ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΥΛΗΣ ΠΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΩΝΕΤΑΙ ΑΠΟ ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΜΑΚΡΟΦΥΚΗ ΣΤΗ ΣΥΜΠΛΕΞΗ ΤΟΥ ΧΑΛΚΟΥ

Transcript

1 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΥΛΗΣ ΠΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΩΝΕΤΑΙ ΑΠΟ ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΜΑΚΡΟΦΥΚΗ ΣΤΗ ΣΥΜΠΛΕΞΗ ΤΟΥ ΧΑΛΚΟΥ Καραβόλτσος Σ. 1, Σακελλάρη Α. 1, Plavšić M. 2, Κουντάνη Ι. 1, Ιωάννου Ε. 3, Ρούσσης Β. 3, Δασενάκης Μ. 1, Σκούλλος Μ. 1 1 Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο Αθηνών, skarav@chem.uoa.gr 2 Ruđer Bošković Institute, Center for Marine and Environmental Research 3 Τμήμα Φαρμακευτικής, Πανεπιστήμιο Αθηνών Περίληψη Στα θαλάσσια συστήματα η σύμπλεξη του χαλκού ελέγχεται κυρίως από την οργανική ύλη, μέρος τη οποίας παράγεται από μικρο- και μακροφύκη που ελευθερώνουν εκκρίματα, τα οποία έχουν τη δυνατότητα να δεσμεύουν μέταλλα. Το χαρακτηριστικό αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία, καθώς επηρεάζει τη βιοδιαθεσιμότητα, βιοσυσσώρευση, τοξικότητα και μεταφορά του χαλκού διαμέσου βιολογικών μεμβρανών. Η ελευθέρωση υποκαταστατών του χαλκού από 13 μακροφύκη που συνελέγησαν από ελληνικές ακτές μελετήθηκε στο εργαστήριο. Η συγκέντρωση των υποκαταστατών (L T) και η συμπλεκτική ισχύς ως προς χαλκό (log K) των εκκριμάτων που ελευθερώνονται από κάθε είδος προσδιορίστηκαν με ανοδική αναδιαλυτική βολταμετρία. Η συμπλεκτική ικανότητα ιόντων χαλκού που μετρήθηκε μετά την ελευθέρωση των εκκριμάτων από τα μακροφύκη, κατόπιν καλλιέργειας για 48 h, κυμαίνεται από 105 έως 744 nm. Η συμπλεκτική ισχύς (log K) κυμαίνεται από 7.0 έως 8.6. Οι υψηλότερες τιμές συμπλεκτικής ικανότητας ιόντων χαλκού προσδιορίστηκαν στα εκκρίματα των ειδών P. cartilagineum, A. armata, L. obtusa και microcladia, S. scoparium. Λέξεις κλειδιά: συμπλεκτική ικανότητα, συμπλεκτική ισχύς, εκκρίματα μακροφυκών, οργανικοί υποκαταστάτες THE IMPACT OF ORGANIC MATTER RELEASED BY MARINE MACROALGAE ON COPPER COMPLEXATION Karavoltsos S. 1, Sakellari A. 1, Plavšić M. 2, Kountani I. 1, Ioannou E. 3, Roussis V. 3, Dassenakis M. 1, Scoullos M. 1 1 Chemistry Dptm., University of Athens, skarav@chem.uoa.gr 2 Ruđer Bošković Institute, Center for Marine and Environmental Research 3 Pharmacy Dptm., University of Athens Abstract Copper complexation in marine systems is mainly controlled by organic matter, partially produced by micro- and macroalgae that release exudates with the capacity to bind metals. This feature is important as it influences bioavailability, bioaccumulation, toxicity and transport of copper through biological membranes. The release of Cu-complexing ligands by 13 macroalgae collected from Greek coastal areas was studied in the laboratory. The concentration of ligands and the copper-binding strength (log K) of exudates released by each species was determined by anodic stripping voltammetry (ASV). The complexing capacity measured following releasing of exudates from the algae after 48 h of culture varies in a wide range of concentrations ( nm). The binding strength (log K) varied among species from 7.0 to 8.6. The highest values of copper complexing capacity were determined in the exudates of the macroalgae P. cartilagineum, A. armata, L. obtusa and microcladia, S. scoparium. Keywords: complexing capacity, binding strength, macroalgae exudates, organic ligands

2 1. Εισαγωγή Στα φυσικά ύδατα τα επίπεδα των μετάλλων σε ιονική μορφή είναι ιδιαίτερα χαμηλά, κυρίως λόγω της σύμπλεξής τους με οργανικούς υποκαταστάτες, η οποία επηρεάζει τη βιοδιαθεσιμότητα και την τοξικότητά τους (Mantoura, 1981; Buffle, 1988; Moffet and Brand, 1996; Leal et al., 1999). Τα ιόντα χαλκού συνιστούν το πληρέστερα μελετημένο μέταλλο και σε ποσοστό μεγαλύτερο από 99% εμφανίζονται συμπλεγμένα με οργανικούς υποκαταστάτες σε όλα τα υδάτινα περιβάλλοντα, με εξαίρεση τα βαθιά ωκεάνια νερά (Calace and Petronio, 2004; Buck and Bruland, 2005). Αυτό υποδεικνύει ότι η συγκέντρωση των ευκίνητων μορφών χαλκού (που περιλαμβάνουν κυρίως ενυδατωμένα ιόντα και ανόργανα σύμπλοκα) είναι χαμηλή στα υδάτινα συστήματα. Τα φυσικά νερά είναι πλούσια σε οργανικές ενώσεις και η συμπλoκοποίηση μετάλλων με τη διαλυτή και αιωρούμενη σωματιδιακή οργανική ύλη εμφανίζει εκλεκτικότητα ως προς τους υποκαταστάτες, εξαρτώμενη από τον αριθμό και τον τύπο των σημείων σύμπλεξης στα οργανικά μόρια. Χουμικές ενώσεις, εκκρίματα βιομάζας και κυτταρικά τοιχώματα εμφανίζουν ένα εύρος σημείων σύμπλεξης μερικά εκ των οποίων είναι μαλακοί δότες (ομάδες που περιλαμβάνουν άζωτο, θείο και φώσφορο) ενώ τα υπόλοιπα είναι σκληροί δότες (καρβοξυλικές και φαινολικές ομάδες) (Buffle,1988; Hansel and Carlson, 2002). Σε παράκτιες περιοχές ο χαλκός συσσωρεύεται κυρίως από το φυτοπλαγκτό και τα μακροφύκη. Η κινητική αυτής της διαδικασίας περιλαμβάνει δύο κύριους μηχανισμούς: προσρόφηση και ενδοκυτταρική πρόσληψη (Vasconcelos and Leal, 2001). Ωστόσο, η προσρόφηση και η συγκέντρωση στο νερό δεν είναι οι μόνοι παράγοντες που υπεισέρχονται στην αλληλεπίδραση μεταξύ του χαλκού και κυττάρων φυκών. Έχει δειχθεί ότι αρκετά είδη φυτοπλαγκτού και ορισμένα είδη μακροφυκών έχουν τη δυνατότητα να παράγουν και να ελευθερώνουν οργανικές ενώσεις που είναι δυνατό να συμπλοκοποιούν ιόντα χαλκού (Andrade et al., 2010). H αφθονία των οργανικών υποκαταστατών που συμπλέκουν χαλκό στο θαλασσινό νερό, ορίζεται ως η «φαινόμενη συμπλεκτική ικανότητα ιόντων χαλκού» και είναι δυνατό να προσδιοριστεί έμμεσα με συμπλοκομετρική ογκομέτρηση με ιόντα χαλκού, σε επιλεγμένες και ελεγχόμενες πειραματικές συνθήκες (van den Berg, 1982; Plavšić et al., 1982). Η ηλεκτροχημική τεχνική που εφαρμόζεται στην παρούσα μελέτη για την ποσοτικοποίηση των οργανικών υποκαταστατών του χαλκού είναι η ανοδική αναδιαλυτική βολταμετρία (ASV Anodic Stripping Voltammetry) (Bruland et al., 2000). Μέσω της αναλυτικής αυτής προσέγγισης προσδιορίζονται: (1) το πλήθος των διαθέσιμων θέσεων σύμπλεξης του οργανικού υποκαταστάτη (συμπλεκτική ικανότητα δείγματος, L T ), το οποίο αντικατοπτρίζει την ικανότητα του συστήματος να συμπλέκει μέταλλα και (2) ο βαθμός στον οποίο τα μεταλλικά ιόντα συνδέονται ισχυρά με οργανικούς υποκαταστάτες (σταθερά σχηματισμού συμπλόκων K). Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η ικανότητα της οργανικής ύλης που ελευθερώνεται από μακροφύκη να συμπλοκοποιεί ιόντα χαλκού, ενώ παράλληλα επιχειρείται η ποιοτική εκτίμηση των σημείων σύμπλεξης. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν 13 είδη μακροφυκών που συνελέγησαν από Ελληνικές ακτές για τα οποία ελάχιστα αντίστοιχα στοιχεία υπάρχουν διαθέσιμα στη βιβλιογραφία.

3 2. Μεθοδολογία 2.1 ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΊΑ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ Οι δειγματοληψίες των μακροφυκών πραγματοποιήθηκαν με ελεύθερη κατάδυση. Τα μακροφύκη τοποθετήθηκαν σε πλαστικές σακούλες με θαλασσινό νερό με σκοπό την ελαχιστοποίηση του stress και τη συντήρησή τους μέχρι τη μεταφορά τους στο εργαστήριο. Μετά τη συλλογή τους τα δείγματα μεταφέρθηκαν το συντομότερο δυνατό στο εργαστήριο. Σε γυάλινα δοχεία προστέθηκαν 1.5 L τεχνητού θαλασσινού νερού (αλατότητα 38, ph=8) και 15g (νωπό βάρος) από κάθε μακροφύκος. Η διαδικασία πραγματοποιήθηκε εις τριπλούν για κάθε είδος. Παράλληλα παρασκευάστηκε τυφλό διάλυμα, το οποίο αποτελείτο από τα ίδια ακριβώς συστατικά, απουσία του δείγματος. Τα δοχεία με τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε θάλαμο με συνεχή φωτισμό και αερισμό για 48 ώρες ώστε να ληφθεί οργανικό υλικό από υγιείς οργανισμούς φυκών. Ακολούθως ελήφθησαν δείγματα νερού στα οποία προσδιορίστηκαν η συμπλεκτική ικανότητα ιόντων χαλκού (L T ), η σταθερά σχηματισμού (K), το πολυμερές οργανικό υλικό που περιέχει άζωτο (N-POM), οι μορφές θείου (S 0 +S 2- ), ο διαλυτός οργανικός άνθρακας (DOC) και τα σάκχαρα (μόνο- και πολυσακχαρίτες). 2.2 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Η αναλυτική μέθοδος που εφαρμόστηκε για τον προσδιορισμό της συμπλεκτικής ικανότητας ιόντων χαλκού είναι η διαφορική παλμική ανοδική αναδιαλυτική βολταμετρία (DPASV, Differential Pulse Anodic Stripping Voltammetry) (Plavsic et al., 1982). Ο προσδιορισμός της συμπλεκτικής ικανότητας πραγματοποιήθηκε με την προσθήκη γνωστών ποσοτήτων πρότυπου διαλύματος ιόντων χαλκού σε δείγμα σε φυσικό ph (~8.0) (Σχ. 1) και σε δείγμα οξυνισμένο (ph=2) που προηγουμένως είχε ακτινοβοληθεί με την εφαρμογή UV ακτινοβολίας για 12 ώρες. Μέσω της ακτινοβόλησης οξυνισμένου δείγματος διασπώνται πλήρως οι εν δυνάμει υποκαταστάτες των ιόντων χαλκού και με την τιτλοδότηση του συγκεκριμένου δείγματος επιτυγχάνεται ο προσδιορισμός της ευαισθησίας/απόκρισης του ηλεκτροχημικού αναλυτή στις διαδοχικές προσθήκες γνωστής ποσότητας ιόντων χαλκού. Στην τιτλοδότηση του δείγματος σε φυσικό ph, μετά τη προσθήκη των ιόντων χαλκού και πριν τη μέτρηση, το δείγμα αφήνεται υπό ανάδευση στην κυψελίδα του αναλυτή για 15 λεπτά προκειμένου να επέλθει ισορροπία. Οι τιμές της συμπλεκτικής ικανότητας και της αντίστοιχης σταθεράς σχηματισμού των συμπλόκων χαλκού υπολογίζονται με εφαρμογή του διαγράμματος που προτάθηκε από τον Ruzic (1982). Λαμβάνεται η ευθεία καμπύλη του λόγου Μ/(Μ Τ -Μ) (άξονας ψ) ως προς Μ (άξονας χ) όπου Μ είναι το ελεύθερο μεταλλικό ιόν και Μ Τ -Μ είναι το συμπλεγμένο μέταλλο (Μ Τ είναι η συνολική ποσότητα του μετάλλου). H σταθερά σχηματισμού (Κ) προσδιορίζεται από την τεταγμένη επί την αρχή της ευθείας (τεταγμένη = 1/Κ L T ), ενώ από την κλίση της ευθείας (κλίση = 1/L T ) προσδιορίζεται η συμπλεκτική ικανότητα των ιόντων χαλκού (L T ). Οι ηλεκτροχημικές μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με τον ηλεκτροχημικό αναλυτή ECO- CHEMIE συνδεδεμένο με κυψελίδα μέτρησης τριών ηλεκτροδίων της Metrohm (VA 663). Ο προσδιορισμός του N-POM πραγματοποιήθηκε με χρονοποτενσιομετρική αναδιαλυτική βολταμετρία σταθερού ρεύματος (CPSA, Constant Current Chronopotentiometric Stripping Analysis) (Strmecki et al., 2010), ενώ ο προσδιορισμός των μορφών θείου πραγματοποιήθηκε με βολταμετρία γραμμικής σάρωσης (LSV, Linear Sweep Voltammetry) (Ciglenecki and Cosovic, 1997).

4 6.E-08 I / A 5.E-08 4.E-08 3.E-08 2.E δείγμα χωρίς την προσθήκη Cu 2-1 μg/l Cu 3-2 μg/l Cu 4-3 μg/l Cu 5-5 μg/l Cu 6-7 μg/l Cu 7-10 μg/l Cu 8-20 μg/l Cu 9-30 μg/l Cu μg/l Cu μg/l Cu μg/l Cu μg/l Cu E E+00 1, 2 6 3, Σχ. 1: DPASV βολταμμογραφήματα διαδοχικών προσθηκών ιόντων χαλκού για το δείγμα του μακροφύκους P. cartilagenium στο φυσικό ph Για τον προσδιορισμό του διαλυτού οργανικού άνθρακα εφαρμόστηκε η μέθοδος της καταλυτικής οξείδωσης σε υψηλή θερμοκρασία (HTCO, High Temperature Catalytic Oxidation) και χρησιμοποιήθηκε ο αναλυτής διαλυτού οργανικού άνθρακα TOC-5000A της Shimadzu (Sugimura and Suzuki, 1988), ενώ οι μετρήσεις των μονο- και πολυσακχαριτών πραγματοποιήθηκαν με τη φωτομετρική μέθοδο των Myklestadt et al. (1997). 3. Αποτελέσματα Συζήτηση 3.1 ΠΟΣΟΤΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΣΥΜΠΛΕΞΗΣ ΙΟΝΤΩΝ ΧΑΛΚΟΥ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΥΛΗ Οι μέσες συγκεντρώσεις της συμπλεκτικής ικανότητας ιόντων χαλκού προσδιορίστηκαν να κυμαίνονται από 105 έως 744 nm (Σχ. 2). Η υψηλότερη μέση τιμή προσδιορίστηκε στο δείγμα που ελήφθη από το μακροφύκος Plocamium cartilagineum (744 nm) ακολοθούμενη κατά σειρά από εκείνες που ελήφθησαν από τα είδη Asparagopsis armata (497 nm), Laurencia obtusa, Laurencia microcladia, Stypocaulon scoparium και Colpomenia sinuosa, των οποίων οι μέσες τιμές της συμπλεκτικής ικανότητας κυμαίνονται από ~400 έως 500 nm. Τα υπόλοιπα δείγματα εμφανίζουν αρκετά χαμηλότερες μέσες τιμές με ελάχιστη εκείνη που ελήφθη για το είδος Dictyota dichotoma (105 nm). Δεδομένου ότι στο τυφλό δείγμα η συγκέντρωση της συμπλεκτικής ικανότητας προσδιορίστηκε ίση με 50 nm συμπεραίνουμε ότι όλα τα είδη μακροφυκών που εξετάστηκαν παρέχουν θέσεις σύμπλεξης των ιόντων χαλκού καθώς αυξάνουν τη συμπλεκτική ικανότητα του μέσου από 2 έως και 15 φορές. Σε παλαιότερη εργασία (Scoullos et al., 2004) αναφορικά με την οργανική ύλη που προέρχεται από την πλήρη αποσύνθεση του μακροφύκους Ulva rigida αναφέρθηκαν συγκεντρώσεις της συμπλεκτικής ικανότητας ιόντων χαλκού έως και nμ. 5 E / V 7

5 Οι μέσες τιμές των σταθερών σχηματισμού των σχηματιζόμενων συμπλόκων (log K) προσδιορίστηκαν να κυμαίνονται από 7.0 έως 8.6 (Σχ. 3). Η υψηλότερη μέση τιμή προσδιορίστηκε στο δείγμα που ελήφθη από το μακροφύκος Laurencia microcladia (8.6), ακολουθούμενη από εκείνες που ελήφθησαν από τα είδη Asparagopsis armata, Laurencia obtusa και Stypocaulon scoparium (8.1). Τα δείγματα που ελήφθησαν από τα υπόλοιπα μακροφύκη εμφανίζουν μέσες τιμές σταθεράς σχηματισμού μικρότερες από την τιμή 8, με ελάχιστες εκείνες που ελήφθησαν από τα είδη Posidonia oceanica (7.5), Cystoseira compressa (7.2) και Colpomenia sinuosa (7.0). LT (nm) P. cartilagineum A. armata L. obtusa L. microcladia S. scoparium C. sinuosa C. compressa P. oceanica P. pavonica U. petiolata D. linearis H. tuna D. dichotoma Σχ. 2: Συμπλεκτική ικανότητα ιόντων χαλκού (L T) για τα δείγματα που ελήφθησαν από τα μακροφύκη. Οι κάθετες γραμμές αναπαριστούν την τυπική απόκλιση. log K P. cartilagineum A. armata L. obtusa L. microcladia S. scoparium C. sinuosa C. compressa P. oceanica P. pavonica U. petiolata D. linearis H. tuna D. dichotoma Σχ. 3: Λογάριθμος της σταθεράς σχηματισμού (log K) των δειγμάτων που ελήφθησαν από τα μακροφύκη. Οι κάθετες γραμμές αναπαριστούν την τυπική απόκλιση.

6 Η σταθερά σχηματισμού των συμπλόκων αφορά τη μέση ισχύ των συμπλόκων των ιόντων χαλκού στις θέσεις συμπλοκοποίησης. Κατά κανόνα υψηλές τιμές log K συσχετίζονται με μικρότερες τιμές L T (Strmecki et al., 2010). Οι παραπάνω τιμές βρίσκονται σε συμφωνία με εκείνες των Andrade et al. (2010) οι οποίοι προσδιόρισαν τη σταθερά σχηματισμού στα εκκρίματα που ελευθερώνονται από 5 διαφορετικά είδη μακροφυκών να κυμαίνεται μεταξύ 7.6 και ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΣΥΜΠΛΕΞΗΣ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΥΛΗ ΤΩΝ ΙΟΝΤΩΝ ΧΑΛΚΟΥ Διαπιστώνεται σημαντικό εύρος στις συγκεντρώσεις του διαλυτού οργανικού άνθρακα στα δείγματα που ελήφθησαν από τα μακροφύκη καθώς αυτές κυμαίνονται από 3.0 έως 35.6 mg/l. Οι υψηλότερες συγκέντρωσεις DOC προσδιορίστηκαν στα δείγματα που προέρχονται από τα μακροφύκη D. dichotoma (35.6 mg/l), D. linearis (31.9 mg/l) και A. armata (17.1 mg/l) και οι μικρότερες στα δείγματα που ελήφθησαν από την P. oceanica (6.0 mg/l), H. tuna (4.0 mg/l) και U. petiolata (3.0 mg/l). Εάν εξαιρεθούν τα δείγματα με τις 3 υψηλότερες συγκεντρώσεις DOC διαπιστώνεται μικρή συσχέτιση μεταξύ της συμπλεκτικής ικανότητας ιόντων χαλκού και του DOC (συντελεστής γραμμικής συσχέτισης Pearson 0.51). Φαίνεται επομένως ότι σημαντικό μέρος της συμπλεκτικής ικανότητας ιόντων χαλκού οφείλεται στη διαλυτή οργανική ύλη που ελευθερώνεται από τα μελετούμενα μακροφύκη. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η ποιοτική διερεύνηση των θέσεων σύμπλεξης ιόντων χαλκού της οργανικής ύλης που ελευθερώνεται από τα μελετούμενα μακροφύκη. Για το λόγο αυτό προσδιορίστηκαν οι συγκεντρώσεις των περιεχομένων σακχάρων (μόνο- και πολυσακχαρίτες), το N-POM και το θείο στο οργανικό υλικό που ελευθερώνεται από τα μελετούμενα είδη μακροφυκών. Οι μέσες συγκεντρώσεις των μονοσακχαριτών προσδιορίστηκαν να κυμαίνονται από 0.1 έως 2.9 mg/l. Η μεγαλύτερη μέση συγκέντρωση προσδιορίστηκε για το δείγμα που ελήφθη από το μακροφύκος D. dichotoma (2.9 mg/l), ακολουθούμενη από εκείνες που ελήφθησαν από το A. armata (1.9 mg/l), S. scoparium (1.6 mg/l), D. linearis (1.4 mg/l) και C. sinuosa (1.4 mg/l). Το μεγαλύτερο ποσοστό μονοσακχαριτών επί των ολικών σακχάρων προσδιορίστηκε στο μακροφύκος S. scoparium (45.8%) ακολουθούμενο από εκείνο που αντιστοιχεί στη C. compressa (43.8%). Τα μικρότερα ποσοστά μονοσακχαριτών επί των ολικών σακχάρων προσδιορίστηκαν στα δείγματα που ελήφθησαν από τα μακροφύκη L. microcladia (11.1%) και L. obtusa (8.5%). Οι υψηλότερες μέσες συγκεντρώσεις πολυσακχαριτών προσδιορίστηκαν στα δείγματα που ελήφθησαν από τα μακροφύκη D. linearis (6.8 mg/l) και A. armata (6.0 mg/l). Τα ποσοστά των πολυσακχαριτών επί των ολικών σακχάρων κυμαίνονται από 54.2% (S. scoparium) έως 91.5% (L. obtusa). Το ποσοστό των ολικών σακχάρων ως προς ΤOC προσδιορίστηκε να κυμαίνεται από 19% (H. tuna) έως 56% (C. sinuosa, L. obtusα). Δεν παρατηρήθηκε συσχέτιση των συγκεντρώσεων των σακχάρων και των αντίστοιχων τιμών της συμπλεκτικής ικανότητας ιόντων χαλκού και των σταθερών σχηματισμού (συντελεστής γραμμικής συσχέτισης Pearson <0.2). Ο λόγος των μονοσακχαριτών προς τους πολυσακχαρίτες εμφανίζει αρκετά χαμηλές τιμές κυμαινόμενος από 0.1 έως 0.8, με την πλειονότητα των τιμών να κείνται προς το κατώτερο άκρο. Γενικά δε, χαμηλές τιμές του λόγου των μονοσακχαριτών προς τους πολυσακχαρίτες υποδηλώνουν απέκκριση από υγιή κύτταρα παρά αποδόμηση, τόσο εντός των κυττάρων όσο και στο φυσικό περιβάλλον (Borsheim et al., 1999). Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις N-POM προσδιορίστηκαν κατά σειρά στο οργανικό υλικό που ελευθερώνεται από τα μακροφύκη A. armata, P. cartilagineum, P. oceanica, S. scoparium (Σχ. 4) και οι υψηλότερες συγκεντρώσεις μορφών θείου σε εκείνο που ελευθερώνεται από τα

7 μακροφύκη P. cartilagineum, S. scoparium, A. armata, P. oceanica (Σχ. 5). Δεν παρατηρείται γραμμική συσχέτιση μεταξύ της συμπλεκτικής ικανότητας ως προς ιόντα χαλκού και των συγκεντρώσεων N-POM και μορφών θείου (συντελεστής γραμμικής συσχέτισης Pearson 0.32 και 0.20, αντίστοιχα). Παρόλα αυτά διαπιστώνεται ότι η οργανική ύλη που ελευθερώνεται από τα μακροφύκη P. cartilagineum, A. armata, S. scoparium, η οποία εμφανίζει από τις υψηλότερες συγκεντρώσεις συμπλεκτικής ικανότητας ως προς ιόντα χαλκού (Σχ. 2), είναι παράλληλα ιδιαίτερα πλούσια σε N-POM και θείο [(Σχ. 4), (Σχ. 5)]. N-POM (μg/l) P. cartilagineum A. armata L. obtusa L. microcladia S. scoparium C. sinuosa C. compressa P. oceanica Σχ. 4: Συγκεντρώσεις N-POM στα δείγματα που ελήφθησαν από τα μακροφύκη P. pavonica U. petiolata D. linearis H. tuna D. dichotoma S 0 +S 2- (nml/l) P. cartilagineum A. armata L. obtusa L. microcladia S. scoparium C. sinuosa C. compressa P. oceanica P. pavonica U. petiolata Σχήμα 5: Συγκεντρώσεις μορφών θείου στα δείγματα που ελήφθησαν από τα μακροφύκη D. linearis H. tuna D. dichotoma

8 Καθώς ο χαλκός ανήκει στα μεταλλικά ιόντα τύπου ΙΙ (ενδιάμεσου τύπου) σχηματίζει σύμπλοκα ενδιάμεσης σταθερότητας τόσο με άτομα δότες για ιόντα τύπου Ι (άτομα αζώτου) όσο και τύπου ΙΙΙ (άτομα θείου) (Buffle and Stumm, 1994). Στις ανωτέρω περιπτώσεις μακροφυκών οι υψηλές τιμές συμπλεκτικής ικανότητας εν μέρει αποδίδονται στην υψηλή περιεκτικότητα αζώτου και θείου της οργανικής ύλης που ελευθερώνεται από αυτά. Αντίθετα, τα μακροφύκη L. obtusa και L. microcladia παρότι εμφανίζουν υψηλές τιμές συμπλεκτικής ικανότητας ως προς ιόντα χαλκού εμφανίζουν μηδενικές συγκεντρώσεις τόσο N-POM όσο και θείου και συμπεραίνουμε ότι τα άτομα δότες ηλεκτρονίων που οδηγούν στη σύμπλεξη του χαλκού είναι διαφορετικά σε αυτή την περίπτωση. Μακροφύκη άλλωστε που ανήκουν στο γένος Laurencia περιέχουν μεταβολίτες που είναι πλούσιοι σε άτομα αλογόνων και οξυγόνου (στοιχεία από Β. Ρούσση). 4. Συμπεράσματα Στην παρούσα εργασία παρέχονται στοιχεία που αφορούν τη συμπλεκτική ικανότητα ιόντων χαλκού και τη σταθερά σχηματισμού των σχηματιζόμενων συμπλόκων αναφορικά με το οργανικό υλικό που ελευθερώνεται από 13 μακροφύκη για τα οποία υπάρχουν ελάχιστα διαθέσιμα στοιχεία. Όλα τα είδη μακροφυκών που εξετάστηκαν εμφανίζονται να παρέχουν οργανική ύλη με θέσεις σύμπλεξης ιόντων χαλκού. Οι υψηλότερες τιμές της συμπλεκτικής ικανότητας ιόντων χαλκού προσδιορίστηκαν στα δείγματα που ελήφθησαν κατά σειρά από τα μακροφύκη P. cartilagineum, A. armata, L. obtusa, L. microcladia και S. scoparium. Η σταθερά σχηματισμού των σχηματιζόμενων συμπλόκων προσδιορίστηκε να κυμαίνεται από 7.04 έως Η υψηλή συγκέντρωση υποκαταστατών χαλκού στο οργανικό υλικό που ελευθερώνεται από τα μακροφύκη P. cartilagineum, A. armata και S. scoparium φαίνεται να συσχετίζεται με τις εξίσου υψηλές προσδιοριζόμενες συγκεντρώσεις αζώτου και θείου, τα οποία συνιστούν άτομα δότες ηλεκτρονίων με αποτέλεσμα την αυξημένη σύμπλεξή τους με το χαλκό. Αντίθετα, αναφορικά με τα μακροφύκη L. obtusa και L. microcladia (που ανήκουν στο ίδιο γένος) διαπιστώθηκε ότι η αυξημένη σύμπλεξη χαλκού οφείλεται σε οργανικές ενώσεις που περιέχουν διαφορετικά άτομα δότες ηλεκτρονίων. Η συγκεκριμένη μελέτη συνεχίζεται με την εξέταση επιπλέον μακροφυκών τυπικών των Ελληνικών θαλασσών, ενώ παράλληλα καταβάλλεται προσπάθεια ταυτοποίησης των κατηγοριών οργανικών ενώσεων που ελευθερώνονται από τα μακροφύκη και συμπλοκοποιούν χαλκό. 5. Ευχαριστίες Οι συγγραφείς ευχαριστούν θερμά τον κ. Κ. Τσιάμη για τη συμβολή του στην αναγνώριση των μακροφυκών. 6. Βιβλιογραφικές Αναφορές Andrade, S., Pulido, M.J. & Correa, J.A., The effect of organic ligands exuded by intertidal seaweeds on copper complexation. Chemosphere, 78: Borsheim, K.Y., Myklestad, S.M. & Sneli, J.A., Monthly profiles of DOC, mono- and polysaccharides at two locations in the Trondheimsfjiord (Norway) during two years. Marine Chemistry, 63: Bruland, K.W., Rue, E.L., Donat, J.R., Skrabal, S.A. & Moffet J.W., Intercomparison of voltammetric techniques to determine the chemical speciation of dissolved copper in a coastal seawater sample. Analytica Chimica Acta, 405: Buck, K.N. & Bruland, K.W., Copper speciation in San Francisco Bay: A novel approach using multiple analytical windows. Marine Chemistry, 96 (1-2):

9 BUFFLE, J., Complexation reactions in aquatic chemistry. Ellis Horwood / John Wiley & Sons, Chichester. BUFFLE, J. & STUMM, W., General chemistry of aquatic systems. P In: Chemical and biological regulation of aquatic systems, J.Buffle & R.R.De Vitre (Eds), Boca Raton, Lewis Publishers, CRC Press. Calace, N. & Petronio, B.M., The role of organic matter on metal toxicity and bio-availability. Annali di Chimica, 94(7-8): Ciglenecki, I. & Cosovic, B., Electrochemical determination of thiosulfate in seawater in the presence of elemental sulphur and sulphide. Electroanalysis, 9: HANSELL, D.A. & CARLSON, C.A., Biogeochemistry of marine dissolved organic matter. Academic Press, London, 774 pp. Leal, M.F.C., Vasconcelos, M.T.S.D. & van den Berg, C.M.G., Copper-induced release of complexing ligands similar to thiols by Emiliania huxleyi in seawater cultures. Limnology and Oceanography, 44: MANTOURA, R.F.C., Organo-metallic interactions in natural waters. In: Marine Chemistry, E.K.Duursma & R.Dawson (Eds), Amsterdam, Elsevier Oceanography Series. Moffet, J.W. & Brand, L.E., Production of strong, extracellular Cu chelators by marine cyanobacteria in response to Cu stress. Limnology and Oceanography, 41: Myklestadt, S.M., Skanoy, E. & Hestmann, S., A sensitive and rapid method for analysis of dissolved mono and polysaccharides in seawater. Marine Chemistry, 56: Plavšić, M., Krznarić, D. & Branica, M., Determination of the apparent copper complexing capacity of seawater by DPASV. Marine Chemistry, 11: Ruzic, I., Theoretical aspects of the direct titration of natural waters and its information yield for trace metal speciation. Analytica Chimica Acta, 140: Scoullos, M., Plavsic, M. & Karavoltsos, S., Speciation studies of copper in the Gulf of Elefsis: the role of the macroalgae Ulva rigida. Marine Chemistry, 86: Strmecki, S., Plavsic, M. & Cosovic, B., Constant current chronopotentiometric stripping analysis of N-catalyst in sodium chloride solution and seawater. Electroanalysis, 22(1): Sugimura, Y. & Suzuki, Y., A high temperature catalytic oxidation method for the determination of non-volatile dissolved organic carbon in seawater by direct injection of a liquid sample. Marine Chemistry, 24: van den Berg, C.M.G., Determination of copper complexation with natural organic ligands in seawater by equilibration with MnO 2: II. Experimental procedures and application to surface seawater. Marine Chemistry, 11: Vasconcelos, M.T. & Leal, M.F., Seasonal variability in the kinetics of Cu, Pb, Cd and Hg accumulation by macroalgae. Marine Chemistry, 74: