Biologicky aktivní látky v rostlinách rostoucích na půdě kontaminované rizikovými prvky

Bc. Klára Nejdlová

Master's thesis

Biologically active compounds in plants growing at the risk element contaminated soil

Abstract:

V rámci dlouhodobě probíhajícího pokusu, založeného v roce 2008, v oblasti příbramskablízko Kovohutí Příbram, který se zabývá fytoremediací této lokality pomocí dvou druhů dřevin:vrb (Salix spp.) a topolů (Populus spp.), byl proveden odběr vzorků několika druhů rostlin zacílem zjistit, jaký je v nich obsah sledovaných rizikových prvků. Zároveň byly odebrány vzorkypůdy z pokusných polí pro stanovení obsahu rizikových prvků přímo v půdě. Dalším cílemexperimentu bylo posoudit reakci rostlinného metabolomu na obsahy těchto prvků v rostlinách.Každý z odebraných druhů rostlin (pampeliška lékařská, řebříček obecný, lipnice obecná atřezalka skvrnitá) se běžně vyskytuje na celém území ČR a bývá součástí diety řadyhospodářských zvířat, a to formou pastvy nebo jako součást sena či travní senáže. Tři zesledovaných rostlin jsou navíc léčivé byliny. Léčivé byliny jsou byliny hojně využívanépředevším ve farmacii a kosmetice, ale v biologickém zemědělství se uvažuje i o jejichterapeutickém využití u hospodářských zvířat.Obsahy prvků v půdě byly stanoveny technikou optické emisní spektrometrie s indukčněvázaným plazmatem (ICP OES). Na zájmové lokalitě byl v půdě zvýšený obsah kadmia (Cd) aolova (Pb) a zinku (Zn), mezi další sledované rizikové prvky patří chrom (Cr), měď (Cu) a nikl(Ni). V rostlinách byly zaznamenány zejména zvýšené obsahy kadmia, kdy nejvyšší hodnotybyly zaznamenány v případě třezalky skvrnité. Nespecifická analýza obsahových látekv rostlinách byla provedena metodou vysokoúčinné kapalinové chromatografie spojenés vysokorozlišovacím hmotnostním spektrometrem QTOF (kvadrupól - time of flight).Všechna získaná chromatografická data byla korelována s jejich obsahem rizikovýchprvků v příslušných rostlinách. Ve všech vzorcích byly výsledky korelace filtrovány podlevysoké korelační hodnoty, mezní bod byl korelační koeficient hodnoty r = 0,9/-0,9. Látky, kterésilně korelovaly s příslušnými rizikovými prvky byly převedeny do grafů a ty byly potéporovnány. Byly zaznamenány rozdíly jak mezi jednotlivými druhy rostlin, tak i mezijednotlivými prvky. Obsah rizikových prvků v mnohých případech pozitivně ovlivnil obsahbiologicky aktivních látek v rostlinách zejména v případě esenciálních a rostlinám prospěšnýchprvků, jako je Cu, Cr a Ni. Naopak v případě Cd, Pb a Zn reagoval rostlinný metabolompřevážně negativně. Následujícím krokem dalšího výzkumu p by pak měla být identifikace akvantifikace těch látek, které byly přítomností sledovaných prvků ovlivněny nejvíce.

Abstract:

This works is a part of long-term experiment, established in 2008, in the Příbram region near Kovohutě Příbram, which deals with phytoremediation of this locality using two species of fast growing trees: willows (Salix spp.) and poplars (Populus spp.). Several plant species were sampled to see the content of monitored risk elements that was in them. A the same time, samples of soil from the experimental fields were taken as well to see content of these risk elements in the soil. Another goal was to assess the response of the plant metabolome to this higher contents of risk elements in plants. Each of the collected plant species (common dandelion, common yarrow, rough bluegrass, St.John's wort) is commonly found throughout Czech Republic and is part of common diet of livestock, in the form of pasture or as part of hay or grass silage. Three of these plant species are medicinal herbs. Medicinal herbs are widely used in pharmacy and cosmetics, they are also considered for therapeutic use in organic livestock husbandry.The contents of elements in soil were determined by optical emission spectrometry with inductively coupled plasma (ICP OES). At the locality of interest, the soil content of cadmium (Cd), lead (Pb) and zinc (Zn), other monitored risk elements include chromium (Cr), copper (Cu) and nickel (Ni). In plants, increased levels of cadmium were recorded, highest values have been reported for St. John's wort. Non-specific analysis of constituents in plants was performed by combined high performance liquid chromatography with a high-resolution mass spectrometer Q-TOF (quadrupole - time of flight). All obtained chromatographic data were correlated with their content of risk elements in plants. In all samples, the correlation results were filtered by high correlation values, the cut-off point was the correlation coefficient r = 0.9 / -0.9. Substances that strongly correlated with the relevant risk elements were transferred to the charts and these were then analysed. Differences were recorded both between each of the plant species and between each of the elements. Higher content of risk elements had a positive effect on the content biologically active substances in plants in many cases, mainly in the case of essential elements and elements beneficial for plants such as Cu, Cr and Ni. In case of Cd, Pb and Zn, on the other hand, the plant metabolome reacted mostly negative. The next step in further research should be the identification of quantification of those substances which were most affected by the presence of the monitored elements.

Keywords

rizikové prvky, příjem rostlinami, biologicky aktivní látky, LC-QTOF, léčivé byliny

Keywords

LC-QTOF, medicinal herbs, risk element, uptake by plants, biologically active compound

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 7. 2020

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Jiřina Száková, CSc.
• Reader: Alena Hejtmánková, CSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Animal Science / Animal Nutrition and Dietology