Vytlačiť jednu kapitoluVytlačiť jednu kapitolu

Distribúcia kovov v životnom prostredí

8. Biota

  

  

  

  

Biota – kovy uvoľnené do abiotických zložiek životného prostredia sa potom distribuujú do bioty. Prenos sa odohráva jednak na rozhraniach medzi atmosférou a biotu, vodou a biotou, pôdou a biotou, ale aj v rámci potravových reťazcov pri prenose na jednotlivé trofické úrovne. V biote potom môže dochádzať ako k bioakumulácii tak aj k biomagnifikácii kovov. Autotrofy, tvoriace základ pastevno- koristníckych reťazcov sú schopné prijímať kovy zpôdy, vody aj atmosféry, v závislosti od toho, či sa jedná o akvatické alebo terestrické organizmy. Pri terestrických rastlinách sú kovy prijímané predovšetkým koreňom sériou komplexných interakcií medzi rastlinami, mikroorganizmami a pôdou. Tento proces v sebe zahŕňa akumuláciu, vylučovanie, vyparovanie a degradáciu. Rastliny aj stabilizujú mobilné kontaminované sedimenty tvorbou hustej koreňovej masy pod povrchom. Kovy sú z pôdy alebo sedimentov prijímané rastlinami procesom fytoextrakcie a to ako v anorganickej tak aj v organickej forme. Rýchlosť príjmu závisí od distribučných koeficientov medzi jednotlivými zložkami prostredia, ktoré sú výrazne ovplyvňované fyzikálno-chemickými vlastnosťami pôdy. Ióny kovov nemôžu voľne prechádzať cez bunkovú membránu, ktorá má lipofilnú štruktúru. Transport iónov do bunky musí byť sprostredkovaný membránovými bielkovinami stransportnou funkciou – prenášačmi. Transmembránové prenášače ovládajú extracelulárne väzby, ktorými sa ión pred transportom viaže na transmembránovú štruktúru spájajúcu extracelulárne a intracelulárne médiá. Väzbová oblasť je vnímavá len na špecifické ióny a zodpovedá za transportnú špecifičnosť. Transmembránová štruktúra umožňuje prenos naviazaných iónov z extracelulárneho prostredia cez hydrofóbne prostredie membrány do bunky. Z celkového množstva kovov spojených skoreňom, je do jeho buniek absorbovaná len časť. Významný podiel iónov viazaných na koreň sa fyzikálne adsorbuje na extracelulárne negatívne nabité miesta (COO-) bunkových stien koreňov. Podiel, ktorý je viazaný na bunkovú stenu, nemôže byť translokovaný do výhonkov. Väzba na bunkovú stenu nie je jediným rastlinným mechanizmom zodpovedným za imobilizáciu kovov v koreňoch a následnú translokáciu iónov do výhonkov. Kovy môžu byť viazané v rozpustných komplexoch s organickými kyselinami ako sú citráty, malát a malonát a zablokované v bunkových štruktúrach (napr. vakuolách), čím sa stávajú nedostupnými pre prenos do nadzemných častí. Naviac, niektoré rastliny tvoria exudáty obmedzujúce príjem kovov do koreňov. Zkoreňov môžu byť kovy xylémom transportované do nadzemných častí rastlín, kde sa môžu akumulovať, podobne ako v koreňoch, alebo byť prostredníctvom transpiračného výparu uvoľňované v prchavej forme do atmosféry. Nie všetky kovy sú v rastlinách rovnako transportované z koreňov do nadzemných častí rastlín. Uvádza sa, že kým Cd, Cu, Co, Fe a Mo sa akumulujú predovšetkým v koreňoch rastlín, Pb, Sn, V, Ag a Cr sú dobre transportované do nadzemných častí rastlín. Zn, Mn aNi sa dobre distribuujú do celej rastliny a ukladajú sa ako v koreňoch tak aj v nadzemných častiach rastlín. Táto schéma prestupu kovov v rastlinách však nie je univerzálna a prestup väčšiny kovov je značne ovplyvnený aj druhom rastlín.

  

Prestup kovov do rastlín je značne ovplyvňovaný aj charakterom rizosféry, ktorá predstavuje niekoľko milimetrovú vrstvu pôdy okolo koreňov rastlín a významne ovplyvňuje ich aktivitu. Rizosféra je vysoko dynamickým mikroprostredím, charakterizovaným spätnými interakciami medzi procesmi koreňov rastlín, vlastnosťami pôdy a aktivitou mikrobiálnych populácií. Pôdne spoločenstvá patria medzi druhovo najbohatšie terestrické ekosystémy. Práve rizosférové mikroorga- nizmy dovoľujú mnohým rastlinám existovať na pôdach znečistených banskou činnosťou imobilizáciou kovov v pôde alebo redukciou dostupnosti kovov pre rastliny. Z tohoto hľadisko zohrávajú veľmi významnú úlohu tzv. mykorízne huby existujúce spoločne s rastlinami a viažuce kovy buď v hýfach húb lokalizovaných priamo v koreňoch (endomykoríza vezikulárno-arbuskulárna) alebo v rizosférových hýfach húb (ektomykoríza). Kovy viazané v hýfach húb sú v nich komplexované a netranslokujú sa do nadzemných častí.

  

Z hľadiska distribúcie kovov do rastlín, je potrebné venovať pozornosť nielen ich akumulácii v jednotlivých častiach, ale aj distribúcii, ktorá môže byť podmienená transpiračným výparom – evapotranspiráciou. Ku kovom, pri ktorých sa dnes už jednoznačne potvrdila veľká schopnosť spätného uvoľňovania nielen zo zemského povrchu ale aj zrastlinnej biomasy, patrí Hg. Príspevok elementárnej ortuti emitovanej z vegetácie do atmosféry je vlastne základom pre pochopenie globálnej atmosferickej bilancie ortute. Väčšina údajov týkajúcich sa terestrických atmosferic- kých zdrojov Hg sa zameriava na emisie z vody alebo pôdy. Biogénne toky sú často ignorované alebo značne podhodnotené aj napriek tomu, že povrch listov rastlín prekrýva 1 až 10-krát povrch pôdy a značne ovplyvňuje zloženie stopových plynov vatmosfére. Rastliny sú schopné asimilovať svojim koreňovým systémom ako anorganické tak aj organické formy Hg a transportovať ich do listov. Keďže Hg má vysokú rýchlosť odparovania postupne z listov prchá. Tieto emisie Hg len slabo korelujú s koncentráciou Hg v listoch alebo v pôde. Predpokladá sa, že sú predovšetkým funkciou koncentrácie Hg v transpiračnom výpare, ktorá je len málo ovplyvňovaná konc. Hg v tkanive a/alebo v pôde. Modely uvádzajú dve cesty, ktorými sa môže ortuť v systéme pôda-rastlina-atmosféra pohybovať. V konvenčnejšom biochemickom modeli je Hg distribuovaná statickým spôsobom medzi orgánmi a jej transport v systéme sa meria v časovom rámci dní až týždňov. V rámci paralelného dynamického systému, ktorý je založený na transpiračnom výpare z koreňov k mezofylovým bunkám vonkajších listov a úniku do atmosféry cez stomatá, je časový rámec transportu minúty až niekoľko hodín. Osud Hg v systéme pôda- rastlina-atmosféra je dôležitý pre pochopenie biogeochémie Hg v terestrických ekosystémoch a v globálnej atmosferickej bilancii Hg. Dá sa predpokladať, že podobný transpiračný výpar môže atmosféru obohacovať aj o iné kovy.

  

Z producentov sa potom kovy dostávajú v rámci potravových reťazcov na vyššie trofické úrovne konzumentov až ku človeku. V prípade, že dochádza k akumulácii kovov v jednotlivých organizmoch, alebo k ich biomagnifikácii v rámci potravových reťazcov, môžu veľmi výrazne zasiahnuť do funkčnosti celých ekosystémov.