KADM SZKODZI!.

Prezentacja na temat: "KADM SZKODZI!."— Zapis prezentacji:

1 KADM SZKODZI!

2 Na podstawie artykułu:
„Transgenic tabacco plants expressing a rice cysteine synthase gene are tolerant to toxic level of cadmium” dr. Baczyński dr. Siwek

3 Efekty toksyczne Pobieranie kationów metali ciężkich przez korzenie roślin jest oparte o mechanizmy, które zaangażowane są w pobieranie mikroelementów. Ich toksyczne efekty są związane z duża koncentracją w komórkach. Stężenia te zaburzają: funkcjonowanie błon w transporcie elektronów (mitochondrialny i fotosyntetyczny) inaktywują wiele podstawowych enzymów (reduktaze azotanową, dehydrogenaze izocytrynianową i glukozo 6-P oraz wiele fosfataz i ATPazy) – zmniejsza to bilans energetyczny komórek i prowadzi do zabużeń w żywieniu mineralnym i redukcji wzrostu -kadm wzmaga peroksydację lipidów, wzmaga syntezę etylenu (przyspieszenie starzenia tkanek)

4 Wpływ zanieczyszczeń środowiska na rośliny uprawne:
Strategia roślin, polegająca na przeżywaniu w niekorzystnych warunkach, nie zawsze jest zgodna ze strategią rolnika (produkcja nieskażonej żywności) Zróżnicowanie zawartości metali ciężkich w pędzie, liściach lub organach reprodukcyjnych, jest cechą gatunkową. Zależy również od ruchliwości (przemieszczanie z korzeni do pędu) toksycznych jonów. Cd > Zn > Ni > Cu > Pb ruchliwość Wskaźnik bioakumulacji (A) metali ciężkich jest niższy na glebach o dużej pojemności Sorpcyjnej (próchnica – duża ilość koloidów). Maleje także ze wzrostem pH. Rośliny dwuliścienne gromadzą więcej metali toksycznych niż jednoliścienne Organy wegetatywne (spichrzowe, liście) mają wyższy poziom akumulacji niż reprodukcyjne (owoce mięsiste, ziarniaki, nasiona).

5 Wskaźniki wrażliwości roślin na metale ciężkie:
Wskaźnik tolerancji (Ti) – określa stopień zahamowania wzrostu badanej rośliny w warunkach uprawy na skażonym podłożu Wskaźnik stopnia skażenia (C) – to wielkość skażenia rośliny w skali względnej = stosunek zawartości toksycznego jonu w roślinie do jego poziomu w roślinach kontrolnych (rosnących na nieskażonym podłożu) Wskaźnik bioakumulacji (A) – pokazuje ilość pobranego i nagromadzonego przez rośline metalu w stosunku do wzrostu jego zawartości w podłożu Główne źródła zanieczyszczenia gleby: opady płynów kwaśne deszcze przemysł nawozy mineralne i organiczne Nawozy azotowe są również źródłem zanieczyszczeń gleby arsenem i rtęcią. Nawozy fosforowe wprowadzają do gleby dużo Cd i Pb (skrajnie możne zawierać Cd o stężeniu 60mg/kg nawozu) Produkt spożywczy Hg Cd Pb Cu Zn Warzywa liściowe 0,02 0,05 0,30 4,0 10,0 Warzywa korzeniowe 0,08 0,50 Ziemniaki 0,25 Owoce jagodowe 0,01 0,04 Dopuszczalne zanieczyszczenia prod. Roślinnych metalami (mg/kg).

6 Odporność na metale ciężkie:
Mechanizmy przystosowawcze: redukcja pobierania immobilizacja toksycznych jonów w ścianie komórkowej – pektyny (ochrona protoplazmy) zapobieganie transportowi w obrębie apoplastu chelatowanie w cytoplazmie przez białka i polipeptydy (glutation i pochodne), związki z resztami tiolowymi oraz białka indukowane stresem (TIONEINY) Metale ciężkie indukują w roślinach syntezę bogatych w reszty tiolowe polimerów: (-glutamylocysteinylo)n-glicyny (n = 2 – 11) (-glutamylocysteinylo)n--alaniny (n = 2 – 7 ) Są to peptydy wiążące metal zwane FITOCHELATYNAMI. Ich prekursorem jest glutation a synteza zachodzi w cytozolu. Po związaniu metalu kompleks przemieszcza się do wakuoli i tam może zachodzić reakcja z kwasami organicznymi (jabłkowym, cytrynowym lub szczawiooctowym), pochodnymi fenoli i glikozydami. To zatrzymuje metale związane w korzeniu co zapobiega przedostawaniu się ich do pędu („detoksyfikuje” część nadziemną).

7 Szlak syntezy fitochelatyn.

8 Praca-Wnioski: Problem? – jak poziom cysteiny wpływa na rośliny rosnące w pożywce skażonej Cd Co zrobili? – stransformowali tytoń (Nicotiana tabacum) plazmidem z genem RCS1 (jest to gen syntazy cysteiny - CS - EC ) z ryży (Oryza sativa) i badali czułość na Cd I co? - z 50 niezależnych transgenów wybrali dwie linie (TRCS2 i TRCS3) najbardziej podobne fenotypowo do WT - otrzymali 3-razy większa aktywność CS w transgenach w porównaniu z Wild-Type - rośliny stransformowane były bardziej odporne na Cd, - wykazywały szybszy wzrost w porównaniu z WT - miały lepiej wykształcone pędy a siewki były grubsze - koncentracja Cd (na gram rośliny) była o 20% wyższa w WT - obserwowali mniejsze zniszczenie tkanek, WT eksponowane na działanie 0.1mM CdCl2*2.5H2O posiadały znaczne zżółknienie liści (nekrozy) - korzenie były 2-razy dłuższe niż u WT - dziedziczenie genu odbywa się z pojedynczego locus genu

9 Wyniki: Długość korzenia [mm] Świeża masa [mg] stosunek Małe sadzonki
Duże sadzonki Wild-Type - 5,8+1,9 99,3+18,5 TRCS2 14,0+3,5 4,8+1,3 205,3+11,0 89,5+15,8 3:1 TRCS3 9,31,9 5,0+1,6 196,3+17,6 102,5+10,6 1,6:1 Wielkości i masy otrzymanych roślin szacowane na całe populacje roślin danego typu hodowane na pożywkach z 0.1mM CdCl2

10

11

12 Dzięki za uwagę – PA!!! 
Źródła: -„Transgenic tabacco plants expressing a rice cysteine gene are tolerant to toxic levels of cadmium” Harada, Choi, Tsuchisaka, Obota „Characterization of phytochelatin syntase from tomato” Chen, Zhou, Goldsbrough „Fizjologia roślin” Kopcewicz, Lewak - internet !!! Dzięki za uwagę – PA!!! 

13 Emiko Harada Tsuchaisaka Choi Sano Obata