CAIET DE PRACTICĂ pentru

Laboratorul didactic de BIOTEHNOLOGII, sala D 1.4., Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria Mediului, domeniul INGINERIA MEDIULUI

Responsabil: lector dr.biolog Dana Malschi

Tel: 0745 367373, e-mail: danamalschi@yahoo.com

Tematica practicii: STUDIUL INDICATORILOR BIOLOGICI DE POLUARE.

• Bioindicatori in mediul terestru. Bioindicatori în mediul acvatic. • ISO - metode de evaluare a poluării prin bioindicatori si biomonitoring.

Metode biologice pentru determinarea toxicitatii şi de evaluare a biotehnologiilor. BIOTEHNOLOGII PENTRU TRATAREA APELOR UZATE SI POLUATE. BIOREMEDIEREA ECOSISTEMELOR ACVATICE.

• Bioremedierea apelor subterane contaminate şi a apelor uzate cu ajutorul microorganismelor (bacterii, cianobacterii, fungi) şi plantelor superioare.

• Indepărtarea metalelor grele din ape poluate cu ajutorul cianobacteriilor. • Bioremedierea prin zone umede construite (asociaţii de plante acvatice, fungi, microorganisme) pentru

tratarea apelor uzate sau a eluatelor din soluri contaminate. BIOREMEDIEREA ECOSISTEMELOR TERESTRE.

• Rolul microflorei in depoluare. Grupe ecofiziologice de bacterii. Studiul microbiotei depoluante. • Depoluarea biologica a solului prin biodegradarea substanţelor organice din sol. • Bioremedierea solurilor poluate cu metale grele, dioxid de sulf, hidrocarburi, compusi organici sintetici.

RECONSTRUCŢIA ECOLOGICĂ. • Tehnologii de bioremediere a haldelor de steril, a iazurilor de decantare, a deşeurilor industriale. • Tehnologii de bioremediere a deseurilor urbane, a reziduurilor de la termocentrale. • Asociaţii de arbori, arbuşti, plante ierboase, microorganisme utile în reconstrucţia ecologică.

BIOTEHNOLOGII -ECOTEHNOLOGII APLICATE IN AGRICULTURA. PERDELELE AGROFORESTIERE DE PROTECTIE ANTIEROZIONALA ŞI DEZVOLTAREA DURABILĂ A AGRICULTURII ÎN CENTRUL TRANSILVANIEI, ÎN CONDIŢIILE ÎNCĂLZIRII ŞI ARIDIZĂRII, A SCHIMBARILOR CLIMATICE ACTUALE.

• Rolul ecotehnologiei agroforestiere de protecţie în bioremedierea terenurilor agricole deteriorate, în limitarea poluarii cu insecticidelor, in combaterea biologica a daunatorilor, în agricultura ecologică.

• Rolul biotehnologiilor nepoluante de combatere biologica a daunatorilor în protecţia mediului şi a plantelor (teste de laborator în izolatoare pradă-prădător cu insecte fitofage si entomofage pradatoare).

BIOTEHNOLOGII GENETICE. • Studiul impactului introducerii organismelor genetic modificate ( OGM ) în agroecosisteme

Descrierea laboratorului de biotehnologii. Laboratorul include doua structuri: 1. Laboratorul didactic /2007 “Tehnologii de conservare şi utilizare a bioresurselor-Reconstrucţie ecologică,

bioremediere, depoluare biologică, management ecologic al sistemelor biotehnice şi ecologice“, dotat cu Finanţare din Programul naţional de infrastructură în educaţie MEdC 2006 – 2008,

2. Laboratorul de cercetare “Agroecologie si dezvoltare durabila - (entomologie)„ dotat cu finantare din proiectul CNCSIS 1448, 2007-2008

Laboratorul de biotehnologii are ca scop: • formarea profesională pentru elaborarea biotehnologiilor de valorificare durabilă şi gestiune a

bioresurselor, specifice activităţilor inginereşti de protecţia mediului. • desfasurarea studiului şi cercetărilor asupra componentelor mediului biotic, biodiversităţii şi

impactului factorilor ambientali, naturali şi tehnologici in ecosisteme naturale şi biotehnice; • formarea capacităţiilor de elaborare a bio- şi eco-tehnologiilor pentru depoluare, bioremediere,

reconstrucţie ecologică, în contextul impactului schimbărilor climatice şi tehnologice actuale. • In domeniul “Agroecologie si dezvoltare durabila (entomologie)”, laboratorul are ca scop efectuarea

de cercetări entomocenotice, studii pentru elaborarea biotehnologiilor de combatere a daunatorilor si a sistemelor de management integrat al dăunătorilor, studii asupra reconstructiei agroecologice etc. în scopul dezvoltării agricole durabile, siguranţei şi calităţii producţiilor agricole, protecţiei mediului, conservării şi utilizării biodiversităţii, promovării agriculturii ecologice, a agriculturii conservative, în condiţiile noi legate de schimbările climatice, agroecologice şi tehnologice zonale.

Activităţi planificate în laborator: lucrări practice, activităţi studenţeşti de cercetare-îndrumare licenţă, masterat, cerc ştiinţific etc., experienţe demonstrative de ecofiziologie, ecotoxicologie si depoluare biologică; experiente de laborator cu plante, insecte vii, (pentru studiul parametrilor de dezvoltare etc.); prelucrarea probelor recoltate din teren; determinari calitative si cantitative de fauna si flora; intocmirea colectiilor didactice; prelucrarea datelor; documentarea şi tehnoredactarea lucrărilor ştiinţifice etc.

Laboratorul beneficiaza de: 1. Condiţii de lumină naturală şi artificială puternică, cu sistem de lumină suplimentară pentru experientele cu insecte şi plante, prize multiple electrice pentru aparatură etc.; 2. Număr de locuri studenţi: 25-35; 3. Suprafaţa: 64 m2(8 m x 8 m); 4. Dotare:

• Echipamente noi, din 2007-2008, cu Finanţare din Programul naţional de infrastructură în educaţie MEdC 2006 – 2008, pentru Laboratorul didactic /2007 “Tehnologii de conservare şi utilizare a bioresurselor-Reconstrucţie ecologică, bioremediere, depoluare biologică, management ecologic al sistemelor biotehnice şi ecologice“: 1 stereomicroscop Motic, lupă binoculară cu sistem de iluminare; 5 bucăţi stereomicroscop binocular Optika, sistem propriu de iluminare; 1 stereomicroscop Motic-Microscop digital Binocular with integral CCTV), termostat cu lumina, 1 etuvă.

• Aparatura din dotarea cu finantare CNCSIS, a proiectului 1448, 2007-2008, pentru Laboratorul de cercetare “ Agroecologie si dezvoltare durabila (entomologie)”: 2 bucăţi stereomicroscop cu sistem propriu de iluminare (Optika Trinocular); 2 bucăţi microscop biologic cu sistem propriu de iluminare (Optika Trinocular); 4 bucăţi microscop biologic cu sistem propriu de iluminare (Optika binocular); 2 bucăţi Stereomicroscop trinocular Optica SYR10 cu DIGI8 camera; 1 microscop biologic trinocular OpticaB353A; 2 bucăţi microscop biologic binocular Optica B 353 A; 2 bucăţi videoproiector, ecran de proiecţie -1 bucată; aparat foto digital, 7M PIXELI -1 bucată; Digital camera -1 bucată; sistem pentru prelucrarea probelor, frigider cu congelator Arctic. Etuva; sistem pentru conservarea probelor, frigider, lămpi, calorifere, ventilator etc.; Obiecte de inventar specifice cercetărilor de biologie, lămpi, truse pentru probe; Sistem de calcul–calculator şi echipamente electronice: calculator P4, Laptop, Laser Jet imprimanta alb-negru, Imprimanta color, Scan Jet scaner, Multifuncţional imprimantă. Software: Windows XP Microsoft office, Net etc. corespunzătoare tehnicii de calcul, aparatelor şi microscoapelor din dotare.

Bibliografia • Malschi Dana, 2009. Elemente de biologie, ecofiziologie si microbiologie. Note de curs si aplicatii practice,

Manual in format electronic. Facultatea de Stiinta Mediului, Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca. Editura Bioflux, Cluj-Napoca. 2009, http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2009/ p. 640, planşe color. ISBN 978-606-92028-4-5. http://www.editura.bioflux.com.ro/docs/malschi2.pdf .

• Malschi Dana, 2009. Biotehnologii si depoluarea sistemelor ecologice.(Tehnologii de depoluare biologica. Tehnologii de bioremediere. Reconstructia ecologica). Note de curs si aplicatii practice. Manual in format electronic. Facultatea de Stiinta Mediului,Universitatea Babes-Bolyai. Editura Bioflux, Cluj-Napoca. BIOFLUX, Cluj-Napoca, ISBN 978-606-92028-5-2.

• Malschi Dana, 2008. Mediu-agricultură-dezvoltare durabilă. Optimizarea tehnologiilor de management integrat al daunatorilor grâului in dinamica modificarilor agroecologice din Transilvania. Ed. Argonaut. 2008. ISBN 978-973-109-115-0.

• Malschi Dana, 2009. Integrated pest management in relation to environmental sustainability. Part I. Ecological management of wheat pests. Manual online. Faculty of Environmental Sciences, Bioflux Publishing House, Cluj-Napoca, p. 200. ISBN 978-606-92028-3-8. http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2009/

Imagine din Laborator, studenţii ISBE anul 3Imagine din Laborator, studenţii ISBE anul 3 Imagine din laborator, studentii IM anul

STUDIUL INDICATORILOR BIOLOGICI DE POLUARE.

• Bioindicatori in mediul terestru. Bioindicatori în mediul acvatic. • ISO - metode de evaluare a poluării prin bioindicatori si biomonitoring.

Metode biologice pentru determinarea toxicitatii şi de evaluare a biotehnologiilor.

4/24/2010Template copyright

www.brainybetty.com 2005 2

Testele standard cu bioindicatori pentrumediile terestrese efectuează cu

Loliummultiflorum –pentru SO2, F, metale grele.Expunerea se face pe o durată de 14-28 zile utilizând ghivece cu plante crescute din seminţe

(plante de 6-8 săptămâni

1. 2.3.

Test de ecotoxicitate (aprilie 2010/stud. A.Bolonyi ISBE). Lolium perrene crescut pe substrat degradat din : 1. iazul de decantare Anies (substrat roşu); 2. iazul Valea Glodului (substrat cenuşiu) .3. martor nepoluat (pământ de flori, negru), în 5 repetiţii.

1. Iazul de decantare Anieş 2. Iazul Valea GloduluiExploataţia minieră RODNA. Bistriţa-Năsăud

Teste de biomonitoring (bioindicatori) si toxicitate a solului cu Lolium perene, in laborator

Bioindicatori pentru mediile terestre Lichenii constituie bioacumulatori puternici datorită capacităţii lor de a prelua poluanţii prezenţi în aerul atmosferic. Având o sensibilitate deosebită faţă de poluanţi, lichenii sunt utilizaţi ca bioindicatori, pentru diverse categorii de poluanţi: SO2, NOX, HF, Cl2, O3, peroxiacetat, metale grele, elemente radioactive, fertilizatori, pesticide, erbicide.Speciile de licheni corticali Parmelia physodes, Parmelia coperata şi Evernia prunastri au servit ca bioindicatori pentru a monitoriza poluarea cu plumb a aerului. Cladonia rangiferina şi Cladonia nitei pot fi utilizate ca bioindicatori acumulatori pentru U, Fe, Pb, Ti. Mercurul poate fi acumulat de lichenii: Alectoria capillaris, Alectoria tremontii, Hypogymmia physodes, Cladonia sp., Collema sp. (Oros, 2002). Cel mai larg utilizat bioindicator este lichenul Hypogymnia physodes. Pe lângă sulf el poate acumula foarte multe metale realizând valori mari ale factorului de concentrare:

Cd 70 x Fe 28 x Pb 62 x Mn 28 x Cu 35x Zn 26 x Cr 34 x Ni 9 x V 31X

Teste de biomonitoring (bioindicatori) si toxicitate a apei cu Lemna minor, in laborator

Teste de ecotoxicitate a apei si imagini din zona depozitului de deseurilor de la

Fabrica de ingrasaminte si pesticide Tarnaveni. (Foto: Student Ghira George SM 3)

Briofitele (muşchii) prezintă o sensibilitate deosebită faţă de poluarea aerului. Ca urmare, numărul speciilor de briofite a fost mult diminuat în zonele urbane, în centrele industriale intens poluate. Unele specii s-au stins iar altele s-au redus ca număr de indivizi (şi biomasă) şi ca arie de răspăndire. De exemplu, în Olanda au dispărut în ultimii 100 de ani 15% din speciile de briofite terestre şi 13% din speciile de briofite epifite.

Pleurozium schreberi, Hyloconium splendens şi Hypneum cupressiforme au fost utilizate într-un proiect de biomonitorizare a poluării de fond cu 8 metale (As, Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Ni, V, Zn) a Europei de Nord.

Elementele radioactive sunt şi ele acumulate în muşchi mai intens decât în plantele superioare. Astfel, Pleurozium schreberi a fost utilizat pentru monitorizarea căderilor de La, Zr şi alte elemente în urma testelor nucleare, iar speciile Ceratodon purpurens, Tortula ruralis şi Bryum argenteum, pentru biomonitorizarea căderilor de 137Cs după accidentul de la Cernobîl.

În cazul metalelor grele s-a stabilit următoarea secvenţă a toxicităţii acestora pentru briofite (este asemănătoare şi la plantele cu flori): Hg > Pb > Cu > Cd >Cr > Ni > Zn

Unele specii au o capacitate deosebit de mare de acumulare a metalelor uneori până la concentraţii extrem de mari. De exemplu, Hyloconium splendens originar dintr-o mină de cupru a acumulat Pb, Cd, Cu, Zn în concentraţie de 17320 ppm (în comparaţie cu plantele superioare Picea 349,5 ppm, Clintonia 548,5 ppm în acelaşi mediu) (Blanc, 1974. citat de Oros, 2002). Plante superioare, bioindicatori pentru metale grele

• Plante cu flori - specii ierboase - acumulatori. Dintre speciile acumulatoare de metale mai cunoscute sunt:

- Melandrium album (opaiţa) 4,286 µg/g

- Lolium perenne (raigras) 1,683 µg/g - Plantago lanceolata (pătlăgina) 1,547 µg/g - Lepidium draba (urda vacii) 1,437 µg/g - Polygonum aviculare (troscot) 1,190 µg/g

- Thlaspi (punguliţa) 1000-3500 µg/g (pentru Ni şi Zn). Specii indicatoare: Lolium perenne şi Lolium multiflora sunt foarte adecvate pentru a fi utilizate ca indicatori de expunere. Aceste plante sunt frecvente în parcuri, pe marginea drumurilor, a şoselelor. Pe lângă metale grele, ele sunt indicatori pentru S şi F. Alte specii ierboase utilizate ca bioindicatori pentru metale grele sunt: - Melandrium album (opaiţă) - (Pb) - Thlaspi (punguliţă) - (Ni, Zn) - Solidago canadensis (splinuţă) (Pb) - Artemisia vulgaris (pelin), Calamagrostis epigeios (trestia), Chelidomium majus (rostopoasca), Plantago major (pătlăgina mare), Poa annua (firuţa) - utilizate ca bioindicatori pentru metale grele într-un studiu în Berlin; - Equisetum arvense (coada calului) - ca bioindicatori de Hg în zona distrusă de vulcanul Sf.Elena din SUA; - Achilea milefolium (coada şoricelului), Artemisia vulgaris (pelin), Plantago lanceolata (pătlăgina), Amaranthus retroflexus (moţul curcanului) - bioindicatorii pentru V (Harhnan şi Reznicek, 1986 citati de Oros, 2002). - Hypericum perforatum (pojarnig), Hedera helix (iedera), Urtica dioica (urzica moartă) - pentru Pb, Cu, Zn, Cd, Hg (Holvarth şi Rump, 1970, citati de Oros, 2002); - Vaccinium myrtilus (afinul), Vaccinium vitis ideea (merişor) - pentru Cd, Fe, Mn, Pb (Czukojovska şi colab., 1980, citati de Oros, 2002).

Arbori şi arbuşti de foioase Frunzele arborilor fixează metale grele din zonele poluate (de exemplu, pe marginea şoselelor în apropierea

uzinelor) atât din sol cât şi direct din aer. - Specii sensibile: Betula pendula (mesteacăn), Fraxinus excelsior (frasin), Sorbus aucuparia (scoruş de munte), Tilia cordata (tei), Malus domestica (măr). - Indicatori acumulatori - specii considerate rezistente: Eleagnus angustifolia (sălcioara), Populus canadensis (plop canadian), Salix alba (salcie), Sambucus nigra (soc negru). - Specii relativ rezistente (acumulatori): Carpinus betulus (carpen), Quercus robur (stejar), Fagus sylvatica (fag), Quercus palustris (stejar de baltă), Acer saccharum (arţar), Platanus acerifolia (platan).

Conţinuturi de diferite metale în frunzele unor arbori de foioase (indicatori-acumulatori) Valori medii (ppm) Valori maxime (ppm) În zone rurale (ppm)

Alianthus glandulosa (oţetar) 1027 2112 190 Aesculus hippocastanus (castan sălbatic) 874 1483 300 Tilia tomentosa (tei) 806 2458 240 Sophora japonica 754 2076 233 Celtis occidentalis 565 1239 214 Robinia pseudaccacia (salcâm) 596 1194 262 Acer platanoides (paltin de câmp) 451 1101 289 Platanus acerifolia (platan) 399 660 193 - Indicatori pentru microelemente şi ultramicroelemente: Ag Robinia pseudaccacia (salcâm); B Rosa rugosa (măceş), Acer campestre (artar de câmpie), Aesculus hippocastanus(castan sălbatic), Morus

alba, Platanus hybrida (platan), Salix alba (salcie), Sambuccus nigra (soc);

Bi Robinia pseudaccacia (salcâm); Ce Thuja occidentalis, Aesculus hyppocastanus (castan sălbatic); Co Sophora japonica; Cr Koelrenteria paniculata; Cs Rosa rugosa; Eu Rosa rugosa, Thuja occidentalis; F Sophora japonica; Ga Rosa rugosa, Thuja occidentalis; La Rosa rugosa; Mo Robinia pseudaccacia; Ni Rosa rugoza, Sophora japonica, Thuja orientalis, Aesculus hyppocastanus; Sb Thuja occidentalis, Aesculus hyppocastanus; Sn Thuja occidentalis; Th Rosa rugosa, Thuja occidentalis; U Rosa rugosa, Thuja occidentalis; V Rosa rugosa, Thuja occidentalis, Robinia pseudaccacia, Aesculus hyppocastanus; W Robinia pseudaccacia; Zn Robinia pseudaccacia.

Coniferele sunt indicatori mai sensibili decât copacii cu frunze căzătoare datorită faptului că durata de viaţă a acelor (frunzelor) este de 3-4 ani şi sunt expuse poluării şi pe perioadele de iarnă. Poluarea cu SO2 şi HF poate fi indicată de conifere şi prin determinarea conţinutului din frunze (coniferele sunt şi acumulatori). Specii de conifere sensibile la poluarea cu SO2 sunt: Abies alba, Picea abies, Pinus banksiana, Pinus nigra, Pinus silvestris, Pinus strobus, Larix decidua, iar faţă de poluarea cu HF sunt sensibile: Abies alba, Picea abies, Pinus ponderosa, Pinus silvestris, Pinus strobus. Unele specii pot fi utilizate şi pentru indicarea poluării cu oxidanţi fotochomici: Picea abies, Pinus banksiana, Pinus strobus.

Indicarea poluării cu metale grele se face prin acumularea acestora, mai ales în acele coniferelor (coniferele sunt acumulatori de metale grele). Astfel, Picea abies, Pinus silvestris, Pinus nrigra, Taxus baccata, Thuja occidentalis sunt specii adecvate pentru indicarea poluării cu Fe, Mn,Cu, Pb. Zn,Cd,Ag, Hg.

Plante de tisă (Taxus baccata) au fost utilizate într-un proiect de evaluare a poluării cu metale grele în oraşul Darmstadt din Germania în perioada 1978-1984, conţinutul de metale (Pb, Cu, Cd, Ni, Cr, Hg) indicând o scădere a poluării în perioada menţionată (Kovacs, 1992, citat de Oros, 2002). Bioindicatori in apele dulci. Avand in vedere ca depoluarea biologica este deosebit de activa in medii acvatice, in iazuri de depoluare, precizam o serie de bioindicatori şi bioacumulatorii, care permit evaluarea unor poluanţi cum sunt metale grele etc.

Macrofite acvatice. O serie de alge, briofite, fanerogane amfibii sau hidrofite prezintă aptitudini accentuate de concentrare în ţesuturi atât a unor elemente minerale (metale grele) cât şi a unor compuşi organici xenobiotici din ape (dupa Oros, 2002).

Muşchii acvatici cu potenţial de bioacumulare sunt printre alţii: Fontinalis, Amblystegium, Rhychostegium, Plathyhypnidium, Cindidotus.

O serie de cercetări au stabilit că Fontinalis squamosa şi Fontinalis antipyretica au o capacitate mare de bioacumulare a Zn şi altor metale toxice. Ultima specie acumulează şi PCB sau alţi compuşi organici xenobiotici, sau metale mai rare ca Ag, Bi, Sn.

Alge. Alga roşie Lemanea sp. este una dintre puţinele macrofite care poate trăi în imediata apropiere a apei dintr-un iaz de steril de la o exploatare de Pb, se poate dezvolta în ape cu concentraţii mari de metale toxice-Zn.

Fanerogame. Typha latifolia (papura) s-a dovedit un bioacumulator eficace al Zn, acumulând în rădăcini până la 1400 mg Zn / kg atunci când plantele au crescut pe sedimente cu conţinut de 10 mgZn/kg de sediment (Oros, 2002).

Evaluarea ecotoxicităţii solului .

Substanţele toxice cu concentraţii diferite pot afecta diferite specii prezente în ecosistem. Abordarea ideală pentru o caracterizare precisă a nivelului de toxicitate a unui mediu constă în utilizarea mai multor specii de organisme aparţinând unor grupări trofice şi taxonomice diferite, unor diferite specii de plante şi de microorganisme, etc. Criteriile pentru selectarea testelor de ecotoxicitate au fost stabilite în contextul evaluării riscului şi a clasificării substanţelor chimice (Cristina Dobrotă, Munteanu V. , http://www.resolmet.utcluj.ro).

Antrenarea în soluţiile apoase a fracţiunilor solubile, coloidale sau a particulelor are un rol important în evaluarea solurilor contaminate. Apa mobilizează cea mai mare parte a contaminanţilor afectând în acest mod microorganismele şi plantele. Eluatele apoase sunt folosite pentru a testa efectul ecotoxic asupra organismelor expuse contactului cu apa contaminată.

Standardul ISO 15799:2003 (E) „Ghid pentru caracterizarea ecotoxicologică a solurilor şi materialelor din sol” stabileşte procedurile de lucru care trebuie aplicate pentru o testare ecotoxicologică adecvată. Astfel,

• probele trebuie comparate cu probe martor, care pot fi repezentate de soluri necontaminate cu proprietăţi pedologice stabilite, materiale inerte, (nisip de cuart), sol certificat (sol standard), sau sol standardizat artificial ( ISO 11267, ISO 11268-1,2).

• când se utilizează eluate trebuie făcute diluţii succesive ale probei contaminate. Evaluarea ecotoxicităţii solului ca substrat pentru microorganisme. Flora microbiană reprezintă aproximativ 80% din totalul organismelor din sol. Rolul micrororganismelor este acela de a degrada şi a descompune, alături de microfaună, complexele organice în substanţe simple, menţinând la valori normale ciclul carbonului, al azotului al fosforului şi al sulfului.

• Respiraţia indusă la nivelul solului reprezintă un indicator important al densităţii populaţiei microbiene. • Bacteriile nitrificatoare care sunt răspunzătoare de oxidarea amoniului la nitrit şi de la nitrit la nitrat, sunt

un grup foarte sensibil de microorganisme. Nitrificarea redusă este un indicator sensibil a inhibiţiei proceselor esenţiale din sol.

Determinarea biomasei microbiene, sau a altor procese microbiene din sol, sau din eluate (creştere, fluorescenţă) permite evaluarea continuă a menţinerii fertilităţii solului, a potenţialului de degradare a compuşilor organici şi a efectelor reziduurilor aplicate pe sol asupra comunităţilor microbiene.

Evaluarea ecotoxicităţii solului ca substrat pentru creşterea plantelor. • Rădăcinile plantelor reprezintă o mare suprafaţa biologică in sol. Contactul dintre rădăcini şi sol

este mărit datorită perilor radiculari şi a micorizelor. Testele pe plante determină biodisponibilitatea şi efectele poluanţilor care nu pot fi detectaţi pe cale chimică. Testele de ecotoxicitate vizează germinaţia, creşterea sistemului radicular, a părţilor aeriene ale plantelor, conţinutul în clorofilă, viabilitatea şi fotosinteza. Standarde pentru evaluarea ecotoxicităţii se pot aplica procedurile prezentate în: ISO 11269: 2003. Calitatea solului-Determinarea efectelor poluanţilor asupra florei solului

o (1) Metoda pentru măsurarea inhibării creşterii rădăcinii. o (2) Efectele chimicalelor asupra răsăririi şi creşterii plantelor superioare.

ISO 22030:2005. Calitatea solului – metode biologice – toxicitate cronică la plantele superioare. ISO 8692: 2005 Calitatea apei. Inhibarea creşterii algelor de apă dulce în teste cu Scenedesmus subspicatus şi Selenastrum capricornutum.. Alge verzi:

ISO 20079: 2005 Calitatea apei – Determinarea efectului toxic al constituenţilor apei şi al apelor uzate asupra lintiţei (Lemna minor)- inhibarea creşterii la (Lemna minor).

ISO 14442: 2006 Calitatea apei. Ghid pentru testele de inhibare a creşterii algelor cu materiale greu solubile, compuşi volatili, metale şi ape reziduale

ISO 10519:1997 Seminţe de rapiţă – determinarea conţinutului de clorofilă -- metoda spectrometrica.

Determinarea efectelor poluanţilor asupra florei solului 1. Metodă pentru măsurarea creşterii rădăcinilor. IDT ISO 11269-1:1993 Standardul a fost elaborat pentru a pune la dispoziţia utilizatorilor o metodă rapidă pentru evaluarea calităţii solurilor afectate de fenomene de poluare sau a celor recuperate pentru agricultură de pe terenuri situate în zone industriale sau în areale de depozitare a sterilului de la exploatări miniere. Metoda descrisă poate fi folosită pentru a pune în evidenţă efectul unor substanţe încorporate în sol asupra calităţii acestuia precum şi la compararea unor soluri de calitate necunoscută. Evaluarea se bazează pe compararea vitezei de creştere a rădăcinilor unei anumite plante într-o situaţie standard şi pe un sol supus încercării. Este un experiment rapid de creştere bazat pe dezvoltarea seminţelor în condiţii controlate de mediu. Metoda poate fi folosită pentru a compara solurile, pentru a urmări schimbările în activitatea lor sau pentru a determina efectul substanţelor adăugate, pentru a evalua calitatea solurilor după recuperarea terenurilor industriale şi suprafeţelor de depozitare a sterilului de la exploatările miniere sau când se decopertează un teren. Metoda se aplică tuturor solurilor, materialelor de sol, deşeurilor sau substanţelor chimice care pot fi aplicate în sol exceptând cazul în care contaminantul este foarte volatil sau afectează numai fotosinteza. Se aplică la măsurarea efectelor substanţelor adăugate în sol în mod deliberat şi la compararea solurilor de calitate cunoscută şi necunoscută. Se determină creşterea unor seminţe pregerminate în condiţii controlate, pe o anumită perioadă, stabilită în funcţie de planta folosită în experiment. Cele două medii martor sunt nisipul şi solul. La sfârşitul perioadei de creştere se măsoară lungimea rădăcinilor, atât de la martori cât şi de la solul necunoscut sau la substanţa experimentată. O diferenţă semnificativă din punct de vedere statistic în lungimile rădăcinilor plăntuţelor crescute in oricare din mediile experimentate comparativ cu martorii indică existenţa unui efect. Plantele pentru experimentare trebuie crescute din seminţe nedecorticate. Orzul (Hordeum vulgare L.) varietatea “CV Triumph” a fost folosit timp de mai mulţi ani şi se recomandă în mod curent. Sunt corespunzătoare şi alte varietăţi de orz (nedecorticat), cu condiţia să aibă aceleaşi calităţi de germinaţie, de alungire a rădăcinilor.

2. Efectele substanţelor chimice asupra încolţirii şi creşterii plantelor superioare. IDT ISO 11269-1:1993 Metoda e aplicabilă pentru determinarea unui efect toxic posibil al substanţelor chimice incorporate în sol asupra încolţirii şi primelor stadii de creştere şi dezvoltare ale unei varietăţi de plante terestre. Acest test de fitotoxicitate se bazează pe răspunsul din timpul încolţirii şi primelor stadii de creştere al unei varietăţi de specii de plante terestre la concentraţii diferite ale unei substanţe chimice adăugate solului de testare. Seminţele sunt plantate în vase ce conţin sol in care a fost adăugată substanţa chimică testată şi în vase martor iar in final se compară plantele din vasele martor cu celelalte. Trebuie selectate pentru test, cel puţin două specii, cuprinzând cel puţin o specie din fiecare categorie. Sunt două categorii. Categoria 1 - monocotiledonate, speciile: Secale cereale, Lolium perenne, Oryza sativa, Avena sativa, Triticum aestivum, Hordeum vulgare, Sorghum bicolor, Zea mays. În categoria 2 - dicotiledonate: Sinapis alba, Brassica napus ssp. napus, Raphanus sativus, Brassica rapa ssp. rapa, Brassica campestris Var. Chinensis, Trifolium ornithopodioides, Lactuca sativa, Lepidium sativum, Lycopersicon esculentum, Phaseolus aureus. Testul de toxicitate a metalelor grele asupra algelor Standardul ISO 14442:2006), „Îndrumător pentru teste de inhibiţie a creşterii algelor cu materiale puţin solubile, compuşi volatili, metale şi ape reziduale”. Creşterea algelor aduce modificări ale toxicităţii metalelor grele. Metalele sunt absorbite în celulele algelor, cauzând o scădere a toxicităţii la nivele ridicate de toxicitate. În ciuda acestor dificultăţi, cu o optimizare adecvată, teste cu alge asupra metalelor grele pot fi realizate în condiţii în care influenţa sistemului de testare e minimă. Factorii cheie sunt ca biomasa de alge să fie menţinută la un nivel redus, influenţa chelaţilor, a fierului şi a microelementelor să fie minimizată şi pH-ul să fie bine controlat (Cristina Dobrotă, Munteanu V. , http://www.resolmet.utcluj.ro).

BIOTEHNOLOGII PENTRU TRATAREA APELOR UZATE SI POLUATE. BIOREMEDIEREA ECOSISTEMELOR ACVATICE.

• Bioremedierea apelor subterane contaminate şi a apelor uzate cu ajutorul microorganismelor (bacterii, cianobacterii, fungi) şi plantelor superioare.

STUDIUL MICROFLOREI SI MICROFAUNEI.

Indepărtarea metalelor grele din ape poluate cu ajutorul cianobacteriilor. Din cele 35 de metale considerate periculoase pentru sanatatea umana, 23 au fost catalogate drept metale grele: stibiu, arsen, bismut, cadmiu, ceriu, crom, cobalt, cupru, galiu, fier, aur, plumb, mangan, mercur, nichel, platina, argint, telur, taliu, staniu, uraniu, vanadiu si zinc. Cele mai periculoase substante pentru sanatate sunt considerate plumbul, cadmiul, mercurul si arsenul. Expunerea la concentratii mari din aceste metale poate duce la otraviri, cu grave efecte asupra sistemului nervos sau asupra organelor interne precum plamani, ficat, rinichi si altele. In ultimii ani s-au dezvoltat numeroase tehnici de indepartare a metalelor grele din apele uzate, cu scopul de a scadea cantitatea de ape uzate cu continut de metal rezultat din activitatile industriale precum si pentru a imbunatati calitatea efluentilor. Numeroase tratamente precum precipitarea chimica, coagularea-flocularea, flotarea, schimbul ionic sau filtrarea prin membrane pot fi folosite pentru a indeparta metalele grele din ape uzate contaminate, fiecare metoda avand anumite avantaje si limitari. O modalitate de îndepărtare a metalelor grele prin utilizarea microorganismelor - cyanobacteriilor este deosebit de intens cercetată (Roberto De Philippis şi Ernesto Micheletti, 2009). Folosirea microorganismelor pentru indepartarea metalelor grele. Biosorbtia reprezinta proprietatea biomasei microbiene nevii de a acumula ioni ai metalelor grele, proces nesustinut metabolic. In contrast, termenul bioacumulare descrie un proces activ in care metalele grele sunt indepartate in urma unei activitati metabolice a unor organisme vii. In ultimii ani, cercetarea s-a bazat pe mecanisme de biosorbtie deoarece biomasa poate fi utilizata cu succes pentru a indeparta metalele grele din efluentii industriali precum si pentru a recupera metale pretioase din solutii de procesare (http://www.resolmet.utcluj.ro, http://www.dsmz.de/strains/degradtn.htm).

Celulele microbiene reprezinta biosorbenti excelenti datorita raportului mare suprafata/ volum pe care-l au si datorita unui numar mare de situsuri de chemo-sorbtie potential active. Cercetarile in domeniul biosorbtiei metalelor grele au condus la identificarea mai multor tipuri de biomase microbiene eficiente in concentrarea acestor metale. Unele tipuri de biomasa sunt deseuri rezultate la fermentari industriale (de ex. bacteria Bacillus subtilis). Alte tipuri de microbi care pot lega metale pot fi recoltate din medii specifice precum lacuri sau mari (anumite tipuri de cianobacterii). Acestea pot acumula cantitati considerabile de metale grele, precum Pb, Cd, U, Cu, Zn, Cr sau altele. Caracteristici generale ale cianobacteriilor. Cianobacteriile reprezinta un grup larg de bacterii Gram-negative, procariote fototrofice caracterizate prin capacitatea de a realiza fotosinteza in prezenta oxigenului dar si autotrofe, ca principala sursa de nutritie. S-a observat ca anumite cianobacterii pot creste pe intuneric pe anumite

Alge verzi (Closterium), diatomee etc.). Crustacee Cladocere (Daphnia) si Copepode (Cyclops).

substraturi organice sau in conditii anaerobe, realizand fotosinteza in lipsa oxigenului, folosind sulfuri ca si donori de electroni. Aceasta independenta trofica, alaturi de usurinta cultivarii lor, recomanda cianobacteriile in procesele de decontaminare.

Utilizarea cianobacteriilor in indepartarea metalelor grele. In ultimii ani s-au publicat multe articole referitoare la capacitatea microorganismelor de a acumula si indeparta metalele grele din ape. Aceste procese pot fi clasificate ca: procese active, metabolice sau procese pasive, nemetabolice. In procesele active, adsorbtia, numita bioacumulare, se datoreaza transportului metalului prin membrana celulara, urmata de acumularea intracelulara in functie de metabolismul celular. In cazul interactiilor fizico-chimice intre metal si gruparile functionale prezente pe suprafata celulei (bazate pe adsorbtia fizica, schimb ionic si complexare), procesul de sorbtie nu depinde de metabolism. Peretele celular, compus din polizaharide, proteine, lipide poate oferi situsuri pentru legarea metalelor (Roberto De Philippis şi Ernesto Micheletti, 2009). Cianobacteriile au un perete celular care permite adsorbtia pasiva a unor mari cantitati de metale dizolvate. Pe suprafata peretelui celular exista de fapt grupari functionale precum grupari carboxilat, hidroxil, sulfat, fosfat sau amino. Cationii metalici pot fi luati din mediu de catre gruparile incarcate negativ de pe peretele celular (Fig. 1), cu sarcina negativa prezenta pe straturile polizaharidice care inconjoara peretele celular (Fig. 2) sau cu sarcinile negative ale polizaharidelor eliberate in mediul inconjurator (apa) (Fig. 3), (dupa Roberto De Philippis şi Ernesto Micheletti, 2009).

Fig. 1. Interactia cationilor metalici cu sarcinile negative de pe suprafata celulara

Fig. 2. Interactia cationilor metalici cu sarcinile negative de pe straturile polizaharidice exocelulare

(dupa Roberto De Philippis şi Ernesto Micheletti, 2009). Un numar mare de tipuri de cianobacterii au fost testate in legatura cu capacitatea lor de a indeparta metalele grele (in special Cd, Hg, Ni, Zn sau Pb) din solutii metalice. Tolypothrix tenuis si Calothrix parietina au indepartat cu succes cantitati ridicate de Hg, Scytonema schmidlei, Anabaena cylindrica si A. torulosa au indepartat 96-98% din Cd aflat intr-o solutie de Cd de concentratie 1mg/ l., Gloeocapsa sp., Nostoc paludosum, N. piscinale, N. punctiforme, N. commune, Oscillatoria agardhii, Phormidium molle si Tolypothrix au indepartat 90-96% Pb dintr-o solutie de Pb de concentratie 1mg/ l. Procesul de legare al metalului are loc prin complexarea ionilor metalici cu materialul polizaharidic, mucilaginos care acopera ceretele celular sau este eliberat de suprafata celulara (Roberto De Philippis, Ernesto Micheletti, 2009.)

Indepărtarea metalelor grele de către Cyanobacterii: Resultate obţinute cu Cyanobacterii

şi metale ( Dupa : Roberto De Philippis şi Ernesto Micheletti, 2009. Metal Cyanobacterii

/ Sorbţia (mmol g-1)a sau Eficienţa îndepărtării metalului(%)b

Cyanobacterii / Sorption (mmol g-1)a sau

Eficienţa îndepărtării metalului(%)b Al Spirulina platensis / 0.0045a,c

Spirulina maxima / 0.0145a,c Mastigocladus laminosus / #113 0.0284a,c

Co Oscillatoria angustissima / 0.26a Spirulina sp. / 0.0002a Phormidium valderianum BDU / 30501 n.r.

Cd Anabaena nodosum / 0.087a Anaabena nodosum / 0.81a Anabaena sp. BCC / 2 85b Anabaena variabilis NIES / 23 57b Anacystis nidulans n.r. Aphanocapsa halophytia n.r. Calothrix marchica BCC / 4 57b Calothrix marchica BCC / 6 87b Calothrix parietina TISTR 8093 / 0.70a Calothrix sp. BCC10 / 89b Calothrix sp. TISTR 8130 82b Chlorococcus paris n.r. Cylindrospermum sp. BCC / 20 65b Gloeocapsa sp. BCC / 25 96b Gloeothece magna 3.78a,c Hapalosiphon hibernicus BCC 27 90b Hapalosiphon sp. BCC 30 62b Hapalosiphon welwitschii BCC 34 75b Lyngbya hieronymusii BCC 41 97b Lyngbya spiralis BCC 42 80b Lyngbya taylorii 0.37a Mastigocladus laminosus #113 0.0048a,c Mastigocladus sp. BCC 36 78b Nostoc rivularis n.r. Microcystis aeruginosa f. aeruginosa NIES 44 95.3b Microcystis aeruginosa f. fl os-aquae C3-40 1.23a,c Nostoc linckia n.r. Nostoc sp. BCC 50 94b Nostoc commune. BCC 76 69b Nostoc micropicum BCC 77 72b Nostoc piscinale. BCC 47 82b Nostoc punctiforme BCC 48 73b Nostoc punctiforme BCC 49 84b Oscillatoria amoena BCC 53 83b Oscillatoria jasorvensis BCC 56 94b Oscillatoria agardhii BCC 52 90b Phormidium angustissimus BCC 68 87b Phormidium molle BCC 7193 95b Phormidium valderianum BDU 30501 83b Rivularia sp. BCC 80 88b Spirulina platensis 0.0035a,c Spirulina maxima 0.0017a,c Spirulina platensis 0.33a Spirulina platensis 1.07a Spirulina vulgaris 1.00a Stigonema sp. BCC 90 89b Synechococcus sp. PCC 7942 0.06a Tolypotrix tenuis TISRT 8063 0.80a Tolypotrix tenuis 0.18a Tolypotrix tenuis BCC 100 53b

Cr Aphanocapsa halophytia 0.29a Cyanospyra capsulata 0.36a Cyanothece CE 4 1.83a Cyanothece ET 5 0.59a Cyanothece PE 14 0.26a Cyanothece TI 4 1.29a Cyanothece VI 13 0.93a Cyanothece VI 22 1.08a Cyanothece 16Som 2 3.77a Nostoc PCC 7936 0.07a Spirulina sp. 0.19a Synechococcus sp. PCC 7942 0.10a

Fe Phormidium laminosum 94.8b

Mn Microcystis aeruginosa f. fl os-aquae C3-40 2.84a,c

Ni Aphanocapsa halophytia n.r. Cyanospyra capsulata 1.41a Cyanothece CE 4 1.24a Cyanothece ET 5 0.24a Cyanothece PE 14 0.19a Cyanothece TI 4 0.62a Cyanothece VI 13 0.39a Cyanothece VI 22 0.59a Cyanothece 16Som 2 0.96a Lyngbya taylorii 0.65a Microcystis aeruginosa 4.26a Nostoc PCC 7936 0.032a Phormidium laminosum 85b Spirulina sp. 0.003a Synechococcus sp. PCC 7942 0.05a Synechocystis sp. 3.23a

Pb Anabaena sp. BCC 2 29b Anabaena variabilis NIES 23 48.92b Aphanothece halophytica 22b Calothrix sp. BCC 8 59b Calothrix sp. BCC 10 13b Calothrix sp. TISTR 8130 86b Calothrix sp. n.r. Cylindrospermum sp. BCC 20 52b Gloeocapsa sp. BCC 25 96b Hapalosiphon hibernicus BCC 27 13b Hapalosiphon welwitschii BCC 34 47b Lyngbya heironymusii BCC 41 80b Lyngbya spiralis BCC 42 73b Lyngbya taylorii 1.47a Mastogocladus sp. BCC 36 29b Microcystis aeruginosa f. fl os-aquae C3-40 1.50a,c Nostoc commune BCC 76 94b Nostoc piscinale BCC 47 94b Nostoc punctiforme BCC 48 98b Nostoc punctiforme BCC49 51b Oscillatoria agardhii BCC 52 73 96b Oscillatoria amoena BCC 53 89b Oscillatoria jasorvensis BCC 56 89 85b Phormidium angustissimum BC 68 77b Phormidium molle BCC 71 90b Rivularia sp. BCC 80 76b Spirulina maxima 84b Spirulina platensis 35b Spirulina platensis 0.08a Spirulina, sp. 0.00005a Stigonema sp. BCC 90 52b Stigonema sp. BCC 92 59b Synechococcus sp. PCC 7942 0.15a Tolypothrix tenuis TISTR 8063 88b Tolypothrix tenuis BCC 100 90b Tolypothrix tenuis TISTR 8063 0.15a

Hg Anabaena sp. BCC 2 68b Calothrix marchica BCC 4 84b Calothrix sp. BCC 8 86b Calothrix sp. BCC 10 92b Calothrix parietina TISTR 8093 50b Calothrix sp. TISTR 8130 40b Cylindrospermum sp. BCC 20 83b Gloeocapsa sp.BCC 25 50b Hapalosiphon hibernicus BCC 27 84b Hapalosiphon welwitschii BCC 34 85b Lyngbya hieronymusii BCC 41 92b Lyngbya spiralis BCC 42 96b Mastigocladus laminosus #113 0.005a,c Mastigocladus sp. BCC 36 89b Nostoc sp. BCC 50 86b Nostoc commune sp. BCC 76 43b Nostoc micropicum BCC 77 26b Nostoc piscinale sp. BCC 47 22b Nostoc punctiforme sp. BCC 48 66b Nostoc punctiforme sp. BCC 49 49b Oscillatoria amoena BCC 53 12b Oscillatoria jasorvensis BCC 5689 89b Oscillatoria agardhii BCC 52 73b Phormidium angustissimus BCC 68 74b Phormidium molle BCC 71 93b Rivularia sp. BCC 80 86b Spirulina maxima 0.00125a,c Spirulina platensis 0.00055a,c Stigonema sp. BCC 90 92b Stigonema sp. BCC 92 94b Tolypotrix tenuis BCC 100 94b

Sn Aphanocapsa halophytia 82b Cu Anabaena variabilis NIES 23 35.4b

Anacystis nidulans n.r. Aphanocapsa halophytia n.r. Calothrix sp. n.r. Chroococcus paris n.r. Cyanospyra capsulata PCC 9502 3.65a Cyanospyra capsulata 1.97a Cyanospyra capsulata 2.25a Cyanothece CE 4 0.52a Cyanothece ET 5 1.78a Cyanothece PE 14 0.16a Cyanothece TI 4 050a Cyanothece VI 13 0.95a Cyanothece VI 22 0.98a Cyanothece 16Som 2 3.17a Gloeothece sp. PCC 6909 0.41a Microcystis aeruginosa f.flos-aquae C3-40 4.1a Nostoc PCC 7936 1.465a Oscillatoria angustissima 4.22a Phormidium laminosum 97.5c Spirulina, sp. 0.19a Synechococcus sp. PCC 7942 0.18a Tolypotrix tenuis TISTR 8063 0.18a

Zn Anabaena variabilis NIES 23 67.7b Anacystis nidulans n.r. Aphanocapsa halophytia n.r. Aphanothece halophytia 2.03a Chroococcus paris n.r. Lyngbya taylorii 0.49a Mastigocladus laminosus #113 0.00856a, Microcystis aeruginosa f. fl os-aquaeC3-40 1.23a,c Nostoc linckia n.r. Nostoc rivularis n.r Oscillatoria angustissima 0.33a Oscillatoria angustissima 9.81a Phormidium laminosum 78.2b Spirulina maxima 0.0023a,c Spirulina platensis 0.0046a,c Spirulina platensis 0.11a Tolypotrix tenuis TISTR 8063 0.14a

Microorganisme care realizeaza indepartarea metalelor prin oxidari si utilizari biologice

(dupa DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Germany, www.dsmz.de/strains/degradtn.htm)

Substanta Denumirea

Arsenate AsO43− Chrysiogenes arsenatis

Sulfurospirillum arsenophilum Sulfura de carbon CS2 Methanococcus maripaludis Methanothermobacter marburgensis Thiobacillus thioparus Monoxidul de carbon Acetitomaculum ruminis Acetohalobium arabaticum Bacillus schlegelii Bacillus sp. Carboxydothermus restrictus Clostridium formicaceticum Moorella thermoacetica

Mycobacterium sp. Carbonat Bryantella formatexigens Cyanamide CN2H2 Myrothecium verrucaria Fe(III) Desulfuromonas palmitatis Thermoterrabacterium ferrireducens Fier feros Fe(II) Acidithiobacillus ferrooxidans Leptospirillum ferriphilum FeSO4 Alicyclobacillus disulfidooxydans Hydrogen sulfurat H2S Blastochloris sulfoviridis Rhodovulum euryhalinum Rhodovulum sulfidophilum Mn(IV) Desulfuromonas palmitatis Geobacter bremensis Geobacter pelophilus Nitrate Paracoccus solventivorans Oxid de azot NO Pseudomonas aeruginosa Pirita FeS2 Alicyclobacillus disulfidooxydans Sulfat Desulfomicrobium escambiense Sulfide (S2-) H2S, Pandoraea norimbergensis NaHS, Na2S, Ag2S, CdS etc. Paracoccus pantotrophus Rhodovulum euryhalinum Rhodovulum sulfidophilum Thermithiobacillus tepidarius Xanthobacter tagetidis Sulfonaţi Clostridium pasteurianum Sulf Acidianus ambivalens Acidianus brierleyi Acidianus infernus Acidithiobacillus thiooxidans Desulfomicrobium baculatum Desulfomicrobium norvegicum Desulfurococcus amylolyticus Desulfurococcus mobilis Desulfurococcus mucosus Desulfuromonas acetoxidans Geobacter bremensis Geobacter pelophilus Pandoraea norimbergensis Pyrococcus furiosus Pyrococcus woesei Staphylothermus marinus Thermithiobacillus tepidarius Thermococcus celer Thermofilum pendens Thermoplasma volcanium Thermoproteus neutrophilus Thermoproteus tenax Thiobacillus sp. Thiomicrospira thyasirae Thiosulfate (S2O3

2−), Blastochloris sulfoviridis Chlorobium limicola Prosthecochloris vibrioformis Hydrogenophaga palleronii Hydrogenophaga pseudoflava Marichromatium purpuratum Pandoraea norimbergensis Paracoccus pantotrophus Rhodovulum sulfidophilum Thermithiobacillus tepidarius Xanthobacter tagetidis

Sistematica cianobacteriilor. Grupul 11 (Bacterii fototrofe oxigenice

Subgrupul 1 (Ordinul Chroococcales): Synechococcus Synechocystis

Subgrupul 2(Ord.Pleurocapsales):

Pleurocapsa Subgrupul 3 (Ord.Oscillatoriales) Oscillatoria

Subgrupul 4 (Ord.Nostocales): A (Fam. Nostocaceae), Nostoc

B (Fam. Scytonemataceae), Scytonema

C (Fam. Rivulariaceae): Calothrix

Subgrupul 5 (Ord. Stigonematales): Stigonema

Calothrix desertica: trichomi (filamente) Peter v.Sengbusch-

Scytonema

Scytonema endolithicu

Synechococcus, component principal al planctonului marin si dulcicol

Principalele tipuri nutritive de bacterii în funcţie de natura sursei de energie, sursei de C, donatorii de H Tipul nutritiv (de metabolism)

Sursa de energie Sursa de carbon Donatorii de H Exemple

Fotolito- autotrofe

Radiaţii luminoase CO2 H2O, H2S, S, H2

Cianobacterii, Chromatiaceae Chlorobiaceae

Chimiolito- autotrofe

Oxidarea unor compuşi anorganici H2S, S, NH3, H2, Fe2+etc.

CO2 NH3, NO2

-, H2S, S, H2, Fe2+

Nitritbacterii, Nitratbacterii, Thiobacillus, Ferobacterii, Bacterii metanogene

Fotoorgano- heterotrofe

Radiaţii luminoase Compuşi organici

Compuşi organici Rhodospirillaceae

Chimioorgano- heterotrofe

Oxidarea unor compuşi organici

Compuşi organici

Compuşi organici Bacillus, Clostridium, Pseudomonas Lactobacillus etc.

Bioremedierea prin zone umede construite (asociaţii de plante acvatice, fungi, microorganisme) pentru tratarea apelor uzate sau a eluatelor din soluri contaminate. Apele poluate cu metale grele pot fi eficient tratate utilizînd iazuri de decantare artificiale sau sisteme de zone umede. Îndepărtarea metalelor în aceste sisteme includ următoarele mecanisme: filtrarea şi sedimentarea particulelor în suspensie, adsorbţia, încorporarea în materialul vegetal, precipitarea prin procese biogeochimice mediate de microorganisme. Utilizând un habitat ingineresc şi o biocenoză construită ca instalaţii sau zone de inundare artificiale (zone umede construite - constructed wetlands) se poate realiza decontaminarea prin bioremediere a apelor subterane poluate, a apelor uzate şi a eluatelor din soluri contaminate. Metoda poate fi o alternativă promiţătoare şi economică fată de tehnologiile de pompare şi tratare sau faţă de barierele reactive. Astfel implementarea unui habitat ingineresc de zone umede constriuite exploatând principiile degradării biologice sunt aplicabile şi in situ, la scară largă sau medie (în instalaţii wetlands mobile) sau în scopul reducerii nivelului de poluare). S-au investigat beneficiile proceselor anaerobe de reducere a sulfaţilor, reducere a cromului etc.), pentru fixarea şi precipitarea metalelor grele şi a unor metaloizi (As). S-a demonstrat importanţa biotehnologiile wetland folosite pentru fixarea/recuperarea metalelor grele din apele de mină, din soluţiile rezultate din depozitele de deşeuri, şi din efluenţii industriali (Kuschk şi colab., 2005). Indepărtarea metalelor grele prin bioreactoare şi zone umede construite a constituit obiectivul cercetărilor finanţate de NATO Collaborative Linkage Grant No. EST.CLG.978918 (2003-2004), cu partneri: - UFZ – Centre for Environmental Research Leipzig-Halle (Leipzig, Germany), Department of Bioremediation and Centre for Environmental Biotechnology (UBZ) at the UFZ; - Wageningen University (Wageningen, The Netherlands); - Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms of RAS (Pushchino, Russia), - Institute for Biology of Inland Waters of RAS (Borok, Russia), (dupa Kuschk şi colab., 2005).

Cercetările proiectului au fost concentrate asupra proceselor biologice capabile de îndepărtarea metalelor, în special a cromului, din apele uzate. Principalele rezultate obţinute (dupa Kuschk şi colab., 2005), au cuprins: 1. Cercetări asupra gamei largi de procese fizice, chimice şi biologice care contribuie la detoxificarea de metale în zone umede construite şi în filtre de sol plantate care asigură un sistem heterogen de gradienţi conţinuţi în ambele zone, aerobe sau anaerobe.

Unităţi de plante şi ape uzate,cu crom.

Unităţi mobile de inundare cu filtru orizontal . Unităţi cu filtru orizontal în meso-scale experiment wetland pentru bioremediere (dupa Kuschk şi colab., 2005).

2. În laborator, la scări diferite, s-au cercetat sisteme de zone umede (pe suprafeţe orizontale şi în sisteme cu fluxuri subterane, sau în iaz cu covor de plante plutitoare; toate sistemele, plantate cu Juncus effusus- rogoz, pipirig), au fost testate pentru rata lor de îndepărtare a cromului. Cele mai bune rezultate s-au obţinut în sisteme cu fluxuri subterane. Se consideră că acest rezultat poate fi atribuit numai bacteriilor anaerobe stabilite în sistem, Juncus effusus având o capacitate scăzută de adsorbţie pe pietriş şi o rata scăzută de îndepărtare pentru crom, în sistem hidroponic. 3. Au fost îmbogăţite culturile mixte de bacterii reducătoare pentru crom, constând din diferite specii de bacterii anaerobe şi facultativ anaerobe. În consorţiu au avut loc o succesiune de procese reducere bacteriană şi, după ce cromul a fost precipitat, în sistem s-a acumulat numai sulfura. 4. O bacterie reducătoare pentru crom a fost izolată şi caracterizată. Prezenţa nitratului a ridicat specific rata de reducere a Cr(VI) şi numărul de celule. 5. Furnizarea de substrate organice promovează dezvoltarea condiţiilor anoxice şi activitatea bacteriilor metal reducătoare şi sultat reducătoare în consorţiul de bacterii şi în zonele umede construite. 6. Experienţele au testat efectul diferiţilor contaminanţi (compuşi organici şi metale grele) asupra plantelor in condiţii de seră. S-au cultivat diferite specii de plante de apă emergente (helofite), păstrate în seră pe timpul iernii. Principalele specii cultivate : Acorus calamus (obligeană), Glyceria maxima (mana de apă), Iris pseudacorus (stânjenelul galben), Juncus effusus (rogoz,pipirig), Phragmites australis (stuf, trestie), Typha latifolia (papura cu frunza lată), Typha angustifolia (papura cu frunza îngustă)

Acorus calamus (obligeană) Glyceria maxima (mana de apă) Iris pseudacorus (stânjenelul galben)

Juncus effusus (rogoz, pipirig) Phragmites australis (stuf). Typha latifolia. Typha angustifolia (papura)

Instalaţia experienţelor cu plante emergente de apă. Sera şi containerele de cultivare

(dupa Kuschk şi colab., 2005).

BIOREMEDIEREA ECOSISTEMELOR TERESTRE.

• Rolul microflorei in depoluare. Grupe ecofiziologice de bacterii. Studiul microbiotei depoluante. • Depoluarea biologica a solului prin biodegradarea substanţelor organice din sol. • Bioremedierea solurilor poluate cu metale grele, dioxid de sulf, hidrocarburi, compusi organici sintetici.

RECONSTRUCŢIA ECOLOGICĂ. • Tehnologii de bioremediere a haldelor de steril, a iazurilor de decantare, a deşeurilor industriale. • Tehnologii de bioremediere a deseurilor urbane, a reziduurilor de la termocentrale. • Asociaţii de arbori, arbuşti, plante ierboase, microorganisme utile în reconstrucţia ecologică.

Tehnologii de bioremediere a haldelor de steril, iazurilor de decantare, deşeurilor industriale. Efectul distructiv al factorilor perturbatori şi al dezastrelor ecologice asupra biocenozelor naturale sau antropizate, impune reconstrucţia ecologică a zonei afectate sau denudate de vieţuitoare, în scop ambiental, sanogenetic (parcuri, zone verzi), peisagistic, agricol sau silvic, antierozional sau protectiv faţă de schimbările climatice şi tehnologice actuale şi de perspectivă. Reconstrucţia ecologică, aplicată pe substrate abiotice, biotopuri poluate, contaminate, halde de steril, materiale de descopertare si alte reziduuri rezultate din exploatari miniere si din alte activitati industriale, agricole etc., operează cu metode tehnice şi biologice care pot asigura ecogeneza sau sucesiunea ecologică secundară. Ecogeneza presupune: - înfiinţarea fito şi zoo-cenozelor de pionierat, concomitentă cu - pedogeneza, refacerea microbiotei, refacerea humusului şi proprietăţilor solului; - reconstrucţia fito şi zoocenotică,cultivarea, colonizarea speciilor, stabilizarea relaţiilor interspecifice favorabile productivităţii şi echilibrului biocenotic al noului ecosistem. Funcţiile mediogene şi de reglaj ale fitocenozelor asigură reconstrucţia ecologică : fixarea reliefului antropic, reglajul pedogenezei şi protecţia solului, formarea zoocenozelor,conservarea faunei, reglajul microclimatului, intercepţia precipitaţiilor şi reglajul hidric, atenuarea vitezei vântului, diminuarea scurgerilor de suprafaţă, a eroziunii de profunzime (alunecări de teren, ravene, ogaşe), aluviuni etc. (Cristea, 1993, Cristea, Gafta, Pedrotti, 2004). Substratul abiotic care necesită reconstrucţia ecologică rezultă prin alterarea profundă a mediului, în urma diferitelor activităţi economice, în industria extractivă şi în construcţii, prin acumularea sterilului după extragerea minereului, prin realizarea iazurilor de decantare, a autostrăzilor, barajelor, lacurilor de acumulare, etc. Colonizarea vegetaţiei pe substratul abiotic se realizează în etape de ecogeneză:

1. Substratul iniţial abiotic, se populează cu speciile-pionier, care au o mare amplitudine de toleranţă ecologică la variaţiile factorilor ambientali. La instalarea acestei vegetaţii, concurenţa interspecifică este mică sau nulă. Se formează asociaţii alcătuite dintr-un număr mic de specii, care fixează panta, ca: Rumex scutatus cu Galeopsis angustifolia sau Rumex cu Tussilago farfara (podbal), pe pantele nordice, umede

Pe pantele mobile se instalează vegetaţie cu sistem radicular puternic ramificat de suprafaţă şi de adâncime, care

rezistă la alunecările de teren, si curpenul de pădure-Clematis vitalba.

Rumex scutatus Galeopsis angustifolia Tussilago farfara

(macris de munte) Polygonaceae Labiatae (podbal) Asteraceae/Compositae

Colonizarea şi fixarea reliefului antropic de către fitocenoze depinde: • de capacităţile adaptative ale comunităţilor de plante, • de variabilitatea ecotipică (biodiversitatea genetică) a speciilor componente, • de proprietăţile fizico-chimice ale materialului de bază (Cristea, 2004).

Pe sterilul cu conţinut de metale, se instalează specii metalofite specializate • pentru seleniu – o serie de Leguminoase, • pentru stronţiu – Graminee, • pentru zinc – specii calaminare etc.) (Fabian, Onaca, 1999).

În sprijinul ideii de reconstrucţie ecologică (Cristea, 1990), pe voluminoasele halde de steril, acumulate la minele de cărbune, de sare, de metale feroase şi neferoase, la termocentrale şi alte activităţi industriale, argumentele se referă la: toxicitatea sterilului, la aspectul inestetic, la pericolul alunecării reliefului antropic, la necesitatea reintegrării lor în circuitul economic.

Ranunculaceae - Clematis vitalba From: Flora londinensis by William Curtis. London, the author, [1775-] 1777-1798, (plate 244).

Thlaspi calaminare (pungulita) Brassicaceae

Viola lutea ssp. calaminaria

RECONSTRUCTIA ECOLOGICA. Iazul de decantare Anieş, rezultat din sterilul de la staţia de flotare a Expl.Miniere Rodna (jud. Bistriţa-Năsăud) a fost infiinţat în 1973. Sterilul din iaz era lipsit de substante organice, avea un pH de 8,5 şi conţinea metalele grele Pb, Mn, Fe, Cu, Zn ce depăşeau valorile prevazute de normative, sulf, arseniu, cadmiu, magneziu etc. Aceste condiţi impiedică dezvoltarea spontană a vegetaţei, instalarea microbiocenozei şi afectează sănătatea populaţiei. Dupa inchiderea activităţii, pe sterilul din iazul de decantare s-au amenajat 11 nivele, cu terase de 3,8-4,0 m lăţime şi taluzuri de 2,5 m înălţime şi înclinaţie 45-50o.

Pentru declanşarea fitocenogenezei, s-a efectuat • consolidarea cu arocament la bază, • copertarea cu glii înierbate, uniform sau în “romburi”şi • plantări:Pinus nigra-Robinia pseudacacia

La baza iazului, în condiţii de umiditate crescută, s-a instalat spontan o vegetaţie lemnoasă de arini, (asociaţia

Aegopodio – Alnetum glutinosae).

Vegetaţia ierboasă, instalată pe taluzuri aparţine la 2 asociatii: • Festuco rubrae–Agrostietum tenuis şi • Agropyretum repentis (syn. Agropyro-Convolvuletum arvensis )

S-a constatat că instalarea vegetaţiei se poate realiza în timp optim prin acoperirea cu un strat de minimum 10 cm de sol, ceea ce devansează procesul de cenogeneză cu cel puţin două-trei decenii (Cristea, 1990).

Robinia pseudacacia

Pinus nigra

Arin negru (Alnus glutinosa)

Aegopodium podagria (piciorul căprii)

Festuca rubra (păiuşroşu)

http://www.oardc.ohio-state.edu/seedid/images/Festuca_rubra_subsp._rubra_2.jpg/

http://www.biopix.dk/Temp/

Festuca rubra (păiuşroşu)

http://www.oardc.ohio-state.edu/seedid/images/Festuca_rubra_subsp._rubra_2.jpg/

http://www.biopix.dk/Temp/ Agrostis tenuis (iarba câmpului)

Agropyrum repens (pirul) Convolvulus arvensis (volbura)

RECONSTRUCTIA ECOLOGICA a haldelor de steril şi iazurilor de decantare în zona miniera Baia Borşa

Etape in reconstructia ecologica la iazul de decantare Colbu 2010 (Baia Borsa).

(Foto: student Danci Ionel ISBE 4 )

Reconstructia ecologica si reimpădurirea haldelor de steril din zona Baia Borsa, 2010. (Foto: student Danci Ionel ISBE 4 )

BIOTEHNOLOGII -ECOTEHNOLOGII APLICATE IN AGRICULTURA. PERDELELE AGROFORESTIERE DE PROTECTIE ANTIEROZIONALA ŞI DEZVOLTAREA DURABILĂ A AGRICULTURII ÎN CENTRUL TRANSILVANIEI, ÎN CONDIŢIILE ÎNCĂLZIRII ŞI ARIDIZĂRII, A SCHIMBARILOR CLIMATICE ACTUALE.

• Rolul ecotehnologiei agroforestiere de protecţie în bioremedierea terenurilor agricole deteriorate, în limitarea poluarii cu insecticidelor, in combaterea biologica a daunatorilor, în agricultura ecologică.

Ferma cu perdele agroforestiere antierozionale Boldut SCDA Turda

(Foto: 2008, ing.Adina Ivaş).

Foto: 30.10.2008, ing. N.Tritean)

Aspecte ale fermei cu perdele agroforestiere de protectie antierozionale de la Cean-Bolduţ(SCDATutda) (Foto: 25 10 2008 ing R Şerbănescu)

(Imagine SPOT, Asist. Drd. Cristian Malos).

Experienţele de plantare a perdelelor agroforestiere antierozionale s-au facut la ferma Ceanu de catre Institutul de cercetări silvice, cu concursul statiunii experimentale agricole Campia Turzii. Pe terenul fermei Ceanu, s-au instalat in anii 1951-1953 un numar de 12 perdele de protectie experimentale, cu dimensiuni, compozitie si structura diferite de la o perdea la alta, in lungime totala de 10.440 m, ocupand o suprafata plantata de 16,72 ha si un numar de 16 parcele experimentale de impadurire in terenuri degradate, in suprafata totala de 4,00 ha. Tipurile de perdele şi schemele de amestec.

Perdeaua 1 ( de hotar, de 11 m lăţime) vezi harta:

In rândurile 1 si 7: corcoduş Prunus cerasifera, arbust

rândurile 2 si 6: specii de Quercus Quercus spp., pure şi în amestec cu arbuşti şi cu specii de însoţire,

în diferite variante.

Perdeaua 2 ( de hotar, de 16 m lăţime):

În rândurile 1 şi 15 : prun Prunus sylvestris şi măr Malus sylvestris, arbust (neplantat);

in randurile cu soţ 2 – 14: clocotiş Staphylea pinnata;

În rândurile 3 şi 13: ulm de câmp Ulmus minor şi ulm de Turkestan Ulmus pumilla;

5, 7, 9 şi 11 : stejar pedunculat Quercus robur, paltin de munte Acer pseudoplatanus.

Perdeaua 3 ( la margine de drum public, de 11 m lăţime).

În rândurile 1 şi 7: un cireş Cerasus avium (1), patru aluni Corylus avellana (4);

2, 4, 6: stejar pedunculat Quercus robur;

3 şi 5: paltin de munte Acer pseudoplatanus, clocotiş Staphylea pinnata.

Perdeaua 4 ( la margine de drum public, de 16 m lăţime):

În rândul 1 ( spre câmp) : ulm de câmp Ulmus minor, arbust ( neplantat):

Rândurile cu soţ de la 2-14 : clocotiş Staphylea pinnata ;

fără soţ de la 3-13 : stejar roşu Quercus rubra,, frasin comun Fraxinus excelsior;

În rândul 15 ( spre drum) : păducel Crataegus monogyna.

Perdeaua 7 ( antierozională şi de protecţie de 11 m lăţime): ca perdeaua 3, însa în rândurile 3 şi 5,

în loc de paltin de munte sunt introduse celelalte acerinee, pe variante de câte 100 m lungime.

Perdeaua 8 ( antierozională , de 17 m lăţime):

În rândurile 1 şi 11: corcoduş Prunus cerasifera,trei arbuşti;

cu soţ 2-10: stejar pedunculat Quercus robur, în variante, cu şi fără arbuşti;

3, 5, 7, 9: paltin Acer sau arbust (pure), sau paltin cu arbust, pe variante.

Perdeaua 9 ( antierozională , de 11 m lăţime):

În rândul 1 ( spre curte): păr Pirus piraster, alun Corylus avellana;

În rândurile 2, 4 şi 6 : frasin comun Fraxinus excelsior; sânger Cornus sanguinea;

3 şi 5: ulm de câmp Ulmus minor, sânger Cornus sanguinea;

rândul 7 ( spre câmp): corcoduş Prunus cerasifera, păducel Crataegus monogyna.

Perdeaua 13 ( antierozională, de 12 m lăţime):

În rândurile 1 şi 11 : cireş Cerasus avium, agriş Ribes spp;

2 şi 10: stejar pedunculat Quercus robur, paltin de munte Acer pseudoplatanus;

4, 6 si 8: stejar pedunculat Quercus robur, paltin de munte Acer pseudoplatanus;

3, 5, 7, 9 : lemn câinesc Ligustrum vulgare.

Perdeaua 14 ( antierozionala, de 16 m latime):

In randurile 1 si 15: cires Cerasus avium,, coacaz Ribes grossularia;

2, 8 si 14: stejar pedunculat Quercus robur, frasin comun Fraxinus excelsior ;

4, 6, 10 si 12: stejar pedunculat Quercus robur, paltin de munte Acer pseudoplatanus;

fara sot 3-13: lemn cainesc Ligustrum vulgare.

Perdeaua 15 ( antierozionala, 22 m latime):

In randurile 1 si 21: cires Cerasus avium, coacaz Ribes grossularia;

2, 8, 10, 12, 16, 18: stejar pedunculat Quercus robur, paltin de munte;

fara sot 3-19: lemn cainesc Ligustrum vulgare.

Perdeaua 17 ( de umezire, pe coama, de 22 m latime):

In randurile 1 si 21: macies Rosa canina;

2 si 20: mar paduret Malus sylvestris;

fara sot 3-19: lemn cainesc Ligustrum vulgare;

4 si 18: ulm de Turchestan Ulmus pumilla;

6 si 16: paltin de camp Acer platanoides;

8, 10, 12, 14: stejar pedunculat Quercus robur, visin turcesc Padus mahaleb.

Perdeaua 18 ( antierozionala, de 16 m latime): In randurile 1 si 15: cires Cerasus avium, arbust ( neplantat);

2, 6, 10, 14: stejar pedunculat Quercus robur, paltin de camp Acer platanoides si paltin de munt

pseudoplatanus (pe variante); 3-5, 7-9, 11-13: clocotis Staphylea pinnata.

Importanţa perdelelor agroforestiere pentru dezvoltarea agricolă durabilă. Schimbările actuale ale climatului, sistemelor exploataţiilor agricole şi tehnologiilor de cultură determină modificări agroecologice importante. Acestea privesc efectele grave produse asupra solului şi asupra dezvoltării plantelor de cultură prin greşelile tehnologice, prin poluare, secetă şi arşiţă, furtuni, torente, alunecări de teren, inundaţii etc., precum şi schimbările structurii şi abundenţei entomofaunei dăunătoare, care pot duce la distrugerea agroecosistemelor.

În cadrul sistemelor de dezvoltare agricolă durabilă, se conturează tot mai puternic necesitatea implementarii rezultatelor cercetării privind plantarea perdelelor agroforestiere antierozionale, cu numeroasele lor efecte protective pentru culturi, stabilitate şi echilibru agrobiocenotic, pentru biodiversitate şi evitarea poluării cu pesticide etc. La noi în ţară, această metodă de protecţie a solului şi a culturilor agricole prin perdele forestiere a fost iniţiată din anul 1861 şi dezvoltată în anii cu mari calamităţi, secete excesive, furtuni de praf (1890, 1935, 1946), concretizându-se până în anul 1961 în plantarea a peste 6000 ha de perdele forestiere, iar în anii 1970-1975 a încă 1700 ha pe nisipurile din sudul Olteniei (Popescu, 1993). Eficienţa perdelelor forestiere este recunoscută în lupta contra secetei şi a altor adversităţi legate de climă şi relief: furtuni, torente, viscole, alunecări de teren, pentru prevenirea şi combaterea, proceselor masive de degradare ale solului dar şi pentru protejarea şi dezvoltarea fondului natural de entomofagi. Protejând culturile agricole, perdelele forestiere au un rol decisiv prin efectul direct asupra microclimatului; oprirea alunecărilor de teren şi a torentelor locale; creşterea şi conservarea fertilităţii solului. Toate aceste efecte ale prezenţei perdelelor forestiere de protecţie contribuie şi la protejarea şi dezvoltarea diversităţii florei şi faunei. Un impact special în dezvoltarea dinamică a agroecosistemului îl are rolul perdelelor forestiere în conservarea particulară a faunei de artropode utile, cu efect în stabilizarea echilibrului entomocenotic.

Sistemul de agricultură cu perdele forestiere se înscrie în strategia şi legislaţia modernă a ţării. Conform cerinţelor integrării europene, managementul integrat de mediu pentru dezvoltarea agricolă durabilă include conservarea şi utilizarea durabilă a bioresurselor şi biodiversităţii, reconstrucţia agroecosistemelor, obiective care se pot atinge prin plantarea perdelelor agroforestiere (Ordonanta de urgenţă a Guvernului 195/2005 privind protectia mediului, Legea nr 289/2002 privind perdelele forestiere de protecţie, Legea nr. 46/2008. Codul silvic). In domeniile utilizării durabile a resurselor naturale şi a conservării biodiversităţii, în centrul Transilvaniei, cercetările efectuate la Staţiunea de Cercetare-Dezvoltare Agricola Turda au demonstrat faptul că sistemul de agricultură cu perdele forestiere de protecţie antierozională asigură o buna dezvoltare a biodiversităţii, asigură protecţia antierozională şi a microclimatului, fiind şi deosebit de bogat în faună de artropode entomofage auxiliare. Sub aspectul utilizării biodiversităţii în limitarea biologică naturală a dăunătorilor, importanţa protectivă şi calitativă a sistemului de agricultură cu perdele agroforestiere s-a evidenţiat ca model de tehnologie durabilă şi nepoluantă, în comparaţie cu sistemul de agricultură în câmp deschis, unde în perioada 1990-2008, condiţiile agroecoclimatice şi atacul dăunătorilor din biocenozele cerealiere au reprezentat reale situaţii de risc şi calamitate, necesitând aplicarea tratamentelor cu insecticide (Malschi, 2005, 2007, 2008).

Agroecositemul cu perdele forestiere de protecţie de la Cean-Bolduţ reprezintă un model de tehnologie ecologică pentru combaterea dăunătorilor şi pentru dezvoltarea durabilă a culturilor cerealiere, în zona de dealuri din centrul Transilvaniei. Situată în partea de sud-vest a Câmpiei Transilvaniei, Staţiunea de Cercetare-Dezvoltare Agricolă Turda este beneficiara fermei de la Cean-Bolduţ pentru culturi de câmp, amenajate în sistem antierozional prin reţeaua de perdele forestiere de protecţie, plantate din anul 1952. Ferma cuprinde 342 hectare de teren agricol şi pajişti, încadrate de cele 14 hectare de perdele alcătuite din circa 36 specii arborescente şi arbustive, păstrând aproape complet planul iniţial de plantare şi fiind, în prezent, singura de acest fel din România. Prin echilibrul evident al agrosistemului cerealier, ferma este un simbol privind preocupările cercetării şi practicii agricole în direcţia protecţiei culturilor şi a combaterii eroziunii solurilor (Popescu, 1993, Lupe, Spîrchez, 1953) precum şi a conservării faunei de artropode utile (Malschi, Mustea, 1995; Malschi, 2004, 2005, 2007).

În ferma de culturi de câmp de la Cean-Bolduţ s-au înregistrat o mare diversitate a speciilor entomofage şi combaterea biologică naturală a insectelor dăunătoare din culturile cerealiere protejate de perdele forestiere (Malschi şi Mustea, 1995, Malschi, 2007). Cercetările au demonstrat avantajele practicării agroecosistemului cu perdele forestiere, care realizează: • stabilizarea echilibrului entomocenotic, prin care dăunători importanţi (gândacul ovăzului - Oulema melanopus, muştele cerealelor, tripsul grîului - Haplothrips tritici, afidele etc.) sunt limitaţi şi menţinuţi la niveluri sub pragurile economice de dăunare; • eficienţa ecologică în lupta împotriva dăunătorilor şi invaziilor lor masive, prin efectul de protejare, dezvoltare şi conservare a fondului natural de entomofagi; • economicitatea, rezultată din evitarea combaterii cu insecticide (Malschi, Mustea, 1995, Malschi, 2005, 2007).

Reţeaua de perdele agroforestiere antierozionale de la Cean-Bolduţ este amplasată într-o zonă tipică a Câmpiei de coline joase ale Transilvaniei, având caracteristicile naturale, geomorfologice, litologice, climatice, edafice şi fitocenotice ale acesteia. Relieful este slab frământat, cu altitudini între 280 şi 460 m şi o înclinare moderată de la nord-est spre sud-est. Unele porţiuni sunt abrupte sau chiar prezintă rupturi verticale şi alunecări între perdelele 1, 3, 8 şi în păşunile din vest, pe treimea superioară a versanţilor.

Valorile multianuale privind temperatura medie şi precipitaţiile anuale sunt de 8,6oC şi 509,2 mm. Solurile dominante sunt cernoziomuri (în 9 tipuri şi 20 de subtipuri) şi prezintă diferite procese de degradare: eroziuni, alunecări, coluvionări. Se înregistrează (după Popescu, 1993): eroziune superficială pe pantele cu înclinare de 3-5o, unde orizontul de humus are 40-50 cm grosime; eroziune avansată, pe înclinările de 6-12o, unde orizontul de humus are 23-35 cm iar pe pantele cu înclinări de 16-30o solurile sunt complet erodate. Terenul arabil protejat însă de perdele forestiere prezintă o bună evoluţie şi conservare a calităţii solului. Vegetaţia este specifică pentru limita inferioară a zonei forestiere cu silvostepa. Perdelele antierozionale sunt alcătuite din amestecuri a peste 36 de specii arborescente şi arbustive. Rândurile marginale sunt formate din specii pomicole şi arbuşti fructiferi: cireş (Cerasus avium), măr (Malus silvestris), păr (Pirus piraster), porumbar (Prunus spinosa), păducel (Crataegus monogyna), măcieş (Rosa canina), coacăz (Vaccinium spp.), alun (Corylus avellana), lemn câinesc (Ligustrum vulgare), clocotiş (Staphylaea pinnata), soc (Sambucus nigra) ş.a. Rândurile interioare ale perdelelor sunt formate din specii forestiere având la bază stejarul (Quercus robur), ulmul de Turchestan (Ulmus sp.), salcâmul (Robinia pseudacacia), paltinul de câmp (Acer platanoides), paltinul de munte (Acer pseudoplatanus), frasinul (Fraxinus excelsior), teiul (Tillis cordata) şi salcia (Salix caprea), (Lupe, Spîrchez, 1953 Popescu, 1993). Pajiştile şi benzile de ierburi marginale conţin specii caracteristice zonei şi specii cu atractivitate speciala pentru entomofagi (Pastinaca sativa, Daucus carota, Achillea millefolium, Hypericum perforatum, Tanacetum vulgare, Cichorium inthybus, Sinapis arvensis, Papaver rhoeas, Sonchus arvensis, Veronica persica, Matricaria chamomilla, Myosotis arvensis, Viola arvensis, Lolium perene, Plantago major etc.). Culturile de câmp sunt cele din rotaţia cerealieră, de regulă o rotaţie de trei ani cu grâu de toamnă, orz de primăvară, porumb, fasole, leguminoase furajere - trifoi, lucernă, amplasate în sole de 9-16 ha, maxim 22 ha.

Aceste condiţii ecologice şi mai ales structura diversificată a florei în agroecosistemul cu perdele forestiere constituie un mediu deosebit de favorabil pentru dezvoltarea faunei de artropode utile. Observaţiile multianuale (Malschi şi Mustea, 1993) înregistrează prezenţa tuturor grupelor importante de artropode entomofage prădătoare: Aranea; Dermaptera (Forficulidae); Heteroptera (Nabidae ş.a.); Thysanoptera (Aeolothripidae); Coleoptera (Sylphidae, Coccinellidae, Carabidae, Staphylinidae, Cantharidae, Malachiidae, ş.a.); Diptera (Syrphidae, Scatophagidae, Empididae ş.a.); Hymenoptera (Formicidae ş.a.; Neuroptera (Chrysopidae), (Malschi şi Mustea, 1995), datele fiind concordante cu literatura de specialitate (Basedow, 1990; Welling, 1990; Wetzel, 1995), acestea evidenţiind capacitatea de distrugere a speciilor entomofage în agrobiocenozele cerealiere şi mai ales activitatea afidifagă. Motivaţia aprofundării acestor cercetări, s-a desprins din interesanta constatare asupra faptului că în sistemul de culturi de câmp cu perdele forestiere antierozionale există, la peste 50 de ani de la plantarea reţelei, un echilibru entomocenotic real, astfel încât nu se înregistrează situaţii critice de atac al dăunătorilor şi nu se impune aplicarea tratamentelor cu insecticide. Atacul dăunătorilor in culturi de grâu in câmp deschis (Turda) şi in ferma cu perdele forestiere (Bolduţ).

Densitatea şi atacul principalilor dăunători ai grâului. The density and attack of main pests of wheat. 2000-2005.

Turda Boldut Turda Boldut Turda Boldut Grâu de toamnă. (Winter wheat ) Densitatea dăunătorilor. (Pests density)

Haplothrips tritici Larve/spic (larvae/ear)

Afide/spic (Aphids/ear)

Larve de diptere (% tulpini atacate) Diptera larvae (% attacked tillers)

22 3,8 32 3,2 25 5,5

In condiţiile de încălzire climatică din perioada 2000-2008, în sistemul de agricultură în câmp deschis, atacul dăunătorilor a prezentat reale situaţii de risc sau calamitate, ceea ce a evidenţiat, comparativ, importanţa protectivă şi calitativă a sistemului de agricultură cu perdele agroforestiere consolidate. Investigaţiile s-au intensificat prin înregistrarea unor interacţiuni pradă–prădător deosebit de puternice. Se constată că, în ferma cu perdele forestiere de protecţie, în condiţiile de încălzire climatică şi aridizare, ale perioadei actuale, s-au remarcat combaterea biologică naturală completă a populaţiilor gândacului ovăzului (Oulema melanopus L.) şi limitarea populaţiilor altor dăunători ai cerealelor, afide (Sitobion avena Fabr. ş.a.) şi tripşi (Haplothrips tritici Kurdj.), la niveluri sub pragul economic de dăunare.

• Rolul biotehnologiilor nepoluante de combatere biologica a daunatorilor în protecţia mediului şi a plantelor (teste de laborator în izolatoare pradă-prădător cu insecte fitofage si entomofage pradatoare).

Cercetări privind fauna de prădători entomofagi auxiliari din culturile cerealiere

în Transilvania

Studii asupra compoziţiei prăzii şi raţiei de hrănire pe zi şi pe individ prădător în experienţe de laborator cu dăunătorii cerealelor.

Raţia de hrănire a prădătorilorcu afide

(număr de dăunători consumaţi/zi/individ prădător în teste de laborator )

INDRUMĂTOR pentru LUCRĂRI de CERCETARE în

LABORATORUL DE BIOTEHNOLOGII

1. OBŢINEREA şi PRELUCRAREA DATELOR din analiza probelor şi a experienţelor de laborator pentru studiul biotehnologiilor (tehnologii de bioremediere, depoluare biologică, reconstrucţie ecologică etc.).

• ALEGEREA VARIANTELOR. Se aleg variante comparative cu martorul necontaminat (exemplu:

-sol fertil/zonă şi sol necontaminat de laborator/pământ de flori; -probă de apă necontaminat din zonă sau apă potabilă de la reţea); -pentru testele de ecotoxicitate, bioremediere sau fitoextracţie cu Lolium perene sau Lemna minor, pentru metale grele şi alţi poluanţi, se analizează martorul crescut în laborator pe substrat necontaminat, pământ de flori, respectiv apă de la reţea.

• PRELEVAREA PROBELOR (exemplu: -probe de insecte, artropode epigee din sol; -probe de substrat, sol, haldă de deşeuri; -pentru probe din ape poluate se fac relevee specifice fiecărui tip de analiză, expl.: biobentos, biodermă, fitobentos, plancton, nămol, vegetaţie acvatică etc. ).

• TEHNICA REPETIŢIILOR, pentru notări şi analiza statistică: • la prelevarea din teren, se colectează repetiţiile într-un singur vas / variantă; • la prelucrarea în laborator, din proba mare se extrag 3-5 repetiţii / variantă; • sunt necesare la prelucrarea statistică cu 3-5 repetiţii pentru fiecare variantă.

2. TEHNICA DE CREŞTERE ÎN LABORATOR A BIOINDICATORILOR (Lolium perene, Lemna minor, Daphnia, licheni, muşchi acvatici şi de pământ etc.) 3. TEHNICA FOTOGRAFIERII EVOLUŢIEI PROCESELOR / variantelor experimentale din laborator şi din teren, în dinamică, în timp, în ani etc. 4. TEHNICA DE LUCRU ÎN LABORATOR pentru studiul probelor de artopode (la stereomicroscop), de microorganisme şi alge (la microscopul biologic). 5. ÎNTOCMIREA TABELELOR CU DATE, a caietelor cu notări. Se precizează :

• denumirea – titlul tabelului-experimentului, metoda de recoltare, de analiză şi prelucrare a datelor, locaţia şi data prelevării probelor ;

• numele complet al fiecărei variante şi a martorului, în linii, pe verticală ; • notarea valorilor în 3-5 repetiţiilor, în 3-5 coloane, pe orizontală şi media); • necesare pentru calcul statistic (analiza varianţei, regresii şi corelaţii) şi grafice.

Titlul. Locul, etapa, data, metoda de recoltare şi de analiză, unitatea de măsură (m2, 100 de filetări, 5 vase Barber etc.) Repetiţii Media Varianta R1 R2 R3 V1. Martor V2. halda Anieş V...n

PARTICULARITĂŢI PENTRU TEHNICA DE EVALUARE A POLUĂRII, A ETAPELOR BIOREMEDIERII ŞI RECONSTRUCŢIEI ECOLOGICE

prin analiza complexă a calităţii mediului biotic şi abiotic, prin recoltarea probelor de apă, sol, asociaţii de vieţuitoare,

pentru analiza fizico-chimică şi biologică • Prelevarea probelor de apă, sol, haldă pentru analize biologice-fizico-chimice asupra:

• Parametrilor biologici: lista de specii sau grupe sistematice, grupe ecologice (urmărindu-se rolul în biocenoză, poziţia în lanţul trofic), structura % şi abundenţa, biologia, ecologia speciilor sau a grupelor biotice / cerinţele de mediu, impactul de mediu, rolul de bioindicatori de poluare etc. Analiza factorului biotic se poate face pe etaje-nivele sau compartimente ale ecosistemului, sau pe anumite grupe (exemplu: artropode de la nivelul solului, insecte de pe plante, culturi, pajişti; fitocenoze; grupe de bioindicatori, asociaţii de organisme acvatice etc.).

• Parametrilor fizico-chimici: Ph, salinitate, conductivitate,potenţial redox, solide dizolvate, compuşi organici, azot total şi organic, humus, metale grele etc.

• Probele se iau în mai multe etape (funcţie de sezon, lună, decadă), în 3-5 repetiţii. • Se recoltează date experimentale pentru diferitele variante care se compară:

1. martorul zonal, din ecosistem natural sau nepoluat; 2. sterilul din haldă sau din iazul de decantare, apa din iaz sau batal toxic; 3. halda reconstruită ecologic, replantată, recultivată, de pe terase, taluze, din

diferite etape ale stabilizării şi consolidării haldei sau a terenului degradat, după diferitele tehnici de împădurire sau recultivare, după speciile alese în funcţie de tipul de haldă, de particularităţile zonei etc.;

• Se efectuează:

1. Notarea dezvoltării asociaţiilor de plante ierboase, arbuşti, arbori, în teren: • se notează numărul plantelor/specie/pe suprafaţa de probă de 1/4 m2 sau 10 m2; sau se

efectueză fotografii, incluzând marcaje pentru suprafaţa fotografiat 2. Notarea dezvoltării faunei de artropode (artropode epigee din zone degradate, poluate, halde de steril etc., insecte din terenuri cultivate, înierbate sau silvice (se păstrează în alcool etilic sau spirt medicinal, se analizează în laborator). Se notează numărul exemplare colectate/specie sau grup/ pe suprafaţă ¼ m2 sau • prin recoltări cu fileul entomologic-plasa de insecte/la 100 de cosiri/50m2, • prin capturare pe plăci cu clei sau şi cu feromoni, • prin recoltarea în capcane de sol, 3-5 vase Barber (20 cm diametru, cu apă, îngropate

până la nivelul solului, protejate de ploi, amplasate în careu de 10 m2), colectate la 7 zile (spălate cu apă, strecurate/sită şi închise în recipient cu alcool).

3. Notarea dezvoltării asociaţiilor de organisme acvatice. Se recoltează probe prin metode specifice pentru biobentos, biodermă, fitobentos, plancton, nămol, vegetaţie acvatică etc., (de la suprafaţa apei, cu plasa pentru plancton, pentru plante acvatice plutitoare, din nămol, din zona litorală-fotică-din bioderma de pe substrate etc.), se păstrează în recipiente cu apă din probă, cu aer sub capac, cateva zile până la analiză. 26 august 2011 Lector Dr.biolog Dana Malschi

Anexa 1

Model de tabele cu date pentru analiza probelor de nevertebrate epigee recoltate cu capcane de sol

Fauna de nevertebrate epigee din arealul Roşia Montană

(Mirela Sicoe, 2011. Lucrare de dizertaţie: Investigaţii asupra mediului biotic, biomonitorizare în perimetrul minier Roşia Montană - Iazul de decantare Sălişte).

Tabel de date primare (model)

Nevertebrate Capcane de sol-Barber

Proba Abrud Proba Iazul de decantare Valea Seliştei

Grupe sistematice 1 2 3 4 5 ∑ 1 2 3 4 5 ∑

Insecte Carabide (gândaci) 4 3 1 10 5 23 2 0 0 0 0 2 Staphylinidae 2 0 2 5 0 9 0 0 0 0 0 0 Chrysomelidae 30 2 5 20 8 65 5 0 0 0 0 5 Cicade 5 20 6 10 9 50 11 9 7 0 0 27 Greieri 1 0 1 3 0 5 1 0 0 0 0 1 Furnici 20 11 30 45 30 136 24 20 18 3 4 69 Muşte 20 10 25 30 15 100 20 10 13 7 8 58 Cosaşi 2 0 0 4 0 6 1 0 0 0 0 1 Coropişniţe 1 0 0 1 0 2 0 0 0 0 0 0 Omizi 2 0 0 3 0 5 1 0 0 0 0 1 Albine 3 0 0 2 2 7 2 1 0 0 0 3

Păianjeni 5 2 5 6 8 26 12 2 4 1 0 19 Miriapode 5 0 3 4 2 14 1 0 0 0 0 1

Izopode 4 3 2 0 1 10 0 0 0 0 0 0 Melci 1 1 0 0 1 3 5 0 1 0 0 6 Râme 4 4 5 3 3 19 5 1 0 0 0 6

∑ 109 56 85 146 84 480 90 43 43 11 12 199 ∑ total 679

Probele au fost recoltate o dată pe parcusul unei saptămâni în perioada 20 – 27 aprilie.

Legendă: Abrud: 1 – capcana 1, în zonă de luncă, vegetaţie abundentă specifică luncilor din zonele montane 2 – capcana 2, în apropierea unei surse de apă, pârâu, vegetaţie specifică suprafeţelor umed 3 – capcana 3, în zonă fara multa vegetaţie, pietriş, 4 – capcana 4, în zonă de coastă, vegetaţie pitică, 5 – capcana 5, în apropierea zonei locuite. Selişte: 1 – capcana 1, la baza iazului, în zonă cu vegetaţie spontană variată, 2 – capcana 2, pe panta iazului, zonă presărată din loc în loc cu molid şi muşchi, 3 – capcana 3, pe panta iazului, zonă presărată cu molid, muşchi, 4 – capcana 4, pe varful coastei iazului, vegetaţie inexistentă, 5 – capcana 5, pe varful coastei iazului, vegetaţie inexistentă. ∑ - sumă.

Metoda de colectare a artropodelor epigee cu capcane de sol

Pentru determinarea calităţii mediilor biotice terestre s-au prelevat, în două seturi de probe (în lunile august şi septembrie 2010) cu ajutorul capcanelor Barber. Fiecare probă a constat în prelevarea a 5 subprobe (4 situate la colţurile unui pătrat cu latura de 5 m, una situată la intersecţia diagonalelor acestuia).

Distribuţia probelor: (a) schiţa unui punct de probă; (b) amplasarea unui punct de probă în zona lipsită de vegetaţie a haldei de steril; (c) capcană Barber amplasată în zona martor. (După Georgiana Ieremia, 2011,

Evaluarea impactului asupra mediului generat de haldele de steril de la Mina Lupeni (Valea Jiului), USAMV Cluj.) Capcanele au fost confecţionate din flacoane de plastic cu înălţimea de 15 cm. Pe fundul

fiecărei capcane s-a pus o cantitate mică de apă amestecată cu alcool etilic. Lichidul conservant împiedică ieşirea animalelor din capcană sau devorarea unor specii, şi ajută la conservarea materialului colectat. Fiecare capcană a fost acoperită (Fig.c) pentru a evita colmatarea sau pătrunderea apei de precipitaţii. Capcanele au fost lăsate în teren timp de 5-6 zile, după care materialul biologic a fost colectat într-un singur recipient din toate cele 5 vase ale fiecărui punct de probă/amplasament/variantă, spălat sub jet de apă, conservat în alcool etilic şi ulterior citit cu ajutorul lupei binoculare. Pentru fiecare probă/variantă, s-au făcut trei citiri, datele fiind apoi prelucrate sub formă de tabele.

Tabel de date iniţiale – selectiuni (Model). Setul 2: septembrie Martor 1 2 3 Furnici 21 9 31

Colembole 4 17 7 Paianjeni 3 2 4 Izopode 3 3 Carabid 1 3 3

Miriapod 2 1 1 Hymenoptere 2 4

Proba 1 1 2 3 Furnici 6 3 4

Colembole 3 9 2 Paianjeni 2 1 1 Miriapode 2 1

Larva carabide 1 3 Hymenoptere 7 1 Tricogramma 3 6

Proba 2 1 2 3 Furnici 17 24 28

Paianjeni 3 4 2 Colembole 4 2

Lacuste 1 1 Tipulide 1 2

Afide 2 Izopode 1

Proba 3 1 2 3 Furnici 1 2

Paianjeni 1 1 Hymenoptere 1

b c a

Tabel de date finale (model)

Repartizarea numărului de indivizi, grupaţi pe grupe taxonomice, în funcţie de datele de prelevare şi punctele de probă (M- zona naturală, martor, P1- punct pe haldă cu vegetaţie arborescentă, P2 – punct pe haldă cu vegetaţie ierboasă, P3- punct pe haldă lipsit de vegeţie) (După Georgiana Ieremia, 2011, Evaluarea impactului asupra mediului generat de haldele de steril de la Mina

Lupeni (Valea Jiului), USAMV Cluj.)

Grupa taxonomică

Numărul de indivizi pe punctele de recoltare în funcţie de cele două date de prelevare

August 2010 Septembrie 2010 M P1 P2 P3 M P1 P2 P3

Clasa Insecta Ord.HYMENOPTERA

Fam. Formicidae 282 60 125 6 61 13 69 3

Ord.HYMENOPTERA Fam. Braconidae, Chalcidoidea, Ichneumonidae, Proctotrupidae

7 4 0 0 8 17 3 1

Ord. COLLEMBOLA 45 2 7 0 28 14 6 0 Ord. THYSANOPTERA 0 0 0 1 0 0 0 0

Ord. DIPTERA Sord. Brachicera 7 32 0 0 0 2 1 0

Ord. DIPTERA Sord. Nematocera

Fam. Culicidae Fam. Tipulidae

2 3 0 0 0 1 3 0

Ord. MECOPTERA Fam. Panorpidae 2 14 0 0 0 0 0 0

Ord . COLEOPTERA Fam. Carabidae 6 0 0 0 7 2 0 0

Ord . COLEOPTERA Fam. Staphylinidae 0 2 1 0 0 0 0 0

Ord . COLEOPTERA Fam. Crisomellidae 1 0 0 0 0 0 2 0

Ord . COLEOPTERA Fam. Elateridae 0 0 0 1 1 1 0 0

Ord. HETEROPTERA 0 3 0 0 0 1 0 0 Ord. HOMOPTERA Cicadina - Aphidina 2 0 0 1 0 0 2 0

Ord. LEPIDOPTERA 1 0 0 0 0 0 0 0 Clasa Arachnida

Ord. ARANEAE 16 3 0 0 9 4 9 2 Clasa Myriapoda

Subcl. Chilopoda 1 2 0 0 4 3 0 0 Clasa Crustacea

Ord. ISOPODA 33 2 5 0 6 0 1 0

33

Anexa 2.

Studiu privind testele de laborator cu Lolium perenne şi Lemna minor

pentru biomonitorizarea şi fitoextracţa poluanţilor din terenuri şi ape degradate în urma activităţilor din industrie

In cadrul Laboratorului de biotehnologii, la Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria Mediului, Universitatea Babeş-Bolyai Cluj-Napoca, s-au efectuat, în perioada 2009-2011, teste de fitoextracţie a metalelor grele, metaloizilor etc., cu Lolium perenne, din probe de steril recoltate din halde şi iazuri de decantare ale exploatărilor miniere, şi cu Lemna minor, din pe probe de ape poluate rezultate din activivităţi ale industriei miniere (iazuri de decantare) şi chimice (platforme, bataluri de deşeuri chimice). Verificarea potenţialului de fitoextrecţie, bioacumulare şi bioremediere la speciile Lolium perenne (raigras peren), Fam. Poaceae/Gramineae şi Lemna minor (lintiţă de baltă), Fam. Araceae/ Lemnaceae, se realizează prin analiza comparativă a probelor de ţesuturi verzi ale plantelor obţinute din variantele experimentale, pe baza determinării microelementelor prin metoda spectrometriei de emisie atomică, în laboratoare de specialitate. Rezultatele demonstrează eficienţa metodelor de testare şi biomonitorizare a ecotoxicităţii substratelor poluate cu metale grele, metaloizi etc., prin fitoextracţie şi bioacumulare în plante de Lolium perenne şi Lemna minor; precum şi importanţa unor posibile metode de bioremediere a terenurilor şi apelor contaminate cu metale grele, metaloizi etc., rezultate în industria minieră şi chimică, prin utilizarea plantelor de Lolium perenne (pentru terenuri poluate, halde de steril), respectiv de Lemna minor (pentru ape uzate, bataluri toxice, iazuri de decantare, platforme de deşeuri chimice etc.).

Cercetările privind bioremedierea arealelor terestre şi a apelor poluate în urma activităţilor din industrie prezintă o amplă abordare actuală legată de oportunitatea elaborării tehnologiilor complexe de bioremediere. Bioremedierea haldelor de steril, iazurilor de decantare, rampelor de deşeurilor industriale impune tehnologii complexe de refacere ecologică a zonei afectate sau denudate de vieţuitoare. Reconstrucţia ecologică presupune parcurgerea etapelor biotehnologice care să asigure: - înfiinţarea unor fito şi zoo-cenoze de pionierat, concomitentă cu pedogeneza, refacerea microbiotei, refacerea humusului şi proprietăţilor solului; - reconstrucţia fito şi zoocenotică, cultivarea, colonizarea speciilor, revegetarea cu asociaţii de plante ierboase, arbori, arbuşti, esenţială pentru reconstrucţia ecosistemelor terestre (Bernard et al. 2011; Bruce&Pivetz, 2001; Cristea et al, 1990; Kiss et al., 1993; Meers et al. 2008; Malschi Dana, 2009; Oros, 2000, 2002; Ozunu&Carmen Teodosiu, 2002). În prima etapă a bioremedierii şi reconstrucţiei ecologice un rol important îl au plantele cu potenţial de fitoremediere şi depoluare prin fitoextracţie şi bioacumulare. Numeroase cercetări precizează impactul deosebit al cultivării speciei Lolium perenne în bioremedierea şi reconstrucţia arealelor terestre poluate datorită intensităţii proceselor de fitoextracţie şi bioacumulare în ţesuturile plantei (Goecke et al., 2011; McCutcheon&Schnoor, 2003; Yi-Hao Wu, 2008; Li Hong-xia et al., 2008; Willey, 2007). Lolium perenne este cunoscut ca bioindicator de poluare pentru testele de biomonitorizare şi ecotoxicitate a solului. Standarde pentru evaluarea ecotoxicităţii recomandă procedurile prezentate în: - ISO 11269: 2003 - Calitatea solului - Determinarea efectelor poluanţilor asupra florei solului: - Metoda pentru măsurarea inhibării creşterii rădăcinii. - Efectele chimicalelor asupra răsăririi şi creşterii plantelor superioare; - ISO 22030: 2005 - Calitatea solului – Metode biologice–toxicitate cronică la plantele superioare. Testul standard cu bioindicatori de metale grele pentru medii terestre se efectuează cu Lolium (Malschi Dana, 2009; Oros&Camelia Drăgici, 2002). Bioremedierea ecosistemelor acvatice se poate realiza prin utilizarea unor asociaţii de

plante acvatice, fungi, microorganisme implicate în depoluarea biologică a apelor uzate, contaminate. Apele poluate cu metale grele pot fi eficient tratate utilizând iazuri de decantare artificiale sau ecosisteme de zone umede special amenajate.

34

Indepărtarea metalelor grele prin bioreactoare şi zone umede construite a constituit obiectivul unor cercetări importante (Dickinson et al. 2009; Jing et al., 2001; Juang&Chen, 2007; Kuschk&colab.,2005; Oros, 1996; Prabhat Kumar Rai, 2008), numeroase rezultate evidenţiază efectul plantelor de Lemna minor în fitoremedierea prin bioacumularea poluanţilor din apele contaminate (Rachel Dosnon-Olette et al., 2011; Landesman et al., 2005; Rahmani&Sternberg, 1999; Rahman et al., 2007). Lemna minor este cunoscută ca bioindicator de poluare pentru testele de biomonitorizare şi

de ecotoxicitate a mediului acvatic (Standardul ISO 20079: 2005/Calitatea apei–Determinarea efectului toxic al constituenţilor apei şi al apelor uzate asupra lintiţei (Lemna minor) : - inhibarea creşterii la Lemna minor. Studiul indicatorilor biologici de poluare în mediul terestru şi în mediul acvatic (Malschi Dana, 2009; Oros, 1996, 2002, Oros&Camelia Drăgici, 2002) prezintă un interes actual deosebit datorită importanţei pentru evaluarea poluării prin biomonitoring, pentru determinarea ecotoxicităţii şi evaluarea biotehnologiilor. Metoda de lucru. In perioada 2009-2011, în cadrul Laboratorului de biotehnologii, la Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria Mediului, Universitatea Babeş-Bolyai Cluj-Napoca, s-au efectuat teste de fitoextracţie a metalelor grele, metaloizilor etc., cu Lolium perenne L. din probe de steril recoltate din halde şi iazuri de decantare ale exploatărilor miniere, şi teste de ecotoxicitate, cu Lemna minor L. pe probe de ape poluate rezultate din activivităţi ale industriei miniere (iazuri de decantare) şi chimice (platforme, bataluri de deşeuri chimice). Investigaţiile asupra ecotoxicităţii şi biomonitorizării probelor de sol, steril, ape poluate etc. s-au realizat prin metoda testării în laborator a plantelor bioindindicatoare de poluare Lolium perenne şi Lemna minor. Experienţele de ecotoxicitate şi biomonitoring a probelor supuse studiului în laborator s-au efectuat în 2-3 repetiţii, corespunzând la 2-3 perioade diferite de recoltare a probelor din fiecare areal investigat, în perioada anilor 2009-2011. Plantele test de Lolium perenne s-au obţinut din seminţe şi s-au dezvoltat fenologic în laborator, timp de 6-8 săptămâni. Aceste plante au fost transplantate pentru expunerea la substratul de probă, în vase de vegetaţie şi păstrate timp de 14-28 zile (Malschi Dana, 2009; Oros, 2002; Oros&Camelia Drăgici, 2002). În acest interval, plantele crescute pe sol poluat au prezentat simptomele de fitotoxicitate. Pentru probele de apă s-au utilizat plantele test de Lemna minor dezvoltate pe mediu acvatic nepoluat (apă de la reţeaua oraşului). Fiecare variantă a inclus 5 repetiţii-vase de vegetaţie, cu câte 30 de plante de Lolium transplantate. Pentru Lemna fiecare variantă a avut 2-5g de plante adăugate la proba de apă. Dezvoltarea plantelor, efectele fitotoxice ale eşantioanelor de sol sau apă testate, s-au evidenţiat prin cântărirea sau fotografierea diferenţelor vizibile dintre variante, comparativ cu situaţia din martorul nepoluat. Datele privind fitoextracţia şi bioacumularea poluanţilor (metalelor grele, metaloizilor etc) în ţesuturile verzi de Lolium perenne şi Lemna minor se obţin prin metoda spectrometriei de emisie atomică. Probele pentru aceste analize au reprezentat valori medii fiind obţinute din însumarea materialului vegetal, uscat şi mojarat, rezultat din cele 2-3 repetări ale experimenţei de ecotoxicitate şi biomonitoring din laborator, pentru variantele fiecărui experiment, în 2009-2011. Investigaţiile de biomonitoring şi fitotoxicitate prin teste cu Lolium perenne şi Lemna minor s-au efectuat asupra unor probe de steril şi ape uzate, recoltate din site-uri poluate istoric în care se deruleză activităţi de ecologizare şi depoluare:

• Iazurile de decantare Valea Glodului şi Anieş care au acumulat sterilul de la staţiile de flotare a minereului complex de plumb şi zinc, provenind de la Exploataţia Minieră Rodna, Bistriţa–Năsăud, aparţinând în prezent de Remin SA Baia–Mare. (Autorul experienţei (2009-2010): student Alin Bolonyi.)

• Haldele de steril de la Fundu-Moldovei, provenind de la EM Fundu-Moldovei pentru minereu de cupru, plumb, argint, mangan, pirită, afiliată la Combinatul Minier Suceava, iar în prezent la SC Minbucovina SA Vatra Dornei. (Autorul experienţei (2010): student Crihan Alexandru Bogdan.)

35

• Iazul Aurul-Baia-Mare şi Iazul Central-Tăuţii de Sus ale Exploataţiei Miniere Aurul, Baia-Mare, care aparţin în present de SC Romaltyn Mining SRL. (Autorul experienţei (2011): student Brăhaiţa Ioan-Dorian.)

• Platforma cu bataluri de deşeuri chimice a Combinatului Chimic Târnăveni, Mureş-SC Bicapa SA Târnăveni. (Autorul experienţei (2011): student Ghira George Bogdan.)

Verificarea potenţialului de fitoextrecţie, bioacumulare şi bioremediere la speciile Lolium perenne (raigras peren), Fam. Poaceae/Gramineae şi Lemna minor (lintiţă de baltă), Fam. Aracae/ Lemnaceae, se poate realiza analiza probelor de ţesuturi verzi ale plantelor recoltate din variantele experimentale, pe baza determinarii microelementelor prin metoda spectrometriei de emisie atomică în plasmă cuplată inductiv, în laboratoare de specialitate. Datorită capacităţii de fitoextracţie şi bioacumulare a plantelor de Lolium perenne şi Lemna minor, acestea acumulează în ţesuturile verzi (frunze, tulpini), concentraţii mai mari de metale grele, metaloizi etc., prin dezvoltarea lor pe substrate poluate, comparativ cu plantele crescute pe substratul martor, nepoluat, în testele de ecotoxicitate.

• Speciile Lolium perenne (raigras peren), Fam. Poaceae/Gramineae şi Lemna minor (lintiţă de baltă), Fam. Araceae/Lemnaceae, sunt utile ca bioacumulatori şi bioindicatori pentru metale grele, metaloizi etc.

• Creşterea şi dezvoltarea acestor plante în condiţii de laborator oferă o metodă eficientă de testare a ecotoxicităţii probelor de mediu şi o metodă de monitorizare a nivelului poluării cu metale grele, metaloizi etc., utilă pentru evaluările de mediu şi evaluările de eficienţă a tehnologiilor de bioremediere sau de reconstrucţie ecologică.

• Cultivarea lor poate reprezenta o metodă în cadrul tehnologiilor de bioremediere sau reconstrucţie ecologică a ecosistemelor naturale şi antropizate, poluate cu metale grele, metaloizi etc., în urma activităţilor industriei metalurgice, miniere, chimice etc. ; se recomandă utilizarea plantelor de Lolium perenne pentru bioremedierea terenurilor poluate, haldelor de steril etc., respectiv, utilizarea plantelor de Lemna minor pentru bioremedierea apelor uzate, batalurilor toxice de pe iazurile de decantare, platformele de deşeuri chimice, etc.. BIBLIOGRAFIE

1. Cristea V., Hodisan I., Pop I., Emilia Bechis, Groza G., Galan P., 1990. Reconstrucţia ecologică a haldelor de steril minier.I. Dezvoltarea vegetaţiei spontane. Contrib.botanice, Univ.Cluj-Napoca, Grădina botanică:33-38.

2. Cristina Dobrotă, Muntean V.,2008.Raport RESOLMET, contract 32161 / 2008, http://www.resolmet.utcluj.ro. 3. Bernard R. Glick & Jennifer C. Stearns, 2011. Making Phytoremediation Work Better: Maximizing a Plant’s

Growth Potential in the Midst of Adversity, International Journal of Phytoremediation, 13:sup1, 4-16: http://dx.doi.org/10.1080/15226514.2011.568533

4. Nicholas M. Dickinson, Alan J.M. Baker, Augustine Doronila, Scott Laidlaw & Roger D. Reeves, 2009; Phytoremediation Of Inorganics: Realism And Synergies, International Journal of Phytoremediation, 11:2, 97-114:http://dx.doi.org/10.1080/15226510802378368

5. Rachel Dosnon-Olette, M. Couderchet, M. A. Oturan, N. Oturan, Ph. Eullaffroy, 2011. Potential Use of Lemna Minor for the Phytoremediation of Isoproturon and Glyphosate. International Journal of Phytoremediation. Volume 13, Issue 6, 2011. pages 601-612. Available online: 26 Mar 2011.

http://dx.doi.org/10.1080/15226514.2010.525549 6. Roberto De Philippis şi Ernesto Micheletti, 2009. Heavy Metal Removal with Exopolysaccharide-Producing

Cyanobacteria. In Heavy Metals in the Environment (2009), eds.: Lawrence K. Wang, J. Paul Chen, Nazih K. Shammas, Yung-Tse Hung. CRC Press. Taylor & Francis Group. pp 89-123

7. Paul Goecke, Rosanna Ginocchio, Michel Mench, Alexander Neaman, 2011. Amendments Promote the Development of Lolium Perenne in Soils Affected by Historical Copper Smelting Operations. International Journal of Phytoremediation. Volume 13, Issue 6, 2011. pages 552-566.

http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/15226514.2010.495150 8. Juang, D.F.; Chen, P.C., 2007. Treatment of polluted river water by a new constructed wetland. Int. J.

Environ.Sci. Tech., 4 (4), 481-488. www.ceers.org/ijest/issues/full/v4/n4/404010.pdf 9. S.R. Jing, Y.F. Lin, D.Y. Lee, T.W. Wang, 2001. Using constructed wetland systems to remove solids from

highly polluted river water. Water Science and Technology: Water Supply Vol.1, No.1 pp 89–96. http://www.environmental-expert.com/Files/5302/articles/5891/art11.pdf

10. Kiss Şt., Dragan-Bularda M., Daniela Paşca, 1993. Enzimologia mediului înconjurător. Enzimologia solurilor tehnogene.Vol. II. Ed. CERES, Bucureşti

36

11. Peter Kuschk, Arndt Wießner, Roland Müller, Matthias Kästner, 2005. Constructed Wetlands – Treating Wastewater with Cenoses of Plants and Microorganisms. A Research Association at UFZ Centre for Environmental Research Leipzig-Halle. In the Helmholtz Association. Published by UFZ Centre for Environmental Research Leipzig-Halle. Printed by System Print·Medien GmbH Dezember 2005

12. LI Hong-xia, ZHAO Xin-hua, MA Wei-fang, LI Ya-nan, HUANG Jian-jun, 2008. Phytoremediation of Heavy Metal in Sewage River Sediment by Lolium Perenne. Journal of Jilin Agricultural University, 2008-03, http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTOTAL-JLNY200803020.htm

13. Steve C. McCutcheon, Jerald L. Schnoor, 2003. Phytoremediation: transformation and control of contaminants. books.google.ro/books?isbn=0471394351

14. E. Meers, F.M.G.Tack, S.VanSlycken, A.Ruttens,G.Du Laing,J.Vangronsveld, M.G.Verloo, 2008; Chemically Assisted Phytoextraction: A Review of Potential Soil Amendments for Increasing Plant Uptake of Heavy Metals, Intern. Journal of Phytoremediation,10:5,390-414. http://dx.doi.org/10.1080/15226510802100515

15. Malschi Dana, 2009. Biotehnologii si depoluarea sistemelor ecologice. (Tehnologii de depoluare biologica, Tehnologii de bioremediere. Reconstructia ecologica). Note de curs si aplicatii practice. Manual in format electronic Facultatea de Stiinta Mediului, Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca. Editura Bioflux, Cluj-Napoca. 2009, P. 200. 978-606-92028-5-2. http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2009/

16. Malschi Dana, 2009. Elemente de biologie, ecofiziologie şi microbiologie. Note de curs si aplicatii practice. Manual in format electronic. Facultatea de Stiinta Mediului, Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca. Editura Bioflux, Cluj-Napoca, 2009, http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2009/ 634 pg., planşe color, ISBN 978-606-92028-4-5. http://www.editura.bioflux.com.ro/docs/malschi2.pdf/

17. Oros, V., 1996. Aspecte ecotoxicologice ale poluării apelor cu metale grele. În vol.: Cercetări noi in mineritul şi metalurgia neferoasă".Sesiunea:35ani Învăţământ Superior in Baia Mare.Vol. III, "Ingineria Mediului", 133 - 139.

18. Oros, V., 2000. Recultivarea biologică a terenurilor degradate datorilă activităţii miniere de suprafaţă şi depozitării deşeurilor. În DENUŢ I. (eds.), Reabilitarea ecologică şi managementul siturilor degradate de industria minieră. Ed. Univ.de Nord, Baia-Mare, 2000.

19. Oros, V., 2002. Biomonitoring. In Poluarea si monitorizarea mediului, Ed..Univ. Transilvania, Brasov.p.60-73. 20. Oros, V., 2002. Reabilitare ecologică a siturilor degradate industrial. Ed. Univ. Transilvania Braşov. Cap.IV.

Recultivarea biologica a terenurilor degradate p.134-153 21. Oros Vasile, Camelia Drăgici, 2002. Managementul deşeurilor. Ed. Univ. Transilvania Braşov. 22. Al. Ozunu, Carmen Teodosiu, 2002. Prevenirea poluarii mediului . Ed. Univ. Transilvania Brasov. 23. Bruce E. Pivetz, 2001. Phytoremediation of Contaminated Soil and Ground Water at Hazardous Waste

Sites. Ground Water Issue. Edited by United States Environmental Protection; Agency Office of Solid Waste and Emergency Response; Office of Research and Development. http://www.clu-in.org/download/remed/epa_540_s01_500.pdf. www.researchgate.net/.../15226514_International_Journal_of_Phytoremediation.

24. Prabhat Kumar Rai, 2008. Heavy Metal Pollution in Aquatic Ecosystems and its Phytoremediation using Wetland Plants: An ecosustainable approach. International Journal of Phytoremediation. http://www.tandfonline.com/loi/bijp20

25. G.N.H. Rahmani, S.P.K. Sternberg, 1999. Bioremoval of lead from water using Lemna minor, Bioresource Technology 70 (3) (1999) pp. 225-230. http://www.mobot.org/jwcross/duckweed/practical_duckweed.htm

26. M.A.Rahman, H.Hasegawa, K.Ueda, T.Maki, C.Okumura, M. M.Rahman, 2007. Arsenic accumulation in duckweed (Spirodela polyrhiza L.): A good option for phytoremediation. Chemosphere. Volume 69, Issue 3, September 2007, Pages 493-499. linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653507005012, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653507005012.

27. Marco Vienudelli, Linda Pieri, M. Cristina Grandi, Luca Fiorentini, Paola Rossi Pisa, 2008. Comparison Between Aquatic Plants in Small Artificial Wetlands: First Results on Nitrate Uptake. Italian Journal of Agronomy. Rivista di Agronomia. University of Bologna. Faculty of Agriculture. Department of Agroenvironmental Sciences and Technologies. P.133-134.

28. Neil Willey, 2007. Phytoremediation: methods and reviews. Humana Press INC. New Jersey. 478 pagini. Neil Willey Eds. http://books.google.ro/books?isbn=1597450987

29. Yi-Hao Wu , 2008. Phytoremediation of Heavy Metal by Six Plants. Master's Thesis. Department and Graduate Institute of Environmental Engineering and Management. http://ethesys.lib.cyut.edu.tw/ETD-db/ETD-search/view_etd?URN=etd-0817109-162323

30. *** http://www.resolmet.utcluj.ro. Raport RESOLMET, contract 32161 / 2008). 31. *** http://www.dsmz.de/strains/degradtn.htm. DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und

Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Germany. DSMZ - Degradation (including Fermentation, Oxidation, Utilization)

26 septembrie 2011 Lector dr.biolog Dana Malschi Membru asociat al Academiei de Ştiinţe Agricole şi Silvic