Peľ ako súčasť a indikátor kvalit životného prostredia Karol Mičieta Univerzita Komenského, Prírodovedecká fakulta Katedra botaniky, Révová 39, 811 02 Bratislava, micieta@fns.uniba.sk
Trenčianské Bohuslavice peľ sedimentov starých 35 000 rokov Pinaceae Salix Taxus Plantago Alnus
Salix caprea Vrútky
Peľové zrná mikroskopické orgány semenných rastlín, v ktorých sa tvoria a prostredníctvom ktorých sa transportujú samčie pohlavné bunky do samičích pohlavných orgánov a k samičím pohlavným bunkám.
Význam monitoringu koncentrácie peľových zŕn v ovzduší alergológia aerobiológia, aeropalynológia, ekológia, ekotoxikológia, botanika poľnohospodárstvo, lesníctvo a i. Peľové zrná a hubové spóry objekty štúdia z hľadiska alergénnych ochorení v meste cca 23,3 % polinóz detí (Tilandyová et al. 2012) 4-7% z európskeho obyvateľstva preukazuje senzitivitu na spóry húb rodov Alternaria a Cladosporium Permanentný aeropalynologický monitoring volumetrická stacionárna analýza a kvantifikácia výskytu peľu anemofilných rastlín vo vzduchu.
Fytoindikácia environmentálnej mutagenézy fytoindikácia ekogenotoxicity v podmienkach in situ druhmi miestnej resp. lokálnej flóry, využitie mikrospór a peľu ako základného indikačného materiálu.
Hodnotíme viabilitu MNC formu veľkosť zafarbenie
3 letálne mutácie 1 letálna mutácia Normálna tetráda Fyziologické poškodenie 2 letálne mutácie
anomálne abortívne vitálne normálne
Hodnotenie xenobiotickej záťaže vyplývajúcej z antropogénnych aktivít v životnom prostredí vyžaduje indikáciu a evaluáciu ekotoxicity, environmentálnej genotoxickej deteriorizácie najmä v podmienkach in situ príslušný metodologický prístup a kvalifikovaný metodický indikačný postup verifikáciu, štandardizáciu, validizáciu indikačných postupov štúdium individuálnej, populačnej, resp. konkrétnej odpovede druhu či taxónu pri chronickej, cyklickej alebo jednorázovej expozícii
Poškodzovanie životného prostredia V dôsledku interakcie s jednotlivými zložkami krajiny ako aj v dôsledku interakcie týchto krajinných zložiek medzi sebou sa tieto xenobiotické produkty - ekotoxikologické faktory postupne transformujú, pričom v zmenenej podobe potom spätne vplývajú na zložky krajiny. Na hodnotenie stavu, zmien, trendov, podmienok a dopadov ich rozšírenia je potrebný monitoring a kvalifikovaná odpovedajúca indikácia.
Prednosti bioindikácie genotoxicity rastlinami majú v dynamických médiách (vzduch, voda, pôda) prirodzenú integrujúcu funkciu žijú priamo v životnom prostredí alebo sa tam implantujú (pestujú) štandardizované modelové testovacie systémy (napr. Tradescantia, Vicia, Arabidopsis) a tak umožňujú hodnotiť znečistenie v reálnom komplexe zložiek životného prostredia sú ľahko identifikovateľné
V rámci biomonitoringu umožňujú Prednosti bioindikácie genotoxicity rastlinami rastliny preukazne charakterizovať kvantitatívne aj kvalitatívne procesy prebiehajúce za rôznych podmienok a v rôznych oblastiach stav a perspektívy biologických podmienok v teritóriu pri súčasnom pôsobení rizikových faktorov nielen prítomnosť xenobiotík ale aj monitorovanie účinkov a rozsahu ich vplyvu na kvalitu a rozsah prebiehajúcich biologických procesov
Základným materiálom na indikáciu a monitoring genotoxicity v podmienkach in situ v znečistenom prostredí môžu byť mikrospóry a peľové zrnká. Výber indikačných druhov však musí spĺňať tieto základné kriteriá 1. Druhy musia byť diploidné. Tvoria haploidné peľové zrná, v ktorých gény pre normálny vývin peľu sú zastúpené v jednej sade chromozómov, takže ich poškodenie sa môže bezprostredne prejaviť. Polyploidné druhy vylučujeme pre predpokladané poruchy meiózy z dôvodu tvorby multivalentov. 2. Druhy tvoria v prirodzených podmienkach kvalitný peľ, podľa predbežných analýz nesmie jeho abortívnosť prevyšovať 5%. 3. Rozšírenie druhov by malo byť bežné nielen na prirodzených stanovištiach, ale aj v blízkosti sídlisk a priemyselných podnikov.
Indikačné druhy Druh kontrola najvyšia zistená aberantnosť doba kvitnutia Alisma plantago-aquatica L. 1,6+0,4 - VI-IX Antriscus sylvestris (L.) Hoffm. 3,3+0,9 - IV-VI Artemisia vulgaris L. 2,4+0,7 2,6+0,5 VII-VIII Atriplex tatarica L. 0,6+0,2 0,6+0,6 VII-IX Ballota nigra L. 2,0+0,6 5,7+1,6 VI-VII Bellis perennis L. 2,0+0,4 - III-X Berteroa incana (L.) DC. 1,2+0,3 2,5+0,4 VI-XI Calluna vulgaris (L.) Hull 4,9+0,2 27,4+6,1 VI-X Calystegia sepium R.Br. 1,6+0,2 4,4+0,6 VI-IX Carduus acanthoides L. 1,2+0,2 3,9+0,8 VI-IX Chaerophyllum bulbosum L. 2,2+0,3 - VI-VIII Chelidonium majus L. 2,0+0,3 21,5+0,4 V-VIII
Indikačné druhy drevín Druh Spontánna abortivita Najvyššia zistená abortivity Abies alba Mill. 0,4+0,2 22,5+2,8* Acer platanoides L. 3,5+0,5 - Alnus glutinosa (L.) Gaertn. 1,8+0,3 3,9+0,6 Betula pendula Roth. 2,0+0,5 7,1+0,3 Celtis occidentalis L. 2,5+0,3 - Colutea arborescens L. 3,6+0,4 - Cornus mas L. 2,7+0,3 10,7+1,5* Corylus avellana L. 1,4+0,3 9,0+0,8* Fagus sylvatica L. 4,5+0,5 9,4+2,0 Juniperus communis L. 1,7+0,3 4,3+1,2 Juniperus virginiana L. 1,6+0,2 5,6+1,6 Larix decidua Mill. 2,3+0,6 5,2+0,5 Ligustrum vulgare L. 0,5+0,2 0,9+0,2 Negundo aceroides Moench 2,1+0,3 8,2+0,9* Picea abies (L.) H. Karst. 4,4+1,2 18,6+3,2
Frekvencia abortivity ( % Frekvencia abortívnosti peľu Robinia pseudoacacia L.na vybratých lokalitách Slovenska v r. 2014 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lokalita 1Moravský Ján, 2 Malacky, 3Devín, 4 Bratislava Slovnaft, 5 Bratislava Mlynská Dolina, 6 Malé Karpaty Rača, 7 Žiar nad Hronom, 8 Javorníky Pov. Chlmec, 9 Prievidza, 11Ružomberok, 11 Veľký Krtíš, 12 Prešov
Abortivita peľu v % Abortivita mikrospór C. avellana L na Slovensku v r. 2013 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lokalita 1Moravský Ján, 2 Malacky, 3Devín, 4 Bratislava Slovnaft, 5 Bratislava Mlynská Dolina, 6 Malé Karpaty Rača, 7 Žiar nad Hronom, 8 Javorníky Pov. Chlmec, 9 Prievidza, 11Ružomberok, 11 Veľký Krtíš, 12 Prešov
Tradescantia mikrojadrový test klon 03
Frekvencia mikrojadier (MCN/100 tetrád Tradescantia paludosa 03, frekvencia mikrojadier 6 5 4 3 2 Kontrola Most n. Ostrove Lieskovec Spaľovňa 1 0 2010 2011 2012 2013
Frekvencia abortivity (%) Frekvencia abortivity peľu R. pseudoacacia L. v transekte od diaľnice 25 20 15 10 5 0 1-10m 30-60m 80-110m 150-180m 200-250m nad 300m Vzdialenosť Závod Červeník Kontrola
Abortivita peľu v % Abortivita peľu Taxus baccata v Bratislave 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Šafárikovo nám. Botanická záhrada UK
Indikačný index Referenčný index abortívnosti mikrospór v lokalite Bratislava, Spaľovňa 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2012 2013
Frekvencia abortivity (%) Frekvencia abortivity mikrospór, okolie Slovnaft, Bratislava 9 8 7 6 5 4 3 Kontrola M ost n. Ostrove Lieskovec Spaľovňa 2 1 0 Tradescantia Datura Artemisia Conyza
Indikačný index Porovnanie indikačného indexu medzi allochtónnymi a autochtónnymi druhmi 4 3 2 1 0 2007 2009 2011 2013 rok allochtónne autochtónne
Indikačný index Indikačný index abortívnosti mikrospór na študovaných lokalitách v SR v rokoch 2005-2009-2013 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Spaľovňa, Bratislava Istrochem Duslo Šaľa Hlinikáreň Ž n/h PCHZ Žilina SCP Ružomberok 2005 2009 2013
Priemerné indukčné indexy na monitorovaných lokalitách v roku 2014 Lok. č. 1. Revišťský Rybník R1 Lok. č. 2. Hliník nad Hronom R1 Lok. č. 3. Lehôtka pod Brehmi Lok. č. 4. Bzenica I/65 Lok. č. 5. Hliník nad Hronom I/65 Lok. č 6. Lehôtka pod Brehmi Lúky I/65 Lok.č.7. alúvium Hrona pri Lovči Lok.č. 8. Žiar nad Hronom R1 Lok. č. 9. Horné Opatovce línia I/65 Lok. č. 10. Šášovské Podhradie línia I/65
indukčný index Indukčné indexy ekogenotoxicity na monitorovaných lokalitách R1 vo a I/65 vegetačnom období roku 2014 3 2,5 2 1,5 1 20.5.2014 21.6.2014 19.7.2014 2.8.2014 0,5 0
indukčný index ekogenotoxicit Priemerné indukčné indexy na monitorovaných lokalitách v roku 2014 a 2015 porovnanie z rokmi 2008 až 2012 R1 3,5 3 2,5 2 1,5 1 2008 2009 2010 2012 2014 2015 0,5 0 Lok.č. 1 R1 Lok.č. 2 R1 Lok.č.3 R1 Lok.č. 4 I/65 Lok.č, 5 I/65 Lok.č. 6 I/65 Lok.č. 7 R1 Lok.č. 8 R1 Lok.č. 9 I/65 Lok.č.10 I/65
prekvencia abortivity v tetrádach Frekvencia abortivity v tetrádach Calluna vulgaris Retrospektívny monitoring ekogenotoxicity 60 50 40 30 20 10 Záhorská nížina Žiar n. Hronom Vysoké Tatry 0 1889 1965 1999 2002 2004 2009 2013 rok
Príklad retrospektívneho monitoringu na vybratých lokalitách v Bratislave
Zea mays waxy test
frekvencia mutantných peľových zŕn (%) Frekvencia mutatných peľových zŕn u Zea mays (waxy) na sledovaných lokalitách 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Pov. Chlmec Dubeň Kontrola
5.4. 6.4. 7.4. 8.4. 9.4. 10.4. 11.4. 12.4. 13.4. 14.4. 15.4. 16.4. 17.4. 18.4. 19.4. 20.4. 21.4. 22.4. 23.4. 24.4. 25.4. 26.4. 27.4. denný počet peľových zŕn /m 3 vzduchu % abortívnych peľových zŕn Porovnanie denných koncentrácií peľových zŕn brezy s percentuálnym podielom abortívnych peľových zŕn na m 3 vzduchu v roku 2003. 1200 12 1000 10 800 8 600 6 400 4 200 2 0 0 dátum Denná koncentrácia peľových zŕn Koncentrácia abortívnych peľových zŕn
denný počet peľových zŕn/m 3 vzduchu % abortívnych peľových zŕn Porovnanie denných koncentrácií peľových zŕn brezy s percentuálnym podielom abortívnych peľových zŕn na m 3 vzduchu v roku 2009. 3500 16 3000 14 2500 12 2000 10 8 1500 6 1000 4 500 2 0 10.4. 12.4. 14.4. 16.4. 18.4. 20.4. 22.4. 24.4. 26.4. 28.4. 30.4. 2.5. 4.5. 6.5. 0 Dátum Denná koncentrácia peľov ých zŕn Koncentrácia abortív ny ch peľov ých zŕn
Zastúpenie abortívnych peľových zŕn zachytených na peľovom lapači v rokoch 2009 a 2011. Taxón 2009 2011 Σ peľ. zŕn Σ abort. peľ. zŕn % abortivity Taxón Σ peľ. zŕn Σ abort. peľ. zŕn % abortivity Acer 388 10 2.58 Alnus 1186 20 1.69 Alnus 514 2 0.39 Ambrosia 2029 11 0.54 Ambrosia 1926 9 0.47 Artemisia 490 7 1.43 Artemisia 544 8 1.47 Betula 17382 503 0.01 Betula 4993 57 1.14 Carpinus 985 14 0.10 Carpinus 629 3 0.48 Chenopod. 256 11 4.30 Chenopod. 333 20 6.01 Corylus 809 22 0.12 Fagus 105 3 2.86 Fraxinus 1735 13 0.58 Fraxinus 912 2 0.11 Pinaceae 2535 52 2.05 Humulus 440 11 2.5 Plantago 202 6 0.50 Juglans 220 2 0.91 Poaceae 1583 94 5.94 Pinaceae 1641 51 3.11 Populus 2201 11 0.50 Plantago 794 49 6.17 Taxus 3191 116 3.64 Poaceae 2216 97 4.38 Urtica 3975 3 0.08 Populus 4607 207 4.49 Σ 44165 921 --- Rumex 434 18 4.15 Priemer --- --- 2.09% Salix 291 3 1.03 Taxus 3373 336 0.3 Tilia 147 27 18.37 Urtica 10611 1 0.01
Závery metodika dovoľuje na jednom mieste v rôznom čase sledovať a porovnať senzitivitu populácie, jednotlivých indivíduí, až po ich bunkovú úroveň efektívnosť metodiky je v permanentnom monitoringu kontaminovaných a neznečistených lokalít umožňuje detekovať lokálne, regionálne, globálne zmeny vo flóre ale i v životnom prostredí vyžaduje poznať parametre indikátorov, množstvo DNA v jadre, počet chromozómových cyklov, stupeň inhibície rastu a i. To dovoľuje presnejšiu a správnejšiu interpretáciu výsledkov testu nevyhnutnosť prísne dodržiavať stanovenú metodiku odberu a hodnotenia, metodiku monitoringu Detekovať evolučné zmeny a taxonomické dôsledky ekogenotoxickej deteriorizácie genómov
Závery Finančná nenáročnosť Operatívnosť a výhodnosť pri dlhodobom monitoringu i haváriách Rýchla a presná signalizácia kritických zmien v prostredí Kontinuálna indikácia a monitoring dynamiky stavov v ŽP Detekcia adaptovaných a tolerantných genotypov a ich využitie vo fytoremediačných stratégiách, v minimalizovaní negatívnych dopadov
Možnosti znižovania koncentrácie peľu a hubových spór v ovzduší: - zachovávanie čistoty životného prostredia miest a dedín, - včasné kosenie a ošetrovanie zatrávnených plôch, poľnohospodárskych úhorov a následné odstránenie pokosených častí rastlín z ošetrených plôch, - ochrana mestskej zelene voči chorobám a škodcom, a pod.
Ďakujem za pozornosť