Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL."— Előadás másolata:

1 HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL

2 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, fungicidek amalgám, ipari hulladék a klóralkáli szintézisnél

3

4 2. Esettanulmány:  Minamata öböl, Japán Egy acetaldehidet gyártó üzem mellékterméke ülepedett ki ember meghalt tartósan sérült, remegés, központi idegrendszer degenerációja Ok: a Hg megjelent a táplálékláncban: halak  Brazília, Amazonas melletti aranybányászat amalgámszennyezése 130 tonna Hg került az Amazonasba évente.

5 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.

6

7 A higany felvétele és transzlokációja a gyökerekben

8 Különböző higanyvegyületek akkumulációja fűzfában

9 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.

10 A mer operon szerkezete merA: NADP függő, FAD- tartalmú merkuri reduktázt kódol. merB: metilmerkuri liáz

11 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.

12 merA gént expresszáló transzgénikus dohány növények 100 és 500 ppm Hg(II)-n (WT: vad típus)

13 merA gént expresszáló cottonwood növények Hg(II) tartalmú talajon 1 héttel a kezelés után (WT: vad típus)

14 merB és merA gént együttesen expresszáló Arabidopsis növények 0.2-es, 1 és 2 ppm-es metilmerkurit tartalmazó oldatban (WT: vad típus)

15  Transzgénikus növények: bakteriális MERB és MERA gének bevitele magasabbrendű növényekbe: Arabidopsis, Nicotiana, Liriodendron tulipifera  Irányított raktározás az elemi Hg-t learatható szervekben akkumulálják a növények: bakteriális merkuri transzport gének beépítése kompartmentáció a vakuólumban (metallotioneinek, szerves sav komplexek)  Vízi üledék tisztítása: Typha, Juncus, Spartina, Salix, nagy biomassza

16 Elemi higany a merA génnel transzformált Liriodendron növényekben (A. ábra) és az ugyancsak merA-val transzformált dohány növények tápoldatában (B. ábra) A. B.

17 A Se JELENTŐSÉGE A MAGASABBRENDŰ NÖVÉNYEKBEN. Se SZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL

18 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 toxikus Példa: Kesterson Reservoir, California  Szelén tartalmú alkalikus talaj, arid, szemiarid klíma  szelénfeldúsulás a víztározókban, csatornákban: halak, költöző madarak, emlősök mortalitása nő, fejlődési, szaporodási rendellenesség

19 2./ Kémiai tulajdonságai: kénhez hasonló szelenid (Se 2- ); Se (0); anaerob környezet, szelenit (SeO 3 2- ) (4+); szelenát (SeO 4 2- ) (6+), aerob környezet, neutrális, lúgos pH

20 3./ Se akkumuláló és nem akkumuláló növények a./ Hiperakkumulálók, Se tartalmú talajon élnek: több ezer mg Se/ kg száraztömeg Astragalus pectinatus, Astragalus bisulcatus, Morinda, Neptunia, Xylorhiza b./ Nem akkumulálók: Se tartalmú talajon nem akkumulálnak Atriplex nuttalii c./ Másodlagos Se akkumulálók: alacsony szeléntartalmú talajokon akkumulálnak 1000 mg/kg száraz tömeg koncentrációig Aster, Astragalus, Atriplex, Gutierrezia, Castilleja fajok

21 Astragalus racemosus

22 A Se akkumulációja és fitotoxikus hatása toleráns és érzékeny növényekben

23 4./ Se felvétel és hosszútávú transzport a./ A szelenát, szelenit és az organikus szelén felvétele  szelenát: aktív transzport  szulfát transzporterrel: - nagy affinitású (gyökér, PM), SHST1 gén - és kis affinitású rendszer (intercelluláris transzport, gyökér, hajtás), SHSTS3 gén  a transzporter expresszióját serkenti az O-acetilszerin gátolja 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.

24 A szelenát felvétele a növényekben: a szulfáttranszporter és működésének szabályozása

25 d./ Xilémtranszport:  a szelenit és SeMet főleg a gyökérben marad  a szelenát nagy része a hajtásba jut

26 5. A Se biokémiája a./ Miért esszenciális? Állatok: szelenoaminosavak: szelenocisztein (SeCys); SeMet Szelenoenzimek: 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 tRNS ser formában Növényekben eddig nem találtak szelenoproteineket.

27 6./ A Se asszimilációja és volatilizációja a./ Az ATP szulfuriláz szerepe: aktiválás a kénasszimilációhoz hasonló, enzimek a kloroplasztiszban SEBESSÉGMEGHATÁROZÓ: ATP szulfuriláz termék: adenozin-foszfoszelenát b./ Redukció: GSH-konjugált szelenit (GS-szelenit) nem enzimatikusan: szelenodiglutationná enzimatikusan, GSH reduktázzal: GS-szelenollá, majd GS-szeleniddé (GS-Se) c./ aminosav- és proteinszintézis-SeCys, SeMet

28 A Se asszimilációja

29 A Se beépülése aminosavakba

30 7./ A Se volatilizációja a./ A SeMet metilálódik  Metil-SeMet b./ KULCSENZIM: Metilmetionin hidroláz: dimetilszelenid (DMSe)  illékony c./ Metil-SeMet dekarboxilálódik transzaminálódik aldehid dehidrogenáz reakció Termék: dimetilszelenopropionsav (DMSeP) KULCSENZIM: DMSeP liáz: DMSe d./ Egyéb sebességmeghatározó lépések: A SeMet KÉPZŐDÉSE DMSe ÉS DMSeP KÉPZŐDÉS

31 A Se volatilizációja

32

33 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

34 9./ A fitovolatilizációt befolyásoló tényezők a./ Fajok közötti eltérés  rizs, brokkoli, káposzta: 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

35 c./ Környezeti faktorok: Se koncentráció és forma a talajban Szulfát koncentráció a talajban Évszakos 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 felfedezése transzgénikus növények: ATP szulfuriláz (indián mustár)

36 Az arzén a környezetben

37 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.

38 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

39 Középen a kettős transzformáns Arabidopsis növények, a két szélen az egy génnel transzformáltak, arzanáton nőve

40 Pteris vittata L., egy arzén hiperakkumuláló növény Kínából

41 Az As fito(bio)volatilizációja Penicillium previcaulis


Letölteni ppt "HIGANYSZENNYEZŐDÉS ELTÁVOLÍTÁSA FITOVOLATILIZÁCIÓVAL."

Hasonló előadás


Google Hirdetések