چکیده سیانوباکترها (جلبکهای سبز - آبی) جزء پروکاریوتها محسوب میشوند.
این فیتوپلانکتونها معمولاً در آبهای شیرین و لب شور یافت میشوند و از لحاظ شکل ظاهری به دو گروه رشتهای و کلنی تقسیم میشوند.
سیانوباکترها در هنگام بلوم (شکوفایی)، سمومی را تولید میکنند که سلامت آب آشامیدنی را به مخاطره میاندازند و اثرات مضری بر روی موجودات زنده دارند.
این سموم عبارتند از: میکروسیستینها، نودولارینها، ساکسی توکسینها، آناتوکسین a، آناتوکسین S(a) و Cylindrospermopsin.
این سموم از نظر ساختمانی متفاوتند و محدوده عصبی را شامل میشود.
وجود سیانوباکترها و سموم آنها در مخازن آبی مورد استفاده برای آشامیدن به علت عدم مدیریت صحیح منابع و مخازن آبی است.
روشهای تیمار آبی که در این پروژه مورد بحث قرار گرفتهاند عبارتند از: کلرزنی، فیلتراسیون سریع یا کند، به ویژه استفاده از ازن و غیره، از موثرترین روشها در از بین بردن سیانوباکترها هستند.
مقدمه بعضی از جلبکهای سبز - آبی سمومی تولید میکنند که وجود این سموم و افزایش آنها در آب آشامیدنی باعث ایجاد اثرات حاد و مزمن میگردد و ممکن است حیات موجودات زنده آبزی و دیگر موجوداتی را که از این آب آلوده استفاده میکنند، تهدید کنند.
فعالیتهای انسانی مانند ورود فاضلابهای شهری، صنعتی و کشاورزی که حاوی عناصر غذایی فراوانی هستند باعث شکوفایی این جلبکها میگردد و در نتیجه اکسیژن آب کاهش مییابد و آب رنگ و بوی نامطبوع پیدا میکند و سبب افزایش مرگ و میر موجودات زنده و یا افزایش بیماریهای حاد و مزمن میشود.
مدیریت صحیح منابع آبی میتواند از لوم این جلبکها جلوگیری کند.
با ارزیابی این سموم در منابع آبی و تعیین مقادیر آنها و اتخاذ روشهای مناسب برای مبارزه و کنترل آنها میتوان میزان آلودگی منابع آبی و تعیین مقادیر آنها و اتخاذ روشهای مناسب برای مبارزه و کنترل آنها میتوان میزان آلودگی منابع آبی به سموم سیانوباکترها را تا حد قابل ملاحظهای کاهش داد و سلامت و بقاء موجودات زنده را تضمین کرد.
پژوهشها و مطالعات فراوانی در زمینه روشهای کنترل این سموم صورت گرفه است و این روشها تا حد قابل ملاحظهای در کاهش سموم سیانوباکترها مؤثر واقع شدهاند.
این روشها عبارتند از کنترل یا مبارزه بیولوژیک و یا افزودن مواد شیمیایی به منابع آب.
البته سیانوباکترها در بعضی از نقاط دنیا به علت اینکه شرایط مناسبی فراهماست تجمع زیستی پیدا کردهاند.
فصل اول انواع سیانوباکترها (جلبکهای سبز - ویژگیهای بیولوژیکی، ظاهری و بلومهای سمی آنها) جلبکهای سبز - آبی دارای 150 جنس و 2000 گونه هستند که در حال حاضر کمتر از 40 گونه سمی تشخیص داده شدهاند.
جلبکهای سبز - آبی با بیش از 3 میلیون سال قدمت از قدیمیترین موجودات بوده که سالانه با بلوم خود سبب مرگ و میر بسیاری از آبزیان و احشام میگردند.
1-1- تاریخچه سیانوفیت ها یا جلبکهای سبز - آبی در واقع همان سیانوباکترها هستند که تا سال 1978 این میکروارگانیسمها جزء جلبکها محسوب میشدند تا اینکه در سال 1978 دانشمندی به نام Stanier و همکارانش بررسی علمی بسیار منطقی روی این میکروارگانیسمها انجام دادند و ثابت نمودند که سیانوفیتها نه تنها فاقد هسته و غشاء هسته میباشند، بلکه از نظر ضریب رسوبگذاری میتوکندری SRNA شانزده میباشند که شباهت بسیار زیاد بین آنها و باکتریهاست.
1-2- ویژگیهای ساختاری و بیولوژیکی سیانوباکتر ها سیانوباکترها فاقد هسته مشخص، مژک و تاژک بوده و گروه اصلی پروکاریوتها را تشکیل میدهند.
از نظر ساختمانی حاوی دیواره سلولی هستند، که در باکتریهای گرم منفی وجود دارد.
با این تفاوت که در بسیاری از آنها لایه پکتینی و سلولزی نیز موجود است.
سیانوباکترها دارای رنگدانههای مخصوص بیلوپروتئینها (فیکواریترین C)، زانتین، کلروفیل a و کاروتین.
معمولاً کلروفیل c و b در سیانوباکترها وجود ندارند.
جلبکهای سبز - آبی علاوه بر کلروفیل a دارای رنگ خاص آبی به نام فیکوسیانین میباشند.
رنگ قرمز فیکواریترین هم در برخی گونهها دیده میشود.
تقریباً در تمامی گونهها اطراف سلول را یک غشاء ژلهای فرا گرفته است که از بخش غشاء سلولی و یا از سلول مستقیماً ترشح میشود.
واکوئل در سیانوباکترها از انواع هوایی و یا غذایی هستند که واکوئلهای هوایی موجب شناوری سیانوباکترها در سطح آب و بهبود فتوسنتز میگردند.
معمولاً ذرات رنگی (کروموبلاست) بر روی تیلاکوئید قرار دارند.
سنتروبلاستها در مرکز سلول قرار دارند و برخلاف کروموبلاستها ناحیه بیرنگ محسوب میشوند.
طیف رنگ و رنگدانهها در سیانوباکترها با توجه به نوع گونه متفاوت است.
معمولاً، هیدراتهای کربن در سیانوباکترها وجود دارند که به آمیلوپکتین معروفند.
برخی از چربیها و پروتئینهای دیگر نیز در سیانوباکترها دیده میشوند.
جلبکهای سبز - آبی براساس نوع و نسبت رنگدانهها ممکن است به رنگهای چمنی، سیاه، قرمز، قهوهای، زرد و یا بنفش دیده شوند و با وجودی که سیانوباکترها فاقد هرگونه مژک یا تاژکاند، ولی نوعی حرکت ویژه در گونههای رشتهای دیده میشود که هنوز مکانیسم دقیق آن روشن نشده است.
در حقیقت گونههای رشتهای یک حرکت بطنی خزنده دارند و گونههای تک سلولی و تشکیل دهنده کلنی فاقد تحرک هستند.
برخی از گونههای جلبکهای سبز - آبی (در گونههای رشتهای) تا حدی بزرگ میشوند که با چشم غیرمسلح قابل دید هستند.
در جلبکهای رشتهای مواد ژلهای به شکل لوله بوده و سلولها در امتداد یکدیگر از طریق پلاسمودیوم به یکدیگر متصلاند.
شناسایی مواد ژلهای به ویژه زمانی که بیرنگ هستند از طریق میکروسکوپ مشکل است.
ردیفهای سلولی در گونههای نخی شکل را تریکوم گویند.
تکثیر جلبکهای سبز - آبی از طریق غیرجنسی (پاره شدن غلاف ژلاتینی و دو نیم شدن سلولها) صورت میگیرد، یعنی تکثی در قسمت داخلی دیواره سلولی انجام میشود ولی بخش خارجی بدون تقسیم باقی میماند به طوری که یک تراکم بالای سلولی رسیده و تشکیل کلنی میدهند.
تشکیل اسپور: نانویستها سلولهای بسیار کوچکی هستند که با سرعت از طریق تقسیم سلول مادر و پیدرپی تشکیل میشوند.
این سلولها تا حد طبیعی رشد مییابند بنابراین اسپورهای داخلی از طریق تقسیم متوالی یک سلول بزرگ مادر حاصل میشوند.
ولی اسپورهای خارجی در بخش سلولهای انتهایی تشکیل میشوند در تکثیر جلبکهای رشتهای جدا شدن رشتههای کوچک از رشته اصلی را هورموژنی و جدا شدن سلولها را پلانوکوکون گویند.
هرویستهای سلولهای فاقد مواد فتوسنتزی بیرنگ یا زردرنگ هستند و اغلب دارای دیواره ضخیم سلولی بوده که در گونههای رشتهای در دوره رشد در بین سلولها در انتهای رشته ظاهر میشوند.
جلبکهای سبز - آبی از قدیمیترین جانداران فوتواتوتروف به شمار میروند که معمولاً در دریاها، آبهای لب شور و شیرین به صورت پلانکتونی و بنتیک زندگی نموده و میتوانند دامنه وسیعی از شوری و تغییرات درجه حرارت را تحمل نمایند.
البته بیشتر جلبکهای سبز - آبی ساکن آبهای شیرین میباشند و این جلبکها فیتوپلانکتونهای غالب تابستانی هستند.
سیانوفیتها در صنایع مختلف از جمله آرایشی، دارویی، غذای دام، طیور، ماهیها، ماکیان و نیز غذای انسان مصرف دارند.
البته این میکروارگانیسمها به دلیل داشتن ژلاتین زیاد برای تغذیه چندان مناسب نیستند ولی بعضی از انواع آن، مثل نوستوک (Nostoc) به علت داشتن پروتئین و چربی زیاد مصرف میگردد.
1-3- شکوفایی (Bloom) بلومهای سمی سیانوباکترها در ابتدا از طریق گزارشات موجود پیرامون مرگ و میر آبزیان مورد توجه قرار گرفت.
اولین مدرک از این نوع گزارشات در سال 1878 در استرالیا مشاهده شده است (1878، Francis).
سیانوباکترها معمولاً در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری یافت میشوند و معمولاً در تمام طول سال حضور دارند.
اخیراً با استفاده از دستگاههای مدرن اغلب میتوان ایجاد بلومهای سمی با فرکانس زیاد را حتی قبل از اینکه مسمومیتی اتفاق بیفتد، گزارش و پیشبینی نمود.
در زمان بلوم سیانوباکترها، بر روی سطح آب به صورت غلاف موسیلاژی درآمده (به دلیل داشتن واکوئلهای گازی) و اکسیژن محلول را کاهش میدهند.
تولید توکسین (سم) توسط این جلبکها زندگی آبزیان و سایر مصرفکنندگان را به مخاطره میاندازند.
در تمامی دنیا سم کبد (هپاتوتوکسیک حاوی میکروسیستین) ناشی از بلومهای سیانوباکترهای آب شیرین نسبت به بلومهای نوروتوکسینها فراوانتر است.
بلومهای سم کبد تا به حال تقریباً از تمامی نقاط دنیا گزارش شده است ولی تودههای سیانوباکترها عامل نوروتوکسین در بعضی کشورها مثل شمال آمریکا و اروپا و استرالیا گزارش شده است.
جنسهای میکروسیستیس و عمدتاً Mycrocystis aeruginosa در سراسر جهان بارها باعث شکوفایی و تولید سموم کبدی شده است.
گونههای M.viridis، M.botrys تولیداتی مانند میکروسیستینها را ایجاد میکنند.
توجه شود که در قسمت 2، 2 میکروسیسیتین یک ژن غیرنیتروژنی است که اغلب در شرایط کم غذایی غالب است (مخصوصاً در محلی که تولید آمونیاک چشمگیر است).
جنسهای آنابنا که عامل تولید میکروسیستین است از کانادا، دانمارک، فنلاند، فرانسه و نروژ گزارش شدهاند.
مطالعات اخیر در مصر حاکی از آن است که 25% گونههای آنابنا و نوستوک در مزارع برنج و پیکرههای آبی شامل میکروسیستین میباشد.
Planktothrix agardhii و Planktothrix rubescen عمدتاً تولیدکننده میکروسیستین در نیمکره شمالی هستند و به عنوان گونههای غالب باعث شکوفایی در چین، آلمان و سوئد شناسایی شدهاند.
در دریاچههای سوئیس گونه Oscillatoria limosa (در رسوبات و صخرهها) تولیدکننده عامل میکروسیستین است.
علیرغم وقوع گسترده شکوفایی سیانوباکتر در استرالیا، شکوفایی توسط Planktothrix نادر است.
این مسئله ناشی از دمای بالا و افزایش گلآلودگی است.
در ابتدا Anabaena flos-aquae به عنوان تولیدکننده نوروتوکسین و آناتوکسین a در کانادا معرفی شد.
بعدها گونههای ناشناختهای از جنسهای Oscillatoria، Aphanizomenon، Cylindrospermum در اسکاتلند و ایرلند معرفی شدند.
هومو آناتوکسین a تنها در گونه Anabaena flos-aquae در آمریکا و اسکاتلند و گونه Anabaena Lemermannii در دانمارک دیده شده است.
شکوفایی Aphanizomenon flos-aquae در آمریکا، برای مدت زمان طولانی تنها تولیدکننده بزرگ ساکسی توکسین در میان سیانوباکترها قلمداد میشد.
اخیراً ساکسی توکسین در رودخانههای استرالیا توسط Anabaena circinalis یافت شده است.
در آمریکای شمالی گونه Lynbya wollei (کفزی آب شیرین) و در برزیل گونه Cylindrospermopsi raciborskii به عنوان تولیدکننده ساکسی توکسین معرفی شدهاند.
براساس مشاهدات به طور معمول در دریاچههای غنی شده جلبکهای سبز - آبی از گونههای غالب جلبک به شمار میروند.
این جلبکها قادرند نیتروژن را به طور مستقیم از اتمسفر جذب کنند، بنابراین برای کنترل غنی شدن این دریاچهها در درجه اول میباید غلظت فسفر به عنوان یک عامل محدودکننده تحت کنترل قرار گیرد.
پس فسفر مهمترین عنصر محدودکننده سیانوباکترها است.
به منظور محاسبه مقدار فسفر و نیتروژن مورد نیاز برای رشد سیانوباکترها که برای فرمول فتوسنتز آنها مفید خواهد بود.
+H18 + 20H122 + 2-4HPO + -3NO16 + 2CO 106 (فرمول 1-1) 2O138 + P6N 110O 263H 106C با استفاده از تجزیه استوکیومتری ساده نسبت وزنی نیتروژن به فسفر در این جلبکها برابر خواهد بود با براساس تخمین به منظور تولید مقدار مشخصی از جلبک مصرف نیتروژن 7 برابر فسفر است.
توضیح دیگر اینکه اگر نسبت در آب بیشتر از 20 واحد باشد در این حالت فسفر به عنوان عامل محدودکننده عمل میکند.
نسبتهای برابر 5 یا کمتر از 5 واحد بیانگر ایجاد محدودیت از سوی نیتروژن است.
سویر اظهار داشت که غلظتهای بالاتر از 015/0 میلیگرم بر لیتر فسفر و 3/0 میلیگرم بر لیتر نیتروژن به منظور رشد و جوانهزنی جلبکها کافی است.
این نتایج، با نتایج تحقیقاتی که در سالهای اخیر انجام گرفته همسویی دارد، به طوری که امروزه بیان میشود که غلظت 01/0 میلیگرم بر لیتر فسفر در آب قابل قبول، در حالی که غلظت 02/0 میلیگرم بر لیتر و بالاتر از آن بسیار زیاد و غیرقابل قبول است.
نکته مهمی که بایستی به آن توجه داشت این است که انسان همیشه در به وجود آمدن این تودههای سمی از طریق آلودگی ناشی از پدیده غذایی دخالت ندارند.