View
30
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL. 1./ A Hg nem tápelem. A 20. században vált környezetszennyezéssé. Az atmoszférába történő emisszió: szabad Hg(II) részecske-kötött Hg(II) fémhigany (Hg) formában Eredete: fosszilis tüzelőanyagok, orvosi és városi hulladék. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA
FITOVOLATILIZÁCIÓVAL
1./ A Hg nem tápelem. A 20. században vált környezetszennyezéssé.Az atmoszférába történő emisszió:
szabad Hg(II)részecske-kötött Hg(II)fémhigany (Hg) formában
Eredete: fosszilis tüzelőanyagok, orvosi és városi hulladék.A talajba és felszíni vizekbe irányuló emisszió:
mezőgazdasági csávázószerek, fungicidekamalgám, ipari hulladék a klóralkáli
szintézisnél
2. Esettanulmány: Minamata öböl, Japán
Egy acetaldehidet gyártó üzem mellékterméke ülepedett ki.
1000 ember meghalt5000-6000 tartósan sérült, remegés, központi idegrendszer degenerációja
Ok: a Hg megjelent a táplálékláncban: halak Brazília, Amazonas melletti aranybányászat amalgámszennyezése130 tonna Hg került az Amazonasba évente.
3./ Higanytoxicitás
Eltér a fém Hg, a Hg(II) és R-Hg+ (metilmerkuri) esetén.a./ a fémhigany nem reakcióképes,
- gyorsan diffundál a szervezetbe, de kis koncentrációban kevésbé veszélyes, mint a
többi forma- akut hatás: tüdőelégtelenség.
b./ Hg(II)- lassan diffundál a sejtekbe, az emésztőrendszerben is rosszul szívódik fel.
- Vese és májproblémák.c./ Metil-merkuri: rendkívül veszélyes!!
- gyorsan felszívódik, a keringési rendszeren keresztül szétterjed,- megváltoztatja a membránpermeabilitást, - kapcsolódik a fehérjék -SH csoportjaihoz,- az acetilkolin neurotranszmitter kibocsájtást gátolja.
A higany felvétele és transzlokációja a gyökerekben
Különböző higanyvegyületek akkumulációja fűzfában
4. A Hg biogeokémiája
a Hg(II) abiotikus és bakteriális redukciója Hg (0)-nyá
bakteriáis mer operon (Pseudomonas sp.)merR, merD a mer operon expresszióját
reguláló fehérjét kódolja,merT és merP higany transzport proteineket,merB organomerkuri-liázt,merA NADP függő, FAD-tartalmú merkuri reduktázt kódol.
A mer operon szerkezete
merA: NADP függő, FAD-tartalmú merkuri reduktázt kódol.
merB: metilmerkuri liáz
5./ A Hg FITOREMEDIÁCIÓJA:
- A növények természetesen is redukálják kissé a Hg(II)-t.
- A Hg(II) nagy része a gyökérben marad.
- Toxicitási tünetek: gátolt növekedés, klorózis, gátolt fotoszintézis, mitokondriális
végoxidáció, vízfelvétel gátlása, ionpumpák és csatornák gátlása.
merA gént expresszáló transzgénikus dohány növények 100 és 500 ppm Hg(II)-n (WT: vad típus)
merA gént expresszáló cottonwood növények Hg(II) tartalmú talajon 1 héttel a kezelés után (WT: vad típus)
merB és merA gént együttesen expresszáló Arabidopsis növények 0.2-es, 1 és 2 ppm-es
metilmerkurit tartalmazó oldatban (WT: vad típus)
Transzgénikus növények: bakteriális MERB és MERA gének bevitele magasabbrendű növényekbe:
Arabidopsis, Nicotiana, Liriodendron tulipiferaIrányított raktározás
az elemi Hg-t learatható szervekben akkumuláljáka növények:
bakteriális merkuri transzport gének beépítésekompartmentáció a vakuólumban(metallotioneinek, szerves sav komplexek)
Vízi üledék tisztítása: Typha, Juncus, Spartina, Salix, nagy biomassza
Elemi higany a merA génnel transzformált Liriodendron növényekben (A. ábra) és az ugyancsak merA-val
transzformált dohány növények tápoldatában (B. ábra)
A.
B.
A Se JELENTŐSÉGE A MAGASABBRENDŰ NÖVÉNYEKBEN. Se SZENNYEZŐDÉS
ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL
1./ A Se szerepe: állatok, ember: mikroelem
(0.05 mg/kg száraz élelem), karcinóma, AIDS ellen védő hatás
algákban mikroelem magasabbrendű növényekben nem bizonyított
magasabb koncentrációban toxikusPélda: Kesterson Reservoir, California
Szelén tartalmú alkalikus talaj, arid, szemiarid klíma szelénfeldúsulás a víztározókban, csatornákban:
halak, költöző madarak, emlősök mortalitása nő, fejlődési, szaporodási rendellenesség
2./ Kémiai tulajdonságai:
kénhez hasonló
szelenid (Se2-); Se (0); anaerob környezet,
szelenit (SeO32-) (4+);
szelenát (SeO42-) (6+), aerob környezet,
neutrális, lúgos pH
3./ Se akkumuláló és nem akkumuláló növények a./ Hiperakkumulálók, Se tartalmú talajon élnek:
több ezer mg Se/ kg száraztömegAstragalus pectinatus, Astragalus bisulcatus, Morinda, Neptunia, Xylorhiza
b./ Nem akkumulálók: Se tartalmú talajon nemakkumulálnakAtriplex nuttalii
c./ Másodlagos Se akkumulálók: alacsony szeléntartalmú talajokon akkumulálnak 1000 mg/kg száraz tömeg koncentrációigAster, Astragalus, Atriplex, Gutierrezia,
Castilleja fajok
Astragalus racemosus
A Se akkumulációja és fitotoxikus hatása toleráns és érzékeny növényekben
4./ Se felvétel és hosszútávú transzport
a./ A szelenát, szelenit és az organikus szelén felvétele szelenát: aktív transzportszulfát transzporterrel: - nagy affinitású (gyökér, PM), SHST1 gén- és kis affinitású rendszer (intercelluláris
transzport, gyökér, hajtás), SHSTS3 gén a transzporter expresszióját
serkenti az O-acetilszeringátolja a szulfát, GSH
b./ a szelenit felvétel passzív, nem ismert transzporter fehérje
c./ szerves származékok: szelenometionin (SeMet)aktív transzporttal
A szelén akkumulálóknál a Se/S diszkriminációs koefficiens nagy.
A szelenát felvétele a növényekben: a szulfáttranszporter és működésének szabályozása
d./ Xilémtranszport: a szelenit és SeMet főleg a gyökérben
marad a szelenát nagy része a hajtásba jut
5. A Se biokémiájaa./ Miért esszenciális?Állatok: szelenoaminosavak: szelenocisztein (SeCys); SeMetSzelenoenzimek: GSH peroxidáz (GPX)
formát dehidrogenáz, csak Se aminosavakkal aktívak
Keletkezésük: - az UGA terminációs kodon SeCys kodonként funkcionál
- SeCys-hordozó tRNS UGA-hoz tartozó antikodon párral kapcsolódik- specifikus másodlagos
strukturális elemek az mRNS-ben- a Se beépülése tRNSser formában
Növényekben eddig nem találtak szelenoproteineket.
6./ A Se asszimilációja és volatilizációja
a./ Az ATP szulfuriláz szerepe: aktiválása kénasszimilációhoz hasonló,enzimek a kloroplasztiszbanSEBESSÉGMEGHATÁROZÓ: ATP szulfuriláztermék: adenozin-foszfoszelenát
b./ Redukció: GSH-konjugált szelenit (GS-szelenit)nem enzimatikusan: szelenodiglutationnáenzimatikusan, GSH reduktázzal:
GS-szelenollá, majdGS-szeleniddé (GS-Se)
c./ aminosav- és proteinszintézis-SeCys, SeMet
A Se asszimilációja
A Se beépülése aminosavakba
7./ A Se volatilizációja
a./ A SeMet metilálódik Metil-SeMetb./ KULCSENZIM: Metilmetionin hidroláz:
dimetilszelenid (DMSe) illékonyc./ Metil-SeMet dekarboxilálódik
transzaminálódikaldehid dehidrogenáz reakcióTermék: dimetilszelenopropionsav (DMSeP)KULCSENZIM: DMSeP liáz: DMSe
d./ Egyéb sebességmeghatározó lépések:A SeMet KÉPZŐDÉSEDMSe ÉS DMSeP KÉPZŐDÉS
A Se volatilizációja
8./ Toxicitás és tolerancia
a./ Toxicitás - Se-proteinek képződése a szenzitív növényekben
b./ Tolerancia a SeCys és SeMet intracelluláris
elkülönítése a proteinszintézistől: nem proteinépítő aminosavak szintézise (Se-metil-SeCys; SeCystation)
a fehérjeszintézisnél + diszkrimináció a ciszteinil-tRNS-sel szemben
kompartmentáció a vakuólumban: szelenát, szelenoaminosavak
9./ A fitovolatilizációt befolyásoló tényezők
a./ Fajok közötti eltérés
rizs, brokkoli, káposzta:
200-350 µg Se m-2 levélfelület x nap-1
Azolla: 4.0 mg Se / kg száraz tömeg / nap
Salicornia: 420 m-2 talajfelület x nap-1
b./ Növény-mikróba kapcsolat
steril körülmények között a volatilizáció csökken
a baktériumok serkentik a Se felvételt, mert
O-acetilszerint bocsájtanak ki a rhizoszférába
c./ Környezeti faktorok:
Se koncentráció és forma a talajbanSzulfát koncentráció a talajbanÉvszakos periódusok: erős tavasszal és koranyáron pH, hőmérséklet, baktériumflóra
ESETTANULMÁNY: A kaliforniai Central Valley 75 cm-es földrétegének Se tartalmát 3 év alatt 50 %-kal csökkentették.
CÉL: új hiperakkumulálók felfedezésetranszgénikus növények: ATP szulfuriláz (indián mustár)
Az arzén a környezetben
1. Az arzenát rosszul felismert foszfát.
2. Megnövekedett redukció arzenitté, ami tio-peptid komplexekben csapdázódik.
3. A fitoremediációra alkalmas növények megemelkedett arzenát reduktáz aktivitással és fokozott glutamilcisztein szintézissel rendelkeznek.
As akkumuláló, transzgénikus növények
1. ArsC: a Rubisco, fényindukált promóteréhez kapcsolt arzenát reduktáz gén
2. ECS, γ-glutamil szintáz gén, a konstitutív expressziót biztosító aktin promóterhez kapcsolva (minden szervben megnyilvánul)
3. A két gént egy növényben expresszáltatják
Középen a kettős transzformáns Arabidopsis növények, a két szélen az egy génnel transzformáltak,
arzanáton nőve
Pteris vittata L., egy arzén hiperakkumuláló növény Kínából
Az As fito(bio)volatilizációja Penicillium previcaulis
Recommended