1

UNIVERZITET U NIŠU

PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET

DEPARTMAN ZA BIOLOGIJU I EKOLOGIJU

Ivana G. Đorđević

Fitoremedijacioni potencijal biljne vrste Lepidium sativum L. u

akumulacija cinka iz zemljišta

Master rad

Niš, 2018.

2

UNIVERZITET U NIŠU

PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET

DEPARTMAN ZA BIOLOGIJU I EKOLOGIJU

Fitoremedijacioni potencijal biljne vrste Lepidium sativum L. u

akumulacija cinka iz zemljišta

Kandidat: Mentor:

Ivana G. Đorđević 208 Dr Svetlana Tošić

Niš,

Jul, 2018.

3

UNIVERSITY OF NIŠ

FACULTY OF SCIENCES AND MATHEMATICS, NIŠ

DEPARTMENT OF BIOLOGY WITH ECOLOGY

Master thesis

Phytoremediation potential of plant species Lepidium sativum L. in

accumulation of zinc from soil

Candidate: Mentor:

Ivana G. Djordjević Dr Svetlana Tošić

Niš, 2018.

4

Zahvalnica

Porodici,

koja mi je pružala podršku tokom svih godina studija.

Profesorkama Svetlani Tošić i Nataši Joković,

na odvojenom vremenu, savetima, bezgraničnom razumevanju i pomoći oko

realizacije istraživanja.

Saradnici sa departmana za hemiju Ivani Kostić,

na nesebičnoj pomoći oko dobijanja ključnih rezultata istraživanja.

,,Ljubav ne prestaje odlaskom, a ni sećanje vremenom.’’

Ovaj rad posvećujem svom deki.

5

Biografija

Ivana Đorđević

Datum rođenja 01.08.1992.

Mesto rođenja Niš, Srbija

Osnovna škola Osnovna škola ,,Njegoš’’, Niš

Srednja škola

Gimnazija ,,9. Maj”, Niš

Opšti smer

(2007-2011)

Osnovne akademske studije

Univerzitet u Nišu

Prirodno-matematički fakultet

Departman za biologiju i ekologiju

Smer: Biologija

(2011-2015)

Master akademske studije

Univerzitet u Nišu

Prirodno-matematički fakultet

Departman za biologiju i ekologiju

Smer: Ekologija i zaštita prirode

(2015-2018)

6

Sažetak

Lepidium sativum L. je predstavnik familije Brasicaceae koji se koristi u ishrani kao salata.

Poznato je da su predstavnici ove familije dobri akumulatori teških metala i da se mogu

primenjivati u fitoremedijaciji zemljišta. Pošto poseduje različitu upotrebnu vrednost, njihova

sposobnost akumulacije predstavlja potencijalnu opasnost po ljudsko zdravlje. U istraživanju su

korišćena pet rastvora različitih koncentracije cinka u rasponu 70 mg/kg – 350 mg/kg i ispitivan

je njihov uticaj na klijavost semena, morfološke parametre rastenja i razvića (dužina korena, stabla,

izdanka, totalnu dužinu biljke, dužina i širina listova, prinos suve biomase), određena je

akumulacija metala u različitim delovima biljke, određivani su indeksi tolerancije, faktori

bioakumulacije, translokacije i remedijacioni faktor. U tretmanu cinkom, biljna vrsta Lepidium

sativum pokazao je tolerantnost na povišene koncentracije metala u zemljištu. Akumulacija cinka

bila je najveća u korenu a bioakumulacioni faktori ukazuju na mogući potencijal ove vrste u

fitoremedijaciji zemljišta.

Ključne reči: Lepidium sativum, fitoremedijacija, cink, zemljište, teški metali

7

Abstract

Lepidium sativum L. is a plant species, a member of family Brassicaceae, commonly

used in the human diet as a salad. It is known that the species of this family show good abilities of

heavy metals accumulation and they can be used in phytoremediation of soil. Since they have a

different usable value, their ability to accumulate heavy metals poses a potential threat to human

health. The study used five solutions of different zinc concentrations in the range of 70 mg / kg -

130 mg / kg and their influence on seed germination, morphological parameters of growth and

development (length of root, scape, shoot, total plant length, length and width of leaves), and

factors such as metal accumulation in different parts of the plant, tolerance indexes,

bioaccumulation and translocation were determined. In thos treatments, Lepidium sativum L.

shows the tolerance on higher concentrations of zink in the soil. Zinc accumulation was the highest

in the root, and the bioaccumulation factors indicate that this species potentially can be used in

phytoremedeiation processes of soil.

Key words: Lepidium sativum, phytoremediation, zinc, soil, heavy metals

8

SADRŽAJ

1. UVOD ............................................................................................................................................................... 9

1.1. FITOREMEDIJACIJA ............................................................................................................................ 10

1.2. ULOGA CINKA I NJEGOVI TOKSIČNI EFEKTI NA BILJKE ......................................................... 11

1.3. MEHANIZMI BILJNIH STRATEGIJA ZA AKUMULACIJU TEŠKIH METALA ............................. 13

1.4. BILJNE VRSTE ZNAČAJNE ZA FITOREMEDIJACIJU ..................................................................... 14

1.5. Lepidium sativum L. ................................................................................................................................ 15

2. CILJEVI RADA ............................................................................................................................................. 18

3. MATERIJAL I METODE .............................................................................................................................. 19

3.1. MATERIJAL ........................................................................................................................................... 19

3.2 METODE .................................................................................................................................................. 20

3.2.1. ISPITIVANJE KLIJAVOSTI ........................................................................................................... 20

3.2.2. ISPITIVANJE UTICAJA METALA NA RAST I RAZVIĆE BILJAKA ........................................ 21

3.2.3. UTVRĐIVANJE SUVE BIOMASE ................................................................................................ 21

3.2.4. UTVRĐIVANJE SADRŽAJA TEŠKIH METALA U SUVOJ BIOMASI ...................................... 21

3.2.5. INDEKS TOLERANCIJE ................................................................................................................ 22

3.2.6. BIOAKUMULACIONI I TRANSLOKACIONI FAKTOR ............................................................ 22

3.2.7. REMEDIJACIONI FAKTOR ........................................................................................................... 23

4.REZULTATI ................................................................................................................................................... 24

4.1.PROCENAT KLIJAVOSTI SEMENA .................................................................................................... 24

4.2. MORFOMETRIJSKE PROMENE .......................................................................................................... 25

4.3. BIOMASA ............................................................................................................................................... 27

4.4. INDEKS TOLERANCIJA ....................................................................................................................... 28

4.5. AKUMULACIJA METALA ................................................................................................................... 31

4.6. REMEDIJACIONI FAKTOR .................................................................................................................. 32

5. DISKUSIJA .................................................................................................................................................... 33

6. ZAKLJUČAK ................................................................................................................................................. 36

LITERATURA ................................................................................................................................................... 38

9

1. UVOD

U teške metale spadaju svi metali čija je gustina veća od 5 g/cm3. Čitav niz ovih metala, u

obliku elemenata, u tragovima je neophodan za normalno funkcionisnje organizma, a njihov

nedostatak može dovesti do ozbiljnih zdravstvenih problema. Sa druge strane, prevelika količina

ovih elemenata ima toksičan efekat za organizme, a doza koja je štetna razlikuje se u zavisnosti od

metala.

Jedinjenja teških metala su sve prisutniji u životnoj sredini kao posledica razvoja industrije,

porasta broja stanovnika i intenzivne urbanizacije. Zagađenje zemljišta razlikuje se od zagađenja

vode i vazduha zbog toga što zagađivači duže ostaju u zemljištu nego u bilo kom drugom delu

biosfere. Prema istaživanjima procenjuje se da se širom sveta oslobađa 1.350.000 t cinka, 989.000

t bakra, 783.000 t olova, oko 22.000 t kadmijuma, a glavni izvori zagađenja su metalurška,

metaloprerađivačka i električna industrija, rudnici, postrojenja otpadnih voda, područja zahvaćena

ratovima, poljoprivredna đubriva, deponije. (Radić Lakošić & Radačić) . Takođe, zagađenju

doprinosi saobraćaj i sagorevanje fosilnih goriva.

Teški metali su kancerogeni i mutageni i mnoge od njih organizmi akumuliraju u različitim

tkivima što može dovesti do niza zdravstvenih problema a mogu imati i letalno dejstvo. Zbog ovih

negativnih aspekata sve veća pažnja se poklanja dekontaminaciji zemljišta od teških metala

primenom različitih hemijskih, fizičkih i bioloških tehnika. Hemijski i fizički tretmani dovode do

ireverzibilnih promena u tlu, što negativno utiče pa poljoprivredne osobine zemljišta i iziskuju

ogromna finansijska sredstva. Zbog toga se teži jeftinijim tehnikama kojima bi se vratila najvažnija

osobina zemljišta a to je plodnost.

Fitoremedijacija (lat. phyto – biljka i remedium – čistiti, obnoviti) je metoda koja

podrazumeva korišćenje biljaka u procesima uklanjanja, prenosa, stabilizacije i/ili degradacije

kontaminirane vode i zemljišta i bazira se na sposobnosti biljaka da akumuliraju metale u svojim

tkivima bez bilo kakvih simptoma toksičnosti. (Radić Lakošić & Radačić)

U fitoremedijaciji značajnu ulogu imaju hiperakumulatori, biljake koje akumuliraju metale

u koncentracijama 100 puta većim u odnosu na koncentracije istih metala kod biljaka koje ih ne

akumuliraju.

10

1.1. FITOREMEDIJACIJA

Prva istraživanja na temu fitoremedijacije sprovedena su u Rusiji početkom nuklearne ere. U

periodu između 1980. i 1990. godine počela su istraživanja o mogućnosti korišćenja biljaka za

uklanjanje radioizotopa iz kontaminirane vode. Ideja o upotrebi biljaka kao prirodnih čistača

različitih delova ekosistema prepoznata je pre desetak godina i od tada se aktivno sprovode

istraživanja na ovu temu.

Fitoremedijacija je relativno nova

tehnika koja se koristi za sanaciju

kontaminiranih područja sa ciljem da se

poboljša kvalitet životne sredine. Obzirom

da je prepoznata relativno skoro, njene

mogućnosti i potencijal još uvek se

ispituju. Mehanizmi koji mogu biti

uključeni u remedijaciju neorganskih

polutanata poput teških metala su: fitoekstrakcija,

fitostabilizacija, fitoakumulacija, rizofiltracija i fitovolatilizacija. (Alagić, Nujkić, & Dimitrijević,

2014)

Fitoekstrakcija podrazumeva uklanjanje teških metala iz životne sredine tako što se

zagađujuće supstance, usvojene korenovim sistemom akumuliraju u nadzemnoj biomasi

biljke.

Fitostabilizacija se odnosi na sposobnost biljaka da luče ekskudate pomoću korena koji

stabilizuju, demobilišu i vezuju teške metale i na taj način smanjuju njihovu biodostupnost.

Fitovolatinizacija je proces koji podrazumeva apsorpciju zagađujućih materija od strane

biljaka, prevođenje u gasne oblike i postepeno isparavanje čime se zagađujuće materije

izbacuju u atmosferu.

Rizofiltracija se odnosi na usvajanje metala iz vodenih supstrata čime se metali adsorbuju

i precipitiraju na korenu.

Slika 1. Tipovi fitoremedijacije

11

Biljke koje opstaju na zemljištu kontaminiranom teškim metalima, mogu se razvrstati u tri

kategorije i tu su:

1. Ekskluderi- biljne vrste kod kojih se koncentracija teških metala u nadzemnim delovima

održava ispod kritičnih vrednosti.

2. Akumulatori- biljne vrste koje akumuliraju teške metale u nadzmnim delovima.

3. Indikatori- različite vrste biljaka koje usvajaju teške metale iz zemljišta i održavaju

unutrašnju koncentraciju proporcionalno spoljašnjoj.

U zavisnosti od posledica toksičnosti, koje teški metali imaju za biljke, biljke delimo na:

vrste koje su osetljive prema metalima - nemaju sposobnost da spreče ulazak metala u

koren i ne mogu sprečiti transport do izdanka

vrste koje su rezistentne - sposobne su da drže metale van korena ili da obezbede brz efluks

u slučaju ulaska u koren

nehiperakumulatorske vrste tolerantne prema metalima – metali koji uđu u koren se

transportuju u vakuole čime se sprečava njihov transport u izdanak

vrste hiper-tolerantne prema metalima – metali se usvajaju pomoću korena, transportuju

kroz ksilem i odlažu u vakuole u ćelijama izdanka

Idealna biljka fitoremedijator bi trebalo da raste brzo, razvija veliku biomasu, da bude

tolerantna i da akumulira visoke koncentracije toksičnih metala u nadzemnim delovima, kao i da

se lako kultiviše i na kraju žanje. Marques i sar. (2009) smatraju da bi idealna biljka trebala da ima

sledeće karakteristike: tolerantnost na visoke koncentracije metala, razvijen korenov sistem, brz

rast i potencijal da proizvodi veliku biomasu, kao i da akumulira visoke nivoe metala u delovima

koji se mogu lako skupiti i dalje uništiti ili iskoristiti za izluživanje metala (Radić Lakošić &

Radačić).

1.2. ULOGA CINKA I NJEGOVI TOKSIČNI EFEKTI NA BILJKE

Teški metali se veoma lako rastvaraju u fiziološkim uslovima što ih čini lako dostupnim živim

organizmima. Poznato je da su mnogi od ovih elemenata važni kao mikronutrijenti, a u većim

koncentracijama ispoljavaju fitotoksičan efekat.

12

Cink spada u esencijalne mikroelemente koji je neophodan u malim količinama. Osim

pristupačnosti cinka u zemljištu, na njegov sadržaj u biljkama utiče i prisustvo drugih elemenata.

Veće koncentracije gvožđa, fosfora i mangana u podlozi redukuju sadržaj cinka u biljkama.

Normalna koncentracija cinka u biljnom tkivu kreće se od 30 do 150 mg/kg suve mase. U zemljištu

cink je poreklom iz stena, pri čemu je prisutan u većim koncentracijama uz sulfide u stenama. U

antropogene izvore cinka spadaju komunalne otpadne vode, otpad iz topionica, stajsko đubrivo,

pesticidi i dr.

Ovaj metal ima značajnu ulogu u organizmu i neopodan je za njegovo normalno

funkcionisanje. Kod biljaka ima važnu ulogu kao konstituent enzima i ćelijske membrane,

neophodan je za aktivaciju enzima i za transkripciju DNK. (Kastori, Petrović, & Kovačev, 1996).

Takođe učestvuje u reprodukciji, određivanju roda i kvaliteta biljnih kultura, a značajan je i zbog

otpornosti biljaka na biotičke i abiotičke stresove. Naime, sa povećanjem cinka u biljkama

povećava se i njihova perzistentnost na niske temperature. Za čvorovanje mahuna, kao i za

fiksaciju azota takođe je neophodno prisustvo cinka kao i za formiranje auksina koji ima ulogu u

regulaciji rasta i izduživanju stabljike.

Obzirom da cink spada u esencijalne mikronutrijente, postoje granice rasta biljke u odnosu na

niske i visoke koncentracije ovog metala u zemljištu. Kada su koncentracije cinka ispod donjih

kritičnih vrednosti, biljke će ispoljavati deficit, a ako su koncentracije veće od gornje granice,

biljke će pokazati simptome toksičnosti. Da bi se biljke normalno razvijale neophodno je

održavanje koncentracije cinka u okviru optimalnih vrednosti.

Nedostatak cinka se ne javlja tako često ali ostavlja negativne posledice na rast i razvoj biljaka.

Cink spada u slabo pokretne elemente tako da se prvi simptomi njegovog deficita javljaju se na

mladim listovima. Simptomi uglavnom zavise od biljne vrste, ali su najčešće različite varijacije

hloroze na novoformiranim listovima i nekrotične tačke na vrhovima, deformacija mladih listova,

skraćenje internodija, slab razvoj pupoljka što dovodi do smanjenja cvetanja i grananja.

Cink može biti toksičan za biljke u slučajevima kada prelazi 200 mg/kg i tada dolazi do pojave

simptoma kao što su ograničen rast korena i izdanka i obrazovanje sitnih listova, dolazi do pojave

hlorotičnih pega, najpre na mladim listovima i do nekroze na obodu listova. Višak cinka utiče na

transport vode i mineralnih materija tako što blokira ksilemske elemente, takođe deluje na proces

13

fotosinteze. Posredno ubrzava senescenciju 1 biljaka delujući stimulativno na sintezu etilena.

(Stikić & Jovanović, 2012). Takođe, cink u velikim količinama u zemljištu može uticati na

apsorpciju drugih metala, kao što su bakar, mangan i fosfor a pH vrednost zemljišta utiče na

njegovu biodostupnost. Cink je dostupniji biljkama kada je pH vrednost zemljišta niska.

1.3. MEHANIZMI BILJNIH STRATEGIJA ZA AKUMULACIJU

TEŠKIH METALA

Vreme koje je potrebno da biljke usvoje teske metale zavisi od produkcije biomase ali i od

sposobnosti akumulacije, tj. njihovog biokoncentracionog faktora (BFCs). Biokoncentracioni

faktor predstavlja odnos između koncentracije metala u tkivima izdanka i koncentracije metala u

zemljištu. Kod hiperakumulatora BFC je uvek viši od 1, a ponekad može dostići vrednosti i do 100

(Radić Lakošić & Radačić).

Kada je u pitanju mehanizam akumulacije, uporednom fiziološkom i molekularnom

analizom biljaka hiperakumulatora i srodnih nehiperakumulatora zaključeno je da je regulacija i

ekspresija gena koji su prisutni kod obe grupe biljaka drugačija. Odlučujuću ulogu u usvajanju

velike količine teških metala ima ekspresija gena koji kodiraju transmembranske transportere, kao

što su familije proteina: ZIP (Zinc-regulated transporter/Iron-regulated treansporter Proteins),

HMA (Heavy Metal Transporting ATP-ases) YSL (Yellow-Stripe 1-Like) i MATE (Multidrug And

Toxin Efflux). (Rascio & Navari-Izzo, 2011)., (Verbruggen, Hermans, & Schat, 2009).

Nehiperakumulatorne biljke veći deo teških metala zadržavaju u korenu dok ih

hiperakumulatorne vrste preko ksilema brzo translociraju u izdanak. Mehanizmi detoksifikacije i

sekvestracije2 u nadzemnim delovima hiperakumulatora sastoje se uglavnom od kompleksiranja

teških metala sa ligandima i njihovim uklanjanjem iz metabolički aktivnog citosola i to

prebacivanjem u manje aktivne delove ćelija poput vakuola i ćelijskih zidova. Sekvestracija se

zasniva jednim delom na genetskoj determinisanosti gena koji kodiraju proteine odgovorne za

1 Process starenja biljaka 2 Izdvajanje

14

transfer teških metala kroz tonoplast i/ili plazma membranu i njihovo uklanjanje iz citosola.

(Rascio & Navari-Izzo, 2011)., (Verbruggen, Hermans, & Schat, 2009).

Istraživanja su pokazala da su detoksifikacija i sekvestracija metala ključne osobine koje

omogućavaju prisustvo teških metala u nadzemnim delovima biljaka bez ikakvog toksičnog efekta.

Akumulacione sposobnosti su posebno zadivljujuće obzirom da se odigravaju u listovima gde se

odvija fotosinteza koja je esencijalna za opstanak biljaka, a fotosintetski aparat posebno je osetljivo

mesto, pogotovu na prisustvo teških metala. Detoksifikacija i sekvestracija se desavaju u manje

osetljivim delovima lista, poput epidermisa, trihoma i kutikule kako bi se šteta koju mogu izazvati

metali svela na minimum. Postoji i mogućnost izlučivanja metala pomoću stoma čime se čuva

funkcionalnost listova od toksičnog efekta. (Alagić, Nujkić, & Dimitrijević, 2014)

1.4. BILJNE VRSTE ZNAČAJNE ZA FITOREMEDIJACIJU

Biljne vrste hiperakumulatori imaju sposobnost akumulacije ekstremno velikih

koncentracija metala u lišću i drugim nadzemnim organima i najčešće je rec o endemičnim vrstama

u kontinentalnim ali i u tropskim oblastima. Na početku se termin hiperakumulacije odnosio na

sposobnosti biljaka da akumuliraju više od 1mg Ni/g suve mase što su izuzetno velike

koncentracije, dok se danas hiperakumulatori definišu kao vrste sposobne da akumuliraju metale

u koncentraciji i do 100 puta većoj od one koja je normalno prisutna u biljkama (Radić Lakošić &

Radačić).

Ukupno je detektovano preko 500 vrsta biljaka hiperakumulatora iz oko 101 familije

biljaka uključujući članove Asteraceae, Brassicaceae, Caryophyllaceae, Cyperaceae, Fabaceae,

Poaceae, Lamiaceae, što čini oko 0.2% svih skrivenosemenica. Posebno je interesantna familija

Brassicaceae, sa rodovima Alyssum i Thlaspi kod kojih je primećena akumulacija više vrsta metala.

Čak 25% detektovanih hiperakumulatora pripada ovoj familiji.

15

Najpoznatiji hiperakumulator metala je biljka Thlaspi

caerulescens koja akumulira velike količine Zn i Cd bez

vidljivih oštećenja. Ova vrsta se najčešće koristi za ispitivanje

mehanizma usvajanja, akumulacije i tolerancije metala u

laboratorijskim uslovima.(Nešić, 2011).

Preko 75% taksona može da akumulira Ni dok je samo 5

hiperakumulatora identifikovano za Cd. Hiperakumulatori Zn su

manje zastupljeni i uključuju Arabidopsis halleri i vrste Thlaspi,

kao i Sedum alfredi. Vrste A. halleri i S. alfredii, zajedno sa T.

caerulescens i T. praecox su četiri poznate vrste koje pored Zn,

hiperakumuliraju i Cd.(Nešić, 2011).

Naziv metala As Cd Co Cr Cu Mn Ni Pb Se Zn

Broj

hiperakumulatornih

vrsta

Nije

zabeležen 1 28 Nepoznat 37 9 317 14 20 11

1.5. Lepidium sativum L.

Vrste pogodne za remedijaciju

zemljišta kontaminiranim Zn

Arabidopsis halleri

Sedum alfredi

Thlaspi caerulescens

Thlaspi praecox

Pteris vittata

Arabis gemmifera

Pistia stratiotes

Pinus griffithii

Arabidopsis thaliana

Domen Eukaryota

Carstvo Plantae

Razdeo Spermatophyta

Podrazdeo Magnoliophyta

Klasa Magnoliopsida

Red Capparales

Familija Brassicaceae

Rod Lepidium

Vrsta Lepidium sativum L.

Slika 2. Lepidium sativum L. Tabela 3. Sistematska pripadnost vrste

Tabela 1. Pogodni

hiperakumulatori cinka

Tabela 2. Broj hiperakumulatora za određen metal

16

Sinonimi: Nasturtium crispum Medik.

Narodna imena: kres salata, grbašica, pitomi kres, kreša

Dimenzije: do 60 cm visine

Razmnožavanje: semenom

Cvetanje: maj, jun i jul

Lepidium sativum L. ili kres salata spada u jednogodišnje biljke iz porodice kupusa

(Brassicaceae). Stabljika je uspravna, tanka, u gornjem delu razgranata, visine do 60 cm. Listovi

su nepravilno perasti, čine ih brojni uski, svetlozeleni listići različite boje. Cvetovi su dvopolni,

sitni, beli, skupljeni u grozdaste cvasti na vrhovima biljaka. Plod je ljuska koja sadrži svetlosmeđe

seme.

Latinsko ime roda Lepidium potiče od grčke reči lepis, dem. lepidon što znači ljuska i

odgovaraju izgledu plodova. Ime vrste sativum znači setven, kultivisan. Naziv kres potiče od stare

nemačke reči cresso što u prevodu ima značenje oštar. Smatra se da je ova biljka poreklom iz

jugozapadne Azije, a kod nas retko raste samoniklo. Uzgaja se u vrtovima ili u saksijama i za

nedelju dana može da naraste i do nekoliko centimetara.

Što se same upotrebe tiče, jestivi su mladi nadzemni delovi biljke koji se beru pre cvetanja i

vrlo su ukusni, blago ljuti. Koristi se uglavnom kao salata, a semenke mogu služiti i kao začin.

Ova biljka spada i u lekovite zbog toga što sadrži velike količine vitamina C (170-190 mg) i

karotena (10 mg). Ispitivanja su pokazala da sadrži supstance sa antibiotskim dejstvom (

zacini.wordpress.com). Široko se primenjuje u narodnoj medicini za lečenje različitih bolesti, dok

se u kulinarstvu koristi kao začin u salatama, u sirevima, majonezu, sendvičima, jelima a listove

je moguće konzervirati u sirćetu. (www.plantea.com.hr)

Lepidium sativum je biljka koja dobro uspeva u polusenci ali i na svetlu, klija već pri

temperaturi od 5-6 °C, a raste na temperaturi od 15 do 25°C na svakom zemljištu, čak i bez

upotrebe đubriva. Seje se plitko, a berbu je moguće obaviti već nakon dve nedelje. Po kvadratnom

metru može dati prinos od 3 do 4 kg, a na temperaturama oko nule vrsta se može održati dve

17

nedelje. Takođe se lako uzgaja u laboratorijskom uslovima zbog čeka se često koristi u naučnim

istraživanjima.

Zahvaljujući lakom uzgoju ali i fitohemijskim svojstvima, ova vrsta se koristi u mnogim

medicinskim, biološkim i fitohemijskim istraživanjima. Rezultati istraživanja su pokazali da

semena ove vrste poseduju značajna antiinflamatorna, antipiretička, analgetična i koagluantna

svojstava ( zacini.wordpress.com).

Obzirom da spada u porodicu Brassicaceae čiji su predstavnici najbolji akumulatori teških

metala u prirodi postavilo se pitanje da li je i ova vrsta potencijalni hiperakumulator. Brojna

istraživanja na ovu temu ukazuju da vrsta Lepidium sativum poseduje kapacitet za uklanjanje

teških metala iz zemljišta, a kako može da se uzgaja i u hidroponičnim kulturama, može se koristiti

za uklanjanje polutanata iz vodene sredine. (Gunduz, Uygur, & Kahramanoğlu, 2012)

18

2. CILJEVI RADA

Teški metali koji su prisutni u zemljištu akumuliraju se u biljkama i na taj način ulaze u

lance ishrane što može imati toksične efekte po živa bića. Zbog toga se u poslednje vreme sve više

ispituje koje biljke mogu da usvajaju, distribuiraju i akumuliraju teške metale u nadzemne delove,

jer bi se tokom njihovog gajenja na kontaminiranom zemljištu koncentracija metala postepeno

smanjivala čime bi se, nakon nekog vremena, vrednosti smanjile na dozvoljene. Zato su ciljevi

rada bili sledeći:

Ispitivanje uticaja različite koncentracije Zn na klijavost biljne vrste Lepidium

sativum;

Ispitivanje uticaja različite koncentracije Zn na rast i razvića biljaka Lepidium

sativum;

Utvrđivanje sadržaja teških metala u biomasi biljaka.

Procena hiperakumulacionog i fitoremedijacionog potencijala biljne vrste

Lepidium sativum u odnosu na cink.

19

3. MATERIJAL I METODE

3.1. MATERIJAL

U ovom istraživanju korišćeno je

komercijalno seme (Hoya Herbs, 10 g). Semena su

birana po principu slučajnosti, ali se vodilo računa da

budu neoštećena. U eksperimentu je korišćena zemlja

Čarobna zemlja® (NVA Agrar, Lajkovac, Save

Kovačevića 3). Zemlja je po svom sastavu mešavina

belog treseta (25%) i crnog treseta (50%) sa

kompostom od kore drveta (25%), obogaćena 1 kg

azotnog đubriva amonijum-nitrata.

pH vrednost – 6,6

suve materije – 48%

vlaga – 52%

Sadržaj hranjiva:

azot (N) 100-250 mg/L

fosfor (P2O5) 100-250 mg/L

kalijum (K2O) 100-350 mg/L

Fizičke osobine đubriva:

fino usitnjena tresetna organska materija, tamno braon boje, bez mirisa

granulacija: ˂50mm = 100%

vodni kapacitet: 320,00 %

specifična masa: 480 gr/L

Za pravljenje rastvora teških metala korišćena je supstanca cink hlorid, proizvođača

,,Centrohem”. Korišćeni su rastvori sledećih koncentracija: 70 mg/kg, 140 mg/kg, 210 mg/kg, 280

Slika 3. Lepidium sativum L. seme

20

mg/kg, 350 mg/kg. Granične koncentracije određene su Službenim glasikom (140 mg/kg za cink ;

Službeni glasnik RS, broj 23/1994, 88/2010)

Biljke su gajene u plastičnim saksijama zapremine 2.5 L. i dijametra 17/20.

3.2 METODE

Zemlja je sušena u

sterilizatoru, a nakon toga je u svaku

saksiju sipano po 600 gr zemlje.

U saksijama zemlja je zalivena

rastvorima cinka sledećih

koncentracija : 70 mg/kg, 140 mg/kg,

210 mg/kg, 280 mg/kg i 350 mg/kg.

Ogled je postavljen u tri

ponavljanja. Po 40 semena Lepidium

sativum stavljeno je u svaku saksiju. Tri saksije sa zemljom bile su zalivane samo destilovanom

vodom i predstavljale su kontrolnu grupu. Tako pripremljene saksije za sve vreme trajanja ogleda

su se nalaze u zatvorenom prostoru, u kontrolisanim laboratorijskim uslovima na fotorežimu 16 h

(dan)/ 8 h (mrak) i temperaturi 23 °C/ 20°C. Saksije su zalivane svakog drugog dana

destilovanom vodom i praćene su promene u trajanju od 6 nedelja.

3.2.1. ISPITIVANJE KLIJAVOSTI

Radi utvrđivanja uticaja cinka na klijavost semena Lepidium sativum, broj proklijalih

semena praćeno je tokom 6 nedelja na svakih 7 dana. Sve promene tokom ovog perioda su

zabeležene.

Procenat germinacije određena je pomoću formule:

Slika 4. Priprema zemlje

21

% 𝑔𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖𝑗𝑒 =(broj proklijalih semena)

ukupan broj semena 𝑥 100%

3.2.2. ISPITIVANJE UTICAJA METALA NA RAST I RAZVIĆE BILJAKA

Kako bi se ispitao uticaj različite koncentracije cinka na rast i razvoj biljaka, tokom 6

nedelja, na svakih 7 dana merena je dužina izdanka. Dužina izdanka (mm) je merena pomoću

lenjira od nivoa zemlje do visine najviše formiranog lista za svaki pojedinačni izdanak.

Nakon 6 nedelja biljke iz svake saksije su izvađene iz zemlje i pomoću nonijusa je

merena: totalna dužina biljke, dužina korena, dužina izdanka, dužina svakog para listova, širina

svakog para listova i vrednosti su izražene u mm.

3.2.3. UTVRĐIVANJE SUVE BIOMASE

Biljni materijal klasifikovan je na koren, stablo i listove i ostavljen je da se osuši na tamnom

mestu na sobnoj temperaturi do konstantne biomase. Nakon toga svaki uzorak je meren na

analitičkoj vagi kako bi se utvrdila količina uzorka.

3.2.4. UTVRĐIVANJE SADRŽAJA TEŠKIH METALA U SUVOJ BIOMASI

Sva tri uzorka korena, stabla i listova stavljena su u staklenu čašu nakon čega je dodato 5

ml azotne kiseline i 10 ml H2O2. Uzorak je potom postepeno zagrevan na rešou i zagrevanje je

trajalo do suvog ostatka i dok sva tečnost potpuno ne ispari. Posle toga dodato je 5 ml 0,1M azotne

kiseline, uzorak je filltriran pomoću šprica i filtera za špric (Syringe filter). Istovremeno se

priprema i tzv „slepa proba“ koja sadrži samo HNO3 i H2O2.

Na ovaj način je izvršeno prevođenje teških metala u rastvor iz kog se vrši određivanje

sadržaja teških metala na atomskom apsorpcionom spektrofotometru (AAS).

22

Za određivanje elemenata na atomskom apsorpcionom spektrofotometru neophodno je

pripremiti standardne rastvore poznatih koncentracija. Osnovni standardni rastvor treba da sadrži

1 gr/l elemenata koji se očitava. Od njega se prave serije standardnih rastvora u zavisnosti od

očekivanja sadrzaja pojedinih elemenata u uzorku. Konkretno, u našem istraživanju korišćeni su

standardi od 0,1, 0,5 i 1 mg/ml.

Određivanje teških metala iz dobijenog rastvora vrši se očitavanjem na AAS, a svaki

element ima svoju odgovarajuću lampu. Očitavanje se vrši na određenoj talasnoj dužini i jačini

struje uz korišćenje serija standardnih rastvora poznate koncentracije.

3.2.5. INDEKS TOLERANCIJE

Indeks tolerancije (TI) teških metala predstavlja odnos između vrednosti parametra rasta

(dužine, širine, težine itd.) u tretiranim uslovima i vrednosti parametra u kontrolnoj grupi u kojoj

nema nikakvog tretmana. Računa se prema sledećem obrascu :

𝑇𝐼 = Vrednost parametra rasta na metalu − vrednost parametra rasta u kontroli

𝑇𝐼[%] =[Vrednost parametra na metalu − vrednost parametra u kontroli ] x 100

Vrednost parametra rasta u kontroli%

Negativna vrednost ovog indeksa ukazuje nam na negativno dejstvo tretmana na rast

biljaka. Ako je TI jednak 0, tretman nema uticaja na rast, dok je pozitivna vrednost ovog indeksa

znak da tretman stimulativno deluje na rast biljaka.

3.2.6. BIOAKUMULACIONI I TRANSLOKACIONI FAKTOR

Zahvaljujući podacima o akumulaciji metala u korenu i u nadzemnim delovima izdanka

možemo odrediti bioakumulacioni (BF) i translokacioni faktor (TF) i oni se izračunavaju po

sledećim obrascima :

23

𝐵𝐹 =[Koncentracija metala u izdanku]

[Koncentracija metala u podlozi]

𝑇𝐹 =[Koncentracija metala u stablu i listovima]

[Koncentracija metala u korenu]

Bioakumulacioni faktor (BF) veći od 1 ukazuje na sposobnost biljke da akumulira dati metal u

svojim tkivima u koncentracijama koje su veće od koncentracije u samoj podlozi, dok je

translokacioni faktor (TF) mera koja nam pokazuje sposobnost transportovanja metala iz korena

u nadzemne delove biljke i njegove visoke vrednosti pokazatelji su dobre fitoekstratibilnosti, i

ovakve biljke pogodne su za korišćenje u fitoremedijaciji.

3.2.7. REMEDIJACIONI FAKTOR

Da bi se procenila efikasnost fitoekstrakcije teških metala neophodno je odrediti faktor

remedijacije (RF). Remedijacioni faktor biljaka predstavlja procenat elementa koji je biljka

uklonila iz biomase zemlje u odnosu na ukupnu sadržinu metala u zemlji. Ovu formulu koristla je

Vysloužilová u svom radu i ona predstavlja odnos elemenata koji su uklonjeni iz saksije pomoću

biljaka (računa se ukupna količina u korenu i izdanku) i ukupne količine elemenata u saksiji. (M.

Vysloužilová, 2003)

𝑅𝐹 =količina elementa u korenu i izdanku (mg)

količina elementa u saksiji (mg)𝑥100 %

24

4.REZULTATI

4.1.PROCENAT KLIJAVOSTI SEMENA

Klijavost semena praćena je u pravilnim intervalima svakog sedmog dana od postavljanja

eksperimenta i beležene su sve promene koje su uočene.

Uticaj cinka na germinaciju ogleda se u povećanju procenta germinacije u odnosu na

kontrolu, a značajne razlike primećene su već prve nedelje. Najveća klijavost zabeležena je u

tretmanu kada je koncentraciji cinka 280 mg/kg, a najmanja klijavost je u kontrolnim uslovima

(Slika 5). Najveće promene beleže se do druge nedelje, nakon čega broj klijanaca postaje

konstantan osim u saksijama sa najvećom koncentracijom cinka gde postoji kontinuitet u porastu

broja isklijalih semena do treće nedelje nakon čega nema promena.

Interesantna je činjenica da najveću klijavost imaju semena koja su klijala u zemlji gde je

koncentracija cinka četiri puta veće od granične, kao i podatak da procenat germinacije raste sa

povećanjem koncentracije cinka.

Prosečna visina izdanka biljaka tretiranih cinkom u prvoj nedelji u kontrolnoj grupi bila

je 27.9415 mm. Najveća visina izdanka tokom prve nedelje zabeležena je kod biljaka gajenih na

zemlji sa cinkom koncentracije 140 mg/kg i ona iznosi 29.3816 mm (Slika 6). Kod biljaka gajenih

0

20

40

60

80

100

1 . N E D E L J A 2 . N E D E L J A 3 . N E D E L J A 4 . N E D E L J A 5 . N E D E L J A 6 . N E D E L J A

kontrola

70 mg/kg

140 mg/kg

210 mg/kg

280 mg/kg

350 mg/kg

Slika 5. Procenat germinacija u tretmanu sa cinkom

Pro

cenat

ger

min

acij

e

(%)

25

u prisustvu cinka pomenute koncentracije beleži se najveća dužina izdanka i u ostalim nedeljama,

osim u trećoj kad je dužina neznatno veća kod biljaka tretiranih cinkom koncentracije 70 mg/kg .

Maksimalna prosečna dužina izdanka izmerena neposredno pre žetve biljnog materijala, a nakon

šeste nedelje gajenja u eksperimentalnim uslovima je iznosila 88.2690 mm, dok je najmanja

prosečna dužina izdanka izmerena kod klijanaca gajenih u uslovima maksimalne koncentracije

metala i ona je iznosila 65.0967 mm.

4.2. MORFOMETRIJSKE PROMENE

Za analizu morfometrijskih promena merene su dužina korena, dužina stabla, totalna

dužina biljke kao i dužina i širina svakog para listova (Slika 7). Prve morfometrijske promene koje

su uočene u odnosu na kontrolu bili su odsustvo najčešće petog para listova, a u nekim slučajevima

i četvrtog para.

Prosečna dužina korena biljaka u kontrolnoj grupi iznosila je 25.7000 mm. Kod biljaka

gajenih u uslovima blago povećane koncentracije cinka (70 mg/kg, 140 mg/kg) uočava se porast

prosečne dužine korena. U uslovima višestruko povećane koncentracije cinka u zemljištu (210

mg/kg, 280 mg/kg, 350 mg/kg) prosečna dužina korenova opada u odnosu na biljke iz kontrolne

grupe. Maksimalna dužina korena (33.9667 mm) zabeležena je kod biljaka tretiranih najnižom

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1. nedelja 2. nedelja 3. nedelja 4. nedelja 5. nedelja 6. nedelja

kontrola 70.0 mg/kg 140.0 mg/kg 210.0 mg/kg 280.0 mg/kg 350.0 mg/kg

Slika 6. Prosečna dužina izdanka u tretmanu cinkom

Duži

na

(mm

)

26

koncentracijom cinka 70.0 mg/kg a najmanja dužina (67.1821 mm) je zabeležena u tretmanu sa

280 mg/kg.

Što se tiče totalne dužine biljke, ona je u kontrolnoj grupi iznosila 84.5000 mm. Sa blagim

povećanjem koncentracije cinka (70 mg/kg i 140 mg/kg) uočava se blagi porast totalne dužine

biljke. Sa daljim povećavanjem koncentracije cinka u zemlji, opada totalna dužina biljke.

Najmanje vrednosti (65,0967mm) zabeležene za biljke koje su bile u zemljištu sa najvećom

koncentracijom cinka (350 mg/kg).

Uticaj cinka na dužinu stabla ogleda se u smanjenju dužine stabla u odnosu na kontrolnu

grupu, pri čemu je najmanja dužina zabeležena kod biljaka gajenih u prisustvu cinka koncentracije

210 mg/kg

Praćenjem uticaja različitih koncentracija cinka na dužinu i širinu listova, jedinstven

obrazac nije se mogao uočiti (Slika 8). Promene koje su se javile i koje su najočiglednije jesu

nedostatak četvrtog para listova kod biljaka gajenih u prisustvu cinka u koncentraciji od 210 mg/kg

i 280 mg/kg. Izuzev biljaka u kontrolnoj grupi, do kraja šeste nedelje kod svih biljaka gajenih na

podlozi sa cinkom, izostaje razviće petog para listova.

0.0000

10.0000

20.0000

30.0000

40.0000

50.0000

60.0000

70.0000

80.0000

90.0000

100.0000

Dužina korena Totalna dužina Dužina stabla

Kontrola

70.0 mg/kg

140.0 mg/kg

210.0 mg/kg

280.0 mg/kg

350 mg/kg

Slika 7. Uticaj cinka na morfometrijske parametre

Duži

na

(mm

)

27

4.3. BIOMASA

Masa osušenih uzoraka biljaka koje su rasle na zemljištima sa različitim koncentracijama

cinka merena je više puta sve dok nije dostigla konstantnu vrednost. Zbog razlike u broju

proklijalih semena u kontrolnim i eksperimentalnim uslovima, za svaki tretman dobijene vrednosti

biomase su standardizovane tako što je ukupna suva biomasa deljena sa brojem klijanaca, a potom

su date vrednosti svedene na prosečne vrednosti svakog pojedinačnog tretmana.

0.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

25.0000

30.0000

1. pardužina

1. parširina

2. pardužina

2. parširina

3. pardužina

3. parširina

4. pardužina

4. parširina

5. pardužina

5. parširina

pro

sečn

a d

uži

na

i šir

ina

u m

m

Kontrola 70.0 mg/kg 140.0 mg/kg 210.0 mg/kg 280.0 mg/kg 350.0 mg/kg

0.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

kontrola 70.0 mg/kg 140.0 mg/kg 210.0 mg/kg 280.0 mg/kg 350.0 mg/kg

bio

mas

a (g

)

koren stablo list

Slika 8 . Uticaj cinka na dužinu i širinu listova

Slika 9. Uticaj cinka na biomasu

28

U eksperimentu sa cinkom najmanja biomasa za sva tri uzorka (koren, stablo, listovi)

evidentirana je za biljke u kontrolnoj grupi (Slika 9). Najveći prinos suve biomase listova

evidentiran je kod biljaka tretiranim cinkom koncentracije 140 mg/kg a takođe i najveći prinos

biomase stabla. Koren onih biljaka koje cu bile u tretmanu sa najvećom koncentracijom cinka imao

je najveću biomasu i ona je iznosila 0.0160 g.

4.4. INDEKS TOLERANCIJA

Na osnovu prikupljenih podataka određeni su indeksi tolerancija u tretmanima cinkom

različitih koncentracija. (Tabela 4 i 5)

Indeks tolerancije varirao je različito u zavisnosti od koncentracije i morfološkog

parametra.

Analizom dužine korena uočavamo da se ona povećava, odnosno da je vrednost TI

pozitivna za prve dve koncentracije (70 mg/kg, 140 mg/kg), a nakon toga ona se smanjuje. Iste

pravilnosti uočavamo praćenjem totalne dužine biljke.

Negativan indeks tolerancije beleži se u odnosu na sve tretmane cinkom pri analizi dužine

stabla gde se jasno uočava smanjenje dužine stabla tretiranih biljaka u odnosu na kontrolnu grupu.

Što se tiče listova, prvi parametar koji je uočljiv jeste odsustvo petog para listova u svim

tretiranim grupama. Dužina prvog, drugog i trećeg para listova biljaka se smanjuje u odnosu na

kontrolu u četiri od pet tretmana cinkom. Dužina četvrtog para smanjuje pri koncentracijama 140

mg/kg i 350 mg/kg. Četvrti par listova nije se razvio u prisustvu cinka koncentracije 210 mg/kg i

280 mg/kg. Praćenjem svojstva širine listova kod svih razvijenih parova listova primetno je da TI

ima negativne vrednosti za prvi par listova u prisustvu blago povišene koncentracije cinka u

podlozi, za drugi par listova taj trend se beleži i pri većim koncentracijama cinka. To je još

izraženije za treći par listova izuzev odstupanju u koncentraciji od 140 mg/kg (Tabela 4).

Analizom uticaja cinka na biomasu korena uočavamo da TI ima negativnu vrednost što

ukazuje da prisustvo cinka bez obzira na koncentraciju ne stimuliše formiranje bočnih korenova.

Suva biomasa korena manja je kod svih biljaka tretiranih cinkom u odnosu na biljke iz kontrolne

29

grupe. Sa porastom koncentracije cinka u zemlji, ne dolazi do pravilne proporcionalne promene

suve biomase listova i stabla gajenih biljaka. Biljke gajene na podlozi sa cinkom koncentracije 140

mg/kg i 210 mg/kg imale su veći prinos suve biomase u odnosu na kontrolne biljke, dok je u

preostala tri tretmana cinkom zabeležen negativna TI vrednost.(Tabela 5).

30

Koncentracija

Zn

Dužina

korena

Totalna

dužina

izdanka

Dužina

stabla

1. par 2. par 3. par 4. par 5. par

dužina širina Dužina širina dužina širina dužina širina dužina širina

Kontrola 25.7000 84.5000 37.1667 14.2463 6.2710 17.8097 11.9253 20.0447 13.7423 22.5387 14.0483 14.0803 10.4547

70 mg/kg 33.9667 88.1667 33.333 13.0880 6.0477 15.8423 11.7097 18.0350 13.7120 23.6273 16.0320 / /

TI 8.2667 3.6667 -3.8337 -1.1583 -0.2233 -1.9674 -0.22 -2.01 -0.03 1.09 1.98

TI (%) 32.1661 4.3392 -10.3149 -8.1306 -3.5608 -11.0468 -1.8449 -10.0276 -0.2183 4.8362 14.0943

140 mg/kg 27.2647 88.2690 34.9541 13.9439 6.8366 21.1293 14.9507 20.5641 14.2803 15.2832 10.3234 / /

TI 1.5647 3.7690 -2.2126 -0.3024 0.5656 3.3196 3.0254 0.5194 0.5380 -7.2555 -3.7249

TI(%) 6.0883 4.4604 -5.9532 -2.1227 9.0193 18.6393 0.2537 2.5912 3.9149 -32.1913 -26.5149

210 mg/kg 24.1455 81.6403 32.3193 12.2563 5.7083 16.4183 11.6562 18.0024 12.6104 / / / /

TI -1.5545 -2.8597 -4.8474 -1.9900 -0.5627 -1.3914 -0.2691 -2.0423 -1.1319

TI(%) -6.0486 -3.3843 -13.0423 -13.9685 -8.9730 -7.7003 -2.2566 -10.1888 -8.2366

280 mg/kg 17.7546 67.1820 33.6775 12.2889 6.5023 13.5121 9.5094 12.0206 8.3718 / / / /

TI -7.9454 -17.318 -3.4892 -1.9574 0.2313 -4.2976 -2.4159 -8.0241 -5.3705

TI(%) -30.9159 -20.4946 -9.3879 -13.7397 3.6885 -24.1307 -20.2586 -40.0311 -39.0800

350 mg/kg 24.2310 65.0967 32.6220 14.9564 7.4847 15.9162 12.2040 12.6439 9.1506 10.2325 7.4922 / /

TI -1.4690 -19.4033 -4.5447 0.7083 1.2137 -1.8935 0.2787 -7.4008 -4.5917 -12.3062 -6.5561

TI(%) -5.7159 -22.9625 -12.2278 4.9718 19.3542 -10.6319 2.3370 -36.9215 -33.4129 -54.6003 -46.6683

Zn Koren (g) Stablo (g) Listovi (g) Germ(%)

Kontrola 0.6626 0.7322 10.042 36.67

70.0 mg/kg 0.6483 0.4861 9.8800 67.50

TI -0.0143 -0.2460 -0.1620 30.83

140.0mg/kg 0.6294 0.8299 13.1370 65.00

TI -0.0332 0.0978 3.0949 28.33

210.0 mg/kg 0.6317 0.8501 10.5710 60.84

TI -0.0309 0.1179 0.5289 24.18

280.0 mg/kg 0.4932 0.6580 4.7853 77.50

TI -0.1694 -0.0741 -5.2567 60.83

350.0 mg/kg 0.5433 0.6404 6.8371 75.00

TI -0.1193 -0.0919 -3.2049 38.33

Srednja vrednost u kontroli

Srednja vrednost u datoj koncentraciji

TI

TI u % u odnosu na kontrolu

Tabela 4. Vrednosti TI u tretmanu cinkom (morfometrijski parametri)

Tabela 5. Vrednosti TI u tretmanu cinkom (uticaj na biomasu i germinaciju)

31

4.5. AKUMULACIJA METALA

Akumulacija cinka u stablu opada sa porastom koncentracije u zemljištu izuzev u tretmanu

biljaka cinkom koncentracije od 210 mg/kg gde iznosi 613,3018 mg/kg, dok se u korenu beleži

kontinuirani porast akumuliranja ovog metala sa povećanjem koncentracije u podlozi. U listovima

je najveća koncentracija zabeležena kod biljaka tretiranih sa 280 mg/kg i ona je iznosila 949.6324

mg/kg. Listovi biljaka izloženi blago povećanoj koncentraciji cinka u zemlji od 70 mg/kg sadržali

su najmanju koncentraciju cinka (Slika 9).

65

6.5

02

9

71

7.8

42

5

12

49

.95

99

10

17

.81

64

15

29

.34

77

14

56

.50

59

64

3.9

73

7

60

5.5

61

4

40

5.4

16

5

61

3.3

01

8

40

1.2

70

4

37

3.1

57

369

8.3

28

3

51

2.2

36

6 82

0.1

02

9

56

9.9

99

3

94

9.6

32

4

60

5.3

75

2

K O N T R O L A 7 0 1 4 0 2 1 0 2 8 0 3 5 0

Koren

Stablo

Listovi

0

5

10

15

20

70 140 210 280 350

BF

TF

Slika 9. Uticaj različitih koncentracija cinka na akumulaciju cinka

mg/

kg

Slika 10.. Bioakumulacioni i translokacioni faktor u tretmanu sa cinkom

32

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

70 mg/kg 140 mg/kg 210 mg/kg 280 mg/kg 350 mg/kg

%

U tretmanu cinkom, bioakumulacioni faktor beleži trend opadanja (Slika 10). Ekstremne

vrednosti bioakumulacionog faktora i translokacionog faktora obrnuto proporcijalno odgovaraju

ekstremnim koncentracijama cinka u eksperimentu. Najveći bioakumulacioni faktor je u tretmanu

sa koncentracijom od 70 mg/kg (15.9686), dok je najmanji pri najvećoj koncentraciji i iznosi

2.7956. Translokacioni faktor kreće se od 0.6719 pri najvećoj koncentraciji do 1.5572 pri

najmanjoj koncentraciji. U kontrolnoj grupi translokacioni faktor iznosi 2.0447, što je najviša

vrednost ovog faktora u odnosu na sve tretirane grupe.

4.6. REMEDIJACIONI FAKTOR

Remedijacioni faktor u svim ispitanim koncentracijama pokazuje niske vrednosti.

Pravilnost koja je očigledna je da akumulacija cinka opada sa povećanjem njegove koncentracije.

Koncentracija metala u zemlji Remedijacioni faktor (%)

70 mg/kg 2.60

140 mg/kg 1.70

210 mg/kg 1.04

280 mg/kg 1.02

350 mg/kg 0,69

Tabela 5. Vrednosti remedijacionog faktora

Slika 11. Grafik remedijacionog faktora

33

5. DISKUSIJA

Prisustvo teških metala u zemljištu jedan je od najčešćih vidova zagađenja spoljašnje

sredine. Teški metali mogu toksično delovati na biljke na svim nivoima razvoja, počev od klijanja,

preko rasta, do krajnjih stupnjeva ontogeneze a takođe mogu destruktivno uticati na čitave

ekosisteme transferom metala kroz lance ishrane.

Cink (Zn) spada u grupu elemenata čija je pokretljivost u biljkama osrednja i u slučaju

visoke koncentracije u spoljašnjoj sredini nakuplja se u korenu. Koncentracija cinka u suvoj

materiji kreće se u proseku od 30 do 150 mg/kg, najčešće 20 do 50 mg/kg. Njegova raspodela je

specifična i u najvećoj meri sakuplja se u korenu i u mladim listovima. Velika koncentracija cinka

deluje toksično na biljke, a vidljivi simptomi se javljaju kada njegova koncentracija u suvoj

materiji prelazi od 300 do 5000 mg/kg. Višak Zn može da smanji usvajanje drugih neophodnih

elemenata, poput gvožđa. (Marić, 2014)

Tokom ovog istraživanja ispitivani su uticaji cinka na procenat klijanja i visinu nadzemnog

dela klijanaca. Praćeni su morfometrijski parametri rastenja i razvića u ranoj vegetativnoj fazi, kao

i sposobnost akumulacije metala od strane biljaka u uslovima različitih povišenih koncentracija.

Fitotoksični efekti cinka na procenat germinacije Lepidium sativum nisu zabeleženi. U

tretmanu sa cinkom uspešnost klijanja bila je najveća pri koncentraciji cinka od 280 mg/kg i

iznosila je 77.50 %. Procenat klijanja semena u funkciji koncentracije cinka u zemlji opada na

sledeći način: 280 mg/kg> 350 mg/kg > 210 mg/kg > 70 mg/kg > 140 mg/kg > Kontrola. Prema

istraživanjima Wierzbicka and Obidzinska, 1998, povišene koncentracije teških metala mogu

stimulisati germinaciju semena zahvaljujući sposobnosti jona da prolaze kroz opnu semena i

menjaju permeabilnost membrane dovodeći do povoljnih uslova za germinaciju. Zbog ovog je

moguće da rezultate dobijene tokom istraživanja prepišemo ovom fenomenu.

Promena prosečne dužine klijanaca ne prati na regularan način povećanje koncentracije

cinka u podlozi za klijanje. Najveću dužinu klijanci dostižu na podlozi sa cinkom koncentracije od

140 mg/kg, a zatim dužina klijanaca opada redom u odnosu na podlogu za klijanje na sledeći način:

70 mg/kg > 210 mg/kg > Kontola > 280 mg/kg > 350 mg/kg. Uočava se da je najmanja dužina

izdanka pri najvećim koncentracijama metala. Prema Kabata-Pendias and Pendias, 2001, toksične

34

vrednosti pri kojima bi trebalo da se uočavaju morfološke promene za cink iznosi od 200-400

mg/kg .U našem istraživanju radi se o koncentraciji 350 mg/kg (Zn) pa su evidentirane promene u

skladu dosadasnjim istraživanjima i mogu se prepisati uticajima metala.

Prosečna dužina korena kao i totalna dužina biljaka gajenih na zemljištu u prisustvu

povećanih koncentracija cinka (210 mg/kg, 280 mg/kg, 350 mg/kg) jesu redukovane u odnosu na

vrednosti kod biljaka iz kontrolne grupe što sugeriše da višestruko povećane koncentracije cinka

u zemljištu imaju fitotoksičan, odnosno inhibitoran efekat na procese rastenja. Prisustvo cinka u

zemljištu u svim navedenim tretmanima nije imalo stimulativno dejstvo na rast stabla. Ebbs and

Kochian, 1996, dosli su do rezultata da cink u većoj koncentraciji (6.5 mg L−1) negativno utiče na

neke morfološke parametre kod nekoliko vrsta iz familije Brassicaceae tako što redukuje suvu

masu korena i stabla, a takođe smanjuje izduživanje bočnih korenova. (Ebbs & Kochian, 1996)

Promena u dužini i širini listova takođe nije pokazala jedinstven obrazac sa promenom

koncentracije cinka u zemljištu. U prisustvu cinka došlo je do odsustva petog para listova kod svih

biljaka u svim tretmanima za razliku od biljaka u kontrolnoj grupi. Simuilov je sa saradnicima

tretirao vrstu Alianthus altissima različitim koncentracijama cinka (25, 100, 250 ϻM), pri čemu je

došao do sličnih rezultata, da cink ima inhibitorno dejstvo na razviće listova i korena. (Samuilov,

Đunisijević, Đukić, & Raković, 2014). Obzirom da se cink, pored korena, najviše akumulira u

mladim listovima izostanak petog para listova je indikator da je u tretmanima doslo do toksičnog

efekta cinka.

Biomasa osušenih uzoraka u prisustvu cinka je veća za sve koncentracije u poređenju sa

kontrolnim biljkama što ukazuje na to da bi Lepidium sativum mogao biti od značaja u procesima

fitoremedijacije.

Indeks tolerancije određen na osnovu parametara rasta klijanaca u kontrolnoj i u grupama

biljaka tretiranih različitim koncentracijama cinka sasvim izvesno upućuje da cink nema

fitotoksičan efekat za vreme klijanja semena Lepidium sativum.. Semena čije klijanje nije

opterećeno toksičnim delovanjem cinka u kontaminiranom zemljištu doprinose stabilnom

populacionom broju ove vrste na području opterećeno cinkom.

Akumulacija cinka bila je najveća u korenu u svim tretmanima cinkom različitih

koncentracija i prevazilazi akumulaciju cinka u korenu kontrolne grupe. Takođe primećena je

35

značajna akumulacija u stablu i listovima biljaka u pojedinim tretmanima. Obzirom da biljke

usvajaju cink isključivo iz zemljišta i da se, u slučaju visoke koncentracije u spoljašnjoj sredini,

on nakuplja u korenu (Marić, 2014), dobijeni rezultati u skladu su sa dosadašnjim istraživanjima.

Remedijacioni faktor je bio izuzetno nizak sa trendom opadanja sa porastom koncentracije

cinka u zemljištu. Najveća vrednost remedijacionog faktora zabeležena je u tretmanu biljaka sa

cinkom koncentracije 70 mg/kg i ona je iznosila 2,6%. Gurndus et al, 2012, ispitivao je potencijal

Lepidium sativum u uklanjanu As, Pb, Cd i Fe. Remedijacioni faktori bili su niski za arsen,

kadmijum i gvožđe (1.71%, 0.37% i 0.02%) što ovu vrstu nije činilo pogodnim hiperakumulatorom

ovih metala. (Gunduz, Uygur, & Kahramanoğlu, 2012). U istom istraživanju utvrđen je

remedijacioni faktor od 11.03% za olovo, što znači da je ova vrsta potencijalni hiperakumulator

ovog metala.

U eksperimentalnim uslovima sa najvišim koncentracijama cinka u zemljištu, biljke

L.sativum ispoljavaju svojstva ekskludera, povećana je akumulacija cinka u korenu, translokacija

u nadzemne delove nije naglašena, pa se postiže fitostabilizacija i redukcija biodostupnosti cinka

u zemljištu. L. sativum je efikasniji u eliminaciji cinka iz srednje kontaminiranog zemljišta, pri

koncentraciji od 280 mg/kg jer translokacija iz korena u listove nije ograničena. U uslovima manje

zagađenog zemljišta cinkom 140 mg/kg translokacija cinka iz korena u listove, takođe nije

ograničena i premada je manji sadržaj akumuliranog cinka i u korenu i u listovima nego pri većem

zagađenju, najveća produkcija biomase listova doprinosi eliminaciji cinka iz zemljišta.

36

6. ZAKLJUČAK

Prema rezultatima ovog istraživanja može se zaključiti da:

Povećana koncentracija cinka ne utiče negativno na procenat germinacije pa se može

zaključiti da ovi metali nemaju toksični efekat u fazi klijanja. Procenat germinacije raste

sa porastom koncentracije metala u zemljištu.

Biljke gajene na zemljištu obogaćenom cinkom odlikuje blagi porast ukupne dužine (mm)

sa povećanjem koncentracije cinka, koja ne prelaze granicu toksičnosti.

Morfometrijske varijacije korena ukazuju na smanjene dužine korena kod biljaka koje su

gajene na podlogama sa cinkom čije su vrednosti veće od 210 mg/kg. Sadržaj

akumuliranog cinka je najveća u korenu što jasno ukazuje da povećan sadržaj cinka u

korenu redukuje njegov rast u dužinu.

Morfometrijskom analizom stabla utvrđeno je da se njegova dužina smanjuje u prisustvu

cinka iako da se ovaj metal slabo akumulira u stablu. Cink utiče na formiranje listova, kao

i na njihovu dužinu i širinu, a njegov uticaj zavisi od konkretnog stadijuma vegetativnog

razvića biljke. Veći uticaj ima na parove listova koji se kasnije razvijaju. Cink se akumulira

u listovima, u manjim količinama u odnosu na koren ali koncentraciona zavisnost u ovom

slucaju nije uočena.

Uticaj cinka na suvu biomasu jasno pokazuje njegov pozitivan učinak kod sva tri parametra

(koren, stablo, listovi).

Indeks tolerancije, pokazuje visoku stopu tolerancije u fazi klijanja. Do inhibicije klijanja

nije došlo ni pri najvećim koncentracijama.

Akumulacija cinka zabeležena je u svim biljnim delovima pri čemu je najveća

koncentracija bila u korenu. Bioakumulacioni faktor opadao je sa porastom koncentracije

metala ali je uvek bio veći od 1 što ukazuje da Lepidium sativum poseduje nevelik

potencijal za fitoremedijaciju zemljišta kontaminiranog cinkom. Sa druge strane,

remedijacioni faktor jasno ukazuje na trend opadanja sposobnosti usvajanja cinka iz

podloge, a takođe procenat usvojene količine metala nije veliki.

Potrebno je u daljim radovima vršiti ispitivanja na temu potencijalnih faktora koji

inhibiraju usvajane metala iz zemljišta kao i osmisliti metode njihovog

37

prevazilaženja.Istovremeno, od značaja bi bilo poznavanje faktora koji doprinose većoj

akumulaciji metala iz zemljišta kod metal tolerantnih biljaka, što bi doprinelo njihovom

fitoremedijacionom potencijalu

38

LITERATURA

Alagić, S., Nujkić, M., & Dimitrijević, M. (2014). Strategije biljaka u borbi protiv fitotoksičnih

koncentracija metala kao ključni. Zaštita materjala, 55(4), 435-440.

Borišev, M. (2010). Potencijal klonova vrbe (Salix spp.) u fitoekstrakciji teških metala. Novi Sad:

Prirodno-matematički fakultet Novi sad.

Bystrzejewska-Piotrowska, G., & Urban, P. (2003). Accumulation of cesium in leaves of lepidium

sativum and its influence on photosynthesis and transpiration. Аcta Biologica Cracoviensia,

131-137.

Đelić, G., & al, e. (2016). Efekat teških metala (cd, fe, ni, zn) na klijanje semena Robinia

pseudoacacia L. . XXl Savetovanje o biotehnologiji, 373-378.

Ebbs, S., & Kochian, L. (1996). Toxicity of Zinc and Copper to Brassica Species: Implications for

Phytoremediation. Journal of Environmental Quality, 776-781.

Gunduz, S., Uygur, N., & Kahramanoğlu, İ. (2012). Heavy metal Phytoremediation potentials of

Lepidum sativum L., Lactuca sativa L., Spinacia oleracea L. and Raphanus sativus L. .

Agricultural and Food Science Research .

Kastori, R., Petrović, N., & Kovačev, L. (1996). Neparazitne bolesti i oštećenja šećerne repe. Novi Sad.

M. Vysloužilová, P. T. (2003). Cadmium and zinc phytoextraction potential of seven clones. Plant soil

environ, 542–547.

Marić, M. (2014). Мogućnosti korišćenja nekih divljih i kultivisanih biljaka za remedijaciju

zemljišta. Bor.

Milenkovic, M. (2014). Ispitivanje uticaja teških metala na rast industrijske konoplje. Prirodno-

matematički fakultet Niš.

Nešić, N. (2011). Fitoremedijacija i biljke pogodne za fitoremedijaciju voda zagađenih teškim

metalima. Beograd: Institut za multidisciplinarna istraživanja, Univerzitet u Beogradu.

Pavel Vasilie, L., Sobariu Luminita, D., Diaconu, M., & Gavrilescu, M. (2013). Effects of heavy metals

on Lepidium sativum germination and growth. Environmental engineering and management

journal, 727-733.

Radić Lakošić, T., & Radačić, M. (2010.). Upotreba hiperakumulatora teških metala u remedijaciji

onečišćenig tla.

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

do it? And what makes them so interesting? Plant Sci, 169-181.

Samuilov, S., Đ. B., Đukić, M., & Raković, J. (2014). The effect of elevated Zn concentrations on seed

germination and young seedling growth of Ailanthus altissima (Mill.) Swingle. Glasnik

šumarskog fakulteta Beograd, 145-158.

39

Smolińska, B., & Cedzyńska, K. (2007). EDTA and urease effects on Hg accumulation by Lepidium

sativum. Chemosphere, 1388-1395.

Smolinska, B., & Rowe, S. (2015). The potential of Lepidium sativum L. for phytoextraction of Hg-

contaminated soil assisted by thiosulphate. J Soils Sediment, 393–400.

Stikić, R., & Jovanović, Z. (2012). Fiziologija stresa biljaka. Beograd: Univerzitet u Beogradu,

poljoprivredni fakultet.

Stratu, A., & Costică, N. (2015). The Influence Of Zinc On Seed Germination And Growth In The

First Ontogenetic Stages In The Species Cucumis Melo L. Present Environment and

Sustainable Development, 215-228.

Tomić, O. (2013). Klijavost sjemena kres salate nakon tretmana biljnim ekstraktima. Osjek,

Hrvatska: Poljoprivredni fakultet u Osijeku.

Verbruggen, N., Hermans, C., & Schat, H. (2009). Molecular mechanisms of metal hyperaccumulation

in plants. New Phytol 181, 759–776.

Wierzbicka, M., & Obidzinska, J. (1998). The effect of lead on seed imbibition and germination in

different plant species. Plant Science,, 155-171.

SAJTOVI

1. Vrtni kres Lepidium sativum L. (2010). Preuzeto 29. Jun 2018, sa

https://zacini.wordpress.com/2010/10/24/vrtni-kres-lepidum-sativum-l/

2. Sjetvena Grbica (2017). Preuzeto 29. Jun 2018, sa

https://www.plantea.com.hr/sjetvena-grbica/

3. Kres salata (2017). Preuzeto 26, Maj 2018, sa

https://www.agroklub.rs/sortna-lista/povrce/kres-salata-205/

PRILOG

Slika 1. Tipovi fitoremedijacije - https://blogs.umass.edu/natsci397a-

eross/files/2013/11/Screen-Shot-2013-11-14-at-9.48.05-AM.png

Slika 2. Lepidium sativum L.- http://slideplayer.biz.tr/slide/9856955/31/images/1/TERE+Lepidium+sativum+L..jpg

Slika 3. Lepidium sativum seme-

https://plants.usda.gov/gallery/standard/lesa2_002_shp.jpg

40

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: Ивана Ђорђевић

Ментор, МН: Светлана Тошић

Наслов рада, НР: Фиторемедијациони потенцијал биљне врсте Lepidium

sativum L. u акумулација цинка из земљишта

Језик публикације, ЈП: српски

Језик извода, ЈИ: енглески

Земља публиковања, ЗП: Р. Србија

Уже географско подручје, УГП: Р. Србија

Година, ГО: 2018.

Издавач, ИЗ: ауторски репринт

Место и адреса, МА: Ниш, Вишеградска 33.

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

39 страна. ; слика 11; табела 5

Научна област, НО: Биологија

Научна дисциплина, НД: Екологија

Предметна одредница/Кључне речи, ПО: Lepidium sativum, фиторемедијација,цинк, земљиште,

тешки метали

УДК 633.82 : [546.47 + 631.42]

Чува се, ЧУ: библиотека

Важна напомена, ВН: /

41

Извод, ИЗ: Lepidium sativum L. je predstavnik familije Brasicaceae koji se

koristi u ishrani kao salata. Poznato je da su predstavnici ove

familije dobri akumulatori teških metala i da se mogu

primenjivati u fitoremedijaciji zemljišta. Pošto sadrži različitu

upotrebnu vrednost, njihova sposobnost akumulacije predstavlja

potencijalnu opasnost po ljudsko zdravlje. U istraživanju su

korišćena pet rastvora različitih koncentracije cinka u rasponu 70

mg/kg – 350 mg/kg i ispitivan je njihov uticaj na klijavost

semena, morfološke parametre rastenja i razvića (dužina korena,

stabla, izdanka, totalnu dužinu biljke, dužina i širina listova,

prinos suve biomase), određena je akumulacija metala u

različitim delovima biljke, određivani su indeksi tolerancije,

faktori bioakumulacije, translokacije i remedijacioni faktor. U

tretmanu Lepidium sativum pokazao je tolerantnost na povišene

koncentracije metala u zemljištu. Akumulacija cinka bila je

najveća u korenu a bioakumulacioni faktori ukazuju na mogući

potencijal ove vrste u fitoremedijaciji zemljišta.

Датум прихватања теме, ДП: 29.6.2018.

Датум одбране, ДО:

Чланови комисије, КО: Председник: Татјана Михајилов Крстев

Члан: Наташа Јоковић

Члан, ментор: Светлана Тошић

42

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: Ivana Đorđević

Mentor, MN: Svetlana Tošić

Title, TI: Phytoremediation potential of plant species Lepidium sativum L.

in accumulation of zinc from soil

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: 2018

Publisher, PB: author’s reprint

Publication place, PP: Niš, Višegradska 33.

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

39 pages. ; 11 pictures; 5 tables

Scientific field, SF: Biology

Scientific discipline, SD: Ecology

Subject/Key words, S/KW: Lepidium sativum, phytoremediation, zinc, soil, heavy metals

UC 633.82 : [546.47 + 631.42]

Holding data, HD: library

Note, N:

43

Abstract, AB: Lepidium sativum L. is a plant species, a member of family

Brassicaceae, commonly used in the human diet as a salad. It is

known that the species of this family show good abilities of heavy

metals accumulation and they can be used in phytoremediation

of soil. Since they have a different usable value, their ability to

accumulate heavy metals poses a potential threat to human

health. The study used five solutions of different zinc

concentrations in the range of 70 mg / kg - 130 mg / kg and their

influence on seed germination, morphological parameters of

growth and development (length of root, scape, shoot, total plant

length, length and width of leaves), and factors such as metal

accumulation in different parts of the plant, tolerance indexes,

bioaccumulation and translocation were determined. In thos

treatments, Lepidium sativum L. shows the tolerance on higher

concentrations of zink in the soil. Zinc accumulation was the

highest in the root, and the bioaccumulation factors indicate that

this species potentially can be used in phytoremedeiation

processes of soil.

Accepted by the Scientific Board on, ASB: 29.6.2018.

Defended on, DE:

Defended Board, DB: President: Tatjana Mihajilov Krstev

Member: Nataša Joković

Member, Mentor: Svetlana Tošić

44