ON-LINE KVANTIFIKACE SINIC V SUROVÉ VODĚ Mgr. ZLATICA NOVOTNÁ Doc. Ing. BLAHOSLAV MARŠÁLEK, CSc. Ing. MARTIN TRTÍLEK Ing. TOMÁŠ RATAJ CENTRUM PRO CYANOBAKTERIE A JEJICH TOXINY, BÚ AVČR Photon System Instrument, Brno Centrum pro bioindikaci a revitalizaci
CYANOBAKTERIE (SINICE)
Masový rozvoj na řadě vodárenských nádrží Produkce toxických, karcinogenních, alergenních metabolitů Nutnost pečlivého sledování cyanobakterií a jejich toxinů před vstupem do vodárenského procesu
BIOMASA CYANOBAKTERIÍ Presumpce viny – je-li přítomna biomasa sinic – je zde toxický potenciál!!!
+
Jak sledovat výskyt metabolitů sinic v pitné vodě? DETEKCE
cyanobakterií Mikroskopie Chlorofyl-a Fluorescence pigmentů Flowcytometrie
cyanotoxinů HPLC ELISA
ALGAL ONLINE MONITOR (AOM) PRINCIP fluorescence chl-a rychlá indukční křivka chl-a HODNOCENÍ množství biomasy sinic a řas (chl-a, µg/L) fyziologický stav buněk
kontinuální měření vysoká citlivost přenos dat přes GSM PSI, Photon System Instruments, Brno
Princip technologie : FLUORESCENCE PIGMENTŮ některé látky (fluorofory) po ozáření (excitaci) světlem určité vlnové délky vyzařují (emitují) světlo jiné vlnové délky λemit > λexcit.
LIGHT (λ)
excitace
emise
LIGHT (λ+x)
FLUORESCENCE A FYTOPLANKTON fluorescence chl-a a přídatných pigmentů fytoplanktonu
potenciál pro rozlišení různých spektrálních skupin fytoplanktonu SKUPINA
PIGMENT
EXCITACE (nm)
EMISE (nm)
Chlorophyta
Chlorofyl a
400 - 530
640 - 690
Cyanobacteria
Fykocyanin
590 - 630
640 - 690
FLUORESCENČNÍ INDUKČNÍ JEV
změna intenzity fluorescence chl-a v čase (temnostní adaptace - ozáření aktinickým světlem)
KAUTSKÉHO EFEKT přímo souvisí se stavem fotosyntetického aparátu charakteristický tvar fyziologický stav PSII
Fo, Fm, Fv/FM, OJIP-křivka, FixArea
VÝHODY (SPEKTRO)FLUOROMETRIE
kvantitativní + kvalitativní charakteristika fytoplanktonu (množství biomasy, příslušnost ke skupině, fyziolog.stav)
rychlá metoda (velké množství vzorků, vertikálni profil vodního sloupce) citlivá neinvazivní, in-situ měření (není nutný transport vzorků) snadná (odpadá předpříprava vzorků, user friendly) výsledky srovnatelné se standardními metodami rozlišení řas a sinic nízké provozní náklady KONTINUÁLNÍ ON-LINE MONITORING VODNÍHO EKOSYSTÉMU
... A NEVÝHODY? :-)
vztah mezi koncentrací chl-a (aj. pigmenty) a biomasou nemusí být lineární: je ovlivňován více faktory (stáří populace, fyziologický stav buněk, živiny, teplota, světlo...)
přítomnost velkých kolonií, hustá biomasa, zákal interpretace Kautskeho křivky, nespecifická odezva VÝHODY V PRAXI PŘEVAŽUJÍ!!!
CÍL: OVĚŘENÍ AOM V TERÉNU
Jundrov VN Mostiště VN Vír
kontinuální měření přenos dat přes GSM
MATERIÁL A METODY AOM – kontinuální měření nastavených parametrů po hodině ODBĚR REFERENČNÍCH VZORKŮ PRO STANOVENÍ:
počtu buněk (fixace formaldehydem, zahušťování vakuovou filtrací, epifluorescenční mikroskop) obsahu chlorofylu (sonda FluoroProbe, ISO 10 260) taxonomie (určení dominant)
KALIBRACE AOM
Fblue= 624 415*R+25 305*S+86 976 Fambre= 155 296*S+74 589*R-250 132
60 000 000 y = 624475x + 120729 R2 = 0,9997
50 000 000 AOM-Fluorescence (r.u.)
Raphidocelis subcapitata Microcystis aeruginosa
Kalibrace: RAPHIDOCELIS SUBCAPITATA
40 000 000 30 000 000 20 000 000 y = 74589x - 9273,5 R2 = 1
10 000 000 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
FluoroProbe Chlorophyl-a (ug/L)
Kalibrace: MICROCYSTIS AERUGINOSA
S = sinice R = eukaryotické řasy
14 000 000 12 000 000 AOM-Fluorescence (r.u.)
výpočet kalibračních rovnic ze soustavy rovnic
y = 155269x - 240859 R2 = 0,9825
10 000 000 8 000 000 6 000 000 4 000 000
y = 25305x - 33753 R2 = 0,9852
2 000 000 0 0
10
20
30
40
50
60
FluoroProbe Chlorophyl-a (ug/L)
70
80
LIMIT DETEKCE A KVANTIFIKACE
vychází z měření blanku, odvíjí se od směrodatné odchylky MICROCYSTIS
LIMIT
detekce kvantifikace
VÝPOČET
3σ 10 σ
RAPHIDO
buňky buňky chl-a (počet/ml) (µg/L) (počet/ml)
200 650
0,020 0,070
25 80
chl-a (µg/L)
0,015 0,050
ONLINE MĚŘENÍ – VN Mostiště AOM - vodárenská nádrž MOSTIŠTĚ, 16. - 18.9.2009 17. září 2009
18. září 2009 1 0,9 0,8 0,7 0,6
chlorofyl-a (ug/L)
25 20 15
0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
10 5
0: 07 2: 08 4: 08 6: 09 8: 10 10 :1 0 12 :1 1 14 :1 2 16 :1 2 18 :1 3 20 :1 4 22 :1 4 0: 15 2: 16 4: 16 6: 17 8: 18 10 :1 9 12 :2 0 14 :2 2 16 :2 1 18 :2 2 20 :2 2 22 :2 3 0: 24 2: 24 4: 25 6: 25 8: 25 10 :2 5 12 :2 8 14 :2 8 16 :2 9 18 :2 9 20 :3 0 22 :3 0
0
max kvantový výtěžek fotochem. procesů
16. září 2009 30
čas
dominanta: Staurastrum cirkadiánní rytmus fytoplanktonu vysoký max. kvantový výtěžek fotochem. procesů řas (cca 0,7)
AOM sinice AOM řasy FP sinice FP řasy Fv/Fm_řasy
ONLINE MĚŘENÍ – VN Vír AOM - vodárenská nádrž VÍR, 29.9., 7.10., 16.10. 2009 29. září 2009
07. říjen 2009
16. říjen 2009
6,0
1,0
chlorofyl-a (ug/L)
0,8 0,7
4,0
0,6 0,5
3,0
0,4 2,0
0,3 0,2
1,0
max kvantový výtěžek žek fotochem. procesů
0,9 5,0
AOM sinice AOM řasy Fv/Fm_sinice Fv/Fm_řasy
0,1 0,0
0: 01 2: 02 4: 04 6: 07 8: 09 10 :1 3 12 :1 5 14 :1 7 16 :2 1 18 :2 4 20 :2 6 22 :2 8 0: 16 2: 18 4: 20 6: 24 8: 27 10 :3 0 12 :3 2 14 :3 4 16 :3 9 18 :4 1 20 :4 4 22 :4 6 0: 06 2: 08 4: 10 6: 13 8: 16 10 :2 0
0,0
čas
dominanta: Microcystis (kolonie) čerpání vody jen v určitém čase zachycen nárůst sinic (sedimentace z hladiny 16.10.)
ZÁVĚRY
AOM provozuschopný v různých podmínkách, kontinuální měření, on-line dálkový export dat do laboratoře přes GSM
Kvantita biomasy, rozlišení sinic a řas, životaschopnost buněk (interpretace Kautského křivky)
Velmi nízké limity detekce: CITLIVÉ ZAŘÍZENÍ PRO VČASNÉ VAROVÁNÍ vodárny před sinicemi a jejich toxiny!!!
Současná doba – vývoj softwaru
Centrum pro cyanobakterie a jejich toxiny SZU Praha, CzWA, Limnologická společnost, EnviWeb, Vodní hospodářství, ASIO Brno
Konference: CYANOBAKTERIE 2010 16. – 17. června 2010 Místo konání: Hotel Žebětínský dvůr, Brno
Technologie pro odstranění a recyklaci fosforu Řízení kvality povrchových vod Regulace přívalových srážek Novinky v oblasti toxinů sinic Ekologie a životní cykly cyanobakterií Případové studie, ekologické vzdělávání a popularizace problematiky kvality povrchových vod
www.sinice.cz
