higanyszennyezŐdÉs eltÁvolÍtÁsa fitovolatilizÁciÓval
DESCRIPTION
HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL. 1./ A Hg nem tápelem. A 20. században vált környezetszennyezéssé. Az atmoszférába történő emisszió: szabad Hg(II) részecske-kötött Hg(II) fémhigany (Hg) formában Eredete: fosszilis tüzelőanyagok, orvosi és városi hulladék. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/1.jpg)
HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA
FITOVOLATILIZÁCIÓVAL
![Page 2: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/2.jpg)
1./ A Hg nem tápelem. A 20. században vált környezetszennyezéssé.Az atmoszférába történő emisszió:
szabad Hg(II)részecske-kötött Hg(II)fémhigany (Hg) formában
Eredete: fosszilis tüzelőanyagok, orvosi és városi hulladék.A talajba és felszíni vizekbe irányuló emisszió:
mezőgazdasági csávázószerek, fungicidekamalgám, ipari hulladék a klóralkáli
szintézisnél
![Page 3: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/3.jpg)
![Page 4: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/4.jpg)
2. Esettanulmány: Minamata öböl, Japán
Egy acetaldehidet gyártó üzem mellékterméke ülepedett ki.
1000 ember meghalt5000-6000 tartósan sérült, remegés, központi idegrendszer degenerációja
Ok: a Hg megjelent a táplálékláncban: halak Brazília, Amazonas melletti aranybányászat amalgámszennyezése130 tonna Hg került az Amazonasba évente.
![Page 5: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/5.jpg)
3./ Higanytoxicitás
Eltér a fém Hg, a Hg(II) és R-Hg+ (metilmerkuri) esetén.a./ a fémhigany nem reakcióképes,
- gyorsan diffundál a szervezetbe, de kis koncentrációban kevésbé veszélyes, mint a
többi forma- akut hatás: tüdőelégtelenség.
b./ Hg(II)- lassan diffundál a sejtekbe, az emésztőrendszerben is rosszul szívódik fel.
- Vese és májproblémák.c./ Metil-merkuri: rendkívül veszélyes!!
- gyorsan felszívódik, a keringési rendszeren keresztül szétterjed,- megváltoztatja a membránpermeabilitást, - kapcsolódik a fehérjék -SH csoportjaihoz,- az acetilkolin neurotranszmitter kibocsájtást gátolja.
![Page 6: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/6.jpg)
![Page 7: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/7.jpg)
A higany felvétele és transzlokációja a gyökerekben
![Page 8: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/8.jpg)
Különböző higanyvegyületek akkumulációja fűzfában
![Page 9: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/9.jpg)
4. A Hg biogeokémiája
a Hg(II) abiotikus és bakteriális redukciója Hg (0)-nyá
bakteriáis mer operon (Pseudomonas sp.)merR, merD a mer operon expresszióját
reguláló fehérjét kódolja,merT és merP higany transzport proteineket,merB organomerkuri-liázt,merA NADP függő, FAD-tartalmú merkuri reduktázt kódol.
![Page 10: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/10.jpg)
A mer operon szerkezete
merA: NADP függő, FAD-tartalmú merkuri reduktázt kódol.
merB: metilmerkuri liáz
![Page 11: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/11.jpg)
5./ A Hg FITOREMEDIÁCIÓJA:
- A növények természetesen is redukálják kissé a Hg(II)-t.
- A Hg(II) nagy része a gyökérben marad.
- Toxicitási tünetek: gátolt növekedés, klorózis, gátolt fotoszintézis, mitokondriális
végoxidáció, vízfelvétel gátlása, ionpumpák és csatornák gátlása.
![Page 12: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/12.jpg)
merA gént expresszáló transzgénikus dohány növények 100 és 500 ppm Hg(II)-n (WT: vad típus)
![Page 13: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/13.jpg)
merA gént expresszáló cottonwood növények Hg(II) tartalmú talajon 1 héttel a kezelés után (WT: vad típus)
![Page 14: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/14.jpg)
merB és merA gént együttesen expresszáló Arabidopsis növények 0.2-es, 1 és 2 ppm-es
metilmerkurit tartalmazó oldatban (WT: vad típus)
![Page 15: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/15.jpg)
Transzgénikus növények: bakteriális MERB és MERA gének bevitele magasabbrendű növényekbe:
Arabidopsis, Nicotiana, Liriodendron tulipiferaIrányított raktározás
az elemi Hg-t learatható szervekben akkumuláljáka növények:
bakteriális merkuri transzport gének beépítésekompartmentáció a vakuólumban(metallotioneinek, szerves sav komplexek)
Vízi üledék tisztítása: Typha, Juncus, Spartina, Salix, nagy biomassza
![Page 16: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/16.jpg)
Elemi higany a merA génnel transzformált Liriodendron növényekben (A. ábra) és az ugyancsak merA-val
transzformált dohány növények tápoldatában (B. ábra)
A.
B.
![Page 17: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/17.jpg)
A Se JELENTŐSÉGE A MAGASABBRENDŰ NÖVÉNYEKBEN. Se SZENNYEZŐDÉS
ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL
![Page 18: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/18.jpg)
1./ A Se szerepe: állatok, ember: mikroelem
(0.05 mg/kg száraz élelem), karcinóma, AIDS ellen védő hatás
algákban mikroelem magasabbrendű növényekben nem bizonyított
magasabb koncentrációban toxikusPélda: Kesterson Reservoir, California
Szelén tartalmú alkalikus talaj, arid, szemiarid klíma szelénfeldúsulás a víztározókban, csatornákban:
halak, költöző madarak, emlősök mortalitása nő, fejlődési, szaporodási rendellenesség
![Page 19: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/19.jpg)
2./ Kémiai tulajdonságai:
kénhez hasonló
szelenid (Se2-); Se (0); anaerob környezet,
szelenit (SeO32-) (4+);
szelenát (SeO42-) (6+), aerob környezet,
neutrális, lúgos pH
![Page 20: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/20.jpg)
3./ Se akkumuláló és nem akkumuláló növények a./ Hiperakkumulálók, Se tartalmú talajon élnek:
több ezer mg Se/ kg száraztömegAstragalus pectinatus, Astragalus bisulcatus, Morinda, Neptunia, Xylorhiza
b./ Nem akkumulálók: Se tartalmú talajon nemakkumulálnakAtriplex nuttalii
c./ Másodlagos Se akkumulálók: alacsony szeléntartalmú talajokon akkumulálnak 1000 mg/kg száraz tömeg koncentrációigAster, Astragalus, Atriplex, Gutierrezia,
Castilleja fajok
![Page 21: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/21.jpg)
Astragalus racemosus
![Page 22: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/22.jpg)
A Se akkumulációja és fitotoxikus hatása toleráns és érzékeny növényekben
![Page 23: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/23.jpg)
4./ Se felvétel és hosszútávú transzport
a./ A szelenát, szelenit és az organikus szelén felvétele szelenát: aktív transzportszulfát transzporterrel: - nagy affinitású (gyökér, PM), SHST1 gén- és kis affinitású rendszer (intercelluláris
transzport, gyökér, hajtás), SHSTS3 gén a transzporter expresszióját
serkenti az O-acetilszeringátolja a szulfát, GSH
b./ a szelenit felvétel passzív, nem ismert transzporter fehérje
c./ szerves származékok: szelenometionin (SeMet)aktív transzporttal
A szelén akkumulálóknál a Se/S diszkriminációs koefficiens nagy.
![Page 24: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/24.jpg)
A szelenát felvétele a növényekben: a szulfáttranszporter és működésének szabályozása
![Page 25: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/25.jpg)
d./ Xilémtranszport: a szelenit és SeMet főleg a gyökérben
marad a szelenát nagy része a hajtásba jut
![Page 26: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/26.jpg)
5. A Se biokémiájaa./ Miért esszenciális?Állatok: szelenoaminosavak: szelenocisztein (SeCys); SeMetSzelenoenzimek: GSH peroxidáz (GPX)
formát dehidrogenáz, csak Se aminosavakkal aktívak
Keletkezésük: - az UGA terminációs kodon SeCys kodonként funkcionál
- SeCys-hordozó tRNS UGA-hoz tartozó antikodon párral kapcsolódik- specifikus másodlagos
strukturális elemek az mRNS-ben- a Se beépülése tRNSser formában
Növényekben eddig nem találtak szelenoproteineket.
![Page 27: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/27.jpg)
6./ A Se asszimilációja és volatilizációja
a./ Az ATP szulfuriláz szerepe: aktiválása kénasszimilációhoz hasonló,enzimek a kloroplasztiszbanSEBESSÉGMEGHATÁROZÓ: ATP szulfuriláztermék: adenozin-foszfoszelenát
b./ Redukció: GSH-konjugált szelenit (GS-szelenit)nem enzimatikusan: szelenodiglutationnáenzimatikusan, GSH reduktázzal:
GS-szelenollá, majdGS-szeleniddé (GS-Se)
c./ aminosav- és proteinszintézis-SeCys, SeMet
![Page 28: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/28.jpg)
A Se asszimilációja
![Page 29: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/29.jpg)
A Se beépülése aminosavakba
![Page 30: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/30.jpg)
7./ A Se volatilizációja
a./ A SeMet metilálódik Metil-SeMetb./ KULCSENZIM: Metilmetionin hidroláz:
dimetilszelenid (DMSe) illékonyc./ Metil-SeMet dekarboxilálódik
transzaminálódikaldehid dehidrogenáz reakcióTermék: dimetilszelenopropionsav (DMSeP)KULCSENZIM: DMSeP liáz: DMSe
d./ Egyéb sebességmeghatározó lépések:A SeMet KÉPZŐDÉSEDMSe ÉS DMSeP KÉPZŐDÉS
![Page 31: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/31.jpg)
A Se volatilizációja
![Page 32: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/32.jpg)
![Page 33: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/33.jpg)
8./ Toxicitás és tolerancia
a./ Toxicitás - Se-proteinek képződése a szenzitív növényekben
b./ Tolerancia a SeCys és SeMet intracelluláris
elkülönítése a proteinszintézistől: nem proteinépítő aminosavak szintézise (Se-metil-SeCys; SeCystation)
a fehérjeszintézisnél + diszkrimináció a ciszteinil-tRNS-sel szemben
kompartmentáció a vakuólumban: szelenát, szelenoaminosavak
![Page 34: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/34.jpg)
9./ A fitovolatilizációt befolyásoló tényezők
a./ Fajok közötti eltérés
rizs, brokkoli, káposzta:
200-350 µg Se m-2 levélfelület x nap-1
Azolla: 4.0 mg Se / kg száraz tömeg / nap
Salicornia: 420 m-2 talajfelület x nap-1
b./ Növény-mikróba kapcsolat
steril körülmények között a volatilizáció csökken
a baktériumok serkentik a Se felvételt, mert
O-acetilszerint bocsájtanak ki a rhizoszférába
![Page 35: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/35.jpg)
c./ Környezeti faktorok:
Se koncentráció és forma a talajbanSzulfát koncentráció a talajbanÉvszakos periódusok: erős tavasszal és koranyáron pH, hőmérséklet, baktériumflóra
ESETTANULMÁNY: A kaliforniai Central Valley 75 cm-es földrétegének Se tartalmát 3 év alatt 50 %-kal csökkentették.
CÉL: új hiperakkumulálók felfedezésetranszgénikus növények: ATP szulfuriláz (indián mustár)
![Page 36: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/36.jpg)
Az arzén a környezetben
![Page 37: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/37.jpg)
1. Az arzenát rosszul felismert foszfát.
2. Megnövekedett redukció arzenitté, ami tio-peptid komplexekben csapdázódik.
3. A fitoremediációra alkalmas növények megemelkedett arzenát reduktáz aktivitással és fokozott glutamilcisztein szintézissel rendelkeznek.
![Page 38: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/38.jpg)
As akkumuláló, transzgénikus növények
1. ArsC: a Rubisco, fényindukált promóteréhez kapcsolt arzenát reduktáz gén
2. ECS, γ-glutamil szintáz gén, a konstitutív expressziót biztosító aktin promóterhez kapcsolva (minden szervben megnyilvánul)
3. A két gént egy növényben expresszáltatják
![Page 39: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/39.jpg)
Középen a kettős transzformáns Arabidopsis növények, a két szélen az egy génnel transzformáltak,
arzanáton nőve
![Page 40: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/40.jpg)
Pteris vittata L., egy arzén hiperakkumuláló növény Kínából
![Page 41: HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062315/5681554b550346895dc3199d/html5/thumbnails/41.jpg)
Az As fito(bio)volatilizációja Penicillium previcaulis