Příjem a transformace sloučenin arsenu rostlinami čeledi šáchorovité

Bc. Vladan Golka

Master's thesis

The uptake and transformation of arsenic species by plants from family Cyperaceae

Abstract:

Souhrn Arsen je považován za zástupce skupiny rizikových prvků, které mohou kontaminovat životní prostředí. Tento prvek je však přirozeně přítomen v každé sféře, ať už se jedná o pedosféru, litosféru, atmosféru či hydrosféru. Z těchto sfér se často dostává do životního prostředí a to kombinací antropogenní činností a přírodními procesy. Můžeme tedy očekávat, že je arsen přirozenou součástí půd i vegetačního pokryvu. Vysoké koncentrace tohoto prvku však negativně ovlivňují rostliny, živočichy a v neposlední řadě i člověka. Zdroje těchto vysokých koncentrací jsou často antropogenního charakteru. Jedná se především o zemědělskou činnost v podobě používání přípravků obsahujících arsen, těžbu rud a spalování fosilních paliv, nejčastěji hnědého uhlí. Na území České republiky jsou to kupříkladu lokality spojené s bývalou těžbou zlatých a stříbrných rud, jako Kaňk, Malín, Mokrsko nebo Roudný. Cílem této práce bylo v nádobovém pokusu zjistit schopnosti rostlin čeledi šáchorovité (Cyperaceae L.) přijímat arsen z kontaminované půdy. A to konkrétně zástupci ostřice časná (Carex praecox L.), ostřice měchýřkatá (Carex vesicaria L.) a skřípina lesní (Scirpus sylvaticus L.). Dalšími cíli bylo zjistit, která část výše zmíněných rostlin, má nejvyšší akumulační schopnost, jaké formy arsenu se v jednotlivých částech vyskytují a zhodnotit případné anatomické abnormality rostlin vlivem těchto forem arsenu. V tomto pokusu byla použita půda z Mokrska a odebrané rostliny z Kaňku, Malína, Mokrska a Roudného. Vzorky byly pravidelně odebírány během vegetačního období. Na konci experimentu prošly kořeny rostlin mikrovlnnou lázní a byly prány v roztoku kyseliny šťavelové. Tento materiál byl podroben mokrému rozkladu za zvýšeného tlaku s fokusovaným mikrovlnným ohřevem. Pomocí hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICPMS) byl stanoven obsah arsenu.. Pro konkrétní sloučeniny arsenu bylo použito vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HPLC) a jako detektoru hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICPMS). Jednoznačně se potvrdilo, že výskyt jednotlivých sloučenin arsenu ve vyšších rostlinách a jejich distribuce do vyšších částí těchto rostlin, je jednoznačně ovlivněn druhem rostliny. Klíčová slova: arsen, šáchorovité, speciace, kontaminace

Abstract:

Abstract Arsenic is consindered one of the high-risk elements which can contaminate the living environment. But this element is naturally present in all of the Earth's spheres, whether it is the pedosphere, the lithosphere, the atmosphere or the hydrosphere. It gets into the living environment from these spheres through a combination of anthropogenic activity and natural processes. We can therefore expect that arsenic is a natural component of the soils and of the vegetational cover. However, high concentration of this element has a negative effect to plants, animals and last but not least to human kind. The source of this high concentration often comes from anthropogenic activity. This primarily means the agricultural activity with it's using of arsenic-including preparations, the mining of ores and the burning of fossil fuels, mainly the burning of lignite. In the territory of the Czech Republic we speak for example about the localities connected with the former mining of gold and silver ore like Kaňk, Malín, Mokrsko or Roudný. The aim of this thesis was to detect the abilities of the plants of the Cyperaceae family to accept arsenic from the contaminated soil using the pot experiment. The plants used in this experiment are the following type species: Carex praecox, Carex vesicaria and Scirpus sylvaticus. The next aims of this thesis were to find out which of the parts of the plants mentioned above has the best accumulative ability, which forms of arsenic can be found in each part, and to evaluate the eventual anatomical abnormalities of these plants due to the effect of these forms of arsenic. The soil from the site Mokrsko and the sample plants taken from Kaňk, Malín, Mokrsko and Roudný areas were used in this experiment. The samples were taken regularly during the vegetative period. The roots of the plants were bathed in the microwave bath and also washed in the solution of the oxalic acid. This material went through the wet digestion with higher pressure and focused microwave heating. Content of arsenic was determined by inductively coupled plasma mass spectrometry ( ICPMS ). Determination of arsenic compounds was accomplished by high-performance liquid chromatography (HPLC) using mass spectrometry with inductively coupled plasma (ICPMS ) as a detector. It was clearly confirmed that the content of each arsenic compound in the taller plants and their distribution to the higher parts of these plants is unambiguously determined by the species of the plant. Keywords: arsenic, cyperaceae, speciation, contamination

Keywords

arsen, šáchorovité, speciace, kontaminace

Keywords

arsenic, cyperaceae, speciation, contamination

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Jiřina Száková, CSc.
• Reader: Petr Drahota, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Care of Biosphere / Waste Use and Management