Fitoremediacja jako strategia oczyszczania gleby z zanieczyszczeń, w tym zanieczyszczeń substancjami ropopochodnymi

Zanieczyszczenie środowiska przyrodniczego ropą naftową oraz produktami jej obróbki stanowi coraz większy problem, zmuszający do podejmowania natychmiastowych skutecznych działań. Wraz ze zwiększonym popytem na ropę oraz jej pochodne ilość związków wydobywanych, przetwarzanych, transportowanych oraz magazynowanych również wyraźnie wzrosła w ostatnich dekadach. Do głównych metod rekultywacji skażonego środowiska należą metody mechaniczne, chemiczne oraz biologiczne. Obecnie jednym z najczęściej stosowanych podejść biologicznych jest wykorzystanie naturalnych zdolności mikroorganizmów, głównie bakterii, do rozkładu substancji toksycznych, jednakże liczne badania wskazują na znaczną efektywność również procesów fitoremediacji w usuwaniu różnego rodzaju ksenobiotyków. Fitoremediacja obejmuje rozmaite techniki, mianowicie: fitostabilizację, fitodegradację, fitoewaporację, fitoekstrakcję oraz fitostymulację. Coraz większą uwagę poświęca się zagadnieniu współpracy pomiędzy roślinami a innymi organizmami, przede wszystkim bakteriami i grzybami. Identyfikacja mikroorganizmów pełniących kluczową rolę we wspieraniu prawidłowego rozwoju, wzrostu oraz funkcjonowania roślin w nieprzyjaznym otoczeniu jest bardzo istotnym aspektem badań. Wykorzystanie naturalnych współzależności występujących pomiędzy rośliną a mikroorganizmami może stanowić doskonałą alternatywę dla znacznie bardziej inwazyjnych metod stosowanych obecnie (np. mechanicznych lub chemicznych). Efektywność zabiegów fitoremediacji w dużej mierze zależy od takich czynników jak: rodzaj skażenia, czynniki środowiskowe, typ roślin oraz mikroorganizmów. Metody biologicznego oczyszczania skażonego środowiska uznawane są przez wielu naukowców za jeden z najważniejszych kierunków we współczesnej ochronie środowiska oraz odnowie ekosystemów. Ze względu na udowodnioną szkodliwość niektórych węglowodorów znalezienie i opracowanie coraz bardziej skutecznych oraz opłacalnych ekonomicznie rozwiązań remediacji zróżnicowanych siedlisk jest niezwykle istotnym trendem biotechnologii i ochrony środowiska. Fitoremediacja może być stosowana jako niezależny zabieg, a także jako element uzupełniający innych strategii rekultywacyjnych

The influence of the bioavailability of zinc in the diet on its distribution in the body of the beetle P. oblongopunctatus

W związku ze wzrastającym uprzemysłowieniem oraz stopniem urbanizacji, skażenie metalami ciężkimi stanowi coraz większy problem, z którym muszą sobie radzić organizmy żywe. Ze względu na powszechne występowanie w środowisku oraz rolę mikroelementu, jaką pełni u wszystkich organizmów żywych, do badań wybrano cynk. Chociaż metal ten był już wielokrotnie badany w kontekście toksyczności dla chrząszczy z rodziny biegaczowatych (Coleoptera: Carabidae), do których należy Pterostichus oblongopunctatus, gatunek użyty do eksperymentów, to jednak niniejsze badania wypełniają istotną lukę w danych na temat wpływu biodostępności cynku w pokarmie na subkomórkową dystrybucję metalu w organizmie oraz ewentualnych zmian tego procesu w czasie. W klasycznym eksperymencie toksykokinetycznym chrząszcze eksponowane były na pokarm różniący się biodostępnością cynku przez 90 dni, a następnie zostały przestawione na pokarm czysty na 25 dni. W trakcie eksperymentu wybierano osobniki płci męskiej do oznaczenia stężenia metalu w poszczególnych frakcjach biochemicznych: C - części schitynizowane, S1 – frakcja metali związanych w metalotioneinach, enzymach oraz organellach komórkowych (stanowiąca pulę metalu dostępną dla wyższych poziomów troficznych), G – granule oraz S2 – frakcja metali związanych we fragmentach tkanek i błonach komórkowych. Te dwie ostanie frakcje (G i S2) stanowią pulę metalu trudno dostępną dla wyższych poziomów troficznych. Badania wykazały, iż chrząszcze z gatunku Pterostichus oblongopunctatus potrafią skutecznie regulować poziom cynku w organizmie. Stężenie cynku w organizmach chrząszczy w obu fazach eksperymentu utrzymywane było na stałym, stosunkowo niskim poziomie. W przypadku rozmieszczenia metali w poszczególnych frakcjach zauważono, iż niezależnie od typu pokarmu, którym chrząszcze były karmione, zarówno w fazie kontaminacji jak i dekontaminacji, udział cynku w puli biodostępnej dla wyższych poziomów troficznych (frakcja S1) był podobny i wynosił ok. 50%. Wyniki wskazują, iż cynk jest metalem dobrze regulowanym przez Pterostichus oblongopunctatus.Due to increasing degree of industrialization and urbanization, the contamination by heavy metals, including zinc, is a growing problem with which many organisms have to cope somehow. Zinc, however, is not only an industrial pollutant but, as a micronutrient, plays an important biological role in all living organisms. Although this metal has been previously examined in the context of its toxicity to the ground beetles (Coleoptera: Carabidae), including Pterostichus oblongopunctatus, there is still an important gap in the data on the effect of the bioavailability of zinc in the diet on its subcellular distribution, and how the physiological process of zinc regulation in an organism change over the time. To fill up this gap we used a classical toxicokinetic experiment in which beetles were exposed to food differing in the soluble Zn pool available to them (uptake phase, 90 days) followed by the decontamination period in which they were offered uncontaminated food (25 days). A few times during the experiment, the male beetles were sampled to determine the concentration of zinc in different biochemical fractions. First, legs, elytra and wings were removed from the beetle (fraction C) and the rest of the body was separated into three fractions: S1 (cytosolic) – containing microsomal and cytosolic components (e.g., metallothionein, enzymes and organelles), S2 (cellular debris) –comprising tissue and cell membranes and G – containing granules. The fraction S1 is important for the transport of metal to higher trophic levels in food web and fractions G and S2 are hypothesized to be unavailable for assimilation by a predator. The results showed that P. oblongopunctatus effectively regulate the levels of zinc in the body. The internal concentration of zinc was maintained at a relatively low and constant level in all fractions in both phases, regardless of the food type. Moreover, the proportion of zinc available for the higher trophic level was similar in both treatments - the beetles sequestered ca. 50% of Zn in fraction S1

Effect of cadmium bioavailability in food on its compartmentalisation in carabids

Metals assimilated by organisms are sequestered in various compartments and some forms are more stable than others. Sequestration mechanisms used by invertebrates to detoxify metals and prevent interaction with important biomolecules include metal binding to proteins and other ligands, and storage in inorganic granules. The rate and extent at which metal concentrations in different compartments respond to metal concentrations in food and food characteristics has not received much attention, despite being of great relevance. We performed an experiment on the carabid beetle Pterostichus oblongopunctatus exposed to Cd via food made of ground mealworm (Tenebrio molitor) larvae, either reared on Cd contaminated medium or artificially spiked after grinding with CdCl2 solution. Thus, in both cases we used the same type of food, differing only in the soluble Cd pool available to the predators, represented by P. oblongopunctatus. Subcellular compartmentalisation of Cd into organelles, heat-sensitive and heat-stable proteins (the first supernatant, S1 fraction), cellular debris (the second supernatant, S2 fraction) and metal-rich granules (G fraction) was checked a few times during the contamination (90 d) and decontamination (24 d) phases in a toxicokinetic experiment by using different centrifugation steps. The results showed no effect of the type of food (naturally, Cd-N, vs. artificially contaminated with Cd, Cd-A) on Cd sequestration kinetics in P. oblongopunctatus, but the amount of Cd sequestered in the S1 and G fractions were in general higher in the Cd-A than the Cd-N treatment, indicating that Cd transfer in the food web depends on the speciation of the metal in the food. The proportional distribution of Cd over different fractions was, however, similar in beetles fed both food types. Most of the accumulated Cd in the beetles existed as fraction S1 (ca. 35%), which is important for the transfer of metals to higher trophic levels in a food web

Effect of cadmium bioavailability in food on its compartmentalisation in carabids

Metals assimilated by organisms are sequestered in various compartments and some forms are more stable than others. Sequestration mechanisms used by invertebrates to detoxify metals and prevent interaction with important biomolecules include metal binding to proteins and other ligands, and storage in inorganic granules. The rate and extent at which metal concentrations in different compartments respond to metal concentrations in food and food characteristics has not received much attention, despite being of great relevance. We performed an experiment on the carabid beetle Pterostichus oblongopunctatus exposed to Cd via food made of ground mealworm (Tenebrio molitor) larvae, either reared on Cd contaminated medium or artificially spiked after grinding with CdCl2 solution. Thus, in both cases we used the same type of food, differing only in the soluble Cd pool available to the predators, represented by P. oblongopunctatus. Subcellular compartmentalisation of Cd into organelles, heat-sensitive and heat-stable proteins (the first supernatant, S1 fraction), cellular debris (the second supernatant, S2 fraction) and metal-rich granules (G fraction) was checked a few times during the contamination (90 d) and decontamination (24 d) phases in a toxicokinetic experiment by using different centrifugation steps. The results showed no effect of the type of food (naturally, Cd-N, vs. artificially contaminated with Cd, Cd-A) on Cd sequestration kinetics in P. oblongopunctatus, but the amount of Cd sequestered in the S1 and G fractions were in general higher in the Cd-A than the Cd-N treatment, indicating that Cd transfer in the food web depends on the speciation of the metal in the food. The proportional distribution of Cd over different fractions was, however, similar in beetles fed both food types. Most of the accumulated Cd in the beetles existed as fraction S1 (ca. 35%), which is important for the transfer of metals to higher trophic levels in a food web