peľ ako súčasť a indikátor kvality životného...
TRANSCRIPT
Peľ ako súčasť a indikátor kvality
životného prostredia
Univerzita Komenského, Prírodovedecká fakulta
Katedra botaniky, Révová 39, 811 02 Bratislava,
Karol Mičieta
Pinaceae
Alnus
Salix
Plantago
Taxus
Trenčianské Bohuslavice peľ sedimentov
starých 35 000 rokov
Salix caprea Vrútky
Peľové zrná – mikroskopické orgány
semenných rastlín, v ktorých sa tvoria a
prostredníctvom ktorých sa transportujú
samčie pohlavné bunky do samičích
pohlavných orgánov a k samičím
pohlavným bunkám.
Význam monitoringu koncentrácie peľových zŕn v ovzduší –
alergológia
aerobiológia,
aeropalynológia, ekológia, ekotoxikológia, botanika
poľnohospodárstvo, lesníctvo a i.
Peľové zrná a hubové spóry – objekty štúdia z hľadiska
alergénnych ochorení
v meste cca 23,3 % polinóz detí (Tilandyová et al. 2012)
4 - 7% z európskeho obyvateľstva preukazuje senzitivitu na spóry
húb rodov Alternaria a Cladosporium
Permanentný aeropalynologický monitoring
– volumetrická stacionárna analýza a kvantifikácia výskytu peľu
anemofilných rastlín vo vzduchu.
Fytoindikácia environmentálnej mutagenézy
fytoindikácia ekogenotoxicity v podmienkach in situ
druhmi miestnej resp. lokálnej flóry, využitie mikrospór
a peľu ako základného indikačného materiálu.
Hodnotíme
formu
veľkosť
zafarbenie
MNC viabilitu
Fyziologické poškodenie
Normálna tetráda
3 letálne mutácie
2 letálne mutácie
1 letálna mutácia
abortívne
normálne
anomálne
vitálne
Hodnotenie xenobiotickej záťaže vyplývajúcej z
antropogénnych aktivít v životnom prostredí
vyžaduje
• indikáciu a evaluáciu ekotoxicity, environmentálnej genotoxickej deteriorizácie najmä v podmienkach „in situ“
• príslušný metodologický prístup a kvalifikovaný metodický indikačný postup
• verifikáciu, štandardizáciu, validizáciu indikačných postupov
• štúdium individuálnej, populačnej, resp. konkrétnej odpovede druhu či taxónu pri chronickej, cyklickej alebo jednorázovej expozícii
Poškodzovanie životného prostredia
V dôsledku interakcie s jednotlivými zložkami krajiny
ako aj v dôsledku interakcie týchto krajinných
zložiek medzi sebou sa tieto xenobiotické produkty -
ekotoxikologické faktory postupne transformujú,
pričom v zmenenej podobe potom spätne vplývajú na
zložky krajiny.
Na hodnotenie stavu, zmien, trendov, podmienok a
dopadov ich rozšírenia je potrebný monitoring a
kvalifikovaná odpovedajúca indikácia.
Prednosti bioindikácie genotoxicity rastlinami
• majú v dynamických médiách (vzduch, voda, pôda)
prirodzenú integrujúcu funkciu
• žijú priamo v životnom prostredí alebo sa tam implantujú
(pestujú) štandardizované modelové testovacie systémy
(napr. Tradescantia, Vicia, Arabidopsis) a tak umožňujú
hodnotiť znečistenie v reálnom komplexe zložiek
životného prostredia
• sú ľahko identifikovateľné
V rámci biomonitoringu umožňujú
rastliny preukazne charakterizovať
• kvantitatívne aj kvalitatívne procesy prebiehajúce za
rôznych podmienok a v rôznych oblastiach
• stav a perspektívy biologických podmienok v teritóriu pri
súčasnom pôsobení rizikových faktorov
• nielen prítomnosť xenobiotík ale aj monitorovanie
účinkov a rozsahu ich vplyvu na kvalitu a rozsah
prebiehajúcich biologických procesov
Prednosti bioindikácie genotoxicity rastlinami
•Základným materiálom na indikáciu a monitoring genotoxicity v
podmienkach “in situ” v znečistenom prostredí môžu byť
mikrospóry a peľové zrnká. Výber indikačných druhov však musí
spĺňať tieto základné kriteriá
1. Druhy musia byť diploidné. Tvoria haploidné peľové zrná, v ktorých
gény pre normálny vývin peľu sú zastúpené v jednej sade
chromozómov, takže ich poškodenie sa môže bezprostredne prejaviť.
Polyploidné druhy vylučujeme pre predpokladané poruchy meiózy z
dôvodu tvorby multivalentov.
2. Druhy tvoria v prirodzených podmienkach kvalitný peľ, podľa
predbežných analýz nesmie jeho abortívnosť prevyšovať 5%.
3. Rozšírenie druhov by malo byť bežné nielen na prirodzených
stanovištiach, ale aj v blízkosti sídlisk a priemyselných podnikov.
Druh kontrola najvyšia zistená
aberantnosť
doba
kvitnutia
Alisma plantago-aquatica L. 1,6+0,4 - VI-IX
Antriscus sylvestris (L.) Hoffm. 3,3+0,9 - IV-VI
Artemisia vulgaris L. 2,4+0,7 2,6+0,5 VII-VIII
Atriplex tatarica L. 0,6+0,2 0,6+0,6 VII-IX
Ballota nigra L. 2,0+0,6 5,7+1,6 VI-VII
Bellis perennis L. 2,0+0,4 - III-X
Berteroa incana (L.) DC. 1,2+0,3 2,5+0,4 VI-XI
Calluna vulgaris (L.) Hull 4,9+0,2 27,4+6,1 VI-X
Calystegia sepium R.Br. 1,6+0,2 4,4+0,6 VI-IX
Carduus acanthoides L. 1,2+0,2 3,9+0,8 VI-IX
Chaerophyllum bulbosum L. 2,2+0,3 - VI-VIII
Chelidonium majus L. 2,0+0,3 21,5+0,4 V-VIII
Indikačné druhy
Druh Spontánna abortivita Najvyššia zistená abortivity
Abies alba Mill. 0,4+0,2 22,5+2,8*
Acer platanoides L. 3,5+0,5 -
Alnus glutinosa (L.) Gaertn. 1,8+0,3 3,9+0,6
Betula pendula Roth. 2,0+0,5 7,1+0,3
Celtis occidentalis L. 2,5+0,3 -
Colutea arborescens L. 3,6+0,4 -
Cornus mas L. 2,7+0,3 10,7+1,5*
Corylus avellana L. 1,4+0,3 9,0+0,8*
Fagus sylvatica L. 4,5+0,5 9,4+2,0
Juniperus communis L. 1,7+0,3 4,3+1,2
Juniperus virginiana L. 1,6+0,2 5,6+1,6
Larix decidua Mill. 2,3+0,6 5,2+0,5
Ligustrum vulgare L. 0,5+0,2 0,9+0,2
Negundo aceroides Moench 2,1+0,3 8,2+0,9*
Picea abies (L.) H. Karst. 4,4+1,2 18,6+3,2
Indikačné druhy drevín
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Lokalita
Frek
venc
ia a
bort
ivity
( %
)
Frekvencia abortívnosti peľu Robinia pseudoacacia L.na
vybratých lokalitách Slovenska v r. 2014
1Moravský Ján, 2 Malacky, 3Devín , 4 Bratislava—Slovnaft, 5 Bratislava—Mlynská Dolina, 6 Malé
Karpaty Rača, 7 Žiar nad Hronom, 8 Javorníky Pov. Chlmec, 9 Prievidza, 11Ružomberok, 11 Veľký
Krtíš, 12 Prešov
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
Ab
orti
vit
a p
eľu
v %
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Lokalita
Abortivita mikrospór C. avellana L na Slovensku v r. 2013
1Moravský Ján, 2 Malacky, 3Devín , 4 Bratislava—Slovnaft, 5 Bratislava—Mlynská Dolina,
6 Malé Karpaty Rača, 7 Žiar nad Hronom, 8 Javorníky Pov. Chlmec, 9 Prievidza, 11Ružomberok, 11 Veľký
Krtíš, 12 Prešov
Tradescantia mikrojadrový test
klon 03
Tradescantia paludosa 03, frekvencia
mikrojadier
0
1
2
3
4
5
6
2010 2011 2012 2013
Fre
kv
en
cia
mik
roja
die
r (M
CN
/10
0 t
etr
ád
)
Kontrola
Most n. Ostrove
Lieskovec
Spaľovňa
Frekvencia abortivity peľu R. pseudoacacia L.
v transekte od diaľnice
0
5
10
15
20
25
1-10m 30-60m 80-110m 150-180m 200-250m nad 300m
Vzdialenosť
Fre
kv
enci
a a
bo
rtiv
ity
(%
)
Závod Červeník Kontrola
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Abo
rtiv
ita p
eľu
v %
Šafárikovo nám. Botanická záhrada UK
Abortivita peľu Taxus baccata
v Bratislave
Referenčný index abortívnosti mikrospór v
lokalite Bratislava, Spaľovňa
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2003
2005
2007
2009
2011
2012
2013
Ind
ikač
ný
in
dex
Frekvencia abortivity mikrospór, okolie Slovnaft, Bratislava
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tradescantia Datura Artemisia Conyza
Fre
kven
cia
abort
ivity (
%)
Kontrola
Most n. Ostrove
Lieskovec
Spaľovňa
0
1
2
3
4
2007 2009 2011 2013
rok
Ind
ika
čný
in
dex
allochtónne autochtónne
Porovnanie indikačného indexu medzi allochtónnymi
a autochtónnymi druhmi
Indikačný index abortívnosti mikrospór na študovaných
lokalitách v SR v rokoch 2005-2009-2013
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Spaľovňa,
Bratislava
Istrochem Duslo Šaľa Hlinikáreň Ž n/h PCHZ Žilina SCP
Ružomberok
Ind
ikačn
ý i
nd
ex
2005 2009 2013
Lok. č. 1. Revišťský Rybník R1
Lok. č. 2. Hliník nad Hronom R1
Lok. č. 3. Lehôtka pod Brehmi
Lok. č. 4. Bzenica I/65
Lok. č. 5. Hliník nad Hronom –I/65
Lok. č 6. Lehôtka pod Brehmi Lúky I/65
Lok.č.7. alúvium Hrona pri Lovči
Lok .č. 8. Žiar nad Hronom R1
Lok. č. 9. Horné Opatovce línia I/65
Lok. č. 10. Šášovské Podhradie – línia I/65
Priemerné indukčné indexy na monitorovaných lokalitách
v roku 2014
Indukčné indexy ekogenotoxicity na monitorovaných
lokalitách R1 vo a I/65 vegetačnom období roku 2014
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
ind
uk
čn
ý in
dex 20.5.2014
21.6.2014
19.7.2014
2.8.2014
Priemerné indukčné indexy na monitorovaných lokalitách v roku
2014 a 2015 porovnanie z rokmi 2008 až 2012 R1
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Lok.č. 1
R1
Lok.č. 2
R1
Lok.č.3
R1
Lok.č. 4
I/65
Lok.č, 5
I/65
Lok.č. 6
I/65
Lok.č. 7
R1
Lok.č. 8
R1
Lok.č. 9
I/65
Lok.č.10
I/65
ind
uk
čn
ý i
nd
ex
ek
og
en
oto
xic
ity
2008
2009
2010
2012
2014
2015
Frekvencia abortivity v tetrádach Calluna vulgaris
Retrospektívny monitoring ekogenotoxicity
0
10
20
30
40
50
60
1889 1965 1999 2002 2004 2009 2013
pre
kv
enci
a ab
ort
ivit
y v
tet
rádac
h
rok
Záhorská nížina
Žiar n. Hronom
Vysoké Tatry
Príklad retrospektívneho monitoringu na vybratých
lokalitách v Bratislave
Zea mays waxy test
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
Pov. Chlmec Dubeň Kontrola
frek
ven
cia
muta
ntn
ých
peľo
vý
ch
zŕn
(%
)
Frekvencia mutatných peľových zŕn u Zea mays (waxy) na
sledovaných lokalitách
Porovnanie denných koncentrácií peľových zŕn brezy
s percentuálnym podielom abortívnych peľových zŕn
na m3 vzduchu v roku 2003.
0
200
400
600
800
1000
1200
5.4
.
6.4
.
7.4
.
8.4
.
9.4
.
10
.4.
11
.4.
12
.4.
13
.4.
14
.4.
15
.4.
16
.4.
17
.4.
18
.4.
19
.4.
20
.4.
21
.4.
22
.4.
23
.4.
24
.4.
25
.4.
26
.4.
27
.4.
dátum
de
nn
ý p
oče
t p
eľo
vých
zŕn
/m3
vzd
uch
u
0
2
4
6
8
10
12
% a
bo
rtív
nych
pe
ľových
zŕn
Denná koncentrácia peľových zŕnKoncentrácia abortívnych peľových zŕn
Porovnanie denných koncentrácií peľových zŕn brezy
s percentuálnym podielom abortívnych peľových zŕn
na m3 vzduchu v roku 2009.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
10.4
.
12.4
.
14.4
.
16.4
.
18.4
.
20.4
.
22.4
.
24.4
.
26.4
.
28.4
.
30.4
.2.
5.4.
5.6.
5.
Dátum
denný p
očet peľo
vých z
ŕn/m
3 v
zduchu
0
2
4
6
8
10
12
14
16
% a
bort
ívnych p
eľo
vých z
ŕn
Denná koncentrácia peľov ých zŕn Koncentrácia abortív ny ch peľov ých zŕn
Zastúpenie abortívnych peľových zŕn zachytených na peľovom lapači v
rokoch 2009 a 2011. 2009 2011
Acer 388 10 2.58 Alnus 1186 20 1.69
Alnus 514 2 0.39 Ambrosia 2029 11 0.54
Ambrosia 1926 9 0.47 Artemisia 490 7 1.43
Artemisia 544 8 1.47 Betula 17382 503 0.01
Betula 4993 57 1.14 Carpinus 985 14 0.10
Carpinus 629 3 0.48 Chenopod. 256 11 4.30
Chenopod. 333 20 6.01 Corylus 809 22 0.12
Fagus 105 3 2.86 Fraxinus 1735 13 0.58
Fraxinus 912 2 0.11 Pinaceae 2535 52 2.05
Humulus 440 11 2.5 Plantago 202 6 0.50
Juglans 220 2 0.91 Poaceae 1583 94 5.94
Pinaceae 1641 51 3.11 Populus 2201 11 0.50
Plantago 794 49 6.17 Taxus 3191 116 3.64
Poaceae 2216 97 4.38 Urtica 3975 3 0.08
Populus 4607 207 4.49 Σ 44165 921 ---
Rumex 434 18 4.15 Priemer --- --- 2.09%
Salix 291 3 1.03
Taxus 3373 336 0.3
Tilia 147 27 18.37
Urtica 10611 1 0.01
Σ 40259 977 ---
Σ
abort.
peľ.
zŕn
%
abortivity
%
abortivityTaxón
Σ peľ.
zŕnTaxón
Σ peľ.
zŕn
Σ
abort.
peľ.
zŕn
Závery
• metodika dovoľuje na jednom mieste v rôznom čase sledovať a porovnať senzitivitu populácie, jednotlivých indivíduí, až po ich bunkovú úroveň
• efektívnosť metodiky je v permanentnom monitoringu kontaminovaných a neznečistených lokalít
• umožňuje detekovať lokálne, regionálne, globálne zmeny vo flóre ale i v životnom prostredí
• vyžaduje poznať parametre indikátorov, množstvo DNA v jadre, počet chromozómových cyklov, stupeň inhibície rastu a i. To dovoľuje presnejšiu a správnejšiu interpretáciu výsledkov testu
• nevyhnutnosť prísne dodržiavať stanovenú metodiku odberu a hodnotenia, metodiku monitoringu
• Detekovať evolučné zmeny a taxonomické dôsledky ekogenotoxickej deteriorizácie genómov
Závery
• Finančná nenáročnosť
• Operatívnosť a výhodnosť pri dlhodobom monitoringu i haváriách
• Rýchla a presná signalizácia kritických zmien v prostredí
• Kontinuálna indikácia a monitoring dynamiky stavov v ŽP
• Detekcia adaptovaných a tolerantných genotypov a ich využitie vo fytoremediačných stratégiách, v minimalizovaní negatívnych dopadov
Možnosti znižovania koncentrácie peľu a hubových spór v ovzduší:
- zachovávanie čistoty životného prostredia miest a dedín,
- včasné kosenie a ošetrovanie zatrávnených plôch, poľnohospodárskych úhorov a následné odstránenie pokosených častí rastlín z ošetrených plôch,
- ochrana mestskej zelene voči chorobám a škodcom, a pod.
Ďakujem za pozornosť