott vegyületek alacsony koncentrációja (< 1 μg m−3), a különböző fajok anyagcsere mintázatában előforduló esetleges átfedések, illetve az alkalmazott berendezési tárgyak, festékek (Matysik et al., 2008). Ugyanakkor a rendelkezésre álló táptalaj jelentős mértékben befolyásolja a gombafajok által termelt anyagcseretermékek mintázatát és bizonyos esetekben a tenyészetek életciklusának különböző szakaszaiban az anyagcseretermékek minőségében és koncentrációjában is jelentős változás áll be (Matysik et al., 2008; Fiedler et al., 2001). Általánosságban elmondható, hogy a másodlagos anyagcseretermékek – így a terpének, szeszkviterpének – termelése összefügg a spórázással és a mikotoxin termeléssel (Zeringue et al., 1993). Az általam vizsgált fajok többsége is hatékony terménykárosító, illetve allergéneket termel. Általában a gombatenyészetek növekedését elősegítő körülmények a másodlagos anyagcseretermékek termelését is segítik, (Frisvad et al., 1998) ezért válaszottam a vizsgált fajok számára ideálisnak tekintkető környezeti körülményeket a vizsgálatok során. Ugyanakkor a bizonyos anyagcseretermékek termelődését elősegítő tényezők kedvezőtlenül befolyásolhatják más anyagcseretermékek képződését (Korpi, 2001). A vizsgált fajok közül az egyetlen Trichoderma, a Trichoderma harzianum bizonyult legproduktívabbnak a megfigyelt, 49 szeszkviterpén alapján, amelyek főként az 1460–1530 retenciós index tartományban fordultak elő, közülük 6 vegyület csak ennek a fajnak az anyagcsere termékei között fordult elő. Irodalmi adatok alapján ennek a fajnak az illékony másodlagos anyagcsere mintázatára rendkívül jellemzőek a szeszkviterpének, amelyek főként a 22,5–25,5 min retencós idő tartományban mutatnak jellegzetes, a fajhoz köthető előfordulást (Fiedler et al., 2001). A három vizsgált Aspergillus faj szeszkviterpén termelésében csekély különbségeket figyeltem meg a kibocsátott szeszkviterpének számát tekintve. Az A. fumigatus, A. versicolor, és A. flavus esetében rendre 21, 20, illetve 12 szeszkviterpént azonosítottam az 1390–1630 retenciós index tartományban. Fiedler és munkatársai egy-egy Aspergillus faj illékony másodlagos anyagcseretermékeinek vizsgálata során fajon belül a külöböző törzsek között figyeltek meg jelentős különbségeket. Kimutatták, hogy az A. versicolor esetében bizonyos vegyületek (például 1,3-dimetoxi-benzol) magas koncentrációban fordultak elő egyes törzseknél, míg mások egyáltalán nem termelték ezt a vegyületet. Ugyanakkor az összes általuk vizsgált A. versicolor szeszkviterpén mintázata nagyon hasonlónak bizonyult. A 56

különböző Aspergillus fajok anyagcsere mintázatát eltérőnek találták. Én elsősorban a szeszkviterpének kibocsátására koncentráltam adott körülmények között, amelyet az Aspergillus fajok esetében hasonlónak találtam a fentiek szerint. A Fusarium verticillioides anyagcsere termékei között 23 szeszkviterpént mutattam ki, ezek közül öt az adott fajra specifikusnak bizonyult. A másik Fusarium faj, a Fusarium sambucinum esetében ennél több, 32 szeszkviterpént figyeltem meg, köztük négy olyat, amely mindkét fajra jellemző. Ezek között a fajok között megfigyelt másodlagos anyagcserebeli különbséget is okozhatja a fajokra jellemző anyagcsereutak különbsége. A vizsgált illékony anyagcsere termékek között más terpenoid vegyületeket, mono- és diterpéneket is kimutattam. Monoterpének jelenléte a Penicillium expansum, Trichoderma harzianum, Fusarium verticillioides, és F. sambucinum esetében volt jellemző, míg diterpének a P. expansum és T. harzianum esetében fordultak elő. Eredményeim hasonlóságot mutatnak a különféle táptalajokon tenyésztett

tizenkét gombafaj anyagcseretermékeinek

kiterjedt vizsgálatában Fiedler és munkatársai által tapasztaltakkal (Fiedler et al., 2001). Ezek esetében az azonosítás alapját a Kováts-féle retenciós indexek és a tömegspektrumok összevetése referencia anyagok indexeivel, illetve a tömegspektrum könyvtárral való összehasonlítása képezte a szokásos eljárás szerint (Vichi et al., 2006). A 21. ábrán példaként a Trichoderma harzianum anyagcseretermékei között azonosított delta-kadinén tömegspektrumát mutatom be.

57

A b u n d a n c e

S c a n

3 1 8 0

(1 8 .8 4 7

m in ) : 1 0 0 6 1 5 - 0 5 . D 1 6 1

9 0 0 0 8 0 0 0 7 0 0 0 6 0 0 0 3 2

1 0 5

5 0 0 0 4 0 0 0

1 1 9

1 3 4

2 0 4

9 1

3 0 0 0

8 1

4 1 5 5

2 0 0 0

6 9

1 8 9

1 4 5

1 0 0 0 0 2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0

1 3 0

1 4 0

1 5 0

1 6 0

1 7 0

1 8 0

1 9 0

2 0 0

2 1 0

m / z --> A b u n d a n c e

# 5 8 8 1 6 : N 9 0 0 0 8 0 0 0

a p h t h a le n e , 1 , 2 , 3 , 5 , 6 , 8 a - h e x a h y d r o - 4 , 7 - d im e t h y l- 1 . . . 1 6 1 1 1 9

1 0 5

4 1 9 1

7 0 0 0

1 3 4 6 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 0

2 0 4

8 1 5 5

3 0 0 0

2 9

2 0 0 0

1 8 9

6 5 1 4 5

1 0 0 0

1 7 6 0 2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0

1 3 0

1 4 0

1 5 0

1 6 0

1 7 0

1 8 0

1 9 0

2 0 0

2 1 0

m / z -->

21. ábra: A Trichoderma harzianum kromatogramján 18,847 perces retenciós idővel eluálódó deltakadinén szeszkviterpén vegyület tömegspektruma

58

5.2. A gomba tenyészetek összes szeszkviterpén emissziójának mennyiségi meghatározása A vizsgált gombafajok összes szeszkviterpén emisszióját a vizsgálat időtartama alatt kibocsátott CO2 mennyiségre normálva, illetve a tenyészetek tömegegységére vonatkoztatva az 5. táblázat foglalja össze. 5. táblázat: Az egyes gombafajok által keményítő agaron, 26 °C–on, egy órás, illetve éjszakai mintavétel során kibocsátott szeszkviterpének száma, tenyészet tömegre és időegységre vonatkozó, valamint a CO2-ra normált szeszkviterpén emisszió.

Kimutatott SQT-k

Adatok

SQT emisszió

SQT emissziós

Gombafajok

száma

száma

(ng h−1 g−1)

fluxus (μg mol−1 CO2)

P. expansum

43

42

9–60

110–4900

A. fumigatus

21

42

3–62

70–1060

T. harzianum

49

42

6–28

210–570

F. verticillioides

23

28

23–59

250–920

A. flavus

12

28

1–2

3–110

F. sambucinum

32

20

2–60

20–1130

P. vulpinum

12

20

1–25

320–2760

A. versicolor

20

20

1–2

7–180

A táblázatban szereplő értékeket az egyes fajok életciklusa alatt minden nap elvégzett 18–20 órás, illetve 1 órás mintavételek eredményeiből állapítottam meg. Mivel az egyes tenyészetek életciklusában kis eltérések mutatkoztak, a vizsgált minták (adatok) száma nem minden esetben egyezett meg. Általában 10–21 napos mintavétel volt jellemző, ezért fajonként 10–21 db SCAN, illetve 10–21 db SIM minta képezi az eredmények alapját, vagyis összesen 20-42 adat állt rendelkezésemre. A táblázat alapján megállapítható, hogy az egyes fajok szén-dioxidra normált szeszkviterpén emissziós fluxusának értékei 1–3 nagyságrenddel is eltérnek egymástól. Az Aspergillus flavus és Aspergillus versicolor tűnik legkevésbé produktívnak mind minőségi mind mennyiségi szempontból. Az 5.1. alfejezetben részletezett okok (egyes fajok metabolizmusának eltérései, a táptalajban rendelkezésre álló tápanyagok, a fajok életciklusának alakulása) mind hozzájárulhat a tapasztalt eltérésekhez.

59

Az anyagcseretermékek, köztük a szeszkviterpének minőségbeli és mennyiségbeli változását figyeltem meg az általam vizsgált gombafajok életciklusa során. A legtöbb faj esetében a szeszkviterpén emissziós fluxus alakulása követte a szén-dioxid kibocsátás lefutását, bár az értékek aránya különböző volt. Ez nem meglepő annak fényében, hogy a szeszkviterpének másodlagos anyagcseretermékek, így termelésük kapcsolatban áll az elsődleges anyagcserével, amelynek alakulását a szén-dioxid kibocsátás változása jellemzi. A tapasztalt jelenséget irodalmi adatok is alátámasztják. Fiedler és munkatársai (Fiedler et al., 2001) eredményei szerint a Penicillium fajok esetében aromás éterek és kéntartalmú komponensek (dimetilszulfid és dimetildiszulfid) jelenléte fordult elő az idősebb tenyészetek esetében, míg a geosmin elsősorban a kezdeti növekedési szakaszban lévő tenyészetekre volt jellemző. Vizsgálataim során a tenyészetek növekedésének kezdeti (3–5 napos) szakaszában jelenltkező szeszkviterpének összes fluxusa a tenyészetek korának előrehaladtával nőtt, a 1114 nap körül érte el maximális értékét, majd csökkenő tendenciát mutatott a gombák életciklusának végéhez közeledve. Ez a megfigyelésem összhangban van Matysik és munkatársai tapasztalatával, ami szerint a szeszkviterpének termelése a gombatenyészetek növekedésének későbbi szakaszában jelentősebb mértékű, mint a kezdeti fázisban. Ez elképzelésük szerint azzal magyarázható, hogy a viszonylag nagy molekulatömegű és nagyméretű szeszkviterpének előállításához bonyolultabb szintézisre van szükség, mint pl. a kezdeti fázisra jellemző alkoholok, egyszerűbb szerkezetű vegyületek esetében. (Matysik et al., 2008).

Az összes szeszkviterpén és CO2 emissziós fluxus időbeli változását a a

Trichoderma harzianum esetében a 22. ábrán mutatom be.

60

1,2x10 -5

2,5 SQT fluxus (ng/h)

2,0

8,0x10 -6 1,5 6,0x10 -6 1,0 4,0x10 -6 0,5

2,0x10 -6 0

SQT fluxus (ng/h)

CO2 fluxus (mol/h)

CO2 fluxus (mol/h)

1,0x10 -5

0 4 7 11 14 15 16 17 18 21 Leoltástól számított mintavételi napok

22. ábra: Az összes szeszkviterpén és szén-dioxid emissziós fluxus napi értékei Trichoderma harzianum esetében, keményítő agaron, 26 °C–on, egy órás mintavételre vonatkoztatva. A skála két beosztása között szereplő számérték jelöli a mintavételi napot, amelyen kapott SQT és CO2 emissziós fluxust jelölnek a grafikon pontjai

5.3. A mennyiségi számítások bizonytalansága Közelítő mennyiségi számításaim meglehetősen jelentős hibával terheltek, egyrészt az analitikai módszer, a gázkromatográfiás elemzés akár 20%-os hibát is eredményezhet a mért értékek esetében, a módszer tulajdonságaiból (pl. különböző ionizációs hatásfokok) adódóan. Ez arra vezethető vissza, hogy az SPME szál adszorbens rétegében megkötött anyagmennyiség számításához a rendelkezésre álló négy szeszkviterpén standard vegyület (αcedrén, β-kariofillén, tujopszén, humulén, Sigma-Alrdrich) felhasználásával külső kalibrációt alkalmaztam, ezek kalibrációs egyenesét használtam fel minden szeszkviterpén esetében, a szerkezeti és fragmentációs tulajdonságok hasonlósága alapján. Vagyis mindössze az előbbi négy vegyület mennyiségét határoztam meg a saját kalibrációs egyenesük alapján, az összes többi vegyület esetében a tömegspektrum és a standard vegyületek tömegspektrumának összehasonlítása után a vizsgált szeszkviterpénnel szerkezetileg legnagyobb hasonlóságot mutató standard vegyület kalibrációs egyenesét használtam fel a közelítő mennyiségi meghatározáshoz. A felhasznált standard vegyületeket oldat formájában juttattam a gázkromatográfba splitless módban, így a bevitt anyagmennyiség kis mértékben különbözhet a gázfázisú kalibrációtól az oszlopra jutás közben bekövetkező veszteség miatt. Az alkalmazott hosszú (2 min) splitless idő megválasztását ennek a veszteségnek a

61

minimalizálása indokolta. Ez a folyamat egyúttal a kromatográfiás csúcsok szélesedését is okozza. Mindezeket figyelembe véve mennyiségi számításaim esetében a bizonytalanság közelítőleg 2-es szorzóval (50%–200%) jellemezhető. A laboratóriumi mérések hibájából származó bizonytalanság mellett a biológiai rendszerek nagyfokú változatossága, a vizsgált gombafajok bonyolult, sokféle tényezőtől függő

anyagcserefolyamatai

is

jelentős

mértékben

hozzájárulnak

az

eredmények

bizonytalanságához.

5.4. A talajminták szeszkviterpén emissziós fluxusa és ergoszterol koncentrációja A tiszta tenyészetekkel végzett laboratóriumi mérések analitikai és biológiai tényezők okozta jelentős bizonytalansága mellett számolni kell a természetes körülmények között előforduló jelentős, potenciális szeszkviterpén veszteséggel is. A természetes talajok esetében számos tényező módosíthatja a mikorszkopikus gombák által termelt szeszkviterpének emissziós fluxusát. Ilyenek lehetnek például a talajban lejátszódó oxidációs, adszorpciós folyamatok, más élőlények által termelt anyagcseretermékekkel való kölcsönhatások. Mindezeket figyelembe véve természetes talajminták esetében is elvégeztem a szeszkviterpén emissziós fluxus meghatározását, hogy az eredmények légköri jelentőségét pontosítsam. A vizsgált talajminták emissziós fluxusát ng m−2 h−1 egységben a 6. táblázat foglalja össze. A különböző talaj- és vegetációtípusok esetében mért értékek között 3 nagyságrend a különbség. A maximum értéket a gyertyános tölgyes vegetációval borított agyagos talajnál, míg a minimum értéket az árpával borított csernozjom talaj esetében mértem. Az általam vizsgált talaj- és vegetációtípusokra vonatkozóan a szeszkviterpén emissziós fluxus középértékei

(szórással)

a

bolygatatlan

és

a

bolygatott

mintáknál

rendre

109 (660) ng m−2 h−1 és 64 (87) ng m−2 h−1. A legtöbb esetben jelentős eltérést tapasztaltam a különböző vegetációval borított, azonos típusba tartozó talajok között, kivéve a csernozjom talajmintákat, ahol a fluxus értékei azonos nagyságrendbe estek. A növényzet és a felszíni avarréteg eltávolítása minden esetben befolyásolta az emissziós fluxust, növelve vagy csökkentve azt. A nagyobb fluxus értékek, amelyek néhány száz ng m−2 h−1 nagyságrendbe estek, minden esetben jelentősen csökkentek a növényzet eltávolítását követően. Ennek lehetséges magyarázata lehet, hogy bizonyos esetekben a növényzet gyökerével kölcsönhatásban élő gombaközösségek, illetve az elhalt növényi részek lebontását végő 62

mikroszkopikus gombák szeszkviterpén termelése is hozzájárulhat a vizsgált talajminták szeszkviterpén emissziós fuxusához. A mért ergoszterol koncentráció értékeket a 6. táblázat tartalmazza. A maximum értéket a legmagasabb szeszkviterpén emissziós fluxussal jellemezhető gyertyános tölgyes vegetációval borított agyagos talajban határoztam meg. Mivel az ergoszterol koncentrációt a gomba biomassza becslésére használják, nagyobb ergoszterol koncentráció, így több gomba biomassza esetében magasabb szeszkviterpén fluxus értékeket várhatunk, ugyanakkor a szeszkviterpén emissziót a különböző gombafajok metabolikus aktivitása is befolyásolja (Walker and White, 2011). A tiszta gombatenyészetekkel végzett korábbi vizsgálataimhoz hasonlóan, a szakirodalomnak megfelelően a talajmintákból származó szeszkviterpén emissziós fluxus értékei mintegy három nagyságrenddel különböztek (Horváth et al., 2011; Fischer, 1999; Kuske et al., 2005). Néhány esetben az ergoszterol koncentráció alapján meghatározott gomba biomassza mennyisége nem volt arányos a szeszkviterpén emissziós fluxus nagyságával. A molyhos tölgyes sziklagyep vegetációjú rendzina és a legelővel borított vörös agyag/márga talaj esetében rendre 0,14 µg és 0,8 µg g−1 száraz talaj ergoszterol koncentrációhoz 430 és 40 ng m−2 h−1 szeszkviterpén emissziós fluxus tartozott. A mért értékek változatosságát részben magyarázhatja a különböző talajtípusokban előforduló gombaközösségek anyagcseréjében jelentkező eltérések. Például az említett rendzina és vörös agyag/márga típusú talajok esetében az ergoszterol tartalom alapján a rendzina talajban kisebb gombamennyiséget feltételezhetünk, ugyanakkor az itt azonosított Acremonium, Arthrobotrys és Penicillium fajok fokozottabb anyagcsere aktivitást és szeszkviterpén termelést mutathattak, mint a vörös agyag/márga talajban jellemző Fusarium, Penicillium és Rhizoctonia fajok. Ugyanakkor az ergoszterol koncentráció meghatározásán alapuló gomba biomassza becslés az élő és elhalt biomasszát nem különíti el egyértelműen (Martin et al., 1990; Ruzicka et al., 1995; Montgomery et al., 2000; Gong et al., 2001). Ezért adott esetben a magasabb ergoszterol tartalomhoz tartozó alacsonyabb szeszkviterpén emissziót az elhalt, anyagcserét már nem folytató gomba biomassza nagyobb aránya is okozhatta. Egy kivétellel az ergoszterol koncentrációk a bolygatatlan talajminták esetében nagyobbak voltak, mint a bolygatott mintákban mért értékek. Ezt a jelenséget magyarázhatja, hogy a növényzet eltávolításával az élő és elhalt növényi részeken, gyökérzeten élő gombaközösséget is eltávolítottam, ami az ergoszterol tartalom csökkenésében is megmutatkozott.

63

6. táblázat: A vizsgált talajminták ergoszterol koncentrációja és szeszkviterpén emissziós fluxusa Talaj típus (vegetáció) Ergoszterol koncentráció Szeszkviterpén emissziós (µg g−1 száraz talaj) fluxus (ng m−2 h−1) bolygatatlan bolygatott bolygatatlan bolygatott barna erdő (árpa) 0,03 0,01 7 40 barna erdő (napraforgó) 0,10 0,03 830 30 rendzina (molyhos tölgyes sziklagyep) 0,14 0,60 430 14 vörös agyag/márga (legelő) 0,80 0,11 40 30 csernozjom (borsó) 0,15 0,02 25 40 csernozjom (árpa) 0,03 0,04 6 60 agyagos (ruderális)
5.5. A talajminták mikrobiológiai jellemzése A gomba propagulumok koncentrációját és a domináns gombanemzetségeket a vizsgált talajminták esetében a 7. táblázat foglalja össze. A talajminták mikrobiológiai jellemzéséhez Penicillin (100 μg g−1) és Streptomycin (150 μg g−1) antibiotikumos kezeléssel gátolták a talajbaktériumok működését. Az árpa vegetációjú barna erdőtalajban 9,7×104 CFU g−1 telepképző egységgel jellemezhető Mortierella, egy alacsony sporulációjú faj volt a domináns nemzetség. A legelő vegetációjú vörös agyag/márga talaj esetében tapasztalt viszonylag alacsony CFU számot (2,9×105 CFU g−1) a Rhizoctonia nemzetség dominanciája magyarázza a talajban, ez a csoport spóra nélküli gombafonalakkal rendelkezik. Ezzel szemben a ruderális vegetációjú agyagos talajban mért viszonylag magas CFU értékek a jó sporuláló képességű Paecilomyces, Torula és Trichoderma nemzetségek dominanciájával magyarázhatók. A sporuláló képesség a szeszkviterpén

termeléssel

is

összefüggésbe

hozható.

Általában

a

másodlagos

anyagcseretermékek, így a szeszkviterpének termelése a spóratermeléskor jelentős (Zeringue et al., 1993). Ez az összefüggés magyarázhatja például az alacsony sporulációjú fajokkal jellemezhető árpa vegetációjú barna erdőtalaj jelentősen alacsonyabb szeszkviterpén emisszióját a jó sporulációjáról ismert fajokban gazdag ruderális vegetációjú vörös agyag/márga talajhoz képest.

64

7. táblázat: A gomba propagulumok koncentrációja és a domináns gomba nemzetségek a vizsgált talajmintákban Talaj típus (vegetáció) barna erdő (napraforgó) barna erdő (árpa) csernozjom (borsó) csernozjom (árpa) rendzina (molyhos tölgyes sziklagyep) agyagos (gyertyános tölgyes) vörös agyag/márga (legelő) agyagos (ruderális)

Talaj jele

Gomba propagulumok (CFU g−1)

Domináns gomba nemzetség

Ca1

7,8 × 10

5

Cladosporium sp. Mortierella sp. Paecilomyces sp.

Ca2

9,7 × 10

4

Cladosporium sp. Mortierella sp. Paecilomyces sp.

Ch1

1,5 ×10

5

Acremonium sp. Alternaria sp. Verticillium sp.

Ch2

3,4 × 10

5

Acremonium sp. Alternaria sp. Fusarium sp.

Le1

1,9 × 10

6

Acremonium sp. Arthrobotrys sp. Penicillium sp.

Le2

9,0 × 10

5

Acremonium sp. Cladosporium sp. Penicillium sp.

Lu1

2,9 × 10

5

Fusarium sp. Penicillium sp. Rhizoctonia sp.

Lu2

5,6 × 10

5

Paecilomyces sp. Torula sp. Trichoderma sp.

65

5.6. Az eredmények légköri jelentősége A négy különböző nemzetséghez tartozó nyolc, mikroszkopikus gombatörzs esetében elvégzett

laboratóriumi

vizsgálatok

eredményei

alapján

a

gombák

szeszkviterpén

emissziójának jelentősége összevethető az irodalomban közölt, növényekből származó szeszkviterpén emisszióval. Mivel eredményeim egy meghatározott táptalajon, rögzített laboratóriumi körülmények között tenyésztett, korlátozott számú tenyészetre vonatkoznak, ezek globális, vagy akár ökoszisztémák szintjén való értelmezése nyilvánvalóan jelentős bizonytalansággal terhelt. A következő számítás az első kísérlet annak megbecslésére, hogy a talajlakó mikroszkopikus gombák természetes emissziója milyen nagyságrendű a talaj gomba biomasszára és a mikrobiális légzésre vonatkozó irodalmi adatokat figyelembe véve a laboratóriumi körülményekhez hasonló hőmérsékleti viszonyok esetében. Helmig és munkatársai (2006) a Dél-Kelet USA 12 államára vonatkozóan fenyőerdőkből származó szeszkviterpén kibocsátásra végeztek becsléseket. A levelek befoglalásával végzett méréseik eredményei alapján a 30×106ha kiterjedésű területre, szeptember hónapra 9×106 kg összes szeszkviterpén fluxust becsültek. Az adott területre és időszakra vonatkozó mikroszkopikus gombák kibocsátásából származó szeszkviterpén mennyiség becslése során az elsődleges és másodlagos anyagcsere között fennálló szoros összefüggésen alapul. Ennek során irodalmi, talaj szén-dioxid emisszió és a méréseim során kapott szeszkviterpén emissziók szén-dioxidra normált értékeit használtam fel. Zu és munkatársai (2009) 45,7 és 70,5 mol m−2 év −1 közötti talajból származó szén-dioxid emissziót becsültek Kína észak-keleti részén lévő vörösfenyő erdők esetében. Egy újabb, regionális skálán alapuló, talajlégzés tér- és időbeli alakulására vonatkozó geostatisztikai tanulmány (Yu és mtsai., 2010) is hasonló, 698 ± 11 g C m−2 év−1, 439 ± 7 g C m−2 év−1, valamint 555 ± 12 g C m−2 év−1 éves talajlégzés értékeket ad meg rendre örökzöld erdőkre, füves területekre és mezőgazdasági területekre. Az irodalmi adatok alapján 40 és 60 mol m−2 év−1 értékeket választottam a talajból származó szén-dióxid fluxus alsó, illetve felső határának. Ezek az emissziós fluxus értékek a gyökérlégzést és az egyéb mikrobiális (baktériumok és Actinomycetes csoport) anyagcseréből származó szén-dioxidot is tartalmazzák. Feltételeztem, hogy a talajból származó szén-dioxid emisszió a gyökér- és mikrobiális (bakteriális eredetű és talajlakó gombáktól származó) légzés között az élő biomassza egymáshoz viszonyított tömegarányában oszlik meg. Irodalmi adatok szerint a talaj felső, jól szellőző, jelentős

66

mértékű anyagcserét folytató rétegében a gomba biomassza aránya 35–40% az összes talaj biomasszához képest (Killham, 1994). Az általam vizsgált gombafajok közül a Trichoderma harzianum, egy általánosan elterjedt talajlakó faj esetében mért emissziós adatokat használtam fel a becslés során. A faj szeszkviterpén emissziójának értékei a 210–570 μg SQT mol−1 CO2 tartományba estek, amely az összes vizsgált fajra vonatkozó eredményeket (3. táblázat) figyelembe véve közepes értéknek tekinthető. Ezeket az adatokat megszorozva a megfelelő talaj szén-dioxid emisszió értékekkel, figyelembe véve a gomba biomassza arányát a talajban és a Dél-Kelet USA 12 államának területét, a kiválasztott időszakra vonatkozó összes szeszkviterpén emisszió megbecsülhető. Így a fenti területre, szeptember hónapra a talajlakó gombákból származó 0,5–2,4×106 kg összes szeszkviterpén emissziót becsültem. Ez az első becslés arra utal, hogy a talajlakó gombákból származó szeszkviterpén emisszió nem elhanyagolható az azonos területre és időszakra becsült fenyőerdőkből származó emisszióhoz képest, ami 9×106 kg-nak adódott (Helmig és mtsai., 2006). Bár a természetes életközösségekben a gombák élettevékenysége (beleértve a másodlagos anyagcserét) főként a legfelső talaj- és az azt borító avarrétegben zajlik, ahonnan a termelt anyagcsere termékek a légkörbe juthatnak, ezen vegyületek esetében számottevő esetleges veszteséget figyelembe kell vennünk, többek között a kis illékonyság, a talajrészecskéken való adszorpció, az avarrétegben előforduló oxidáció, illetve más talajlakó élőlényekkel való kölcsönhatás következtében. Mindezek számottevően növelik a tiszta tenyészetekre kapott mérési adatok alapján a természetes talajok szeszkviterpén emissziójára vonatkozó becsléseink bizonytalanságát. A laboratóriumi eredmények alapján ugyanakkor másik becslési módszer is használható. A Trichoderma harzianum Mt 29 törzs esetében 0,35–1,8 ng h−1 szeszkviterpén emissziót figyeltem meg laboratóriumi körülmények között keményítő agaron, 26 °C-on. A szeszkviterpén termelésért felelős részek (tömegük mintegy 6 mg) a tenyészet teljes tömegének mindössze körülbelül 10%-át teszik ki, ennek alapján 628 ng SQT h

−1

emissziós

faktor állapítható meg a tenyészet tömegének 1 g-jára vonatkoztatva. Figyelembe véve, hogy a felső, jól szellőző, közepes szerves anyag tartalmú talajrétegek mintegy 200–250 g m−2 gomba biomasszát tartalmaznak, a fentiekkel megegyező területre és időszakra vonatkozóan 1,8×106–1,1×107 kg szeszkviterpén emisszió adódik. A tiszta tenyészetekkel megegyező körülmények között a kiválasztott talajminták esetében mért szeszkviterpén emissziós fluxus értékei 6–1980 ng m−2 h−1 (középérték 109 ng m−2 h−1) tartományba estek a bolygatatlan mintáknál, míg a bolygatott minták esetében 67

14–290 ng m−2 h−1 (középérték 64 ng m−2 h−1) értékeket állapítottam meg. Ezek a mért értékek általában a tiszta tenyészetekre vonatkozó laboratóriumi mérések alapján számolt fluxus értékek nagyságrendjébe esnek, illetve néhány esetben meg is haladják azokat. A becslés során azonos szeszkviterpén emissziót feltételeztem tiszta gomba tenyészetek és a talajok esetében, nem véve figyelembe a talajlevegőben vagy a talaj részecskéken bekövetkező potenciális szeszkviterpén veszteséget. Eredményeim arra utalhatnak, hogy a mikroszkopikus gombák anyagcseréjéből származó szeszkviterpén emissziós fluxus mértéke természetes körülmények között meghaladhatja a tiszta tenyészetek esetében laboratóriumi körülmények között mérhető értéket, illetve a talajban természetes körülmények között nem számottevő a szeszkviterpén emisszióban bekövetkező veszteség. Ezek a következtetések megerősítik korábbi feltételezésemet, hogy a talajból származó szeszkviterpén emisszió bizonyos területeken, az év bizonyos szakaszában összevethető fontosságú a növényzetből származó emisszióval, amely a globális VOC mérlegekben egyedüli forrásként szerepel. Figyelembe véve a méréseimben szereplő minták korlátozott számát, eredményeim természetesen csak az első lépést jelentik annak érdekében, hogy a talajokból származó szeszkviterpén emisszió jelentőségét további kutatások pontosítsák. Ezzel

a

leegyszerűsített

megközelítéssel

kapott

értékek

felülbecslést

eredményezhetnek, mivel az alkalmazott laboratóriumi körülmények a vizsgált gombák számára ideálisnak tekinthetők, a természetes körülmények között előforduló viszonyok pedig ettől jelentősen eltérhetnek. Továbbá az elsődleges anyagcsere változásait és a légkörbe jutás hatékonyságát sem veszi figyelembe az egyszerűsített becslésem, ugyanakkor kihangsúlyozza a talajlakó mikroszkopikus gombák szeszkviterpén emissziójának potenciális jelentőségét. A kísérleti rendszer korlátait figyelembe véve (rögzített hőmérséklet, adott mesterséges táptalaj, a vizsgált gombatörzsek korlátozott száma) eltekintek az eredmények jelentőségének globális léptékben való értékelésétől. A talajlakó gombák szeszkviterpén emissziójának globális modellekbe illesztéséhez és a másodlagos szerves aeroszol keletkezésében betöltött szerepének modellezéséhez természetesen további kutatások szükségesek.

68

6. ÖSSZEFOGLALÁS Az illékony szerves vegyületekből képződő finom aeroszolra vonatkozó ismeretek hiányossága és a másodlagos aeroszol légköri folyamatokban betöltött meghatározó szerepe miatt a levegőkémiai kutatások fontos témája a másodlagos szerves aeroszol képződése. Az aeroszolképződés szempontjából fontos biológiai eredetű szerves elővegyületek elsősorban a monoterpének, szeszkviterpének és ezek származékai. Jelenlegi ismereteink szerint a másodlagos szerves aeroszol képződésében résztvevő elővegyületek legfontosabb forrása a növénytakaró, elsősorban a tűlevelű-, kisebb részben a lombos erdők, a globális anyagmérlegek és modellek a növényzet kibocsátását tekintik meghatározónak. A másodlagos szerves aeroszol forrásaira vonatkozó eddigi ismeretek bővítésében fontos szerepe lehet a levegőkémia tudományterületén kívül, más célból végzett újabb kutatásoknak. Ezen vizsgálatok során természetes és emberi környezetben egyaránt gyakori, mezőgazdasági terményeket károsító, illetve toxinokat termelő, allergiás megbetegedéseket is okozó

mikroszkopikus

gombafajokat

azonosítottak

jellemző,

másodlagos

illékony

anyagcseretermékeik alapján. A különböző gombafajok által termelt illékony anyagcsere termékek ujjlenyomatszerűen jellemzőek az adott rendszertani csoportra, illetve fajra, így a kibocsátott illékony vegyületek azonosítása alapján megállapítható bizonyos szervezetek jelenléte. Ezáltal a jelenlétükből adódó gazdasági károk és az emberi egészségre gyakorolt káros hatások mérsékelhetők. Az azonosított illékony másodlagos anyagcseretermékek között számos más vegyület, pl. alkoholok, alkánok, alkének, aromás vegyületek mellett nagy számban fordultak elő monoterpének és szeszkviterpének (Demyttenaere et al., 2004). A közleményekben csak az illékony vegyületek azonosítása szerepelt, az aeroszolképző hatás nem került említésre, továbbá mennyiségi meghatározás sem történt. Ugyanakkor a levegőkémiában fontos aeroszolképzőként ismert szeszkviterpéneket globálisan elterjedt, gyakori gombafajok, illetve nemzetségek anyagcseréjének jellemző termékei között mutatták ki. Nem hagyható figyelmen kívül, hogy a mikroszkopikus gombák rendkívül hatékony szerves anyag átalakítási tevékenységük révén jelentős szerepet játszanak a globális szénkörforgalomban. Mindezek alapján merült fel a kérdés, hogy elterjedt mikroszkopikus gombafajok kibocsátásából származó szeszkviterpén mennyiség adott területen, meghatározott időtartamra vonatkoztatva hogyan aránylik a növényzet, mint eddig ismert meghatározó forrás szeszkviterpén kibocsátásához.

69

Munkám során az általam összeállított áramlási rendszerben elterjedt mikroszkopikus gombafajok tiszta tenyészeteit vizsgáltam. Szilárd fázisú mikroextrakcióval (SPME) való mintavétel után az anyagcseretermékek között GC–MS módszerrel azonosítottam a szeszkviterpéneket és ezek közelítő mennyiségi meghatározását is elvégeztem. A laboratóriumi vizsgálatok eredményei alapján a gombák szeszkviterpén emisszióját összevetettem az irodalomban közölt, növényekből származó szeszkviterpén emisszióval. Az összehasonlítás alapját Helmig és munkatársainak (2006) eredményei képezték, akik a Délkelet USA 12 államára vonatkozóan fenyőerdőkből származó szeszkviterpén kibocsátásra végeztek becsléseket. Méréseik eredményei alapján 30×106 ha kiterjedésű területre, szeptember hónapra 9×106 kg összes szeszkviterpén emissziót becsültek. Saját számításaim során a laboratóriumi mérési eredményeim közül a Trichoderma harzianum, egy általánosan elterjedt talajlakó faj szeszkviterpén emissziós adatait használtam fel, amely az összes vizsgált fajra vonatkozó eredményeket (3. táblázat) figyelembe véve közepes értéknek tekinthető (210–570 μg SQT mol−1 CO2). Ezeket az adatokat, az irodalmi talaj szén-dioxid emisszió értékeket, valamint a gomba biomassza talajbeli arányát figyelembe véve a Helmig és munkatársai által vizsgált területre és időszakra vonatkozóan 0,5–2,4×106 kg összes szeszkviterpén emissziót becsültem, amely a talajlakó gombák anyagcseréjéből származik. Adataim értékelésénél természetesen figyelembe kell venni a kísérleti rendszer korlátait, például korlátozott számú tiszta gomba tenyészet vizsgálata, a gombák növekedéséhez és anyagcseréjéhez ideális, rögzített paraméterek használata. A becslések bizonytalanságát jelentős mértékben növeli, hogy a mérési adatokat nagy kiterjedésű, változatos talajlakó élőlényekkel és vegetációval rendelkező területre alkalmaztam, valamint a természetes körülmények között a talajban és a légkörben bekövetkező esetleges szeszkviterpén veszteségeket elhanyagoltam. Ugyanakkor az egyszerűsített közelítéssel kapott eredményeim felhívják a figyelmet a talajlakó mikroszkopikus gombák anyagcseréjéből származó szeszkviterpén emisszió jelentőségére az eddig számon tartott meghatározó forrás, a növényzet mellett. Munkám második szakaszában a természeteshez közeli körülmények között, talajból származó szeszkviterpén emisszió megállapításához Veszprém környékén gyűjtött, különböző talajtípusba tartozó, eltérő vegetációval rendelkező talajminták szeszkviterpén emisszióját is meghatároztam a tiszta gomba tenyészetekkel azonos körülmények között. Ezek a mért értékek általában a tiszta tenyészetekre vonatkozó laboratóriumi mérések alapján számolt fluxus értékek nagyságrendjébe esnek, illetve néhány esetben meg is haladták azokat. A 70

kapott eredmények arra utalnak, hogy a talajban természetes körülmények között nem számottevő a mikroszkopikus gombák szeszkviterpén emissziójában bekövetkező veszteség. Ezzel a leegyszerűsített megközelítéssel kapott, jelentős bizonytalansággal terhelt értékek megerősítik korábbi feltételezésemet, hogy a talajból származó szeszkviterpén emisszió bizonyos területeken, az év bizonyos szakaszában összevethető fontosságú lehet a növényzetből származó közvetlen emisszióval, amelyet a globális VOC mérlegek kizárólagos forrásaként tartottak számon. Természetesen a becslések bizonytalansága miatt a talajlakó gombák szeszkviterpén emissziójának globális modellekbe illesztéséhez és a másodlagos szerves aeroszol keletkezésében betöltött szerepének felméréséhez további kutatások szükségesek.

71

FELHASZNÁLT IRODALOM Albrecht, B., Aerosols, Cloud Microphysics, and Fractional Cloudiness, Science, 245, 1227– 1230, 1989.

Alexander, B., Savarino, J., Lee, C.C.W., Park, R.J., Jacob, D.J., Li, Q., Thiemens, M.H., Yantosca, R.M., Sulfate formation in seasalt aerosols: constraints from oxygen isotopes, Jornal of Geophysical Research, 110 (D10307). doi:10.1029/2004JD005659, 2005.

Allen, A.G., Nemitz, E., Shia, J.P., Harrison, R.M., Greenwood, J.C., Size distributions of trace metals in atmospheric aerosols in theUnited Kingdom, Atmospheric Environment, 35, 4581–4591, 2001.

Amann, M., Cofala, J., Heyes, C., Klimont, Z., Mechler, R., Posch, M. and Schoepp, W., The RAINS model. Documentation of the model approach prepared for the RAINS review. International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), Laxenburg, Austria, 2004. Andreae, M.O., Rosenfeld, D., Aerosol – cloud – precipitation interactions. Part 1. The nature and sources of cloud-active aerosols, Earth–Science Reviews, 89, 13– 41, 2008. Arneth, A., Monson, R.K., Schurgers, G., Niinemets, Ü., Palmer, P.I., Why are estimates of global terrestrial isoprene emissions so similar (and why is this not so for monoterpenes)? Atmospheric Chemistry and Physics 8, 4605–4620, 2008.

Arthur, C. L., Pawliszyn, J., Solid phase microextraction with thermal desorption using fused silica optical fibers, Analytical Chemistry, 62, 2145, 1990.

Atkinson, R., Arey, J., Gas-phase tropospheric chemistry of biogenic volatile organic compounds: a review, Atmospheric Environment,37, Supplement No. 2, S197–S219, 2003.

Baath, E., Estimation of fungal growth rates in soil using

14

C-acetate incorporation into

ergosterol, Soil Biology & Biochemistry, 33, 2011–2018, 2001.

72

Baker, B., Sinnott, M., Analysis of sesquiterpene emissions by plants using solid phase microextraction, Journal of Chromatography, 1216(A), 8442–8451, 2009.

Bond, T. C., Streets, D. G., Yarber, K. F., Nelson, S. M., Woo, J. H., Klimont, Z., A technology-based global inventory of black and organic carbon emissions from combustion, Journal of Geophysical Research, 109, D14203, doi:10.1029/2003JD003697, 2004. Börjesson, T. A., Eklov, T., Jonsson, A., Sundgren, H., Schnurer, J., An electronic nose for odor classification of grains, Cereal Chemistry, 73, 457–461, 1996.

Brown, W.K., Wohletz, K.H., Derivation of the Weibull distribution based on physical principles and its connection to the Rosin–Rammler and lognormal distributions, Journal of Applied Physics, 78, 2758– 2763, 1995. Calvo, A.I., Castro, A., Pont, V., Cuetos, M., Sánchez, M.E., Fraile, R., Aerosol size distribution and gaseous products from the oven-controlled combustion of straw materials, Aerosol and Air Quality Research, 11, 616– 629, 2011.

Calvo, A.I., Alves, C., Castro, A., Pont, V., Vicente, ., A.M., Fraile, R., Research on aerosol sources and chemical composition: Past, current and emerging issues, Atmospheric Research, 120 –121, 1 –28, 2013. Castro, A., Alonso-Blanco, E., González-Colino, M., Calvo, A.I., Fernández-Raga, M., Fraile, R., Aerosol size distribution in precipitation events in León, Spain, Atmospheric Research, 96, 421 –435, 2010.

Chin M, Ginoux, P., Kinne, S., Torres, O., Holben, B.N., Duncan, B.N., Martin, R.V., Logan, J.A., Higurashi, A., Nakajima, T., Tropospheric aerosol optical thickness from the GOCART model and comparisons with satellite and sun photometer measurements, Journal of the Atmospheric Science, 59(3), 461–483, 2002.

Chuang, C.C., Penner, J.E., Taylor, K.E., Grossman, A.S., Walton, J.J., An assessment of the radiative effects of anthropogenic sulfate, Journal of Geophysical Research, 102, 3761 – 3778, 1997. 73

Chung, S. H., Seinfeld, J. H., Global distribution and climate forcing of carbonacous aerosol, Journal of Geophysical Research, 107 (D19), 4407, 2002.

Claeys, M., Graham, B., Vas, G., Wang, W., Vermeylen, R., Pashynska, V., Cafmeyer, J., Guyon, P., Andreae, M.O., Artaxo, P., Maenhaut, W., Formation of secondary organic aerosols through photooxidation of isoprene, Science, 303, 1173–1176, 2004.

Claeys, M., Wang, W., Vermeylen, R., Kourtchev, I., Chi, X., Farhat, Y., Surratt, J.D., Gómez-González, Y., Sciare, J., Maenhaut, W., Chemical characterisation of marine aerosol at Amsterdam Island during the austral summer of 2006–2007, Journal of Aerosol Science, 41, 13–22, 2010.

Daisey, J. M., Organic compounds in urban aerosols, Annals of the New York Academy of Sciences, 338, 50–69, 1980. Delmas, R., Mégie, G., Peuch, V.H., Physique et chimie de l'atmosphère, Berlin, 2005.

DeMott, P.J., Prenni, A.J., Liu, X., Kreidenweis, S.M., Petters, M.D., Twohy, C.H., Richardson, M., Eidhamme r, T., Rogers, D., Predicting global atmospheric ice nuclei distributions and their impacts on climate, Proceedings of the National Academy of Sciences U. S. A., 107, 11217, 2010. Demyttenaere, J. C. R., Moriña, R. M., Kimpe, N. D., Sandr, P., Use of headspace solid-phase microextraction and headspace sorptive extraction for the detection of the volatile metabolites produced by toxigenic Fusarium species, Journal of Chromatography, 1027(A), 147–154, 2004.

de Ridder-Duine, A. S., Smant, W., van der Wal, A., van Veen, J. A., de Boer, W., Evaluation of a simple, non-alkaline extraction protocol to quantify soil ergosterol, Pedobiologia, 50, 293–300, 2006.

74

Facchini, M. C., Decesari, S., Rinaldi, M., Carbone, C., Finessi, E., Mircea, M., Fuzzi, S., Moretti, F., Tagliavini, E., Ceburnis, D., O’Dowd, C. D., Important source of marine secondary organic aerosol from biogenic amines, Environmental Science & Technology, 42, 9116–9121, 2008.

Fernandez, C., Astier, C., Rock, E., Coulon, J.-B., Berdague, J.-L., Characterization of milk by analysis of its terpene fractions, International Journal of Food Science and Technology, 38, 445–451, 2003. Fiedler, K., Schütz, E.,

Geh, S., Detection of microbial volatile organic compounds

(MVOCs) produced by moulds on various material, International Journal of Hygiene and Environmental Health, 204, 111–121, 2001. Fischer, G., Schwalbe, R., Möller, M., Ostrawski, R., Dott, W., Species-specific production of microbial volatile organic compounds (MVOC) by airborne fungi from a compost facility, Chemosphere, 39, (5), 795–810, 1999.

Frisvad, J.C., Bridge, P.D., Arora, D. K., Chemical fungal taxonomy, Marcel Dekker Inc., New York, 1998.

Fu, P.Q., Kawamura, K., Pavuluri, C.M., Swaminathan, T., Chen, J., Molecular characterization of urban organic aerosol in tropical India: contributions of primary emissions and secondary photooxidation. Atmospheric Chemistry and Physics, 10, 2663–2689, 2010. Gelencsér, A., Mészáros, T., Blazsó, M., Kiss, Gy., Krivácsy, Z., Molnár, A., Mészáros, E., Structural characterisation of organic matter in fine tropospheric aerosol by pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry, Journal of Atmospheric Chemistry, 37 (2), 173–183, 2000. Gelencsér, A., May, B., Simpson, D., Sánchez-Ochoa, A., Kasper-Giebl, A., Puxbaum, H., Caseiro, A., Pio, C., Legrand, M., Source apportionment of PM2.5 organic aerosol over Europe: Primary/secondary, natural/anthropogenic, and fossil/biogenic origin, Journal of Geophysical Research, 112, 2007. D23S04, doi:10.1029/2006JD008094.

75

Geresdi, I., Mészáros, E., Molnár, A., The effect of chemical composition and size distribution of aerosol particles on droplet formation and albedo of stratocumulus clouds, Atmospheric Environment, 40,1845–1855, 2006.

Geron, C., Rasmussen, R., Arnts, R. R., Guenther, A., A review and synthesis of monoterpene speciation from forests in the United States, Atmospheric Environment, 34, 1761–1781, 2000.

Goldstein, A. H., Galbally, I. E., Known and unexplored organic constituents in the earth’s atmosphere, Environmental Science & Technology, 41, 1514–1521, 2007.

Gong, P., Guan, X., Witter, E., A rapid method to extract ergosterol from soil by physical disruption, Applied Soil Ecology, 17, 285–289, 2001.

Gong, S.L., Barrie, L.A., Prospero, J.M., Savoie, D.L., Ayers, G.P., Blanchet, J.P., Spacek, L., Modeling sea-salt aerosols in the atmosphere. 2. Atmospheric concentrations and fluxes, Journal of Geophysical Research, 102(D3), 3819–3830, 1997.

Gray, H.A., Cass, G.R., Huntzicker, J.J., Characteristics of atmospheric organic and elemental carbon particle concentrations in Los Angeles, Environmental Science and Technology, 20 (6) 580-589, 1986.

Griffin, R. J., Dabdub, D., Seinfeld, J. H., Estimate of global atmospheric organic aerosol from oxidation of biogenic hydrocarbons, Geophysical Research Letters, 26, 2721–2724, 1999.

Griffin, R. J., Cocker, D. R., Seinfeld, J. H., Incremental Aerosol Reactivity: Application to Aromatic and Biogenic Hydrocarbons, Environmental Science and Technology, 33, 2403– 2408, 1999.

Grosjean, D., Seinfeld, J.H., Parameterization of the formation potential of secondary organic aerosols, Atmospheric Environment, 23 (8), 1733–1747, 1989.

Guenther, A., Hewitt, C. N., Erickson, D., Fall, R., Geron, C., Graedel, T., Harley, P., Klinger, L., Lerdau, M., McKay, W. A., Pierce, T., Scholes, B., Steinbrecher, R., Tallamraju, 76

R., Taylor, J., Zimmerman, P., A Global Model of Natural Volatile Organic Compound Emissions, Journal of Geophysical Research, 100, 8873–8892, 1995.

Guenther, A., Karl, T., Harley, P., Wiedinmyer, C., Palmer, P.I., Geron, C., Estimates of global terrestrial isoprene emissions using MEGAN (Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature). Atmospheric Chemistry and Physics, 6, 3181–3210, 2006.

Hallquist, M., Wenger, J.C., Baltensperger, U., Rudich, Y., Simpson, D., Claeys, M., Dommen, J., Donahue, N.M., George, C., Goldstein, A.H., Hamilton, J.F., Herrmann, H., Hoffmann, T., Iinuma, Y., Jang, M., Jenkin, M., Jimenez, J.L., Kiendler-Scharr, A., Maenhaut, W., McFiggans, G., Mentel, T.F., Monod, A., Prévôt, A.S.H., Seinfeld, J.H., Surratt, J.D., Szmigielski, R., Wildt, J., The formation, properties and impact of secondary organic aerosol: current and emerging issues. Atmospheric Chemistry and Physics, 9, 5155– 5235, 2009.

Haywood, J. M. Boucher, O., Estimates of the direct and in-direct radiative forcing due to tropospheric aerosols: A review, Reviews of Geophysics, 38, 513–543, 2000.

Heintzenberg, J., Fine particles in the global troposphere. A review, Tellus Series B-Chemical and Physical Meteorology, 41, 2, 149-160, 1989.

Helmig, D., Ortega, J., Guenther, A., Herrick, J. D., Geron, C., Sesquiterpene emissions from loblolly pine and their potential contribution to biogenic aerosol formation in the Southeastern US, Atmospheric Environment, 40, 4150–4157, 2006.

Henze, D. K., Seinfeld, J. H., Ng, N. L., Kroll, J. H., Fu, T.-M., Jacob, D. J., Heald, C. L., Global modeling of secondary organic aerosol formation from aromatic hydrocarbons: highvs. low-yield pathways, Atmospheric Chemistry and Physics, 8, 2405–2420, 2008.

Hinds, W.C., Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles, Second Edition, Wiley, New York, 1999.

77

Hjortenkrans, D.S.T., Bergbäck, B.G., Häggerud, A.V., Metal emissions from brake linings and tires: case studies of Stockholm, Swed en 1995/1998 and 2005, Environmental Science and Technology, 41, 5224 –5230, 2007.

Hoffmann, T., Odum, J.R., Bowman, F., Collins, D., Klockow, D., Flagan, R.C., Seinfeld, J.H., Formation of organic aerosols from the oxidation of biogenic hydrocarbons. Journal of Atmospheric Chemistry, 26, 189–222, 1997. Horváth, E., Hoffer, A., Sebők, F., Dobolyi, Cs., Szoboszlay, S., Kriszt, B., Gelencsér, A., Microscopic fungi as significant sesquiterpene emission sources, Journal of Geophysical Research, 116, D16301, doi:10.1029/2010JD015523, 2011.

Hu, D., Bian, Q., Li, T.W.Y., Lau, A.K.H., Yu, J.Z., Contributions of isoprene, monoterpenes, β-caryophyllene, and toluene to secondary organic aerosols in Hong Kong during the summer of

2006.

Journal

of

Geophysical

Research-

Atmospheres,

113,

D22206.

doi:10.1029/2008JD010437. 2008.

Isidorov, V.A., Vinogorova, V.T., Rafalowski, K., HS-SPME analysis of volatile organic compounds of coniferous needle litter, Atmospheric Environment, 37, 4645–4650, 2003.

Isidorov, V., Vinogorova, V., Rafalowski, K., Gas chromatographic determination of extractable compounds composition and emission rate of volatile terpenes from larch needle litter, Atmosperic Chemistry, 50, 263–278, 2005. Isidorov, V., Purzy´nska, A., Modzelewska, A., Serowiecka, M., Distribution coefficients of aliphatic

alcohols,

carbonyl

compounds

and

esters

between

air

and

Carboxen/polydimethylsiloxane fiber coating, Analytica Chimica Acta, 560, 103–109, 2006.

Jaegle L, Quinn, P.K., Bates, T.S., Alexander, B., Lin, J-T., Global distribution of sea salt aerosols: new constraints from in situ and remote sensing observations, Atmospheric Chemistry and Physics, 11, 3137–3157. doi:10.5194/acp–11–3137–2011, 2011.

78

Jenkin, M. E., Shallcross, D. E., Harvey, J. N., Development and application of a possible mechanism for the generation of cis-pinic acid from the ozonolysis of α- and β-pinene, Atmospheric Environment, 34, 2837–2837, 2000.

Kanakidou, M., Seinfeld, J.H., Pandis, S.N., Barnes, I., Dentener, F.J., Facchini, M.C., Van Dingenen, R., Ervens, B., Nenes, A., Nielsen, C.J., Swietlicki, E., Putaud, J.P., Balkanski, Y., Fuzzi, S., Horth, J., Moortgat, G.K., Winterhalter, R., Myhre, C.E.L., Tsigaridis, K., Vignati, E., Stephanou, E.G., Wilson, J., Organic aerosol and global climate modelling: a review. Atmospheric Chemistry and Physics, 5, 1053–1123, 2005.

Kawamura, K., Sakaguchi, F., Molecular distributions of watersoluble dicarboxylic acids in marine aerosols over the Pacific Ocean including tropics, Journal of Geophysical Research, 104, 3501–3509, 1999.

Kettle, A. J., Andreae, M. O., Flux of dimethylsulfide from the oceans: A comparison of updated data sets and flux models, Journal of Geophysical Research, 105, 26 793–26 808, 2000.

Killham, K., Soil ecology, Cambridge University Press, Cambridge, 1994.

Klaver, A., Formenti, P., Caquineau, S., Chevaillier, S., Ausset, P., Calzolai, G., Osborne, S., Johnson, B., Harrison, M., Dubovik, O., Physico-chemical and optical properties of Sahelian and Saharan mineral dust: in situ measurements during the GERBILS campaign. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 137, 1193–1210, 2011.

Kleindienst, T.E., Jaoui, M., Lewandowski, M., Offenberg, J.H., Lewis, C.W., Bhave, P.V., Edney, E.O., Estimates of the contributions of biogenic and anthropogenic hydrocarbons to secondary organic aerosol at a southeastern US location. Atmospheric Environment, 41, 8288–8300, 2007.

Koch, D., Schmidt, G.A., Field, C.V., Sulfur, sea salt, and radionuclide aerosols in GISS ModelE., Journal of Geophysical Research, 111(D6), D06206. doi:10.1029/2004JD005550, 2006.

79

Korpi A., Pasanen, A.-L., Pasanen, P., Kalliokoski, P., Microbial Growth and Metabolism in House Dust, International Biodeterioration and Biodegradation, 40, 1, 1997.

Korpi, A., Fungal volatile metabolites and biological responses to fungal exposure, Doctoral dissertation 2001, Department of Environmental Sciences, University of Kuopio, 2001. Köhler, H., The nucleus in and the growth of hygroscopic droplets, Transactions of the Faraday Society, 32, 1152, 1936.

Kuske, M., Romain, A.-C., Nicholas, J., Microbial volatile organic compounds as indicators of fungi. Can an electronic nose detect fungi in indoor environments? Building and Environment, 40, 824–831, 2005.

Liousse, C., Penner, J. E., Chuang, C., Walton, J. J., Eddleman, H., Cachier, H., A global three-dimensional model study of carbonac-eous aerosols, Journal of Geophysical Research, 101(D14), 19,411–19,432, 1996.

Lohmann, U., Feichter, J., Global indirect aerosol effects: a review, Atmospheric Chemistry and Physics, 5, 715–737, 2005. Manczinger, L., Pócsi, I., Vetter, J., Gombaélettan. In: Jakucs E., Vajna L. Mikológia, Agroinform Kiadó, Budapest, 139-195, 2003.

Mahowald, N.M., Kloster, S., Engelstaedter, S., Moore, J.K., Mukhopadhyay, S., Mcconnell, J.R., Albani, S., Doney, S.C., Bhattacharya, A., Curran, M.a.J., Flanner, M.G., Hoffman, F.M., Lawrence, D.M., Lindsay, K., Mayewski, P.A., Neff, J., Rothe nberg, D., Thomas, E., Thornton, P.E., Zender, C.S., Observed 20th century desert dust variability: impact on climate and biogeochemistry, Atmospheric Chemistry and Physics, 10, 10875–10893, 2010.

Martin, F., Delaruelle, C., Hilbert, J.-L., An improved ergosterol assay to estimate fungal biomass in ectomycorrhizas, Mycological Research, 94, 1059–1064, 1990.

Martos, P. A., Pawliszyn, J., Calibration of solid phase microextraction for air analyses based on physical chemical properties of the coating, Analytical Chemistry, 69, 206–215, 1997. 80

McCubbin, D.R., Apelberg, B.J., Roe, S., Divita, F., Livestock ammonia management and particulate – related health benefits, Environmental Science and Technology, 36, 1141–1146, 2002. Mészáros E., Levegőkémia, Veszprémi Egyetemi Kiadó, Veszprém, 1997. Mészáros, E., Fundamentals of Atmospheric Aerosol Chemistry, Akadémiai Kiadó, Budapest, 1999.

Mie, G., Annales de Physic, 25, 377–445, 1908.

Monks, P., Rickard, A. R., Dentener, F. J., Jonson, J. E., Lindskog, A., Roemer, M., Schupbach, E., Friedli, T. K., Solberg, S., Trotrep, Tropospheric ozone and precursors, trends, budgets, and policy, Project Report of TROTREP, EVK2–CT–1999–00043, 2003.

Montgomery, H.J., Monreal, C.M., Young, J.C., Seifert, K.A., Determination of soil fungal biomass from soil ergosterol analyses, Soil Biology & Biochemistry, 32, 1207–1217, 2000.

Newell, S.Y., Estimating fungal biomass and productivity in decomposing litter. In: Carroll, G.C., Wicklow, D.T. (Eds.), The Fungal Community: Its Organization and Role in the Ecosystem. Marcel Dekker, New York, pp. 521–561, 1992.

Nilsson, T., Larsen, T.O., Montanarella, L., Madsena, J.O., Application of head-space solidphase microextraction for the analysis of volatile metabolites emitted by Penicillium species, Journal of Microbiological Methods, 25, 245–255, 1996.

Novakov, T., Penner, J.E., Large contribution of organic aerosols to cloud-condensationnuclei concentrations, Nature, 365, 823–826., 1993.

Nriagu, J.O., A global assessment of natural sources of atmospheric trace metals, Nature, 338, 47–49, 1989.

81

Olivier, J. G. J., Bouwman, A. F., Berdowski, J. J. M., Veldt, C., Bloos, J. P. J., Visschedijk, A. J. H., van de Maas, C. W. M., and Zandveld, P. Y. J., Sectoral emission inventories of greenhouse gases for 1990 on a per country basis as well as on 1° × 1°, Environmental Science & Policy, 2, 241–264, 1999.

Olivier, J., Bouwman, A. F., Van der Maas, C. W. M., Berdowski, J. J. M., Veldt, C., Bloos, J. P. J., Visschedijk, A. J. H., Zandveld, P. Y. J., Haverlag, J. L., Description of EDGAR Version 2.0: a set of emission inventories of greenhouse gases and ozone depleting substances for all anthropogenic and most natural sources on a per country basis and on 1° × 1° grid, RIVM Report nr. 771060002 and TNO-MEP Report nr. R96/119, 1996.

Owen, S. M., Boissard, C., Hewitt, C. N., Volatile organic compounds (VOCs) emitted from 40 Mediterranean plant species: VOC speciation and extrapolation to habitat scale, Atmospheric Environment, 35, 5393–5409, 2001.

Pacyna, J.M., In: Nriagu, J.O., Davidson, C.I. (Eds.), Toxic Metals in the Atmosphere. Wiley, New York, 1986.

Pacyna, J.M., Source inventories for atmospheric trace metals. In: Harrison, R.M., van Grieken, R.E. (Eds.), Atmospheric Particles, IUPAC Series on Analytical and Physical Chemistry of Environmental Systems, Vol. 5., Wiley, Chichester, UK, pp. 385–423, 1998.

Pankow, J.F., An absorption-model of the gas aerosol partitioning involved in the formation of secondary organic aerosol, Atmospheric Environment, 28 (2), 189–193, 1994.

Penner, J. E., et al., Aerosols, their Direct and Indirect Effects, in Climate Change 2001, The Scientific Basis - Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, edited by J. T. Houghton et al., pp. 289–348, Cambridge Univ. Press, New York, 2001.

Penner, J.E.E.A., Aerosols, their direct and indirect effects. In: Houghton, J.T., et al. (Ed.), Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 289 –348, 2001. 82

Perkowski, J., Buśko, M., Chmielewski, J., Góral, T., Tyrakowska, B., Content of trichodiene and analysis of fungal volatiles (electronic nose) in wheat and triticale grain naturally infected and inoculated with Fusarium culmorum, International Journal of Food Microbiology, 126,127–13 4, 2008. Petronilho, S., Rocha, S.M., Ramírez-Chávez, E.,

Molina-Torres, J.,

Rios-Chavez, P.,

Assessment of the terpenic profile of Callistemon citrinus (Curtis) Skeels from Mexico, Industrial Crops and Products, 46, 369–379, 2013.

Pinder, R.W., Davidson, E.A., Goodale, C.L., Greaver, T.L., Herrick, J.D., Liu, L.,Climate change impacts of US reactive nitrogen, Proceedings of the National Academy of Sciences U. S. A., 109, 20, 7671–7675, 2012.

Pruppacher, H.R., Klett, J.D., Microphysics of Clouds and Precipitation, Reidel, Dordrecht, 1980.

Putaud, J.P., Van Dingenen, R., Alastuey, A., Bauer, H., Birmili, W., Cyrys, J., Flentje, H., Fuzzi, S., Gehrig, R., Hansson, H.C., Harrison, R.M., Herrmann, H., Hitzenberger, R., Hüglin, C., Jones, A.M., Kasper- Giebl, A., Kiss, G., Kousa, A., Kuhlbusch, T.A.J., Löschau, G., Maenhaut, W., Molnar, A., Moreno, T., Pekkanen, J., Perrino, C., Pitz, M., Puxbaum, H., Quero l, X., Rodriguez, S., Salma, I., Schwarz, J., Smolik, J., Schneider, J., Spindler, G., ten Brink, H., Tursic, J., Viana, M., Wiedensohler, A., Raes, F., A European aerosol phenomenology — 3: physical and chemic al charac-teristics of particulate matter from 60 rural, urban, and kerbside sites across Europe, Atmospheric Environment, 44, 1308 – 1320, 2010.

Raes, F., Dingenen, R. V., Vignati, E., Wilson, J., Putaud, J.-P., Seinfeld, J. H., Adams, P., Formation and cycling of aerosols in the global troposphere, Atmospheric Environment, 34, 4215–4240, 2000.

Roemer, M., Trends of ozone and precursors in Europe, status report TOR2, TNO report R2001/244, 2001.

83

Rosenfeld, D., Suppression of rain and snow by urban and industrial air pollution, Science, 287, 1793–1796, 2000.

Ruzicka, S., Norman, M.D.P., Harris, J.A., Rapid ultrasonication method to determine ergosterol con-centration in soil, Soil Biology & Biochemistry, 27, 1215–1217, 1995.

Sakulyanontvittaya, T., Duhl, T., Wiedinmyer, C., Helmig, D., Matsunaga, S., Potosnak, M., Milford, J., Guenther, A., Monoterpene and Sesquiterpene Emission Estimates for the United States, Environmental Science & Technology, 42, 1623–1629, 2008.

Sato, K., Detection of nitrooxypolyols in secondary organic aerosol formed from the photooxidation of conjugated dienes under high-NOx conditions, Atmospheric Environment, 42, 6851–6861, 2008.

Seinfeld, J.H., Pandis, S.N., Atmospheric chemistry and physics. Air Pollution to Climate Change, Wiley, New York, pp. 1360, 1998.

Seinfeld, J. H., Pankow, J. F., Organic atmospheric particulate material, Annual Review of Physical Chemistry, 54, 121–140, 2003.

Smith, S.J., Van Aardenne, J., Klimont, Z., Andres, R.J., Volke, A., Delgado Arias, S., Anthropogenic sulfur dioxide emissions: 1850– 2005, Atmospheric Chemistry and Physics, 11, 1101 – 1116, 2011.

Squizzato, S., Masio l, M., Brunelli, A., Pistollato, S., Tarabotti, E., Rampaz zo, G., Pavoni, B., Factors determining the formation of secondary inorganic aerosol: a case study in the Po Valley (Italy), Atmospheric Chemistry and Physics Discussion, 12, 16377 –16406, 2012.

Tisch, D., Schmoll, M., Light regulation of metabolic pathways in fungi, Applied Microbiology and Biotechnology, 85, 1259–1277, 2010.

Tsigaridis, K., Kanakidou, M., Secondary organic aerosol importance in the future atmosphere, Atmospheric Environment, 41, 22, 4682-4692, 2007. 84

Twomey, S., Pollution and the planetary albedo, Atmospheric Environment, 8, 1251–1256, 1974. Twomey, S., The influence of the shortwave albedo of clouds, Journal of Atmospheric Science, 34, 1149–1152, 1977.

Yu, G. R., Zheng, Z. M., Wang, Q. F., Fu, Y. L., Zhuang, J., Sun, X. M., Wang, Y. S., Spatiotemporal pattern of soil respiration of terrestrial ecosystems in China: The development of a deostatistical dodel and its simulation, Environmental Science and Technology, 44, (16), 6074–6080, 2010.

Yue, X., Liao, H., Climatic responses to the shortwave and longwave direct radiative effects of sea salt aerosol in present day and the last glacial maximum, Climate Dynamics, doi: 10.1007/s00382–012–1312–5, 2012. Vichi, S., Guadayol, J. M., Caixach, J., López-Tamames, E., Buxaderas, S., Monoterpene and sesquiterpene hydrocarbons of virgin olive oil by headspace solid-phase microextraction coupled to gas chromatography/mass spectrometry, Journal of Chromatography A, 1125, 117–123, 2006.

Walker, G. M., White, N. A., Introduction to Fungal Physiology in Fungi: Biology and Applications (ed K. Kavanagh), John Wiley & Sons, Ltd., Chichester, U.K, 2011.

Weete, J. D., Structure and function of sterols in fungi, Advances in Lipid Research, 23, 115– 167, 1989.

Whelpdale, D.M., Dorling, S.R., Hicks, B.B., Summers, P.W., Atmospheric process. In: Whelpdale, D.M., Kaiser, M.S. (Eds.), Global acid deposition assessment. Report Number 106. World Meteorological Organization Global Atmosphere Watch, Geneva, pp. 7–32, 1996.

Wilkins K, Larsen K., Variation of volatile organic compound patterns of mould species from damp buildings, Chemosphere, 5, 3225–36, 1995.

85

Winterhalter, R., Neeb, P., Grossmann, D., Kolloff, A., Horie, O., Moortgat, G. K., Products and mechanism of the gas phase reaction of ozone with b-pinene, Journal of Atmospheric Chemistry, 35, 165–197, 2000.

Winterhalter, R., Van Dingenen, R., Larsen, B. R., Jensen, N. R., Hjorth, J., LC-MS analysis of aerosol particles from the ox-idation of α-pinene by ozone and OH radicals, Atmospheric Chemistry and Physics Discuss., 3, 1–39, 2003.

Whitby, K.T., The physical charasteristics of sulfur aerosols, Atmospheric Environment, 12, 135–159, 1978.

Zeringue, H.J., Bhatnagar, D., Cleveland, T.E., C15H24 volatile compounds unique to aflatoxigenic strains of Aspergillus flavus, Applied and Environmental Microbiology, 59, 2264–70, 1993.

Zhang, M., Wang, X., Chen, J., Cheng, T., Wang, T., Yang, X., Gong, Y., Geng, F., Chen, C., Physical characterization of aerosol particles during the Chinese New Year's firework events, Atmospheric Environment, 44, 5191–5198, 2010.

Zu, Y. G., Wang, W. J., Wang, H. M., Liu, W., Cui, S., Koike, T., Soil CO2 efflux, carbon dynamics, and change in thermal conditions from contrasting clear-cut sites during natural restoration and uncut larch forests in northeastern China, Climatic Change, 96, 137–159, 2010.

86

AZ ÉRTEKEZÉS TÉMÁJÁHOZ TARTOZÓ TUDOMÁNYOS KÖZLEMÉNYEK JEGYZÉKE

Lektorált nemzetközi folyóiratban megjelent közlemények: Eszter Horváth, András Hoffer, Flóra Sebők, Csaba Dobolyi, Sándor Szoboszlay, Balázs Kriszt and András Gelencsér, Microscopic fungi as significant sesquiterpene emission sources, Journal of Geophysical Research, VOL. 116, D16301, doi:10.1029/2010JD015523, 2011 (6 pages). Eszter Horváth, András Hoffer, Flóra Sebők, Csaba Dobolyi, Sándor Szoboszlay, Balázs Kriszt, and András Gelencsér, Experimental evidence for direct sesquiterpene emission from soils, Journal of Geophysical Research, VOL. 117, D15304, doi:10.1029/2012JD017781, 2012 (5 pages). Nemzetközi konferencián tartott előadások: E. Horváth, A. Hoffer, F. Sebők, Cs. Dobolyi, S. Szoboszlay, B. Kriszt, A. Gelencsér: Microscopic fungi as significant sesquiterpene emission sources, 10th International Conference on Carbonaceous Particles in the Atmospheres, Vienna, Austria, 26–30 June 2011 E. Horváth, A. Hoffer, F. Sebők, Cs. Dobolyi, S. Szoboszlay, B. Kriszt, A. Gelencsér: Microscopic fungi as significant sesquiterpene emission sources, European Aerosol Conference, Manchester, UK, 4–9 September 2011 Eszter Horváth, András Hoffer, Flóra Sebők, Csaba Dobolyi, Sándor Szoboszlay, Balázs Kriszt, András Gelencsér: Significance of sesquiterpene emission of fungi based on pure culture experiments, (poszter), 16th International Congress of the Hungarian Society for Microbiology, Budapest, Hungary, 20–22 July 2011

87

Hazai konferencián tartott előadás: Eszter Horváth, András Hoffer, Flóra Sebők, Csaba Dobolyi, Sándor Szoboszlay, Balázs Kriszt, András Gelencsér: A mikrobiális tevékenység mint a másodlagos szerves aeroszol lehetséges forrása, X. Magyar Aeroszol Konferencia, Galyatető, 2011. október 20–21.

88

A DOKTORI (PHD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

1. Globálisan

elterjedt

mikroszkopikus

gombatenyészetek

illékony

másodlagos

anyagcsere termékeinek vizsgálatára egyedi, steril áramlásos mintavételi és mérési rendszert alakítottam ki, amelyben az anyagcsere termékek megkötését szilárd fázisú mikroextrakciós technikával végeztem, a minőségi és mennyiségi meghatározást pedig GC–MS módszerrel. A létrehozott kísérleti rendszer segítségével nemzetközileg elsőként határoztam meg globálisan elterjedt mikroszkopikus gombatörzsek tenyészetéből a másodlagos szerves aeroszol képződésében meghatározó szerepet játszó szeszkviterpének emissziós fluxusát. 2. A tiszta gomba tenyészetek vizsgálatára kialakított módszerrel talajminták esetében is meghatároztam a szeszkviterpének emissziós fluxusát, amelyek a tiszta tenyészetek esetében mért értékek nagyságrendjébe estek, így megállapítottam, hogy a talajban természetes körülmények között nem számottevő a gombák által kibocsátott szeszkviterpének vesztesége. 3. Az egységnyi gomba biomasszára vonatkoztatott, illetve a kibocsátott szén-dioxidra normált szeszkviterpén emissziós fluxus alapján adott területre és időszakra vonatkozóan megbecsültem a talajlakó gombák szeszkviterpén emissziós fluxusát és megállapítottam, hogy a mikroszkopikus gombák tevékenységéből származó szeszkviterpén emisszió nem hanyagolható el az addig kizárólagos forrásnak tekintett növényi kibocsátáshoz képest.

89

THESES 1. A sterile flow-through apparatus was designed and developed for the determination of emission flux of volatile secondary metabolites from pure cultures of globally abundant microscopic fungi. The setup included solid-phase microextraction (SPME) headspace sampling as well as analysis by gas chromatography-mass spectrometry. Using the experimental setup the emission fluxes of SOA forming sesquiterpenes from pure cultures of globally abundant microscopic fungi were determined experimentally for the first time in atmospheric sciences.

2. The same experimental setup was used to measure sesquiterpene (SQT) emission fluxes from selected soil samples. The SQT emission fluxes from soils have been found to be the same order as from pure fungal cultures implying that soils may not be a significant sink for SQTs emitted from microscopic fungi.

3. For a selected region and time of the year the regional emission of SQTs was estimated based on the specific emission fluxes measured experimentally. It has been established that SQT emission from soil fungi may not be negligible compared to that from living vegetation and has to be included in future SQT inventories.

90

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Ezúton szeretnék köszönetet mondani témavezetőimnek, Gelencsér Andrásnak és Hoffer Andrásnak a munkám során nyújtott segítségért, Gelencsér Andrásnak az értékes tanácsokért, észrevételekért, a biztatásért, Hoffer Andrásnak a kísérleti munkában való közreműködésért és a dolgozat elkészítése során adott tanácsokért. Dobolyi Csabának a gombatenyészetek biztosításáért, a talajminták elemzéséért és a mikrobiológiával kapcsolatos szakmai tanácsokért. Köszönöm a dolgozat formai kialakításában nyújtott segítséget és a kitartó támogatást a férjemnek, Hajba Lászlónak.

Hajba-Horváth Eszter Veszprém, 2013.

91