UNIVERZITET U NIŠU

PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET NIŠ

DEPARTMAN ZA BIOLOGIJU I EKOLOGIJU

Milan Z. Milenković

ISPITIVANJE UTICAJA TEŠKIH METALA NA RAST INDUSTRIJSKE KONOPLJE

Master rad

Niš, 2014.

UNIVERZITET U NIŠU

PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET NIŠ

DEPARTMAN ZA BIOLOGIJU I EKOLOGIJU

Ispitivanje uticaja teških metala na rast industrijske konoplje

Master rad

Kandidat Mentor

Milan Z. Milenković 74 Dr Nataša Joković

Niš,

Oktobar, 2014.

UNIVERSITY OF NIS

FACULTY OF SCIENCES AND MATHEMATICS

DEPARTMENT OF BIOLOGY AND ECOLOGY

Examination of heavy metal effects on industrial hemp growth

Candidate Mentor

Milan Z. Milenkovic 74 Natasa Jokovic, PhD

Nis,

October, 2014

Najsrdačnije se zahvaljujem svom mentoru dr Nataši Joković na dragocenim savetima,

strpljenju i velikoj pomoći prilikom izrade ovog master rada.

Takođe, veliku zahvalnost dugujem dr Marini Jušković na ukazanoj pomoći prilikom

analize rezultata ovog rada.

Najveću zahvalnost dugujem mojoj Dini, kojoj posvećujem ovaj rad. Hvala na nesebičnoj

podršci i razumevanju

koje si mi pružila tokom svih ovih godina!

Ovaj rad je urađen u okviru projekta III 45001 koje finansira Ministarstvo

prosvete, nauke i tehnološkog razvoja.

Biografija kandidata

Milan Milenković rođen je 12. oktobra 1985. godine u Zaječaru. Osnovnu školu Ljuba

Nešić završava 2000. godine i iste godine upisuje srednju Ekonomsko-trgovinsku školu u

Zaječaru. Osnovne akademske studije na Prirodno-matematičkom fakultetu Univerzieta u Nišu,

Departman za biologiju i ekologiju upisuje 2009. godine. Studije završava 2012. godine sa

prosekom 8,8. Iste godine upisuje Master akademske studije, smer Biologija, koje završava

2014. godine sa prosečnom ocenom 9,2.

Sažetak

Seme industrijske konoplje (Cannabis sativa L.) može da klija u prisustvu velikih

koncentracija teških metala, Fe, Zn, Cu, Cd i Pb. Koncentracija od 10 g/mol delovala je

inhibitorno na klijavost semena jer su klice bile isuviše male i zakržljale. Proklijala

semena industrijske konoplje su zatim prebačena u saksije u kojima je zemljište bilo

kontaminirano teškim metalima i to u koncentracijama od 50 mg/l zemljišta za Fe, Zn,

Cu, Pb i 1 mg/l za Cd. Na ovim koncentracijama metala biljke su rasle ali su imale

različitu morfologiju. Biljke gajene na zemljištu kontaminiranom Cu su bile najmanjeg

rasta i najmanje dužine osnovnog korena, dok su biljke gajene na zemljištu

kontaminiranom Cd bile najvišeg rasta i razvile su korene najveće dužine. Industrijska

konoplja vrši fitoekstrakciju teških metala iz zemljišta i transformiše ih u kristale koji se

talože na površini epidermisa lista i u ćelijama epidermisa što ukazuje na njenu

fitoremedijacijsku sposobnost.

Ključne reči: fitoremedijacija, industrijska konoplja, teški metali

Abstract

Industrial hemp seeds (Cannabis sativa L.) can germinate in high concentration of

Fe, Zn, Cu, Cd and Pb. Seed germination was inhibited by 10 g/mol since the germs were

too small and underdeveloped. Sprouted industrial hemp seeds were then put in pots with

heavy metal contaminated soils (50 mg/l for Fe, Zn, Cu, Pb and 1 mg/l for Cd). The

plants grew on this concentrations but their morophology varied. The plants that grew on

Cu contamined soil were the smallest and they developed the smallest roots, whereas the

plants that grew on the Cd contaminated soil were the biggest and they developed the

longest roots. Industrial hemp phytoextracts heavy metals from soil and transforms them

into crystals that are accumulated on and in the leaf epidermis cells, which indicates its

potential for phytoextraction.

Key words: phytoremediation, industrial hemp, heavy metals

Sadržaj

1. Uvod 1

1.1. Fitoremedijacija 1

1.2. Biljke u fitoremedijaciji 3

1.3. Industrijska konoplja (Cannabis sativa L.) 5

1.4. Upotreba industrijske konoplje 8

2. Ciljevi rada 11

3. Materijal i metode 12

3.1. Materijal 12

3.2. Ispitivanje klijavosti semena 13

3.3. Gajenje biljaka u saksijama 14

3.4. Analiza površinskih struktura listova 14

4. Rezultati i diskusija 16

4.1 Uticaj teških metala na klijavost semena 16

4.2. Uticaj teških metala na rast i razvoj biljke 18

4.3. Analize površinskih struktura listova 23

5. Zaključak 27

Literatura 28

Prilog 32

1

1. Uvod

Materije koje mogu narušiti prirodni ekološki sistem zemljišta, vode i vazduha nazivaju se

hazardne materije. Najčešći hazardni toksikanti agroekosistema su teški metali, radionukleidi,

sintetičke organske supstance i pesticidi. Zagađenost zemljišta i vode teškim metalima u

današnje vreme predstavlja veliki ekološki problem, čiji izuzetno negativan uticaj kako na

životnu sredinu tako i na čoveka, zahteva efikasno i ekonomično tehnološko rešenje. Niz naučnih

otkrića i istraživanja doveli su do usavršavanja prvobitne ideje o upotrebi biljaka za remedijaciju

životne sredine i uklanjanje različitih teških metala iz zagađenih medijuma u obećavajuće

tehnologije zaštite životne sredine pod nazivom fitoremedijacija.

U mnogim naučnim radovima pokazano je da neke biljne vrste mogu da se koriste za

fitoekstrakciju teških metala iz kontaminiranog zemljišta i vode (Rai et al., 1995; Salt et al.,

1998; Sharma i Gaur, 1995; Cheng et al., 2002a). Ove biljke se nazivaju hiperakumulatori jer

mogu da akumuliraju velike količine toksičnih supstanci tokom svog normalnog razvoja. U ove

biljke ubraja se i industrijska konoplja (Cannabis sativa L.). Industrijska konoplja je jedna od

prvih kultivisanih biljaka koja se upotrebljava vekovima u različite svrhe. Konoplja je poznata po

svojoj toleranciji na teške metale i sposobnosti da akumulira Ni, Pb, Zn, Cd, Cr, što ukazuje na

mogućnost upotrebe konoplje u fitoremedijaciji.

1.1. Fitoremedijacija

Fitoremedijacija predstavlja niz tehnoloških postupaka u kojima se biljke koriste za

uklanjanje teških metala iz kontaminiranih voda, zemljišta i vazduha. Pojam fitoremedijacija je

nastao od grčke reči φυτο (fito) što znači biljka i latinske reči remedium što znači ponovno

uspostavljanje ravnoteže odnosno izlečenje (Prasad i Freitas, 2003). Ovaj pojam se odnosi na

raznovrstan kompleks tehnologija koje se baziraju na upotrebi biljaka, prirodnih ili genetski

dobijenih, radi uklanjanja teških metala iz životne sredine ili radi njihovog prevođenja u

netoksične oblike, koji neće predstavljati dalju opasnost (Salt et al., 1998; Cunningham et al.,

1997; Flathman i Lanza, 1998). Iako je ovaj pojam relativno nov, u praksi se ovakav način

uklanjanja teških metala primenjuje odavno (Cunningham et al., 1997).

2

Neke biljke koje rastu na zemljištima bogatim metalima su razvile sposobnost da

akumuliraju ogromne količine prisutnih metala u svojim tkivima bez pokazivanja simptoma

toksičnosti (Cunningham et al., 1997; Matagi et al., 1998; Entry et al., 1999; Prasad i Freitas,

2003). Međutim, važno je napomenuti da su fitoremedijacione tehnike pogodne za remedijaciju

većih površina zemljišta i velikih količina voda koje su kontaminirane niskim do umerenim

koncentracijama metala. Područja odnosno vode kontaminirane visokim koncentracijama teških

metala ne mogu da budu očišćene fitoremedijacijom jer visoke koncentracije ovih metala

sprečavaju rast biljaka.

Postoje četiri različite vrste tehnologija u kojima se koriste biljke za remedijaciju zemljišta,

sedimenata i voda zagađenih teškim metalima (Prasad i Freitas, 2003; Gardea-Torresdey et al.,

2005; Raskin et al., 1997; Salt et al., 1998; Cunningham et al., 1997; Ensley, 2000). Tu se

ubrajaju:

• Fitoekstrakcija - korišćenje biljaka koje akumuliraju metale i proizvode veliku biomasu, kao i

dodavanje helatnih agenasa zemljištu kako bi se ubrzao proces transportovanja i akumulacije

teških metala iz zemljišta u nadzemne delove biljaka, koji će potom biti uklonjeni kroz

uobičajene agrotehničke mere;

• Fitostabilizacija - korišćenje biljaka u cilju redukovanja biodostupnosti teških metala u

životnoj sredini, tako da pre stabilizuju zagađeno zemljište nego što ga čiste;

• Rizofiltracija - korišćenje korenovog sistema biljaka za apsorpciju i adsorpciju teških metala,

uglavnom iz vode;

• Fitovolatilizacija - korišćenje biljaka za ekstrakciju određenih, isparljivih, metala iz zemljišta,

a zatim njihovo otpuštanje preko listova u atmosferu.

Neki autori (Salt et al., 1998; ITRC, 1999; U.S. EPA, 1999) u fitoremedijaciju ubrajaju i

druge tehnike kao što su na primer:

• Fitodegradacija - razgradnja polutanata zahvaljujući metabolitičkim procesima biljaka, koje su

ih usvojile ili razgradnja polutanata u neposrednoj blizini biljaka zahvaljujući različitim

materijama, koje biljke proizvode npr. enzimima;

3

• Rizodegradacija - razgradnja polutanata u zemljištu zahvaljujući mikroorganizmima, čija je

aktivnost povećana prisustvom rizosfere.

1.2. Biljke u fitoremedijaciji

Različite akvatične biljke, poljoprivredne i ratarske kulture, ukrasne i divlje biljke

hiperakumulatori metala su testirane u laboratoriji i u polju kao potencijalni organizmi za

čišćenje supstrata zagađenim teškim metalima (Prasad i Freitas, 2003). Ne samo da biljke

usvajaju nutrijente iz kontaminiranih zemljišta i voda već one imaju i sposobnost da apsorbuju i

akumuliraju toksične elemente. Zbog toga, biljke igraju važnu ulogu u procesu uklanjanja teških

metala.

Postoje tri mehanizma koje biljke koriste za usvajanje teških metala: a) akumulacija

teških metala na površini korena pri čemu se metalima ne dozvoljava ulazak u tkiva biljke, (b)

akumulacija metala u korenu pri čemu translokacija u nadzemne delove izostaje i (c)

akumulacija pri kojoj se metali nagomilavaju u biljnim delovima (Kamal et al., 2004). Pri tome

stepen usvajanja metala od strane biljaka i njihova tolerantnost na metale je vrlo varijabilna od

vrste do vrste (DeBusk, 1999b). Na Slici 1. prikazan je princip fitoremedijacije gde biljka vrši

fitoekstrakciju teških metala iz podloge i skladišti ih na i u nadzemnim i podzemnim delovima

biljke.

Slika 1. Princip fitoremedijacije

Chaney je 1983. godine bio jedan od prvih koji je predložio korišćenje biljaka za

remedijaciju mesta zagađenih teškim metalima (Prasad i Freitas, 2003). Od tada veliki broj

4

studija je posvećen ispitivanju mogućnosti fitoremedijacije pomoću različitih vrsta biljaka

(Ozturk et al., 2003; Witter s et al., 2011; Šyc et al., 2012). Poznato je preko 400 biljnih vrsta

koje mogu da hiperakumuliraju metale. Familije sa najviše predstavnika su: Asteraceae,

Brassicaceae, Caryophyllaceae, Cyperaceae, Cunouniaceae, Fabaceae, Flacourtiaceae,

Lamiaceae, Poaceae, Violaceae i Euphorbiaceae (Prasad i Freitas, 2003). Većina ovih biljaka

može uspešno da se koristi i u našim klimatskim uslovima. Kao najznačajnije izdvajaju se: trska

(Phragmites communis Trin.), zuka (Schoenoplectus lacustris (L.) Palla), rogoz (Typha latifolia

L.), barska perunika (Iris pseudoacorus L.), sita (Juncus effuses L.), sočivica (Lemna minor L.),

vodena metvica (Mentha aquatica L.) i vodena bokvica (Alisma plantago – aquatica L.), a kao

potencionalni fitoremediator i industrijska konoplja.

Efikasnost fitoremedijacije zavisi između ostalog i od pojedinih osobina biljke, a pre

svega od mogućnosti biljke da brzo formira veliku biomasu i njene sposobnosti da usvaja metale

u nadzemnim delovima u velikim količinama (Kumar et al., 1995; Cunningham and Ow, 1996;

Blaylock et al., 1997). Biljke koje se koriste za fitoekstrakciju moraju da budu i efikasne u

translokaciji apsorbovanih metala iz korena u nadzemne delove biljke (Blaylock and Huang,

2000).

Postoje različita mišljenja o pogodnosti translokacije usvojenih metala iz korena u druge

delove biljke, pogotovo kada je reč o rizofiltraciji. Dushenkov i saradnici (1995) su objasnili da

bi translokacija metala u nadzemne delove biljke smanjila efikasnost rizofiltracije povećavanjem

količine ostataka kontaminiranih biljaka, koje bi morale da se odlažu. Iako mnogi istraživači

veruju da biljke za fitoremedijaciju treba da akumuliraju metale samo u svojim korenovima

(Dushenkov et al., 1995; Salt et al., 1995; Flathman and Lanza, 1998), treba napomenuti da neki,

nasuprot tome, predlažu da se efikasnost procesa može povećati ako se koriste biljke koje imaju

povećanu sposobnost za apsorpciju i translokaciju metala u biljci (Zhu et al., 1999). Druge

poželjne karakteristike biljaka koje se koriste za fitoremedijaciju su tolerantnost na loše uslove

zemljišta (pH, zaslanjenost, struktura, sadržaj vode...), stvaranje gustog korenovog sistema,

jednostavnost gajenja i otpornost na štetočine i bolesti.

Da bi se postigla uspešna fitoremedijacija neophodno je primeniti kombinovanu strategiju

brzog skrininga (pretraživanja) biljnih vrsta koje poseduju sposobnost da tolerišu i akumuliraju

teške metale sa agronomskom praksom, koja bi povećala biomasu izdanaka i povećala

5

dostupnost metala u okviru rizosfere (Kamal et al., 2004). Izbor prave biljke fitoremedijatora je i

dalje glavni cilj mnogih istraživača koji se bave fitoremedijacijom i genetskim inženjeringom.

Fitoremedijacija ima i svojih nedostataka. Biljke koje se koriste za fitoremedijaciju su retke

biljke, uglavnom razvijaju malu biomasu i korenove sisteme koji ne mogu da prodru duboko u

zemlju. Pored toga, proces fitoremedijacije je dosta spor i obično je potrebno nekoliko godina ili

čak decenija da se zemlja očisti od teških metala (McGrath and Zhao, 2003). Zemlja na kojoj se

vrši fitoremedijacija se ne može prodavati ili iznajmljivati što može da prouzrokuje probleme u

razvoju lokalne ekonomije (Peuke and Rennenberg, 2005). Takođe, javlja se problem odlaganja i

uklanjanja kontaminiranih biljaka.

1.3. Industrijska konoplja (Cannabis sativa L.)

Razedeo: Magnoliophyta

Klasa: Magnoliopsida

Red: Rosales

Familija: Cannabaceae

Rod: Cannabis

Vrsta: C. sativa

Slika 2. Cannabis sativa L.

Konoplja spada među najstarije biljne kulture. Može da raste kao korov ili se gaji u

poljoprivredi u različitim klimatskim i ekološkim uslovima. Konoplja vodi poreklo iz Centralne i

Južne Azije, a u prirodi raste na staništima oko reka, na stenama, na stenovitim padinama brda i

6

planina. Jednogodišnja je, dvodoma biljka sa brzom stopom rasta. Morfološke karakteristike

biljke zavise kako od samog semena tako i od spoljašnjih faktora kao što su svetlost, voda,

nutritijenti i prostor u kojem biljka raste. Konoplja poseduje širok korenov sistem. Glavni koren

može rasti duboko ispod zemlje u potrazi za nutritijentima i vodom (i do 2m u dubinu). Stabljika

konoplje je zelena, uspravna, šuplja, prekrivena dlačicama, prosečne visine od 50-150cm. Stepen

grananja kao i sama visina biljke zavisi od naslednih faktora, faktora spoljašnje sredine, ali i od

metode gajenja biljke. Konoplja ima prstasto složene listove koji se sastoje od 3-9 testerasto

nazubljenih linearno-lancelastih liski. Lice lista je tamno zelene dok je naličje lista svetlo zelene

boje sa razbacanim smolnim železdama čija boja može varirati od bele do braon-žute. Ženske

biljke konoplje su veće i nose brojne cvetove, dok su muške manje i formiraju cvetove u obliku

metlice. Kada se u potpunosti razvije, njeni cvetovi imaju intenzivan i karakterističan miris.

Seme konoplje je obavijeno dlakavim braktejama, ovalno je, žuto-braon boje.

Konoplja ima tri podvrste, C. sativa, C. indica, C. ruderalis. C. ruderalis raste u divljini

u delovima Istočne Evrope i Rusije i retko se gaji i ukršta sa druge dve podvrste, koje se pak gaje

i često ukrštaju. Ukrštanjem ovih podvrsta dobijaju se hibridi sa karakteristikama oba roditelja.

Indika dominantni sojevi su guste biljke tamnozelene boje sa širokim lišćem dok su sativa

dominanti sojevi visoke biljke sa mnogo užim listovima i svetlije zelene boje. Koncentacije tetra-

hidro-kanabinola (THC) i kanabidola (CBD), koji nalaze sve veću primenu u medicini, variraju u

hibridima. C. Indica dominantni sojevi imaju veću koncentraciju kanabidola, dok je kod C.

sativa dominantnih sojeva veća koncentracija tetra-hidro-kanabinola.

a: cistolitična trihoma; b:velika žlezdana trihoma

sa nekoliko ćelija u glavi i dršci; c: glava jedne od

velikih žlezdanih trihoma; d: mala žlezdana

trihoma sa dvoćelijskom glavom i jednoćelijskom

drškom; e: debela konusna trihoma; f: velika

žlezdana trihoma u razvoju; g: drška velike

žlezdane trihome; h: ćelija palisadnog tkiva; i:

nakupljeni kristali; j: ćelija parenhima; k: stoma

Slika 3. Poprečni presek lista industrijske konoplje

7

Nadzemni deo biljke industrijske konoplje je većim delom prekriven različitim tipovima

nežlezdanih i žlezdanih dlaka (Slika 3). Postoje dva tipa nežlezdanih dlaka koje se međusobno

razlikuju po veličini i lokaciji. Nežlezdane dlake su uglavnom jednoćelijske, vrlo retko

uniserijatne, brojne, rigidne, zakrivljene, često sadrže cistolite različite veličine. Cistoliti u

nabubrelom bazalnom delu dlaka ponekad ulaze unutar mezofila. Zidovi dlaka su često

silifikovani, čak i u odsustvu cistolita. Nežlezdane dlake se nalaze na licu i na naličju lista (Slika

4). Žlezdane trihome su strukture u kojima se proizvodi i skladišti smola industijske konoplje.

Žlezdane dlake su raznovrsne: javljaju se različite varijante kapitatnih dlaka, kao i diskoidne

dlake (Metcalfe i Chalk, 1950). Kapitatne (sesilne) dlake su mnogo veće i brojnije od

bulboznih dlaka. Imaju jednoćelijsku dršku i globularnu glavu, koja se najčešće sastoji od osam

ćelija koje luče kanabinoid. Kapitatne (sa drškom) dlake se sastoje od sloja sekretornih ćelija.

Kanabinoidi su najrasprostranjeniji u ovim dlakama. Bulbozne (diskoidne) dlake su najmanje,

sa jednoćelijskom drškom ili “stopalom”.

Slika 4. Tipovi žlezdanih dlaka vrste industrijske konoplje. Plava strelica – kapitatne (sesilne)

dlake; crvena strelica – kapitatne (sa drškom) dlake; žuta strelica – bulbozne (diskoidne) dlake

8

1.4. Upotreba industrijske konoplje

Konoplja se koristi od davnina u različite svrhe među kojima su najznačajnije industrijska

i medicinska. Konoplja koja se koristi za proizvodnju papira, za proizvodnju biorazgradive

plastike, goriva, hrane, i u tekstilnoj industriji naziva se industrijska konoplja (Slika 5). U

medicini konoplja se koristi kao lek protiv stresa, gubitka apetita, protiv mučnine izazvane

hemoterapijom, radi ublažavanja posledica teških bolesti.

Slika 5. Primeri upotrebe industrijske konoplje

Konoplja može da se koristi i za fitoremedijaciju jer je dobar akumulator teških metala iz

zemljišta i iz vazduha. Prednosti konoplje u odnosu na druge biljke fitoremedijatore ogledaju se

u tome što biljka prizvodi veliku biomasu u koju mogu da se akumuliraju značajne količine

teških metala iz podloge. Osim toga, konoplja raste vrlo brzo (potrebno joj je oko 180 dana da

sazri), a troškovi gajenja biljke su niski. Mogućnost jednostavnog gajenja konoplje u različitim

klimatskim uslovima i moguća upotreba kontaminiranih delova biljaka u različite svrhe može

učuniti zemljišta zagađenim teškim metalima plodnim.

9

Ispitivanje fitoekstrakcijone sposobnosti konoplje otpočela je još 1998. godine kada je

Phytotech kompanija sadila industrijsku konoplju blizu Černobilja u svrhu dekontaminacije

zemljišta. Iako ovi rezultati nisu objavljeni ni u jednom naučnom radu, poznato je da su

obećavali (Charkowski, 1998). Jedini dostupni podaci u naučnoj literaturi u vezi ovih rezultata

nagoveštaju mogućnost konoplje da akumulira U i Pb u nadzemnim delovima (Dushenkov, XVI

International-botanical congress, 1999 Saint Louis, USA: Abstract number 4240).

U cilju proučavanja potencijala industrijske konoplje za dekontaminaciju metalima

zagađenog zemljišta korišćena je elektronska mikroskopija u kombinaciji sa rendgenskom

mikroanalizom kako bi se lokalizovao bakar u biljkama konoplje uzgajanim na hidroponičnim

kulturama bogatim bakrom. Bakar je pronađen u gornjim epidermalnim ćelijama lista,

spikulama kao i u trihomama naličja lista. Pokazalo se da primarna likina vlakna nemaju ulogu u

akumulaciji bakra (Arru et al., 2004).

U prirodnim uslovima tolerancija industrijske konoplje na metale i njena sposobnost da

akumulira kadmijum, nikl i hrom su izuzetno visoki. Nakon dva meseca germinacije konoplji

uzgajanih na dva zemljišta, S1 i S2, gde je S1 zemljište sadržalo 27 µg g‾1 Cd, 74 µg g‾

1 Ni, 126

µg g‾1 Cr, a S2, 82 µg g‾

1 Cd, 115 µg g‾

1 Ni i 139 µg g‾

1 Cr, nisu primećene značajne promene u

rastu i morfologiji biljaka. Naprotiv, za vreme rasta primećena je visoka reakcija konoplje na

stres izazvan metalima sa povećanjem fitohelatina i DNK sadržaja, što ukazuje na sposobnost

konoplje da izbegne oštećenje ćelija aktivacijom različitih molekularnih mehanizama. Metali su

akumulirani u korenu, a samo delimično su translocirani u nadzemna tkiva. Istraživanje je

pokazalo da je prosečan sadržaj kadmijuma u izdancima 14 µg g‾1 za S1 i 66 µg g‾

1 za S2

zemljište (S. Citterio et al., 2003).

Konoplja pokazuje visok kapacitet akumulacije kadmijuma. Nakon 28 dana gajenja

konoplje na podlogama sa 0, 50, 100 ili 200 mg Cd · kg‾1 određena je stopa rasta, sadržaj

hlorofila, fluorescencija hlorofila i akumulacija kadmijuma u biljkama. Korenovi konoplje imali

su visoke biokoncentracione faktore (BCF > 1000). Ovi rezultati pokazuju da je konoplja odličan

kandidat za fitoremedijaciju zemljišta zagađenog kadmijumom (Gangrong Shi and Quigsheng

Cai, 2009).

Određivanje koncetracije teških metala Ni, Pb i Cd u biljkama industrijske konoplje koje

su rasle na kontaminiranom zemljištu rađeno je i atomskom apsorpcionom spektroskopijom

(AAS). Ispitani su različti delovi biljke: semena, stabljike, vlakna, listovi. Najveća koncentracija

10

svih ispitivanih teških metala akumulirana je u listovima. U ovoj studiji konoplja je pokazala

fitoremedijacijski potencijal od 126 g Cd (P. Linger, J. Müssig, H. Fischer, and J. Kobert, 2002).

Međutim, konoplja, iako dobar, nije najefikasniji fitoremedijator. Konoplja je korov, pa

njeno odstranjivanje nakon uvođenja na kontaminirano zemljište može predstavljati problem.

Takođe, kao nedostak upotrebe konoplje kao fitoremedijatora javlja se problem odlaganja i

uklanjanja kontaminiranih biljaka. Neretko se javljaju i pravni problemi vezani za gajenje

konoplje.

11

2. Ciljevi rada

S obzirom na to da dosadašnja istraživanja pokazuju da je konoplja potencijalno dobar

fitoremedijator ciljevi ovog rada su:

Ispitivanje klijavosti semena industrijske konopllje na različitim koncentracijama teških

metala (Fe, Zn, Pb, Cu, Cd),

Ispitivanje uticaja Fe, Zn, Pb, Cu, Cd na rast i razvoj industrijske konoplje,

Ispitivanje fitoekstrakcijone sposobnosti industrijske konoplje prema Fe, Zn, Pb, Cu, Cd.

12

3. Materijal i metode

3.1. Materijal

Za ispitivanje klijavosti semena industrijske konoplje na različitim teškim metalima kao i za

uzgajanje biljke na zemljištu u saksijama korišćeno je seme industrijske konoplje kupljeno u

lokalnoj prodavnici u Leskovcu. Semena koja su korišćena u eksperimentu su birana na osnovu

slučajnosti, međutim, vodilo se računa o tome da semena budu u dobrom stanju tj. izbegavana su

semena koja su suva, ispucala i drugačije boje.

Biljke su gajene na zemljištu koje je kupljeno u lokalnoj prodavnici u Nišu. Hemijski sastav

zemljišta:

- ukupni N (%)…………………………………………..….0,873

- N-NO3 (%)…………………………………………….….3,25

- N-NH4 (%)…………………………………………….….0,087

- ukupni C (%)………………………………….………......7,041

- C/N odnos…………………………………….………......8,066

- ukupni K2O (%)………………………………….….…....1,4

- lakopristupačni K2O (%)…………………………….........0,879

- P2O5 (%)………………………………………..…..….....0,879

- ukupna organska materija (%)……………………….…...88,3

- ukupni pepeo (%)…………………………………….…...11,7

Za pravljenje rastvora teških metala korišćene su supstance; CuSO4 x 5H2O, FeSO4 x

7H2O, ZnSO4 x 7H2O, Cd (CH3COO)2 x 2H20, Pb (CH3COO)2 x 3H2O (Zorka, Šabac,

Srbija).

13

3.2. Ispitivanje klijavosti semena

Ispitivanje klijavosti semena u prisustvu različitih koncentracija teških metala rađeno je u

petrijevim posudama od plastike na čijem dnu se nalazio filter papir izrezan tako da odgovara

površini dna posude. Filter papir je bio vlažan, odnosno natopljen rastvorom određene

koncentracije metala ili destilovanom vodom kod kontrole kako bi se obezbedila vlaga za

klijanje semena. U svaku petrijevu posudu stavljano je po 20 semena konoplje. Koncentracije

teških metala (Fe, Zn, Pb, Cu, Cd) koje su korišćene u ispitivanju klijavosti semena prikazane su

u Tabeli 1.

Tabela 1. Korišćene koncentracije teških

metala u ispitivanju klijavosti

Koncentracija metala (g/mol)

0,01

0,025

0,05

0,1

0,25

0,5

1

2,5

5

7,5

10

Petrijeve posude sa semenima položene su u zatvorenu kutiju koja je odložena na sobnoj

temperaturi naredna četiri dana. Nakon četiri dana, odvojena su proklijala semena i dužina

izdanaka je određivana milimetarskim papirom i lenjirom.

14

3.3. Gajenje biljaka u saksijama

Radi ispitivanje uticaja teških metala na rast i razvoj industrijske konoplje praćen je rast

biljaka zasađenih na zemljištu koje je kontaminirano različitim koncentracijama teških metala

(Fe, Zn, Pb, Cu, Cd). U zemlju su stavljana proklijala semena, gajena četiri dana u petrijevim

posudama na filter papiru natopljenom destilovanom vodom. Po četiri proklijala semena su

zasađivana po saksiji. Biljke su odmah nakon sađenja zalivane sa 100 ml rastvora, određenih

koncentracija teških metala (Tabela 2).

Tabela 2. Koncentracija teških metala korišćenih

za eksperiment u saksijama

Saksija Teški metal Koncentracija (mg/l)

1 Zn 50

2 Fe 50

3 Pb 50

4 Cu 50

5 Cd 1

Nakon 90 dana rasta, biljke su izvađene iz zemlje sa celim korenom i dalje su rađena

merenja i određivana je dužina osnovnog korena, debljina osnovnog korena, dužina biljke,

debljina stabla, dužina lista, debljina lista, debljina i dužina semena. Za sva merenja korišćen je

digitalni nonius.

3.4. Analiza površinskih struktura listova

U cilju proučavanja površinskih struktura listova materijal iz kulture je fiksiran u 70%

alkoholu i deponovan je u Mokroj zbirci Katedre za botaniku, Departmana za biologiju i

ekologiju, Prirodno-matematičkog fakulteta, Univerziteta u Nišu. Za analizu i utvrđivanje

prisustva dlaka, stoma i kristala korišćeni su preparati sljuštenog epidermisa lista. Listovi su

omekšani i izbeljeni u 30% vodonik peroksidu u kome je dodato zrnce KOH. Nakon toga, listovi

su više puta isprani vodom, provučeni kroz seriju alkohola rastuće koncentracije

(50%,70%,96% etanol), a zatim stavljani na mikroskopsku pločicu i pokriveni glicerolom.

15

Ovako pripremljeni preparati epidermisa su slikani kamerom Leica DFC490, na mikroskopu

Leica DM 2500.

16

4. Rezultati i diskusija

4.1. Uticaj teških metala na klijavost semena

Na klijavost semana utiču mnogi abiotički i biotički faktori, a faktori koji imaju najveći

uticaj su voda, temperatura, kiseonik, svetlost i osobine zemljišta (Gorai and Neffati, 2007).

Klijanje je kritična faza u životnom ciklusu biljaka pa je zato ispitivanje klijavosti biljaka u

ekstemnim uslovima od velike važnosti.

U ovom radu je ispitivano kako koncentracije teških metala (Fe, Zn, Pb, Cu, Cd) utiču na

klijavost semena industrijske konoplje. Semena industrijske konoplje stavljana su na filter papir

sa različitim koncentracijama teških metala (Tabela 1 u Materijalu i metodama). Nakon četiri

dana klijanja određivan je procenat klijavosti kao i dužina klice. Procenat klijavosti semena

industrijske konoplje izračunat je kao broj proklijalih semena u odnosu na ukupan broj semena

za koje je ispitavana klijavost. Na Slici 6 prikazani su rezultati dobijeni za procenat klijavosti

semena konoplje kada su semena isklijala na različitim koncentracijama teških metala.

Slika 6. Procenat klijavosti semena industrijske konoplje kada se ono gaji na različitim koncentracijama teških

metala

Procenat klijavosti u kontrolnoj petrijevoj posudi bio je 55%. U najvećem broju

eksperimenata, povećanje koncentracije teških metala dovelo je do snižavanja procenta

klijavosti. Povećanje koncentracije Fe, Zn, Pb, od 0,01g/mol dovodi do smanjenja procenta

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0,01 0,025 0,05 0,1 0,25 0,5 1 2,5 5 7,5 10

Procenat klijavosti (%)

Koncentracija (g/mol)

Fe

Zn

Pb

Cu

Cd

17

klijavosti. Međutim, povećanje koncentracije Cd i Cu od 0,01g/mol dovodi do povećanje

procenta klijavosti u odnosu na kontrolnu petrijevu posudu. I pored toga što je za klijanje semena

neophodna niska koncentracija bakra, visoke koncentracije bakra negativno utiču na klijavost

semena (G. Ouzounidou, 1995). Povećanje koncentracije bakra i kadmijuima iznad 5 g/mol

znatno je uticalo na klijavost kao i na smanjenje dužine proklijalih semena. Sve koncentracije

iznad 5 g/mol deluju izrazito inhibitorno na klijavost semena tako da na svim većim

koncentracijama klijavost naglo opada. Kritična koncentracija teških metala u rastvoru za

klijavost semena iznosi 10 g/mol.

Slika 7. Prosečna dužina klice semena industrijske konoplje kada se ono gaji na različitim koncentracijama teških

metala

Uticaj teških metala na klijavost semena praćena je i merenjem prosečne dužine klica. Slika

broj 7 prikazuje prosečnu dužinu klice semena kada su ona klijala na različitim koncentracijama

teških metala (Fe, Zn, Pb, Cu, Cd). Već nakon prvog dodavanja rastvora sa teškim metalima 0,01

g/mol uočava se smanjenje dužine klice u odnosu na kontrolu i svako sledeće povećanje

koncentracije dovodi do daljeg smanjenja. Povećanje koncentracije Fe od 0,01 g/mol dovodi do

drastičnog smanjenja dužine klice i sa svakim sledećim povećanjem koncentracije nije došlo do

promene. Povećanje koncentracije Cd od 0,01 g/mol dovodi do povećanja prosečne dužine klice

u odnosu na kontrolnu petrijevu posudu. Najveća prosečna dužina klice uočava se nakon

dodavaja koncentracije Cu od 0,025 g/mol ali već nakon sledećeg povećanja koncentracije dolazi

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0,01 0,025 0,05 0,1 0,25 0,5 1 2,5 5 7,5 10

Dužina klice (mm)

Koncentracija (g/mol)

Fe

Zn

Pb

Cu

Cd

18

do velikog smanjenja. Najveća prosečna dužina klice je na petrijevoj posudi sa Cd, dok se

najmanja prosečna dužina klice javlja na petrijevoj posudi sa Fe.

Eksperimenti vršeni u ovom radu ukazuju na to da je povećanje koncentracije teških metala

Fe, Zn, Pb, Cu, Cd manje uticalo na klijavost nego na rast i razvoj klice konoplje.

4.2. Uticaj teških metala na rast i razvoj industrijske konoplje

Pojedini teški metali kao što su Fe, Zn, Cu predstavljaju bitne mikroelemente, dok drugi

poput Pb i Cd nemaju esencijalni značaj za rast i razvoj biljaka. Međutim, iako su Fe, Zn i Cu za

biljke značajani mikroelementi, u velikim koncentracijama mogu biti fitotoksični. U ovom radu

ispitivan je uticaj teških metala (Fe, Zn, Cu, Pb, Cd) na rast i razvoj industrijske konoplje. Kako

bi se odredio uticaj teških metala na rast i razvoj biljaka, nakon gajenja u saksijama 12 nedelja

biljke su izvučene iz zemlje i posmatran je izgled biljaka.

Gvožđe ima funkciju u različitim redoks sistemima biljaka, zahvaljujući tome što lako

može da primi i otpusti elektron. Na tome se zasniva aktivnost mnogih prenosilaca elektrona u

mitohondrijama i hloroplastima. Najpoznatiji simptom nedostatka gvožđa je obustavljanje

sinteze hlorofila, usled čega se javlja hloroza, i to prvo kod mladih listova. Od četiri zasađene

klice na zemljištu kontaminiranom sa 50mg/l Fe razvile su se tri biljke konoplje, pri čemu su se

dve osušile (Slika 8).

Slika 8. Biljke industrijske konoplje rasle

na zemljištu kontaminiranim 50mg/l Fe

19

Cink je sastavni deo alkoholne dehidrogenaze. Biljke bez cinka su malog rasta, imaju

kratke internodije. Nedostatak cinka izaziva bolest “sitnih listova”, kod koje je tipično da su

listovi mali, uvijeni, hlorotični i nekrotični. Na zemljištu kontaminiranom 50mg/l Zn razvile su

se dve biljke (Slika 9).

Slika 9. Biljke industrijske konoplje rasle

na zemljištu kontaminiranom 50mg/l Zn

Bakar učestvuje u nekim redoks sistemima jer njegov atom može da menja valencu.

Sastavni je deo citohrom oksidaze u mitohondrijama i plastocijanina u hloroplastima. Iako je

potreban biljci u malim količinama, nedostatak bakra izaziva hlorozu i nekrozu mladih listova,

grane se suše, izumire stablo. Od četiri zasađene biljke na zemljištu kontaminiranom 50mg/l Cu

tri su se razvile, ali su se dve osušile (Slika 10).

20

Slika 10. Biljke industrijske konoplje rasle na zemljištu

kontaminiranim 50mg/l Cu

Olovo nema značajnu fiziološku ulogu kod biljaka. Iako male koncentracije olova mogu

pospešiti rast pojedinih biljaka (Dou, 1988), poznato je da Pb izaziva odlaganje klijanja,

poremećaj mitoze, inhibiciju enzimske aktivnisti, kao i da ima negativan uticaj na rast korena

(Anişoara Stratu et al., 2010). Na zemljištu kontaminiranom sa 50 mg/l Pb zasađene su četiri

biljke, od kojih su se dve razvile (Slika 11).

Slika 11. Biljke C. sativa rasle na zemljištu

kontaminiranim 50mg/l Pb

21

Kadmijum, kao i olovo, spada u neesencijalne elemente koji i u vrlo niskim

koncentracijama mogu da deluju fitotoksično. Na zemljištu kontaminiranom sa 1mg/l Cd

zasađene su četiri biljke industrijske konoplje, od kojih su se tri razvile (Slika 12). Treba

napomenuti da jedna od razvijenih biljaka nije formirala semena.

Slika 12. Biljke C. sativa rasle na zemljištu kontaminiranim 1mg/l Cd

U daljem radu mereni su određeni biljni organi kako bi se utvrdio uticaj teških metala na

dužinu i debljinu korena, stabla, lista i semena. U Tabeli 4 prikazani su prosečni rezultati

merenja dužine i debljine korena industrijske konoplje, koje su rasle na kontaminiranom

zemljištu:

Tabela 4. Prosečna dužina i debljina korena industrijske konoplje

gajene na zemljištu sa različitim koncentracijama teških metal

Prosečna dužina

korena (mm)

Prosečna debljina

korena (mm)

Fe 50mg/l 53,91 1,02

Zn 50mg/l 33,48 1,26

Pb 50mg/l 46,51 1,26

Cu 50mg/l 12,79 0,61

Cd 1mg/l 63,44 0,90

22

Primenjene koncentracije teških metala različito su delovale na dužinu i debljinu korena.

Primenom Fe, Zn i Pb u koncentraciji od 50 mg/l dobijene su biljke koje su imale sličnu debljinu

korena, ali su dužine korena bilje različite. Kod biljaka gajenih na zemljištu sa 1 mg/l Cd

debljina korena je bila malo manja u odnosu na gore spomenute metale, ali je dužina korena bila

najveća (63,44mm). Dodavanje Cu u zemlju u koncentraciji od 50 mg/l imalo je najveći

inhibitorni efekat na dužinu i debljinu korena.

U Tabeli 5 prikazan je uticaj teških metala na dužinu biljke i debljinu stabla. Biljke

gajene na zemljištu sa 50 mg/l Cu bile su znatno manje dužine (144,07mm) u odnosu na druge

biljke. Biljke koje su rasle na zemljštu sa 50 mg/l Fe razvile su najmanju debljinu stabla, dok je

najveća debljina stabla primećena kod biljaka gajenih na zemljištu sa 50 mg/l Pb.

Tabela 5. Prosečna dužina biljke i debljina stabla industrijske konoplje

gajene na zemljištu sa različitim koncentracijama teških metal

Prosečna dužina

biljke (mm)

Prosečna debljina

stabla (mm)

Fe 50mg/l 186,3 0,85

Zn 50mg/l 287,09 1,11

Pb 50mg/l 276,18 1,27

Cu 50mg/l 144,07 1,02

Cd 1mg/l 329,73 1,06

Primenjene koncentracije teških metala različito su uticale na dužinu i debljinu lista

(Tabela 6). Iako su biljke gajene na zenljištu sa 50 mg/l Zn razvile listove najveće dužine,

najdeblji listovi primećuju se kod biljaka gajenih na zemljištu sa 50 mg/l Pb. Koncentracija Cu

od 50 mg/l inhibitorno je delovala kako na dužinu (18,58mm) tako i na debljinu listova

(5,04mm).

Tabela 6. Prosečna dužina i debljina lista industrijske konoplje

gajene na zemljištu sa različitim koncentracijama teških metal

Prosečna dužina

lista (mm)

Prosečna debljina

lista (mm)

Fe 50mg/l 23,33 7,49

Zn 50mg/l 32,02 7,03

Pb 50mg/l 26,69 10,66

Cu 50mg/l 18,58 5,04

Cd 1mg/l 29,87 6,58

23

Kod biljaka gajenih na zemljištu sa 50 mg/l za Fe, Zn, Cu, Pb i 1 mg/l za Cd teški metali

nisu imali značajan uticaj na dužinu semena, dok je debljina semena varirala (Tabela 7). Najveći

inhibitorni utiicaj na dužinu semena ima Cu iako je najveća debljina semena upravo kod biljaka

gajenih na zemljištu sa 50 mg/l Cu.

Tabela 7. Prosečna dužina i debljina semena industrijske konoplje

gajene na zemljištu sa različitim koncentracijama teških metal

Prosečna dužina

semena (mm)

Prosečna debljina

semena (mm)

Fe 50mg/l 4,58 2,72

Zn 50mg/l 4,19 2,93

Pb 50mg/l 4,26 3,14

Cu 50mg/l 4,1 3,3

Cd 1mg/l 4,25 2,57

Kao i u dosadašnjim istraživanjima, nisu primećene značajne promene u rastu i

morfologiji biljaka gajenih na zemljištu sa teškim metalima što ukazuje na toleranciju

industrijske konoplje na prisutne teške metale. Najveća prosečna dužina biljke i korena javlja se

kod biljaka koje su gajene na zemljištu sa 1 mg/l Cd, što je u skladu sa rezultatima eksperimenta

koji su vršili Gangrong Shi i Quigsheng Cai (2009), koji pokazuju da je konoplja odličan

kandidat za fitoremedijaciju zemljišta zagađenim kadmijumom zbog njenog visokog kapaciteta

akumulacije kadmijuma. Najmanja dužina biljke i korena je kod biljaka gajenih na zemljištu sa

50 mg/l Cu. Najmanja prosečna dužina i debljina lista kao i dužina semena se takođe javljaju kod

biljaka gajenih na zemljištu sa 50 mg/l Cu. Iz ovoga se zaključuje da je zemljište zagađeno

bakrom najnepogodnije za normalan rast i razvoj industrijske konoplje.

4.3. Rezultati analize površinskih struktura listova

S obzirom na činjenicu da rezultati istraživanja koje su vršili P. Linger i saradnici (2002)

ukazuju na to da je najveća koncentracija svih ispitivanih teških metala akumulirana u listovima

konoplje, u ovom radu vršena je analiza površinskih struktura listova industrijske konoplje

gajene u saksiji na zemljištu sa teškim metalima. Na Slikama 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 i

22 prikazani su mikroskopski preparati naličja lista industrijske konoplje.

24

Slika 13. Kristali kadmijuma na epidermisu Slika 14. Kristali kadmijuma na epidermisu naličja

naličja lista industijske konoplje (x20) lista industijske konoplje (x40)

Slika 15. Kristali bakra na trihomama epidermisa Slika 16. Kristali bakra na epiderimisu naličja lista

naličja lista industijske konoplje (x40) industijske konoplje (x40)

25

Slika 17. Kristali gvožđa ne epidermisu Slika 18. Kristali gvožđa ne epidermisu

naličja lista industijske konoplje (x40) naličja lista industijske konoplje (x40)

Slika 19. Kristali olova na epdermisu Slika 20. Kristali olova na epdermisu naličja lista

industijske konoplje (x40) naličja lista industijske konoplje (x40)

26

Slika 21. Kristali cinka na trihomama Slika 22. Kristali cinka na trihomama

epidermisa naličja lista industijske konoplje (x10) epidermisa naličja lista industijske konoplje (x10)

Nakon analize površinskih struktura listova industrijske konoplje gajene u saksijima na

zemljištu sa teškim metalima, zaključujemo da su gajene biljke razvile različite adaptivne

strategije na povećane koncentracije teških metala. Kristali teških metala talože se na

trihomama epidermisa lica i naličja lista, što ukazuje na fitorekstrakcijsku sposobnost

konoplje. U eksperimentu koji su vršili Arru i saradnici (2004) u cilju proučavanja

potencijala industrijske konoplje za dekontaminaciju zemljišta zagađenog bakrom bakar je

takođe pronađen u gornjim epidermalnim ćelijama lista, spikulama kao i u trihomama naličja

lista. Pokazalo se da primarna likina vlakna nemaju ulogu u akumulaciji bakra.

Treba napomenuti da konoplja vrši translokaciju teških metala u nadzemne delove biljke,

tačnije listove, i vrši njihovu transformaciju u kristale koji se gomilaju na i u epidermisu lista,

što po nekim autorima (Zhu et al. 1999) znači povećanje efikasnosti procesa

fitoremedijacije.

27

5. Zaključak

Fitoekstracijona sposobnost industrijske konoplje ispitivana je u mnogobrojnim

studijama. Rezultati ovog istraživanja pokazali su sledeće:

Seme industrijske konoplje može da klija u okruženju sa visokom koncentracijom

sledećih teških metala; Fe, Zn, Cu, Pb, Cd. Kritična koncentracija teških metala u

rastvoru koji je korišćen za određivanje klijavosti semana industrijske konoplje je

10 g/mol: iako su semena proklijala, klice su isuviše male i zakržljle.

Biljke industrijske konoplje razvile su se i rasle na zemljištu kontaminiranom

teškim metalima Fe, Zn, Cu, Pb, Cd (koncentracija teških metala iznosila je 50

mg/l zemljišta za Fe, Zn, Cu, Pb i 1mg/l za Cd), iz čega zaključujemo da ove

koncentarije teških metala nemaju značajniji uticaj na rast i razvoj biljke.

Industrijska konoplja vrši fitoekstrakciju teških metala iz zemljišta i transformiše

ih u kristale koji se talože na i u epidermisu lista što ukazuje na njenu

fitoremedijacijsku sposobnost.

28

6. Literatura

Anişoara Stratu, Laura Frentoale, Naela Ccostica (2010): The infulence of some heavy metals on

seed germination and seedling growth at Cannabis sativa L.; „Al. I. Cuza” University

Facultatea of Biology, Iaşi.

Arru, L., Rognoni, S., Baroncini, M., Medeghini Bonatti P., Perata, P. (2004): Copper

localization in Cannabis sativa L. grown in a copper-rich solution - Proceedings of the

XLVIII Italian Society of Agricultural Genetics - . Lecce ITA) [Contributo in Atti di

convegno - Relazione in Volume di Atti di Convegno]

Blaylock, M.J. and Huang, J.W. (2000): Phytoextraction of metals. In: I. Raskin and B.D. Ensley

eds. Phytoremediation of toxic metals: using plants to clean-up the environment. New

York, John Wiley & Sons, Inc., p. 53-70.

Blaylock, M.J., Salt, D.E., Dushenkov, S., Zakharova, O., Gussman, C., Kapulnik, Y., Eensley,

B.D. and Raskin. I. (1997): Enhanced accumulation of Pb in Indian mustard by soil-

applied chelating agents. Environmental Science and Technology, vol. 31, no. 3, p.860-

865.

Charkowski, A. O., Alfano, J. R., Preston, G., Yuan, J., He, S. Y. and Collmer, A. (1998): The

Pseudomonas syringae pv. tomato HrpW protein has domains similar to harpins and

pectate lyases and can elicit the plant hypersensitive response and bind to pectate. J.

Bacteriol. 180, 5211-5217.

Citterio S., A. Santagostino, P. Fumagalli, N. Prato, P. Ranalli, Sgorbati S. (2003): Heavy metal

tolerance and accumulation of Cd, Cr and Ni by Cannabis sativa L. Plant and Soil, 256:

243-252.

Cunningham, S.D. and OW, D.W. (1996): Promises and prospects of phytoremediation. Plant

Physiology, Vol. 110, No. 3, p. 715-719.

Cunningham, S.D., Shann, J.R., Crowley, D.E. and Anderson, T.A. (1997): Phytoremediation of

contaminated water and soil. In: E.L., Kruger, T.A., Anderson and J.R., Coats, eds.

Phytoremediation of soil and water contaminants. ACS symposium series

664. Washington, DC, American Chemical Society, 2-19.

DeBusk, W.F. (1999b): Wastewater treatment wetlands: Applications and Treatment Efficiency.

Institute of Food and Agricultural Science, University of Florida, 7.

Dou. Z. X. (1988): Lead pollution in soil and its effect on plants. Agro-Environ. Prot. 7(3). 38-9.

29

Dushenkov, S. (1999): Evaluation of the phytoremediation potential of industrial hemp. XVI

International Botanical Congress, St. Louis, USA.

Dushenkov, S. and Kapulnik, Y. (2000): Phytofilitration of metals. In: I., Raskin. and B.D.,

Ensley (eds.): Phytoremediation of toxic metals - using plants to clean-up the

environment. New York, John Wiley & Sons, Inc., 89-106.

Ensley, B.D. (2000): Rational for use of phytoremediation. In: I., Raskin and B.D., Ensley, eds.

Phytoremediation of toxic metals: using plants to clean-up the environment. New York,

John Wiley & Sons, Inc., 3-12.

Entry, J.A., Watrud, L.S. and Reeves, M. (1999): Accumulation Of 137Cs And 90Sr From

Contaminated Soil By Three Grass Species Inoculated With Mycorrhizal Fungi.

Environmental Pollution, Vol. 104, 449-457.

Flathman, P.E. and Lanza, G.R. (1998): Phytoremediation: Current Views On An Emerging

Green Technology. Journal Of Soil Contamination, Vol. 7, No. 4, 415-432.

Gangrong Shi., Qingsheng Cai. (2009): Cadmium tolerance and accumulation in eight potential

energy crops. Biotechnology Advances 27, 555-561.

Gardea-Torresdey, J.L., Peralta-Videa, J.R., de la Rosa, G., Parsons, J.G. (2005):

Phytoremediation of heavy metals and study of the metal coordination by X-ray

absorption spectroscopy. Coordination Chemistry Reviews Vol. 249, No.17-18, 1797-

1810.

ITRC - Interstate Technology and Regulatory Cooperation Work Group (1999):

Phytoremediation Decision Tree. Interstate Technology and Regulatory Cooperation

Work Group, 35.

Kamal, M., Ghalya,A.E., Mahmouda, N., Cote, R. (2004): Phytoaccumulation of heavy metals

by aquatic plants. Environment International 29, 1029– 1039.

Kumar, P.B.A. Nanda, V. Dushenkov, H. Motto, and I. Raskin. (1995): Phytoextraction: The use

of plants to remove heavy metals from soils. Environ. Sci. Technol. 29(5):1232-1238.

Linger, P., Müssig, J., Fischer, H., Kobert, J. (2002): Industrial hemp (Cannabis sativa L.)

growing on heavy metal contaminated soil: fibre quality and phytoremediation potential.

- Ind. Crops Prod. 16: 33-42.

Matagi, S.V., Swai, D, Mugabe, R. (1998): A Review of heavy metal removal mechanisms in

wetland. Afr. J. Trop. Hydrobiol. Fish., 8, 23-35.

30

McGrath, S.P., Zhao, F.J. (2003): Phytoextraction of metals and metalloids from contaminated

soils. Current Opinion in Biotechnology 14, 277e282.

Metcalfe, C. R. and Chalk, L. (1950): Anatomy of the Dicotyledons: Leaves, Stem, and Wood in

Relation to Taxonomy with Notes on Economic Uses. v.2. Claredon Press, Oxford.

N. Rascio, F. Navari-Izzo, (2011): Heavy metal hyperaccumulating plants: How and why they do

it? And what makes them so interesting?, Plant science 180, 169-181.

Ozturk, L., Karanlik, S., Ozkutlu, F., Cakmak, I. and L. V. Kochian (2003). Shoot biomass and

zinc/cadmium uptake for hyperaccumulator and non-accumulator Thlaspi species in

response to growth on a zinc-deficient calcareous soil. Plant. Sci. 164, 1095-1101.

Peuke, A.D., Rennenberg, H. (2005): Phytoremediation with transgenic trees. Z Naturforsch

C 60: 199–207.

Prasad, M.N.V., Freitas, H.M.O (2003): Metal hyperaccumulation in plants - Biodiversity

prospecting for phytoremediation technology. Electronic Journal of Biotechnology Vol.

6, No. 3, 225-321.

Rai, U.N, Sinha, S., Tripathi, R.D., Chandra, P. (1995): Wastewater treatability potential of some

macrophytes: Removal of heavy metals. Ecological Engineering 5, 5-12.

Raskin I., Smith R.D. and Salt D.E. (1997): Phytoremediation of metals: using plants to remove

pollutants from the environment. Current Opinion in Biotechnology, Volume 8, Number

2, 221-226.

Salt, D.E.; Smith, R.D. and Raskin, I. (1998): Phytoremediation. Annual Review Of Plant

Physiology And Plant Molecular Biology, Vol. 49, 643-668.

Sharma, S.S., Gaur, J.P. (1995): Potential of Lemna polyrrhiza for removal of heavy metals.

Ecological Engineering 4, 37-43.

Šyc M., Pohořelý M., Kameníková P., Habart J., Svoboda K., Punčochář M. (2012): Willow

trees from heavy metals phytoextraction as energy crops. Biomass and Bioenergy.

37:106–113.

U.S. EPA (1999): Phytoremediation Resource Guide. U.S. Environmental Protection Agency.

EPA542-B-99-003. Office of Solid Waste and Emergency Response, Technology

Innovation Office, Washington, DC 20460, 56.

31

Zhu, Y.L.; Zayed, A.M.; Quian, J.H.; De Souza, M. and Terry, N. (1999): Phytoaccumulation of

trace elements by wetland plants: II. Water hyacinth. Journal of Environmental Quality,

28, 339-344.

httpwww.pflanzenphysiologie.uni-bayreuth.debayceer_image2587.jpg

httpupload.wikimedia.orgwikipediacommonsaa8Illustration_Cannabis_sativa0.jpg

httpcannabidial.files.wordpress.com201402wpidimg_95912762437112.jpegw=611

http://cannabis.com/growing/curing-what-are-trichomes-trichome-101.html

32

Prilog

Tabela 8. Uticaj različitih koncentracije Fe na klijavost i dužinu klice industrijske konoplje.

Koncentracija

(g/mol)

Klijavost (broj proklijalih

semana) Dužina (mm)

0 11 23,09

0,01 12 21,75

0,025 6 6,3

0,05 8 8,63

0,1 6 7,66

0,25 8 6,12

0,5 6 1,8

1 9 2,33

2,5 11 1,9

5 15 2,4

7,5 5 1,4

10 8 2,12

Tabela 9. Uticaj različitih koncentracije Zn na klijavost i dužinu klice industrijske konoplje.

Koncentracija

(g/mol)

Klijavost (broj proklijalih

semana) Dužina (mm)

0 11 23.09

0,01 10 11.8

0,025 9 16.8

0,05 13 32

0,1 9 14.78

0,25 8 10.5

0,5 12 3.17

1 10 3.9

2,5 10 3.4

5 9 2.56

7,5 8 2.63

10 12 2.42

33

Tabela 10. Uticaj različitih koncentracije Cu na klijavost i dužinu klice industrijske konoplje.

Koncentracija

(g/mol)

Klijavost (broj proklijalih

semana)

Dužina (mm)

0 11 23.09

0,01 9 16.6

0,025 12 37.33

0,05 8 3.37

0,1 11 6.18

0,25 12 6.4

0,5 11 6

1 5 2.2

2,5 5 1.4

5 5 2.6

7,5 3 1.67

10 10 2

Tabela 11. Uticaj različitih koncentracije Pb na klijavost i dužinu klice industrijske konoplje.

Koncentracija

(g/mol)

Klijavost (broj proklijalih

semana)

Dužina (mm)

0 11 23.09

0,01 11 17.45

0,025 10 25.4

0,05 11 15.18

0,1 7 8.86

0,25 11 19.49

0,5 9 8.78

1 14 3

2,5 12 2.42

5 13 2.7

7,5 4 1.5

10 7 1.57

34

Tabela 12. Uticaj različitih koncentracije Zn na klijavost i dužinu klice industrijske konoplje.

Koncentracija

(g/mol)

Klijavost (broj proklijalih

semana)

Dužina (mm)

0 11 23.09

0,01 8 30.75

0,025 12 27.4

0,05 12 22.75

0,1 8 6.12

0,25 12 10.92

0,5 15 7.3

1 11 2.5

2,5 17 1.9

5 11 2.5

7,5 5 1.6

10 5 3.8

35

Прилог 5/1

ПРИРОДНO - MАТЕМАТИЧКИ ФАКУЛТЕТ

НИШ

КЉУЧНА ДОКУМЕНТАЦИЈСКА ИНФОРМАЦИЈА

Редни број, РБР:

Идентификациони број, ИБР:

Тип документације, ТД: монографска

Тип записа, ТЗ: текстуални / графички

Врста рада, ВР: мастер рад

Аутор, АУ: Mилан Миленковић

Ментор, МН: Наташа Јоковић

Наслов рада, НР: Испитиванје утицаја тешких метала на раст индустријске конопље

Језик публикације, ЈП: српски

Језик извода, ЈИ: енглески

Земља публиковања, ЗП: Р. Србија

Уже географско подручје, УГП: Р. Србија

Година, ГО: 2014.

Издавач, ИЗ: ауторски репринт

Место и адреса, МА: Ниш, Вишеградска 33

Физички опис рада, ФО: (поглавља/страна/ цитата/табела/слика/графика/прилога)

34 страна, 22 сликe, 11 табела

Научна област, НО: Биологија

Научна дисциплина, НД: Биологија

Предметна одредница/Кључне речи, ПО: фиторемедијација, индустријска конопља, тешки метали

УДК 546.4/.5 : 633

Чува се, ЧУ: библиотека

Важна напомена, ВН:

Извод, ИЗ: Семе индустијске конопље (Cannabis sativa L.) moже дa kлија у присуству великих

концентрација тешких метала, Fe, Zn, Cu, Cd и Pb. Концентрација од 10г/mol деловала је

инхибиторно на клијавост семена јер су клице биле исувише мале и закржљале.

Проклијала семена индустријске конопље су затим пребачене у саксије у којима је

земљиште било контаминирано тешким металима и то у концентрацијама од 50 mг/л

земљишта за Fe, Zn, Cu, Pb и 1 mг/л за Cd. На овим концентрацијама метала биљке су

расле али су имале различиту морфологију. Биљке гајене на земљишту контаминираном

Cu су биле најмањег раста и најмање дужине основног корена, док су биљке гајене на

земљишту контаминираном Cd биле највишег раста и развиле су корене највеће дужине.

Индустријска конопља врши фитоекстракцију тешких метала из земљишта и

трансформише их у кристале који се таложе на површини епидермиса листа и у ћелијама

епидермиса што указује на њенз фиторемедијацијску способност.

Датум прихватања теме, ДП:

Датум одбране, ДО:

30.10.2014.

Чланови комисије, КО: Председник: Татјана Михаjилов-Крстев

Члан: Марина Јушковић

Члан, ментор: Наташа Јоковић

Образац Q4.09.13 - Издање 1

36

Прилог 5/2

ПРИРОДНО - МАТЕМАТИЧКИ ФАКУЛТЕТ

НИШ

KEY WORDS DOCUMENTATION

Accession number, ANO:

Identification number, INO: Document type, DT: monograph

Type of record, TR: textual / graphic

Contents code, CC: master thesis

Author, AU: Milan Milenkovic

Mentor, MN: Natasa Jokovic

Title, TI: Examination of heavy metal effects on hemp growth

Language of text, LT: Serbian

Language of abstract, LA: English

Country of publication, CP: Republic of Serbia

Locality of publication, LP: Serbia

Publication year, PY: 2014

Publisher, PB: author’s reprint

Publication place, PP: Niš, 33 Visegradska

Physical description, PD: (chapters/pages/ref./tables/pictures/graphs/appendixes)

34 pages, 22 pictures, 11 tables

Scientific field, SF: Biology

Scientific discipline, SD: Biology

Subject/Key words, S/KW: phytoremediation, industrial hemp, heavy metal

UC 546.4/.5 : 633

Holding data, HD: library

Note, N:

Abstract, AB: Industrial hemp seeds (Cannabis sativa L.) can germinate in high concentration of Fe, Zn, Cu,

Cd and Pb. Seed germination was inhibited by 10 g/mol since the germs were too small and

underdeveloped. Sprouted industrial hemp seeds were then put in pots with heavy metal

contaminated soils (50 mg/l for Fe, Zn, Cu, Pb and 1 mg/l for Cd). The plants grew on this

concentrations but their morophology varied. The plants that grew on Cu contamined soil were

the smallest and they developed the smallest roots, whereas the plants that grew on the Cd

contaminated soil were the biggest and they developed the longest roots. Industrial hemp

phytoextracts heavy metals from soil and transforms them into crystals that are accumulated on

and in the leaf epidermis cells, which indicates its potential for phytoextraction.

Accepted by the Scientific Board on, ASB: Defended on, DE: 30.10.2014.

Defended Board, DB: President: Tatjana Mihajilov-Krstev

Member: Marina Juskovic

Member, Mentor: Natasa Jokovic

Образац Q4.09.13 - Издање 1