PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA UNIVERZITY PALACKÉHO V OLOMOUCI Epifytické řasy stojatých vod v okolí Opavy Barbora Vaidová Vedoucí bakalářské práce: Doc. RNDr. Petr Hašler, Ph.D. Olomouc 2014 1
Prohlášení Prohlašuji, že jsem svou bakalářskou práci vypracovala samostatně pod vedením Doc. RNDr. Petra Hašlera, Ph.D. a použila jsem pouze uvedenou literaturu. V Olomouci 22. 7. 2014 Barbora Vaidová 2
Poděkování Chtěla bych poděkovat především panu Doc. RNDr. Petru Hašlerovi, Ph.D. za odborné vedení mé bakalářské práce, cenné připomínky při jejím vypracování a odborné rady. Poděkování patří rovněž mé rodině za pomoc při terénním výzkumu a podporu při psaní této práce. Dále děkuji mému kolegovi Bc. Tomáši Fryčovi za pomoc v terénu a zpracování mapy. 3
Bibliografická identifikace Jméno a příjmení: Barbora Vaidová Název práce: Epifytické řasy stojatých vod v okolí Opavy Typ práce: bakalářská Pracoviště: Katedra botaniky PřF UP Vedoucí práce: Doc. RNDr. Petr Hašler, Ph.D. Rok obhajoby práce: 2014 Abstrakt: Předložená bakalářská práce se zabývá epifytickými zelenými řasami. V teoretické části této práce jsou shrnuty dosavadní poznatky z oblasti diverzity, ekologie epifytonu a vztahů mezi epifytickými řasami a dalšími organizmy. V následující praktické části jsou uvedeny výsledky mého výzkumu epifytických řas z rybníků nacházejících se v okrese Opava. Výzkum zahrnuje práci v terénu a kultivaci epifytických zelených řas odebraných z daných lokalit. Klíčová slova: epifytické řasy, ekologie, diverzita Počet stran: 49 Počet příloh: 4 Jazyk: čeština 4
Bibliografical identification Autor s first name and surname: Barbora Vaidová Title:Epiphytic algae of stagnant freshwater bodies in Opava surroundings Type of thesis:bachelor Department: Department of Botany Supervisor: Doc. RNDr. Petr Hašler, Ph.D. The year of presentation:2014 Abstract: The present bachelor s thesis aimed to epiphytic green algae. The theoretical part summarize existing knowledge about diversity, ecology of epiphyton and relations between epiphytic algae and other organisms. The following section summarizes results of my research on epiphytic algae from ponds in the Opava district. The research includes fieldwork and cultivation of epiphytic green algae collected from the localities. Keywords:epiphytic algae, diversity, ecology Number of pages:49 Number od appendices: 4 Language: Czech 5
OBSAH 1. Cíle práce... 8 2. Úvod... 9 3. Epifyton... 10 3.1. Význam epifytonu... 10 3.2. Druhová diverzita epifytických společenstev... 11 3.3. Ekologie epifytonu... 13 3.3.1. Zdroje... 13 3.3.2. Disturbance... 14 3.3.2.1. Abiotické, mechanické disturbance... 15 3.3.2.2. Abiotické, chemické disturbance... 15 3.3.2.3. Biotické disturbance... 15 3.4. Vztah epifyton hostitel... 15 3.4.1. Řasa jako substrát epifytonu... 16 3.4.2. Mechorosty a cévnaté rostliny jako substrát epifytonu... 17 3.5. Predace... 21 4. Metodika práce... 23 4.1. Přírodní poměry opavska... 23 4.2. Charakteristika odběrových míst... 24 4.3. Odběry vzorků v terénu... 24 4.4. Test preference epifytických zelených řas k umělým substrátům... 25 4.5. Zpracování vzorků v laboratoři... 25 4.5.1. Hodnocení diverzity a jejich morfologické variability... 25 4.5.2. Kultivace epifytických řas... 26 5. Výsledky a diskuse... 28 5.1. Vyhodnocení fyzikálně chemických parametrů ve studovaných lokalitách. 28 6
5.2. Vyhodnocení druhové bohatosti epifytických zelených řas... 30 5.3. Významní zástupci epifytických zelených řas... 32 5.4. Vyhodnocení expermentu preference nárostových řas k umělému substrátu.. 38 6. Závěr... 41 Seznam literatury... 42 7
1. CÍLE PRÁCE Předložená bakalářská práce se zabývá studiem epifytických zelených řas v okolí Opavy, jejich diverzity a morfologické variability. Hlavní cíle práce jsou: - Vytvoření literární rešerše na téma epifytonu a jeho ekologie se zaměřením na zelené řasy - Sběry vzorků epifytických řas na vybraném území v okolí Opavy - Determinace a kultivace epifytických řas v laboratoři 8
2. ÚVOD Sinice a řasy jsou významní primární producenti, kteří svou činností zásadně ovlivnili vývoj života na Zemi. Skupina zelených řas se objevila před cca 1,6 miliardami let a poměrně záhy se začala diverzifikovat do široké škály rozmanitých rodů a druhů. Hlavní evoluční linie se vyvinuly nejpozději před cca 500 miliony let (Taylor et al., 2009). V prvopočátcích formování dnešního života se významně podílely na tvorbě kyslíkaté atmosféry. Stály na počátcích evoluce vyšších zelených rostlin a vstoupily do potravního řetězce jako jeho významná složka. Po dobu existence a vývoje zelených řas došlo u této skupiny k adaptacím na prakticky všechny habitaty. Nacházíme je ve slaných i sladkých vodách, na souši na půdě, písku a kamenitých substrátech, stejně tak i na vyšších rostlinách nebo na živočiších. Jedná se o konkurenčně zdatné organizmy, které úspěšně kolonizují svá prostředí. Významnou skupinou mezi zelenými řasami jsou epifytické řasy, které porůstají ponořené části vyšších rostlin nebo stélky jiných řas. Nacházíme mezi nimi jak kokální tak vláknité řasy nebo druhy s rozvětvenými až terčíkovitými nebo parenchymatickými stélkami. Epifytické řasy jsou unikátní skupinou řas s vazbou na svoji hostitelskou rostlinu a stále existuje řada otázek z jejich biologie, které nejsou zcela zodpovězené. 9
3. EPIFYTON Sinice a řasy, které porůstající ponořené substráty, jsou součástí ekologicky významné skupiny, kterou obecně nazýváme perifyton. Podle charakteru nosného substrátu pak označujeme konkrétní perifytické populace specifickými jmény (např. epilithon populace na kamenech, epipsamon na písku, epipelon na bahnitých sedimentech, epizoon na povrchu živočichů, epifyton na rostlinách). Pojmem epifyton se rozumní taxony, které žijí trvale na povrchu částí hostitelských rostlin bez parazitického způsobu života. Jako hostitelská rostlina může vystupovat jiná řasa (obvykle s vláknitou nebo pletivnou stélkou, např. Oedogonium nebo Cladophora), mechorost, kapradina nebo semenná rostlina. Epifytické sinice a řasy mohou porůstat své hostitelské rostliny buď jednotlivě (např. Characium) nebo mohou tvořit souvislé pouhým okem viditelné povlaky (např. Cocconeis, Compsopogon, Oedogonium, Stigeoclonium). Nesporně zajímavým jevem je stav, kdy některé řasy mohou žít jako epifyté a zároveň slouží jako hostitelské rostliny pro drobné epifytické sinice a řasy, což je typické pro rody Oedogonium nebo Cladophora, na kterých hojně rostou drobné sinice (např. Geiteribactron, Chamaesiphon, Mantellum), rozsivky (např. Cocconeis, Gomphonema) nebo drobné zelené řasy (např. Characium, Uronema). 3.1. VÝZNAM EPIFYTONU Epifytické řasy jsou významnou složkou vodní biocenózy. Perifyton představuje důležitý základ potravního řetězce v mokřadech (Murkin, 1989; Campeau et al., 1994). Epifytické řasy významně přispívají k primární produkci litorální zóny (Soszka, 1975; Dvořák a Best, 1982; Cattaneo, 1983). Jsou významným zdrojem potravy pro fytofágní bezobratlé živočichy (Soszka,1975; Dvořák a Best, 1982; Cattaneo, 1983), kteří jsou následně konzumováni rybami a vodním ptactvem (Danell a Sjöberg, 1980; Keast, 1984). Produktivita epifytických řas často převyšuje fytoplankton, protože většina světových jezer je mělká a má rozsáhlou litorální zónu. Význam produktivity perifytonu je velmi často podceňován (Wetzel, 1983). Epifyton může snižovat růst a produkci makrofyt kvůli jejich stínění (Takashi et al., 2004) a rychlejšímu vychytávání živin epifyty než makrofyty (Pelton et al., 1998). Potlačení růstu vodních rostlin epifytickými řasami bylo opakovaně prokazováno (Sand Jensen, 1977; Bulthuis a Woelkerling, 1983; Silberstein et al., 1986). 10
Jednou z významných vlastností epifytonu je schopnost akumulovat ionty těžkých kovů, přičemž tento proces obecně nazýváme biosorpce. Jako velmi efektivní se jeví při odstranění iontů těžkých kovů z odpadních vod. Schopnost vázat ionty kovů vykazují také zelené řasy (např. Spirogyra sp.) vzhledem k přítomnosti polysacharidů, proteinů nebo lipidů na povrchu jejich buněčné stěny, kde vystupují jako vazebná místa pro tyto ionty. Efektivita vazebných míst závisí na množství funkčních skupin, jako jsou amino, hydroxyl, karboxyl a sulfo skupina (Holan, Z. R. a Volesky, B., 1994; Kaewsarn, P., Matheickal, J. T., Yu, Q., 1999). Mnohé druhy perifytonu (včetně epifytonu) jsou citlivé na stupeň znečištění dané lokality a svojí přítomností indikují konkrétní stav. Druhy se statisticky významnou odpovědí ke stavu prostředí nazýváme např. indikující nebo bioindikátory. Mezi zásadní studie patří seznamy indikujících druhů podle van Dam et al. (1994), kteří vypracovali jeden z nejrozsáhlejších seznamů sladkovodních druhů řas s indikačním významem. Ve studiu indikace hraje důležitou roli měření fyzikálně chemických parametrů daných lokalit, správná determinace druhů a statistické zpracování získaných dat. Na dané téma byla publikovaná celá řada odborných prací nebo byly pořádány odborné celosvětové konference, kde se daný problém velmi často prezentoval, např. konference Shallow Lakes. Příklady publikací, které se dotýkají problematiky bioindikace: Patrick (1973); Ennis (1975); Collins a Weber (1978); Horner et al. (1983); Wetzel (1983); American Public Health Association et al. (1985); Biggs (1989). Jedny z prvních a nejzásadnějších prací v oblasti studia odpovědi druhů na podmínky prostředí byly publikovány českými specialisty, např. Zelinka a Marvan (1961), Marvan (1969), Marvan et al. (1980). Tyto práce společně s pracemi van Dama zásadně ovlivnily současné pojetí biomonitoringu a jeho zařazení do systému EU Water Framework Directive, kde čeští specialisté hrají významnou roli. 3.2. DRUHOVÁ DIVERZITA EPIFYTICKÝCH SPOLEČENSTEV Společenstva epifytických sinic a řas se svým složením mohou lišit s ohledem na ekofyziologické preference jednotlivých druhů a podle typu hostitelské rostliny. Výskyt epifytonu není nijak geograficky omezen a jednotlivá společenstva nacházíme od tropických až po chladné oblasti. Druhově a na biomasu bohatá společenstva nacházíme zejména v tropických oblastech, ve kterých dominují nárostové sinice, zejména rody 11
Scytonema, Nostoc, Stygonema, Gloeocapsa a Tolypothrix. Nárosty zelených řas nacházíme na smáčené terestrické vegetaci, stejně tak na ponořených rostlinách. Typickými zástupci epifytních terestrických řas jsou Trentepohlia, Phycopeltis a parazitická řasa rodu Cephaleuros (Hoffmann, 1989). Na ponořených vodních rostlinách nebo jejich částech jsou rozvinuté četné populace hlavně vláknitých zelených řas. Velmi hojní jsou zástupci řádu Oedogoniales (Oedogonium, Bulbochaete), kteří byli například zaznamenaní na území Floridy a byl u nich popsán sezónní cyklus v jejich výskytu (Tiffany, 1944). Zástupci řádu Oedogoniales představují velmi komplikovanou skupinu z hlediska jejich identifikace a taxonomie. Přes svoji dominanci v rámci epifytních společenstev je velmi často nemožné jejich přesné určení na úrovni druhu, pro které je nezbytné popsat jejich oogamické rozmnožování a znát morfologii a strukturu zygospor. S ohledem na vysoký počet dosud popsaných druhů (Mrozinska, 1985) je počet identifikovaných druhů z lokalit velmi nízký. Velká část určení je pouze na úrovni rodu, což snižuje představu o celkové diverzitě epifytických řas. Podobná situace je u rodu Bulbochaete. Kromě výše uvedených byly v teplých oblastech zaznamenány např. rody Stigeoclonium, Uronema (Rodríguez et al., 2011). Oblasti mírného pásu, zejména Evropy a Severní Ameriky, jsou poměrně dobře a dlouho studované. V České republice se epifytickými populacemi sinic a řas výrazněji dotýkají práce Komárka a Marvana (Marvan a Komárek, 1978a; Marvan et al., 1978b; Marvan et al., 1978c). I když epifytická společenstva nebývají tak druhově bohatá jako planktonní, studium jejich ekologie a diverzity přináší řadu prakticky uplatnitelných výsledků, zejména aktuálně se rozšiřujících potřeb v biomonitoringu. Marvan a Komárek (1978) se zabývali studiem populací epifytických řas v rybnících Nesyt a Opatovický. Podle zmíněných autorů jsou v Opatovickém rybníku dominantními především zástupci rodů Fragilaria a Spirogyra, kteří porůstají stébla rákosu, kdy maximální biomasy dosahuje Spirogyra na začátku léta. Marvan et al. (1978) zjistili, že v Opatovickém rybníku a také částečně v Nesytu představuje epifyton důležitý zdroj volně žijících vývojových stádií několika řas. Jedná se především o zelené vláknité rody Oedogonium a Cladophora a mladá vývojová stádia rodu Tribonema (Marvan et al., 1978). Müller (1999) studoval v jezeře Belau v Německu sezonní osídlení a vertikální zonaci těsně porůstajících a vzpřímených řas na rákosu obecném. Podle jeho výsledků zelené řasy porůstaly téměř všechny části stonku a nebyla zaznamenána žádná zvláštní preference pro hloubku. V létě a na podzim prokázaly největší hojnost zelené řasy patřící do skupiny Chaetophorales (Coleochaete scutata, Coleochaete soluta) a neidentifikovatelné 12
pseudoparenchymatické organismy, mezi kterými byly nalezeny bazální buňky Stigeoclonium farctum. Z dalších vláknitých zelených řas byly v jezeře Belau zaznamenány druhy Aphanochaete repens, Cladophora glomerata, Oedogonium irregulare var. condensatum, Oedogoium sp. a Spirogyra sp. Podle Hickman (1971) byly v Priddy Pool dominantními řasami, které porůstaly přesličku poříční, rody Oedogonium a Bulbochaete. 3.3. EKOLOGIE EPIFYTONU Epifytická společenstva sinic a řas (epifyton) nacházíme jednak ve vodních prostředích (jak sladkých, tak slaných vodách) nebo je nacházíme na povrchu suchozemských rostlin, na kterých epifytické populace využívají srážkovou vodu nebo žijí v malých, téměř trvale zavodněných, strukturách rostlin fytotelmách, ze kterých byla do současné doby publikovaná floristická data a nové druhy zejména z tropických oblastí (Ducker a Knox, 1984; da Garcia Sophia et al., 2004; Fiore et al., 2007; Brouard et al., 2011). Existuje celá řada biotických a abiotických faktorů, které mohou buď přímo anebo nepřímo ovlivňovat vlastnosti a množství perifytonu v ekosystémech stojatých vod. Tyto faktory můžeme rozdělit do dvou skupin: zdroje a disturbance. 3.3.1. ZDROJE Zdroje perifytonu zahrnují prostor, živiny a světlo. Přesto, že prostor není často považován za zdroj, je nezbytný pro růst perifytonu. Důležitou roli při stanovení vlastností, množství a distribuci perifytonu v ekosystémech stojatých vod mají živiny. Anorganické zdroje živin ve vodním sloupci jezer mohou pocházet z atmosféry, zemského povrchu nebo z podzemních vod. Živiny vodního sloupce jsou v úzkém kontaktu spíše s fytoplanktonem než s perifytonem (Hansson, 1992). V lentických společenstvech perifytonu byli rozpoznáni specialisté na zdroje, tj. druhy schopné obstarávat zdroje, které jsou přítomny v koncentracích, které jsou limitující pro sympatrické druhy. Mezi zdokumentované taxony patří druhy citlivé na množství živin fosforu (například rozsivky Achnanthidium minutussimum a Gomphonema tenellum), dusíku (např. Epithemia adnata, Rhopalodia gibba nebo Anabaena sp.). Další skupinou 13
jsou taxony citlivé na množství světla prostor, kteří vyžadují relativně vysoké koncentrace jak dusíku, tak fosforu (Fairchild et al., 1985). Nitrogenní specialisté často dominují v epifytických mikrohabitech, kde je relativně nízký poměr dostupného dusíku k fosforu (Marks a Lowe, 1993). Manipulace s obsahem živin v lentických ekosystémech odhalila celkovou biomasu perifytonu, která je limitována fosforem (Burkholder a Cuker, 1991; Fairchild a Sherman, 1992), dusíkem (Fairchild a Sherman, 1992; Marks a Lowe, 1993), uhlíkem (Fairchild a Sherman, 1992) a dusíkem a fosforem (Carrick a Lowe, 1988; Marks a Lowe, 1989). Ovšem odezva perifytonu na zdroje nutrientů je ovlivňována mnoha dalšími změnami v lentických společenstvech. Intenzita světelného záření ve vodním sloupci klesá s hloubkou, stejně tak klesá při průchodu vrstvou perifytických řas. Na rozdíl od fytoplanktonu, který může aktivně nebo pasivně reagovat na změny ozáření v dané hloubce, je mnohem pravděpodobnější, že perifyton bude vykazovat světlem zprostředkované rozdíly ve struktuře a funkci společenstvech podél gradientu. Pokles intenzity ozáření je silněji ovlivněn vznášejícími se částicemi a to včetně fytoplanktonu (Loeb et al., 1983). Hoagland a Peterson (1990) experimentovali se společenstvy perifytonu ve velkých nádržích a to měněním hloubky umístění substrátu. Ačkoli identifikovali skupinu taxonů řas, které vykazovaly určité hloubkové preference, způsobující mechanismus byl zakryt faktem, že světlo a disturbance se měnily společně podél hloubkového gradientu. Hudon a Bourget (1983) pomocí experimentu kombinováním stínění a přemístěním populací, došli k závěru, že struktura, fyziognomie a hustota společenstva epifytonu závisí jak na hloubce, tak na intenzitě světla. 3.3.2. DISTURBANCE Turbulentní pohyb vody přes perifytická společenstva, která leží pod termoklinou, nebo nadměrné vlnění spojené s bouřkovými událostmi (Young, 1945; Fox et al., 1969; Kairesalo, 1983) mohou znamenat disturbance. Disturbance v lentických perifytonních společenstvech zahrnuje abiotické mechanické, abiotické chemické (turbulence, eroze a toxické chemikálie) a biotické disturbance. 14
3.3.2.1. ABIOTICKÉ, MECHANICKÉ DISTURBANCE Vodní turbulence v jezerech vykazují pozitivní vztah s biomasou perifytonu, zvláště k vláknitým řasám (Cattaneo, 1990). Avšak perifytická společenstva, která se vyvinula na poměrně neturbulentních místech a jsou vystavena vlnění, pak některé populace jsou ovlivněny negativně. Hoagland (1983) zkoumal dopad episodických bouřek a následující zvýšení turbulence na strukturu společenstev perifytonu v eutrofních nádržích a zjistil, že starší společenstva ztratila více procent ze své biomasy než mladší, ale diverzita společenstva nebyla významně ovlivněna. 3.3.2.2. ABIOTICKÉ, CHEMICKÉ DISTURBANCE Chemické disturbance jsou v přírodě obvykle antropogenního původu. Nicméně nahodilé události jako náhlé uvolnění živin erozí po vydatných deštích mohou rovněž ovlivňovat rozvoj a diverzitu epifytických společenstev. Chemické disturbance na perifytonu v lentických systémech jsou méně významné a méně studované než v lotických systémech. Tento jev pravděpodobně odráží obecně větší poměr substrátu k objemu jezer a tím jejich schopnost rozředit množství chemických látek, které by přesáhly toleranci perifytonu v lotických systémech. 3.3.2.3. BIOTICKÉ DISTURBANCE Biotická disturbance je obvykle spojena s aktivitou spásačů v perifytických společenstvech. Spásači ovlivňují společenstva perifytonu buď přímou konzumací buněk řas anebo dislokací buněk ze substrátu. Intenzita spásání v lentických místech je druhotně vyrovnávána rybami. Bylo prokázáno, že v mezotrofních jezerech Wisconsinu, biomasa perifytonu a struktura společenstva je regulována shora dolů interakcemi s hlemýždi a rybami rodu slunečnice (Lepomis) (Brönmark et al., 1992). 3.4. VZTAH EPIFYTON HOSTITEL Epifytické sinice a řasy se svými hostiteli vstupují do unikátních vztahů, které se evolučně vyvíjely velmi dlouho, kdy tlak vnějšího prostředí vyselektoval specifické typy sinic a řas s vazbou na povrch hostitelské rostliny jako svého životního prostoru. 15
Hostitelskou rostlinou může být řasa, mechorost nebo jakákoliv cévnatá rostlina. S ohledem na anatomii a fyziologii těchto hostitelů se pak odvíjí také forma vzájemného vztahu a působení epifyt hostitelská rostlina. Výsledkem jsou vztahy založené na negativním, pozitivním nebo neutrálním vzájemném působení. Epifyté se dělí dle přichycení na povrch hostitelských buněk do dvou skupin a to na: holoepifyty, jenž jsou zachyceny na vnější vrstvy buněk basifyt (hostitele) a amfiepifyty, které jsou ukotveny hluboko v pletivech hostitele. (Ducker a Knox, 1984). 3.4.1. ŘASA JAKO SUBSTRÁT EPIFYTONU Vícebuněčné řasy, zejména vláknité, jsou růstovým substrátem pro jednobuněčné nebo drobné vícebuněčné, také vláknité formy sinic a řas. Tyto řasy velmi často přisedají na svého hostitele pomocí specifického terčíku, který se vyvinul u řady zelených řas, jako jsou například Characium nebo Uronema. Jiné řasy přisedají na hostitelskou řasu celým povrchem svojí stélky, jak je známo u Aphanochaete, Dicranochaete nebo řady drobných rozsivek. Tyto vztahy jsou zprvu většinou neutrální. Epifyt využívá hostitelskou řasu jako nosný substrát a nijak svého hostitele neomezuje v růstu. Později, při masivním rozvoji epifytů, může docházet k mírnému až většímu omezení růstu hostitele zastíněním populacemi epifytických sinic a řas. Typickým příkladem je masivní rozvoj rozsivky rodu Cocconeis na stélkách rodu Cladophora (žabí vlas). Prakticky na všech populacích žabího vlasu nacházíme epifytické populace drobných sinic a řas, přičemž jejich hustota nebývá příliš vysoká a stélky žabího vlasu jsou typicky zbarvené do zelena. Při přemnožení výše zmíněné rozsivky rodu Cocconeis se stélky zbarvují výrazně do hněda a buňky žabího vlasu začínají být limitované sníženou intenzitou ozáření. Je zajímavé, že tohoto stavu obvykle nebývá dosaženo na všech stélkách žabího vlasu v rámci populace. Některá vlákna jsou stále pokryta nižší hustotou epifytických sinic a řas. Výzkumy vztahů Cladophora epifytické sinice a řasy se zabývala řada autorů. Stevenson a Stoermer (1982) zjistili, že v Lake Huron dochází k periodickému střídání vrcholů růstu populací žabího vlasu a jeho epifytických řas, kdy žabí vlas dosahoval svého vrcholu v srpnu a byl následován vrcholem epifytických rozsivek o měsíc později v září s následným celkovým kolapsem společenstva v říjnu. Podle výše citovaných autorů úspěšnost rodu Cladophora spočívá v rychlém růstu a úspěšnost epifytických spočívá v zastínění a kompetici o živiny. Nicméně, kompetice o 16
živiny mezi hostitelskou rostlinou a epifytickým společenstvem zůstává však sporná. Podle jiných autorů (např. Fitzgerald, 1969; Sand Jensen, 1977; Phillips et al., 1978) jsou v kompetici o živiny zvýhodněny hostitelské rostliny oproti epifytům. S ohledem na rozpory v názorech na schopnost a efektivitu čerpání živin je třeba tento ekofyziologický fenomén dále studovat. Dalším faktorem, který pravděpodobně ovlivňuje kolonizaci vláknitých řas epifyty, bude alelopatické působení hostitelských vláken. Doposud se podařilo popsat účinky cyanotixinů, které kromě řady dalších biologických účinků též vykazují poměrně silnou alelopatii. Podle Pflugmacher (2002) velmi silnou alelopatii vykazuje například microcystin LR, který v experimentech inhiboval růst Ceratophyllum demersum a Myriophyllum spicatum. Produkce alelopatických látek vláknitými řasami a jejich chemická struktura jsou ve většině případů neznámé. Irfanullah a Moss (2005) experimenty v Budworth Pool s masivní populací Spirogyra sp. zjistili, že tato řasa nemá žádný vliv na složení ostatního společenstva planktonních řas a dokonce i na submerzní makrofyta jako je Elodea muttalli a že jediným řídícím efektem složení a abundance fytoplanktonu je koncentrace dostupných živin dusíku. Oproti výsledkům, které učinili Irfanullah a Moss, jiní autoři jako Bragadeeswaran et al. (2011) zjistili, že extrakty z mořských zástupců Cladophora clavuligera a Sargassum wightii vykazují vysokou biologickou aktivitu a jejich extrakty inhibují růst vybraných kmenů bakterií. Je tedy zřejmé, že látky zodpovědné za alelopatii u řas existují, nicméně jejich přesné chemické složení a účinky nejsou mnohdy doposud přesně známé. 3.4.2. MECHOROSTY A CÉVNATÉ ROSTLINY JAKO SUBSTRÁT EPIFYTONU Za zvláštní ekologickou jednotku je považován komplex submerzní makrofyta epifyton nacházející se v mělkých vodách (Allen, 1971; Moeller et al., 1988). Vlastnosti vzájemných vztahů submerzní makrofyta epifyton jsou středem pozornosti mnoha výzkumů probíhajících v mělkých jezerech a mokřadech. Interakce mezi makrofyty a epifyty mohou být pozitivní (symbióza a mutualismus), neutrální nebo negativní (kompetice a alelopatie). 17
Pozitivní interakce epifyton makrofyta je založena na tom, že epifyté využívají organické sloučeniny a živiny, jež jim poskytují makrofyta, a makrofyta jsou epifyty naopak chráněna před požírači (Burkholder a Wetzel, 1990; Wetzel, 2001). Kompetice mezi submerzními makrofyty a epifytonem má význam jak v růstu a sukcesi populace, tak v evoluci společenstev. Prvním typem kompetice je tzv. exploatační, což je nepřímá interakce mezi druhy o zdroj, kdy jednotlivé druhy se snaží ze svého okolí například vlastní metabolickou aktivitou získat maximální množství živin. Pro mikroorganizmy tento jev byl mnohokrát popsán řadou experimentů a podle některých autorů výsledek této kompetice závisí na počáteční abundanci organizmu (Hsu et al., 1981). Druhým typem je pak interferenční kompetice, tj. přímé střetnutí konkurentů o zdroj, kdy se jednotlivé druhy snaží svojí aktivní činností omezit nebo zastavit růst jiných druhů. Mezi příklady interferenční kompetice můžeme například zařadit alelopatii, při které dochází k uvolňování biologicky aktivních látek, které ovlivňují růst a ontogenetický vývoj konkurenčních organizmů. Alelopatické látky mohou být uvolňovány širokou škálou organizmů od vyšších rostlin, řas, bakterií či hub. Problémem alelopatie je odlišit ji od nealelopatických interakcí, což je např. zdrojová kompetice nebo environmentální stres apod. (Gopal a Goel, 1993; Inderjit a Del Moral, 1997; Reigosa et al., 1999). U některých vodních makrofyt, můžeme pozorovat alelopatii vzhledem k dalším makrofytů, mikrofytům (fytoplankton a perifyton), pozemním rostlinám rostoucích v blízkosti vody, bezobratlým a také k bakteriím (Gopal a Goel, 1993; Newman et al., 1996; Burks et al., 2000; van Donk a van de Bund, 2002; Gross, 2003). V přírodě byla zpozorována řasová alelopatie, zahrnující i sinice, vůči jiným řasám (Rice, 1984; Lewis, 1986; Inderjit a Dakshini, 1994; Gross, 2003) a v menší míře i proti vodním makrofytům (Sharma, 1985; Van Vierssen a Prins, 1985; Schröder, 1987) a pozemním rostlinám (Inderjit a Dakshini, 1997). Obecně, alelopatické působení bylo popsáno u mnoha rodů a druhů sinic a řas, ale o detailech mechanizmů účinků na cílové organizmy nebývá příliš mnoho známo. Tarmanowska (1995) zaznamenala pozitivní nebo žádný vliv žijící řasy Cladophora glomerata (L.) Kützing na Elodea canadensis Michaux. Nicméně, rozkládající se Cladophora glomerata (L.) Kützingjiž inhibuje růst Elodea canadensis a úroveň inhibice závisí na míře rozkladu řas (Tarmanowska, 1995; Pieczyńska a Tarmanowska, 1996). Rozkladem stejné řasy v jezeře Constance došlo k uvolnění inhibičních látek, které bránily rozvoji výhonku a absorpci vody kořeny rákosu za anoxických podmínek 18
(Schröder, 1987). Mezi látky s alelopatickým účinkem můžeme zařadit toxiny sinic, cytotoxiny, jejichž struktura a mechanizmy účinků jsou lépe prostudované. Jedná se o látky peptidové nebo alkaloidní povahy, které efektivně potlačují rozvoj ostatních konkurenčních druhů včetně řas. Lokality s extrémní biomasou toxin produkujících sinic bývají druhově chudší oproti lokalitám s vyváženou strukturou společenstva sinic a řas. Kompetice jako taková je komplikovaný proces, při kterém je výsledný stav ovlivněn intenzitou negativních účinků na inhibované populace a jejich schopností adaptace. V rámci epifytických populací se jedná o inhibiční působení toxinů, popř. jiných růstových inhibitorů, kompetici o živiny a adaptaci na dočasné lokální snížení koncentrace kyslíku. Pro vláknité zelené řasy jsou v tomto ohledu významné konkurenční populace sinic (např. Leptolyngbya, Phormidium, Pseudanabaena) a rozsivek (např. Cocconeis, Gomphonema). Makrofyta slouží jako substrát pro osídlení řas. Stavba makrofyt může ovlivnit hojnost epifytonu. Je obecně známo, že různé druhy makrofyt podporují rozdílná množství epifytonu (Young, 1945; Prowse, 1959; Cattaneo a Kalff, 1980; Allen a Ocevski, 1981). Variabilita morfologických konfigurací a povrch (mikrotopografie) uvnitř a mezi makrofyty poskytuje rozmanitá stanoviště pro epifytické řasy (Wetzel, 1996). Také makrofyta mohou být použita jako zdroj živin. Řasy mohou úspěšně soutěžit s hostitelskou rostlinou o základní zdroje (např. světlo a částečně živiny) (Sand Jensen a Borum, 1991). Ponořené rostliny obecně upřednostňují čisté vody (oligotrofní až mesotrofní; Jeppesen et al., 1990; Blindow et al., 1993). Snížení abundance populací vodních makrofyt v mělkých vodách a omezení opětovného růstu jsou spojeny s různými chemickými, biologickými a fyzikálními změnami, např. vody bohaté na živiny (eutrofní) mohou ztratit submerzní vegetaci skrze zvýšený růst fytoplanktonu (Jones et al., 1983), epifytických či metafytických vláknitých řas (Phillips et al., 1978; McDougal et al., 1997) a plovoucích rostlin (Morris et al., 2003). Zvýšená produkce sinic redukuje dostupnost světla a mohou indukovat nepříznivé chemické složení vody (Moss et al., 1986; Morris et al., 2003). Podle Moss et al. (1986) a Morris et al. (2003) velká biomasa sinic a řas v eutrofních vodách potlačuje růst submerzních makrofyt, kdy využívá svoji konkurenční zdatnost zejména v kompetici o světlo. 19
Ve vodních ekosystémech se nachází více než 90% druhů řas, které rostou na různých submerzních substrátech nebo jsou s nimi jinak spojené (Wetzel, 2001). Nejvíce pozornosti věnují hydrobiologické studie fytoplanktonu a méně se naopak zaměřují na nárostová společenstva bez ohledu na jejich růst v nejvíce produktivní litorální zóně vodních ekosystémů (Wetzel, 2001; O Reilly, 2006). Bylo prokázáno, že v litorální zóně jsou vodní makrofyta s nárostovými řasami důležitou komponentou, jež mají vliv na produktivitu jezer a kvalitu vody, zvláště v malých, mělkých jezerech (Lakatos et al., 1999; Wetzel, 2001; Kiss et al., 2003; Makarevič, 2005). Intenzivní rozvoj sinic a řas může například způsobit sekundární znečištění vody. Oddělením od substrátů vytvářejí velké plovoucí podklady a tím snižují rekreační hodnotu vodních útvarů (Horner et al., 1983). Populacemi řas na různých makrofytech se zabývali Marvan a Komárek. Druhové složení epifytonu se u jednotlivých rybníků liší, ale struktura epifytických společenstev, které porůstají ponořené části rostlin různých druhů litorální makrovegetace, může být jednotná v jednom rybníku (Marvan et al., 1978). Jednou z nejrozšířenějších makrofyt osídlující stojaté vody je rákos obecný (Phragmites australis (CAV) TRIN). Významné složky řasové vegetace na rákosech představují přisedlé rozsivky (například rody Gomphonema, Cymbella nebo Synedra) a chlorokokální řasy (Characium ensiforme), sinice (Homoeothrix stagnalis) a zelené vláknité řasy (Stigeoclonium spp.) (Marvan a Komárek, 1978). Vláknité řasy, např. Fragilaria spp., Cladophora fracta, Spirogyra spp., Oedogonium spp. nebo Enteromorpha intestinalis, které jsou volně přichyceny na vyšších rostlinách, tvoří nejdůležitější složky mikrovegetace v rozsáhlém společenství rdestu hřebenitého (Potamogeton pectinatus) a šejdračky bahenní (Zannichelia pedicellata) (Marvan a Komárek, 1978). Jako další příklady významných vodních rostlin lze uvést například orobinec širokolistý (Typha latifolia L.), leknín bílý (Nymphaea alba L.), stolístek klasnatý (Myriophyllum spicatum L.), vodní mor kanadský (Elodea canadensis MICHX), puškvorec obecný (Acorus calamus L), okřehek menší (Lemna minor L.) či stulík žlutý (Nuphar luteum (L.) SM.). 20
3.5. PREDACE Způsoby interakcí mezi makrofyty, epifyty a herbivory ve vodních systémech jsou předmětem velkého počtu studií (např. Lubchenco a Gaines, 1981; Gregory, 1983). Výsledky studií nemusí dávat jednoznačné odpovědi, protože jednotlivé dílčí studie nedávají jasnou odpověď nebo si mohou mezi sebou odporovat. Biotické interakce, herbivorie je pravděpodobně nejvíce citovaným mechanismem ovlivňující epifytickou biomasu a druhovou diverzitu (Neckles et al., 1993; Jernakoff et al., 1996; Alcoverro et al., 1997a, b; Hays, 2005). Požírači mohou ovlivňovat epifytická řasová společenstva různými způsoby. Středně velcí požírači (mesograzers), jako jsou klanonožci, stejnonožci, různonožci nebo vodní hmyz a jeho vývojová stádia, přímo odstraňují epifytickou biomasu (Borowitzka et al., 2006) představující více než 40% produkce epifytických řas (Peduzzi, 1987) a druhově specifické rozdíly v selekci potravy různých herbivorů mohou silně ovlivnit složení společenstev epifytických druhů (Duffy a Harvilicz, 2001; Duffy et al.; 2001). Naproti tomu velcí požírači (macrograzers,např. ryby, ježovky a želvy) nepřímo ovlivňují epifytní společenstva odstraněním hostitelského substrátu (Heck avalentine, 2006). Herbivorie prospívá rostlinám odstraněním epifytů (Brawley a Adey, 1981; Cattaneo, 1983; Orth a Montfrans, 1984; Brönmark, 1989), čímž mírní kompetici o živiny a světlo (Sand Jensen, 1977; Stevenson a Stoermer, 1982). Z výše uvedeného je nesporné, že herbivorie hraje klíčovou úlohu v regulaci populací epifytických řas. Nicméně tlak herbivorů může vyvolávat odpověď ve formě adaptace. Experimentem se sinicí Lyngbya wollei bylo prokázáno, že přítomnost požírače (Pleurocera annulifera) došlo ke zvýšené produkci saxitoxinu oproti kontrolnímu vzorku bez požírače (Thracker et al., 2005). K podobnému závěru došli Yang et al. (2003), kteří experimentovali se sinicí rodu Microcystis a herbivorem rodu Daphnia, kdy ve vzorku s herbivorem pozorovali zvýšenou koncentraci toxinu mikrocystinu. Do současnosti nebyla prokázaná přímá indukce obranných látek sladkovodními makroskopickými řasami proti jejich požíračům, oproti již známým výsledkům u sinic. Nicméně u některých mořských chaluh bylo pozorováno zvýšení koncentrace florotanninu jako odpověď na poškození požírači (Amsler a Fairhead, 2006). U sladkovodních řas jako jsou Chara nebo Cladophora nebyla prokázaná přímá stimulace produkce obranných látek, nicméně u Cladophora glomerata byla prokázaná produkce poměrně široké škály toxických 21
mastných kyselin, jako je např. kyselina kaprylová nebo palmitolejová, u kterých byly prokázány insekticidní nebo alelopatické účinky (Dodds a Gudder, 1992). 22
4. METODIKA PRÁCE 4.1. PŘÍRODNÍ POMĚRY OPAVSKA Okres Opava je součástí Moravskoslezského kraje a rozkládá se na ploše o velikosti 1144. Opavsko sousedí s okresy Bruntál (západ), Olomouc (jihozápad), Nový Jičín (jihovýchod), Ostrava a Karviná (východ). Severní část území tvoří státní hranici s Polskem. Na severu okresu se rozléhá také Opavská pahorkatina. Jihozápad je utvářen Jesenickým podhůřím. Povrch Opavska je plochý, bez výrazných výškových rozdílů, má charakter vysočiny. Ve výšce 750 m n. m. se nachází nejvyšší bod Červená hora (Káňa, 1983). Celým územím Opavska protéká řeka Odra, čímž spadá do úmoří Baltského. Hustota vodních toků není zcela rovnoměrná. Důležitým vodním tokem je řeka Opava, jež se vlévá do Odry a je jejím největším přítokem na území severní Moravy. Nelze opomenout také vodní díla, která se zde nacházejí. První z nich je Kružberská přehrada, jež je vybudována na řece Moravici. Patří mezi nejstarší vodní nádrže v České republice. Tato přehrada slouží jako zásobárna pitné vody pro široké okolí. Má rovněž protizáplavový význam. Druhým vodním dílem je Slezská Harta, která je devátým největším vodním dílem v České republice. Kromě vodních nádrží, se zde nachází řada velkých rybníků a rybničních systémů. Největším je Nezmar ležící u Dolního Benešova, kde je také největší koncentrace rybníků. Najdeme zde například rybníky Přehyně, Bobrov, Chobot, Bezedno a Rakovec, jimiž protéká potok Opusta, který se vlévá do Opavy. Jižně od Slavkova se rozléhá za zmínku stojící soustava tří rybníků (Jankův, Pilný a Slavkovský), které jsou zásobovány vodou z řeky Hvozdnice. Nenachází se zde však pouze přírodní vodní systémy. Antropogenní činností vzniklo například Stříbrné jezero (dříve se zde těžil sádrovec), které je známé především pro své rekreační zázemí. Nachází se v severní části města Opavy (Káňa, 1983; Frank a kol., 2005). Podnebí okresu Opava je mírně kontinentální. Průměrná roční teplota se pohybuje okolo 8,2 C. Nejvyšší teploty v letním období kolísají kolem 32 C. Teplotní minima v zimních měsících mohou dosahovat až -20 C. Srážky na tomto území jsou rozmístěny nepravidelně. Díky vlivu Hrubého Jeseníku je na severozápadě nejméně dešťových srážek než na severovýchodě. Průměrný úhrn srážek na Opavsku je 500 mm (Frank a kol., 2005). 23
Flora a fauna Opavska je velmi rozmanitá. Na některých lokalitách se můžeme setkat se vzácnými i chráněnými rostlinami a živočichy. Proto zde bylo vyhlášeno mnoho přírodních rezervací. Jednou z nich je přírodní rezervace Hvozdnice. Oblast této rezervace je tvořena rašelinnými a slatinovými loukami. Jilm vaz (Ulmus laevis), jilm horský (Ulmus glabra) a řada dalších velmi starých dubů, jasanů a habrů tvoří stromový porost výše jmenované rezervace. Nelze opomenout přírodní rezervaci Hněvošický háj, jež je místem výskytu například zapalice žluťuchovité (Isopyrum thalictroides), hvězdnatce čemeřicového (Hacquetia epipatis), přesličky největší (Equisetum telmateia) či lilie zlatohlavé (Lilium martagon). Vegetace je na Opavsku nejvíce reprezentována loukami a lesy. Za státní přírodní rezervaci byly vyhlášeny dvě louky: Úvalenské louky a Zábřežské louky. Lesy Opavska mají rozlohu 364. Opavsko dominuje nejen svým rostlinným druhovým bohatstvím, ale také pestrou faunou. Za zmínku určitě stojí například světluška menší (Lampyris noctiluca), otakárek fenyklový (Papilio machaon), blatnice skvrnitá (Pelobates fuscus) nebo holub doupňák (Columba oenas) (Frank a kol., 2005). 4.2. CHARAKTERISTIKA ODBĚROVÝCH MÍST Vzorky vláknitých epifytických řas jsem odebírala na deseti vybraných lokalitách v okolí Opavy. Pro vzorkování jsem volila stojaté vody s rozvinutou pobřežní vegetací a pásmem submerzních makrofyt s jasnou dominancí rákosu obecného (Phargmites australis). Většina lokalit patřila do kategorie chovných rybníků s výjimkou Stříbrného jezera, které slouží jako přírodní koupaliště a lokalit v Dolních Životicích a Raduni, které jsou bez komerčního využití. Podrobnější informace o jednotlivých lokalitách jsou uvedeny v tabulce níže (Tabulka 2). Fotografická dokumentace ze studovaných lokalit je uvedena v příloze (Obr. P1 P9). 4.3. ODBĚRY VZORKŮ V TERÉNU Vzorky epifytických řas jsem v roce 2013 odbírala na jedenácti lokalitách v okrese Opava (Příloha 1) dvakrát (jarní sběr 19. 5., letní sběr 8.9.). Zaměřila jsem se na submerzní makrofyta, na kterých jsem pozorovala zřetelné povlaky řas. Ve všech lokalitách jsem odebírala vzorky ponořených částí stébel rákosu obecného, jejichž části 24
jsem uchovávala ve 100ml plastových lahvičkách. Vzorky před transportem k laboratornímu zpracování jsem uchovávala na chladném místě s odšroubenými zátkami. Současně s odběry vzorků řas jsem měřila základní fyzikálně chemické parametry vody: teplota (ºC), ph, vodivost ( S.cm 1 ) a salinita (ppm) (Tabulka 2). Odebrané vzorky jsem převezla do 24 hodin k dalšímu laboratornímu zpracování. 4.4. TEST PREFERENCE EPIFYTICKÝCH ZELENÝCH ŘAS K UMĚLÝM SUBSTRÁTŮM Test preference epifytických zelených řas společně se sinicemi byl realizován ve spolupráci s Bc. Tomášem Fryčem, který se zaměřil na sinice. Lokalitami pro umístění pastí bylo Stříbrné jezero a Štáblovice. Pro tento pokus jsme odřezali plastové desky (rozměr 35 25 cm), v jejichž rozích byly vyvrtány otvory pro uchycení na vodních makrofytech. Na tyto vyhotovené pasti jsme umístili šest různých substrátů a to: umělý provázek, list kukuřice, izolační materiál, krycí sklíčka, umělohmotná páska a jako šestý substrát byla použita samotná plastová deska. Všechny substráty byly připevněny k podkladu pomocí lepicí pásky. Umístili jsme je rovnoměrně po celém podkladu, tak aby měly stejnou plochu. Takto zhotovené pasti jsme umístili přibližně 20 cm pod vodní hladinu, kde jsme je na vodní makrofyta pevně přichytili drátky. Pasti byly nasazeny 13. července 2013 a po uplynutí jednoho měsíce byly přepraveny do laboratoře a posléze podrobně prozkoumány. Fotodokumentace z experimentu s nárostovými substráty je uvedena v příloze (Obr. P11 P15). 4.5. ZPRACOVÁNÍ VZORKŮ V LABORATOŘI 4.5.1. HODNOCENÍ DIVERZITY A JEJICH MORFOLOGICKÉ VARIABILITY V laboratoři jsem pomocí skalpelu a žiletky odebírala nárosty epifytických řas. Z nich jsem zhotovila preparáty a pozorovala je binokulárním mikroskopem Zeiss PrimoStar (použité objektivy Plan Achromat 10/0,25, 40/0,65, 100/1,25. Při determinaci jsem 25
použila odbornou literaturu se zaměřením na taxonomii zelených řas Starmach (1972), Hindák (1978), John et al. (2002). U jednotlivých druhů jsem sledovala morfologickou variabilitu a dokumentovala ji fotograficky (kamera Zeiss AxioCam ERc 5s) a kresebně. 4.5.2. KULTIVACE EPIFYTICKÝCH ŘAS Vzorky epifytických řas jsem před izolací jednotlivých druhů zbavila planktonních druhů jemným protřepáním ve sterilních zkumavkách naplněných mediem BBM (Tabulka 1). Poté jsem nárosty vložila do tekutého media BBM s přídavkem půdního extraktu. Další část vzorků jsem kultivovala na 1,5% a 0,5% tuhém médiu BBM s půdním extraktem. Vzorky jsem uchovávala v kultivačním boxu za následujících podmínek: teplota 16 ºC, osvětlení 24 h. V týdenních intervalech jsem determinovala jednotlivé druhy, sledovala jejich morfologickou variabilitu a následně je izolovala do kultur. V průběhu kultivace jsem u izolovaných kmenů kontrolovala a sledovala jejich čistotu a růst. K průběžné kontrole jsem používala binokulární lupu Zeiss Stemi2000 a inverzní mikroskop Zeiss AxioVert 40C (objektivy: LD A Plan 20/0,30 Ph1, 40/0,50 Ph2). Následné reizolace a čištění jednotlivých vzorků jsem prováděla pomocí mikroskopu (Zeiss PrimoStar obj. 10/25) s použitím mikrokapilár. Technika reizolace a čištění: na sterilní podložní sklo jsem nanesla několik kapek sterilního média BBM. Do první kapky jsem nanesla vzorek epifytických řas, opatrně je promíchala sterilní mikrobiologickou jehlou a za pomocí mikrokapilár jsem izolovala jednotlivé druhy řas a v následujících kapkách je přečistila. Izolovanou řasu jsem vložila do kultivačního media na sérologickou desku, kde jsem ji kultivovala do makroskopicky pozorovatelného růstu kultury. Poté jsem provedla další kontrolu čistoty pomocí inverzního mikroskopu a jednotlivé kmeny jsem následně kultivovala ve100 ml Erlenmeyerových baňkách, které jsem umístila do kultivační místnosti (světelný režim 16 h den/8 h noc, intenzita ozáření 65 mol.m 2.s 1, 22 C). 26
Tabulka 1. Složení BBM media podle Bold (1949). Složka Zásobní roztok Dávkování do media ml/l K 8,75 g/500 ml 10 ml 1,25 g/500 ml 10 ml 3,75 g/500 ml 10 ml 12,5 g/500 ml 10 ml 3,75 g/500 ml 10 ml NaCl 1,25 g/500 ml 10 ml KOH 10 g/l 6,2 g/l 1 ml 4,98 g/l (koncentrovaná) 1 ml/l 1 ml Stopové prvky 2,86 g/l 1,81 g/l 0,222 g/l 0,390 g/l 0,079 g/l 0,0494 g/l 5,75 g/500ml 1 ml 0,7 ml 27
5. VÝSLEDKY A DISKUSE 5.1. VYHODNOCENÍ FYZIKÁLNĚ CHEMICKÝCH PARAMETRŮ VE STUDOVANÝCH LOKALITÁCH Měřením fyzikálně chemických parametrů vody jsem zjistila, že studované lokality jsou rozdílného charakteru (Tabulka 2). Nejvyšší hodnoty salinity a konduktivity jsem naměřila ve Stříbrném jezeře (1145 ppm a 2292 μs.cm 1 ), zatímco nejnižší jsem zaznamenala v Raduňských rybnících (87 ppm a 107 μs.cm 1 ). Vysoké hodnoty ve Stříbrném jezeře jsou dány mocnou vrstvou sádrovce, která tvoří dno jezera. Raduňské rybníky jsou bez rybářského využití a jsou napájeny velmi čistou vodou z říčky Raduňky blízko prameništi, což pravděpodobně vede k nízkým hodnotám saliny a konduktivity. Poměrně vysoké hodnoty salinity a konduktivity jsem naměřila také na Pánském rybníku, který se nachází uprostřed obce Dolní Životice. Pravděpodobnou příčinou vysokých hodnot konduktivity v Panském rybníku jsou splachy živin a půdy z okolních polí a nelegální zaústění odpadních jímek z okolních domů. U ostatních lokalit byly naměřeny poměrně běžné hodnoty jak salinity, tak vodivosti. Další parametr, který jsem na jednotlivých lokalitách měřila, bylo ph, jeho hodnoty ph byly na daných studovaných lokalitách přibližně stejné. Nejnižší naměřená hodnota byla zaznamenána ve Stříbrném jezeře (7,5) a naopak nejvyšší v Panském rybníku (9,1). 28
29
5.2. VYHODNOCENÍ DRUHOVÉ BOHATOSTI EPIFYTICKÝCH ZELENÝCH ŘAS Druhová bohatost epifytických zelených řas nebyla příliš vysoká, kdy dosahovala maximálně čtyř druhů na studovanou rostlinu z dané lokality (Tabulka 3). Jako druhově nejbohatší se jeví lokality Kučak a Panský rybník, kde jsem determinovala tři druhy. V rámci mých vzorků rákosu obecného dominují vláknité zelené řasy, zejm. Stigeoclonium (S. tenue, S. nanum), Oedogonium, Uronema.Z řas tvořících plošně se rozrůstající stélky jsem determinovala Phycopeltis epiphyton a Pseudendoclonium basiliense. Druhové a rodové spektrum, které jsem zjistila, se podobá dřívějším nálezům v ČR, jak publikovali Marvan a Komárek (1978). Zmínění autoři jako typické zelené řasy porůstající rákos obecný uvádí Characium ensiforme a Stigoeclonium spp. Z dalších sledovaných makrofyt pak uvádí Cladophora fracta, Spirogyra spp., Oedogonium spp. a Enteromorpha intestinalis. Při srovnání druhové bohatosti jsem zjistila, že lokality s vyššími hodnotami konduktivity mají vyšší druhovou bohatost (Stříbrné jezero 4, Panský rybník 4), lokality s běžnou konduktivitou v rozmezí 300 500 S.cm 1 mají druhovou bohatost 3 a Raduňské rybníky mají druhovou bohatost 2. Z uvedených dat je tedy zřejmé, že vyšší konduktivita (vyšší koncentrace rozpuštěných solí) podporují na mnou sledovaných lokalitách vyšší druhovou bohatost epifytických zelených řas. Studiem rybníků Nesyt a Opatovický Marvan a Komárek (1978) vyvozují, že rozdíl mezi jejich studovanými lokalitami je zjevně závislý na typu sedimentu. Rybník Nesyt (Obr. P10) je typický velmi vysokou salinitou, která podle mého názoru má svůj původ v jeho podloží, což odpovídá situaci Stříbrného jezera, jehož velmi vysoké hodnoty salinity jsou ovlivněny mocnými vrstvami sádrovce. S ohledem na studii Marvana a Komárka (1978) usuzuji, že rozdíly v druhové bohatosti na mnou studovaných lokalitách jsou způsobeny charakterem daných lokalit, které vyjadřuji zejména salinitou a konduktivitou, na jejichž hodnoty má vliv charakter sedimentu nebo dále způsob obhospodařování či vstup eutrofizujících látek nebo polutantů z okolních polí a pozemků. Fryč (nepublikováno) studoval druhovou bohatost na lokalitách Stříbrného jezera a Štáblovic. Ve Stříbrném jezeře determinoval tři druhy sinic, ve Štáblovicích druhů pět, což je zcela opačný vzor než jsem nalezla u vláknitých zelených řas. Experimenty nebyla prokázaná jednotná druhová odpověď růstu a tolerance zelených řas na zvýšený obsah solí. Asulabh et al. (2012) zjistili, že zvyšující se salinita má stimulační vliv na růst Chlorococcum sp. a Microcystis sp., zatímco růst 30
řasy rodu Chaetoceros je ovlivněn negativně. Fodorpataki a Bartha (2004) se zabývali studiem tolerance salinity zelenou řasou Scenedesmus opoliensis. Zjistili, že tento druh může růst i při koncentraci 30 g.l 1. Nicméně z jejich dat je patrné, že zmíněná řasa je při velmi vysokých koncentracích již stresovaná, i když vykazuje poměrně dobrý přírůstek buněk. Francke a Cate (1980) studovali vliv živin na rod Stigeoclonium. Z jejich zjištění vyplývá, že tento rod vykazuje velmi vysokou toleranci k vyššímu obsahu živin, resp. solí v prostředí, což je patrné také z mých výsledků. Je tedy zřejmé, že rozdíl mých výsledků a Fryčových vysvětluje odlišnou fyziologickou adaptabilitu nalezených druhů na lokalitách Opavska. Fotografická dokumentace k nalezeným zeleným řasám je uvedena v příloze 4 (Obr. P16 P28). Tabulka 3. Seznam druhů zelených řas, které byly nalezeny v přírodních vzorcích a kultivovaném materiálu. LOKALITA PŘÍRODNÍ VZOREK KULTIVACE Bobrov Stigeoclonium sp. Oedogonium sp. Stigeoclonium cf tenue Dolní Benešov Phycopeltis epiphyton Stigeoclonium cf tenue Pseudendoclonium basiliense Chobot Stigeoclonium sp. Stigeoclonium sp. Stigeoclonium nanum Kučak Oedogonium sp. Oedogonium sp. Ulothrix sp. Uronema cf. confervicolum Nové Sedlice Oedogonium sp. Pseudendoclonium basiliense Chlorococcum sp. Panský rybník Uronema cf. confervicolum Oedogonium sp. Stigeoclonium sp. Chlorosphaera sp. Raduňský rybník 1 Stigeoclonium sp. Chlorococcum infusionum Raduňský rybník 2 Oedogonium sp. Stigeoclonium sp. Slavkov Stigeoclonium sp. Oedogonium sp. Stigeoclonium sp. 31
Stříbrné jezero Štáblovice Stigeoclonium sp. Uronema cf. confervicolum Spirogyra sp. Pseudendoclonium basiliense Stigeoclonium nanum Stigeoclonium tenue Oedogonium sp. Oedogonium sp. Stigeoclonium nanum 5.3. VÝZNAMNÍ ZÁSTUPCI EPIFYTICKÝCH ZELENÝCH ŘAS Mezi nejvýznamnější rody zelených epifytických řas, které jsem determinovala na lokalitách v okrese Opava, patří především Stigeoclonium, Pseudendoclonium a Uronema. K determinaci jsem používala taxonomickou literaturu Starmach (1972), Hindák (1978) a John (2003). Níže uvádím charakteristiku a fotodokumentaci významných rodů a druhů vyskytujících se na zkoumaných lokalitách. Rod Stigeoclonium Rod Stigeoclonium je charakterizován makroskopickou stélkou, která může dosahovat délky až několik decimetrů. Stélku tvoří vzpřímená vlákna, která se mohou buď střídavě, nebo dichotomicky větvit. Boční větvení bývá nerovnoměrné a někdy také velmi dlouhé nebo u některých druhů zakončené vlasem (např. Stigeoclonium longipilum). Z tohoto rodu jsem v mých vzorcích determinovala dva druhy: Stigeoclonium tenue (Obr. 1) a Stigeoclonium nanum (Obr. 2). V průběhu mojí práce jsem získala dva kmeny Stigeoclonium tenue. Šířka buněk druhu S. tenue se v taxonomické literatuře uvádí v rozmezí 5 7 15μm (Hindák, 1978). Mnou naměřená průměrná šířka buněk je 12μm. Starmach (1972) uvádí, že buňky mohou být široké až do 18μm. Rozdílné hodnoty uváděné v různé taxonomické literatuře indikují značnou variabilitu tohoto druhu. Z uvedených dat můžeme usuzovat, že S. tenue pravděpodobně představuje druhový komplex, což můžeme vnímat jako komplikující faktor při determinaci a následném hodnocení např. ekologicky laděných studiích. Při 32
kultivaci jsem sledovala změny stavby stélky a snažila jsem se sledovat životní cyklus řasy. V průběhu kultivace jsem zaznamenala velkou proměnlivost tvaru vegetativních buněk, která se pohybovala od cylindrických ostře přehrádkovaných buněk po buňky s vydutými buněčnými stěnami až po čistě kulovité buňky v osních vláknech. Z dostupné literatury jsem se nedozvěděla konkrétní vysvětlení této morfologické proměnlivosti, nicméně se domnívám, že zde šlo o reakci na kultivační podmínky a přírodní populace, jak jsem je mohla pozorovat, vykazují čistě ohraničené buňky cylindrického typu. V průběhu kultivace jsem zaznamenala tvorbu bičíkatých rozmnožujících se stádií. Vzhledem k jemnosti bičíků se mi nepodařilo přesně stanovit jejich počet, a proto nemohu v tuto chvíli zcela přesně říci, zdali se jednalo o gamety či zoospory. Nicméně se mi podařilo sledovat kopulaci bičíkovců, tudíž k tvorbě gamet nepochybně docházelo. Druh jsem izolovala z lokalit s konduktivitou 450 600 S.cm 1 a ph v rozmezí 7,75 8,59. U druhu Stigeoclonium nanum dosahovala moje naměřená šířka buněk hodnoty 7μm.Šířka buněk dle Starmach (1972) se pohybuje od 6 do 9,5μm. V taxonomické literatuře Hindák (1978) se tento druh ani neuvádí z důvodu obtížné determinace vzhledem k velké morfologické variabilitě. Chloroplast je nástěnný. Podle Starmach (1972) a Hindák (1978) obsahuje chloroplast pouze jeden pyrenoid. Avšak John (2003) uvádí, že může být tvořen jedním, až několika pyrenoidy. U mých vzorků jsem vypozorovala pouze jeden pyrenoid.u rodu Stigeoclonium bylo pozorováno rozmnožování jak nepohlavní (pomocí mikrozoospor a makrozoospor se čtyřmi bičíky), tak pohlavní pomocí gamet se dvěma bičíky. Zde jsem zaznamenala rozdíl v taxonomické literatuře. Starmach (1972) a Hindák (1978), kteří uvádějí dvoubičíkaté gamety, kdežto John (2003) uvádí rozmnožování i pomocí čtyřbičíkatých gamet. U svých kmenů jsem pozorovala bičíkatá stádia a jejich tvorbu. Vzhledem k fyziologickým projevům těchto stádií se domnívám, že většinou šlo o nepohlavní formu z drobných zoospor, které poměrně rychle klíčily do vláknitých útvarů. S. nanum je podle mého názoru velmi zajímavý druh, který vykazuje zajímavé morfologické uspořádání, které ne zcela přesně odpovídá rodovým znakům. S ohledem na pokroky dnešních molekulárních technik se domnívám, že by mohla být nalezena molekulární odlišnost od ostatních zástupců rodu. 33