A MIKROSZKOPIKUS GOMBÁK, MINT A MÁSODLAGOS SZERVES AEROSZOL ELŐVEGYÜLETEINEK LEHETSÉGES FORRÁSAI Doktori (PhD) értekezés tézisei 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 Veszprém 2013
1. BEVEZETÉS ÉS CÉLKITŰZÉSEK Az illékony szerves vegyületekből képződő másodlagos szerves aeroszol a légköri aeroszol számottevő hányadát teszi ki. Részt vesz a globális sugárzási mérleg, így a Föld éghajlatának alakításában. A légkörben betöltött jelentős szerepe miatt 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. Az elővegyületekként szolgáló, illékony szerves vegyületek globális emissziójára vonatkozó becsléseknek rendkívül nagy a bizonytalanságuk. A jelenlegi globális mérlegekben az elővegyületek meghatározó forrásaként a növénytakarót, elsősorban a tűlevelű erdőket tartják számon. Közismert, hogy a szén biogeokémiai körforgásában meghatározó szerepet töltenek be a mikroszkopikus gombák nemzetségei. Korábbi, automatikus detektálási rendszer kifejlesztését célzó vizsgálatok elterjedt terménykárosító, toxinokat és allergéneket termelő gombanemzetségek anyagcseretermékei között mono- és szeszkviterpének jelenlétét mutatták ki. Figyelembe véve a másodlagos szerves aeroszol elővegyületek bizonyított gyakoriságát a legelterjedtebb mikroszkopikus gombák másodlagos anyagcseretermékei között és ugyanazon fajok jelentős szerepét a szén globális biogeokémiai ciklusában, célul tűztem ki elterjedt gombafajok esetében a másodlagos szerves aeroszol képződésében meghatározó jelentőségű szeszkviterpének kibocsátási fluxusának mennyiségi meghatározását. Ezen túlmenően célom volt a talajok szimulált környezeti feltételek közötti szekszviterpén emissziójának meghatározása valamint a folyamat légköri jelentőségének felmérése a másodlagos aeroszol elővegyületeinek ismert forrásaival való összehasonlításban. Az általam összeállított kísérleti rendszerben globálisan elterjedt gombafajok szeszkviterpén emisszióját határoztam meg és összevetettem a növényzet, mint eddig ismert forrás kibocsátásával. Azonos körülmények között talajminták esetében is elvégeztem a szeszkviterpén emissziós fluxus meghatározását. Eredményeimet a rendelkezésre álló irodalmi adatok feldolgozásával összevetettem a növényzetből származó emisszióval, amelyet eddig a globális mérlegekben a másodlagos szerves aeroszol elővegyületeinek meghatározó forrásaként tartottak számon. 2
2. FELHASZNÁLT ESZKÖZÖK Nyolc mikroszkopikus gombatörzset vizsgáltam az általam kialakított steril áramlási rendszerben. A vizsgálataimhoz használt törzsek izolálása a Szent István Egyetem Környezetvédelmi és Környezetbiztonsági Tanszékén történt a helyi törzsgyűjteményből. Ugyanebben az áramlási rendszerben egyedileg készített mintavevővel gyűjtött Balatonfelvidékről származó talajminták vizsgálatát is elvégeztem. A vizsgált tenyészetek és a talajminták által kibocsátott illékony másodlagos anyagcsere termékek megkötése szilárd fázisú mikroextrakciós (solid phase microextraction, SPME) technikával történt. Az általam használt eszköz három darab 100 µm vastagságú polidimetil-sziloxán (PDMS) szorbens réteggel ellátott adszorbens típusú SPME szál (23 ga, SUPELCO, térfogata 6,36 10 4 ml). 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. 3
3. A TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK ÖSSZEFOGLALÁSA I. 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. II. 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. III. 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. 4
4. PUBLIKÁCIÓK, ELŐADÁSOK 4. 1. PUBLIKÁCIÓK 1. 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, 116, (2011) D16301, (6 pages) doi:10.1029/2010jd015523 2. 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, 117, (2012) D15304, (5 pages) doi:10.1029/2012jd017781, 2012 5
4.2. KONFERENCIA ELŐADÁSOK 4.2.1. NEMZETKÖZI KONFERENCIA ELŐADÁSOK 1. E. Horváth, A. Hoffer, F. Sebők, Cs. Dobolyi, S. Szoboszlay, B. Kriszt, A. Gelencsér: Microscopic fungi as significant sesquiterpene emission sources, 10 th International Conference on Carbonaceous Particles in the Atmospheres, Vienna, Austria, 26 30 June 2011 2. 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 3. 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, (poster), 16 th International Congress of the Hungarian Society for Microbiology, Budapest, Hungary, 20 22 July 2011 4.2.2. MAGYAR NYELVŰ KONFERENCIA ELŐADÁSOK 4. 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. 6