marinka krŽi Č -...

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA

MARINKA KRŽIČ

VPLIV SVINCA NA RAST IN RAZVOJ RANEGA MOŠNJAKA (Noccaea praecox Wulf)

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2015

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA

ŠTUDIJSKI PROGRAM: BIOLOGIJA IN KEMIJA

MARINKA KRŽIČ

Mentorica: prof. dr. KATARINA VOGEL MIKUŠ

VPLIV SVINCA NA RAST IN RAZVOJ RANEGA MOŠNJAKA (Noccaea praecox Wulf)

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2015

i

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA

ŠD Dn

DK

KG onesnaženost tal / svinec / fitoremediacija / rani mošnjak / Noccaea praecox Wulf

AV KRŽIČ, Marinka

SA VOGEL MIKUŠ, Katarina (mentorica)

KZ SI-1000 Ljubljana, Kardeljeva ploščad 16

ZA Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta

LI 2015

IN VPLIV SVINCA NA RAST IN RAZVOJ RANEGA MOŠNJAKA (Noccaea

praecox Wulf)

TD Diplomsko delo

OP V, 24 str., 8 sl., 19 vir.

IJ sl

JI sl/en

AI

Ker je znano, da rani mošnjak (Noccaea praecox Wulf) v naravi hiperakumulira Cd in Zn v

povečanih koncentracijah pa kopiči tudi Pb, je bil glavni namen diplomske naloge ugotoviti,

kako svinec vpliva na rast in razvoj te rastline. Rastline ranega mošnjaka so štiri tedne rasle

na osnovni hidroponski raztopini, kateri smo po enem tednu v ločene čaše dodali 1, 10 in 100

µM Pb, dve čaši pa sta bili kontrolni. Hidroponsko raztopino smo vsak teden zamenjali s

svežo. Enkrat tedensko smo merili dejansko in potencialno fotokemično učinkovitost. Vsem

rastlinam smo določili svežo in suho maso korenin in poganjkov ter iz teh podatkov izračunali

še količino vode. Prisotnost Pb v vzorcih smo merili s prenosnim rentgenskim fluorescenčnim

spektrometrom, sledila pa je analiza fotosinteznih pigmentov. Iz dobljenih podatkov smo

izračunali povprečja in rezultate prikazali z grafi. Analize so potrdile, da različne

koncentracije Pb različno vplivajo na rast in razvoj rastline in da se Pb večinoma akumulira v

koreninah, povečane koncentracije Pb pa smo opazili tudi v poganjkih. Pri analizi

fotosinteznih pigmentov smo povečano sintezo fotosinteznih pigmentov opazili pri rastlinah

izpostavljenim 1 in 10 µM Pb. Pri fotokemični učinkovitosti fotosistema II (FS II) nismo

opazili statistično značilnih razlik.

ii

KEY WORDS DOCUMENTATION

ŠD Dn

DC

CX soil pollution / lead / phytoremediation / Early Pennycress / Noccaea praecox Wulf

AU KRŽIČ, Marinka

AA VOGEL MIKUŠ, Katarina (supervizor)

PP SI-1000 Ljubljana, Kardeljeva ploščad 16

PB Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta

PY 2015

TI THE EFFECT OF LEAD ON GROWTH AND DEVELOPMENT OF

PENNYCRESS (Noccaea praecox Wulf)

DT Graduation Thesis

NO V, 24 p., 8 fig., 19 ref.

LA sl

AL sl/en

It is well known that pennycress (Noccaea praecox Wulf) hyperaccumulates Cd and Zn and

also accumulates Pb under field conditions. The main purpose of the thesis was therefore to

determine how lead affects the growth and development of these plants. Plants of pennycress

have been grown for four weeks in basic nutrient solution in hydroponics and after one week

1, 10 and 100 µM of lead was added into separated beakers. Two beakers were left with basic

nutrient solution. Hydroponic solution was replaced weekly. Once per week actual and

potential photochemical efficiency was measured. We determined fresh and dry mass of roots

and shoots, and from these data the water content was calculated. The presence of lead in the

samples was measured by a portable X-ray fluorescence spectrometer. After XRF analysis the

concentrations of photosynthetic pigments were also determined. From the obtained data we

calculated the average values and displayed results using graphs. Analyses have confirmed

that various concentrations of lead differently affect the growth and development of plants

and the lead mainly accumulated in roots, but also in the shoots. The analysis of

photosynthetic pigments showed increased synthesis of photosynthetic pigments in plants

exposed to 1 and 10 µM lead. Photochemical efficiency of photosystem II did not show

statistically significant differences.

iii

KAZALO VSEBINE

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA .............................................................. i

KEY WORDS DOCUMENTATION ........................................................................................ ii

KAZALO VSEBINE ................................................................................................................. iii

KAZALO SLIK ......................................................................................................................... iv

OKRAJŠAVE IN SIMBOLI ...................................................................................................... v

1. UVOD ................................................................................................................................. 1

1.1 HIPOTEZE .................................................................................................................. 1

2. PREGLED LITERATURE ................................................................................................. 2

2.1 ONESNAŽENOST TAL ............................................................................................. 2

2.2 FIZIKALNE IN KEMIJSKE LASTNOSTI SVINCA ................................................ 3

2.3 VIRI SVINCA ............................................................................................................. 3

2.4 VPLIV IN PRIVZEM SVINCA V RASTLINAH ...................................................... 4

2.5 TOLERANCA RASTLIN NA SVINEC ..................................................................... 7

2.6 FITOREMEDIACIJA .................................................................................................. 8

2.7 RANI MOŠNJAK (Noccaea praecox Wulf) ............................................................... 9

3. METODOLOGIJA ........................................................................................................... 10

3.1 POSTOPEK PRAKTIČNE PRIPRAVE HIDROPONIKE IN HRANILNIH RAZTOPIN .......................................................................................................................... 10

3.1.1 PRIPRAVA HIDROPONSKE RAZTOPINE .................................................... 11

3.2 POSTOPEK MERJENJA FOTOKEMIČNE UČINKOVITOSTI ............................ 12

3.3 POSTOPEK TEHTANJA SVEŽE IN SUHE MASE POGANJKOV IN KORENIN ............................................................................................................................ 13

3.4 POSTOPEK PRIPRAVE TABLETK IN MERITVE XRF ....................................... 13

3.5 POSTOPEK ANALIZE FOTOSINTEZNIH PIGMENTOV .................................... 13

3.6 STATISTIČNA ANALIZA PODATKOV ..................................................................... 14

4. REZULTATI ..................................................................................................................... 15

4.1 FOTOKEMIČNA UČINKOVITOST FOTOSISTEMA II (FS II) ................................ 15

4.2 SVEŽA IN SUHA MASA KORENIN TER POGANJKOV ......................................... 15

4.3 VSEBNOST SVINCA V KORENINAH IN POGANJKIH .......................................... 18

4.4 FOTOSINTEZNI PIGMENTI ........................................................................................ 18

5. RAZPRAVA IN SKLEP ................................................................................................... 20

6. LITERATURA ................................................................................................................. 22

ZAHVALA ............................................................................................................................... 24

iv

KAZALO SLIK

Slika 1: Rani mošnjak (Noccaea praecox Wulf), (Botanični vrt Univerze v Ljubljani, 2015).

.................................................................................................................................................. 10

Slika 2: Fotokemična učinkovitost fotosistema II (FS II) pri različnih tretmajih s svincem

(povprečje ± standardna napaka, n = 10). Med tretmaji ni statistično značilnih razlik (p<0,05).

.................................................................................................................................................. 15

Slika 3: Sveža masa poganjkov in korenin ranega mošnjaka pri različnih tretmajih (povprečje

± standardna napaka, n = 9-10). Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilno

razliko med tretmaji (p<0,05)................................................................................................... 16

Slika 4: Suha masa poganjkov in korenin ranega mošnjaka pri različnih tretmajih (povprečje ±

standardna napaka, n = 9-10). Med tretmaji ni statistično značilnih razlik (p<0,05). ............. 16

Slika 5: Vsebnost vode v poganjkih ranega mošnjaka pri različnih tretmajih (povprečje ±

standardna napaka, n = 9-10). Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilno razliko

med tretmaji (p<0,05). .............................................................................................................. 17

Slika 6: Vsebnost vode v koreninah ranega mošnjaka pri različnih tretmajih (povprečje ±

standardna napaka, n = 10). Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilno razliko

med tretmaji (p<0,05). .............................................................................................................. 17

Slika 7: Vsebnost svinca v koreninah in poganjkih ranega mošnjaka pri različnih tretmajih

(povprečje ± standardna napaka, n = 5-13). Različne črke nad stolpci označujejo statistično

značilno razliko med tretmaji (p<0,05). ................................................................................... 18

Slika 8: Fotosintezni pigmenti pri različnih tretmajih (povprečje ± standardna napaka, n = 5-

21). Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilno razliko med tretmaji (p<0,05).

.................................................................................................................................................. 19

v

OKRAJŠAVE IN SIMBOLI

Ca kalcij

Ca(NO3)2 × 4H2O kalcijev nitrat tetrahidrat

Cd kadmij

Chl a klorofil a

Chl b klorofil b

Co kobalt

CO2 ogljikov dioksid

Cu baker

CuSO4 × 5H2O bakrov sulfat pentahidrat

EDTA etilendiamintetraocetna kislina

Fe3+ železov kation

FeEDTA železov etilendiamintetraocetna kislina

FS II fotokemična učinkovitost fotosistema II

H3BO3 borova kislina

Hg živo srebro

K+ kalijev kation

KCl kalijev klorid

KNO3 kalijev nitrat

Mg magnezij

MgSO4 × 7H2O magnezijev sulfat heptahidrat

Mn mangan

MnSO4 × 4H2O manganov sulfat tetrahidrat

NH4H2PO4 amonijev hidrogen fosfat

(NH4)6Mo7O24 × 4H2O amonijev molibdat tetrahidrat

NO3- nitratni ion

Pb svinec

Pb2+ svinčev kation

Zn cink

ZnSO4 × 7H2O cinkov sulfat heptahidrat

XRF rentgensko fluorescenčna spektrometrija

1

1. UVOD

Onesnaženost tal s kovinami je trenutno eden izmed najbolj perečih okoljskih problemov.

Povečane koncentracije kovin v tleh so lahko posledica naravnih ali antropogenih faktorjev, ki

so tudi naj pogostejši (Pignata in Salazar, 2013).

Naj pogostejši onesnaževalci med kovinami so kadmij, krom, baker, živo srebro, svinec in

cink. Kovine so naravne komponente prsti. Nekatere od teh kovin so mikronutrienti, potrebni

za rast rastlin, kot so cink, mangan, nikelj, baker in kobalt, medtem ko imajo druge (kadmij,

svinec in živo srebro) neznano biološko funkcijo. Potencialno nevarne kovine, kot so: svinec,

kobalt in kadmij, se od ostalih onesnažil razlikujejo, ker jih ni mogoče biorazgraditi, lahko pa

se akumulirajo (kopičijo) v živih organizmih, kar povzroča številne bolezni in motnje tudi v

relativno nizkih koncentracijah (Tangahu idr., 2011).

V svetu čedalje bolj raste zanimanje za rastline, ki hiperakumulirajo kovine zaradi njihove

edinstvene fiziologije in potencialne uporabe v fitoremediaciji za dekontaminacijo

onesnaženih tal. Več vrst rastlin, ki hiperakumulirajo kovine, pripada rodu Noccaea, med

njimi Noccaea praecox Wulf v naravnem okolju v poganjkih hiperakumulira kadmij in cink, v

povišanih koncentracijah pa kopiči tudi svinec (Vogel-Mikuš, Drobne in Regvar, 2005). V

Sloveniji ga najdemo od nižin do subalpinskega pasu. Cveti od marca do junija, ponekod že

konec februarja (Martinčič idr., 2007).

Ker so vplivi svinca na rast in razvoj ranega mošnjaka (Noccaea praecox Wulf) le malo

raziskani, je cilj diplomske naloge preučiti vplive različnih koncentracij svinca v hidroponski

raztopini na rast in razvoj rastline, na dejansko in potencialno fotokemično učinkovitost, na

sintezo fotosinteznih pigmentov ter ovrednotiti stopnjo akumulacije svinca v koreninah in

poganjkih.

1.1 HIPOTEZE

Različne koncentracije svinca bodo različno vplivale na rast in razvoj rastlin ranega mošnjaka.

Z naraščajočo koncentracijo svinca v hidroponski raztopini bo fotokemična učinkovitost

rastlin padala.

Zaradi strupenosti svinca pri večjih koncentracijah bo tudi sinteza fotosinteznih pigmentov

manjša.

2

Ker je rani mošnjak akumulacijska rastlina, v poganjkih pričakujemo povečane koncentracije

svinca, ta pa se bo večinoma akumuliral v koreninah.

2. PREGLED LITERATURE

2.1 ONESNAŽENOST TAL

Tla predstavljajo stično točko med atmosfero, hidrosfero in litosfero. Nastanejo s

preperevanjem kamninske osnove ter tvorbo humusa pri razgradnji organskih ostankov v tleh.

Tla imajo v okolju številne funkcije, od katerih je bolj ali manj odvisen tudi človek.

Omogočajo rast rastlin in s tem pridelavo krme in hrane za ljudi in živali. So tudi vir hrambe

energije v premogu in lesu. Tla zaradi počasnega nastajanja uvrščamo med neobnovljive vire

(Zupan, Grčman in Lobnik, 2008). Po uredbi o ugotavljanju onesnaženosti kmetijskih

zemljišč in gozda (Ur. I. RS 6/90) govorimo o onesnaženosti tal takrat, ko vsebujejo toliko

škodljivih snovi, da se zmanjša njihova samoočiščevalna sposobnost, poslabšajo se fizikalne,

kemijske in biološke lastnosti, preprečujejo ali zavirajo rast rastlin, onesnažuje se podtalnica

oz. rastline, ali je zaradi škodljivih snovi na kakšen drugačen način okrnjena trajna

rodovitnost tal. Strupene snovi, ki onesnažujejo okolje, nemalokje ogrožajo življenje

organizmov, saj onesnaženost tal vpliva na podtalnico in rastlinstvo ter s tem posledično

preko hrane in vode tudi na ljudi in živali (Zupan idr., 2008).

Škodljive oziroma nevarne snovi so definirane v Zakonu o varstvu okolja (Ur. I. RS 39/06).

Nevarna snov je s predpisom določena snov, mešanica ali pripravek, ki je v obratu navzoča

kot surovina, proizvod, stranski, vmesni proizvod ali ostanek, ali lahko nastane ob nesreči

(»Zakon o varstvu okolja«, 2006).

V diplomskem delu se bomo osredotočili predvsem na onesnaženost tal s kovinami, predvsem

s svincem. Številne raziskave kažejo, da so tla zbiralnik težkih kovin, pridobljenih z zračnim

odlaganjem delcev iz urbanih in industrijskih dejavnosti, avtomobilskih izpuhov, kmetijskih

dejavnosti in drugih. Tako lahko akumulacija kovin v tleh povzroči nezaželene spremembe v

njihovih lastnostih (Pignata in Salazar, 2013). Onesnaženost prsti s kovinami je postala

razširjena kot rezultat človeškega delovanja na področju kmetijstva in industrijske aktivnosti.

Med kovinami je svinec potencialno onesnaževalo, ki se takoj akumulira v prst in sedimente

(Sharma in Dubey, 2005). V Sloveniji med najbolj onesnažena območja sodijo Mežiška

dolina, Jesenice in Celjska kotlina (Zupan idr., 2008).

3

2.2 FIZIKALNE IN KEMIJSKE LASTNOSTI SVINCA

Svinec je kovina in ga označujemo s simbolom Pb. Njegovo atomsko število je 82, atomska

masa 207,19 in specifična teža 11.34. Je modrikasta ali srebrno-siva kovina s temperaturo

tališča pri 327,5 °C in temperaturo vrelišča pri atmosferskem tlaku 1740 °C. Ima štiri naravno

pojavljajoče se izotope z atomsko maso 208, 206, 207 in 204. Kljub temu, da ima svinec na

zunanji lupini štiri valenčne elektrone, je njegovo tipično oksidacijsko stanje +2 namesto +4,

saj le dva od štirih elektronov enostavno ionizirata. Poleg nitrata, klorata in klorida je večina

anorganskih soli Pb2+ v vodi slabo topnih. Svinec obstaja v različnih naravnih oblikah po

vsem svetu in je eden izmed najbolj široko in enakomerno porazdeljenih kovin v sledovih

(Tangahu idr., 2011). Svinec je strupena kovina, ki na zraku potemni v temno sivo barvo.

Topen je v razredčeni dušikovi kislini, v vodi je netopen, topen pa je v vodi, ki vsebuje šibko

kislino. (»An Itroduction to Indoor Air Quality«, 2012). Kopiči se v zgornjih plasteh prsti,

nekje do globine osmih centimetrov in je izredno nemobilen. V okolju je strupen za rastline,

živali in mikroorganizme. V višjih koncentracijah Pb2+ pri človeku povzroča simptome akutne

zastrupitve, in ker ni biorazgradljiv ostaja prst dolgoročen vir izpostavljenosti Pb2+ (Tangahu

idr., 2011).

2.3 VIRI SVINCA

Kljub v mnogih državah sprejetim ukrepom za zmanjšanje vnosa Pb v okolje, ta še vedno

predstavlja zelo resno nevarnost za okolje in človeka. Številna svinčeva onesnaževala so za

modernega človeka nepogrešljiva, zato ne pričakujemo, da se bo v bližnji prihodnosti

zmanjšalo onesnaževanje tal s Pb (Sharma in Dubey, 2005).

Poleg živega srebra in kadmija je Pb eden izmed najpogostejših onesnažil v tleh. Antropogeni

izvori svinca so rafinerije, rudarjenje in taljenje rude, atmosferski depoziti, odloženi odpadki,

v preteklosti pa tudi kmetijstvo z uporabo fitofarmacevtskih pripravkov na osnovi svinca

(Zupan idr., 2008). Sharma in Dubey (2005) kot glavni vir Pb onesnaževal navajata še

avtomobilske izpušne pline, dimnike tovarn, ki uporabljajo svinec, odpadke iz akumulatorjev,

kovinske prevleke in zaključna dela ter dodatke v barvah in bencinu. Tetraetil in tetrametil

svinec sta se dodajala bencinu za povečanje oktanskega števila, vendar se v zadnjih letih ne

uporabljata več. V urbanih naseljih avtomobilski izpusti znatno prispevajo k onesnaženosti

atmosfere. Pb spojine so bile glavna onesnaževala, ki so jih oddajali avtomobili. Ponavadi so

rastline, ki rastejo ob avtocestah, bolj izpostavljene Pb kot na drugih lokacijah. Odplake, ki

4

vsebujejo velike količine Pb in drugih kovin, se redno izlivajo po poljih in vrtovih zaradi

naraščajočih trendov urbanizacije. Polovica trdnih delcev, ki vsebujejo Pb, pade na tla v

območju 100 m od avtoceste, ki se nato sperejo stran in razpršijo v atmosfero, kjer lahko

prepotujejo večje razdalje, preden se deponirajo. Akumuliran svinec na cestah in avtocestah

se odplavlja s padavinami in posledično onesnažuje druge površinske vodotoke in prst.

Svinčev arzenat se uporablja v kmetijstvu kot pesticid in onesnažuje kmetijske površine. Z

dolgoročnim terenskim poskusom na posevkih sončnic in ječmena so dokazali, da redna

uporaba umetnih gnojil poveča raven mobilnih oblik Pb v tleh in njegov privzem v rastlinah.

Tudi voda iz rudnikov prenaša velike količine fino zmletih sedimentov, ki so onesnaženi s Pb

(Sharma in Dubey, 2005). V tleh je svinca v povprečju 10 mg/kg, vsebnosti pa se razlikujejo

glede na rabo tal. Najmanj ga je na podeželju od 5 do 40 mg/kg, nekoliko več v urbanih tleh,

kjer ga je od 30 do 100 mg/kg, največ pa v bližini topilnic 20 do 2000 mg/kg (Zupan idr.,

2008).

Dovoljena vrednost svinca in njegovih spojin v tleh je v Sloveniji zakonsko določena. Mejna

vrednost svinca je 85 mg/kg suhih tal, opozorilna vrednost 100 mg/kg suhih tal in kritična

vrednost 530 mg/kg suhih tal ali več (»Uredba o mejnih, opozorilnih in kritičnih imisijskih

vrednostih nevarnih snovi v tleh«, 2004).

Ob zgorevanju bencina in sežiganju trdnih odpadkov prehaja svinec v okolje predvsem po

zraku in od tu se potem nalaga v vodo, prst in rastline (Likar, 1998).

V zraku so predvsem manjši delci, ki se prenašajo na manjše ali večje razdalje. V vodi se

pojavijo povečane koncentracije Pb ponavadi zaradi izločanja iz materialov, ki so v stiku z

vodo, ki je bolj mehka in kisla (nižji pH). V zemlji pa se nalaga predvsem v zgornjih plasteh,

od koder se lahko nato prenaša v okolje (»Sanacija onesnaženega okolja v Zgornji Mežiški

dolini«, 2014).

2.4 VPLIV IN PRIVZEM SVINCA V RASTLINAH

Svinec, prisoten v aerosolih, lahko prehaja v nadzemne dele rastlin skozi liste ali pa ga

rastlina privzame iz prsti s koreninskim sistemom (Wierzbicka, 1994).

Privzem Pb pri rastlinah je odvisen od pH-ja, velikosti delcev in od kationske izmenjevalne

kapacitete tal ter drugih fizikalno kemijskih parametrov. Presežek Pb povzroči številne

toksične simptome na rastlinah, kot so zakrnela rast, kloroze in počrnel koreninski sistem.

Svinec inhibira fotosintezo, poruši mineralno prehrano in vodno ravnotežje, spremeni

hormonsko stanje, vpliva na membransko strukturo in njeno prepustnost. Toleranca na Pb je

5

povezana s zmožnostjo rastlin, da omejijo privzem svinca na nivoju apoplasta, s sintezo

osmolitov in aktivacijo antioksidantnega obrambnega sistema. Sanacija onesnažene prsti s

svincem je možna z uporabo tehnologije fitoremediacije in rizofiltracije, za kateri se je

izkazalo, da imata dober potencial za odstranitev svinca iz onesnažene prsti (Sharma in

Dubey, 2005).

Vsebnost svinca v rastlinah je odvisna od različnih okoljskih faktorjev. Koncentracija svinca v

rastlinah, ki rastejo na neonesnaženih tleh, je ponavadi med 0,1 in 10 µg/g suhe mase,

povprečje pa nekje okoli 2 µg/g suhe mase. Večina avtorjev navaja koncentracijo 1000 µg/g

suhe mase svinca kot merilo za hiperakumulacijo svinca. Van der Ent (2013, v Salazar in

Pignata, 2013) je predlagal dodatne kriterije za mejo hiperakumulacije, ki je 2 do 3 velikostne

razrede višja kot v listih rastlin na normalnih tleh in vsaj en velikostni razred večja kot

običajna meja v listih rastlin na tleh onesnaženih s kovinami.

Pomembno je poudariti, da je svinec element, ki se komajda akumulira v poganjkih. Rezultati

večine raziskav kažejo trend zmanjšanja koncentracije svinca v rastlinskem tkivu z upadanjem

koncentracije svinca v tleh. Ta pojav pa je lahko odvisen tudi od fizikalno-kemijskih lastnosti

in vsebnosti organske snovi v tleh. Kisel pH tal običajno poveča biorazpoložljivost težkih

kovin v tleh. Na manjši privzem oz. akumulacijo svinca lahko vpliva tudi prisotnost drugih

kovin v tleh (Pignata in Salazar, 2013).

Raziskave rastlinskega privzema Pb so pokazale, da imajo korenine sposobnost privzeti

znatne količine Pb, hkrati pa je močno omejena translokacija v nadzemne dele rastlin. Obseg,

v katerem lahko Pb vstopi v rastlino prek listov, je odvisen od sposobnosti listov za absorpcijo

Pb iz zračnih virov, kar pa je odvisno od specifične listne morfologije. Glavnina privzetega Pb

ostane v koreninah. Ker se Pb akumulira v zgornjih plasteh tal, je težko zanesljivo izmeriti

odstotek talnega Pb, ki je takoj dostopen rastlinam. Absorpcija Pb v tleh narašča z

naraščajočim pH-jem med 3,0 in 8,5 (Sharma in Dubey, 2005).

Blaylock in sodelavci (1997, v Sharma in Dubey, 2005) so poročali, da je v tleh s pH-jem

med 5,5 in 7,5 topnost Pb kontrolirana z fosfatnimi in karbonatnimi sedimenti in je rastlinam

zelo malo dostopnega Pb. Svinec v tleh je klasificiran kot šibka Lewisova kislina, kar pomeni

močan kovalenten značaj mnogih ionskih vezi, ki jih tvori v tleh in rastlinah. Pb v tleh je

skoraj vedno tesno vezan na organsko ali koloidno snov, ali pa je v oborjeni obliki, vse to pa

zmanjšuje privzem Pb s koreninami. Na površini korenin se Pb veže na karboksilne skupine

uronskih kislin. Te vezi preprečujejo privzem Pb v korenine in predstavljajo pomembno

prepreko, ki varuje koreninski sistem. Zadrževanje Pb v koreninah temelji na vezavi Pb na

ionska izmenjevalna mesta celične stene in izven celični sedimentaciji, večinoma v obliki

6

svinčevih karbonatnih depozitov v celični steni. Dodatek sintetičnih kelatov, kot je EDTA v

kombinaciji z nizkim pH-jem, učinkovito preprečuje zastajanje Pb v celični steni in je tako na

voljo za prenos do poganjkov (Sharma in Dubey, 2005). EDTA z večino kovin, tudi Pb, tvori

topne komplekse in lahko topi Pb iz delcev prsti. Poveča tudi rastlinski privzem Pb in

povzroča večje kopičenje Pb v poganjkih (Sharma in Dubey, 2005).

Pb se v celični steni močno veže na karboksilne skupine ogljikovih hidratov galakturonske

kisline in glukuronske kisline, kar preprečuje njegov transport po apoplastu. Pri transportu iz

tal v celice korenin mora Pb prečkati plazemsko membrano koreninske celice. Transport Pb

čez plazemsko membrano je možen preko kationskih kanalov plazemske membrane, kot so

kalcijevi kanali (Sharma in Dubey, 2005). Huang in Cunningham (1996, v Sharma in Dubey,

2005) sta ugotovila, da Pb občutno inhibira aktivnost napetostno odvisnih kalcijevih kanalov

v plazemski membrani. Inhibicija kalcijevih kanalov zaradi Pb se lahko pojavi zaradi

zamašitve kanalov s Pb ali zaradi tekmovanja Pb s Ca preko Ca kanalov. Pb se giblje pretežno

po apoplastu – celični steni in medceličnih prostorih, vendar samo do endodermisa.

Endodermis deluje kot delna prepreka za pretok Pb med koreninami in poganjki, dokler so

membrane intaktne. To lahko upoštevamo pri poročilih o višji akumulaciji Pb v koreninah kot

v poganjkih. Višje koncentracije Pb povzročijo celične poškodbe in motijo pregradno funkcijo

plazmaleme in tonoplasta. V poškodovane celice vstopi Pb skupaj z nekaterimi spojinami, ki

drugače ne vstopijo v nepoškodovano celico. Način porazdelitve Pb v koreninah se znatno

razlikuje glede na to, ali so koncentracije Pb letalne ali ne. Pri nižjih koncentracijah se Pb

zadržuje pretežno v apoplastu, medtem ko pri višjih koncentracijah pride do poškodbe

plazmaleme in v celico vstopi večja količina Pb. V splošnem koncentracija Pb v nadzemnih

delih navidezno pada z naraščajočo razdaljo od korenin. Prav tako se več Pb pojavlja v

olesenelih kot v ne olesenelih tkivih. Obseg lokalizacije Pb v različnih rastlinskih tkivih je

odvisen tudi od rastlinske vrste. V semenu je testa tista, ki predstavlja vnos Pb v notranja

tkiva, dokler ne poči z razvojem radikule. Ko testa poči, poteka privzemanje Pb zelo hitro, z

izjemo meristemske regije radikule in hipokotila. V kotiledonih se Pb premika skozi

vaskularna tkiva in se kopiči v ločenih področjih distalnega dela. Vsebnost Pb v različnih

rastlinskih tkivih se zmanjšuje v naslednjem vrstnem redu: korenine > listi > steblo > socvetje

> semena. Ta vrstni red pa lahko variira glede na rastlinsko vrsto. Listi, se razlikujejo po

sposobnosti kopičenja Pb glede na njihovo starost. Največ Pb je v starih listih, najmanj pa v

mladih listih (Sharma in Dubey, 2005). Vizualni simptomi strupenosti Pb so hitra inhibicija

koreninske rasti, zakrnela rast rastlin in kloroze. Pb ob vstopu v celice tudi v manjših

količinah proizvaja širok spekter škodljivih učinkov na fiziološke procese. Fitotoksičnost Pb

7

vodi do inhibicije encimske aktivnosti, moti mineralno prehrano, povzroča vodno

neravnovesje, spremembe hormonskega stanja in spremembe v prepustnosti membrane. Vse

te motnje rušijo normalne fiziološke aktivnosti rastline. Pri visokih koncentracijah lahko Pb

sčasoma povzroči tudi celično smrt. Na celičnem nivoju Pb zavira delovanje encimov, ki

vsebujejo sulfidril skupine, ki so potrebne za njihovo delovanje. Pb inhibira kalitev semen in

zavira rast sadik. Zmanjšuje odstotek kaljivosti, indeks kaljivosti, dolžino korenin in

poganjkov, tolerančni indeks ter suho maso korenin in poganjkov. Korenine se na absorbiran

Pb hitro odzovejo preko zmanjšane rasti in sprememb v razvejanosti že pri koncentracijah nad

10 mg Pb/kg prsti. Pb spodbuja tudi nastanek reaktivnih kisikovih oblik, ki vodijo do

oksidativnega stresa. Strupenost Pb prizadene proces fotosinteze. Rastline, izpostavljene Pb

ionom, kažejo upad v stopnji fotosinteze, ki izhaja iz popačene ultrastrukture kloroplasta,

zavrte sinteze klorofila, plastokinona in karotenoidov, oviranega transporta elektronov, zavrte

dejavnosti encimov Calvinovega cikla ter pomanjkanje CO2 kot posledica nepravilnega

delovanja listnih rež. Visoke koncentracije Pb v tleh povzročajo neravnovesje v mineralni

prehrani rastočih rastlin. V večini primerov Pb blokira vnos kationov ( K+, Ca, Mg, Mn, Zn,

Cu, Fe3+) in anionov (NO3-) v koreninski sistem. Zaradi izpostavljenosti Pb pride v rastočih

rastlinah do padca v stopnji transpiracije in vsebnosti vode v tkivih. Tretiranje s Pb povzroči

zaostalost v rasti, ki se kaže v zmanjšani listni površini, ki je glavni transpiratorni organ

(Sharma in Dubey, 2005).

2.5 TOLERANCA RASTLIN NA SVINEC

Baker (1981, v Sharma in Dubey, 2005) predlaga dve osnovni strategiji, povezani s

privzemom in toleranco rastlin na kovine. Pri prvi strategiji se koncentracija kovin vzdržuje

na konstantnem nizkem nivoju, dokler ni dosežena kritična koncentracija v tleh, ko sledi

strupenost in je prenos kovin neomejen.

Pri drugi strategiji so kovine aktivno skoncentrirane v rastlinskem tkivu prek celotnega

razpona talne koncentracije, kar pomeni visoko specializirano fiziologijo. Berry (1986, v

Sharma in Dubey, 2005) pa predlaga tri osnovne strategije odgovora: izogibanje,

razstrupljanje in biokemijska toleranca, od katerih vsak vpliva na koncentracije kovin v tkivih

na različne načine. Različni odgovori celic na Pb vključujejo izločitev, razstrupljevalne

mehanizme in nespecifične obrambne sisteme. Močna vezava Pb na karboksilne skupine

ogljikovih hidratov v celičnih stenah vodi do zmanjšanega prenosa prek apoplasta. Znotraj

celice se večji del Pb veže v vakuoli v obliki kompleksov. Ta način lahko predstavlja drug

8

mehanizem razstrupljanja Pb v rastlinah. Akumulacija presežka skupnih amino kislin v

odgovor na Pb, je tudi eden izmed pomembnih prilagoditvenih odzivov rastlin za izogib

strupenosti Pb. Rastline, ki so izpostavljene Pb in drugim kovinam, kot so Cd, Zn, Cu in Hg,

sintetizirajo fitokelatine. Med pogostimi kovinskimi onesnaževali sta Cd in Pb povzročitelja

sinteze fitokelatinov. Sposobnost vezave fitokelatinov na različne kovine se razlikuje.

Fitokelatini, vezani na Pb ione, vodijo do zasega Pb ionov v rastlinah in tako služijo kot

pomemben sestavni del mehanizma razstrupljanja v rastlinah. Ob izpostavljenosti rastlin Pb se

aktivirajo tudi številni nespecifični obrambni sistemi, ki vključujejo sintezo ozmolizov in

poliaminov, spremembe v kemijski sestavi celične stene in spremembe v hormonskem

ravnotežju (Sharma in Dubey, 2005).

2.6 FITOREMEDIACIJA

Kar nekaj metod je že bilo uporabljenih za čiščenje okolja z kovinskimi onesnažili, vendar je

večina teh cenovno neugodna in daleč stran od optimalnega delovanja. Kemijska in termalna

metoda sta tehnično zahtevni in dragi, poleg tega pa lahko vse te metode škodijo koristnim

komponentam prsti. Sanacija oz. izboljšanje onesnažene prsti s kovinami vključuje bodisi

upravljanje na licu mesta ali izkopavanje in poznejše odstranjevanje na odlagališče odpadkov.

Ta metoda odstranjevanja predstavlja zgolj problem kontaminacije na drugih mestih skupaj z

nevarnostmi, ki so povezane s prevozom kontaminirane zemlje in migracijo onesnaževal iz

odlagališča v sosednje okolje. Spiranje tal za odstranjevanje onesnažene prsti je alternativni

način izkopavanju in odlaganju na odlagališčih. Ta metoda je zelo draga in daje bogat ostanek

s kovinami, ki zahteva nadaljnjo obdelavo. Nedavna skrb glede onesnaženosti okolja je

sprožila razvoj ustreznih tehnologij za oceno prisotnosti in mobilnosti kovin v tleh, vodi in

odpadni vodi. Trenutno je fitoremediacija učinkovita in dostopna tehnološka rešitev za

odstranjevanje neaktivnih kovin in kovinskih onesnažil iz prsti oz. tal. Rastline z izjemno

zmogljivostjo za akumulacijo kovin so znane kot hiperakumulacijske rastline.

Fitoremediacijska prednost je v tem, da ima skupaj s translokacijo, bioakumulacijo in

sposobnostjo razpada onesnaževala prek celotne rastline edinstvene, selektivne sposobnosti

privzema prek rastlinskega koreninskega sistema (Tangahu idr., 2011). Fitoremediacija

(phytoremediation) je sestavljena iz grške predpone phyto, ki pomeni rastlina in latinskega

korena remedium, ki pomeni popraviti ali odstraniti zlo. Za fitoremediacijo obstajajo številne

definicije različnih avtorjev na splošno pa je opredeljena kot uveljavljajoča se tehnologija, ki

z uporabo izbranih rastlin očisti onesnaženo okolje z nevarnimi onesnaževali in izboljša

9

kakovost okolja. S to tehnologijo je možen privzem tako organskih kot anorganskih

onesnaževal. Za organska onesnaževala fitoremediacija vključuje fitostabilizacijo,

rizodegradacijo, rizofiltracijo,fitodegradacijo in fitovolatizacijo. Za anorganske snovi pa

mehanizme fitostabilizacije, rizofiztracije, fitoakumulacije in fitovolatizacije (Tangahu idr.,

2011). Fitoremediacija ima pred tradicionalnimi tehnikami dekontaminacije veliko prednosti,

še posebno takrat, ko so uporabljene rastline avtohtone ali neinvazivne. Ta tehnika ima

številne pozitivne lastnosti, saj je cenovno ugodna, ima ekološke lastnosti, družbeno in

estetsko vrednost, ki ne samo da odpravi kovine, ampak pripomore tudi k izboljšanju

kakovosti, funkcionalnosti in stabilnosti tal (Pignata in Salazar, 2013). Tangahu idr. (2011)

navajajo tudi nekaj omejitev fitoremediacije, kot so kemija tal, globina korenin, stopnja

onesnaženja, starost rastlin, koncentracija onesnaževala, vplivi onesnažene vegetacije,

klimatski pogoji, količina proizvedene biomase in časovno zamudna oziroma dolgo trajajoča

metoda.

2.7 RANI MOŠNJAK (Noccaea praecox Wulf)

Kot sem že omenila, v svetu vse bolj raste zanimanje za rastline, ki hiperakumulirajo kovine.

Več tovrstnih rastlin, pripada rodu Noccaea, med njimi Noccaea praecox Wulf v naravnem

okolju v poganjkih hiperakumulira kadmij in cink, v povišanih koncentracijah pa kopiči tudi

svinec (Vogel-Mikuš idr., 2005).

Ker je rani mošnjak hiperakumulacijska rastlina, se lahko uporablja v fitoekstrakciji.

Hiperakumulatorji so rastline, ki dosežejo koncentracijo kovin v poganjkih in koreninah v

razmerju večjem od ena. Te rastline lahko privzemajo škodljive kovinske ione do več tisoč

mg/kg. Rastlinske vrste, ki akumulirajo kovine, lahko koncentrirajo kovine, kot so Cd, Zn,

Co, Pb, Ni in Mo do 100 ali 1000-krat več kot tiste rastline, ki ne akumulirajo (Tangahu idr.,

2011).

Rani mošnjak je zeljnata trajnica in sodi v družino križnic (Bassicaceae). Ima več pritličnih

listov v obliki rozete ter več stebel s cvetovi. Stebla so visoka od 10 do 20 cm, sinje zelene

barve in pokončna. Ima grozdaste, bele cvetove, ki so sprva zgoščeni, nato pa v podaljšanih

socvetjih. Uspeva na kamnitih, suhih travnikih, kjer so toplejša tla. V Sloveniji ga najdemo od

nižin do subalpinskega pasu. Cveti od marca do junija, ponekod že konec februarja (Martinčič

idr., 2007).

10

Slika 1: Rani mošnjak (Noccaea praecox Wulf), (Botanični vrt Univerze v Ljubljani, 2015).

3. METODOLOGIJA

3.1 POSTOPEK PRAKTIČNE PRIPRAVE HIDROPONIKE IN HRANILNIH

RAZTOPIN

Seme ranega mošnjaka je bilo nabrano pri poljskih vzorcih v Žerjavu, katero območje je

onesnaženo z kovinami zaradi rudnika svinca in talilnice (Vogel-Mikuš idr., 2005). Rastline

so rasle v substratu za rože približno tri mesece v rastni komori pri kontroliranih pogojih,

zalivane pa so bile s hranilno raztopino za Noccaea, katere sestavo bom opisala v

nadaljevanju. Po treh mesecih smo iz substrata izkopali 40 približno enakih rastlin ranega

mošnjaka. Sledilo je izpiranje korenin z vodovodno in destilirano vodo. Nato smo po pet

rastlin namestili v predhodno pripravljene kroge iz stiroporja v velikosti obsega čaše, v

katerega smo naredili po pet enakomerno oddaljenih lukenj za rastline. Tako nameščene

rastline na stiroporu smo dali v litrske čaše s hranilno raztopino za Noccaea, kateri smo dodali

10 µM Zn v ZnSO4×7H2O/10 l destilirane vode in jih za en teden postavili na hidroponiko v

hladilno komoro. Po enem tednu smo zamenjali hranilno raztopino s svežo, tako da smo v dve

čaši dodali 1µM Pb v PbCl2/2 l hranilne razt., v dve čaši 10 µM Pb v PbCl2/2 l hranilne razt.,

v drugi dve pa 100 µM Pb v PbCl2/2 l hranilne razt., v zadnjih dveh čašah hranilni razt. nismo

11

dodali Pb in sta bili kontrolni. Sledilo je enkrat tedensko dolivanje tako pripravljenih hranilnih

raztopin, merjenje potencialne iz dejanske fotokemične učinkovitosti in tedensko menjavanje

hranilne raztopine s svežo, kateri je bil dodan ZnSO4×7H2O in PbCl2 v omenjenih

koncentracijah.

3.1.1 PRIPRAVA HIDROPONSKE RAZTOPINE

a) Priprava hranilne raztopine

Navodilo za pripravo hranilne raztopine je v celoti povzeto po Tolrà, Poschenrieder in

Barcelo (1996). Vse založne raztopine razen FeEDTA je potrebno avtoklavirati.

MAKROELEMENTI c [mM] M [g/mol] m [g] za 1000

ml 50× konc.

Založna raztopina 1

KNO3 3,00 101 15,15

NH4H2PO4 1,00 114,98 5,75


Ca(NO3)2 × 4H2O 2,00 236,15 23,61


MgSO4 × 7H2O 0,50 246,38 6,16

MIKROELEMENTI c [mM] M [g/mol] m [g] za 100 ml

1000× konc.


FeEDTA 66,0 367,05 2,42


KCl 50,0 74,55 0,37275

H3BO3 46,0 61,81 0,28432

MgSO4 × H2O 9,00 169,03 0,15212

ZnSO4 × 7H2O 15,0 287,62 0,43143

CuSO4 × 5H2O 1,50 249,62 0,03744

(NH4)6Mo7O24 × 4H2O 0,14 1235,86 0,01730

Za pripravo hranilne raztopine sem vzela po 200 ml 50× koncentrirane raztopine

makroelementov (založne razt. 1, 2, 3) in 10 ml 1000× koncentrirane raztopine

mikroelementov (založne razt. 4, 5) na 10 l destilirane vode.

12

b) Izračun za dodatek 10 µM Zn

M (Zn) = 65,39 g/mol

M (ZnSO4×7H2O) = 287,59 g/mol

W = M (Zn) : M (ZnSO4×7H2O) = 0,227

m (ZnSO4×7H2O) = c (Zn) × M (ZnSO4×7H2O) × V (dest. vode)

m (ZnSO4×7H2O) = 10 × 10-6 mol/l ×287,59 g/mol × 10 l = 0,028759 g

m (Zn) = m (ZnSO4×7H2O) : W (Zn)

m (Zn) = 0,02875 g : 0,227 = 0,1267 g

c) Izračun za 1, 10 in 100 µM Pb

M (Pb) = 207,2 g/mol

M (PbCl2) = 278,1 g/mol

m (Pb) = ρ × V

m (Pb) 1 µm = 1 mg : 1l ×1l = 1 mg

m (PbCl2 ) 1 µm = ( m (Pb) × M (PbCl2 )) : M (Pb)

m (PbCl2 ) 1 µm = (1×10-3 g × 278,1 g/mol) : 207,2 g/mol = 0,00134 g/l = 0,00268 g/2l

m (Pb) 10 µm = 10 mg : 1l ×1l = 10 mg

m (PbCl2 )10 µm = ( m (Pb) × M (PbCl2 )) : M (Pb)

m (PbCl2 )10 µm = (10×10-3 g × 278,1 g/mol) : 207,2 g/mol = 0,0134 g/l =0,0268 g/2l

m (Pb) 100 µm = 100 mg : 1l ×1l = 100 mg

m (PbCl2 )100 µm = ( m (Pb) × M (PbCl2 )) : M (Pb)

m (PbCl2 )100 µm = (100×10-3 g × 278,1 g/mol) : 207,2 g/mol = 0,134 g/l = 0,268 g/2l

3.2 POSTOPEK MERJENJA FOTOKEMIČNE UČINKOVITOSTI

Fotokemično učinkovitost rastlin smo merili tri tedne zaporedoma. Merili smo dejansko in

potencialno fotokemično učinkovitost fotosistema II (FS II). Za merjenje smo potrebovali

merilnik fotokemične učinkovitosti, kovinsko in plastične ščipalke. Izvajali smo po dve

meritvi na eno rastlino. Za merjenje dejanske fotokemične učinkovitosti fotosistema II (FS II).

smo uporabljali zatemnjene plastične ščipalke, ki smo jih pripeli na posamezen list, počakali

15 min in na merilniku odčitali fotokemično učinkovitost. Za merjenje dejanske fotokemične

učinkovitosti fotosistema II (FS II) smo uporabljali kovinsko nezatemnjeno ščipalko, ki smo

jo pripeli na list in takoj odčitali fotokemično učinkovitost.

13

3.3 POSTOPEK TEHTANJA SVEŽE IN SUHE MASE POGANJKOV IN KORENIN

Po opravljenih meritvah fotokemične učinkovitosti smo rastline ranega mošnjaka vzeli iz

hranilne raztopine, s pomočjo papirnatih brisačk smo osušili korenine, ločili korenine in

poganjke ter jih ločeno stehtali. Posamezne stehtane korenine in poganjke smo zavili v

aluminijasto folijo in jih označili z alkoholnim flomastrom. Tako zavite korenine in poganjke

smo zamrznili v tekočem dušiku in jih dali liofilizirati. Po liofilizaciji smo rastlinski material

ponovno stehtali in tako določili suho maso korenin in poganjkov.

3.4 POSTOPEK PRIPRAVE TABLETK IN MERITVE XRF

Liofilizirane in v tekočem dušiku zamrznjene korenine in poganjke smo ločeno strli v terilnici

z uporabo tekočega dušika, da se je material lepše uprašil. Uprašene korenine in poganjke

smo shranili v epice ter jih označili. Prisotnost Pb v vzorcih korenin in poganjkov se je merilo

s pomočjo prenosnega rentgensko fluorescenčnega spektrometra Peduzo (PED 01) z Rh

rentgensko cevjo v Laboratoriju za rentgensko fluorescenčno spektrometrijo na Institutu Jožef

Štefan v Ljubljani. Iz posušenih in zmletih vzorcev smo s pomočjo hidravlične stiskalnice

stisnili tabletke tako, da so imele približno enako maso. Tabletke smo stehtali in določili

površinsko gostoto. Podatke smo uporabili pri nadaljnjih izračunih koncentracij elementov v

vzorcu s programsko opremo QAES.

3.5 POSTOPEK ANALIZE FOTOSINTEZNIH PIGMENTOV

Metoda analize FS pigmentov je v celoti povzeta po Monni (2001).

Tabletke poganjkov smo ločeno strli v terilnici in v čiste centrifugirke zatehtali 30 mg

uprašenega liofiliziranega rastlinskega materiala. V centrifugirke smo nalili 5 ml 80 %

acetona, jih označili s flomastrom, pokrili z gumijastimi pokrovčki in jih dobro zvorteksirali

ter označili višino acetona. Centrifugirke smo čez noč pustili v hladilniku, nato pa smo vanje

dolili 80 % aceton do oznake, vzorce še enkrat zvorteksirali in odcentrifugirali 2 min na 2500

obratov/min. Spektrofotometer smo umerila z 80 % acetonom in pomerili absorpcijo vzorcev

pri 647 nm, 664 nm in 470 nm. Za izračun koncentracije pigmentov v vzorcih smo uporabili

izračun, povzet po Lichtenthaler in Buschmann (2001).

14

klorofil a (µmol/l) = 12,25 × A664 – 2,79 × A647

klorofil b (µmol/l) = 21,50 × A647 – 5,10 × A664

klorofil a+b (µmol/l) = 7,15 × A664 + 18,71 × A647

Ʃ karotenoidov = (1000 × A470 – 1,82 × Chla – 85,02 Chlb) : 198

X [mg/g] = (konc. Chl[mg/l] × Vekstrakta[l]) : m [g]

A664 = Absorpcija ekstrakta pri valovni dolžini 664 nm



3.6 STATISTIČNA ANALIZA PODATKOV

Podatke smo analizirali s standardnimi statističnimi metodami. Pri analizi smo si pomagali z

MS Excel 2013 in programskim kompletom Statistica (Statsoft 7.0.61.0 EN). Statistično

značilne razlike pa smo izračunali s pomočjo programa enosmerna ANOVA, Duncanov test

(p < 0,05).

15

4. REZULTATI

4.1 FOTOKEMIČNA UČINKOVITOST FOTOSISTEMA II (FS II)

Pri kontrolnih rastlinah in rastlinah, ki so bile izpostavljene 1, 10 in 100 µM Pb smo izmerili

dejansko in potencialno fotokemično učinkovitost fotosistema II (FS II). Pri rastlinah

tretiranih z 0, 1, 10 in 100 µM Pb, ni statistično značilnih razlik pri potencialni in dejanski

fotokemični učinkovitosti fotosistema II (FS II) (slika 2). Pri vseh vzorcih je bila potencialna

fotokemična učinkovitost fotosistema II (FS II) višja kot dejanska (slika 2).

Slika 2: Fotokemična učinkovitost fotosistema II (FS II) pri različnih tretmajih s svincem (povprečje ± standardna napaka, n = 10). Med tretmaji ni statistično značilnih razlik (p<0,05).

4.2 SVEŽA IN SUHA MASA KORENIN TER POGANJKOV

Vpliv Pb na rast ranega mošnjaka smo preverili tudi z določanjem sveže in suhe mase korenin

in poganjkov, iz katerih smo izračunali vsebnost vode (slika 5 in slika 6 ). V splošnem je bila

sveža masa korenin manjša od mase poganjkov (slika 3), kljub temu pa je bila vsebnost vode

v koreninah večja kot v poganjkih (slika 5 in slika 6). Različne koncentracije svinca v

raztopinah so vplivale predvsem na svežo maso korenin (slika 3).

Sveža masa korenin rastlin, tretiranih z 1 µM Pb, je statistično značilno večja od sveže mase

korenin rastlin, ki so bile tretirane s 100 µM Pb. Sveže mase korenin rastlin, ki so bile

0,62

0,64

0,66

0,68

0,70

0,72

0,74

0,76

0,78

0,80

0,82

0 1 10 100

Fo

tok

em

ičn

a u

čin

ko

vit

ost

Koncentracija Pb (µM)

Potencialna FS II

Dejanska FS II

16

tretirane z 0 in 10 µM Pb, med seboj niso statistično značilno različne. Pri sveži masi

poganjkov rastlin, ki so bile tretirane z 0, 1, 10 in 100 µM Pb, ni statistično značilnih razlik

(slika 3).

Slika 3: Sveža masa poganjkov in korenin ranega mošnjaka pri različnih tretmajih (povprečje ± standardna napaka, n = 9-10). Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilno razliko med tretmaji (p<0,05).

Suha masa poganjkov je bila večja od suhe mase korenin (slika 4). Pri suhi masi poganjkov in

korenin pri različnih tretmajih ni opaziti statistično značilnih razlik v masi (slika 4).

Slika 4: Suha masa poganjkov in korenin ranega mošnjaka pri različnih tretmajih (povprečje ± standardna napaka, n = 9-10). Med tretmaji ni statistično značilnih razlik (p<0,05).

a

a

a

a

ab

b ab

a

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0 1 10 100

Sv

eža

ma

sa (

g)


Sveža masa poganjki

Sveža masa korenine

aa

a

a

aa a

a

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0 1 10 100

Su

ha

ma

sa (

g)


Suha masa poganjki

Suha masa korenine

17

Vsebnost vode v poganjkih rastlin, tretiranih z 1 in 10 µM Pb, je statistično značilno večja od

vsebnosti vode v poganjkih rastlin tretiranih s 100 µM Pb. Vsebnost vode v poganjkih

kontrolne skupine ni statistično značilno različna od rastlin, tretiranih z 1, 10 in 100 µM Pb

(slika 5).

Slika 5: Vsebnost vode v poganjkih ranega mošnjaka pri različnih tretmajih (povprečje ± standardna napaka, n = 9-10). Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilno razliko med tretmaji (p<0,05).

Vsebnost vode v koreninah rastlin, tretiranih s 100 µM Pb, je statistično značilno manjša od

vsebnosti vode v koreninah rastlin, tretiranih z 0, 1 in 10 µM Pb (slika 6).

Slika 6: Vsebnost vode v koreninah ranega mošnjaka pri različnih tretmajih (povprečje ± standardna napaka, n = 10). Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilno razliko med tretmaji (p<0,05).

ab

a

a

b

62,00000

64,00000

66,00000

68,00000

70,00000

72,00000

74,00000

76,00000

78,00000

0 1 10 100

Vse

bn

ost

vo

de

(%

)


Vsebnost

vode

poganjki

aa a

b

0,00000

10,00000

20,00000

30,00000

40,00000

50,00000

60,00000

70,00000

80,00000

90,00000

100,00000

0 1 10 100

Vse

bn

ost

vo

de

(%

)


Vsebnost

vode

korenine

18

4.3 VSEBNOST SVINCA V KORENINAH IN POGANJKIH

Ker je rani mošnjak akumulacijska rastlina, smo z uporabo prenosnega rentgensko

fluorescenčnega spektrometra preverili tudi koncentracijo svinca v koreninah in poganjkih.

Največje povečanje vsebnosti Pb smo zaznali pri rastlinah izpostavljenih 100 µm Pb (slika 7).

V koreninah in poganjkih ranega mošnjaka smo zaznali statistično značilno povečanje

vsebnosti Pb pri rastlinah, tretiranih s 100 µM Pb, od vsebnosti Pb pri rastlinah, tretiranih z 0,

1 in 10 µM Pb (slika 7).

Slika 7: Vsebnost svinca v koreninah in poganjkih ranega mošnjaka pri različnih tretmajih (povprečje ± standardna napaka, n = 5-13). Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilno razliko med tretmaji (p<0,05).

4.4 FOTOSINTEZNI PIGMENTI

Vsebnost fotosinteznih barvil smo izmerili na suhih in uprašenih poganjkih ranega mošnjaka,

ki je bil razen kontrolne skupine predhodno izpostavljen 1, 10 in 100 µM Pb v hidroponski

raztopini. V splošnem je bila vsebnost klorofila a večja v vseh tretiranih rastlinah kot vsebnost

klorofila b (slika 8). Vsebnost klorofila a in klorofila b je statistično značilno večja pri

rastlinah, tretiranih z 1 in 10 µM Pb, v primerjavi s kontrolno skupino in rastlinami,

tretiranimi s 100 µM Pb. Vsebnost klorofila a in klorofila b se med kontrolno skupino in med

rastlinami, tretiranimi s 100 µM Pb ni statistično značilno spremenila (slika 8).

a

a

a

b

a

a

a

b

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 1 10 100

Vse

bn

ost

sv

inca

(m

g/k

g s

uh

e m

ase

)


Poganjki

Korenine

19

Pri koncentraciji karotenoidov prihaja do statistično značilnega povečanja pri rastlinah,

tretiranih z 1 in 10 µM Pb v primerjavi s kontrolno skupino in rastlinami, tretiranimi s 100

µM Pb. Koncentracija karotenoidov med kontrolno skupino in med rastlinami tretiranimi s

100 µM Pb, ni statistično značilno različna (slika 8).

Slika 8: Fotosintezni pigmenti pri različnih tretmajih (povprečje ± standardna napaka, n = 5-21). Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilno razliko med tretmaji (p<0,05).

a

b b

a

a b ba

a

b b

a

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 1 10 100

Vse

bn

ost

klo

rofi

lov

(m

g/g

) in

vso

ta

ka

rote

no

ido

v (

µm

ol/l)


Klorofil a

Klorofil b

Karotenoidi

20

5. RAZPRAVA IN SKLEP

Tla že vrsto let onesnažujemo z različnimi kovinami, tudi s Pb, katerega vir so rafinerije,

rudarjenje, talilnice rude, različni odpadki in drugo (Zupan, Grčman, & Lobnik, 2008). Ker se

ljudje čedalje bolj zavedamo škodljivosti Pb za naše zdravje in njegovega negativnega vpliva

na rast in razvoj rastlin, so strokovnjaki predlagali in razvili tehnologijo fitoremediacije kot

eno najbolj učinkovitih za odstranjevanje kovin iz tal (Tangahu & idr., 2011). Rani mošnjak je

rastlina, ki v poganjkih hiperakumulira Cd, Zn, v večjih količinah pa kopiči tudi Pb in je zato

primerna za uporabo v fitoremediaciji (Vogel - Mikuš, Drobne, & Regvar, 2005).

Kadar so rastline izven meja idealnih razmer, se pojavi stres (Larcher, 2001). Kot pokazatelj

stresa pri rastlinah služi fotokemična učinkovitost fotosistema II (FS II). Zgornja meja

teoretičnih vrednosti potencialne fotokemične učinkovitosti fotosistema II (FS II) se giblje

okoli 0,83 (Schreiber, Bilger in Neubauer, 1995). Rastlina, ki je pri potencialni fotokemični

učinkovitosti fotosistema II (FS II) izpostavljena stresu, ne dosega vrednosti 0,83-0,85 (Trošt

Sedej, 2005). Z analizo dejanske in potencialne fotokemične učinkovitosti fotosistema II (FS

II) smo ugotovili, da so bile rastline v času rasti izpostavljene stresu, saj ne dosegajo vrednosti

0,8. Potencialna fotokemična učinkovitost fotosistema II (FS II) je bila vedno večja od

dejanske. Hipoteze, da z naraščajočo koncentracijo Pb v hidroponski raztopini fotokemična

učinkovitost rastlin pada, ne moremo niti potrditi niti zavreči, saj med vzorci ne prihaja do

statistično značilnih razlik. Te hipoteze brez nadaljnjih raziskav na večjem številu rastlin ne

moremo zagotovo potrditi.

Eden izmed pokazateljev stresa pri rastlinah je tudi motnja rasti in zmanjšana tvorba suhe

mase (Larcher, 2001). Strupenost Pb pri rastlinah se kaže kot hitra inhibicija koreninske rasti,

zakrnela rast rastlin in kloroze (Sharma in Dubey, 2005). V naši raziskavi smo ugotovili, da je

masa poganjkov pri vseh tretmajih večja kot masa korenin. Rezultati kažejo, da je sveža masa

korenin pri rastlinah, tretiranih z 1 in 10 µM Pb, večja kot pri koreninah rastlin, tretiranih z 0

in 100 µM Pb. Ostali rezultati ne kažejo bistvenega vpliva povečane koncentracije Pb na rast

rastlin. Z določanjem sveže in suhe mase korenin in poganjkov ter izračunom vsebnosti vode

smo potrdili hipotezo, da različne koncentracije Pb različno vplivajo na rast in razvoj ranega

mošnjaka, saj se sveža masa korenin pri rastlinah, tretiranih z 1 in 100 µM Pb, poveča, prav

tako pa pride do zmanjšanja vsebnosti vode pri poganjkih rastlin, tretiranih s 100 µM Pb v

primerjavi s poganjki rastlin, tretiranih z 1 in 10 µM Pb. Zmanjša se tudi vsebnost vode v

koreninah rastlin, tretiranih s 100 µM Pb.

21

Pri izračunih vsebnosti Pb (mg/kg suhe mase) v koreninah in poganjkih smo ugotovili, da

vsebnost Pb v koreninah in poganjkih značilno naraste pri rastlinah, ki so bile izpostavljene

100 µM Pb. Pri rastlinah, izpostavljenim 100 µm Pb je koncentracija Pb v poganjkih presegla

vrednost 1000 mg Pb/kg suhe mase, kar je po poročanju Reeves in Baker (2001, v Vogel-

Mikuš, Drobne in Regvar, 2005) mejna vrednost za hiperakumulacijo. Izkazalo se je tudi, da

je vsebnost Pb, razen v kontrolni skupini, večja v koreninah kot v poganjkih, kar je v skladu z

ugotovitvami Vogel-Mikuš idr. (2005). Ti rezultati potrjujejo hipotezo, da v poganjkih

pričakujemo povečano koncentracijo Pb, ta pa se bo večinoma akumuliral v koreninah.

Sharma in Dubey (2005) poročata, da Pb inhibira fotosintezo, zato smo pričakovali, da bo

zaradi strupenosti Pb pri večjih koncentracijah tudi sinteza fotosinteznih pigmentov manjša.

Ugotovili smo, da se sinteza fotosinteznih pigmentov pri rastlinah, ki so bile izpostavljene 1

in 10 µm Pb, poveča v primerjavi s kontrolno skupino in rastlinam, izpostavljenim 100 µM

Pb. Hipoteze, da bo zaradi strupenosti Pb pri večjih koncentracijah tudi sinteza fotosinteznih

pigmentov manjša, ne moremo niti potrditi niti ovreči, lahko pa sklepamo, da ta hipoteza drži

za rastline, ki so izpostavljene > 10 µm Pb.

Dobljeni rezultati tudi nakazujejo, da ima rani mošnjak visoko stopnjo tolerance na Pb.

22

6. LITERATURA

An Itroduction to Indoor Air Quality. (21. junij 2012). Pridobljeno s

http://www.epa.gov/iaq/lead.html

Botanični vrt Univerze v Ljubljani. (2015). Pridobljeno s http://www.botanicni-

vrt.si/component/rastline/thlaspi-praecox

Larcher, W. (2001). Physiological Plant Ecology. Ecophysiology and Stress Physiology of

Functional Groups. 4th Edition. Springer-New York, 513

Lichtenthaler, H. K. in Buschmann, C. (2001). Extraction of photosynthetic tissues:

chlorophylls and carotenoids. Current protocols in food analytical chemistry. F4.2.1-

F.4.2.6.

Likar, M. (1998). Vodnik po onesnaževalcih okolja. Ljubljana: Zbornica sanitarnih tehnikov

in inženirjev Slovenije.

Martinčič, A., Wraber, T., jogan, N., Podobnik, A., Turk, B., Vreš, B., . . . Surina, B. (2007).

Mala flora Slovenije. Ljubljana: Tehniška založba Slovenije.

Monni, S., Uhlig, C., Junttila, O., Hansen, E., Hynynen, J., 2001. Chemical composition and

ecophysiological responses of Empetrum nigrum to aboveground element application.

Environ. Pollut. 112, 417-26.

Pignata, M. L. in Salazar, M. J. (16. november 2013). Lead accumulation in plants grown in

polluted soils. Screening of native species for phytoremediation. Journal of

Geochemical Exploration, 137, 29-36. Pridobljeno s

http://www.academia.edu/5737564/Lead_accumulation_in_plants_grown_

in_polluted_soils._Screening_of_native_species_for_phytoremediation

Sanacija onesnaženega okolja v Zgornji Mežiški dolini. (2014). Pridobljeno s

http://www.sanacija-svinec.si/index.php/svinec-v-meziski-dolini

/svinecinzdravjesplosno

Schreiber, U., Bilger, W. in Neubauer, C. (1995). Chlorophyll Fluorescence as a Nonintrusive

Indicator for Rapid Assessment of In Vivo Photosynthesis. Schultze, E.D., Caldwell,

M.M., Ecophysiology of Photosynthesis, 100, 49-70. Pridobljeno s

http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-79354-7_3

23

Sharma, P. in Dubey, R. S. (2005). Lead toxicity in plants. Plant Physiology, 17(1), 35-52.

Tangahu, B. V., Abdullah, S. R. S., Barsi, H., Idris, M., Anuar, N. in Mukhlisin, M. (3. junij

2011). A Review on Heavy Metals (As, PB and Hg) Uptake by Plants through

Phytoremediation. International Journal of Chemical Engineering, 2011, 1-31.

Tolrà, R. P., Poschenrieder, C. in Barcelo, J. (1996). Zink hyperaccumulation in Thlaspi

caerulescens. I. Influence on growth and mineral nutrition. J. Plant Nutr. 19, 1531-

1540.

Trošt Sedej, T. (2005). Ekologija rastlin: priročnik za vaje. Ljubljana: Študentska založba.

Uredba o mejnih, opozorilnih in kritičnih imisijskih vrednostih nevarnih snovi v tleh (2004).

Uradni list RS, št. 68/96 in 41/04 - ZVO-1) (22.4.2004). Pridobljeno s

http://www.mop.gov.si/fileadmin/mop.gov.si/pageuploads/zakonodaja/varstvo_

okolja/tla/kriticne_imisijske_vrednosti_nevarnih_snovi_

precisceno.pdf

Vogel - Mikuš, K., Drobne, D. in Regvar, M. (15. junij 2005). Zn, Cd and Pb accumulation

and arbuscular mycorrizal colonisation of pennycress Noccaea praecox Wulf from the

vicinity of lead mine and smelter in Slovenia. Environmental Pollution, 133, 233-242.

Zakon o varstvu okolja / ZVO-1-UPB1/ (2006). Uradni list RS, št. 39/06 (13. april 2006).

Pridobljeno s http://www.pisrs.si/Pis.web/pregledPredpisa?id=ZAKO4844#

Zupan, M., Grčman, H. in Lobnik, F. (2008). Raziskave onesnaženosti tal Slovenije.

Ljubljana: Agencija RS za okolje.

Wierzbicka, M. (14. december 1994). How lead loses its toxicity to plants. Acta Societatis

Botanicorum Poloniae, 64, 81-90. Pridobljeno s

https://pbsociety.org.pl/journals/index.php/asbp/.../762

24

ZAHVALA

Želela bi se zahvaliti mentorici prof. dr. Katarini Vogel-Mikuš za vse odgovore na vprašanja,

nasvete in dostopnost. Zahvalila bi se tudi študentki Špeli Kržišnik za pomoč in navodila pri

praktičnem delu. Zahvaljujem se tudi tehnični sodelavki Mileni Kubelj za pomoč pri delu v

laboratoriju.

Hvala tudi Ines in ostalim sošolcem za motivacijo, vzpodbudne besede in prijateljstvo, ki nam

je polepšalo študijska leta.

Prav tako se zahvaljujem svoji družini za vso podporo in potrpežljivost, ki so mi jo izkazali v

času študija, predvsem pa to leto.

Najlepša hvala vsem.

marinka krŽi Č -...

Documents