Zpět na úvodní stránku / Back to homepage
Stresová fyziologie rostlin
Co nás zajímá a proč?
Na zvyšujícím se stupni znečištění terestrických i akvatických ekosystémů se vedle oxidů síry a dusíku, těžkých kovů nemalou měrou podílejí i organické polutanty. Poškození životního prostředí v řadě oblastí na celém světě je varujícím signálem, že dlouhodobé působení toxikantů, pocházejících zejména z antropogenních zdrojů, ovlivňuje strukturu a funkci ekosystémů, diverzitu rostlinných druhů, vede ke snížení produkce a kvality biomasy a v neposlední řadě i ke snížení produkce kyslíku. Vysoký stupeň znečištění v některých oblastech může vést až k nevratné degradaci přírodního prostředí.
Laboratoř stresové fyziologie rostlin je zaměřena na studium vlivu perzistentních organických polutantů typu polycyklických aromatických uhlovodíků (PAHs) a těžkých kovů (Cd, Zn, Cu, Al) na rostliny, které jako dominantní složka terestrických ekosystémů mají schopnost tyto látky přijímat, transportovat, metabolizovat a akumulovat. Jejich prostřednictvím mohou xenobiotika vstupovat do vyšších úrovní potravního řetězce.
I přes významnou rizikovost těchto látek není doposud věnována dostatečná pozornost hodnocení jejich účinku na živé organismy a poznání jejich osudu ve všech složkách biosféry. Cílem našeho výzkumu je přispět dílčím způsobem k prohloubení dosavadních znalostí o působení této významné skupiny environmentálních kontaminantů na vegetaci.
Co je známo?
Polycyklické aromatické uhlovodíky:
Vlastnosti PAHs a jejich biologická aktivita může být ovlivněna biotickými (např. mikrobiální aktivita nebo oxidace za účasti cytochromu P450) a abiotickými (např. záření, teplota, vlhkost, acidita, obsah organické složky) faktory. V nedávné době bylo prokázáno, že jedním z nejvýznamnějších abiotických faktorů je ultrafialové záření (UV-A, UV-B), které způsobuje fotomodifikaci PAHs. Produkty fotomodifikace jsou mnohem toxičtější než původní sloučeniny, a to díky zvýšené rozpustnosti, reaktivitě a biodostupnosti. K nejrizikovějším částem rostlin patří listy, které jsou vystaveny suché nebo mokré depozici obsahující PAHs a současně slunečnímu záření.
Dosavadní výsledky
V naší laboratoři byla testována fyziologická odezva (test klíčivosti semen, test elongace kořene) rostlin salátu (Lactuca sativa L.) na benzo[a]pyren (BaP) a fluoranthen (FLT). V závislosti na koncentraci byl zaznamenán inhibiční, ale i stimulační účinek těchto sloučenin na klíčivost, růst primárního kořene a produkci biomasy. Toxicita BaP a FLT nebyla ovlivněna acidifikací prostředí, v přítomnosti humátu sodného (NaHU) byla snížena. Pokusy prokázaly významné mezidruhové rozdíly (Allium cepa L., Helianthus annuus L., Lactuca sativa L., Picea abies (L.) Karst., Sinapis alba L., Lycopersicum esculentum L., Triticum aestivum L. a Zea mays L.) v citlivosti k PAHs. Lipofilita FLT se významně uplatnila při inhibici klíčivosti semen s vysokým obsahem lipidů.
U rostlin kukuřice (Zea mays L.) byla prokázána akropetální translokace FLT, který primárně ovlivnil obsah fotosyntetických pigmentů (zejména chlorofyl a), následně příjem CO2 a růst rostlin. Z výsledků je zřejmé i snížení rychlosti příjmu živin (N a P).
Krátkodobá (48 hod.) expozice rostlin ječmene (Hordeum vulgare L.) FLT způsobila stejný inhibiční účinek (biomasa, fotosyntetické pigmenty) jako dlouhodobé (28 dní) chronické zatížení prostředí. Obsah FLT v rostlinných orgánech koreloval s obsahem FLT v prostředí, nejvyšší obsah byl zjištěn v kořenech.
Klíčivost semen salátu (Lactuca sativa L.), cibule (Allium cepa L.) a rajčete (Lycopersicum esculentum L.) i růstové charakteristiky klíčních rostlin byly využity pro indikaci toxicity také fotomodifikované formy FLT. Produkty fotomodifikace vyvolaly prokazatelně vyšší inhibici než intaktní FLT.
Intaktní a zejména fotomodifikovaná forma fluoranthenu ovlivnila primární procesy fotosyntézy Helianthus annuus, Pisum sativum, Vicia faba a Zea mays.
Fluoranthen ovlivnil i primární procesy fotosyntézy symbiotických řas lupenitých lišejníků Lasallia pustulata (L.) Mérat. a Umbilicaria hirsuta (Sw. ex Westr.) Hoffm.. Metodou indukované fluorescence chlorofylu bylo prokázáno významné zvýšení základní fluorescence (F0), pokles poměru variabilní ku maximální fluorescenci (FV/FM) a kvantového výtěžku elektronového transportu fotosystému II (ΦII). Pokusy potvrdily významnou akumulační schopnost lišejníků pro sloučeniny typu PAHs a mezidruhové rozdíly v citlivosti.
Aktuální problematika
Hodnocení růstu rostlin je významnou fyziologickou charakteristikou dokumentující ovlivnění organismu toxickými látkami. Neposkytuje však informace o rychlosti jejich příjmu, transportu a akumulaci, ani o možných místech a mechanismech jejich působení na subcelulární úrovni. Přitom změny v biochemických a fyziologických procesech způsobené toxikanty předchází vizuálním symptomům poškození organismu. Mnohé z nich mohou být využity jako biomarkery pro včasnou indikaci působení xenobiotik.
Proto je naše pozornost zaměřena na detailnější poznání účinků PAHs (intaktní i fotomodifikované formy) na jeden z významných procesů energetického metabolismu, fotosyntézu. Aplikace 14C značeného FLT navíc umožní stanovit rychlost příjmu, transportu a distribuce v rostlině.