Loading...
Projekti / Programi vir: ARRS

NADZOROVANJE ŠKODLJIVEGA CVETENJA CIANOBAKTERIJ V SLADKOVODNIH TELESIH

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
1.08.00  Naravoslovje  Varstvo okolja   

Koda Veda Področje
B260  Biomedicinske vede  Hidrobiologija, morska biologija, ekologija voda, limnologija 

Koda Veda Področje
1.05  Naravoslovne vede  Zemlja in okolje 
Ključne besede
Eutrificirana vodna telesa, cianobakterije, škodljivo cvetenje, cianotoksini, daljinsko površinsko kroženje, litični cikel cianobakterij, energijsko neodvisna platforma
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (8)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacij
1.  22616  dr. Tina Eleršek  Biologija  Raziskovalec  2013 - 2016  238 
2.  25506  dr. Neža Finžgar  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2013 - 2016  85 
3.  34406  dr. Maša Jelušič  Rastlinska produkcija in predelava  Mladi raziskovalec  2013  15 
4.  08259  dr. Domen Leštan  Rastlinska produkcija in predelava  Vodja projekta  2013 - 2016  389 
5.  35228  dr. Tinkara Rozina  Varstvo okolja  Raziskovalec  2013 - 2016  48 
6.  07736  dr. Bojan Sedmak  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2013 - 2016  231 
7.  17780  Viljem Šijanec    Tehnični sodelavec  2014 - 2016 
8.  31993  dr. David Voglar  Varstvo okolja  Mladi raziskovalec  2013  19 
Organizacije (3)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacij
1.  0105  Nacionalni inštitut za biologijo  Ljubljana  5055784  13.166 
2.  0481  Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta  Ljubljana  1626914  64.100 
3.  3031  ENVIT okoljske tehnologije in inženiring d.o.o.  Ljubljana  3668541  163 
Povzetek
Zaradi čedalje večjega vnosa hranil v vodna telesa ter kot posledica višjih temperatur zaradi klimatskih sprememb, se cvetenje škodljivih cianobakterij v svetu pojavlja čedalje pogosteje. Svetovna zdravstvena organizacija in nacionalne zakonodaje priporočajo različne varnostne ukrepe, ki obsegajo spremljanje in nadzorovanje cianobakterijskih cvetenj. Podobno predlog nove direktive Evropskega parlamenta in Sveta Evrope posebej izpostavlja ugotavljanje prisotnosti fitoplanktonskih cvetenj. V Sloveniji so v letih 1994-2001 cvetenje cianobakterij opazili vsaj v 35 slakovodnih telesih. Najbolj ogrožena so Blejsko, Velenjsko, Dvojno triglavsko, Šmartinsko, Slivniško, Perniško, Lendavsko, Gajševsko, Ptujsko jezero, zadrževalnik vode Klivnik, rečne akumulacije Mavčiče in Vrhovo, ter manjša vodna zajetja in akumulacije.  V poletnem času populacije cianobakterij v toplih, počasi tekočih vodah lahko rastejo zelo hitro in v jezerski flori popolnoma prevladajo. Kot ekološko prednost pred ostalimi algami izkoriščajo sposobnost regulacije plovnosti in s tem položaja v vodnem stolpcu, s čimer dosegajo sončno svetlobo in hranila v za njih optimalnem položaju. Med cvetenjem cianobakterij se običajno tvorijo cianotoksini, ki spadajo med najnevarnejše strupe. Sčasoma naravni pogoji privedejo do postopnega kolapsa cvetenja in sproščanja toksinov. Učinke cianotoksinov na višje organizme opisujemo kot hepatotoksičnost, nevrotoksičnost, dermatotoksičnost, genotoksičnost in splošno inhibicijo proteinske sinteze. Pri oceni tveganja za zdravje ljudi je morda najpomembnejša genotoksičnost mikrocistinov in njihovo učinkovanje na različne notranje organe višjih organizmov. Čeprav so o zbolevnost in smrti živali po svetu poročali že konec 19. stoletja, so šele konec tega stoletja upravljalci vodnih virov in širša javnost začeli spoznavati negativne učinke cianotoksinov na okolje in na zdravje ljudi Prvi nujen ukrep za zmanjševanja pojavljanja cianobakterij in njihovih toksinov v površinskih vodah je preprečevanje evtrofikacije. Nadaljnji konvencionalnimi postopki: usedanje, koagulacija, flokulacija, kloriranje, dodajanje CuSO V projektu bomo preizkusili dva inovativna pristopa preprečevanja cvetenja cianobakterij, ki temeljita na izrabi njihovih ekoloških posebnostih. Raziskali bomo učinkovitost daljinskega površinskega kroženja, ki je preventivna metoda in temelji na razplastitvi temperaturno stratificiranih vodnih mas in s tem hidrološkem motenju cianobakterij, ne povzroča pa celične smrti in sproščanja toksinov. Druga metoda temelji na strateškem proženju litičnega cikla pri lizogenih cianobakterijah v prostorsko ločenih delih populacije in sproščanju virusov, ki kot virusna epidemija zajamejo celotno populacijo. Kot sprožilec litičnega cikla cianobakterij predlagamo oksidacijo celičnih membran s hidroksilnimi radikali ali s H Nadzorovanje strupenega cvetenja cianobakterij je kritično pomembno za varno upravljanje vodnih teles. S projektom bomo raziskali možnost rešitve problema z inovativnim, ekološko holističnim pristopom. Konzorcij javnih in privatne raziskovalne organizacije bo zagotavil učinkovit prenos znanja in tehnologij za bodočo aplikacijo in komercializacijo tehnologije, ki je v splošnem javnem interesu varovanja zdravja ljudi in okolja. Multidisciplinarni tim visoko usposobljenih biologov, biokemika, ekologov, okoljskih inženirjev in tehniškega fizika bo omogočil sinergijo različnih raziskovalnih pristopov.
Pomen za razvoj znanosti
Obstoječe metode izvajanja monitoringa fitoplanktona imajo omejene možnosti celovitega prostorskega in časovnega spremljanja. Senzorji vgrajeni v merilno komoro za globinski odvzem vzorcev, ki smo jo razvili in preizkusili, omogočajo meritve fluorescence fotosintetskih pigmentov in vivo in zagotavljajo hitro zaznavanje sprememb v preiskovanem vodnem telesu. Razvili smo metodo za sočasno zaznavanje koncentracije cianobakterij (mikrodelcev v suspenziji) in njihovih morfoloških in fizioloških značilnosti. Povprečni vzorec smo izpostavili moduliranemu pulznemu sevanju ustrezne valovne dolžine pri počasnem enakomernem pretoku mimo senzorja. Signal skupne površina zaznavanja senzorja predstavlja število mikrodelcev, medtem ko amplituda in oblika signala, ki odstopa od povprečja sestavlja informacijo o velikosti, obliki in v primeru organizmov ter njihovo fiziološko stanje. Toksično cvetenje cianobakterij v vodnih telesih je pereč okoljski problem. Ugotovili smo, da elektrokemijska oksidacija pri cianobakterijah privede do ukinitve sposobnosti regulacije plovnosti, zaustavitve rasti populacije in končno do celične smrti. Mikrocistine uvrščamo med najbolj toksične in najbolj pogoste strupene snovi v površinskih vodah. Pokazali smo, da je elektrokemijska razgradnja učinkovita metoda uničevanja mikrocistinov (izoliranih iz cianobakterije Planktothrix rubescens) v vodi. Produkt razgradnje ne kažejo sposobnosti inhibicije protein fosfataze 1 (PP1) in ne motijo encimskega delovanja. Z visoko meri gotovosti lahko trdimo, da ne kažejo več znakov toksičnega delovanja. Demonstrirali smo možnost simultane detekcije in kontrole (uničevanje) populacij cianobakterij v sladkovodnih telesih z avtonomnim robotskim plovilom.
Pomen za razvoj Slovenije
Svetovna zdravstvena organizacija in nacionalne zakonodaje priporočajo različne varnostne ukrepe, ki obsegajo spremljanje in nadzorovanje cianobakterijskih cvetenj. V Sloveniji so v letih 1994- 2001 cvetenje cianobakterij opazili vsaj v 35 slakovodnih telesih. Najbolj ogrožena so Blejsko, Velenjsko, Dvojno triglavsko, Šmartinsko, Slivniško, Perniško, Lendavsko, Gajševsko, Ptujsko jezero, zadrževalnik vode Klivnik, rečne akumulacije Mavčiče in Vrhovo, ter manjša vodna zajetja in akumulacije. Sčasoma naravni pogoji privedejo do postopnega kolapsa cvetenja. Pri tem celice razpadejo in sprostijo toksine v vodo. Razpad cveta zato pogosto spremlja masovni pogin rib. Pojav cvetenja v Pirniškem jezeru leta 2010 in posledičen pogin rib in vodnih ptic je javnosti v Sloveniji dobro znan. Znan je tudi primer vdora mikrocistinov v vodarne ob reki Dravi jeseni 1997. Čeprav je potencialno toksičnih vrst cianobakterij v slovenskih vodah vsaj dvanajst, se jih le nekaj pojavlja množično. Za kopalne vode sta najbolj potencialno toksični vrsti Microcystis aeruginosa in Planktothrix rubescens. M. aeruginosa največkrat cveti blizu površine vodnih teles, medtem ko je cvetenje P. rubescens vezano na globino metalimnijske plasti. V Blejskem jezeru spomladi in jeseni pogosto prihaja do cvetenja prav te vrste cianobakterij. Ker se Blejsko jezero uporablja za rekreativne namene pomeni cvetenje in sproščanje mikrocistinov veliko potencialno nevarnost. Današnji ukrepi nadzorovanja cianobakterijskih cvetenj so bodisi invazivni (npr. uporaba peroksida, CuSO4, kloriranje, ultrazvok) oziroma niso primerni za večja vodna telesa (filtracija). Alternativno rešitev predstavlja rezultat projekta: delujoče robotsko plovilo za avtonomno, okoljsko varno detekcijo in uničevanje populacij cianobakterij.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2014, 2015, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2013, 2014, 2015, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno