Vliv arsenu na metabolismus hyperakumulující rostliny

Petra Bulejčíková

Diplomová práce

The effect of arsenic on metabolism of hyperaccumulating plants

Anotace:

Cílem této diplomové práce je hodnocení vlivu rostoucího obsahu arsenu v půdě na obsah fosforu, železa a na vybrané volné aminokyseliny v nadzemní biomase rostlin. Byly stanoveny dvě hypotézy: (1) s rostoucí kontaminací půdy arsenem bude ovlivněn příjem fosforu a železa rostlinou; (2) zvýšená koncentrace arsenu bude mít za následek změny v obsahu aminokyselin v rostlině. Hyperakumulátory arsenu jsou schopny tento prvek akumulovat do své biomasy v extrémních koncentracích, a proto mohou být využity k fytoremediaci půd. V nádobovém pokusu byly pěstovány pokusné rostliny Pteris cretica (PC) a Pteris vittata (PV) -- každý druh ve čtyřech variantách. Přídavek arsenu do půdy byl 0, 20, 100 a 1000 mg As/kg půdy (varianty K, As1, As2 a As3). Během pokusu byly provedeny dva odběry nadzemní biomasy. Varianta As3 byla pro rostliny PC toxická a nemohla být odebrána kvůli úhynu rostliny. Z výsledků je patrné, že obsah arsenu v rostlině rostl s nárůstem arsenu v půdě a byl ve všech variantách vyšší u PV a tato rostlina má tedy vyšší akumulační schopnost oproti PC. Příjem fosforu se zvyšující se dávkou arsenu v půdě se významně neměnil. Jen u PV v prvním odběru byl zaznamenán mírně stoupající trend. Nejvyšší obsah fosforu byl u PC naměřen v dávce As1 u obou odběrů. Obsah železa u obou rostlin vykazoval stoupající trend, jen v druhém odběru u PC byl v dávce As2 zaznamenán pokles oproti kontrole. Analýza obsahu aminokyselin potvrdila naši hypotézu a ukázala změny v obsahu aminokyselin v závislosti na změně obsahu arsenu v rostlinách. Obsah alaninu vykazoval stoupající trend u obou rostlin, a to v prvním odběru a byl ve všech variantách vyšší u PV. Obsah kyseliny glutamové se zvyšoval se stoupajícím obsahem arsenu u obou rostlin. Obsah glutaminu vykazoval stoupající trend jen v druhém odběru u PC a byl ve všech variantách vyšší u PV. Obsah prolinu byl vyšší u PV než u PC a jeho obsah rostl s nárůstem obsahu As v rostlině. U rostlin PC tomu tak bylo jen v prvním odběru. Methionin byl v rostlinách nalezen až v druhém odběru. Jedná se o první pokus s těmito rostlinami, který může poskytnout vstupní informace pro další studium dané problematiky.

Abstract:

The aim of this thesis is to evaluate the effect of increasing arsenic content in the soil on content of phosphorus and iron and on selected free amino acids in the aboveground biomass of plants. Two hypotheses were established: (1) the uptake of phosphorus and iron by plants will be affected by the increasing arsenic soil contamination; (2) increased concentration of arsenic will be resulted into the changes of amino acids contents of plant. Arsenic hyperaccumulators are able to accumulate this element to their biomass in exceptional concentration. For this ability, they can be used to the phytoremediation of contaminated soil. Pteris cretica (PC) a Pteris vittata (PV) were cultivated in pot experiment, each species in four variants. Doses of arsenic were: 0, 20, 100 and 1000 mg As/kg of soil (variants K, As1, As2 and As3). Aboveground biomass of plants was harvested twice during experimental period. As3 variant was toxic for PC and plant died. Results showed increasing arsenic accumulation in plant aboveground biomass grown under the increasing As content in the soil and As contents were higher in all PV variants in contrast to PC. This species has higher accumulative ability than PC. The P uptake with the increasing As dose in the soil was not changed significantly. Only the 1st sampling of PV showed slight increasing trend. The highest P content of PC was determined in As1 for both samplings. The Fe content of both species increased. Only the 2nd sampling of PC showed Fe decrease for As2 in comparison with the control. Analyses of contents of amino acids (AA) confirmed our hypothesis and they showed changes of AA contents in relationship to changes of As contents in plants. The content of alanine increased in both plants in the 1st sampling period. Its content was higher in all PV variants. Glutamic acid content had the increasing trend simultaneously with the increasing As content of both plants. Glutamine content increased only in 2nd sampling of PC and its content was higher in all PV variants in contrast to PV. The content of proline was determined higher in PV than PC and its content increased with As content in plant. Methionine was found in plants only in second sampling period. This is the first experiment with these plants which can bring elementary data for another research.

Klíčová slova

Pteris, stres, železo, arsen, aminokyseliny, fosfor

Keywords

stress, iron, arsenic, amino acids, phosphorus, Pteris

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 3. 4. 2015

Obhajoba závěrečné práce

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

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program / obor:
Péče o biosféru / Odpady a jejich využití