Budapest, 2013. október 1. napja WIREC Szakmai Nap Klubhelyiség
Budapest, 2013. október 1. napja A glifozát regényes története avagy egy korosodó gyomirtó feltámadása a GMO-k térhódításának évszázadában analitikai vizsgálatok Suszter Gabriella, László József, Palotai Zoltán, Szigeti Tamás János WESSLING Hungary Kft. 1047 Budapest, Fóti út 56. suszter.gabriella@wessling.hu, laszlo.jozsef@wessling.hu palotai.zoltan@wessling.hu, szigeti.tamas@wessling.hu
Gyomirtas a gyomnövények által okozott kár Gyomnövények: Térparaziták Vízparaziták Tápanyag-paraziták Esetenként allelopatikus hatásúak (pl. a mezei acat) Emberre, állatra mérgezőek lehetnek Kárt okoznak: Gazdaságban Egészségben
A mechanikai gyomirtás munka- és energiaigénye nagy
A gyommentesítés nagy, élő munkerő-igényes feladat
Tarackbúza (Agropyron repens)
Tarackbúza (Elymus repens) földalatti része
A glifozát, mint herbicid felfedezése, szabadalmaztatása A glyphosate továbbiakban glifozát John E. Franz kémikus (Monsanto) által 1970-ben és Roundup kereskedelmi néven szabadalmaztatott herbicid. Kereskedelmi forgalmazása 1974- ben kezdődött. Alkalmazását tekintve a ROUNDUP az egyik legnagyobb mennyiségben és legszélesebb körben használható gyomirtó szer a világon. John E. Franz Monsanto 1970 a glifozát, mint herbicid felfedezője Heszky László (2013): A glifozáttoleráns transzgénikus (GM) fajták előállítása és termesztése. Agrofórum, 2013. május p. 90-95.
A glifozát szerkezete Glifozát: N-(foszfonometil)glicin gyenge sav Készítmények: izopropilamin trimetilszulfónium sók (glifozát-ipa, glifozát-tms)
A glifozát bomlásterméke az AMPA AMPA: Aminometil-foszforsav
A hatást növelő polioxi-etilén-amin (POEA) A glifozát növények felületen való megkötődését elősegítő felületaktív anyag. Toxicitása meghaladhatja a glifozátét
A glifozát hatásmechanizmusa Aromás aminosavak szintézisének gátlása a kloroplasztiszban
A glifozát herbicid tulajdonságának hatásmechanizmusa Aromás aminosavak szintézisének gátlása Triptofán Hisztidin Fenilalanin
A növényi kloroplasztisz keresztmetszete - fotoszintézis Külső membrán Granulóma Belső membrán Sztóma Tilakoidok
A sikiminsav képződése a növényekben 1/2/a Enolpiroszőlősav-3-foszfát Eritróz-4-foszfát 3-deoxyi-D-arabinóz-heptulóz-7-foszfát (DAHP) 3-dehidro-kinolinsav
A sikiminsav képződése a növényekben 1/2/b Enolpiroszőlősav-3-foszfát Eritróz-4-foszfát 3-deoxyi-D-arabinóz-heptulóz-7-foszfát (DAHP) 3-dehidro-kinolinsav
A sikiminsav képződése a növényekben 2/2 3-dehidro-kinolinsav Sikiminsav A sikiminsavat először a japán csillagánizsból (Illicium anisatum) állították elő
Aromás aminosavak bioszintézise 1/5 Sikiminsav Sikimát kináz enzim Enolpiroszőlősav -3-foszfát 5-enolpiruvil-sikiminsav- 3-foszfát (EPSP) Sikiminsav-3- foszfát EPSP szintáz enzim
Aromás aminosavak bioszintézise 2/5 Enolpiroszőlősav -3-foszfát EPSPS enzim képe
Aromás aminosavak bioszintézise 3/5 Az 5-enolpiruvát-sikimát-3-foszfát a korizmát-szintáz enzim hatására korizmáttá alakul A korizminsavat a korizmin mutáz enzim prefeninsavvá metabolizálja (Claisen reakció)
Aromás aminosavak bioszintézise 4/5 Dehidrogenáz Transzamináz Prefeninsav 4-hidroxi-fenilpiroszőlősav Tirozin
Aromás aminosavak bioszintézise 5/5 Dehidrogenáz Transzamináz Prefeninsav 4-hidroxi-fenilpiroszőlősav Tirozin
Aromás aminosavak szintézisének gátlása Az aromás aminosavak szintézise gátlásának következményei: Leáll a sejtekben a fehérjeszintézis A sikiminsav koncentrációjának toxikus növekedése Közvetett hatás a fotoszintézis leállása a kloroplasztiszokban
A kloroplasztiszban zajló fotoszintézis (NADPH, ATP) Glükóz +6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + fényenergia = C 6 H 12 O 6 (szénhidrát) + 6O 2
A glifozát LD 50 -értéke melegvérűekre (csekély akut toxicitás) LD 50 po.: 1000 5000 mg/ttkg fajtól függően
Az intenzív technológiákban elkerülhetetlen a vegyszerezés Baj van azonban a szelektivitással, rezisztenciával A herbicidekre számos kultúrnövény érzékeny
A Monsanto és világhírű termékei a probléma megoldása Glifozát forgalmazása 40 évvel ezelőtt GMO szója kibocsátása kb. 20 évvel ezelőtt
Promóter Terminátor Transzformáció : mutáns EPSP szintáz gén beépítése 1/2 Módosított génszakasz Mutált EPSPS gén Transzgén Eredeti genom a beillesztett transzgén-konstrukcióval
A mutáns EPSP szintáz enzim nem ismeri fel a glifozátot 1/2 N-foszfonometil-glicin Enolpiroszőlősav-3-foszfát
A mutáns EPSP szintáz enzim nem ismeri fel a glifozátot 2/2 N-foszfonometil-glicin Enolpiroszőlősav-3-foszfát
A mezőgazdasági termelés globális szintű kézbentartása
A világ GM vetésterületének alakulása 1996-tól 2012-ig (M ha) Az utolsó három év adataiból becsült értékek Forrás: Clive James, 2004, ISAA *GMO Compass, 2013
A világ GM vetésterülete és glifozát-felhasználása aránya (%) GM vetésterület % Glifozát-felhasználás %
A világ GM vetésterülete és glifozát-felhasználása, tonna, ha
A központosított mezőgazdaság profitot termel, azonban
GMO monokultúrák kockázatai A monokultúra kedvez a specifikus kártevők elszaporodásának; Nem-kívánatos génáramlás indulhat meg (gének megszökése pl. pollenek terjedésével kultúrnövények gyom-rokonai); A fentiek alapján szupergyomok kialakulása (Heszky L. és mtsai., Darvas B. és mtsai.); Felszaporodás a környezetben; Megjelenés az emberi vizeletben (18 EU tagállamból önkéntesek vizeletében mutatták ki: Medical Laboratory Bremen, Haferwende 12, 28357 Bremen, Germany); Kedvezőtlen élettani hatások gyanúja: teratogenitás, enzimrendszerek károsítása;
Glifozát-lefedettség saját számítás alapján (kb. 50g/ha) A világ átlagos felhasználása: kb. 50 g/ha glifozát A honlap alapján számításba vehető biológiaialag hasznos termőterület: 1,8 GHa/fő Népesség: 6,7 milliárd = 6 700 000 000 ember Termőterület: 6,7 milliárd x 1,8 Gha = 12 600 000 000 ha A honlap alapján számított glifozát-lefedettség: 2010-ben: 640 000 tonna = 640 000 000 kg glifozát globálisan felhasználva 50 g/ha
Glifozát-maradékok mérési eredményei (irodalmi adatok) Vizsgált minták Glifozát AMPA Felszíni vizek 1 1700 µg/l 1 35 µg/l Talaj szárazanyagban 0,07 40 mg/kg 0,1 9 mg/kg Üledékek 0,05 19 mg/kg 0,05 1,8 mg/kg Bogyótermésűek 1,6 19 mg/kg 0,02 0,1 mg/kg Zuzmók 45 µg/kg 2,1 mg/kg Banán <0,05 mg/kg Szárazbab 0,11 1,8 mg/kg Szárazborsó 0,17 0,5 mg/kg Lencse 0,05 3 mg/kg Szója 0,45 17 mg/kg Gabonamagvak 0,1 20 mg/kg Cukornád 0,07 0,97 Gyapot 0,46 28 mg/kg Tea 0,12 0,42 mg/kg Szálastakarmányok 225 mg/kg
Krónikus glifozát-expozició Toxikus hatások kétéltűeken Csökkent fejméret, Központi idegrendszer genetikai elváltozásai, A koponyát formáló sejtek pusztulása, Ízületek porcainak deformálódása; Hasonlóság a humán embrióval; Humán születési rendellenességek, Fémionokkal kelátot képez, Az ember elsődleges glifozát-maradék forrása az élelmiszer; Afrikai karmosbéka (Xenopus laevis)
Egy érdekesség: a glifozát megjelenése vizeletben A vizeletminták analitikai eredményeit általában a vizeletben mindig megtalálható kreatinin mennyiségére vonatkoztatva adják meg. Oka: A vizsgált komponensek mennyisége az egyén által elfogyasztott víz mennyiségétől is függ. Ezt a bizonytalanságot csökkenti a kreatininre vonatkoztatott mérési eredmények használata
Magyarországi vizeletminták kreatinin-tartalma Determination of Glyphosate residues in human urine samples from 18 European countries. Medical Laboratory Bemen 2013.
Magyarországi vizeletminták glifozát- és AMPA-tartalma Mérési határ Determination of Glyphosate residues in human urine samples from 18 European countries. Medical Laboratory Bemen 2013.
Analitika
A glifozát-maradék meghatározásának analitikai nehézségei Erősen poláros, Kicsiny molekula, Ennek ellenére nem illékony, Gyenge a fényelnyelése, Fluoreszcenciája nincsen, Fordított fázison gyenge a retenciója; Ezért ismereteink szerint kevés laboratórium vállalkozik maradékainak meghatározására.
Analitikai módszer mezőgazdasági termékek vizsgálatához
A minta-előkészítés és mérés vázlatos leírása - Élelmiszer Homogenizálás, majd 5 g minta bemérése, Extrakció hangyasavas metanollal, Centrifugálás, szűrés, Térfogat-beállítás, Bemérés a HPLC autosampler-ébe, Elválasztás Hypercarb GCB oszlopon, MS/MS (Triple Quad) detektálás, Belső standerdek: 14 C 2 és 15 N nuklidokkal jelzett glifozát standerddel, Jellemző ionátmenetek: 168/63 m/z, illetve a jelzett standerdekből 171/63 m/z; LOQ: 10 ng/g = 10 µg/kg
Glifozát kromatogramja 10 ng/ml
Spike-olt minta kromatogramja 10 µg/kg glifozáttartalommal
Glifozát kalibráció (2 ng/ml-100 ng/ml) 100 ng 50 ng 10 ng
A minta-előkészítés és mérés vázlatos leírása - Vízminta 100 ml szűrt vízminta bemérése, 10 mg/ml FMOC-Cl + puffer hozzáadása Származékképzés 4 óra alatt, Oszlop: Zorbax XDB C-8 Eluens: 50 mm NH 4 Ac + H 2 O SIM ionok: 334 (AMPA) és 392 (Glyph) m/z Scan: 120 1000 m/z Mérési tartomány: 10 50 µg/l 100 ml vízmintából kiindulva
Vízmintákból származékképzés FMOC-val (Glifozát) 9-Fluorenilmetilkloroformát (FMOC) HCl kilépése N-foszfonometil-glicin (glifozát)
Vízmintákból származékképzés FMOC-val (AMPA) 9-Fluorenilmetilkloroformát (FMOC) HCl kilépése Aminometil-foszforsav (AMPA)
Glifozát és AMPA kromatogramja vízmintából Glifozát AMPA
Glifozát és AMPA kalibrációs görbéi vízvizsgálatokhoz Area Glifozát Area AMPA 1,4*10 7 8*10 6 8*10 6 4*10 6 2*10 6 1*10 6 300 ng/inj 200 ng/inj
További, egyedi módszerrel vizsgálható peszticidek Etefon, ciromazin, klórmekvát és mepikvát.
Köszönöm a figyelmet!