Ştiaţi că din cauza ignoranței și lipsei de respect pentru mediu am reuşit să poluăm tot ce ne înconjoară cu substanțe ce produc boli grave sau chiar decese?

Cea mai mare parte a acestei poluări a fost făcută din lipsa de informare în ceea ce priveşte impactul poluanților asupra mediului înconjurător și implicit asupra organismului uman. S-a mers pe convingerea că poluanții vor fi transformați sau absorbiți și astfel impactul va fi limitat sau inexistent. lată că am greşit!

Conținuturile crescute de metale grele în sol prezintă un risc direct de poluare a solului şi deci afectează plantele care le absorb, animalele care consumă plantele respective şi implicit pe om. Dacă nu este recunoscută și tratată corespunzător, toxicitatea metalelor grele poate determina morbiditate și mortalitate.

Metalele grele sunt elemente care prezintă proprietăţi metalice, fiind caracterizate printr-o densitate și o greutate atomică relativ ridicate, cu un număr atomic mai mare de 20. Tabelul periodic al elementelor conţine 118 elemente, din care 80 sunt considerate metale, iar dintre acestea pentru aproximativ 30 de metale au fost descoperite efecte toxice la om.

metale-grele-plante-stiinta-tehnica-5Unele metale grele sunt esențiale în diferite procese biochimice (Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, V şi Zn sunt necesare în cantităţi mici pentru organism, dar devin toxice pentru acesta în cantităţi mari). Alte metale grele, cum ar fi Pb, Cd, Hg și Ca (un metaloid, dar în general menționat ca un metal greu), nu au niciun efect benefic asupra organismelor și sunt astfel considerate drept „amenințări principale”, deoarece acestea sunt foarte dăunătoare atât pentru plante, cât și pentru animale.

Metalele grele în exces au chiar proprietăți mutagene și cancerigene, provocând procese ireversibile în organism, iar unele dintre ele se pot transmite de la mamă la făt.

Dr. Cristina Achim împreună cu cercetătorii români din cadrul grupului de cercetare „Optică şi Laseri în Științele Vieții, Mediu și Tehnologie”, din Departamentul Laseri, Institutul Național pentru Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației din Măgurele, au studiat efectele a cinci tipuri de metal greu (Cu, Zn, Pb, Cd si Hg) asupra plantulelor de grâu comun și mazăre.

DR. FIZ. CRISTINA ACHIM deține titlul științific de doctor și Cercetător Științific gradul II, fiind Responsabil-Partener din partea Institutului Național de Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației – INFLPR din Măgurele, în cadrul proiectului „Sistem integrat de monitorizare și bioremediere a zonelor contaminate cu metale grele și radionuclizi” – IMONBIO nr. 72/2014, încheiat între Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării – UEFISCDI, respectiv Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Științe Biologice (INCD-SB), București. Dr. Cristina Achim are rezultate considerabile în aplicații de spectroscopie laser foto-acustică și analiză a gazelor, prin publicarea a peste 36 de articole științifice, două capitole de cărţi, o carte și peste 40 de comunicări naționale și internaționale. Acest proiect poate contribui considerabil asupra științelor vieții, principalul obiectiv al cercetării (din partea INFLPR) fiind analiza și capacitatea spectroscopiei laser fotoacustice în evaluarea randamentului de metabolizare a metalelor grele prin monitorizarea gazelor din respirația semințelor, plantulelor și a fructelor.

V-ați întrebat vreodată ce au în comun oamenii și plantele?

Nu îl putem vedea sau mirosi, dar oamenii și plantele generează un gaz specific, în condiții specifice. Acest gaz este etena (sau etilena). La oameni, etena este un marker al stresului oxidativ și poate fi detectată în aerul exhalat. Este, de fapt, o consecință a stresului oxidativ la nivel celular din cauza radicalilor liberi formați în exces.

La plante, Dimitry Neljubov a descoperit pentru prima dată rolul activ al etenei la începutul secolului al XX-lea. Ulterior, s-a constatat că etena acționează ca un fitohormon ce este produs de toate țesuturile și transportat prin difuzie în interiorul plantei. La plante, etena reglează și controlează numeroase procese fundamentale, precum ritmul de germinare a seminţelor, rata și gradul de creștere a plantulelor, iniţierea și desfășurarea procesului de veștejire a plantelor, la care se mai adăugă şi un număr mare de răspunsuri la diferiți factori.

Procesele fiziologice menționate mai sus, precum și diferite perturbări în metabolismul vegetal din cauza temperaturilor ridicate, toxicității, radiațiilor UV, radiațiilor gama, poluării etc., sunt urmate de schimbări semnificative în rata de emisie a fitohormonului. În general, răspunsul plantei la oricare dintre aceste tipuri de procese este foarte rapid.

Caracterizarea biochimică și moleculară a fazelor de biosinteză a etenei a permis deschiderea unor noi perspective în ceea ce privește înțelegerea mecanismelor prin care plantele controlează concentrația internă a acestui compus. Totuși, mecanismul prin care plantele percep și traduc semnalul legat de producerea etenei continuă să fie un subiect controversat și de actualitate.

metale-grele-plante-stiinta-tehnica-4

Folosind spectroscopia optoacustică cu laserul cu CO2 este posibilă măsurarea unor concentrații foarte mici de etenă (de ordin părți per miliard-ppb) produsă de seminte, plante sau fructe. Pentru că etena prezintă benzi de absorbție în domeniul de emisie al laserului cu CO2 (în special coincidența dintre tranziția vibrațională v7 și linia laser 10P14), este posibilă realizarea unor astfel de măsurători.

Practic, s-a investigat efectul metalelor grele la semințele germinate, prin detecția optoacustică a emisiei de etenă corespunzătoare. În principal, s-a urmărit rata de producție a etenei ca răspuns la acțiunea metalelor grele. Acest studiu preliminar a fost făcut în cadrul proiectului „Sistem integrat de monitorizare și bioremediere a zonelor contaminate cu metale grele și radionuclizi” – IMONBIO nr. 72/2014, încheiat între UEFISCDI și lNCD-SB (Director de Proiect: Prof. Dr. Gabriel-Lucian Radu, Responsabil: Dr. Simona Carmen Litescu).

Metalele grele au fost obținute de la lN-CDMRR ICPMRR Bucuresti (Dr. Ing. Mihaela Stoica), iar semințele au fost germinate în recipiente din policarbonat incolor, special utilizate pentru analiza probelor biologice. Aceste recipiente au fost create de cercetătorii români Dr. Marian Mogîldea și Dr. George Mogîldea de la Institutul de Știinţe Spațiale-ISS în proiectul „Creșterea și Supraviețuirea Fungilor Coloraţi în Spațiu” – primul experiment românesc pe Stația Spațială Internațională!

metale-grele-plante-stiinta-tehnica-1
Semințele de mazăre și grâu germinate în recipientele testate de experții ESA și NASA, cu un volum specific de 0,83 cm3/g.

Pentru analiza optoacustică, s-au folosit aproximativ 6g de semințe/boabe, iar germinarea din cadrul acestui experiment a fost efectuată la temperatura camerei. Concentrația de etenă a fost evaluată pentru mazăre (Pisum sativum) la 180 de ore și pentru grâul comun (Triticum aestivum) la 130 de ore de la adăugarea a 10 ml de metal greu, respectiv a 10 ml apă distilată.

Spectroscopia optoacustică cu laserul cu CO2 se bazează pe absorbția radiației electromagnetice de către molecula unei substanțe analizate. În urma interacției energetice, sunt rezultate anumite spectre ce reprezintă distribuția intensității radiațiilor în funcție de lungimea de undă.

Ca sursă de radiație a fost folosit un laser cu CO2, iar puterea laser utilizată la aceste măsurători a fost de 3,5 W. Proba investigată a fost conectată la instalația experimentală printr-un sistem etanș, recipientul din incintă fiind circulat cu un flux de gaz (de aer sintetic) la presiune atmosferică (1,014 milibari), după care gazul rezultat din cuva de sticlă a fost transferat în detector și anaiizat în timp real. Cuva folosită pentru determinări optoacustice a constat dintr-un capăt deschis, pentru introducerea plantulelor, respectiv un capăt închis, prevăzut cu o intrare și o ieșire pentru circulația gazului.

Metalele grele obţinute de la INCDMRR ICPMRR au avut următoarele concentraţii:

  • Zn 2μM-0,1315
  • Cu 2μM-0,1220
  • Cd 2μM-0,2260
  • Pb 2μM-0,4171
  • Hg 2μM-0,4000
metale-grele-plante-stiinta-tehnica-2
Analiza optoacustică a emisiei de etenă pentru mazăre și grâul comun, germinate cu metal greu

Rezultatele obținute pentru semințele germinate cu metal greu au fost corelate cu semințele germinate cu apă distilată. În cazul plantulelor de mazăre (analiza făcută la 180 de ore), concentrația de etenă este inhibată de metalul greu (10 ml soluție metal greu), în timp ce, pentru plantulele crescute cu apă distilată, are loc creșterea emisiei de etenă. Se poate concluziona că plantulele de mazăre care cresc în soluri poluate cu metale grele pot prezenta o reducere în creștere, performanță și randament

În cazul plantulelor de grâu, concentrația de etenă nu este semnificativ inhibată atunci când adăugăm 10 ml de metal greu în comparație cu plantulele de grâu crescute cu apă distilată. Se pare că plantula de grâu comun tinde să se adapteze condițiilor de germinare cu metal greu. Se observă că cele două tipuri de plantule, atunci când sunt germinate cu apă distilată, emit cantităţi diferite de etenă – astfel mazărea emite de 2,8 ori mai mult decât grâul comun.

Din cercetările preliminare prezentate în acest articol se poate concluziona că are loc scăderea etenei investigată în timp atunci când corelăm concentrațiile de etenă din semințele germinate cu metale grele și semințele germinate cu apă distilată. Fiind considerată un factor ce reglează și controlează atât ritmul de germinare a semințelor, cât și gradul de creștere a plantulelor, etena a fost monitorizată în evaluarea randamentului de metabolizare a metalelor grele, cu ajutorul spectroscopiei laser fotoacustice.

Aceste rezultate pot da informații utile despre condițiile optime de germinare a semințelor și nu numai. Se poate observa cât de mult afectează metalul greu dezvoltarea plantulei. Monitorizarea gazelor joacă un rol important în multe domenii ale științelor vieții, ca agrotehnologie, microbiologie, biologie moleculară, fiziologie și fitopatologie.

Metoda de spectroscopie fotoacustică cu laser poate fi întrebuințată cu succes la monitorizarea concentrațiilor de gaze din respirația semințelor germinate, a plantulelor și a fructelor/legumelor, fiind o metodă folosită datorită sensibilității ridicate, timpului scurt de răspuns și usurinței de utilizare.

Institutul Național de Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației (www.inflpr.ro) este un institut de cercetare de nivel național, stabilit prin hotărâre a Guvernului României în anul 1977 cu misiunea de a conduce cercetări fundamentale și aplicative la nivel național și internațional în domeniile fotonicii, plasmei și acceleratoarelor de electroni. INFLPR desfășoară activități de cercetare fundamentală și aplicativă în domeniul laserelor de mare putere și materialelor fotonice, nanomaterialelor și nanotehnologiilor, elaborarea de tehnologii informaționale și dot-uri cuantice, tehnologii de acoperire în plasmă și microtomografie de raze X, biofotonică și aplicații medicale ale fotonicii.

Comentați pe Facebook