SlideShare a Scribd company logo
1 of 26
Download to read offline
FITOREMEDIJACIJAFITOREMEDIJACIJA
dr.sc. Ivana RadojĀiþ Redovnikoviþ, doc.dr.sc. Ivana RadojĀiþ Redovnikoviþ, doc.
iradojci@pbf hriradojci@pbf hriradojci@pbf.hriradojci@pbf.hr
17.11.2010.17.11.2010.
Laboratorij za tehnologiju i primjenu stanica i biotransformacijeLaboratorij za tehnologiju i primjenu stanica i biotransformacije
KaĀiþeva 30KaĀiþeva 30
Zavod za biokemijsko inženjerstvoZavod za biokemijsko inženjerstvo
PrehrambenoPrehrambeno--biotehnološki fakultetbiotehnološki fakultetPrehrambenoPrehrambeno biotehnološki fakultetbiotehnološki fakultet
SveuĀilište u ZagrebuSveuĀilište u Zagrebu
FITOREMEDIJACIJA PESTICIDAFITOREMEDIJACIJA PESTICIDA
Pesticidi
ƒ Pesticidi su tvari koje se upotrebljavaju za
sprjeĀavanje/ograniĀavanje djelovanja ili za uništavanje
l k h k ž d lraznolikih vrsta organizama koji ugrožavaju zdravlje
Āovjeka ili uništavaju njegova dobra
ƒ Koriste se od davnina uglavnom u poljoprivredi
P l b d 2500ƒ Prvi zapis o ciljanoj uporabi pesticida – 2500 g. pr.n.e.
Sumerani su upotrebljavali spojeve na bazi sumpora u
svrhu kontrole insekata i grinjasvrhu kontrole insekata i grinja
ƒ U 15. st. uporaba arsena, žive i olova kao insekticidap ,
ƒ U 17. st. uporaba ekstrakta lišþa duhana (nikotin-sulfat)p
ƒ U 19. st. uporaba prirodnih pesticida: piretrini (ekstrakt
krizantema) i rotenon (ekstrakt tropskih biljaka)
ƒ 1939. godine otkriþem insekticidnog djelovanja DDT
(2,2-bis(p-klorfenil)-1,1,1-trikloretan) zapoĀinje “era
i id ”pesticida”
ƒ Industrijska proizvodnja i masovna uporaba zapoĀinjuIndustrijska proizvodnja i masovna uporaba zapoĀinju
nakon 2. svjetskog rata
ƒ Uporaba pesticida u posljednjih 50 godina porasla je 50ƒ Uporaba pesticida u posljednjih 50 godina porasla je 50
puta
ƒ Svake godine upotrijebi se oko 2,3 milijuna tona
pesticida
Podjela pesticidi
P i idi dij li iƒ Pesticidi su mogu podijeliti:
¾ prema ciljnim organizmima¾ prema ciljnim organizmima
¾ prema kemijskoj strukturip j j
¾ prema mehanizmu djelovanja
Podjela pesticida prema ciljnim organizmima i
kemijskoj strukturikemijskoj strukturi
HERBICIDI
(korov)
INSEKTICIDI
(insekti)
FUNGICIDI
(plijesni i gljivice)
( )
• bipiridili
• klorfenoksi spojevi
(insekti)
• piretroidi
• organofosfati
(plijesni i gljivice)
• tiokarbamati
• ditiokarbamati
• glifozat
• acetanilidi
organofosfati
• karbamati
• klorirani ugljikovodici
• ditiokarbamati
• bakrene soli
• tiabendazoli
• triazini
g j tiabendazoli
• triazoli
• dikarboksimidi
RODENCIDI
dikarboksimidi
(glodavci)
• kumarini
i d di i
REPELENTI
(odbijanje insekata i
LIMACIDI
(mekušci)
AKARICIDI
(grinje i pauci)
• indandioni
( j j
divljaĀi)
• dietiltoluamidi
(m ) (g j p )
NEMATOCIDI
(nematode)
ALGICIDI
(alge)(nematode) (alge)
Podjela pesticida prema mehanizmu djelovanja
FEROMONI ATRAKTANTI STERILANTI
Podjela pesticida prema mehanizmu djelovanja
FEROMONI
kemijske supstancije
za komunikaciju istih
ATRAKTANTI
privlaĀe štetnike
svojim mirisom
STERILANTI
uzrokuju sterilnost
organizmaj
vrsta
REPELENTI
g n zm
DESIKANTISINERGISTI
odbijaju štetnike
svojim mirisom
ubrzavaju sušenje
(uvenuþe) nadzemnih
dij l bilj k
uporaba s ostalim
pesticidima i
pojaĀavaju njihovo
RETARDANTI
INHIBITORI
dijelova biljakapojaĀavaju njihovo
djelovanje
regulatori rasta (ubrzavaju
zriobu sjemena, smanjuju
klijavost i rast izdanaka)
INHIBITORI
inhibitori rasta
Uporaba pesticida
veterinarska
djelatnost
zaštita bilja
industrija
¾ fungicidi
¾ herbicidi
¾ insekticidi
sanitarna
higijena
kuþanstvo
higijena
kuþanstvo
ƒ Pesticidi su riješili problem malarije tifusa žuteƒ Pesticidi su riješili problem malarije, tifusa, žute
groznice i drugih bolesti (prenosioci insekti)
ƒ Uporaba pesticida postala je neophodna buduþi da ne bi
bila moguþa masovna proizvodnja hrane nužna za
h t išt Z lj i d š ji hi ij kiprehranu stanovništva Zemlje i današnji higijenski
standard života
ƒ Pesticidi uzrokuju oneĀišþenje okoliša, a spora
razgradnja velikog broja pesticida postupno dovodi dog j g j p p p
bioakumulacije (nakupljanja u okolišu)
N ti Āi k ži ti j k i bilj t tƒ Negativan uĀinak na životinjske i biljne vrste te
mikrofloru tla, Āime se znaĀajno narušava i smanjuje
biološka raznolikostbiološka raznolikost
Upotreba pesticida u Hravatskoj
„ Podaci su Hrvatske gospodarske komore za:
¾ 2007. godine je proizvedeno 4822 tona pesticida,
uvezeno 8198 tona -10473 tone pesticida za hrvatsko
tržištetržište
¾ 2009. godine je proizvedeno 3879 tona pesticida,¾ 2009. godine je proizvedeno 3879 tona pesticida,
uvezeno 5760 tona - 8939 tone pesticida za hrvatsko
tržište
„ Certifikat o znanju za rukovanje pesticidima, potvrda
o registriranom obiteljskom poljoprivrednom
d t ili d þ di i i jgospodarstvu ili poduzeþu – radi sigurne primjene
pesticida u EU
„ Pravilnik za korisnike pesticida propisuje da se 'sredstvo
mora primjenjivati u skladu s rješenjem o registraciji ilimora primjenjivati u skladu s rješenjem o registraciji ili
dozvoli te u skladu s uputama, upozorenjima i
obavijestima na etiketi – u RH nitko ne nadzire
„ Ambalaža od iskorištenih pesticida prema Uredbi o
kategorijama vrstama i klasifikaciji otpada predstavljakategorijama, vrstama i klasifikaciji otpada predstavlja
opasni otpad.
„ Prema Zakonu o otpadu svaki proizvoāaĀ i uvoznik
sredstava za zaštitu bilja na vlastiti trošak mora
i i ti d j k lj j t d b l žorganizirati odvojeno skupljanje otpadne ambalaže.
S druge strane krajnje korisnike pesticida još uvijek„ S druge strane, krajnje korisnike pesticida još uvijek
nitko ne kontrolira nego su prepušteni samokontroli i
uputama na boĀicama pesticida.p p
Upotreba pesticida po hektaru obradive površine u EU
Izvor: Eurostat, 2009; Statistical
Office of the Republic of Slovenia,
2008; Phytosanitary Administration2008; Phytosanitary Administration
of the Republic of Slovenia, 2009.
ToksiĀnost pesticida
ƒ Glavna svojstva pesticida:ƒ Glavna svojstva pesticida:
¾topljivost u mastima i akumuliranje u masnom tkivup j j
¾dugotrajno djelovanje (teško razgradljivi u organizmu)
¾akumulacija u okolišu
ƒ ToksiĀnost: akutna i kroniĀna
ƒ SubtoksiĀna koliĀina pesticida izaziva suptilne
biokemijske i strukturne lezije organizmaj j g
¾smanjenje obrambene sposobnosti organizma
¾ ti tj j d k ij k¾negativan utjecaj na reprodukcijske procese
¾mijenjanje genetskih faktora (mutagenost,
kancerogenost i teratogenost)kancerogenost i teratogenost)
Akutna toksiĀnost pesticida
ƒ Podjela prema preporuci WHO:
PODJELA PESTICIDA
PREMA AKUTNOJ
TOKSIÿNOSTI
obzirom na LD50
1B. SKUPINA 3. SKUPINA1.A SKUPINA 2. SKUPINA
ƒU RH pesticidi se obzirom na LD oralni inhalacijski ili
vrlo opasni neznatno opasnikrajnje opasni umjereno opasni
ƒU RH pesticidi se obzirom na LD50 oralni inhalacijski ili
dermalni svrstavaju u jednu od 3 skupine3 skupine otrova: T+ -
vrlo jaki otrov; T – otrov; Xn – štetna tvarvrlo jaki otrov; T otrov; Xn štetna tvar
KroniĀna toksiĀnost pesticida
ƒ Pesticid može imati i nisku akutnu toksiĀnost, ali biti
lipofilan i sklon nakupljanju u organizmu i tlu Āime
predstavlja veliku opasnost za ljudski organizam i okolišpredstavlja veliku opasnost za ljudski organizam i okoliš
ƒ Sposobnost nakupljanja pesticida u organizmu raĀunaSposo nost na up janja p st c a u organ zmu raĀuna
se iz omjera LD50 kroniĀno/LD50 akutno
PODJELA PREMA SPOSBNOSTIPODJELA PREMA SPOSBNOSTI
NAKUPLJANJA U
ORGANIZMU
IZRAZITO JAKO UMJERENO SLABO
NAKUPLJANJE
LD50 kroniĀno/
LD50 akutno<1
NAKUPLJANJE
LD50 kroniĀno/
LD50 akutno 1-3
NAKUPLJANJE
LD50 kroniĀno/
LD50 akutno 3-5
NAKUPLJANJE
LD50 kroniĀno/
LD50 akutno>5LD LD
Postojanost pesticida u tlu
ƒPostojanost pesticida u tlu odreāena je vremenom
potrebnim za razgradnju pojedinog pesticida do
netoksiĀnih sastojaka
ƒŠto je veþa postojanost pesticida u tlu to je veþaƒŠto je veþa postojanost pesticida u tlu to je veþa
vjerojatnost njegove bioakumulacije u okolišu
PESTICIDI
IZBORAPODJELA PREMA
POSTOJANOSTI U TLU
VRLO
P
UMJERENO SLABOVRLO
POSTOJANI
(> 2 god.)
POSTOJANI
(6 mj.-2 god.)
UMJERENO
POSTOJANI
(1 mj.-6 mj.)
SLABO
POSTOJANI
(<1 mj.)
Kruženje pesticida u prirodi
ƒ Pesticidi postaju sastavnim dijelom biogeokemijskih ciklusa
kruženja tvari ili stvaraju vlastite cikluse kruženja
¾ pesticidi na poljima prodiru kroz tlo te dospijevaju do podzemnih voda
¾ do vode pesticidi mogu doprijeti i izravno padanjem u vodu ili pak erozijom
i ispiranjem tlap j
¾ dio pesticida u tlu ili u vodi kemijski i biološki se razgraāuje, a drugi dio se
isparavanjem vraþa u atmosferu
Biološka magnifikacija
Porast koncentracije
toksina u prehrambenom
l i lj diĀ ilancu i posljediĀni porast
toksiĀnosti. Pojava je
karakteristiĀna zakarakteristiĀna za
postojane organske
oneĀišþivaĀe:
¾ pesticidi
¾ t l i j i¾ organometalni spojevi
npr. metil-živa
¾ poliklorirani bifenili i
dioksini
ƒ Rachel Carson: Silent spring: u svojoj knjizi upozoravap g j j j p
na katastrofalan utjecaj DDT-a na okoliš i ljudsko
zdravlje; njegova uporaba se smanjuje i na kraju
b j j 1972potpuno zabranjuje 1972. g.
poĀetak “zaštite okoliša”p
ƒ UnatoĀ zabranama uporaba u Aziji, Africi i J. Americi
ƒ Zabranom uporabe odreāenog pesticida njihova se
koncentracija u okolišu vremenom smanjujekoncentracija u okolišu vremenom smanjuje
Popis aktivnih tvari iz skupine pesticida koji su svrstani
t j k Āišþi Ā (POP)u postojane organske oneĀišþivaĀe (POP) prema
Stockholmskoj konvenciji i godine zabrane
AKTIVNA TVAR DOZVOLJEN OD
ZABRANJENA
PRIMJENA OD
Heksaklorbenzen (HCB) 1962. 11. 7. 1980.
Kamfeklor (toksafen) 1962. 27. 4. 1982.
Endrin 1962. 29. 5. 1989.
Aldrin 1962. 1972.
Dieldrin 1958. 1972.
Heptaklor 1956. 1973.
Heksaklorcikloheksan (HCH) 1944. 1972.
DDT 1941 1972.
Lindan 1944. Srpanj 2001.
Heksaklorbutadien ---- ----
Mireks ---- ----
Dikofol 1949. 2001.
Postotak pozitivnih uzoraka na HCB I DDTp
Srednja vrijednost POP pesticida u humanom mlijeku (Ăg
kg-1 mlijeĀne masti) u razdoblju 1977 1998 godine Ukg 1 mlijeĀne masti) u razdoblju 1977.-1998. godine U
Zagrebu
„ 2009. godine Zavod za javno zdravstvo u Zagrebu
kontrolirao je ispravnost više od 11 000 uzoraka voþa ikontrolirao je ispravnost više od 11.000 uzoraka voþa i
povrþa te oko 500 uzoraka nije zadovoljilo
„ Najviše zabrinjava Āinjenica da je u dijelu uzoraka
pronaāen i veþ trideset godina zabranjeni pesticidp g j p
DDT
Risk assessment of the intake of pesticides in Croatian diet
Knezevic et al, Food Control 23 (2012) 59-65.
Strategije smanjenja rizika od ostatakaStrategije smanjenja rizika od ostataka
pesticida u okolišu
Z k d fi i k i l i d lj i t t kƒ Zakonom se definira maksimalni dozvoljeni ostatak
pesticida nakon primjene
ƒ Strogi kriteriji kod registracije novih pesticida:
¾ toksiĀnost za neciljne organizme (selektivna
toksiĀnost)
¾ t ij l k t i ij d ih d¾ potencijal kontaminacije podzemnih voda
¾ potencijal razvoja otpornosti štetnika
ƒ Uporaba biopesticida (niska toksiĀnost, selektivnost,
visoka djelotvornost i biorazgradljivost)
¾mikrobiološki pesticidi
¾inkorporirani zaštitni agensi¾inkorporirani zaštitni agensi
¾biokemijski pesticidi (npr. seksualni feromoni)
ƒ Integrirani pristup tretiranju štetnika (Integrated
Pest Management-IPM)
¾kontrola štetnika, a ne uništavanje Āitave populacije
¾odabir optimalnog trenutka za uklanjanje štetnika
¾biološka kontrola¾biološka kontrola
¾preventivna kultivacija
¾mehaniĀke metode uklanjanja štetnika¾mehaniĀke metode uklanjanja štetnika
ƒ FITOREMEDIJACIJA PESTICIDA
Fitoremedijacija pesticida
ƒAlternativna tehnika za uklanjanje pesticida iz tla, vode i
zraka
ƒIstraživanje se uglavnom provode na pesticidima koji se
ubrajaju u postojane organske oneĀišþivaĀe (Persistentubrajaju u postojane organske oneĀišþivaĀe (Persistent
Organic Pollutant-POP)
ƒKarakteristike biljaka koje se koriste u fitoremedijaciji
pesticida:
¾otpornost na pesticide koje uklanjaju
¾moguþnost ulaska pesticida i/ili metabolizma pesticida¾moguþnost ulaska pesticida i/ili metabolizma pesticida
¾velika biomasa
¾jednostavna manipulacija i kultivacijajednostavna man pulac ja kult vac ja
ƒ Postoji nekoliko mehanizama ulaska pesticida u biljkuPostoji nekoliko mehanizama ulaska pesticida u biljku
koji ukljuĀuju interakcije biljke s tlom i zrakom:
¾ pesticidi prisutni u tlu mogu se adsorbirati na korijenu
i/ili se apsorbirati u korijenu te transportirati u
apikalne dijelove biljke kroz ksilemapikalne dijelove biljke kroz ksilem
¾ pesticidi u zraku (aplikacije pesticida u obliku spreja¾ pesticidi u zraku (aplikacije pesticida u obliku spreja
ili isparavanje iz tla) mogu se apsorbirati u listove
biljaka
ƒ Moguþnost ulazaka pesticida u biljku ovisi o:
¾ fizikalno kemijskim svojstvima pesticida (topljivost u¾ fizikalno-kemijskim svojstvima pesticida (topljivost u
vodi, tlak para, lipofilnost-koeficijent raspodjele n-
oktanol/voda, molna masa)oktanol/voda, molna masa)
¾ okolini (npr. temperatura, pH, organska tvar, vlažnost
l )tla)
¾ biljnoj vrsti (vrsta korijena i enzima)¾ biljnoj vrsti (vrsta korijena i enzima)
Lipofilnost-koeficijent raspodjele n-oktanol/voda
C oktanol
C voda
Kow=
Ulazak i transport neioniziranih molekula
Transformacijski procesi pesticida u biljkamaTransformacijski procesi pesticida u biljkama
ƒU višim biljkama pesticidi se mogu metabolizirati krozj p g
nekoliko biokemijskih procesa kroz tzv. “green liver”
model, koji se može podijeliti u tri osnova stupnja:
¾ stupanj I – konverzija
¾ stupanj II – konjugacija¾ stupanj II konjugacija
¾ stupanj III – sekvestracija
ƒ Enzimski sustavi citokrom P450 monooksigenaze i
glutation-S-transferaze imaju kljuĀnu ulogu u
metabolizmu pesticidametabolizmu pesticida
Stupanj I – prevoāenje pesticida u manje hidrofobne metabolite pomoþu citokroma P450
Stupanj II pesticidi ili metaboliti stupnja I konjugiraju se s glutationom šeþerima iliStupanj II – pesticidi ili metaboliti stupnja I konjugiraju se s glutationom, šeþerima ili
aminokiselinama dajuþi vodotopljive spojeve
Stupanj III – o ATP-u ovisne membranske pumpe prepoznaju konjugate i prenose ih
kroz membranu te se akumuliraju u vakuolama, prenose u aloplast ili ugraāuju u staniĀnuj p p g j
stijenku u pektinske, hemicelulozne i celulozne frakcije
Biljni enzimi koji sudjeluju u transformaciji nekih
herbicida (Phytoremediation Rhizoremediation Mackova et alherbicida (Phytoremediation Rhizoremediation, Mackova et al
(eds), 169-178, 2006.)
Herbicidi Djelovanje Metabolizma u biljci
atrazin, simazin (triazini) inhibitori
fotosinteze
dehalogeniranje te hidroksilacija;
N-dealkilacija; GST konjugacijafotosinteze N dealkilacija; GST konjugacija
acetoklor, metolaklor
(kloracetanilidini)
inhibitori sinteze
proteina i lipida
GST konjugacija i
komparmentalizacija u vakuolama,
O-demetilacija s citokromom P450sO demetilacija s citokromom P450s
2,4-diklorfenoksioctena
kiselina
uzrokuje abnormalan
rast i razvoj
hidroksilacija; konugacija sa
šeþerima i aminokiselinama
l f h k l k lglifozat inhibicija biosinteze
aromatskih molekula
kompartmentalizacija u vakuole i
organele
klortoluron, klorsulfuron, inhibitori N-demetilacija s P450s i C-
diuron, isoproturon (ureaze) fotosinteze hidroksilacija te konjuguacija s
glukozom
Istraživanja na podruĀju fitoremedijacijej p j j j
pesticida
„ Istraživanja fitoremedijacije pesticidima usmjerena
su na Āetiri podruĀja:
¾ dekontaminacija tla
d k i ij i id i d i di þ¾ dekontaminacija pesticida iz vode i sedimenta pomoþu
vodenih biljaka
d k t i ij d ih d þ d þ¾ dekontaminacija podzemnih voda pomoþu drveþa
¾ uporaba transgeniĀnih biljaka
Uklanjanje DDT iz tla
„ DDT je insekticid skupine organokloriranih uglikovodika
koji se ubraja u izrazito postojane organske
Āišþi ĀoneĀišþivaĀe
D l n m t b lit k j s n l p i di p pŁ DDD„ Dva glavna metabolita koja se nalaze u prirodi p,p -DDD
[1,1-diklor-2,2-bis(4-klorofenil)etilen] i p,pŁ-DDE [1,1-
diklor-2,2-bis(4-klorofenil)etan], ( ) ]
„ Zabranjen je za uporabu
Mo et al., Chemosphere 73 (2008) 120-125.
Biljka
Biomasa
(g/uzgoju)
Postotak
uklonjenog DDT (%)
MV1 145 bc 70.3 a
MV2 143 bcd 52.9 b
MV3 150 bc 51.6 b
MV4 158 b 51 8 bMV4 158 b 51.8 b
MV5 208 a 60.7 ab
MV6 157 b 54.6 b
MV7 134 cd 63.1 ab
MV8 147 bc 47.1 c
lucerna 2 24 e 56 5 blucerna 2.24 e 56.5 b
ljulj 4.59 e 51.5 b
teosint 126 d 54.4 b
ƒ Ispitano je 8 kultivara kukuruza (Zea mays) i tri vrste stoĀne
kontrola – 15.4 d
p j ( y )
hrane: lucerna (alfalfa -Medicago sativa), ljulj (Lolium
multiflorum) i teosinta (Zea mays ssp. parviglumis)
Uklanjanje heksaklorcikloheksana (HCH) iz tlaUklanjanje heksaklorcikloheksana (HCH) iz tla
„ Heksaklorcikloheksan (komercijalni naziv-lindan) je
insekticid skupine organokloriranih ugljikovodika i
b j t j k Āišþi Āubraja se u postojane organske oneĀišþivaĀe
U i di l i i HCH ǀ HCH HCH ĵ„ U prirodi se nalaze izomeri Ĵ-HCH, ǀ-HCH, ǁ-HCH, ĵ-
HCH i Ķ-HCH
„ Zabranjen je za uporabu
Unos HCH
Abhilash et al., Chemosphere 72 (2008) 79-86.
Biljna vrsta Vrsta
Unos HCH
(Ăg / g dw)
Lantana camara L. grm 30.29
Erianthus munja
ljekovito
bilje
13.23
Calotropis procera (Ait). Ait. grm 25.25
Withania somnifera (L.) Dunal grm 33.48
Solanum torvum L.
ljekovito
bilje
44.10
Achyranthes aspera L.
ljekovito
bilje
25.59
Dalbergia sisso drveþe 27.12
Allium cepa L.
ljekovito
bilje -luk
13.65
„ Praþenja je koncentracija i raspodjela izomera HCH u 8 biljnih vrsta
u kontaminiranom podruĀju
Uklanjanje atrazina iz tlaUklanjanje atrazina iz tla
„ Atrazin je herbicid skupine triazinskih herbicida -
inhibitor fotosinteze
„ Vrijeme polu raspada u tlu 120 dana
„ Godišnje se koriste milijarde tona atrazina
„ Prirodna razgradnja u tlu nije dovoljna te zaostaje u tlu i
di k lj di i i j tlvodi kao posljedica ispiranja tla
Merini et al., Enviromental Pollution (2009) 1-5.
20 %
„ Ispitan je ljulj (Lolium multiflorum var. Bill) te je utvrāena
tolerantnost na atrazin i velika poĀetna brzina razgradnje
„ Ispitan je mehanizam tolerantnosti
inhibicija P450 sustava p m þu 1 amin benz triaz la (ABT)¾ inhibicija P450 sustava pomoþu 1-aminobenzotriazola (ABT)
Phytoremediation of Pesticide Contaminated Soil in
KazakhstanKazakhstan
A. Nurzhanova, P.Kulakow, K. Zhambakin, I. Rakhimbayev, A. Sedlovskiy, S. Kalugin, E.
Rubin, L. Niketevich, L. Kalmukov, (ISTC Grant K-750)
„ Cilj projekta:
¾ procjena koncentracije pesticida u tlu (tlo u
podruĀju napuštenih skladišta pesticida – 2 mjesta)
¾ identifikacija tolerantnih biljaka u podruĀju
kontaminacije koje imaju moguþnost akumuliranja
i/ili d j sti idi/ili razgradnje pesticida
¾ kvantitativna i kvalitativna analiza ostataka¾ kvantitativna i kvalitativna analiza ostataka
pesticida u tlu i biljkama
Koncentracija pesticida u tlu (mjesto 1) – veþa od
d št k t ij 2 5 4 5 tdopuštene koncentracije 2,5 - 4,5 puta
350
250
300
da
a- HCH
150
200
pesticid
ȝg/kg
b- HCH
g- HCH
4 4-DDE
100
150
konc.
ȝ
4,4-DDE
2,4-DDD
4,4- DDT
0
50
0-5 5-10. 10-20.
dubina tla (cm)
Koncentracija pesticida u tlu (mjesto 2) – veþa od
d št k t ij 10 d 1000 t
3500
dopuštene koncentracije 10 do 1000 puta
2500
3000
icida
a- HCH
b- HCH
1500
2000
.pest
ȝg/kg
g- HCH
4,4-DDE
500
1000
konc
,
2,4-DDD
4,4- DDT
0
0-5 5-10. 10-20.
4,4 DDT
dubina tla (cm)
Eksperiment je postavljen u stakleniku
Od ispitanih 123 biljnih vrsta - 17 je tolerantno
Tolerantne biljne vrste
Porodica Tolerantne vrste biljaka
Artemisia annua Ambrosia artemisifolia
Asteraceae
Artemisia annua, Ambrosia artemisifolia,
Xanthium strumarium, Erigeron canadensis,
Artemisia absinthium, Onopordon acanthium,
L t t t iLactuca tatarica
Amaranthaceae Amaranthus retroflexus
Chenopodiceae Kochia scoparia; Atriplex tatarica
Brassicaceae Barbarea vulgaris; Descurainia SophiaBrassicaceae Barbarea vulgaris; Descurainia Sophia
Polygonaceae Rumex confertus; Polygonium aviculare
Cucurbitaceae Brionia alba
Poaceae Aelgilops cylindrical, Bromus tectorum
Akumulacija pesticida u biljkama – tlo iz mjesta 2
9000
10000
1,3,4,9 - visoka akumulacija
2,5-8 - srednja akumulacija
10-13 – niska akumulacija
6000
7000
8000
ȝg/kg
j
3000
4000
5000
Pesticidi,
0
1000
2000
3000
P
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Biljna vrsta
1- Artemisia annua; 2 - Erigeron ȕanadensis, 3 - Xanthium strumarium;
4 - Kochia scoparia; 5 - Barbareae vulgaris; 6 - Kochia sieversiana,4 Kochia scoparia; 5 Barbareae vulgaris; 6 Kochia sieversiana,
7 -Amaranthus tricola cult; 8 - Ambrosia artemisifolia; 9 - Solanum
dulcamara, 10 - Artemisia absinthium; 11 - Medicago sativa, 12 - Aȉlgilops
cylindrical , 13 - Rumex confertus
Uklanjanje pesticida iz vode pomoþu vodenih
biljaka
ƒ Vodene biljke imaju veliki potencijal uklanjanja
pesticida iz vode
ƒ Djeluju na mjestu kontaminacije u prirodnim
moĀvarnim podruĀjima
ƒ Velika raznolikost i moguþnost izgradnja pilot-
postrojenja prema potrebama kontaminiranosti
k liokoline
Rose, M.T., et al., Chemosphere 63 (2006) 1849-1858.
Persicaria spp Ludwigia peploidesPersicaria spp., Ludwigia peploides,
Myriophyllum papillosum, Juncus
usitatus, Bolboschoenus medianus i
T h d i iTypha domingensis.
2002. godine- 20 % ribnjaka je bilo
prekriveno vegetacijom
2003. Godine – 95 % ribnjaka je bilo
prekriveno s B. medianus, T. domingensis
i Persicaria spp.pp
• Ispitana je moguþnost uklanjanja pesticida s farme pamuka u
konstruiranom pilot postrojenju kroz dvije godine
fluometuron (F) - herbicidi
aldikarb (A) - insecticid
diuron (D)
endosulfan (E)
Uklanjanje pesticida izraženo kao vrijeme poluraspada

More Related Content

What's hot

Oblici reljefa
Oblici reljefaOblici reljefa
Oblici reljefaGorica
 
Prefiksacija kao-nacin-tvorbe-u-nastavi-srpskog-jezika-ana-randjelovic
Prefiksacija kao-nacin-tvorbe-u-nastavi-srpskog-jezika-ana-randjelovicPrefiksacija kao-nacin-tvorbe-u-nastavi-srpskog-jezika-ana-randjelovic
Prefiksacija kao-nacin-tvorbe-u-nastavi-srpskog-jezika-ana-randjelovicTanja Krpović
 
Zagadjivanje životne sredine
Zagadjivanje životne sredineZagadjivanje životne sredine
Zagadjivanje životne sredineRadoznalihemicari
 
Zagadjivanje i zaštita hrane [Ekologija-Biologija] Masinska skola Pancevo
Zagadjivanje i zaštita hrane [Ekologija-Biologija] Masinska skola PancevoZagadjivanje i zaštita hrane [Ekologija-Biologija] Masinska skola Pancevo
Zagadjivanje i zaštita hrane [Ekologija-Biologija] Masinska skola PancevoЗоран К.
 
хімічні показники води
хімічні показники водихімічні показники води
хімічні показники водиshulga_sa
 
Promenljive i nepromenljive vrste reci
Promenljive i nepromenljive vrste reciPromenljive i nepromenljive vrste reci
Promenljive i nepromenljive vrste reciMajaGerasimovic
 
Određeni i neodređeni pridjevski vid
Određeni i neodređeni pridjevski vidOdređeni i neodređeni pridjevski vid
Određeni i neodređeni pridjevski vidEnisa Eni
 
Београд – главни град
Београд – главни градБеоград – главни град
Београд – главни градТихи Тихи
 
Br. stanovnika i gustina naseljenosti ljđ
Br. stanovnika i gustina naseljenosti ljđBr. stanovnika i gustina naseljenosti ljđ
Br. stanovnika i gustina naseljenosti ljđljubicadj1
 
Drago Ivanišević, Hrvatska
Drago Ivanišević, HrvatskaDrago Ivanišević, Hrvatska
Drago Ivanišević, HrvatskaIvana Čališ
 
Вулкани и земљотреси
Вулкани и земљотресиВулкани и земљотреси
Вулкани и земљотресиТихи Тихи
 

What's hot (20)

Oblici reljefa
Oblici reljefaOblici reljefa
Oblici reljefa
 
Prefiksacija kao-nacin-tvorbe-u-nastavi-srpskog-jezika-ana-randjelovic
Prefiksacija kao-nacin-tvorbe-u-nastavi-srpskog-jezika-ana-randjelovicPrefiksacija kao-nacin-tvorbe-u-nastavi-srpskog-jezika-ana-randjelovic
Prefiksacija kao-nacin-tvorbe-u-nastavi-srpskog-jezika-ana-randjelovic
 
Zagadjivanje životne sredine
Zagadjivanje životne sredineZagadjivanje životne sredine
Zagadjivanje životne sredine
 
Zagadjivanje i zaštita hrane [Ekologija-Biologija] Masinska skola Pancevo
Zagadjivanje i zaštita hrane [Ekologija-Biologija] Masinska skola PancevoZagadjivanje i zaštita hrane [Ekologija-Biologija] Masinska skola Pancevo
Zagadjivanje i zaštita hrane [Ekologija-Biologija] Masinska skola Pancevo
 
хімічні показники води
хімічні показники водихімічні показники води
хімічні показники води
 
voda na zemlji
voda na zemljivoda na zemlji
voda na zemlji
 
Apis
ApisApis
Apis
 
Promenljive i nepromenljive vrste reci
Promenljive i nepromenljive vrste reciPromenljive i nepromenljive vrste reci
Promenljive i nepromenljive vrste reci
 
Dramski tekst za prezentaciju
Dramski tekst za prezentacijuDramski tekst za prezentaciju
Dramski tekst za prezentaciju
 
Eko Eko
Eko EkoEko Eko
Eko Eko
 
Određeni i neodređeni pridjevski vid
Određeni i neodređeni pridjevski vidOdređeni i neodređeni pridjevski vid
Određeni i neodređeni pridjevski vid
 
Београд – главни град
Београд – главни градБеоград – главни град
Београд – главни град
 
Синтетичні миючі засоби
Синтетичні миючі засобиСинтетичні миючі засоби
Синтетичні миючі засоби
 
Br. stanovnika i gustina naseljenosti ljđ
Br. stanovnika i gustina naseljenosti ljđBr. stanovnika i gustina naseljenosti ljđ
Br. stanovnika i gustina naseljenosti ljđ
 
Drago Ivanišević, Hrvatska
Drago Ivanišević, HrvatskaDrago Ivanišević, Hrvatska
Drago Ivanišević, Hrvatska
 
Fudbaleri
FudbaleriFudbaleri
Fudbaleri
 
31. nastavna jedinica
31. nastavna jedinica31. nastavna jedinica
31. nastavna jedinica
 
Tekst pisak lokomotive
Tekst  pisak lokomotiveTekst  pisak lokomotive
Tekst pisak lokomotive
 
Окисники та відновники
Окисники та відновникиОкисники та відновники
Окисники та відновники
 
Вулкани и земљотреси
Вулкани и земљотресиВулкани и земљотреси
Вулкани и земљотреси
 

Fitoremedijacija pesticida

  • 1. FITOREMEDIJACIJAFITOREMEDIJACIJA dr.sc. Ivana RadojĀiþ Redovnikoviþ, doc.dr.sc. Ivana RadojĀiþ Redovnikoviþ, doc. iradojci@pbf hriradojci@pbf hriradojci@pbf.hriradojci@pbf.hr 17.11.2010.17.11.2010. Laboratorij za tehnologiju i primjenu stanica i biotransformacijeLaboratorij za tehnologiju i primjenu stanica i biotransformacije KaĀiþeva 30KaĀiþeva 30 Zavod za biokemijsko inženjerstvoZavod za biokemijsko inženjerstvo PrehrambenoPrehrambeno--biotehnološki fakultetbiotehnološki fakultetPrehrambenoPrehrambeno biotehnološki fakultetbiotehnološki fakultet SveuĀilište u ZagrebuSveuĀilište u Zagrebu FITOREMEDIJACIJA PESTICIDAFITOREMEDIJACIJA PESTICIDA
  • 2. Pesticidi ƒ Pesticidi su tvari koje se upotrebljavaju za sprjeĀavanje/ograniĀavanje djelovanja ili za uništavanje l k h k ž d lraznolikih vrsta organizama koji ugrožavaju zdravlje Āovjeka ili uništavaju njegova dobra ƒ Koriste se od davnina uglavnom u poljoprivredi P l b d 2500ƒ Prvi zapis o ciljanoj uporabi pesticida – 2500 g. pr.n.e. Sumerani su upotrebljavali spojeve na bazi sumpora u svrhu kontrole insekata i grinjasvrhu kontrole insekata i grinja ƒ U 15. st. uporaba arsena, žive i olova kao insekticidap , ƒ U 17. st. uporaba ekstrakta lišþa duhana (nikotin-sulfat)p ƒ U 19. st. uporaba prirodnih pesticida: piretrini (ekstrakt krizantema) i rotenon (ekstrakt tropskih biljaka) ƒ 1939. godine otkriþem insekticidnog djelovanja DDT (2,2-bis(p-klorfenil)-1,1,1-trikloretan) zapoĀinje “era i id ”pesticida” ƒ Industrijska proizvodnja i masovna uporaba zapoĀinjuIndustrijska proizvodnja i masovna uporaba zapoĀinju nakon 2. svjetskog rata ƒ Uporaba pesticida u posljednjih 50 godina porasla je 50ƒ Uporaba pesticida u posljednjih 50 godina porasla je 50 puta ƒ Svake godine upotrijebi se oko 2,3 milijuna tona pesticida
  • 3. Podjela pesticidi P i idi dij li iƒ Pesticidi su mogu podijeliti: ¾ prema ciljnim organizmima¾ prema ciljnim organizmima ¾ prema kemijskoj strukturip j j ¾ prema mehanizmu djelovanja Podjela pesticida prema ciljnim organizmima i kemijskoj strukturikemijskoj strukturi HERBICIDI (korov) INSEKTICIDI (insekti) FUNGICIDI (plijesni i gljivice) ( ) • bipiridili • klorfenoksi spojevi (insekti) • piretroidi • organofosfati (plijesni i gljivice) • tiokarbamati • ditiokarbamati • glifozat • acetanilidi organofosfati • karbamati • klorirani ugljikovodici • ditiokarbamati • bakrene soli • tiabendazoli • triazini g j tiabendazoli • triazoli • dikarboksimidi RODENCIDI dikarboksimidi (glodavci) • kumarini i d di i REPELENTI (odbijanje insekata i LIMACIDI (mekušci) AKARICIDI (grinje i pauci) • indandioni ( j j divljaĀi) • dietiltoluamidi (m ) (g j p ) NEMATOCIDI (nematode) ALGICIDI (alge)(nematode) (alge)
  • 4. Podjela pesticida prema mehanizmu djelovanja FEROMONI ATRAKTANTI STERILANTI Podjela pesticida prema mehanizmu djelovanja FEROMONI kemijske supstancije za komunikaciju istih ATRAKTANTI privlaĀe štetnike svojim mirisom STERILANTI uzrokuju sterilnost organizmaj vrsta REPELENTI g n zm DESIKANTISINERGISTI odbijaju štetnike svojim mirisom ubrzavaju sušenje (uvenuþe) nadzemnih dij l bilj k uporaba s ostalim pesticidima i pojaĀavaju njihovo RETARDANTI INHIBITORI dijelova biljakapojaĀavaju njihovo djelovanje regulatori rasta (ubrzavaju zriobu sjemena, smanjuju klijavost i rast izdanaka) INHIBITORI inhibitori rasta Uporaba pesticida veterinarska djelatnost zaštita bilja industrija ¾ fungicidi ¾ herbicidi ¾ insekticidi sanitarna higijena kuþanstvo higijena kuþanstvo
  • 5. ƒ Pesticidi su riješili problem malarije tifusa žuteƒ Pesticidi su riješili problem malarije, tifusa, žute groznice i drugih bolesti (prenosioci insekti) ƒ Uporaba pesticida postala je neophodna buduþi da ne bi bila moguþa masovna proizvodnja hrane nužna za h t išt Z lj i d š ji hi ij kiprehranu stanovništva Zemlje i današnji higijenski standard života ƒ Pesticidi uzrokuju oneĀišþenje okoliša, a spora razgradnja velikog broja pesticida postupno dovodi dog j g j p p p bioakumulacije (nakupljanja u okolišu) N ti Āi k ži ti j k i bilj t tƒ Negativan uĀinak na životinjske i biljne vrste te mikrofloru tla, Āime se znaĀajno narušava i smanjuje biološka raznolikostbiološka raznolikost Upotreba pesticida u Hravatskoj „ Podaci su Hrvatske gospodarske komore za: ¾ 2007. godine je proizvedeno 4822 tona pesticida, uvezeno 8198 tona -10473 tone pesticida za hrvatsko tržištetržište ¾ 2009. godine je proizvedeno 3879 tona pesticida,¾ 2009. godine je proizvedeno 3879 tona pesticida, uvezeno 5760 tona - 8939 tone pesticida za hrvatsko tržište „ Certifikat o znanju za rukovanje pesticidima, potvrda o registriranom obiteljskom poljoprivrednom d t ili d þ di i i jgospodarstvu ili poduzeþu – radi sigurne primjene pesticida u EU
  • 6. „ Pravilnik za korisnike pesticida propisuje da se 'sredstvo mora primjenjivati u skladu s rješenjem o registraciji ilimora primjenjivati u skladu s rješenjem o registraciji ili dozvoli te u skladu s uputama, upozorenjima i obavijestima na etiketi – u RH nitko ne nadzire „ Ambalaža od iskorištenih pesticida prema Uredbi o kategorijama vrstama i klasifikaciji otpada predstavljakategorijama, vrstama i klasifikaciji otpada predstavlja opasni otpad. „ Prema Zakonu o otpadu svaki proizvoāaĀ i uvoznik sredstava za zaštitu bilja na vlastiti trošak mora i i ti d j k lj j t d b l žorganizirati odvojeno skupljanje otpadne ambalaže. S druge strane krajnje korisnike pesticida još uvijek„ S druge strane, krajnje korisnike pesticida još uvijek nitko ne kontrolira nego su prepušteni samokontroli i uputama na boĀicama pesticida.p p Upotreba pesticida po hektaru obradive površine u EU Izvor: Eurostat, 2009; Statistical Office of the Republic of Slovenia, 2008; Phytosanitary Administration2008; Phytosanitary Administration of the Republic of Slovenia, 2009.
  • 7. ToksiĀnost pesticida ƒ Glavna svojstva pesticida:ƒ Glavna svojstva pesticida: ¾topljivost u mastima i akumuliranje u masnom tkivup j j ¾dugotrajno djelovanje (teško razgradljivi u organizmu) ¾akumulacija u okolišu ƒ ToksiĀnost: akutna i kroniĀna ƒ SubtoksiĀna koliĀina pesticida izaziva suptilne biokemijske i strukturne lezije organizmaj j g ¾smanjenje obrambene sposobnosti organizma ¾ ti tj j d k ij k¾negativan utjecaj na reprodukcijske procese ¾mijenjanje genetskih faktora (mutagenost, kancerogenost i teratogenost)kancerogenost i teratogenost) Akutna toksiĀnost pesticida ƒ Podjela prema preporuci WHO: PODJELA PESTICIDA PREMA AKUTNOJ TOKSIÿNOSTI obzirom na LD50 1B. SKUPINA 3. SKUPINA1.A SKUPINA 2. SKUPINA ƒU RH pesticidi se obzirom na LD oralni inhalacijski ili vrlo opasni neznatno opasnikrajnje opasni umjereno opasni ƒU RH pesticidi se obzirom na LD50 oralni inhalacijski ili dermalni svrstavaju u jednu od 3 skupine3 skupine otrova: T+ - vrlo jaki otrov; T – otrov; Xn – štetna tvarvrlo jaki otrov; T otrov; Xn štetna tvar
  • 8. KroniĀna toksiĀnost pesticida ƒ Pesticid može imati i nisku akutnu toksiĀnost, ali biti lipofilan i sklon nakupljanju u organizmu i tlu Āime predstavlja veliku opasnost za ljudski organizam i okolišpredstavlja veliku opasnost za ljudski organizam i okoliš ƒ Sposobnost nakupljanja pesticida u organizmu raĀunaSposo nost na up janja p st c a u organ zmu raĀuna se iz omjera LD50 kroniĀno/LD50 akutno PODJELA PREMA SPOSBNOSTIPODJELA PREMA SPOSBNOSTI NAKUPLJANJA U ORGANIZMU IZRAZITO JAKO UMJERENO SLABO NAKUPLJANJE LD50 kroniĀno/ LD50 akutno<1 NAKUPLJANJE LD50 kroniĀno/ LD50 akutno 1-3 NAKUPLJANJE LD50 kroniĀno/ LD50 akutno 3-5 NAKUPLJANJE LD50 kroniĀno/ LD50 akutno>5LD LD Postojanost pesticida u tlu ƒPostojanost pesticida u tlu odreāena je vremenom potrebnim za razgradnju pojedinog pesticida do netoksiĀnih sastojaka ƒŠto je veþa postojanost pesticida u tlu to je veþaƒŠto je veþa postojanost pesticida u tlu to je veþa vjerojatnost njegove bioakumulacije u okolišu PESTICIDI IZBORAPODJELA PREMA POSTOJANOSTI U TLU VRLO P UMJERENO SLABOVRLO POSTOJANI (> 2 god.) POSTOJANI (6 mj.-2 god.) UMJERENO POSTOJANI (1 mj.-6 mj.) SLABO POSTOJANI (<1 mj.)
  • 9. Kruženje pesticida u prirodi ƒ Pesticidi postaju sastavnim dijelom biogeokemijskih ciklusa kruženja tvari ili stvaraju vlastite cikluse kruženja ¾ pesticidi na poljima prodiru kroz tlo te dospijevaju do podzemnih voda ¾ do vode pesticidi mogu doprijeti i izravno padanjem u vodu ili pak erozijom i ispiranjem tlap j ¾ dio pesticida u tlu ili u vodi kemijski i biološki se razgraāuje, a drugi dio se isparavanjem vraþa u atmosferu Biološka magnifikacija Porast koncentracije toksina u prehrambenom l i lj diĀ ilancu i posljediĀni porast toksiĀnosti. Pojava je karakteristiĀna zakarakteristiĀna za postojane organske oneĀišþivaĀe: ¾ pesticidi ¾ t l i j i¾ organometalni spojevi npr. metil-živa ¾ poliklorirani bifenili i dioksini
  • 10. ƒ Rachel Carson: Silent spring: u svojoj knjizi upozoravap g j j j p na katastrofalan utjecaj DDT-a na okoliš i ljudsko zdravlje; njegova uporaba se smanjuje i na kraju b j j 1972potpuno zabranjuje 1972. g. poĀetak “zaštite okoliša”p ƒ UnatoĀ zabranama uporaba u Aziji, Africi i J. Americi ƒ Zabranom uporabe odreāenog pesticida njihova se koncentracija u okolišu vremenom smanjujekoncentracija u okolišu vremenom smanjuje Popis aktivnih tvari iz skupine pesticida koji su svrstani t j k Āišþi Ā (POP)u postojane organske oneĀišþivaĀe (POP) prema Stockholmskoj konvenciji i godine zabrane AKTIVNA TVAR DOZVOLJEN OD ZABRANJENA PRIMJENA OD Heksaklorbenzen (HCB) 1962. 11. 7. 1980. Kamfeklor (toksafen) 1962. 27. 4. 1982. Endrin 1962. 29. 5. 1989. Aldrin 1962. 1972. Dieldrin 1958. 1972. Heptaklor 1956. 1973. Heksaklorcikloheksan (HCH) 1944. 1972. DDT 1941 1972. Lindan 1944. Srpanj 2001. Heksaklorbutadien ---- ---- Mireks ---- ---- Dikofol 1949. 2001.
  • 11. Postotak pozitivnih uzoraka na HCB I DDTp Srednja vrijednost POP pesticida u humanom mlijeku (Ăg kg-1 mlijeĀne masti) u razdoblju 1977 1998 godine Ukg 1 mlijeĀne masti) u razdoblju 1977.-1998. godine U Zagrebu
  • 12. „ 2009. godine Zavod za javno zdravstvo u Zagrebu kontrolirao je ispravnost više od 11 000 uzoraka voþa ikontrolirao je ispravnost više od 11.000 uzoraka voþa i povrþa te oko 500 uzoraka nije zadovoljilo „ Najviše zabrinjava Āinjenica da je u dijelu uzoraka pronaāen i veþ trideset godina zabranjeni pesticidp g j p DDT Risk assessment of the intake of pesticides in Croatian diet Knezevic et al, Food Control 23 (2012) 59-65.
  • 13. Strategije smanjenja rizika od ostatakaStrategije smanjenja rizika od ostataka pesticida u okolišu Z k d fi i k i l i d lj i t t kƒ Zakonom se definira maksimalni dozvoljeni ostatak pesticida nakon primjene ƒ Strogi kriteriji kod registracije novih pesticida: ¾ toksiĀnost za neciljne organizme (selektivna toksiĀnost) ¾ t ij l k t i ij d ih d¾ potencijal kontaminacije podzemnih voda ¾ potencijal razvoja otpornosti štetnika ƒ Uporaba biopesticida (niska toksiĀnost, selektivnost, visoka djelotvornost i biorazgradljivost) ¾mikrobiološki pesticidi ¾inkorporirani zaštitni agensi¾inkorporirani zaštitni agensi ¾biokemijski pesticidi (npr. seksualni feromoni) ƒ Integrirani pristup tretiranju štetnika (Integrated Pest Management-IPM) ¾kontrola štetnika, a ne uništavanje Āitave populacije ¾odabir optimalnog trenutka za uklanjanje štetnika ¾biološka kontrola¾biološka kontrola ¾preventivna kultivacija ¾mehaniĀke metode uklanjanja štetnika¾mehaniĀke metode uklanjanja štetnika ƒ FITOREMEDIJACIJA PESTICIDA
  • 14. Fitoremedijacija pesticida ƒAlternativna tehnika za uklanjanje pesticida iz tla, vode i zraka ƒIstraživanje se uglavnom provode na pesticidima koji se ubrajaju u postojane organske oneĀišþivaĀe (Persistentubrajaju u postojane organske oneĀišþivaĀe (Persistent Organic Pollutant-POP) ƒKarakteristike biljaka koje se koriste u fitoremedijaciji pesticida: ¾otpornost na pesticide koje uklanjaju ¾moguþnost ulaska pesticida i/ili metabolizma pesticida¾moguþnost ulaska pesticida i/ili metabolizma pesticida ¾velika biomasa ¾jednostavna manipulacija i kultivacijajednostavna man pulac ja kult vac ja ƒ Postoji nekoliko mehanizama ulaska pesticida u biljkuPostoji nekoliko mehanizama ulaska pesticida u biljku koji ukljuĀuju interakcije biljke s tlom i zrakom: ¾ pesticidi prisutni u tlu mogu se adsorbirati na korijenu i/ili se apsorbirati u korijenu te transportirati u apikalne dijelove biljke kroz ksilemapikalne dijelove biljke kroz ksilem ¾ pesticidi u zraku (aplikacije pesticida u obliku spreja¾ pesticidi u zraku (aplikacije pesticida u obliku spreja ili isparavanje iz tla) mogu se apsorbirati u listove biljaka
  • 15. ƒ Moguþnost ulazaka pesticida u biljku ovisi o: ¾ fizikalno kemijskim svojstvima pesticida (topljivost u¾ fizikalno-kemijskim svojstvima pesticida (topljivost u vodi, tlak para, lipofilnost-koeficijent raspodjele n- oktanol/voda, molna masa)oktanol/voda, molna masa) ¾ okolini (npr. temperatura, pH, organska tvar, vlažnost l )tla) ¾ biljnoj vrsti (vrsta korijena i enzima)¾ biljnoj vrsti (vrsta korijena i enzima) Lipofilnost-koeficijent raspodjele n-oktanol/voda C oktanol C voda Kow=
  • 16. Ulazak i transport neioniziranih molekula Transformacijski procesi pesticida u biljkamaTransformacijski procesi pesticida u biljkama ƒU višim biljkama pesticidi se mogu metabolizirati krozj p g nekoliko biokemijskih procesa kroz tzv. “green liver” model, koji se može podijeliti u tri osnova stupnja: ¾ stupanj I – konverzija ¾ stupanj II – konjugacija¾ stupanj II konjugacija ¾ stupanj III – sekvestracija ƒ Enzimski sustavi citokrom P450 monooksigenaze i glutation-S-transferaze imaju kljuĀnu ulogu u metabolizmu pesticidametabolizmu pesticida
  • 17. Stupanj I – prevoāenje pesticida u manje hidrofobne metabolite pomoþu citokroma P450 Stupanj II pesticidi ili metaboliti stupnja I konjugiraju se s glutationom šeþerima iliStupanj II – pesticidi ili metaboliti stupnja I konjugiraju se s glutationom, šeþerima ili aminokiselinama dajuþi vodotopljive spojeve Stupanj III – o ATP-u ovisne membranske pumpe prepoznaju konjugate i prenose ih kroz membranu te se akumuliraju u vakuolama, prenose u aloplast ili ugraāuju u staniĀnuj p p g j stijenku u pektinske, hemicelulozne i celulozne frakcije Biljni enzimi koji sudjeluju u transformaciji nekih herbicida (Phytoremediation Rhizoremediation Mackova et alherbicida (Phytoremediation Rhizoremediation, Mackova et al (eds), 169-178, 2006.) Herbicidi Djelovanje Metabolizma u biljci atrazin, simazin (triazini) inhibitori fotosinteze dehalogeniranje te hidroksilacija; N-dealkilacija; GST konjugacijafotosinteze N dealkilacija; GST konjugacija acetoklor, metolaklor (kloracetanilidini) inhibitori sinteze proteina i lipida GST konjugacija i komparmentalizacija u vakuolama, O-demetilacija s citokromom P450sO demetilacija s citokromom P450s 2,4-diklorfenoksioctena kiselina uzrokuje abnormalan rast i razvoj hidroksilacija; konugacija sa šeþerima i aminokiselinama l f h k l k lglifozat inhibicija biosinteze aromatskih molekula kompartmentalizacija u vakuole i organele klortoluron, klorsulfuron, inhibitori N-demetilacija s P450s i C- diuron, isoproturon (ureaze) fotosinteze hidroksilacija te konjuguacija s glukozom
  • 18. Istraživanja na podruĀju fitoremedijacijej p j j j pesticida „ Istraživanja fitoremedijacije pesticidima usmjerena su na Āetiri podruĀja: ¾ dekontaminacija tla d k i ij i id i d i di þ¾ dekontaminacija pesticida iz vode i sedimenta pomoþu vodenih biljaka d k t i ij d ih d þ d þ¾ dekontaminacija podzemnih voda pomoþu drveþa ¾ uporaba transgeniĀnih biljaka Uklanjanje DDT iz tla „ DDT je insekticid skupine organokloriranih uglikovodika koji se ubraja u izrazito postojane organske Āišþi ĀoneĀišþivaĀe D l n m t b lit k j s n l p i di p pŁ DDD„ Dva glavna metabolita koja se nalaze u prirodi p,p -DDD [1,1-diklor-2,2-bis(4-klorofenil)etilen] i p,pŁ-DDE [1,1- diklor-2,2-bis(4-klorofenil)etan], ( ) ] „ Zabranjen je za uporabu
  • 19. Mo et al., Chemosphere 73 (2008) 120-125. Biljka Biomasa (g/uzgoju) Postotak uklonjenog DDT (%) MV1 145 bc 70.3 a MV2 143 bcd 52.9 b MV3 150 bc 51.6 b MV4 158 b 51 8 bMV4 158 b 51.8 b MV5 208 a 60.7 ab MV6 157 b 54.6 b MV7 134 cd 63.1 ab MV8 147 bc 47.1 c lucerna 2 24 e 56 5 blucerna 2.24 e 56.5 b ljulj 4.59 e 51.5 b teosint 126 d 54.4 b ƒ Ispitano je 8 kultivara kukuruza (Zea mays) i tri vrste stoĀne kontrola – 15.4 d p j ( y ) hrane: lucerna (alfalfa -Medicago sativa), ljulj (Lolium multiflorum) i teosinta (Zea mays ssp. parviglumis) Uklanjanje heksaklorcikloheksana (HCH) iz tlaUklanjanje heksaklorcikloheksana (HCH) iz tla „ Heksaklorcikloheksan (komercijalni naziv-lindan) je insekticid skupine organokloriranih ugljikovodika i b j t j k Āišþi Āubraja se u postojane organske oneĀišþivaĀe U i di l i i HCH ǀ HCH HCH ĵ„ U prirodi se nalaze izomeri Ĵ-HCH, ǀ-HCH, ǁ-HCH, ĵ- HCH i Ķ-HCH „ Zabranjen je za uporabu
  • 20. Unos HCH Abhilash et al., Chemosphere 72 (2008) 79-86. Biljna vrsta Vrsta Unos HCH (Ăg / g dw) Lantana camara L. grm 30.29 Erianthus munja ljekovito bilje 13.23 Calotropis procera (Ait). Ait. grm 25.25 Withania somnifera (L.) Dunal grm 33.48 Solanum torvum L. ljekovito bilje 44.10 Achyranthes aspera L. ljekovito bilje 25.59 Dalbergia sisso drveþe 27.12 Allium cepa L. ljekovito bilje -luk 13.65 „ Praþenja je koncentracija i raspodjela izomera HCH u 8 biljnih vrsta u kontaminiranom podruĀju Uklanjanje atrazina iz tlaUklanjanje atrazina iz tla „ Atrazin je herbicid skupine triazinskih herbicida - inhibitor fotosinteze „ Vrijeme polu raspada u tlu 120 dana „ Godišnje se koriste milijarde tona atrazina „ Prirodna razgradnja u tlu nije dovoljna te zaostaje u tlu i di k lj di i i j tlvodi kao posljedica ispiranja tla
  • 21. Merini et al., Enviromental Pollution (2009) 1-5. 20 % „ Ispitan je ljulj (Lolium multiflorum var. Bill) te je utvrāena tolerantnost na atrazin i velika poĀetna brzina razgradnje „ Ispitan je mehanizam tolerantnosti inhibicija P450 sustava p m þu 1 amin benz triaz la (ABT)¾ inhibicija P450 sustava pomoþu 1-aminobenzotriazola (ABT)
  • 22. Phytoremediation of Pesticide Contaminated Soil in KazakhstanKazakhstan A. Nurzhanova, P.Kulakow, K. Zhambakin, I. Rakhimbayev, A. Sedlovskiy, S. Kalugin, E. Rubin, L. Niketevich, L. Kalmukov, (ISTC Grant K-750) „ Cilj projekta: ¾ procjena koncentracije pesticida u tlu (tlo u podruĀju napuštenih skladišta pesticida – 2 mjesta) ¾ identifikacija tolerantnih biljaka u podruĀju kontaminacije koje imaju moguþnost akumuliranja i/ili d j sti idi/ili razgradnje pesticida ¾ kvantitativna i kvalitativna analiza ostataka¾ kvantitativna i kvalitativna analiza ostataka pesticida u tlu i biljkama Koncentracija pesticida u tlu (mjesto 1) – veþa od d št k t ij 2 5 4 5 tdopuštene koncentracije 2,5 - 4,5 puta 350 250 300 da a- HCH 150 200 pesticid ȝg/kg b- HCH g- HCH 4 4-DDE 100 150 konc. ȝ 4,4-DDE 2,4-DDD 4,4- DDT 0 50 0-5 5-10. 10-20. dubina tla (cm)
  • 23. Koncentracija pesticida u tlu (mjesto 2) – veþa od d št k t ij 10 d 1000 t 3500 dopuštene koncentracije 10 do 1000 puta 2500 3000 icida a- HCH b- HCH 1500 2000 .pest ȝg/kg g- HCH 4,4-DDE 500 1000 konc , 2,4-DDD 4,4- DDT 0 0-5 5-10. 10-20. 4,4 DDT dubina tla (cm) Eksperiment je postavljen u stakleniku Od ispitanih 123 biljnih vrsta - 17 je tolerantno
  • 24. Tolerantne biljne vrste Porodica Tolerantne vrste biljaka Artemisia annua Ambrosia artemisifolia Asteraceae Artemisia annua, Ambrosia artemisifolia, Xanthium strumarium, Erigeron canadensis, Artemisia absinthium, Onopordon acanthium, L t t t iLactuca tatarica Amaranthaceae Amaranthus retroflexus Chenopodiceae Kochia scoparia; Atriplex tatarica Brassicaceae Barbarea vulgaris; Descurainia SophiaBrassicaceae Barbarea vulgaris; Descurainia Sophia Polygonaceae Rumex confertus; Polygonium aviculare Cucurbitaceae Brionia alba Poaceae Aelgilops cylindrical, Bromus tectorum Akumulacija pesticida u biljkama – tlo iz mjesta 2 9000 10000 1,3,4,9 - visoka akumulacija 2,5-8 - srednja akumulacija 10-13 – niska akumulacija 6000 7000 8000 ȝg/kg j 3000 4000 5000 Pesticidi, 0 1000 2000 3000 P 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Biljna vrsta 1- Artemisia annua; 2 - Erigeron ȕanadensis, 3 - Xanthium strumarium; 4 - Kochia scoparia; 5 - Barbareae vulgaris; 6 - Kochia sieversiana,4 Kochia scoparia; 5 Barbareae vulgaris; 6 Kochia sieversiana, 7 -Amaranthus tricola cult; 8 - Ambrosia artemisifolia; 9 - Solanum dulcamara, 10 - Artemisia absinthium; 11 - Medicago sativa, 12 - Aȉlgilops cylindrical , 13 - Rumex confertus
  • 25. Uklanjanje pesticida iz vode pomoþu vodenih biljaka ƒ Vodene biljke imaju veliki potencijal uklanjanja pesticida iz vode ƒ Djeluju na mjestu kontaminacije u prirodnim moĀvarnim podruĀjima ƒ Velika raznolikost i moguþnost izgradnja pilot- postrojenja prema potrebama kontaminiranosti k liokoline Rose, M.T., et al., Chemosphere 63 (2006) 1849-1858. Persicaria spp Ludwigia peploidesPersicaria spp., Ludwigia peploides, Myriophyllum papillosum, Juncus usitatus, Bolboschoenus medianus i T h d i iTypha domingensis. 2002. godine- 20 % ribnjaka je bilo prekriveno vegetacijom 2003. Godine – 95 % ribnjaka je bilo prekriveno s B. medianus, T. domingensis i Persicaria spp.pp • Ispitana je moguþnost uklanjanja pesticida s farme pamuka u konstruiranom pilot postrojenju kroz dvije godine
  • 26. fluometuron (F) - herbicidi aldikarb (A) - insecticid diuron (D) endosulfan (E) Uklanjanje pesticida izraženo kao vrijeme poluraspada