A LEVEGŐSZENNYEZÉS ÉS A GLOBÁLIS VÁLTOZÁSOK

Természetes levegőszennyezők: vulkánok, villámlás, erdőtüzek, mocsarak Antropogén szennyeződések: az első ipari forradalom óta, 150 éve mérik A légszennyeződések típusai: helyi, regionális, globális - gázok, aeroszolok - vizes depozíció: vízben oldott anyagok (levélfelvétel), eső, köd - száraz depozíció: levél, talaj

Globális változások:  megnövekedett hőmérséklet (aeroszolok, üvegházhatást okozó gázok) 2.1 oC globális hőmérséklet növekedés 2050-re  megnövekedett CO2 koncentráció: (280 µl /l 230 éve, 365 µl/l most) megnövekedő fotoszintézis, biomassza produkció  megnövekedett UV-B sugárzás (Ok: ózonlyuk a sztratoszférában) Növényi válaszreakciók: rezisztens növények elterjedése, szelektálása

Üvegházhatást okozó gázok

A környezetszennyező gázok élettartama a légkörben

A légszennyező gázok fitotoxikus hatásai

LÉGSZENNYEZŐDÉST OKOZÓ HALOGÉNEZETT SZÁRMAZÉKOK Legtöbbjük antropogén eredetű:  előfordulás: ppb koncentráció tartományban  nagy stabilitás (néhány hét – 10 000 év); lipofil sajátság; inertek; nem gyúlékonyak

Fő csoportjaik:  halogénezett alifás szénhidrogének: klórozott szénhidrogének halonok (és egyéb CFC származékok)  klórozott dioxin és furán származékok  klórozott aromás származékok

Biofilterek A levegőben és vízben lévő szennyeződések kivonása: porózus adszorbens, folyadékfilm borítással, mikroorganizmusok (pl. diklórmetán)

1./ Rövid szénláncú, halogénezett alifás származékok (RHALF) (széntetraklorid, diklór-metán, triklór-etilén, halon)  műanyaggyártás, vízhatlanító anyagok, oldószerek, textiltisztítók, fémfeldolgozó ipar  teljesen halogénezett metánszármazékok: halonok (tűzoltás) a./ Az egész légkörben eloszlanak, hosszú élettartam. A termelés mértéke meghaladja a természetes degradáció mértékét. A SZTRATOSZFÉRA ÓZONRÉTEGÉNEK CSÖKKENÉSÉT OKOZZÁK!

Kis reakcióképesség: ellenállnak a mineralizálódásnak A széntetraklorid és a tetraklóretilén reduktív deklorinációja. Aerob és anaerob mikroorganizmusok is degradálják.

b./ Toxicitás:  állati szervezetre: CCl4, CHCl3 - májkárosodás  növényekre:adszorbeálódnak a kutikulában (fenyőtű) Hosszútávú hatás, különösen más stresszorokkal kombinálódva:  napfény + RHALF - fotoaktiváció: pigment degradáció  UV-B + RHALF - aktív RHALF intermedierek: pigment és tilakoid membrán degradáció

Oka: szabad gyökök képződése oxidatív stressz enzimatikus folyamatok gátlása DNS és RNS molekulák sérülése  Növényi védekező mechanizmusok: konjugátum képzés glutationnal glutation S-transzferáz aktivitás aktiválódik c./ A természetes depozíció sebessége: tetraklóretilénnél 0.1  0.052 mm s-1 , a fenyőtűben mért koncentrációk: ng g-1 FW

2./ Klórozott dibenzodioxin, dibenzofurán és bifenil származékok a./ hőcserélő, vákuumolaj komponens, kondenz folyadék, festékek, tinták, ragasztók alapanyaga  hosszú élettartam, a talajban, szedimentumban is feldúsulhatnak. b./ Hatás a növényekre: gyökérfelvétel is lehet levélben akkumulálódhat, speciális szervekben koncentrálódhat: barka, fenyőtű Növényekre nem jelentős mértékű a hatás: felhalmozódhatnak azonban a táplálékláncban.  metabolizálódhatnak a növényekben konjugátumképzés O-glukoziltranszferázok által

A halogénezett anyagok (dioxinok, halogénezett bifenilek) bioremediációs stratégiái: tápanyagadagolás a mikróbáknak (N, P) és felületaktív anyagok használata Levegőztetés (amennyiben vízből vonják ki) A környezet beoltása jól degradáló baktériumokkal Fitoremediáció: az algák és a növények jól felveszik, átalakítják és degradálják a szerves szennyezések egy részét. Levegőztető rendszer

A talajfelszíni vizek szennyeződése A Föld vízkészleteinek 2%-a édesvíz. Magyarország vízkészletének 5%-a ered az ország területéről. Az édesvíz formái a szárazföldön: csapadékvíz felszín alatti vizek felszíni vizek A vízben található idegen anyagok: oldott gázok oldott sók és szerves anyagok lebegő szennyezések, mikroszennyezők

Vízminőség: Kémiai vízminősítés: a vízek lágysága Na+ , foszfát és nitrát tartalom oldott oxigén (szennyezők oxidálódása) SZERVES ANYAGOK: Mennyiségüket azzal az oxigénmennyiséggel jellemezzük, ami oxidálódásukra elfogy. Biokémiai oxigénigény (BOI): a vízben levő szerves anyag earob eloxidálásához szükséges oxigénmennyiség (mg/l-ben, átlag 5 nap időtartam alatt). Kémiai oxigénigény (KOI): a vízminta kálium-permanganáttal történő egyórás forralása során elhasználódott vegyszerrel egyenértékű oxigénfogyás.

Mikroszennyezők: Íz és szagkárosítók, egészségre ártalmasak.  szervetlenek: nehézfémek kőolajszármazékok, fenantrén, fenol, mosószerek, herbicidek, inszekticidek, fungicidek, klórozott szénhidrogének

termékek, H2S, NH3 Biológia vízminőség: Négy tulajdonságcsoport: halobitás - biológiailag fontos sók összessége trofitás - az vízi ökoszisztéma elsődleges szervesanyag termelése szaprobitás - a holt szerves- anyag lebontásának mértéke élőlények táplálékául alkalmas toxicitás - algatoxinok, bomlás- termékek, H2S, NH3 Eutrofizálódás: megoldás a szervetlen anyagok eltávolítása.

Cylindrospermum raciborskii Hepatotoxikus alkaloidot termel, cilindrospermopszin a neve.

A felszíni vizeket is meg lehet tisztítani szerves szennyeződésektől növényekkel

A metolachlor és az atrazin herbicidek degradációjának hatékonysága a vízinövények, a Ceratophyllum>Elodea>Lemna szöveteiben Elodea canadensis Lemna minor

A DDT-t a „seaweed” kitűnően degradálja

A talaj szennyeződése A talajszennyezések típusai: radioaktív anyagok fluor, ólom, berillium, arzén, réz, kén növényvédőszerek: 2.4-D 2-4 hétig marad meg, Monuron20-200 hétig higany, réz policiklusos szénhidrogének Rákkeltőek közülük: 3.4-benzpirén, 3.4-bezfluorantén, 1.2-benzatracén Származnak: ipari üzemek, gázgyárak kőolajfinomítók, közlekedés szennyezéseként. ásványiolaj származékok

SZERVES SZENNYEZŐDÉSEK FELVÉTELE ÉS TRANSZPORTJA A NÖVÉNYEKBEN a./ Gyökéren keresztül történő felvétel: nincs kutikula diffúzió a PM-ig a felvétel mechanizmusa a vízoldékonyságtól, töltéstől függ pH viszonyok b./ Levélfelvételnél: a kutikula döntő lipofil tulajdonság, szénatomszám növényvédőszereket felületaktív anyagokkal

Szisztemikusan transzlokálódó anyagok: végigfutnak a. növényen Szisztemikusan transzlokálódó anyagok: végigfutnak a növényen (fluometuron, gyapot) A kezelés helyén maradó vegyületek (Cyperus esculentus, chlorimuron, a gumóban marad) c./ Exkréció lehetősége: levélen (Scirpus lacustris, gyökéren fenolt vesz fel, hajtásban kiválasztja) volatilis halogénszármazékokat is (1,2-dibrómetán) gyökéren: levélen alkalmazott 2,4-D-t, Dicamba-t, napraforgó, repce)

Szerves szennyeződések inaktiválódásának lehetőségei a növényekben I. Konjugátum képzés a./ Az alkoholos és fenolos -OH csoportok glükozilációja pl. -D-glükozid; O-malonil--D-glükozid konjugálódik a pentaklórfenolhoz b./ Karboxil csoport glükozilációja pl. 2,4-D glükozilészterei, Triticum dicocconban egyéb cukrok: nikotinsav arabinózzal c./ Aminocsoportok glükozilációja pl. 3,4-diklór-anilin glükózzal d./ Karboxil csoport konjugációja aminosavakkal pl. Glycine-ben a szenzitív genotípus aminosavakkal, a toleráns glükózzal konjugálta a 2,4-D-t.

e./ Konjugáció peptidekkel GLUTATION (GSH) konjugátumok: Fontos példa: atrazin, a kukorica gyomirtószere - Rezisztens növények: GSH-val konjugálják (Andropogon qerardii, Panicum virgatum) - Szenzitív növények: N-deetilálták.  Homoglutation konjugátumok: Gly helyett Ala Alacsony mólsúlyú egyéb peptidek: pl. fenollal kapcsolódnak

II. Oxidáció a./ Hidroxiláció  N-alkil származékok:az alkil csoport hidroxilálódik C1-C5 alkánok: CO2-ig oxidálódnak aromás szénhidrogének oxidációjának első lépése (benzpirén, benzantracén) benzoesav: o- és p-pozícióban b./ Hidrolitikus hasítás: a xenobiotikumok észtercsoportja hasítódik c./ A gyűrű felhasadása d./ központi szerep a herbicid metabolizmusban

A növényvédőszerek degradációja is hasonló módon történik

III. A folyamatban szereplő enzimek a./ Citokróm P450-dependens monooxigenázok Diverz géncsalád: 300 gén az Arabidopsisban Vannak konzervált funkciójú izoenzimek: hormon, szterol és oxigenált zsírsavszintézis Biokémiai jellemzők: - hem proteinek - elektrontranszfer a NADPH-ról az O2-re - monooxigenáz reakció, oxidált szubsztrát + víz R-H +O2 +NADPH +H+  R-OH + H2O + NADP+ - NADPH  Cyt P450 reduktázok (FAD és FMN koenzimmel) Cyt P450 - az ER citoplazmatikus felszínéhez kötődnek N- -terminusukkal - CO gátolja, a CO-Cyt P450 komplex fénnyel felbontható

A cytP450 működése és a géncsaládok közti kapcsolatok szorossága

Biokémiai jellemzők (P450): inaktiválódhat: epoxid, aldehid, peroxid keletkezhet a reakcióban, az enzimfehérje degradálódik, H2O2 keletkezik a reakció során, suicide inhibitor, eltűnik a szövetek öregedése folyamán Gyors növényvédőszer metabolizmusra azok a fajok képesek: hipermetabolizálók, mert a CYT P450 pontmutációt szenvedett, új izoenzimek indukálódtak P450 gént tartalmazó transzformáns növények: baktérium vagy emlős gént vittek be először Streptomyces griseolus talajbaktérium génjét vitték be dohányba, tranzit peptid a plasztiszba, ferredoxin a redukáló erő ez egyidejűleg aktiválhat is proherbicideket

Bioremediáció céljából: A Rhodococcus baktérium képes tiokarbamát herbiciden, mint N és S forráson élni, P450 génjét bevitték a kukorica rhizoszférában lakó baktériumokba, amelyek eltávolították az EPTC (tiokarbamát) herbicidet. b./ Polifenoloxidáz rendszer a plasztiszban o-difenol oxidáz p-difenoloxidáz monofenol monooxigenáz a plasztisz a fenolok, alkánok és arének oxidálásában fontosak c./ peroxidáz, kataláz