Jedním z hlavních úkolů Rámcové smlouvy o spolupráci mezi Akademií věd ČR a Pardubickým krajem je problematika životního prostředí, kterou řeší Laboratoř environmentální mikrobiologie Mikrobiologického ústavu AV ČR. Projekt se zaměřuje na sledování a hodnocení vlivu průmyslových odpadů na mikrobiální procesy v půdě.
Znečištění životního prostředí různými polutanty, které jsou důsledkem průmyslové činnosti, například polycyklickými aromatickými uhlovodíky, odpady z výroby syntetických barviv, výbušnin, polychlorovanými bifenyly, ropnými látkami, pesticidy atd., se hodnotí převážně z hlediska jejich negativního vlivu na zdravotní rizika lidské populace nebo variabilitu a výskyt rostlinných a živočišných druhů. Mnohem méně pozornosti se ale věnuje studiu antropogenních zátěží na strukturu, funkci a diverzitu mikrobiálních společenstev. Je nutné si uvědomit, že mikrobiální a především půdní společenstva jsou jedním z hlavních prvků ovlivňujících celou řadu ekologických funkcí, které utvářejí životní prostředí. Jejich narušení má tudíž negativní dopad na stabilitu půdního prostředí a následně celého ekosystému. Ke klíčovým procesům patří rozklad přirozených organických látek, obecně lignocelulos, jež vedou ke tvorbě půdní organické hmoty.
Vhodným modelem pro studium těchto vztahů je okolí chemického závodu Synthesia, a. s., Semtín. Znečištění zde představuje tzv. starou zátěž, která je kontaminována dlouhodobou průmyslovou činností a tvoří ji směsi širokého spektra látek. V těchto lokalitách je prakticky nemožné identifikovat nebo analyzovat obsah jednotlivých znečišťujících látek metodami chemické analýzy. Alternativou pro odhad rizika je vyhodnocení stupně narušení funkce ekosystému na základě bioindikátorů, tj. přítomnosti specifických mikroorganismů a jejich extracelulárních enzymů.
Po konzultaci v závodě jsme vybrali tři lokality s různým stupněm znečištění.
Jako střední úroveň znečištění jsme zvolili areál Synthesie, vysoký stupeň znečištění znázorňovalo odkaliště a jako kontrolní lokalita bez znečištění nám posloužila obec Černá u Bohdanče. Na všech stanovištích jsme odebrali vzorky půdních profilů do hloubky 5–10 cm. Ve vzorcích jsme pak sledovali zastoupení hub a bakterií, jejich biomasu, aktivitu a kvantifikaci produkce extracelulárních enzymů. Důraz jsme kladli především na enzymy, které se podílejí na transformaci půdní organické hmoty, tj. oxidativní a hydrolytické enzymy rozkládající celulózu a hemicelulózy, a enzymy, jež se podílejí na metabolismu dusíku a síry. Stanovení enzymů v půdním prostředí je poměrně komplikované, a studium proto zahrnovalo i vývoj a optimalizaci postupů extrakce a měření jejich aktivity. Bakteriální a houbová biomasa byla stanovena pomocí lipidických biomarkerů, tj. obsahu ergosterolu a fosfolipidických mastných kyselin specifických pro tyto taxony.
Z výsledků složení mikrobiální biomasy je zřejmé, že největší množství mikroorganismů je přítomno v půdě kontaminovaných lokalit, což je především patrné na nejvíce zatíženém odkališti. To je způsobeno zejména vysokým podílem bakteriální složky společenstva. Biomasa hub je ve všech lokalitách srovnatelná, avšak relativní podíl hub na celkové biomase společenstva je nejvyšší v kontrolní lokalitě. Tato skutečnost je v souladu s předpokladem, protože houby jsou ke znečištění prostředí mnohem citlivější než bakterie. Odpovídají tomu i výsledky enzymových analýz. Aktivity celulolytických enzymů produkovaných houbami jsou nejnižší na kontaminovaných lokalitách, což indikuje pomalejší rozklad rostlinného materiálu.
Výsledkem kontaminace je tedy jak změna složení mikrobiálního společenstva, tak i ovlivnění rychlosti mikrobních procesů zprostředkovaných enzymovou katalýzou.
Srovnávací studium kontaminovaných půdních ekosystémů s analogickými nenarušenými lokalitami, které by měly definovat cílový stav ekosystémů po odstranění kontaminace, je dlouhodobá záležitost. V dalším období spolupráce mezi Pardubickým krajem a AV ČR se budou sledovat ekotoxikologické parametry a respirometrické analýzy, které umožní detailnější charakteristiku fungování mikrobiálních společenstev.
František Nerud,
Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.
Znečištění životního prostředí různými polutanty, které jsou důsledkem průmyslové činnosti, například polycyklickými aromatickými uhlovodíky, odpady z výroby syntetických barviv, výbušnin, polychlorovanými bifenyly, ropnými látkami, pesticidy atd., se hodnotí převážně z hlediska jejich negativního vlivu na zdravotní rizika lidské populace nebo variabilitu a výskyt rostlinných a živočišných druhů. Mnohem méně pozornosti se ale věnuje studiu antropogenních zátěží na strukturu, funkci a diverzitu mikrobiálních společenstev. Je nutné si uvědomit, že mikrobiální a především půdní společenstva jsou jedním z hlavních prvků ovlivňujících celou řadu ekologických funkcí, které utvářejí životní prostředí. Jejich narušení má tudíž negativní dopad na stabilitu půdního prostředí a následně celého ekosystému. Ke klíčovým procesům patří rozklad přirozených organických látek, obecně lignocelulos, jež vedou ke tvorbě půdní organické hmoty.
Vhodným modelem pro studium těchto vztahů je okolí chemického závodu Synthesia, a. s., Semtín. Znečištění zde představuje tzv. starou zátěž, která je kontaminována dlouhodobou průmyslovou činností a tvoří ji směsi širokého spektra látek. V těchto lokalitách je prakticky nemožné identifikovat nebo analyzovat obsah jednotlivých znečišťujících látek metodami chemické analýzy. Alternativou pro odhad rizika je vyhodnocení stupně narušení funkce ekosystému na základě bioindikátorů, tj. přítomnosti specifických mikroorganismů a jejich extracelulárních enzymů.
Po konzultaci v závodě jsme vybrali tři lokality s různým stupněm znečištění.
Jako střední úroveň znečištění jsme zvolili areál Synthesie, vysoký stupeň znečištění znázorňovalo odkaliště a jako kontrolní lokalita bez znečištění nám posloužila obec Černá u Bohdanče. Na všech stanovištích jsme odebrali vzorky půdních profilů do hloubky 5–10 cm. Ve vzorcích jsme pak sledovali zastoupení hub a bakterií, jejich biomasu, aktivitu a kvantifikaci produkce extracelulárních enzymů. Důraz jsme kladli především na enzymy, které se podílejí na transformaci půdní organické hmoty, tj. oxidativní a hydrolytické enzymy rozkládající celulózu a hemicelulózy, a enzymy, jež se podílejí na metabolismu dusíku a síry. Stanovení enzymů v půdním prostředí je poměrně komplikované, a studium proto zahrnovalo i vývoj a optimalizaci postupů extrakce a měření jejich aktivity. Bakteriální a houbová biomasa byla stanovena pomocí lipidických biomarkerů, tj. obsahu ergosterolu a fosfolipidických mastných kyselin specifických pro tyto taxony.
Z výsledků složení mikrobiální biomasy je zřejmé, že největší množství mikroorganismů je přítomno v půdě kontaminovaných lokalit, což je především patrné na nejvíce zatíženém odkališti. To je způsobeno zejména vysokým podílem bakteriální složky společenstva. Biomasa hub je ve všech lokalitách srovnatelná, avšak relativní podíl hub na celkové biomase společenstva je nejvyšší v kontrolní lokalitě. Tato skutečnost je v souladu s předpokladem, protože houby jsou ke znečištění prostředí mnohem citlivější než bakterie. Odpovídají tomu i výsledky enzymových analýz. Aktivity celulolytických enzymů produkovaných houbami jsou nejnižší na kontaminovaných lokalitách, což indikuje pomalejší rozklad rostlinného materiálu.
Výsledkem kontaminace je tedy jak změna složení mikrobiálního společenstva, tak i ovlivnění rychlosti mikrobních procesů zprostředkovaných enzymovou katalýzou.
Srovnávací studium kontaminovaných půdních ekosystémů s analogickými nenarušenými lokalitami, které by měly definovat cílový stav ekosystémů po odstranění kontaminace, je dlouhodobá záležitost. V dalším období spolupráce mezi Pardubickým krajem a AV ČR se budou sledovat ekotoxikologické parametry a respirometrické analýzy, které umožní detailnější charakteristiku fungování mikrobiálních společenstev.
František Nerud,
Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.
English
