Využití sekvenční extrakce na hodnocení vlivu arsenu na obsah a vazby vybraných prvků v rostlině

Mgr. Hana Beranová

Master's thesis

The use of sequential extraction for evaluation of arsenic effect on the content and binding of selected elements in plant

Abstract:

Diplomová práce se zaměřuje na využití sekvenční extrakce rostlinné biomasy pro hodnocení vlivu arsenu na rostliny špenátu setého. Zemina byla před vysetím špenátu kontaminována arsenem v podobě Na2AsO4 x 7 H2O. Pokus zahrnoval 4 varianty a každá z nich měla 3 opakování. První varianta pokusu byla kontrolní, bez kontaminace. Druhá varianta As1 byla kontaminována dávkou 50 ppm. Třetí varianta As2 byla kontaminována dávkou 100 ppm. Čtvrtá varianta As3 byla kontaminována dávkou 150 ppm. Čerstvá biomasa špenátu byla využita pro sekvenční extrakci. V práci jsou popsány účinky arsenu zejména na metabolismus rostlin. Ovlivnění biochemických pochodů v rostlinách arsenem je popisováno skrze ovlivňování příjmu vybraných prvků. Vybrány byly právě takové prvky, které jsou pro rostliny esenciální nebo hrají v metabolických dějích klíčovou roli, a zároveň se jedná o prvky z fyzikálně-chemického hlediska podobné. Ovlivnění metabolických pochodů v rostlině arsenem bylo hodnoceno z korelací u vybraných prvků. Těmito prvky byly fosfor, železo, zinek, měď, vápník, hořčík. Arsen ovlivňoval zejména vápník a fosfor. Úkolem bylo i zhodnotit, zda sekvenční extrakce potvrdí vliv stupňované dávky arsenu na metabolismus rostlin. Provedená sekvenční extrakce poskytla celkem 10 frakcí, z nichž čtvrtá (butanolová frakce z extraktu methanol -- voda) měla nejnižší hmotnost a nebylo tedy možno i analyzovat na obsah prvků. Z analyzovaných frakcí měly nejnižší hmotnost první (petroletherová z methanolového extraktu) a osmá (třetí butanolová frakce z extraktu voda + HCl + methanol). V první frakci byly analyzovány nejméně polární lipofilní sloučeniny. V osmé frakci byly nalezeny kyseliny fenylpropanového metabolismu a jejich soli a estery kyselin. Mezi frakce s nejvyšší hmotností patřila desátá, což byly extrakční zbytky, dále devátá frakce (pátá vodná frakce z extraktu voda + HCl + methanol) a třetí frakce (první vodná frakce z methanolového extraktu). Ve třetí frakci byly stanoveny některé aminokyseliny, organické kyseliny a jejich rozpustné soli. V desáté frakci byly stanoveny proteiny, glykoproteiny a cukerné fragmenty. Na arsen byla nejbohatší frakce první. Naopak nejméně arsenu obsahovala frakce desátá a devátá. Z uvedených korelací je patrné, že arsen je prvkem, který má významný vliv na metabolické děje v rostlině. Bylo vhodné využít sekvenční extrakci, neboť umožňuje rozdělit skupiny sloučenin z rostlinné biomasy pro další analýzu, díky které lze pak stanovit míru ovlivnění metabolických dějů.

Abstract:

The diploma thesis is focused on the use of sequential extraction for evaluation of arsenic effect on plants. The soil before planting spinach was contaminated with arsenic in the form Na2AsO4 x 7 H2O . The experiment included four variants, and each of them had 3 repeats. The first option was an attempt to control free from contamination. The second option As1 was contaminated with 50 ppm . The third option As2 was contaminated with 100 ppm. The fourth option As3 was contaminated with 150 ppm. Fresh spinach biomass was used for the sequential extraction. First, the thesis depicts arsenic effect on plants, in particular their metabolism. The influencing of biochemical processes in plants by arsen is described through the influencing of selected elements. The chosen elements are either essential for plants or play a key role in metabolic processes in plants, moreover they are similar to each other from the physical and chemical point of view. The evaluation of arsenic influencing of metabolic processes in plants is marked by correlation of the selected elements - phosphor, iron, zinc, copper, calcium and magnesium. Arsen influenced mainly calcium and phosphorus . Second, the thesis is to find out whether the sequential extraction confirms the assumption that the increasing doses of arsen could have an impact on the metabolism of plants. The sequential extraction has provided ten fractions in total. The fourth fraction (butane fraction made of methanol and water) was the least, on that account it was not able to be analysed on the content of elements. The least of the analysed fraction for the first one (petrolether one made of a methanol extract) and the eighth one (the third butane one of an extract of water + HCl + methanol). The largest fractions were the tenth one, which was the rest of the extraction, and the ninth one (the fifth water fraction of an extract of water + HCl + methanol) and the third fraction (the first water fraction of an extract of methanol). The first fraction were analyzed by the least polar lipophilic compound . The eighth fraction were found phenylpropane metabolism acid and salts and esters thereof . Among the fractions with the highest weight was one tenth , which were extract residues , as well as the ninth fraction ( the fifth fraction from an aqueous extract of water + methanol + HCl ) and the third fraction ( first aqueous fraction from the methanol extract). The third fraction were determined certain amino acids , organic acids and soluble salts thereof . In the tenth fraction were determined proteins, glycoproteins and fragments sugar . For arsenic was the richest fraction first . The least contained arsenic fraction tenth and ninth. To present the result, the first petrolether faction of the methanol extract was the richest in arsen. On the contrary, the last ninth and tenth factions contained the least amount of arsen. On the base of the completed correlation, apparently arsen is apparently the element with a significant impact on methabolic processes in plants. Furthermore, the use of sequential extraction was suitable, because it allows you to split the group of compounds from plant biomass for further analysis , thanks to which you can then determine the degree of influence of metabolic processes.

Keywords

fosfor, kontaminace prostředí, arsen, rostlina, stres, železo

Keywords

arsenic, plant, environment contamination, phosphor, stress, iron

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Daniela Pavlíková, CSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Care of Biosphere / Sustainable Biosphere Development