Významné výsledky ÚPB

Vývoj nových metod pro uchovávání sbírkových kultur řas a sinic

Alena Lukešová, Pavel Hrouzek, Jan Kaštovský, Martin Lukeš, David Kaftan

Výzkum byl zaměřen na vývoj a standardizaci moderních zamrazovacích metod pro dlouhodobé uchovávání vědecky a biotechnologicky významných kmenů řas a sinic při zachování jejich genetické stability. V rámci projektu podpořeného EU jsme otestovali přes 300 kmenů půdních řas a sinic ze všech hlavních taxonomických a morfologických skupin typů a různých geografických oblastí. U problematických a "cryopreservation recalcitrantních" druhů jsme nejmodernějšími technikami (kryomikroskopie, diferenciální skanovací kalorimetrie, FluorCam, TEM, GC) studovali mechanismy jejich poškození při zamrazování. Objasnění těchto mechanismů pak vedlo k vyvinutí nových kryoprezervačních metod, postupů a protokolů, které umožnily úspěšnou kryoprezervaci druhů, nepřežívajících žádné dosud známé kryoprezervační postupy. Pro uchování některých problematických kmenů se ukázala slibnou alternativní kryoprezervační metoda využívající různě osmoticky a vzdušně vysoušené alginátové kuličky se suspenzí řas. Zajímavých a snadno prakticky aplikovatelných výsledků bylo dosaženo při studiu vlivu chladové aklimace řas na přežívání nízkých (do -40°C) a ultranízkých teplot (do -196°C), který se ukázal druhově a kmenově specifický. Na širokém spektru druhů jsme otestovali řadu metod na zjišťování životaschopnosti a "recovery" po kryoprezervaci. Vyvinuli jsme dvě nové nedestruktivní metody, založené na digitálním zobrazování nárostu řas (NAJA Image Analysis) či na měření fotosyntetické aktivity řas a reverzibility poškození fotosyntetického aparátu s využitím kinetické fluorescenční kamery. Druhá z metod byla vybrána pro validační experimenty prováděné v několika evropských sbírkách. Výsledky byly představeny v 22 příspěvcích na 9 mezinárodních vědeckých konferencích.

Emise oxidu dusného a methanu z půdy pastvin

Miloslav Šimek, Petr Brůček, Jiří Čuhel, Dana Elhottová, Jaroslav Hynšt, Alica Chroňáková, Václav Krištůfek, Anna Němcová, Hana Šantrůčková, Eva Uhlířová

Oxid dusný a methan jsou významné tzv. skleníkové plyny a účastní se i odbourávání ozonu ve stratosféře. K jejich největším zdrojům patří mikrobiální procesy přeměn dusíku a uhlíku v půdách. Zjistili jsme, že velkým zdrojem oxidu dusného a pravděpodobně i methanu jsou půdy pastvin a zimoviště skotu. Vzhledem k velké koncentraci zvířat, akumulaci výkalů a změnám ve struktuře půdy se zde tvoří mnoho plynných metabolitů, který posléze emitují do atmosféry. Dusík a další živiny, které se v půdě hromadí během zimy, jsou intenzivně metabolizovány půdními mikroorganismy především za příznivých podmínek (teplota, vlhkost atd.) v jarním období, kdy vzniká většina emisí. Dochází tak nejen k velkým ztrátám živin z ekosystému, ale i ke znečistění atmosféry oxidem dusným, methanem a dalšími stopovými plyny. Významným výsledkem, zejména s ohledem na praktické možnosti snížení tvorby oxidu dusného v zemědělských půdách, je také zjištění, že emise oxidu dusného velmi pravděpodobně souvisejí s pH půdy: při vyšším pH se relativně snižují (a narůstá podíl molekulárního dusíku). Intenzívně studujeme také tvorbu methanu methanogenními archae a oxidaci methanu v povrchové vrstvě půdy s využitím nejmodernějších metodických přístupů a metod molekulární biologie. Výsledky byly publikovány v posledních 5 letech v cca 20 publikacích včetně 5 v mezinárodních vědeckých časopisech a představeny v 16 dalších příspěvcích na 8 mezinárodních konferencích.

Akumulace dobytka na pastvinách vytváří předpoklady pro akceleraci půdních mikrobiálních procesů a v důsledku vede k emisím skleníkových plynů z půd do atmosféry. Zemědělské půdy jsou významným zdrojem emisí oxidu dusného i methanu.

Emise plynů z půd jsou regulovány řadou faktorů prostředí. Mezi významné kontrolní faktory patří pórovitost půdy a obsah vody v půdních pórech. Snímek znázorňuje měření rychlosti zasakování vody do půdy pastviny, v pozadí jsou komory na měření emisí plynů.

Kontakt: prof. Ing. Miloslav Šimek, CSc., tel. 385 310 174, 723 734 722, email: misim@upb.cas.cz

Diverzita půdního mikrobiálního společenstva během primární sukcese na hnědouhelných výsypkách

Dana Elhottová, Stanislav Malý, Václav Krištůfek, Alica Chroňáková, Jan Frouz, Jiří Kalčík

Nové poznatky o kvalitativní a kvantitativních změnách půdního mikrobiálního společenstva in situ v různé fázi primární sukcese na nerekultivovaných výsypkách (Velká podkrušnohorská výsypka, Sokolovská uhelná s.r.o.) po ukončení těžby hnědého uhlí byly získány během tříletého výzkumu. Bylo popsáno původní aktivní i odumřelé fosilní společenstvo čerstvě vytěženého výsypkového substrátu (Miocénní netoxický jezerní sediment, s převahou tzv. cyprisových jílů) a následné změny společenstva v iniciálním (0- 3 roky), raném (10-12 let), středním (20-22 let) a pokročilém (42-44 let) sukcesním stádiu. Skladba bakteriálního společenstva iniciálního stádia naznačila výskyt biotechnologicky významných druhů. Zásadní kvalitativní změny, spočívající ve zvýšené strukturní, funkční a druhové diverzitě společenstva, byly zjištěny po uplynutí deseti let od nasypání substrátu. Originální výsledky přineslo porovnání sukcesních změn mikrobiálního společenstva v povrchové (0-5 cm) a minerální (10-15 cm) vrstvě substrátu. Byly determinovány nejvýznamnější faktory vyvíjejícího se půdního prostředí zodpovědné za sukcesní změny její mikrobiální složky. Byly navrženy modely uplatněné v primární sukcesi studovaného společenstva. Neméně důležitým byl i metodický přínos projektu, spočívají v porovnání moderních technik vhodných k studiu mikrobiálních společenstev in situ a zavedení nových vhodných přístupů.

Pastva jako prostředek údržby trvalých travních porostů v CHKO

Karel Tajovský, Václav Pižl, Josef Starý, Jiří Schlaghamerský, Petr Kment, Igor Malenovský, Květoslav Resl, František Chládek

Výsledky ukázaly, že z hlediska půdní fauny i entomofauny nepředstavuje pastevní hospodaření jednoznačně negativní faktor vedoucí k ochuzování a degradaci těchto typů biotopů. Intenzivní pastva může v různé míře snižovat hustoty některých druhů pancířníků, žížal, mnohonožek, suchozemských stejnonožců a dalších zástupců půdní fauny a rovněž i hmyzích zástupců potravně vázaných na nadzemní vegetaci. Intenzivní pastevní hospodářství eliminuje především druhy specificky vázané na povrchové struktury nepasených lučních porostů, současně podporuje šíření nespecifických euryvalentních druhů živočichů a může obohacovat půdní faunu a entomofaunu např. o druhy preferující exkrementy pasených zvířat. Pro zachování přirozených poměrů v ochranářsky významných travních ekosystémech napomáhá diverzifikace stanovištních podmínek v souvislosti s méně intenzivní pastvou a střídáním kosených a pasených ploch k udržování druhové rozmanitosti jak společenstev půdních bezobratlých živočichů, tak entomofauny vázané na travní a bylinnou vegetaci. Ukazuje se, že obě extrémní polohy obhospodařování, tj. intenzivní pastva a intenzivní velkoplošné kosení stejně jako ponechání travních porostů zcela bez jakýchkoliv zásahů, mají daleko větší negativní dopad na vývoj diverzity maloplošně chráněných travních biotopů než extenzivní pastva a vhodně volené kosení pozemků a kombinace obou způsobů managementu.