Zářením indukované změny v toxicitě polycyklických aromatických uhlovodíků pro primární procesy fotosyntézy lišejníků a vyšších rostlin

Mgr. Štěpán Zezulka, Ph.D.

Disertační práce

Radiation-induced changes in the toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons to primary processes of photosynthesis in lichens and higher plants

Anotace:

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) patří mezi nejrozšířenější persistentní organické polutanty na Zemi. Vlastnosti PAHs jsou dány jejich molekulovou hmotností a dalšími fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Jsou to látky toxické pro všechny živé organismy, některé jsou dokonce karcinogenní a mutagenní. Interakcí s různými faktory prostředí mohou být degradovány, ale i transformovány na produkty, které mohou být toxičtější a biodostupnější než původní sloučenina. Ultrafialové záření je absorbováno molekulami PAHs a vyvolává jejich fotomodifikaci. Polycyklické aromatické uhlovodíky v intaktní i fotomodifikované formě ovlivňují rostliny. Viditelným symptomům poškození však předchází ovlivnění biochemických a fyziologických procesů. Fotosyntéza a respirace, základní procesy energetického metabolismu rostlin, reagují citlivě na působení vnějších faktorů. Zejména primární procesy fotosyntézy jsou proto často využívány jako včasný indikátor stresu, vyvolaného například přítomností xenobiotik v prostředí. U vybraných druhů lupenitých lišejníků, Lasallia pustulata a Umbilicaria hirsuta, a zástupce vyšších rostlin, hrachu (Pisum sativum), bylo sledováno ovlivnění primárních procesů fotosyntézy koncentrační řadou fluoranthenu (FLT), která simulovala nízké až vyšší zatížení prostředí (0.01, 0.1, 1 a 5 mg/L). Hodnoceny byly parametry indukované fluorescence chlorofylu, u suspenze izolovaných chloroplastů hrachu také aktivita Hillovy reakce v závislosti na délce doby působení FLT. Výsledky prokázaly, že FLT v intaktní, ale zejména ve fotomodifikované formě (fFLT) v závislosti na koncentraci ovlivnil primární fotochemické procesy. Zejména nejvyšší aplikovaná koncentrace FLT i fFLT 5 mg/L, která simulovala vyšší zatížení prostředí, vyvolala signifikantní zvýšení základní fluorescence F0 a snížení potenciálního kvantového výtěžku PSII FV/FM i efektivního kvantového výtěžku elektronového transportu ΦII. Významný pokles byl zaznamenán také v aktivitě Hillovy reakce suspenze chloroplastů hrachu při působení FLT i fFLT.

Abstract:

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) belong to the most widespread persistent organic pollutants on the Earth. Their properties are given by the molecular weight and other physical and chemical properties. PAHs are toxic for all living organisms, some of them are even carcinogenic and mutagenic. Due to the interactions with another environmental factors they can be degraded but on the other hand they can be transformed into products which could be more toxic and more bioavailable than the parent compound. Ultra-violet radiation is absorbed in PAHs molecules and it causes their photo-modification. Polycyclic aromatic hydrocarbons in both intact and photo-modified form influence plants. Visible symptoms of injury are preceded by changes at the level of biochemical and physiological processes. Photosynthesis and respiration, two of basic processes of energetic metabolism in plants, respond sensitively to the influence of exogenous factors. Particularly primary processes of photosynthesis are therefore often used as an early indicator of stress, evoked by e.g. the presence of xenobiotics in the environment. In selected foliose lichen species, Lasallia pustulata and Umbilicaria hirsute and a representative of higher plants, pea (Pisum sativum) an affection of primary processes of photosynthesis by fluoranthene (FLT) was assessed. Applied concentration series of intact (FLT) and photomodified (phFLT) compound (0.01, 0.1, 1 and 5 mg/L) simulated low and higher environmental loading. Parameters of induced chlorophyll fluorescence and in the suspension of chloroplasts also the Hill reaction activity were evaluated with respect to the length of exposure period, too. The results proved that FLT in intact and especially in photomodified form influenced the primary photochemical processes. Particularly the highest concentration of FLT and phFLT applied (5 mg/L) caused significant increase of basal chlorophyll fluorescence F0 and the decrease of potential quantum yield of photosystem II FV/FM and the effective quantum yield of electron transport ΦII. Significant decrease was also recorded in the activity of Hill reaction in the suspension of pea plant chloroplasts when exposed to both forms of FLT.

Keywords

PAHs, fluoranthene, UV-radiation, photomodification, lichens, pea plants, photosynthesis, primary photochemical processes, chlorophyll fluorescence, Hill reaction, fluoranthen, UV záření, fotomodifikace, lišejníky, hrách, fotosyntéza, primární fotochemické procesy, fluorescence chlorofylu, Hillova reakce

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 29. 11. 2007

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 29. 11. 2007
• Vedoucí: doc. RNDr. Marie Kummerová, CSc.
• Oponent: prof. Ing. Miloš Barták, CSc., Doc. RNDr. Jan Tříska, CSc.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Biologie (čtyřleté) / Anatomie a fyziologie rostlin