Energetický metabolismus (fotosyntéza) rostlin v prostředí kontaminovaném léčivy

Bc. Ján Šmeringai

Master's thesis

Energetic metabolism (photosynthesis) of plants in environment contaminated by drugs

Abstract:

Vysoká koncentrace léčiv, neefektivní čistírny odpadních vod a využití odpadních vod, kalů a hnoje v zemědělství způsobují zvýšené riziko výskytu léčiv v prostředí, kde jsou v kontaktu s necílovými organismy jako jsou rostliny. Tyto interakce můžou ovlivnit procesy fotosyntézy. Cílem této diplomové práce bylo posoudit a porovnat možnou toxicitu naproxenu (NPX) a paracetamolu (PCT), které jsou běžně detekované ve vodním prostředí, na růst okřehku menšího Lemna minor L. a fotosyntetické procesy na úrovni orgánů a buněk. Výsledky ukázaly, že přítomnost vyšších dávek NPX (10 a 30 mg/L) negativně ovlivní hlavně počet vytvořených rostlin a pokryvnost okřehku, přičemž hmotnost sušiny byla stimulována. PCT neměl žádný vliv na tyto parametry. Přítomnost obou léčiv snížila obsah chlorofylu a, chlorofylu b a karotenoidů u vyšších zatížení (10 a 30 mg/L), přičemž nízké dávky NPX stimulovaly obsah pigmentů. Parametry pomalé fluorescenční kinetiky ukázaly inhibici fotosystému II v přítomnosti NPX 30 mg/L, zatímco PCT způsobil stimulaci FV/FM a ΦII v 1 a 10 mg/L. Sledován byl i přímý vliv léčiv na suspenzi chloroplastů. Parametry (Vj, Vi) rychlé fluorescenční kinetiky (OJIP) ukázaly negativní efekt NPX a PCT po 30 a 50 minutách expozice. Žádný efekt přítomnosti léčiv na fotosytém I nebyl pozorován. Efektivita Hillovy reakce byla snížená při vystavení suspenze chloroplastů NPX o koncentraci 300 mg/L. Tyto výsledky naznačují, že NPX a PCT mohou mít negativní efekt na primární procesy fotosyntézy, avšak negativní efekt PCT je mírnější než u NPX.

Abstract:

High consumption of drugs, ineffective wastewater treatment plants and use of wastewater, biosolids and manure in the agriculture result in frequent presence of drugs in the environment, where they are in contact with non-target organisms such as plants. These interactions can affect processes of photosynthesis. The aim of this diploma thesis was to assess and compare the possible toxicity of naproxen (NPX) and paracetamol (PCT), which are commonly detected in the aquatic environment, on the growth of Lemna minor plants and photosynthetic processes on both organ and sub-cellular level. Results proved that the presence of higher doses of NPX (10 and 30 mg/L) affected negatively especially the number of duckweed plants and relative coverage per well, whereas their dry weight was stimulated. PCT did not cause any changes of these parameters. Both drugs reduced the contents of chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids in higher doses (10 and 30 mg/L), whereas low doses of NPX stimulated the content of pigments. Parameters of slow fluorescence kinetics showed an inhibition of photosystem II under exposition to 30 mg/L NPX, whereas PCT caused a stimulation of FV/FM and ΦII in 1 and 10 mg/L. Direct impact of drugs on chloroplast suspension was also determined. Parameters (Vj, Vi) of the fast fluorescence kinetics (OJIP) showed negative effect of NPX and PCT after 30 and 50 minutes of exposition respectively. No effect of drugs on photosystem I was detected. Effectivity of Hill reaction was reduced under exposition to NPX (300 mg/L). These results suggest that NPX and PCT have possible negative effect on primary processes of photosynthesis, and the negative effect of PCT is milder than NPX.

Keywords

Fotosyntéza, Znečištěné životní prostředí, Léčiva, Naproxen, Paracetamol, Photosynthesis, Polluted environment, Pharmaceuticals

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 6. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 16. 7. 2021
• Supervisor: RNDr. Štěpán Zezulka, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Plant Biology / Experimental Plant Biology