magnetno polje slanost virusi Stresni dejavniki · Kinetika sprejema 65Zn2+ v korenine Zn/Cd hiperakumulatorske vrste T. caerulescens (modro) in vrste, istega rodu, ki TK ne akumulira,

Stresni dejavniki

FIZIKALNI KEMIJSKI BIOTSKI

suša onesn. zraka kompeticija

temperatura težke kovine alelopatija

sevanje pesticidi herbivorija

poplave toksini bolezni

veter pH patogene glive

magnetno polje slanost virusi

Agronomija - UNI

Onesnaženje zraka

kemična spojina značilna koncentracija včistem zraku (ppm)

značilna koncentracija vonesnaženem zraku (ppm)

CO2 340 400

CO 0.1 40-70

SO2 0.0002 0.2

H2S 0.0002

NH3 0.01 0.1

N2O 0.25

NO < 0.002 1 – 2

NO2 < 0.004 0.2

O3 0.02 0.5

CH4 1 – 1.7 3

drugi ogljikovodiki < 0.02 0.3

Vstop SO2 v celico in njegova detoksifikacija z asimilacijo SO4

2-

Od ozona poškodovani listi ovsa (Avena sativa L.)

TEŽKE KOVINE IN RASTLINE

Ekofiziologija in mineralna prehrana rastlin- 2005/06

Univerza v LjubljaniBiotehniška fakulteta

Oddelek za agronomijo

dober sprejem

slab sprejem

pH

delež gline

kationska izmenjevalna kapaciteta

delež organske snovi

delež fosfatov

sprejem

translokacija


Težke kovine se razlikujejo v učinkovitosti premeščanja v nadzemne dele. Vzrok so razlike v zadrževanju v koreninah in razlike v mobilnosti po rastlini.

Cd

B

Zn

Cu

Pb

[TK] talna raztopina

[TK

] n

adze

mn

i del

ras

tlin

e

Translokacija kovin v nadzemne dele


Strategije privzema kovin iz tal pri rastlinah

Prikazana je povezava med koncentracijo kovin v tleh in tkivih pri izključevalskih (A), indikatorskih (B) in akumulatorskih (C) rastlinskih vrstah (prirejeno po Baker, 1981)


Radialni transport TK je podoben radialnemu transportu esencialnih mineralnih hranil

Ekofiziologija in mineralna prehrana rastlin – 2005/06

mineralno hranilo

TK

Procesi, ki sodelujejo pri mobilizaciji TK v rizosferi

zakisanje heliranje

organske kisline

redukcija

fitohelatini aminokisline

Bioaktivacija TK v rizosferi

encimi

korenine - mikrobi


Hiperakumulatorji TK

Thlaspi caerulescens(Brassicaceae) do 40,000 μg Zn g-1 DW

Kinetika sprejema 65Zn2+ v korenine Zn/Cd hiperakumulatorske vrste T. caerulescens (modro) in vrste, istega rodu, ki TK ne akumulira, T. arvense (rdeče).

T. caerulescens Km = 8 μM, Vmax = 0.27 μmol g-1 h-1

T. arvense Km = 6 μM, Vmax = 0.06 μmol g-1 h-1.


Pri mošnjaku T. caerulescens cink stimuliraZn membranske transportne mehanizme na nivoju ekspresije ZNT1 gena za cinkov transporter. Ta stimulacija je prisotna ne glede na prehranjenost rastline s cinkom.

Model proteinske strukture prenašalca mikroelementov iz družine ZIP proteinov. Predvidevajo, da so histidinske ponovitve v citoplazemski zanki pomembne za vezavo kovine (Buchanan in sod, 2002)


http://www.petzi.org/thlaspi/content.html

Rentgenska mikroanaliza vsebnosti kovin v posameznih delih koreninskega tkiva

Vodnik D. (1998) Doktorsko delo, BF


0

10

20

30

40

50

60

rz rn ks kp pp xs xp

Mesto meritve

Pb

(m

M)

K K - ZR Pb Pb- ZR

Vsebnost svinca v koreninah sejank smreke (Picea abies (L.) Karst.), tretiranih s Pb in zeatin ribozidom. Z rentgensko mikroanalizo je bila določena koncentracija v naslednjih razdelkih: rz = rizoderm - zunanja celična stena; rn = rizoderm - notranja celična stena; ks = skorja - celična stena; kp = skorja - ploskovno; pp = centralni parenhim - ploskovno; xs = ksilem - celična stena; xp = ksilem - ploskovno. N = 9, dvosmerna ANOVA, LSD; vrednosti označene z različnimi črkami so signifikantno različne pri < 0.05 (Vodnik, 1998).


Rast in razvoj zaviranje rasti korenin zaviranje rasti nadzemnega dela masa korenin : masa nadzemnega dela

Fiziološki nivo motnje preskrbe z vodo motnje preskrbe z mineralnimi hranili vsebnost klorofilov fotosinteza

Biokemični nivo aktivnost različnih encimov (npr. PEPC, RUBISCO, MDH, ICDH, fosfataze, …)

spremembe v proteinski sliki fotosinteza

Citološki nivo motnje v celičnih delitvah aberacije mitotski indeks

Učinki težkih kovin na rastline


Model fitotoksičnosti Pb za smreko (Picea abies), Godbold, 1994


0

15

30

45

60

rz rn ks kp pp xs xp

Mesto meritve

Ca

(m

M)

K K - ZR Pb Pb- ZR

Vsebnost kalcija v koreninah sejank smreke (Picea abies (L.) Karst.), tretiranih s Pb in zeatin ribozidom. Z rentgensko mikroanalizo je bila določena koncentracija v naslednjih razdelkih: rz = rizoderm - zunanja celična stena; rn = rizoderm -notranja celična stena; ks = skorja - celična stena; kp = skorja - ploskovno; pp = centralni parenhim - ploskovno; xs = ksilem - celična stena; xp = ksilem - ploskovno. N = 9, dvosmerna ANOVA, LSD, < 0.05 (Vodnik, 1998).

0

20

40

60

rhiz

oderm

is c

ell

wa

ll -

ou

ter

rhiz

oderm

is c

ell

wall

- in

ner

cort

ex

cell

wal

l

cort

ex

xyle

m c

ell

wall

xyle

m

cen

tral

par

en

hym

a

Compartment

Pb

(m

M)

vezava kovine v celični steni

manjša permeabilnost plazmaleme

aktivno črpanje kovin iz celice

aktivno črpanje kovin v vakuolo

vezava kovine na površini plazmaleme (helatorji)

intracelularna vezava kovine (fitohelatini,

organske kisline, anorganski kompleksi)

Mehanizmi tolerance in rezistence na TK pri rastlinah

toleranca = sposobnost organizma, da se na kovino uspešno odzove s pomočjo intrinzičnih mehanizmov in/ali z omejitvijo toksičnosti zunaj rastline

rezistenca = sposobnost organizma, da se na kovino uspešno odzove s pomočjo mehanizmov, ki se sprožijo kot rezultat direktnega odgovora na posamezno kovino (sinteza metalotioneinov, -glutamil peptidov)

celična stena

plazmalema

vakuola

citoplazma

fitohelatini

organske kisline

anorganski kompleksi

kelatorji

kovina

kovina

kovina

kovina kovina

kovina

1 –vezava na cel. steno, 2-omejeno prehajanje plazmaleme, 3-aktivno črpanje iz celicečrpanje v vakuolo, 5- heliranje na površini plazmaleme, 6- heliranje v citoplazmi

Fitohelatini


Fitohelatini so peptidi, bogati s tiolnimi skupinami, ki omogočajo vezavo kovin. Kovine inducirajo njihovo sintezo.

reducirani glutation

reducirani glutation

oksidirani glutation

Glutation


Fitohelatini


Mikoriza in fitotoksičnost TK

omejevanje sprejema

omejevanje translokacije

manjša izpostavljenost korenin toksičnemu delovanju TK

posredni učinki

izboljšana mineralna prehrana (npr. s fosforjem, ki je

lahko udeležen pri detoksifikaciji TK)

učinek na rastlinske rastne hormone

Učinek mikorize je odvisen od vrste/ekotipa glive in gostitelja


Funkcije ERM

detoksifikacija TK in

detoksifikacija fenolnih spojin

imobilizacija ionov TK na zunajkoreninskih izločkih glive

Resave

• majhna razpoložljivost N in P

• kopičenja težko razgradljivih organskih ostankov z velikim C:N razmerjem

• toksičnost Al in ionov TK

Toksičnost TK in erikoidna mikoriza (ERM)

HM

Bradley R, Burt AJ, Read DJ (1981) Mycorrhizal infection and resistance to heavy-metal toxicity in Calluna vulgaris. Nature 292 (5821): 335-337

filterska funkcija hifnega plašča (?), ekstramatrikalnega micelija () helatorji glivnega izvora

TK

TK

?

yes

Toksičnost TK in ektomikoriza (EM)

Documents

magnetno polje slanost virusi Stresni dejavniki · Kinetika sprejema 65Zn2+ v korenine Zn/Cd hiperakumulatorske vrste T. caerulescens (modro) in vrste, istega rodu, ki TK ne akumulira,