http://tchie.uni.opole.pl/CDEMfree/Gruca_metale.pdf

Sylwia Gruca-Królikowska i Witold Wacławek

Katedra Fizyki Chemicznej

Uniwersytet Opolski

ul. Oleska 48, 45-052 Opole

e-mail: [e-mail]

METALE W ŚRODOWISKU

Cz. II. WPŁYW METALI CIĘŻKICH NA ROŚLINY

Streszczenie: Opisano wpływ metali ciężkich na rośliny, zwłaszcza warzywa. Przedstawiono również mikroskopowy

mechanizm tego zjawiska. Problem ten przeanalizowano też w zależności od natury metalu: Cd, Pb, Ni, Cu i Zn.

Słowa kluczowe: metale ciężkie (Cd, Pb, Ni, Cu i Zn), warzywa, rośliny, mechanizm działania metali na rośliny

Wstęp

Rosnąca obecnie świadomość zagrożeń wynikających z zanieczyszczenia środowiska naturalnego sprawia, że koniecznością stało się regularne kontrolowanie zawartości pierwiastków i substancji toksycznych w powietrzu, glebie i żywności [1]. W wyniku rozwoju cywilizacji, a przede wszystkim powszechnej chemizacji równowaga ekologiczna w przyrodzie i gospodarce uległa zakłóceniu. Pomimo zmniejszania się stopnia zanieczyszczenia środowiska, gdyż w ostatnich latach zmniejszyła się emisja pyłów i gazów do atmosfery, poprawy jakości wód, wprowadzenia w miarę racjonalnej gospodarki odpadami, zniszczenie zasobów naturalnych jest jednak bardzo daleko posunięte, a sytuacja ekonomiczna nie pozwala na szybką i radykalną poprawę tego stanu [2]. Dynamiczny rozwój przemysłu i komunikacji, również nieracjonalne stosowanie w rolnictwie środków ochrony roślin, odpadów ściekowych, przemysłowych oraz odpadów do odkwaszania gleb przyczynia się do nadmiernego nagromadzenia pierwiastków śladowych w glebach i roślinach, co stanowi zagrożenie dla zwierząt i człowieka [2, 3]. Spośród substancji mających negatywny wpływ na środowisko coraz większe zainteresowanie budzą metale ciężkie. Ich szkodliwość polega na możliwości kumulowania się w organizmach żywych i ich chronicznej toksyczności [4]. Skutki zdrowotne regularnego spożywania nawet śladowych ilości mogą ujawnić się po wielu miesiącach, a nawet latach. Szczególnie wrażliwi na toksyczne działanie metali ciężkich są dzieci i ludzie chorzy [5]. Naturalnym źródłem metali ciężkich dla ludzi i zwierząt są spożywane rośliny. Metale ciężkie stanowią więc zagrożenie dla jakości zdrowotnej płodów rolnych. Wykonując szacunkową ocenę ilości spożywanych związków metali ciężkich, autorzy wielu prac stwierdzili, że największe ilości toksycznych związków metali dostarczają

warzywa [6]. Ogólnie można stwierdzić, że największa zawartość tych

pierwiastków występuje w warzywach liściowych, nieco mniej jest ich w roślinach kapustnych i korzeniowych, a najmniej w warzywach, których częścią jadalną są owoce [7]. Wartość biologiczna warzyw obejmuje takie ich właściwości, jak: wartość odżywczą, walory smakowe i znaczenie dla utrzymania zdrowia konsumentów. Zatem wartość biologiczna to nie tylko zawartość różnych witamin,

soli mineralnych, białka, cukrów i olejków eterycznych, ale także poziom zanieczyszczeń, czyli zawartość substancji, które mogą być szkodliwe dla zdrowia. Zanieczyszczenia, które mogą być obecne w warzywach, to: wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, pozostałości pestycydów, mikotoksyny, azotany(III) i (V) oraz metale ciężkie [4]. Głównym źródłem skażenia metalami ciężkimi roślin

uprawianych w rejonie poza zasięgiem oddziaływań zanieczyszczeń przemysłowych, komunalnych oraz motoryzacyjnych jest gleba, a ich zawartość w niej zależy od koncentracji tych pierwiastków w skale macierzystej oraz przebiegu procesów glebotwórczych [4]. Związki większości metali, a szczególnie tych najbardziej toksycznych, są łatwo rozpuszczalne w roztworze glebowym i dlatego łatwo przyswajalne przez rośliny. Pobieranie metali ciężkich z gleby przez roślinę uwarunkowane jest wieloma czynnikami, takimi jak pH, zawartość substancji organicznej, obecność innych metali, gatunek rośliny itp. [6]. U warzyw liściowych źródłem zanieczyszczenia metalami ciężkimi może być nie tylko gleba, lecz również pyły, gazy przemysłowe bądź spaliny silnikowe, z których te pierwiastki osadzają się na powierzchni liści [7]. Rośliny pobierają metale ciężkie wraz z innymi pierwiastkami w postaci jonowej. Ich toksyczne działanie na procesy życiowe roślin wynika przede wszystkim z interakcji z grupami funkcyjnymi molekuł wchodzących w skład komórek, a w szczególności białek (grupy -SH)

i polinukleotydów. Efektem tych zjawisk może być słabszy wzrost i rozwój rośliny, a nawet jej obumarcie. Szkodliwy wpływ metali ciężkich ujawnia się przy ich określonych stężeniach w środowisku rośliny [8].

Źródła i drogi zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi

Znane są dwa źródła skażenia środowiska metalamiciężkimi: naturalne - wietrzenie skał, wybuchy wulkanóworaz antropogenne, spowodowane działaniem człowieka.

Rozprzestrzenianie różnego rodzaju zanieczyszczeńw środowisku odbywa się w układzie: powietrze, do którego są emitowane pyły i gazy, woda i gleba, na które opadają cząstki zanieczyszczeń z powietrza lub spływają z wodami opadowymi, powierzchniowymi i przenikają w głąb ziemi. Trzecim ogniwem układu rozprzestrzeniania trucizn w środowisku są rośliny i zwierzęta. Ostatecznym biorcą trucizn jest człowiek oddychający powietrzem, pijący wodę i odżywiający się pokarmem pochodzenia roślinnego i zwierzęcego [9]. W geologii metale ciężkie należą do grupy pierwiastków zwanych „pierwiastkami śladowymi”, które stanowią łącznie mniej niż 1% skał skorupy ziemskiej, podczas gdy pozostałe 99% stanowią makroelementy. Pierwiastki śladowe są „zanieczyszczeniami” podstawiającymi izomorficznie różne makroelementy w sieci krystalicznej wielu minerałów pierwotnych. Minerały te występują w skałach magmowych, które wykrystalizowały ze stopionej magmy. W skałach osadowych pierwiastki

śladowe pojawiają się w wyniku sorpcji na minerałach wtórnych, będących produktami wietrzenia minerałów pierwotnych (rozpadu fizycznego i rozkładu chemicznego) oraz w ich trwałych fragmentach. Minerały pierwotne i wtórne różnią się znacznie zawartością pierwiastków śladowych [10]. Źródłami antropogennego skażenia środowiska metalami ciężkimi są różne gałęzie przemysłu, energetyka, komunikacja, gospodarka komunalna, składowiska odpadów, nawozy i odpady stosowane do nawożenia. Metale ciężkie z tych źródeł ulegają rozproszeniu w środowisku i zanieczyszczają gleby, wody, powietrze

i bezpośrednio lub poprzez rośliny dostają się do organizmu zwierząt lub człowieka (rys. 1) [11]. Pod względem ilości emitowanych metali ciężkich największe zagrożenie dla środowiska w Polsce stwarza energetyka, korzystająca z węgla kamiennego i brunatnego. Do znacznego zanieczyszczenia gleb i roślin metalami

ciężkimi dochodzi wzdłuż szlaków komunikacyjnych. Odnosi się to przede wszystkim do ołowiu, występującego (szczególnie dawniej) w spalinach samochodowych na skutek jego dodatku w formie tetraetylku lub tetrametylku do

benzyny, a także kadmu, chromu i cynku w efekcie ścierania się opon i innych części pojazdów.

Rys. 1. Źródła i drogi zanieczyszczenia gleb, roślin, zwierząt i człowieka

pierwiastkami śladowymi

W przypadku gleb użytkowanych rolniczo dodatkowym źródłem ich skażenia metalami ciężkimi są nawozy mineralne i organiczne, wapno, komposty z odpadów i osady ściekowe, które obok użytecznych składników, jak: materia organiczna, N i P, zawierają często znaczne ilości metali łatwo kumulujących się w glebie. W poprzednich latach znaczącymi nośnikami metali ciężkich były pestycydy, w skład których wchodziły jako grupy aktywne związki arsenu, miedzi, rtęci, cynku lub

ołowiu. Udział obecnie produkowanych pestycydów w zanieczyszczaniu gleb metalami ciężkimi znacznie się zmniejszył, ponieważ ich substancjami aktywnymi są najczęściej różnego rodzaju połączenia organiczne; obecnie spotyka się jedynie jeszcze związki miedzi i cynku w fungicydach o działaniu zapobiegawczym (m.in. Miedzian 50, Cynkotox 65, Cynkomiedzian). Pyłowe zanieczyszczenia, których źródłem są elektrownie i zakłady przemysłowe, przenoszone są zwykle

na duże odległości - często przekraczające 50 km - i oddziałują na gleby położone z dala od centrów przemysłowych. W związku z tym istnieje zagrożenie

stopniowej kumulacji pierwiastków śladowych w wierzchniej warstwie gleb w wyniku oddziaływania globalnych zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.

Niezależnie od źródła metale ciężkie po dostaniu się do gleby stają się w mniejszym lub większym stopniu częścią łańcucha pokarmowego: gleba - roślina - zwierzę - człowiek. Jako element tego cyklu mogą one akumulować się w każdym ogniwie łańcucha pokarmowego do poziomów toksycznych [11].

Czynniki wpływające na koncentrację metali ciężkich w warzywach

Do metali ciężkich, oprócz uznawanych za bezwzględnie szkodliwe: kadmu, ołowiu, arsenu i rtęci, należą także mikroelementy niezbędne do prawidłowego

wzrostu i rozwoju, takie jak miedź i cynk, które jednak w większym stężeniu w roślinach, u zwierząt i ludzi stają się toksyczne [5]. Metale ciężkie występują w sposób naturalny w każdym środowisku w ilościach odpowiadających

wartości tzw. „tła naturalnego”. Rośliny są głównym odbiorcą składników mineralnych z gleby i jednocześnie głównym ich źródłem w żywieniu zwierząt i ludzi. Pierwiastki śladowe są silnie sorbowane przez składniki stałej fazy gleby, bardzo słabo podlegają wymywaniu oraz przemieszczaniu się w profilu glebowym. Znaczące ich odprowadzenie z gleby wiąże się z pobraniem i wyniesieniem ich z plonem roślin lub erozją gleby [4]. Do czynników mających największe praktyczne

zastosowanie w przeciwdziałaniu nadmiernej koncentracji metali ciężkich w roślinach należą:

 gatunek uprawianej rośliny,

 zawartość metali ciężkich w glebie,

 odczyn gleby (pH),

 zawartość substancji organicznej, a także makro-

i mikroelementów w glebie

 oraz wilgotność gleby.

Gatunek, odmiana uprawianej rośliny

Koncentracja metali w roślinach w dużym stopniu zależy od gatunku, a nawet odmiany. Spośród warzyw, najczęściej te, których częścią jadalną są liście lub korzenie, np. sałata, szpinak, rzodkiewka, pietruszka, burak czy marchew najsilniej ulegają skażeniu. Skłonności do akumulacji nadmiernych ilości pierwiastków śladowych nie wykazują warzywa, których częścią spożywaną są owoce [5]. Oblicza się niekiedy tak zwany współczynnik przenoszenia, który jest ilorazem zawartości metalu w roślinie i w glebie. Według tego kryterium, wyróżniono

grupy warzyw akumulujących jeden z najbardziej toksycznych metali - kadm:

- w bardzo małych ilościach (współczynnik przenoszenia

0,1÷0,5) - groch, fasola szparagowa;

- umiarkowanie (0,5÷1,0) - marchew, kapusta;

- silnie (1,0÷3,0) - por, rzodkiewka;

- bardzo silnie (3,0÷6,0) - sałata, szpinak, seler naciowy.

W uprawie warzyw na glebach o zwiększonej zawartości metali ciężkich duże znaczenie ma dobór roślin o małej skłonności do akumulacji tych pierwiastków [5, 7,12].

Zawartość metali ciężkich w glebach

Pobieranie przez rośliny substancji pokarmowych i toksycznych zależy m.in. od ich dostępności, a ta z kolei uwarunkowana jest np. stężeniem tych składników [13].

Istnieje prosta zależność polegająca na wzmożonym pobieraniu metali ciężkich przez rośliny wraz ze wzrostem w glebie ich przyswajalnych form. Zależność ta jest zauważalna szczególnie w przypadku roślin mających zwiększone zdolności pobierania i kumulowania tych pierwiastków. W naturalnych warunkach o zawartości metali ciężkich w glebach decyduje ich koncentracja w skale macierzystej. Ta ilość nie stanowi najczęściej zagrożenia dla organizmów żywych. Na ogół gleby lekkie charakteryzują się znacznie mniejszą ilością pierwiastków śladowych niż gleby średnie i ciężkie, ale przy tej samej ogólnej zawartości pierwiastka gleby cięższe będą go słabiej udostępniały roślinom niż gleby lekkie [5, 7]. Gleby niezanieczyszczone, o naturalnej zawartości metali ciężkich nadają się pod uprawę wszystkich gatunków warzyw, szczególnie przeznaczonych dla niemowląt i dzieci (tab. 1). W miejscach potencjalnie zagrożonych występowaniem

zwiększonych zawartości tych pierwiastków (gleby zlokalizowane wzdłuż ciągów komunikacyjnych oraz w zasięgu oddziaływania emiterów pyłów przemysłowych

i komunalnych) nie należy uprawiać warzyw, szczególnie charakteryzujących się zwiększoną zdolnością kumulowania metali [5].

Tabela 1. Największe dopuszczalne zawartości metali ciężkich w glebach

niezanieczyszczonych (wg Państwowej Inspekcji Ochrony Środowiska)

Odczyn gleby

Spośród właściwości fizykochemicznych gleb jej odczyn pH ma największe znaczenie dla akumulacji metali ciężkich w roślinach. Większa wartość pH > 6,5 zdecydowanie zmniejsza ilość łatwo rozpuszczalnych form metali w glebie i ogranicza ich pobieranie oraz gromadzenie przez rośliny [4]. W środowisku kwaśnym rośliny mogą pobierać duże ilości tych pierwiastków nawet z gleb mało

zanieczyszczonych (szczególnie kadmu, cynku czy niklu) [5]. W roztworach glebowych o obojętnym i lekko alkalicznym odczynie Cd występuje zazwyczaj w formie wolnych jonów, natomiast Zn, Cu i Pb - w formie kompleksów

nieorganicznych. W glebach zanieczyszczonych, szczególnie przy dużym pH, w formie skompleksowanej występuje 60÷80% rozpuszczalnego Pb. Kationy Zn2+ i Cd2+ są słabo kompleksowane przez substancję organiczną, dlatego metale te występują w roztworze glebowym w postaci wolnych jonów [14]. Fuller podzielił pierwiastki śladowe na ruchliwe (Cd i Zn) i słabo ruchliwe (Cu i Pb) przy pH gleby od 4,2 do 6,6, natomiast przy pH gleby od 6,7 do 7,8 Cd i Zn są umiarkowanie ruchliwe, a Cu i Pb słabo ruchliwe. Przejawem wzrostu mobilności metali jest

zwiększenie ich rozpuszczalności w roztworach o słabej sile ługującej oraz zwiększone pobieranie ich przez rośliny [15]. Wapnowanie gleb kwaśnych, ograniczające dostępność metali ciężkich dla roślin, jest skutecznym sposobem

zmniejszania ich kumulacji w warzywach [7]. Nawozy wapniowe, będące produktami odpadowymi w różnych procesach produkcyjnych, mogą jednak być źródłem znacznych ilości cynku, ołowiu, kadmu czy miedzi, ich zawartość w nawozach nie może przekraczać następujących stężeń: Zn - 0,3%; Pb - 0,1%; Cu - 0,08%; Cd - 0,003%. Z jednorazową dawką wapna nie można wprowadzić do

gleby więcej niż 10 kg cynku, 10 kg ołowiu, 5 kg miedzi i 0,2 kg kadmu na hektar. Na glebach lekkich jednorazowa dawka nawozów wapniowych nie powinna przekraczać 1 Mg/ha (w przeliczeniu na CaO), na glebach średnich -

1,5 Mg/ha i na glebach ciężkich - 2 Mg/ha. Zastosowanie zbyt dużych dawek wapna, szczególnie na glebach bogatych w substancję organiczną, może przyczynić się do pogorszenia właściwości fizykochemicznych gleby i okresowego wzrostu dostępności metali ciężkich dla roślin. Na glebach kwaśnych, o bardzo małej zawartości przyswajalnego magnezu, połowę dawki CaO trzeba zastosować w formie wapna magnezowego, a połowę w formie wapna zwykłego [5].

Wpływ pH na stężenie metali ciężkich w roztworze jest modyfikowany przez zawartość i rodzaj materii organicznej w glebie. Ponadto substancje organiczne mają znacznie większe zdolności wiązania metali ciężkich w silnie zakwaszonych glebach niż substancje mineralne. Stwierdzono np., że fitotoksyczność ołowiu była największa w glebie mineralnej lekkiej - piasek słabogliniasty, mniejsza w glebie średniej - glina lekka, a najmniejsza w glebie organicznej - torf niski. Adsorpcja tego metalu zachodzi w takich przypadkach głównie w wyniku reakcji

kompleksowania i jest procesem endotermicznym [13].

Zawartość substancji organicznej

Duże znaczenie dla ograniczenia pobierania metali ciężkich przez warzywa ma zwiększenie ilości substancji organicznej w glebach mineralnych [7]. Związane jest to z unieruchamianiem tych pierwiastków poprzez makromolekularne koloidy organiczne oraz ogólną poprawą właściwości fizykochemicznych gleb nawożonych nawozami organicznymi. Wskazana jest zatem stała dbałość o uzupełnianie gleb w substancję organiczną, pochodzącą np. z obornika, kompostów, nawozów zielonych, a także torfu lub węgla brunatnego [4, 5, 7]. Należy jednak unikać

stosowania w tym celu kompostów z odpadów komunalnych oraz osadów ściekowych, które same mogą być bogatym źródłem metali ciężkich, powodując efekt odwrotny od zamierzonego [7]. Węgiel brunatny oraz produkty jego humifikacji w glebie mogą tworzyć związki kompleksowe z metalami ciężkimi o różnej trwałości. Zależy to głównie od struktury związków humusowych, metalu i odczynu gleby. Największą trwałość wykazują na ogół kompleksy z miedzią

i ołowiem, następnie z niklem i cynkiem, a najmniej trwałe są połączenia z kadmem [16]. Mniej korzystne jest stosowanie słomy lub innych materiałów podlegających szybkiej mineralizacji, ponieważ mogą one zwiększyć dostępność metali u roślin poprzez wystąpienie połączeń małomolekularnych produktów jej

mineralizacji z metalami, które są łatwo absorbowane przez rośliny [4].

Zawartość makro- i mikroelementów w glebie

Zrównoważona i optymalna zawartość mikro- i makroskładników pokarmowych w glebie wpływa na uzyskanie plonów o małej zawartości metali ciężkich.

Nawożenie powinno być dostosowane do warunków glebowych i klimatycznych panujących w rejonie uprawy, a także przeznaczenia plonu. Należy preferować nawozy mineralne skoncentrowane - o dużej zawartości składnika pokarmowego (superfosfat potrójny, siarczan potasu, sól potasowa 60%) oraz nawozy wieloskładnikowe kompleksowe, zwłaszcza te, które oprócz podstawowych

składników pokarmowych zawierają magnezi mikroelementy [5].

Nawożenie azotem

Poziom nawożenia azotem nie ma bezpośredniego wpływu na akumulację metali ciężkich w roślinie. Pośrednio natomiast azot w formie amonowej (siarczan amonu, saletra amonowa) zmniejsza odczyn pH gleby, co - jak podkreślano wcześniej - wzmaga dostępność metali ciężkich dla roślin. W glebach systematycznie wapnowanych, o uregulowanym odczynie pH, zagrożenie takie nie występuje [4, 5]. Natomiast nawozy azotowe fizjologicznie zasadowe (saletra wapniowa, saletra sodowa) minimalizują dostępność metali ciężkich dla roślin [5].

Nawożenie fosforem

Obecność fosforu w glebie jest ważnym czynnikiem ograniczającym pobieranie metali ciężkich przez rośliny, gdyż przy większej zawartości łatwo rozpuszczalnych jego form mogą wytrącać się trudno rozpuszczalne fosforany

cynku, kadmu, ołowiu i miedzi [4]. Jednak nawozy fosforowe, w zależności od źródła pochodzenia fosforytów i apatytów użytych do ich produkcji, mogą zawierać znaczne ilości metali ciężkich oraz przyczyniać się do wzrostu

zanieczyszczenia gleby, zwłaszcza kadmem [5]. Jeżeli chodzi o termin nawożenia fosforowego, zwłaszcza w postaci superfosfatów, najlepiej jest wykonać je możliwie jak najwcześniej (jesień), ponieważ wtedy metale ciężkie pochodzące z nawozów mogą utworzyć w glebie trudno rozpuszczalne związki niedostępne dla roślin. W przypadku konieczności nawożenia wiosennego wskazane jest użycie wieloskładnikowego nawozu kompleksowego [5,17].

Nawożenie potasem

Po zastosowaniu nawozów potasowych, szczególnie ich formy chlorkowej, może zwiększyć się dostępność metali ciężkich dla roślin. Ruchliwość kadmu, a tym samym jego przyswajalność dla roślin jest większa przy nawożeniu chlorkiem potasu niż siarczanem potasu [5].

Nawożenie mikroelementami

Dotychczas udowodniono, że niedostateczna zawartość mikroelementów w glebie prowadzi często do nadmiernych akumulacji wielu metali ciężkich w roślinach [4]. Do mikroskładników niezbędnych dla wszystkich roślin warzywnych należą: bor, mangan, cynk, miedź, żelazo i molibden. Mikroelementy mogą być wprowadzane do gleby z nawozami organicznymi lub mineralnymi. W produkcji rolniczej najwięcej mikroskładników wprowadza się do gleby z obornikiem. Zastosowanie do nawożenia mikronawozów powinno być poprzedzone analizą chemiczną gleby, określającą jej zasobność w mikroelementy. Glebę można także wzbogacić w mikroelementy, stosując nawozy wieloskładnikowe (stosunek zawartości poszczególnych składników w nawozie powinien być dostosowany do potrzeb nawozowych uprawianej rośliny), np. Cropcare, które oprócz dużej czystości chemicznej odznaczają się spowolnionym działaniem, dzięki czemu w mniejszym stopniu zmieniają właściwości fizykochemiczne gleby w porównaniu z nawozami jednoskładnikowymi. Cecha ta może dodatkowo decydować o mniejszym skażeniu roślin przez kadm po ich zastosowaniu [5, 17].

Wilgotność gleby

Kwestia wpływu wilgotności na pobieranie metali ciężkich nie jest wystarczająco wyjaśniona, istnieją jednak informacje o łatwiejszym pobieraniu, np. Cd z gleby lepiej napowietrzonej.

Badania przeprowadzone przez Wiśniowską-Kielian wykazały [18], że wzrastająca wilgotność gleby powodowała niejednokierunkowe zmiany zawartości metali

w poszczególnych częściach roślin testowych. Zwykle wzrostowi wilgotności do średniego poziomu towarzyszyło zwiększenie zawartości wszystkich metali w częściach nadziemnych. Następowało to zwykle przy równoczesnym obniżeniu się ich poziomu w korzeniach. Dalsze zwiększanie wilgotności nie zmieniło w wyraźnym stopniu zawartości metali w roślinach, prowadziło do wzrostu ich poziomu w stosunku do roślin uprawianych w warunkach najniższej wilgotności lub następowało dalsze obniżanie się ich zawartości. Zwykle zmiany te miały przeciwny przebieg niż w korzeniach. Zarówno niedobór, jak i nadmiar wody może zmieniać dostępność składników mineralnych; przy niedoborze wody następuje zagęszczenie roztworu glebowego, co prowadzi do więdnięcia roślin w następstwie obniżenia siły ssącej liści, zaś w przypadku jej nadmiaru - ulegają zahamowaniu

procesy metaboliczne w korzeniach wskutek niedostatku tlenu, co prowadzi do upośledzenia biernego i czynnego pobierania przez nie metali [18].

Ruchliwość i pobieranie jonów metali przez rośliny

Rośliny są najważniejszym ogniwem w łańcuchu pokarmowym na drodze przemieszczania metali ciężkich z gleby do organizmów zwierząt i człowieka [19].

Proces akumulacji metali w roślinie obejmuje trzy główne etapy: zwiększenie mobilności jonów metali, ich pobieranie i transport do miejsc składowania w roślinie. Zauważono, że nagromadzenie się metali w roślinie na ogół maleje w kolejności: korzenie > łodygi > liście > owoce i nasiona [19]. W pobieraniu dużą rolę odgrywa forma, w jakiej metal znajduje się w glebie oraz jej kwasowość [14].

Zazwyczaj wyróżnia się następujące formy metali w glebie:

 czynne, bezpośrednio rozpuszczalne w wodzie, występujące w roztworze glebowym w postaci jonów lub rozpuszczalnych kompleksowych połączeń

z ligandami mineralnymi lub organicznymi;

 wymienne, adsorbowane w położeniach jonowymiennych związanych z trwałymi i zmiennymi ładunkami mineralnych i organicznych składników kompleksu sorpcyjnego gleby;

 specyficznie sorbowane, tworzące silne wiązania koordynacyjne z grupami funkcyjnymi uwodnionych tlenków żelaza i glinu oraz struktur krzemianowych;

 okludowane (współstrącone) w tlenkach Fe, Al i Mn lub obecne w nich wskutek dyfuzji do wnętrza kryształów;

 chemicznie sorbowane, tworzące wtórne, trudno rozpuszczalne połączenia amorficzne lub krystaliczne, np. węglany, siarczki, fosforany; proces chemisorpcji

i strącania nierozpuszczalnych połączeń zachodzi głównie w warunkach przesycenia roztworu, jest on jednak możliwy także w warunkach roztworu

nienasyconego;

Tabela 2. Zawartość metali ciężkich w nawozach mineralnych i organicznych [mg/kg s.m.] [10]

Górne wartości zakresu określają największe zawartości metali ciężkich w materiałach odpadowych stosowanych do wapnowania i w osadach ściekowych

dopuszczonych do stosowania w rolnictwie.

 rezydualne, wbudowane w sieci krystaliczne pierwotnych i wtórnych minerałów glebowych; do tej frakcji zaliczyć należy także metale obecne w formie spieków krzemianowych, jakie mogą trafiać do gleby wraz z pyłami metalurgicznymi [14].

Najszybciej przez rośliny pobierane są wolne jony (np. Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+, Fe2+), natomiast te, które znajdują się w formie kompleksów, są uwalniane za pomocą substancji aktywnie wydzielanych przez korzenie roślin. Korzenie roślin mogą wydzielać do gleby kwasy organiczne i chelatory metali, tzw. fitosiderofory, zdolne do uwalniania metali z nierozpuszczalnych kompleksów glebowych. Podobną rolę odgrywają obecne w plazmolemie oksydazy i ATP - zależne pompy protonowe zmniejszające pH gleby, a także zdolne redukować takie metale, jak żelazo, miedź, mangan do form lepiej przyswajalnych. Wymienione właściwości korzeniowych czynników wpływających na pobieranie metali można także przypisać mikoryzowym grzybom oraz mikroorganizmom glebowym, będących

ważnymi składnikami ryzosfery korzeniowej. Podstawowym procesem warunkującym homeostazę jonów metali w roślinie oraz decydującym o jej odporności jest regulacja pobierania jonów metali przez komórki korzenia. Ściana komórkowa, będąca swoistym wymieniaczem jonowym, wiąże znaczną część metali ciężkich, choć odznacza się niskim stopniem powinowactwa

i selektywności. W błonach komórek roślinnych nie ma specyficznych transporterów zarówno dla jonów metali zbędnych, jak Cd i Pb, które prawdopodobnie wnikają do wnętrza komórek poprzez mało specyficzne transportery dla kationów niezbędnych. Specyficznym transporterem uczestniczącym w pobieraniu jonów Pb2+, jak dotąd, okazało się błonowe

białko wiążące kolmodulinę. Po wniknięciu do komórki jony metali nie pozostają

w stanie wolnym, lecz są wiązane i otoczkowane przez specjalne substancje chelatujące i chaperonowe. Szczególnie odnosi się to do silnie reaktywnych jonów Cu2+, które mają duży potencjał oksydoredukcyjny, a jednocześnie są niezbędne jako składniki wielu enzymów mitochondrialnych i plastydowych, takich jak dysmutaza ponadtlenkowa, oksydaza cytochromu C czy plastocyjanina. W ich

wewnątrzkomórkowym transporcie uczestniczą specjalne metalochaperony, takie jak np. CCH1 (copper chaperone). Inna grupa białek zaangażowanych w transport jonów metali z cytoplazmy do odpowiednich przedziałów komórkowych nosi nazwę CDF (Cation Diffusion Facilifactor). Mogą one uczestniczyć w transporcie do wakuoli takich metali, jak Zn, Cd i Co, a jednym z ich przedstawicieli jest białko ZAT, które zwiększa akumulację cynku i tolerancję na ten metal

w transgennym rzodkiewniku. Do najważniejszych, najlepiej zbadanych substancji

uczestniczących w wiązaniu, a także wewnątrzkomórkowym transporcie metali ciężkich należą białka i peptydy zwane metalotioneinami, które podzielono na trzy klasy. Dwie pierwsze klasy wiążą metale ciężkie u zwierząt i grzybów. Natomiast rośliny wykształciły odmienny, sprawny system reagujący na obecność metali ciężkich w komórce, który polega na syntezie fitochelatyn (PC), które są zaliczane do metalotionein III klasy.

Rys. 2. Główne etapy biosyntezy fitochelatyn w roślinach; γ-ECS -

syntetaza γ-glutamylocysteinowa, GS - syntetaza glutationowa,

PCS - syntetaza fitochelatynowa [20]

Biosynteza fitochelatyn ma przebieg etapowy (rys. 2) i w ostatniej fazie jest katalizowana przez syntetazę fitochelatynową, konstytuowany enzym, którego

aktywatorami są wolne jony metali ciężkich, szczególnie Cd2+, Ag+, Bi3+, Pb2+, Zn2+ i Cu2+, a substratami glutation lub fitochelatyny o różnej długości łańcucha peptydowego. Rola fitochelatyn polega na detoksykacji nadmiaru wolnych

jonów metali w komórkach roślinnych, w czym ważną rolę odgrywają grupy -SH reszt cysteinowych. Podstawowa rola, jaką przypisuje się fitochelatynom,

polega na wahadłowym transporcie metali dwuwartościowych z cytoplazmy do wakuoli, gdzie w warunkach małej wartości odczynu pH kompleks ulega

dysocjacji, a jony metali łączą się z kwasami organicznymi [20].

Drogi i sposoby pobierania metali ciężkich na przykładzie ołowiu

Ołów jest pierwiastkiem znajdującym się zarówno w powietrzu, wodzie, jak i w glebie, dlatego przynajmniej potencjalnie może być pobierany przez całą roślinę [13].

 Pobieranie ołowiu przez liście

Udział ołowiu pochodzenia atmosferycznego w roślinach wynosi 73÷95%, jednak udział części nadziemnych, a zwłaszcza liści, w pobieraniu ołowiu jest niewielki. Barierą dla wnikania ołowiu do roślin jest kutykula oraz warstwa wosków, która adsorbuje ten metal (w przeciwieństwie np. do kadmu, cynku i miedzi) na powierzchni liści. Wydaje się więc, że ołów może wnikać z atmosfery do

liści jedynie poprzez szparki lub po wcześniejszym uszkodzeniu kutykuli, np. w wyniku działania kwaśnych deszczów lub ozonu. Przy stosunkowo dużym stężeniu

ołowiu w roztworze glebowym może on przedostawać się do liści z prądem transpiracyjnym poprzez wiązki przewodzące [13]. Najwięcej złogów ołowiu znajduje się w komórkach budujących wiązkę liścia (rys. 3) oraz w przestworach

międzykomórkowych [21].

Rys. 3. Brzeżna strefa czapeczki korzenia Lemna minor inkubowanego przez 6 godz. w roztworze Pb(NO3)2 o stężeniu ołowiu 60 mg/dm3. Straty ołowiu w ścianach zewnętrznych stycznych (groty strzałek) i ścianach promienistych (strzałka) - zdjęcie z lewej. Główna wiązka przewodząca liścia Populus maximowiczii inkubowanego ogonkiem liściowym w wodnym roztworze Pb(NO3)2 o stężeniu 3000 mg/dm3 przez 48 godz. Złogi ołowiu wewnątrz naczynia przy ścianie komórkowej (strzałka), a zwłaszcza w jamkach lejkowatych

w błonie zamykającej (grot strzałki) - zdjęcie z prawej [13] W obrębie komórki ołów występuje najczęściej w pierwotnej ścianie komórkowej, wakuolach, retikulum endoplazmatycznym, aparacie Golgiego, otoczce jądrowej, plazmodesmach, rzadziej natomiast w chloroplastach, mitochondriach, jądrze komórkowym oraz jąderku. Nie stwierdzono złogów ołowiu w peroksysomach i wtórnejścianie komórkowej [21] (rys. 4).

 Pobieranie ołowiu przez korzenie

Rośliny 93÷96% kationów ołowiu wchłaniają i gromadzą w korzeniach [9]. Mogą one pobierać od 3 do ok. 50 razy więcej ołowiu niż liście [13]. Korzenie pobierają

ołów dość szybko. Część metalu adsorbuje się na powierzchni korzenia w postaci krystalicznych złogów. Ołów ten można usunąć, stosując silne czynniki chelatujące, które jednak z reguły uszkadzają komórki i przez to przyczyniają się do zmniejszenia ilości ołowiu wewnątrz komórek.

Rys. 4. Fragment komórki kolumelli czapeczki korzenia sześciodniowej siewki Lupinus luteus hodowanej w wodnym roztworze PbCl2 o stężeniu 100 mg/dm3 w ciemności. Złogi ołowiu w tylakoidach (strzałka), retikulum endoplazmatycznym (podwójna strzałka), w przestrzeni okołojądrowej (grot strzałki), okołoplastydowej

(podwójny grot strzałki), pęcherzykach i ścianie komórkowej (gruba strzałka) [13]

Wnikanie ołowiu do korzenia może być w miarę równomierne na całej długości organu lub ograniczone do określonych jego regionów [13]. Ołów gromadzi się głównie w ścianach i błonach komórkowych strefy wydłużeniowej korzeni, zwiększa ich sztywność i zakłóca prawidłowy wzrost [9].

 Translokacja ołowiu w roślinie

Początkowo ołów jest deponowany na powierzchni korzenia. Następnie gromadzi się w ścianach komórkowych, w roztworze wypełniającym kanały znajdujące się między mikrofibrylami celulozy oraz w przestworach międzykomórkowych, a więc w apoplaście. Stąd jest on transportowany radialnie i wertykalnie w głąb organu,

głównie w apoplaście. Barierą w jego transporcie radialnym jest endoderma, a w wielu przypadkach już hipoderma zawierająca pasemka Caspary'ego. Dalsza droga ołowiu możliwa jest jedynie symplastem, w obrębie którego przepływ jonów może być regulowany przez komórkę. Do walca osiowego ołów przedostaje się w miejscu przerwania ciągłości endodermy (w wyniku przyrostu wtórnego i tworzenia korzeni bocznych) lub też w strefie, gdzie nie ma jeszcze wykształconych pasemek Caspary'ego. Ołów pobrany przez korzeń tylko w znikomych ilościach dociera do części nadziemnych [13].

Reakcje roślin na czynniki stresowe

Pojęcia wstępne

Według koncepcji zaproponowanej przez Levitta, stresem jest każdy taki czynnik środowiskowy, który ma zdolność wywoływania u rośliny potencjalnie szkodliwej

zmiany fizycznej lub chemicznej. Natomiast samą zmianę Levitt określa jako „odkształcenie” (strain) [13]. Z powodu biologicznej złożoności relacji roślina--środowisko nie ma prostego, bezwzględnego miernika intensywności stresu. W przypadku pierwiastków śladowych, w tym ołowiu, za miarę stresu często uważa się tzw. indeks tolerancji, wyrażony w procentach, a obliczony jako iloraz wartości natężenia danej cechy w warunkach stresowych przez wartość tej cechy w warunkach kontrolnych [13].

Niektórzy badacze określają jako stresowe jedynie takie środowiska, które rzeczywiście uszkadzają roślinę i powodują zmiany jakościowe tego rodzaju jak np. uszkodzenie błony komórkowej czy też śmierć komórek, podczas gdy inni sądzą jedynie, że w systemach poddanych działaniu stresu wzrastają wydatki energetyczne albo obniża się energia potencjalna tych systemów. Natomiast definicja stresu, stosowana często w biologii roślin na poziomie ekosystemu oraz na poziomie całej rośliny, za stresową uważa każdą taką sytuację, w której

ograniczenia zewnętrzne limitują tempo produkcji suchej masy roślin do wartości poniżej ich „genetycznego potencjału”. Precyzja w definicji pojęcia stresu w tym ujęciu zależy od: natężenia stresu, czasu jego działania oraz zdolności rośliny do powrotu do stanu sprzed jego wystąpienia. Stres może wywierać wyraźnie zróżnicowany wpływ w zależności od poszczególnych faz cyklu życiowego rośliny. Złożoność odpowiedzi organizmu na stres powoduje, że oddzielenie stresu od jego efektu w kategoriach przyczyny i skutku jest często bardzo trudne. Istnieją także rośliny, które rozwijają się w warunkach, które z powodu zanieczyszczenia metalami ciężkimi należałoby uważać za stresowe, lecz nie wykazują one

jednak jakichkolwiek efektów działania stresu. Mechanizmy umożliwiające tym roślinom wzrost w środowiskustresowym określamy mianem tolerancji stresu [13].

Reakcje roślin na metale ciężkie

Reakcje roślin na metale ciężkie zależą od wrażliwości osobniczej rośliny, nasilenia tego stresu (czasu działania, stężenia), postaci, w jakiej jest dostępny metal (jony, kompleksy). Rysunek 5 przedstawia dwa wykresy, które obrazują

zależność między ilością metalu ciężkiego i reakcją organizmu. Wykres a) stosuje się do mikroelementów. Zarówno ich niedobór, jak i nadmiar wywołuje skutki

ujemne. Zachowanie się organizmów żywych pod wpływem wzrastającej ilości pierwiastków zbytecznych przedstawia wykres b). W pewnych granicach małych koncentracji pierwiastki te są na ogół obojętne dla organizmów: roślin, zwierząt i ludzi. Dopiero po przekroczeniu pewnego poziomu zawartości zaznacza się ich toksyczny efekt, zwiększający się w miarę wzrostu koncentracji metalu

ciężkiego [11, 22].

Najważniejsze reakcje komórek korzenia:

Morfologiczne:

a) zmiany w biomasie korzenia (większość badań wykazuje zmniejszenie masy),

Rys. 5. Zależność między zdrowotnością i zawartością pierwiastków śladowych niezbędnych i zbytecznych

b) stymulacja rozwoju korzeni bocznych - bardziej zagęszczony i zwarty system korzeniowy,

c) zmiany tempa wzrostu,

d) hamowanie wzrostu wydłużeniowego korzenia na skutek: hamowania cytokinezy i zaburzeń mitozy,

e) grubienie wierzchołkowej części korzenia,

f) zmniejszenie gęstości włośników lub ich przedwczesne zamieranie,

g) brązowienie korzeni lub inne przebarwienia,

h) stymulacja lignifikacji korzenia, a także akumulacja kalozy w ścianach komórek kory pierwotnej,

i) strukturowe zmiany hipodermy, endodermy i perycyklu,

j) zmniejszenie elastyczności ścian komórkowych.

Fizjologiczne:

a) uszkodzenia błony komórkowej, będącej pierwotnym miejscem toksycznego działania jonów metali,

b) zmniejszenie przepuszczalności błony komórkowej dla wody i zmniejszenie pobierania wody przez rośliny, co objawia się plazmolizą,

c) zmniejszenie oddychania korzeniowego.

Metale niezablokowane w korzeniu przedostają się do pozostałych organów, zakłócając procesy fizjologiczne i metaboliczne roślin [23].

Stres wodny powodowany przez nadmiar metali jest początkiem zakłóceń w metabolizmie roślin. Obniżenie zawartości wody o około 10÷15% wywiera ważny wpływ na rośliny, powodując następujące zmiany:

 Zaburzenia w procesie fotosyntezy. Ograniczona transpiracja może pośrednio oddziaływać na fotosyntezę przez obniżenie poziomu CO2. Aparat fotosyntetyczny

jest szczególnie wrażliwy na działanie metali ciężkich. Cykl Calvina jest w pierwszym rzędzie obiektem toksycznego działania metali, czego skutkiem

jest nadmierna akumulacja ATP i NADPH, a w konsekwencji hamowanie fotosystemu II. Metale ciężkie mogą prowadzić do bezpośredniego zahamowania aktywności enzymów zaangażowanych w syntezie chlorofilu lub interakcji między metalami a wywołaniem wtórnych niedoborów innych pierwiastków, np. żelaza. Ołów u roślin hamuje syntezę dehydrogenazy kwasu 5-aminolewulinowego [ALAD] (rys. 6), która katalizuje reakcję tworzenia porfobilinogenu - substratu do syntezy układu porfirynowego. Na skutek niedoboru ALAD obniża się zawartość chlorofilu, zakłóceniom ulega działanie fotosystemów oraz zmniejsza się siła asymilacyjna (zawartość ATP i NADPH2) i tempo asymilacji CO2. Ograniczenie asymilacji CO2 powoduje obniżenie poziomu metabolitów pochodzących z fotosyntetycznej redukcji związków węgla, głównie 3-fosfoglicerynianu, rybozy

i rybulozy. Brak tych metabolitów uniemożliwia regenerację akceptora CO2 - rybulozo-1,5-bisfosforanu [9].

 Zaburzenia metabolizmu białek. Pod wpływem metali ciężkich zmniejsza się aktywność nitrogenazy u roślin żyjących w symbiozie z roślinami motylkowymi.

W brodawkach tych roślin stwierdzono obniżony poziom NH4 + i białek. Wpływ metali na metabolizm azotowy stwierdzono w przypadku odżywiania roślin

azotanami. Rośliny te wykazywały zmniejszoną aktywność reduktazy azotanowej i jednocześnie zmniejszone pobieranie 3 NO .

Rys. 6. Uproszczony schemat syntezy porfobilinogenu. Symbolem  zaznaczono reakcje hamowania przez ołów

 Zaburzenia w pobieraniu, transporcie i asymilacji makro- i mikroskładników. Wpływ metali ciężkich na pobieranie i przemieszczanie innych kationów i anionów jest rezultatem współzawodnictwa o miejsce sorpcji na powierzchni korzeni lub tworzenie nieprzyswajalnych kompleksów [23]. Ołów hamuje pobieranie azotanów i obniża aktywność enzymu uczestniczącego w jego redukcji [9].

 Zaburzenia w oddychaniu. Metale ciężkie działają na wszystkie etapy procesów oddechowych, lecz najbardziej toksyczny wpływ mają na oddychanie mitochondrialne [23]. Ołów powoduje zmniejszenie liczby grzebieni mitochondrialnych, co prowadzi do obniżenia wydajności fosforylacji oksydacyjnej. Nawet bardzo małe stężenia ołowiu zaburzają utlenianie bursztynianu, ponieważ jest zahamowana aktywność dehydrogenazy bursztynianowej. Zaburzenia oddychania mitochondrialnego powodują niedobór energii w komórce. Obroną roślin przed niedoborem energii i zakłóceniem oddychania mitochondrialnego jest wzmożona aktywność enzymów glikolitycznych i fermentacyjnych [9].

 Zmiany właściwości błon plazmatycznych. Metale ciężkie mogą zmieniać fizyczne i biochemiczne właściwości błon plazmatycznych biorących udział

w procesie pobierania jonów. Zmiany osmotyczne komórki wywołane reakcją metali z fosforanami błon plazmatycznych mogą mieć znaczenie w absorpcji

wody. Sekwencja reakcji roślin na niedostatek wody w tkankach roślin (spowodowana m.in. nadmiarem metali ciężkich) jest następująca:

1) zmniejszenie tempa wzrostu łodygi i liści,

2) zwolniona synteza składników ściany komórkowej i białek w tkankach, w strefie elongacji,

3) ustanie podziałów komórkowych,

4) obniżenie poziomu niektórych enzymów indukcyjnych, np. reduktazy azotanowej,

5) zaburzenia biosyntezy chlorofilu,

6) zamykanie szparek,

7) zmniejszenie transpiracji i asymilacji CO2 [23].

Strategie odporności roślin

W celu ochrony przed zatruciem w komórkach roślin wykształciły one dwie strategie odporności:

Unikanie stresu polega na niedopuszczeniu lub sporym ograniczeniu pobrania czynnika stresowego (np. metali ciężkich) przez roślinę, a tym samym uniknięciu

specyficznej zmiany fizycznej lub chemicznej wywołanej przez ten czynnik [13, 24]. Natomiast tolerancja polega na minimalizacji skutków stresu [23]. Czynnik stresowy zostaje pobrany, więc w sensie fizycznym roślina doświadcza go

wewnętrznie [13].

Unikanie stresu

Wytwarzanie barier zmniejszających prawdopodobieństwo uszkodzenia komórek i zatrucia toksycznymi jonami może być osiągnięte:

- w obrębie plazmalemmy m.in. przez zmianę aktywności błonowej ATPazy, zmniejszenie pojemności jonowymiennej i syntezę -1,3-glukonu (kalozy); kaloza

jest substancją pozbawioną ładunku elektrycznego i nie ma zdolności wiązania metalu w ścianie komórkowej; jej odkładanie może jednak fizycznie uniemożliwiać

dyfuzję jonów metalu do błony komórkowej;

- przez zmiany biochemiczne i fizyczne zachodzące poza plazmalemmą:

a) w ścianie komórkowej - może ona zatrzymywać nawet do 90% pobranego metalu. Pory w ścianach komórkowych zbudowane są z pektyn i hemiceluloz

zawierających kwasy galakturonowy i glukuronowy. Działają one jako wymieniacze kationowe, w wyniku ich dysocjacji pojawiają się ujemnie naładowane grupy wysycone najczęściej przez wapń. W obecności metali ciężkich jony wapnia mogą być zastępowane np. przez kationy ołowiu. W wiązaniu metali

w ścianie komórkowej, oprócz polisacharydów, uczestniczą także białka. Mechanizm kumulowania w obrębie ściany poznano dla Mn, Zn, Cu, Pb, Cr oraz

Cd, najczęściej pierwiastki te są unieruchamiane w postaci fosforanów, węglanów i krzemianów [8,23];

b) w ryzosferze - pokrywający powierzchnię korzenia śluz zawiera kwasy uronowe, których grupy karboksylowe wiążą metale [8, 23];

- przez aktywne usuwanie pobranego jonu z protoplastu np. przez gruczoły solne, hydatody, ektodesmy [8]. Istnienie mechanizmu wykluczania nie jest cechą

wszystkich roślin mało wrażliwych na metale. Ten metabolizm jest znany dla Al, Zn, Ni, Cu i Pb.

Tolerancja stresu

Po przedostaniu się przez bariery zewnątrzprotoplastowe jony metali mogą być:

- zdeponowane w strukturach komórkowych, takich jak np. retikulum endoplazmatyczne czy jądro komórkowe, nukleozydów, nukleotydów, polinukleotydów;

- wiązane przez metaloproteiny (metalotioneiny) - wewnątrzkomórkowe białka o niewielkich masach molekularnych, które zawierają w składzie duże liczby reszt cysteiny. Za unieczynnianie metali ciężkich w roślinach odpowiedzialne są fitochelatyny (roślinne metalotioneiny) lub ich prekursor - glutation;

- wiązane w wakuolach w postaci nierozpuszczalnych związków, np. MnO2, Cu2S i inne;

- indukują w roślinach syntezę specyficznych białek, zwanych białkami stresowymi;

- wiązane z aminokwasami, a także z kwasami organicznymi cytoplazmy i wakuoli (nietoksyczne kompleksy). Kwasy organiczne: cytrynowy, jabłkowy, szczawiowy mogą być ligandami jonów metali. Aminokwasy chelatują jony metali, głównymi ligandami miedzi są asparaginian i histydyna, a niklu histydyna oraz glutaminian i prolina [8].

Podsumowując, rośliny uruchamiają mechanizmy, aby obronić się przed szkodliwym nadmiarem jonów metali ciężkich. Najważniejsze z nich to:

1) wydzielanie przez korzenie nadmiaru pobranych jonów,

2) unieruchomienie metali w ścianach komórkowych lub wakuolach w postaci nierozpuszczalnych związków,

3) tworzenie nietoksycznych kompleksów metali z kwasami organicznymi cytoplazmy i wakuoli,

4) wiązanie jonów metali z aminokwasami,

5) wytwarzanie fitochelatyn - połączeń metali z białkami komórek bogatymi w siarkę.

Tereny skażone są zasiedlane przez populacje roślin, które rozwinęły tolerancję na metale zawarte w glebach i podłożach. Rośliny rosnące na terenach skażonych

metalami ciężkimi różnią się zdolnością do gromadzenia ich zarówno pod względem ilości, która może być zmagazynowana w tkankach bez szkody dla nich, jak i możliwości wybiórczego pobierania metali z gleby.

Wyróżnia się trzy grupy roślin różniących się współzależnością roślina - gleba:

1) rośliny akumulatory - kumulujące metale głównie w części nadziemnej, przy niskim i wysokim jego poziomie w glebie,

2) rośliny indykatory - u których pobieranie i transport do pędu regulowane są tak, że wewnętrzne stężenie jest odbiciem jego poziomu na zewnątrz,

3) rośliny wykluczające - stężenie metalu w pędzie jest utrzymywane na niskim poziomie, mimo jego dużej koncentracji w środowisku (do pewnej krytycznej

wartości) [23].

Wpływ wybranych metali ciężkich na rośliny i organizm człowieka

Kadm

To jeden z najbardziej toksycznych pierwiastków zarówno dla roślin, jak i dla organizmu człowieka. Pomimo tego jest stosunkowo łatwo i intensywnie pobierany przez rośliny, na ogół proporcjonalnie do stężenia w środowisku

[24-26]. Bardzo dużo kadmu gromadzi się w korzeniu i liściach selera, sałacie oraz marchwi, dużo w ziemniakach, brokułach i kalafiorze, a najmniej w pomidorach, groszku i owocach drzew [27]. Najczęściej zasobniejsze w kadm są korzenie, liście, łodygi, a ubogie w ten składnik są owoce, nasiona i bulwy [28]. Kadm, jeśli dostanie się do gleby, utrzymuje się na jej powierzchni ponad 250 lat. Wchodzi on w skład próchnicy, przybierając formy łatwo przyswajalne dla roślin [29].

Podobnie jak inne metale ciężkie, kadm pobierany z gleby jest gromadzony głównie w korzeniach. Mimo intensywnej jego akumulacji w tkankach korzeniowych podlega łatwemu transportowi w roślinie i zostaje doprowadzony do

wszystkich jej organów [30]. Korzenie roślin pobierają kadm w postaci dwuwartościowych kationów (Cd2+), jonów uwodnionych oraz chelatów metaloorganicznych [25]. Zatem wchłaniają większe ilości kadmu z rozpuszczalnego CdCl2 niż z nierozpuszczalnego w wodzie CdO, a także większe

ilości z mineralnych soli (np. siarczanu kadmu) niż ze ścieków [28]. Zawartość w glebie innych pierwiastków stymuluje pobieranie kadmu. Miedź i cynk obniża ilość kadmu w roślinach, natomiast ołów zwiększa jego stężenie [24, 28]. Jeżeli w podłożu występuje żelazo w formie związanej, to następuje znaczny wzrost pobierania kadmu. Obecność chelatów żelaza wzmaga również transport kadmu do części nadziemnych [24]. Pierwiastek ten oddziałuje bezpośrednio na rośliny,

powodując zaburzenia fotosyntezy, przemiany związków azotowych, obniżenie zdolności pobierania CO2, zmiany przepuszczalności błon komórkowych i struktury DNA [25, 26, 31]. Objawami tych zakłóceń są plamy chlorotyczne i brunatne na blaszkach liściowych, zaczerwienie żyłek, liście ulegają skręceniu, a korzenie zgrubieniu i skróceniu [25]. Kadm gromadzony w roślinach uprawnych wchodzi w łańcuch żywieniowy człowieka [29]. Toksyczne działanie kadmu na organizm ludzki polega na zaburzeniu czynności nerek, chorobie nadciśnieniowej, zmianach nowotworowych, zaburzeniu metabolizmu białka, uszkodzeniu układu

oddechowego [2, 22]. Uszkodzenie nerek objawia się obecnością w moczu białek mikroglobulinowych. Duże stężenia Cd we wdychanym powietrzu mogą powodować rozedmę płuc, zmiany w obrębie tętnic płucnych i zmiany

miażdżycowe [2, 10]. Drastycznymi następstwami kumulowania się dużych

ilości kadmu w organizmie człowieka są wady wrodzone. Stwierdzono: przepuklinę mózgową, wodogłowie, brak oczu, rozszczep podniebienia, brak kości śródstopia. Ze względu na bardzo dużą łatwość gromadzenia kadmu w łożysku

stwarza on także zagrożenie dla rozwoju psychofizycznego płodu [2].

Ołów

Należy do grupy bardzo toksycznych pierwiastków. Na działanie ołowiu najbardziej wrażliwe są warzywa i zboża [26]. Najwięcej ołowiu stwierdza się w sałacie i liściach buraków. Intensywniej kumulują ołów rośliny dwuliścienne (np. warzywa), a wolniej jednoliścienne (zboża) [27]. Ołów z uwagi na dość ograniczoną rozpuszczalność minerałów, w skład których wchodzi, jest w środowisku mniej mobilny niż kadm i cynk [32]. W warunkach znacznego zanieczyszczenia łatwo jednak wnika do łańcucha żywieniowego [32]. Rośliny pobierają go zarówno z podłoża, jak i z pyłu atmosferycznego [30]. O ile ołów pobrany z gleby w znacznym stopniu gromadzi się w korzeniach, o tyle ołów pobrany przez liście kumuluje się w ich tkankach, choć znaczna ilość jest wiązana w kutykuli [28, 30]. Większość (93÷96%) metalu pobranego przez korzenie

pozostaje w tym organie. Na jego powierzchni ołów tworzy krystaliczne złogi (z orto- i dipirofosforanów). Pierwiastek ten wnika do liści przez aparaty szparkowe lub po wcześniejszym uszkodzeniu kutykuli [24]. Na pobieranie i aktywność ołowiu antagonistyczny wpływ mają Ca, S, P, powodując wytrącanie się go w formach słaborozpuszczalnych zarówno w środowisku korzenia, jak i w tkankach roślin. Cynk z kolei powoduje zaburzenia w transporcie ołowiu do części nadziemnych roślin [25]. Ołów wpływa na podstawowe procesy życiowe roślin.

Podczas fotosyntezy zaburza: syntezę barwników, transport elektronów i fazę ciemną. Hamowanie syntezy barwników dotyczy przede wszystkim chlorofilu a i b oraz hemu. Przez silną inhibicję nitrogenazy w wiązaniu azotu atmosferycznego ołów (podobnie jak inne metale ciężkie) wpływa niekorzystnie na metabolizm azotowy. Metal ten ma także swój udział we wszystkich etapach oddychania,

szczególnie mitochondrialnego. Ołów destabilizuje strukturę kwasu nukleinowego poprzez rozerwanie wiązań wodorowych między zasadami. Jony ołowiu mogą także wiązać się z grupami fosforanowymi kwasu nukleinowego i powodować przerwanie wiązania fosfodiestrowego i degradację RNA i DNA [9, 21, 24].

Objawami u roślin są: mniejsze, chlorotyczne lub czerwone liście, korzenie wykazują słabszy wzrost i barwę od brązowej do czerwonej. Liście rozwijają się wolniej, mają mniejszą blaszkę liściową, mniejszy turgor i często zamknięte aparaty szparkowe. W skrajnych przypadkach występują plamy nekrotyczne. Korzenie mają mniejszą gęstość włośników [24]. Związki ołowiu łatwo wnikają do organizmów ludzkich drogą pokarmową, oddechową, a nawet przez powłoki skórne [29]. W przypadku ostrego zatrucia najczęściej występującym objawem jest kolka żołądkowo-jelitowa (rozproszone, kurczowe bóle brzucha). Przy przewlekłych zatruciach występuje anemia - jest ona wynikiem inhibicji

syntezy hemu. Na działanie ołowiu narażony jest także układ nerwowy zarówno ośrodkowy, jak i obwodowy oraz nerki. Do łagodniejszych objawów działania ołowiu zalicza się pogorszenie sprawności umysłowej oraz nadmierną

ruchliwość. Natomiast najcięższe następstwa to: zanik kory mózgowej i wodogłowie [10, 22].

Nikiel

Nie jest on pierwiastkiem niezbędnym do prawidłowego funkcjonowania prawie wszystkich organizmów żywych, lecz odkryto, iż niektóre gatunki roślin nie mogą się normalnie rozwijać bez jego obecności w glebie [31, 32]. Mobilność niklu w środowisku glebowym jest silnie uwarunkowana składem granulometrycznym oraz

mineralogicznym gleb. O jego występowaniu w glebie decyduje przede wszystkim zawartość tego pierwiastka w skałach macierzystych. W trakcie procesów wietrzenia nikiel uwalnia się tworząc ruchliwą formę jonową i jest wiązany przez wodorotlenki żelaza i manganu [32]. Nikiel jest łatwo przyswajalny przez organizmy roślinne, gdy w glebie występuje w formach mobilnych. W roślinach jest bardzo ruchliwy i łatwo przemieszcza się do części nadziemnych. Warzywa liściaste gromadzą większe ilości metalu niż owoce [25]. Nadmiar niklu powoduje uszkodzenie aparatu asymilacyjnego - zwłaszcza warzyw [26]. Najczęstszym

objawem nadmiaru niklu jest chloroza, spowodowana przez wyłączenie żelaza z funkcji fizjologicznych [25]. Uszkodzeniu ulegają także korzenie, które grubieją,

brunatnieją i nie rosną. Metal ten powoduje ponadto zaburzenia równowagi kationowo-anionowej w zielonych częściach roślin, przez co ulega zakłóceniom metabolizm wapnia i żelaza [26]. Nikiel pobierany przez człowieka z pożywieniem jest w większości wydalany z organizmu, natomiast wdychany z pyłem atmosferycznym w dużym stopniu akumuluje się w płucach i powoduje uszkodzenie błon śluzowych. Brak niklu powoduje zahamowanie wzrostu i obniżenie poziomu hemoglobiny we krwi oraz zmiany w naskórku i zaburzenia

pigmentacji. Niedobór pierwiastka upośledza funkcję wątroby. Nadmiar niklu obniża w organizmach poziom magnezu, manganu i cynku [25].

Miedź

To mikroelement niezbędny do prawidłowego funkcjonowania roślin - jest kofaktorem wielu enzymów i przenośnikiem elektronów w różnych reakcjach

biochemicznych, które wszechstronnie oddziałują na procesy fizjologiczne i metaboliczne w roślinach [26, 33]. Miedź jest łatwo pobierana i transportowana w roślinach, najintensywniej przez rośliny młode, kumulowana jest głównie w organach młodych i fizjologicznie aktywnych [30]. Metal ten w glebie występuje w połączeniach z substancją organiczną, minerałami ilastymi oraz w formie

różnych wytrąceń, takich jak: siarczany, siarczki i węglany [32]. Przez rośliny pobierany jest w formie jonów Cu2+ lub w postaci chelatów miedziowych [28].

Niedobór miedzi powoduje u roślin najczęściej chlorozę, brak jędrności pędów i liści, co nadaje roślinie przywiędły wygląd. Znana jest także „choroba nowin” występująca głównie u zbóż [28]. Niedostatek miedzi ma również wpływ

na kwitnienie oraz zachodzące w roślinach przemiany węgla i azotu [31].

Najczęściej niewystarczająca ilość przyswajalnych form miedzi występuje na torfach i wrzosowiskach świeżo wziętych pod uprawę oraz na glebach silnie próchnicznych, piaszczystych lub wapiennych. Nadmiar miedzi również

powoduje u roślin zatrucia, lecz jest on znacznie rzadziej spotykany. Przy dużej koncentracji następuje jej szkodliwe nagromadzenie w chloroplastach, co powoduje zakłócenia w procesie oddychania, syntezy chlorofilu oraz aktywności

enzymów. Pierwiastek ten silnie wiąże się z białkami i jest najczęściej zatrzymywany w korzeniach roślin, przez co są one krótkie, zgrubiałe i pozbawione włośników [26, 30]. Objawem nadmiaru miedzi jest także początkowo ciemna

zieleń, a następnie chloroza. Metal ten jest niezbędnym składnikiem diety człowieka, a pełne pokrycie zapotrzebowania na niego jest warunkiem

prawidłowego rozwoju i zdrowia [25]. W organizmach ludzkich bardziej niekorzystny niż nadmiar jest niedobór miedzi, gdyż powoduje zaburzenia w takich procesach, jak: utwardzanie kolagenu, keratynizacja włosów, synteza melaniny, metabolizm lipidów, a także wpływa na właściwości mielinowej osłonki włókien nerwowych, co z kolei powoduje anemię, ograniczenie wzrostu i płodności,

zaburzenia systemu nerwowego oraz choroby układu krążenia [25, 31].

Cynk

W niezbyt dużych ilościach jest on niezbędny do prawidłowego funkcjonowania organizmów żywych [26]. Powstające w trakcie wietrzenia związki cynku są łatwo

rozpuszczalne, a jony tego metalu tworzą w glebie bardzo mobilne połączenia mineralne lub organiczno-mineralne. Duża rozpuszczalność związków, w których występuje ten pierwiastek, powoduje, że jego pobieranie przez rośliny może być znaczne [32]. Cynk pobierany jest przez rośliny w formie jonów Zn2+, jonów uwodnionych oraz chylatów organicznych zarówno przez korzenie, jak i liście, choć w znacznie większym stopniu przez korzenie [25, 28]. Metal ten jest kofaktorem wielu enzymów, jego niedobór dezorganizuje w znacznym stopniu metabolizm węglanowy, białkowy, syntezę auksyn oraz syntezę DNA i RNA, upośledzając tym samym wzrost i procesy reprodukcji roślin [33]. Szczególnie wrażliwe na niedobór cynku są warzywa oraz drzewa owocowe [31]. W warunkach obfitego zaopatrzenia cynk akumuluje się głównie w korzeniach, gdzie zakłóca działalność białek oraz rozregulowuje metabolizm roślin, wiążąc wapń, miedź i żelazo niezbędne roślinom do ich wegetacji [30, 31]. Typowe objawy nadmiaru cynku to: chloroza, a także spadek fotosyntezy, co powoduje bielenie i marszczenie liści, a tym samym wolniejszy ich wzrost [26]. Dzienne zapotrzebowanie człowieka na cynk to 12÷15 mg. Niedobór cynku ogranicza wzrost organizmu,

wywołuje zaburzenia rozwoju układu kostnego, funkcji rozrodczych, stany zapalne skóry i łysienie oraz biochemiczne zmiany we krwi. Cynk jest jednak stosunkowo

mało toksyczny i dopiero duże jego stężenie w pożywieniu może mieć wpływ na metabolizm człowieka. Przy obecności dużej ilości tego pierwiastka w organizmie odkłada się on w wątrobie i nerkach [25, 31].

Normy zawartości metali ciężkich

Z roślin uprawnych warzywa wykazują największe możliwości nagromadzania metali ciężkich zarówno przez glebę, jak i w wyniku ich opadania na powierzchnię roślin [34]. Zawartość metali w warzywach musi być dostosowana

do obowiązujących norm. Maksymalne dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń

metalami szkodliwymi dla zdrowia ujęte zostały w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia z dnia 13 stycznia 2003 r. Dziennik Ustaw Nr 37, poz. 326, zał. 1 (tab. 3).

W przypadku produktów wzbogaconych związkami cynku, miedzi i innych mikroelementów zawartość tych metali powinna być taka, ażeby przy zalecanym dziennym dawkowaniu produktu ich pobieranie nie przekraczało wartości zapotrzebowania dziennego [35].

Tabela 3. Maksymalne dopuszczalne zawartości metali ciężkich

w warzywach

Metody oczyszczania środowiska za pomocą

roślin - fitoremediacja

Jedną z technik opracowanych w odpowiedzi na degradację środowiska naturalnego jest fitoremediacja, czyli technologia polegająca na wykorzystaniu roślin do usuwania metali ciężkich i innych substancji chemicznych ze

środowiska [34]. U podstaw tej techniki leży obserwacja roślin występujących na obszarach bardzo bogatych w rudy metali, które gromadziły ich duże ilości [36]. Rośliny te, zwane hiperakumulatorami lub metalofitami, obejmują wiele

gatunków preferencyjnie pobierających metale: 360 z nich gromadzi nikiel, 26 kobalt, 24 miedź, 16 cynk i jeden kadm [20, 36]. Cechy, jakimi powinny charakteryzować się rośliny przeznaczone do fitoremediacji to: szybki wzrost, duża

biomasa, głęboki system korzeniowy, powinny być łatwe w zbiorze oraz tolerować i akumulować duże ilości metali w swoich częściach nadziemnych [8].

Przy fitoremediacji zakłada się, że wraz z wodą pobierane są zanieczyszczenia zawarte w glebie, które z prądem transpiracyjnym przedostają się do nadziemnych

części roślin. Tą drogą niektóre lotne substancje organiczne mogą być wyparowywane razem z wodą, zaś inne, jak metale ciężkie, gromadzą się w tkankach liści [36]. W zależności od środowiska i charakteru procesu można

wyróżnić kilka technologii fitoremediacyjnych [20]. W oczyszczaniu gleb wykorzystuje się takie metody jak:

fitoekstrakcja - usuwanie metali ciężkich dzięki akumulacji w nadziemnych częściach roślin,

fitostabilizacja -unieruchomienie metali w glebie i zmniejszenie ich

dostępności w środowisku,

fitostymulacja - wspomaganieprzez rośliny naturalnie występujących procesów degradacji mikrobiologicznej w ryzosferze,

fitowolatyzacja - przeprowadzanie zanieczyszczeń w stan lotny oraz

fitodegradacja - rozkład substancji organicznych przez rośliny i związane z nimi mikroorganizmy.

Do metodoczyszczania wód należy ryzofiltracja - usuwanie metali ze

ścieków i środowisk wodnych dzięki absorpcji na korzeniach roślin (filtracja korzeniowa) [20, 36].

Fitoremediacja uważana jest za najtańszą z obecnych na rynku metod oczyszczania gleb i najbardziej przyjazną dla środowiska, do jej wad należy natomiast długi czas

wymagany do oczyszczania skażonego terenu [20, 36]. Najbardziej rozpowszechnioną i opłacalną techniką jest fitoekstrakcja, stosowana głównie do usuwania z gleby metali ciężkich i pierwiastków radioaktywnych (rys. 7).

Sukces tej metody jest uzależniony przede wszystkim od odpowiedniego wyboru gatunku rośliny [20]. Do najbardziej wydajnych należą różne gatunki gorczycy, tobołki, wiele gatunków traw i rośliny motylkowe, przy czym wymienione

rośliny cechuje duża tolerancja w stosunku do warunków klimatycznych [20, 36]. Bardzo ważnym warunkiem skutecznej fitoekstrakcji jest odpowiednia dostępność metali dla roślin. W celu zwiększenia potencjału akumulacyjnego roślin stosuje się substancje chelatujące, znacznie zwiększające pobieranie i translokację metali w roślinach poprzez uwalnianie metali z cząstek gleby i tworzenie z nim rozpuszczalnego kompleksu, który jest następnie transportowany przez ksylem i deponowany w liściach. Wydajność pobierania metalu ściśle zależy od jego

powinowactwa do chelatoru, np. EDTA jest specyficznym chelatorem ołowiu [20, 36]. Na intensywnie użytkowanych terenach przemysłowych stężenie zanieczyszczeń w podłożu może być tak duże, że ogranicza lub uniemożliwia wegetację roślin. Rolą pokrywy roślinnej jest unieruchomienie metali ciężkich w glebie poprzez adsorpcję na korzeniach, wytrącanie w postaci osadów lub zmianę w formę mniej dostępną. Fitostabilizacja ma największe zastosowanie na mocno zakwaszonych hałdach pokopalnianych, zawierających duże ilości ołowiu,

cynku oraz miedzi [36].

Rys. 7. Schemat zastosowania fitoekstrakcji w praktyce

Podsumowanie

W przedstawionym studium literaturowym opisano źródła i drogi zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi, ruchliwość i pobieranie jonów metali przez rośliny

i czynniki wpływające na ich koncentrację. Przeanalizowano wpływ czynników stresowych na rośliny, a w szczególności koncentracji pięciu metali: kadmu, ołowiu, niklu, miedzi i cynku. Podano też obowiązujące normy, dotyczące zawartości metali ciężkich w warzywach oraz opisano metody oczyszczania środowiska za pomocą roślin, dzięki fitoremediacji.

Literatura

[1] Kocjan R., Kot A. i Ptasiński H.: Zawartość chromu, cynku, miedzi, niklu, kadmu i ołowiu w warzywach i owocach z terenów Stalowej Woli. Bromatol. Chem. Toksykol., 2002, (1), 31-38.

[2] Zglinicka A.: Toksyczność kadmu i ołowiu. Aura, 2002, (2), 30-31.

[3] Rogóż A. i Opozda-Zuchmańska E.: Właściwości fizykochemiczne gleb i zawartość pierwiastków śladowych w uprawianych warzywach, Cz. II. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 2003, (493), 471-481.

[4] Sady W.: Czynniki ograniczające zawartość azotanów i metali ciężkich w warzywach. Przem. Ferment. Owoc.-Warzyw., 2001, (5), 21-23.

[5] Domagała-Świątkiewicz I. i Sady W.: Jak ograniczyć nadmierną akumulację metali ciężkich w warzywach? Owoce-Warzywa-Kwiaty, 2001, (15), 27-28.

[6] Lipińska J.: Wpływ wybranych właściwości gleby na zawartość metali ciężkich w warzywach. Zesz. Nauk. Akad. Podlas. w Siedlcach, Seria: Rolnictwo, 2000, (57), 151-157.

[7] Kołota E.: Jak ograniczyć zawartość szkodliwych substancji w warzywach. Cz. III. Metale ciężkie. Działkowiec, 2001, 6, 53.

[8] Baranowska-Morek A.: Roślinne mechanizmy tolerancji na toksyczne działanie metali ciężkich. Probl. Nauk Biol., 2003, 52(2-3), 283-298.

[9] Mical A.H., Czerpak R. i Krotke A.: Wpływ ołowiu na niektóre procesy metaboliczne roślin. Probl. Nauk Biol., 1997, 46(2), 277-282.

[10] Alloway B.J. i Ayres D. C.: Chemiczne podstawy zanieczyszczenia środowiska. WN PWN, Warszawa 1999.

[11] Gorlach E. i Gambuś F.: Potencjalnie toksyczne pierwiastki śladowe w glebach (nadmiar, szkodliwość i przeciwdziałanie). Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 2000, (472), 275-296.

[12] Grys R. i Sady W.: Czynniki ograniczające bioakumulację kadmu w warzywach. Hasło Ogrodnicze, 1999, (10), 11-13.

[13] Woźny A.: Ołów w komórkach roślinnych: pobieranie, reakcje, odporność. Wyd. Sorus, Poznań 1995.

[14] Karczewska A.: Metale ciężkie w glebach zanieczyszczonych emisjami

hut miedzi  formy i rozpuszczalność. Zesz. Nauk. Akad. Roln. We Wrocławiu, 2002, (432), 1-159.

[15] Chłopecka A.: Wpływ różnych związków kadmu, miedzi, ołowiu i cynku na formy tych metali w glebie oraz na ich zawartość w roślinach. Praca doktorska. IUNG, Puławy 1994.

[16] Curyło T. i Jasiewicz C.: Wpływ nawozów organiczno-mineralnych na akumulację metali ciężkich przez rośliny. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 1998, (455), 57-72.

[17] Sady W. i Rożek S.: Jak ograniczyć zawartość kadmu w marchwi? Owoce-Warzywa-Kwiaty, 2001, (20), 15-16.

[18] Wiśniowska-Kielian B.: Wpływ wilgotności gleby na pobieranie metali ciężkich przez rośliny. Cz. I. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 2000, (471), 587-595.

[19] Gambuś F.: Pobieranie metali ciężkich przez różne gatunki roślin uprawnych. Cz. I. Wrażliwość roślin na metale ciężkie. Acta Agr. Et Silv., Ser. Agr., 1997, 35, 21-29.

[20] Gwóźdź E.A. i Kopyra M.: Reakcje komórek roślinnych na metale ciężkie - aspekty biotechnologiczne. Biotechnologia, 2003, 3(62), 107-123.

[21] Słowik D.: Wpływ ołowiu na fotosyntezę. Wiad. Bot., 1999, 43(3/4), 41-49.

[22] Gambuś F. i Gorlach E.: Pochodzenie i szkodliwość metali ciężkich. Aura, 2001, (6), 11-13.

[23] Tyksiński W.: Mechanizmy tolerancji na zwiększone zawartości metali ciężkich w glebach i podłożach. Rocz. Akad. Roln. Poznań, Seria: Ogrodnictwo, 2002, 209-214.

[24] Skołożdrzy J., Perła J., Smól J. i Twardowski T.: Metale ciężkie: żelazo, ołów i kadm - czy tylko zagrożenie dla roślin? Ochr. Rośl., 2001, 5(6), 2-6.

[25] Kabata-Pendias A. i Pendias H.: Biogeochemia pierwiastków śladowych. WN PWN, Warszawa 1993.

[26] Krogulec N.: Wpływ metali ciężkich na rośliny. Ekopartner, 1993, 1(15), 21.

[27] Bojarczyk W. i Kwiecień M.: Drogi przenikania ołowiu i kadmu do organizmu zwierząt. Przegl. Hodowl., 2000, (12), 22-24.

[28] Lityński T. i Jurkowska H.: Żyzność gleby i odżywianie się roślin. PWN, Warszawa 1982.

[29] Kowalak A.: Metale śmierci. WOPR, Iwonicz 1997.

[30] Ciepał R.: Przenikanie S, Pb, Cd, Zn, Cu i Fe do biomasy oraz gleby ekosystemu leśnego na przykładzie wschodniej części woj. katowickiego. Znaczenie bioindykacyjne. UŚ, Katowice 1992.

[31] Wolak W., Leboda R. i Hubicki Z.: Metale ciężkie w środowisku i ich analiza. PIOŚ, Chełm 1995.

[32] Terelak H., Motowicka-Terelak T., Stuczyński T. i Pietruch C.: Pierwiastki śladowe (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) w glebach użytków rolnych Polski. IUNG, Warszawa 2000.

[33] Ruszkowska M. i Wojcieska-Wyskupajtys U.: Mikroelementy - fizjologiczne i ekologiczne aspekty ich niedoborów i nadmiarów. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 1996, (434), 1-11.

[34] Gambuś F.: Porównanie pobierania metali ciężkich przez warzywa przy zróżnicowanej ich zawartości w glebie. Biul. Reg. Zakł. Upowszechn. Post. Akad. Roln. w Krakowie, 1991, 295, 41-49.

[35] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 13 stycznia 2003 r. DzU RP Nr 37, poz. 326, zał. 1.

[36] Kopyra M.: Przyroda, Ekologia, Środowisko. Wszechświat, 2002, 103(10-12), 280-283.

25

---