17 września 2015 roku rozpoczęły się prace badawcze w ramach projektu nr 2014/15/B/NZ9/02172 pt.: "Potencjał fitoremediacyjny rodzimych gatunków drzew i krzewów rosnących na ekstremalnie zanieczyszczonych metalami śladowymi i metaloidami osadach poflotacyjnych", którego kierownikiem jest prof. dr hab. Piotr Kazimierz Goliński z Katedry Chemii Wydziału Technologii Drewna UP w Poznaniu.
Celem projektu jest określenie przeżywalności na podłożu ekstremalnie zanieczyszczonym przez metale śladowe i metaloidy wybranych – we wcześniejszych projektach i doświadczeniach - rodzimych gatunków drzew i krzewów oraz analiza mechanizmów adaptacyjnych i zaburzeń u gatunku(ów) najbardziej tolerancyjnego, jak i wrażliwego. Zależnie od uzyskanych wyników - w dalszej perspektywie - planowany jest kolejny projekt grantowy, mający na celu wykorzystanie uzyskanych wyników w fitoremediacji terenów poprzemysłowych silnie zanieczyszczonych przez metale śladowe.
Hipotezy badawcze:
1. Wśród testowanych rodzimych gatunków drzew i krzewów są takie, które będą przeżywały na podłożu ekstremalnie zanieczyszczonym przez metale śladowe (rośliny tolerancyjne).
2. Przeżycie roślin tolerancyjnych będzie możliwe dzięki uruchomieniu licznych reakcji obronnych, m.in. (1) zwiększonej syntezie kwasów organicznych wiążących metale śladowe i metaloidy w ryzosferze, (2) zwiększonej syntezie fitochelatyn oraz glutationu - kluczowych chelatorów metali śladowych w cytozolu, (3) kumulacji toksycznych pierwiastków, przede wszystkim w stosunkowo mało aktywnych strukturach komórkowych takich jak ściana komórkowa czy wakuola i niewielkiej ilości w innych organellach (jądro, chloroplasty czy mitochondria), (4) modyfikacjom struktury i składu ściany komórkowej w kierunku zwiększenia jej pojemności dla wiązania metali śladowych, jak i ograniczenia ich wnikania do protoplastu.
3. Rośliny tolerancyjne będą wykazywały znacznie mniej zaburzeń niż wrażliwe.
Zastosowana metoda badawcza/metodyka:
W projekcie planowane są 2 doświadczenia hydroponiczne oraz doświadczenie donicowe z wykorzystaniem osadu poflotacyjnego, prowadzone w dwóch następujących po sobie latach. Zawartość badanych pierwiastków śladowych oznaczana będzie techniką absorpcyjnej spektrometrii atomowej, przy wykorzystaniu dwóch niezależnych spektrometrów: SpectraAA 220FS oraz SpectraAA280FS, natomiast wybranych form As, za pomocą układu łączonego wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) z detekcją w układzie atomowej spektrometrii absorpcyjnej ze wstępnym generowaniem wodorków. Całkowita zawartość związków fenolowych oraz flawonoidów będzie oznaczana spektrofotometrycznie a profil tych związków zostanie określony za pomocą UPLC, natomiast zawartość kwasu salicylowego metodą HPLC z wykorzystaniem detekcji fluorymetrycznej. Profil oraz zawartość kwasów organicznych oznaczone zostaną z zastosowaniem chromatografii cieczowej w odwróconym układzie faz (RPLC). Badania dotyczące analizy struktury drewna oraz jego kluczowych składników, prowadzone będą metodami wiskozymetryczną, chromatografii żelowej GPC, jak również spektrofotometryczną, a także analizą widm FTIR.
Zmiany zarówno adaptacyjne, jak i efekty toksyczności pierwiastków śladowych na poziomie tkankowym i komórkowym będą analizowane z wykorzystaniem mikroskopii świetlnej i fluorescencyjnej (Axioscope A.1. Carl Zeiss, Jena, Niemcy) konfokalnej (LSM 510 - Carl Zeiss, Jena, Niemcy) oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej (JEM-1200 EXII JEO Co, Tokio Japonia). W celu detekcji składników komórkowych, m.in. komponentów ściany komórkowej, poziomu reaktywnych form tlenu czy intensywności i prawidłowości podziałów komórkowych, zastosowane zostaną metody cytochemiczne oraz immunocytochemiczne w tym immunogold z wykorzystaniem przeciwciał monoklonalnych.
Miejsca kumulacji pierwiastków śladowych na poziomie tkankowym i komórkowym zostaną określone metodą mikroanalizy rentgenowskiej z zastosowaniem wysokorozdzielczego mikroskopu elektronowego transmisyjnego JEM 1400 (JEOL Co., Japonia), wyposażonego w mikroanalizator rentgenowski (EDS INCA Energy TEM, Oxford Instruments; UK).
Wpływ spodziewanych rezultatów na rozwój nauki, cywilizacji, społeczeństwa:
Proponowany projekt i podjęta w nim tematyka badawcza po raz pierwszy pokażą kompleksowy obraz mechanizmów biochemicznych, fizjologicznych i komórkowych odpowiedzialnych za zdolność wybranych rodzimych gatunków drzew, takich jak choćby lipa czy grab oraz krzewów wierzby do przeżycia, wzrostu i rozwoju na silnie zanieczyszczonych przez metale śladowe podłożach (gleba, osady, odpady). Uzyskane wyniki przyczynią się w istotny sposób do poszerzenia wiedzy z zakresu ekofizjologii roślin, chemii drewna, biologii komórki, biochemii, a także Chemii środowiska. Poznanie mechanizmów, o których mowa jest podstawą długofalowych badań, w ramach których planowane jest przygotowanie kolejnej aplikacji grantowej, dotyczącej praktycznego zastosowania najsilniejszych roślin do stabilizacji pierwiastków śladowych obecnych w osadach poflotacyjnych lub ich efektywnej fitoekstrakcji, co pozwoliłoby na zagospodarowanie zdegradowanych terenów poprzemysłowych i ograniczenie ich toksycznego oddziaływania na środowisko a tym samym na zdrowie i życie organizmów żywych: ludzi, zwierząt oraz roślin.