TOXIKUS ELEMEK AKKUMULÁCIÓJA, FITOINDIKÁCIÓJA ÉS FITOREMEDIÁCIÓJA A TALAJ-NÖVÉNY RENDSZERBEN

MTA DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI TOXIKUS ELEMEK AKKUMULÁCIÓJA, FITOINDIKÁCIÓJA ÉS FITOREMEDIÁCIÓJA A TALAJ-NÖVÉNY RENDSZERBEN SIMON LÁSZLÓ Nyíregyházi Főiskol Nyíregyház 2006

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 1 1. BEVEZETÉS A tlj földtni közeg legfelső rétege, mely ásványi részecskékől, szerves nygól, vízől, levegőől és élő szervezetekől áll. A tlj ökológii funkciói közé trtozik iomssz termelés, szűrő, kiegyenlítő, átlkító, és rktározó szerep, z ökológii élettér, és genetiki trtlék képzése. A termékenység tlj legfontos tuljdonság, tlj növényeket tápnygokkl és vízzel látj el. A tlj, összetettsége következtéen, rendkívül sérülékeny ökológii rendszer. Tljdegrdáció minden olyn folymt, mely tlj termékenységét csökkenti, minőségét rontj, illetve funkcióképességét korlátozz, vgy tlj teljes pusztulásához vezet (pl. víz- és szélerózió, z elsósodás, szikesedés, tljsvnyodás, tljszerkezet romlás, z elmocsrsodás, tlj puffer-kpcitásánk romlás és tljszennyeződés) (KÁDÁR, 1995; NÉMETH et l., 2000, SIMON, 1999; VERMES, 1995; VÁRALLYAY, 2005; VÁRALLYAY et l., 1993). A tljsvnyodás npjink egyik legsúlyos gloális környezeti prolémáj, hzánk termőtljit is ez veszélyezteti legngyo mértéken; 2,3 millió hektárt érint fokoztos elsvnyodás (KÁDÁR, 1998; VÁRALLYAY et l, 1993). Az elmúlt évtizedeken gyorsult fel ez folymt, mely döntően emeri eredetű, ntropogén okokr (hiás műtrágyázási és szervesnyg-eltávolítási gykorlt, klcium-kronát visszpótlás hiány, légköri svs ülepedés, svs esők) vezethető vissz. A svnyú tljokon termesztett növények termőképességét tljélet gyengülése, tljszerkezet romlás, víz- és tápnygmegőrző képesség csökkenése, z esszenciális tápelemek (pl. C, Mg, P, Mo) hiány, és mngánvlmint nehézfém-mérgezés mellett z lumíniumtoxicitás gátolj. A növények lumíniummérgezésével mely potenciálisn világ szántóterületének 40 %-át veszélyezteti elsősorn 5,0-ös ph érték ltt kell számolnunk (WRIGHT, 1989). A tljszennyeződés z folymt, mely során tlj természetes viszonyok között kilkult fiziki, kémii és iológii tuljdonsági jelentős mértéken és kedvezőtlen rányn változnk meg, z ökológii tljfunkciók károsodnk. Tljszennyeződést okozht kémii összetevők (toxikus elemek, toxikus vegyületek felhlmozódás), és iológii összetevők megváltozás (VERMES, 1995; SIMON, 1999). A tljszennyeződés legfontos forrási természetes és emeri (ntropogén) eredetűek lehetnek, melyek pontszerű vgy nem pontszerű (diffúz) tljszennyeződést okoznk. Antropogén pontszerű tljszennyeződést okozhtnk szennyvizek, szennyvíziszpok, hígtrágyák, z istállótrágyák, hulldékok (folyékony, szilárd) és termelési (ipri) emissziók. Antropogén, diffúz szennyeződés lkulht ki légszennyezésől eredő szárz és nedves kiülepedés következtéen, vegyszerek (műtrágyák,

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 2 növényvédő szerek, csávázó szerek) mezőgzdságn történő felhsználás, vlmint közlekedés, tomrontások, nukleáris lesetek mitt. Antropogén tevékenység következtéen nehézfémek, rdioktív szennyezőnygok, szervetlen mkroszennyezők, kőolj és kőoljszármzékok, szerves mikroszennyezők, peszticidek és iológii szennyezőnygok kerülhetnek tlj és környezet más elemeie (KÁDÁR, 1995; SIMON, 1999; VERMES, 1995). Kémii értelemen nehézfémeknek zokt fémeket nevezzük, melyek sűrűsége 5 g cm -3 - nél, rendszám 20-nál ngyo. Npjinkn nehézfém kifejezés köznpi szóhsználtn összekpcsolódott toxikus elem foglomml, nehézfémek ltt olyn fémeket vgy félfémeket értünk, melyek iológii htás izonyos koncentráció-trtományn, illetve fölött negtív. Az ipri forrdlom ót egyre ngyo mértéken kerülnek e környezete nehézfémek. A termőtljok, tljvíz és felszíni vizek elszennyeződése nehézfémekkel súlyos környezetkárosodást okozht, és veszélyezteti z élőlények egészségét. A legtö prolémát hzánkn is környezete került ólom (P), kdmium (Cd), higny (Hg), réz (Cu), króm (Cr), nikkel (Ni) és cink (Zn) okozz (KABATA-PENDIAS és PENDIAS, 2001; KÁDÁR, 1995; SIMON, 1999). A fent ismertetett ntropogén htások következtéen termőtljok mikroelem mérlege áltlán pozitív tljok időegység ltt tö nehézfém kerül e, mint mennyi onnn eltávozik. A nehézfémek legtöször feltljn dúsulnk fel (kkumulálódnk), hol tljkolloidokhoz kötődnek. A tlj egy izonyos htárig pufferként viselkedik, megköti nehézfémeket és így tompítj zok htását, mjd egy késői időpontn önmg is szennyezővé válht. A tljsvnyodássl nehézfémek moilizálódnk és megjelennek tljoldtn és tljvízen. Innen tlj mikroorgnizmusi és növények gyökerei veszik fel nehézfémeket, melyek ekerülnek tápláléklánc, komoly veszélyt jelentve z emeri és állti szervezetre (KABATA-PENDIAS és PENDIAS, 2001; KÁDÁR, 1995; SIMON, 1999). A fiziki és kémii mérőműszerek pontos mennyiségi dtokt szolgálttnk ugyn különöző szennyező nygokról, zonn nem dnk egzkt képet z élő szervezeteket érő szennyeződés mértékéről, illetve z előidézett htásról. A iomonitoring vizsgáltok során lklmzott jelzőszervezetek (pl. fitoindikátorok) környezet állpotát jelzik, és dtokt szolgálttnk környezet terhelése és z élővilág közötti kpcsoltokról. Minden élő szervezet (mint nyílt rendszer) környezet htásir, mint ingerekre regál. Mivel felvett ingerek rekciókt váltnk ki, ez ioindikáció információt d környezet változásáról és terheléséről (KOVÁCS et l., 1986).

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 3 A remediáció kifejezés szennyezett terület rendehoztlát, megjvítását, meggyógyítását jelenti, ltin remedium = gyógyszer, orvosság, orvoslás kifejezés lpján. Ezt szkkifejezést hsználjuk rr tevékenységre, mikor tljt szennyező vegyi nygok koncentrációját olyn kis értékre csökkentjük, melynek kockázt már elfogdhtó. A fitoremediáció során természeten előforduló vgy génseészeti úton előállított növények (illetve velük társult mikroák) segítségével tisztítják meg környezeti elemeket (tljt, tljvizet, felszíni vizet, ipri szennyvizet) szervetlen vgy szerves, kémii jellegű szennyező nygoktól. A fitoremediáción elül tö eljárás lkult ki z elmúlt időszkn, melyek közül fitoextrkció, rizofiltráció, fitovoltizáció, fitodegrdáció és fitostilizáció legígéretese. A fitoextrkció során intenzív ásványi nygcserét folyttó vgy ngy iomsszát képező növényekkel (psszív fitoextrkció), illetve hiperkkumulációr képes növényekkel vonják ki nehézfémeket tljól (folymtos fitoextrkció), vlmint kelátképzők tlj jutttásávl teszik fémeket könnyen felvehetővé ngy iomsszát képező növényfjok számár (indukált fitoextrkció). A rizofiltráció során növényi gyökerek segítségével távolítják el fémeket, rdionuklidokt szennyezett vízől. A fitostilizáció során nehézfémeket különféle dléknygokkl oldhttln, kevésé felvehető formájúvá lkítják át, mjd z ily módon stilizált területet növénytkróvl fedik le. Ez megkdályozz, hogy szennyező nygok tljvíze, levegőe, és szennyezetlen területre kerüljenek át, illetve táplálékláncn hlmozódjnk fel (MCGRATH et l., 2002; SIMON, 1999; 2004; MÁTHÉNÉ és ANTON, 2004). Mivel szennyezőnygok z emeri egészséget veszélyeztetik, zok tlj-növény rendszeren (és tápláléklánc töi eleméen) történő kkumulációjávl, fitoindikációjávl és fitoremediációjánk vizsgáltávl tudományos közösség világszerte így hzánkn is széles kören fogllkozik, melyet z is izonyít, hogy tö tízezer e témákkl fogllkozó tudományos közlemény jelent meg már eddig. Ide vontkozó tudományos ismereteink nem ővülhettek voln társdlmi döntéshozók, kormányok nygi támogtás nélkül, melyek felismerték tlj- és környezetszennyeződés (tljdegrdáció), illetve nnk megelőzésének, felszámolásánk z életminőségre gykorolt htását, illetve társdlmi és gzdsági jelentőségét. Akdémii doktori téziseimen z 1992-2004 között elvégzett vizsgáltim (6 tápoldtos, 12 tenyészedényes, 3 szdföldi monitoring és 4 szdföldi kísérlet) tudományos eredményeit fogllom össze, melyek toxikus elemek (fémek) tlj-növény rendszeren történő kkumulációjánk, fitoindikációjánk, illetve fitoremediációvl történő eltávolításánk és stilizálásánk tnulmányozásár irányultk.

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 4 Célkitűzések 1. Az lumínium-stresszt eltűrő genotípusok szelektálásához meg kell ismernünk z dott növényfj zon élettni és iokémii rekcióit, melyek tolerncián kulcsszerepet játsznk két prdicsomfjt lumíniumtoxicitását összehsonlító kísérleteim során ezt tűztem ki célomul. 2. A nehézfémek tlj-növény rendszeren történő kkumulációját vizsgáló kuttásim során kdmium felhlmozódását, illetve mezőgzdsági célr hsznosíthtó szennyvíziszp komposztól történő nehézfém (Cd, Cr, Cu, Mn, P, Zn) -kkumulációt tnulmányoztm mezőgzdsági hszonnövényeken (nprforgó, árp, úz, kukoric). 3. Megvizsgáltm, hogy víze, tlj és levegőe került toxikuselem-szennyeződést (P, Cd, Zn, N és S) levélcikóri, mezei ktáng és gyermekláncfű fitoindikátor növények jelzik és mérik-e. 4. A fitoremediációvl fogllkozó kuttásim során nehézfémek szennyezett tljól és vízől történő fitoextrkcióját és rizofiltrációját vizsgáltm, illetve egy ánymeddő fitostilizációját is tnulmányoztm. 4.1. Megvizsgáltm, hogy ngy iomsszát képező növények (mránt, kender), illetve z intenzív ásványi nygcserét folyttó mezőgzdsági növények (káposztfélék: szrepti mustár, fehér mustár, trlórép, tkrmányretek, káposztrepce) mennyi nehézfémet távolítnk el egy glvániszppl (Cd, Cr, Cu, Ni, Zn) szennyezett tljól psszív fitoextrkcióvl. 4.2. Az indukált fitoextrkciót tnulmányozv tlj került Cr-szennyeződést pikolinsvvl moilizáltm, és megvizsgáltm tkrmányretek és komtsun elemfelvételét. 4.3. A folymtos fitoextrkció során hiperkkumulációr képes osztrák trsók Ni- és Cr-felvételét tnulmányoztm. 4.4. Rizofiltrációs kísérleteim során víze került Cd- és Ni-szennyeződést nprforgóvl, sütőtökkel, és szrepti mustárrl távolítottm el és megvizsgáltm, hogy gyökérszűrés htékonyság Pseudomons tljktériumokkl megnövelhető-e. 4.5. A gyöngyösoroszi ánymeddően lévő nehézfémeket (Cd, Cu, Mn, P és Zn) különféle dléknygokkl stilizáltm, mjd ezen közegen ruszkuláris mikorrhiz gomákkl szimiózisn élő vörös csenkeszt neveltem, megvizsgálv nnk fitostilizációs htását.

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 5 2. KÍSÉRLETI ANYAGOK ÉS MÓDSZEREK 2.1. Alumíniumtoxicitás vizsgáltok Az lumíniumnk prdicsom (Lycopersicon esculentum Mill.) tesztnövényre gykorolt htását tápoldtos kísérleteken tnulmányoztuk. Két prdicsomfjtát (Mountin Pride és Flormeric) kihígított Hoglnd-tápoldtn (ph 4,0) neveltünk 16 npig. A kultúrákt négynpont 0, 10, 25 és 50 µm lumíniumml (AlCl 3 ) kezeltük. A kísérlet ideje ltt mértük szár és főgyökér hosszát, kísérlet efejezésekor meghtároztuk prdicsomnövény egyes szerveinek szárznyg-kkumulációját és elemösszetételét. Mértük szén-dioxid sszimiláció és trnszspiráció mértékét, illetve meghtároztuk levélterületet. Fotométerrel mértük levelek klorofillkoncentrációját, és meghtároztuk gyökerek és levelek szchróz-szintetáz (EC.2.4.1.13.), pirofoszfát-függő foszfofruktokináz (EC.2.7.1.90.), ATP-függő foszfofruktokináz (EC.2.7.1.11.) vlmint svs és lúgos invertáz (EC.3.2.1.26.) enzimeinek ktivitását. 2.2. Kdmiumkkumuláció vizsgált Megvizsgáltuk, hogy nprforgó (Helinthus nnuus L., HA-89 nyílt vonl) mennyi kdmiumot kkumulál ksztján szdföldi körülmények között (DATE Kuttó Központ, Nyíregyház), rn erdőtljon (vályogos homok, ph KCl 7,3; 0,162 mg kg -1 Cd) termesztve. Üvegházi tenyészedényes kísérleten szennyezetlen rn erdőtljr (Mezőgzdsági Főiskol, Nyíregyház, emuttókert; vályogos homok, ph KCl 6,6; 0,3 mg kg -1 Cd) nprforgót (HA-89 nyílt vonl) ültettünk, mjd tljt 0, 1 és 10 mg kg -1 kdmiumml (CdSO 4 ) kezeltük. A nprforgó szerveinek szárznyg-kkumulációját, elemösszetételét és Cd-felvételét 35 nppl kdmiumkezelés után mértük. 2.3. Nehézfém-kkumuláció vizsgált települési szennyvíziszp komposztól Üvegházi tenyészedényes kísérleten tnulmányoztuk, hogy milyen htást gykorol nyíregyházi települési szennyvíziszp komposzt (Nyírségvíz Rt., Nyíregyház) 5, 10 és 25 % tömegszázlékos rányn rn erdőtlj kijutttv tvszi úz (Triticum estivum L., cv. Sndr), tvszi árp (Hordeum distichon L., cv. Orit) és kukoric (Ze mys L., cv. Kiskun 4190 TC) nehézfém-kkumulációjár és nehézfémek eloszlásár növényi szerveken. Szdföldi kisprcellás kísérletet (Mezőgzdsági Főiskol, Nyíregyház, emuttókert) állítottunk e kukoric (cv. Kiskun 4190 TC) tesztnövénnyel, melyen vályogos homok jellegű, gyengén svnyú rn erdőtlj 0, 10 és 40 t h -1 (1996), illetve 0, 10, 20 és 40 t h -1 (1997) szennyvíziszp komposztot juttttunk ki vetést megelőzően. Megvizsgáltuk, hogy szennyvíziszp kijutttás miként ht tlj és kukoric szerveinek nehézfém-trtlmár. Mértük továá szennyvíziszp komposzt htását növényi szervek zöldtömegére és szárznyg-kkumulációjár, nitrogénfelvételére, levelek fotoszintézisére, trnszspirációjár és klorofilltrtlmár. Vizsgáltinkt 3 fenofázisn (4-6 leveles állpot, címerhányás, etkrítás) végeztük. 2.4. Kdmiumszennyeződés fitoindikációjánk vizsgált A levélcikóri és gyermekláncfű kdmiumszennyeződését jelző és mérő képességét tápoldtos és szdföldi kísérleteken tnulmányoztuk. A levélcikóri (Cichorium intyus L. vr.

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 6 foliosum Hegi, cv. All Sesons Sn Psqule) és gyermekláncfű (Trxcum officinle We. in Wigg.) Hoglnd-tápoldtá 0; 0,5; 1; 5; 10 illetve 50 µm kdmiumot (CdSO 4 ) juttttunk ki. Tizennégy nppl Cd-kezelés után meghtároztuk rizómák és gyökerek, illetve hjtások elem-összetételét, vlmint levelek klorofilltrtlmát. A levélcikóriát CdSO 4, Cd(NO 3 ) 2 és CdCl 2 sók formáján is kezeltük 0; 0,4; 2 és 10 µm Cd-ml. Huszonnyolc nppl Cdkijutttás után meghtároztuk rizómák és gyökerek, illetve hjtások Cd-trtlmát. Szdföldi kísérleten levélcikóriát 11,2 kg h -1 kdmiumml szennyezett homoktljon ( grossrenic pleudult ) és vályogos homokon ( tipikus kndiudult ) termesztettük 30 npig. 2.5. Városi tljok toxikuselem-szennyezettségének fitoindikációj Psszív monitoring vizsgáltink során gépkocsi forglomnk legjon kitett nyíregyházi utóutktól 0,1-4,0 méterre 0 10 cm-es mélységől feltljmintákt, és mezei ktáng (Cichorium intyus L.) mintákt gyűjtöttünk e. Kontrollként forglms utktól távol eső üdülőkörzetől, pihenőkertől és sportpályáról egyűjtött tlj- és növényminták szolgáltk. Aktív monitoring vizsgáltink során előnevelt levélcikóri (cv. Wild) kultúrákt helyeztünk ki tenyészedényeken vgy erkélyládákn 30, illetve 60 npr Nyíregyház elvárosá, és Nyíregyházáról kivezető forglms E 573-s főútr merőlegesen 2,5; 8 illetve 16,5 méter távolságr. A mintákn meghtároztuk Cd-, Cr-, Cu-, Ni-, P-, Zn-, N- és S-trtlmkt. 2.6. Glvániszp és szennyvíziszp komposzt okozt tlj nehézfém-szennyeződés fitoindikációjánk vizsgált Az első tenyészedényes kísérleten glvániszppl szennyezett rn erdőtljt (Nyíregyház, Vsgyár u., vályogos homok, ph KCl 6,8; Cd-53, Cr-327, Cu-125, Ni-95; Zn-140 mg kg -1 ) kevertünk össze növekvő tömegrányn szennyezetlen rn erdőtljjl, mjd levélcikóriát (cv. Wild) ültettünk rá. A második tenyészedényes kísérleten 3 különféle zeolittl (klinoptilolit, mordenit, klinoptilolit+h-montmorillonit), illetve entonittl (montmorillonit) kezeltük glvániszppl elszennyezett tljt, melyre levélcikóriát ültettünk. A hrmdik tenyészedényes kísérleten Cd-ml és glvániszppl szennyezett tljon nevelt levélcikóri gyökeréen és leveléen meghtároztuk glükóz-6-foszfát-dehidrogenáz (E.C.1.1.1.49.), 6- foszfoglükonát-dehidrogenáz (E.C.1.1.1.43.), izocitromsv-dehidrogenáz (E.C.1.1.1.42.), mlát-dehidrogenáz (E.C.1.1.1.37.) és peroxidáz (E.C.1.11.1.7.) iomrker-enzimek ktivitását. A negyedik tenyészedényes kísérleten nyíregyházi kommunális szennyvíziszp komposztot kevertünk össze növekvő tömegrányn szennyezetlen rn erdőtljjl, és levélcikóriát neveltünk ezen közegen. Megvizsgáltuk, hogy fenti kezelések miként htnk jelzőnövény rizómájánk, gyökerének és hjtásánk nehézfém-felvételére, illetve szárznyghozmár. Az összes nehézfém-trtlom mellett meghtároztuk, hogy tljokn és kijutttott dlékokn nehézfémek milyen rányn vnnk jelen kicserélhető, szerves nyghoz kötött és növények áltl felvehető frkciókn (SIMON, 2001). 2.7. Psszív nehézfém fitoextrkció vizsgált Üvegházi tenyészedényes kísérleten glvániszppl szennyezett erdőtljr (ld. 2.6.), illetve szennyezetlen vályogos homok erdőtljr (ld. 2.2.) szrepti mustár (Brssic junce L. Czern. cv. Negro Cllo), fehér mustár (Sinpis l L. cv. Budklászi sárg); trlórép (Bet vulgris L. vr. rp, cv. Horpácsi lil), tkrmányretek (Rphnus stivus L. convr.

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 7 oleiformis Pers. cv. Leveles oljretek), káposztrepce (Brssic npus L. ssp. oleifer Metzg. p. Sinsk., Mécses), kender (Cnnis stiv L. cv. Kompolti hirid TC) és mránt (Amrnthus hypochondricus L. cv. Edit) tesztnövényeket ültettünk. Nyolc hét elteltével összehsonlítottuk növényfjok szerveinek nehézfém-trtlmát, illetve nehézfémek hjtás történő átszállításánk mértékét. 2.8. Krómml szennyezett tlj pikolinsvvl indukált fitoextrkciójánk vizsgált Az első fényszoás tenyészedényes kísérleten szennyezetlen humuszos homoktljt (Derecen-Pllg, ph KCl 7,48; 12,9 mg kg -1 Cr) növekvő mennyiségen desztillált vízzel (kontroll), Cr(III)-kloriddl; pikolinsvvl (2-piridin-kroxilsv); külön-külön kijutttott Cr(III)-kloriddl és pikolinsvvl, vlmint frissen elkészített Cr(III)-pikolináttl kezeltünk. A tljokon tkrmányretket (cv. Leveles oljretek) neveltünk, melynek 8 hét múlv meghtároztuk z elem-összetételét és szárznyg-hozmát. A második tenyészedényes kísérleten fenti lptljt desztillált vízzel (kontroll), Cr(III)-kloriddl; őrgyári szennyvíz üledékkel (31370 mg kg -1 Cr) kezeltük. A tkrmányretek és komtsun (Brssic cmpestris L., susp. npus f. et THOMS vr. komtsun MAKINO, cv. Kuromru) tesztnövényeket ezen tljon, vgy egy glvániszppl szennyezett rn erdőtljon (Kállósemjén, Kossuth u., ph KCl 6,77; 133 mg kg -1 Cr) neveltük. Négy hetes növénynevelés után kultúrákt 1 vgy 4 lklomml 10 mg kg -1 Cr(III)-pikolináttl, 70 és 700 mg kg -1 pikolinsvvl vgy etiléndimin-tetrecetsvvl (EDTE) kezeltük. Új négy hét elteltével meghtároztuk növények elem-összetételét és szárznyg-hozmát. 2.9. Nikkellel és krómml szennyezett tlj folymtos fitoextrkciójánk vizsgált Az osztrák trsók (Thlspi goesingense Hl.) folymtos nehézfém fitoextrkcióját fényszoás tenyészedényes kísérleten tnulmányoztuk. A szennyezetlen rn erdőtljt (ld. 2.2.) mesterségesen 500 mg kg -1 nikkellel (NiCl 2 ) és 500 mg kg -1 krómml (CrCl 3 ) szennyeztük el. A glvániszppl szennyezett tljt (ld. 2.8.;12 mg kg -1 Ni, 105 mg kg -1 Cr) nem kezeltük, illetve fenti mennyiségen nikkellel és krómml szennyeztük el. A tljokon 4 hónpig osztrák trsókát neveltünk, mjd meghtároztuk növények gyökerének és hjtásánk elemösszetételét és szárznyg-hozmát. A növénynevelést követően tljokn meghtároztuk Ni és Cr mennyiségét kicserélhető, felvehető és összes frkciókn. 2.10. Kdmiumml és nikkellel szennyezett víz rizofiltrációjánk vizsgált Az első fényszoás, tápoldtos kísérletünk során nprforgó (cv. Kisvárdi), sütőtök (Cucurit mxim Duch., cv. Ngydoosi) és szrepti mustár (cv. Negro Cllo) növényeket neveltünk Hoglnd-tápoldtn. A 31 npos (nprforgó, sütőtök) vgy 48 npos (szrepti mustár) növényeket 48 órár 2 mg dm -3 kdmiumml (CdSO 4 ) elszennyezett tápoldt helyeztük. A növények elem-összetételét kdmiumszennyezést megelőzően (0. ór), mjd 6, 24 és 48 ór elteltével htároztuk meg. A második tápoldtos kísérletünk során szrepti mustár tápoldtá szennyezetlen tljól szelektált Pseudomons fluorescens tljktériumokt juttttunk Cd és Ni-kezelések (2-2 mg dm -3 ) előtt 5 nppl, vgy zzl egy idően. A növények Cd- és Ni-felvételét ezúttl is 48 órás interkció után mértük. A hrmdik tápoldtos kísérletünken szrepti mustár gyökerét tápoldt kijutttott Cd-érzékeny (Nyíregyházi Főiskol, Növénytn Tnszék, ktérium gyűjtemény) vgy Cd-toleráns

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 8 Pseudomons cepci ktériumokkl kezeltük. A Cd-toleráns ktériumokt ngyhörcsöki nehézfém-terheléses trtmkísérlet (KÁDÁR, 1995) 270 kg h -1 Cd-ml elszennyezett tljáól izoláltuk. A 33 npos növények kezelése kdmiumml (2 mg dm -3, 48 órás interkció) történt. 2.11. Nehézfémekkel szennyezett tlj fitostilizációjánk vizsgált Fitostilizációs vizsgáltinkt Gyöngyösorosziól szármzó, erősen svnyú kémhtású (ph KCl 3,2-3,7) ánymeddővel végeztük, mely jelentős mennyiségű nehézfémet trtlmzott (Cd-15,0; Cu-336; Mn-568; P-1919; Zn-3306 mg kg -1 cc. HNO 3 +cc. H 2 O 2 kivontn). A ánymeddőt CCO 3 (0,5 m/m%, ph KCl >5,5) és NH 4 NO 3 kijutttásávl termékennyé tettük. Az első fényszoás tenyészedényes kísérleten meszezett ánymeddőhöz négyféle dlékot (5% települési szennyvíziszp komposztot, ld. 2.3.; 5% tőzeget, 7,5% zeolitot (klinoptilolit, ld. 2.6.), 0,5% KH 2 PO 4 -ot és ezek kominációját) kevertük, mjd zon 60 npig vörös csenkeszt (Festuc rur L. cv. Keszthelyi 2) neveltünk. A második tenyészedényes kísérleten 1% CCO 3 -ot dtunk ánymeddőhöz (ph KCl >6,5), illetve meszezett ánymeddőe 5% települési szennyvíziszp komposztot és 7,5% zeolitot is kijuttttunk. A ánymeddőn 82 npig vörös csenkeszt neveltünk, mely gyökerei lá Glomus intrrdices ruszkuláris mikorrhiz gomákt (cinktoleráns BrI törzs, Glomeromycot, Glomerles, HILDEBRANDT et l, 1999) trtlmzó oltónygot (Inox GmH., Németország) jutttunk. A kísérlet ontáskor mikorrhiz infekció gykoriságát (F%), intenzitását (M%), z szolút (%) és reltív (A%) ruszkulum gzdgságot vizsgáltuk. A tenyészedényeken lévő ánymeddőe vákuumml működő mini-lizimétereket helyeztünk, melyekkel összegyűjtöttük ánymeddőn átszüremlett infiltrátumot. Mindkét kísérlet során tö lklomml mértük gyökerek és hjtások elem-összetételét és szárznyg-hozmát, ánymeddő ph-ját, és z infiltrátum nehézfém-trtlmát. Elemextrkció, elemnlízis A kísérletekhez felhsznált közegek (tljok, szennyvíziszp komposzt, ánymeddő, zeolitok, entonit, dlékok) elemtrtlmit zok kicserélhető (CCl 2 -oldhtó), szerves nyghoz kötött (NOH-oldhtó), felvehető (NH 4 -cetát+h 4 EDTA-oldhtó elemkészlet LAKANEN és ERVIÖ, 1971 szerint) és összes (cc. HNO 3 +H 2 O 2 kivont) frkcióin htároztuk meg (SIMON, 2001) ICP-OES technikávl. A növénymintákt szárítás után 65%-os HNO 3 és 30 %- os H 2 O 2 3:1 (v/v) rányú elegyével tártuk fel (KOVÁCS et l., 1996), és elemtrtlmát ICP-OES vgy GF-AAS technikávl mértük. Sttisztiki értékelés A kísérleti dtok feldolgozását és rendszerezését Microsoft Excel progrmml végeztük. A mérési dtok sttisztiki elemezését lineáris regresszióvl, korreláció-számítássl, Student-féle kétmintás t-próávl, egyváltozós vrinci-nlízissel Tukey-féle -teszttel végeztük el Excel, SAS, Sttistix és SPSS progrmokt lklmzv. A görék illesztése Sttistix progrmml történt, z illesztés jóságát determinációs együtthtókkl (r 2 ) jellemeztük.

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 9 3. A KUTATÁSI EREDMÉNYEK ÖSSZEFOGLALÁSA 3.1. Prdicsom lumíniumtoxicitás Az áltlunk összeállított, módosított összetételű, svnyú kémhtású híg tápoldtn (melynek összetétele hsonlít tljoldtéhoz) számításink szerint (ALLISSON et l., 1991) z lumínium 85 %- Al 3+ formáján volt jelen, tehát lklms volt z lumíniummérgezési tünetek előidézésére. A tápoldt kijutttott 25 és 50 µm Al szignifikánsn lecsökkentette mindkét prdicsomfjt levélterületét, szerveinek szárznyg-hozmát, vlmint szár- és főgyökérhosszát. Az lumíniummérgezés tipikus tüneteit figyeltük meg növényeken; gyökerek sárgásrnár színeződtek, gyökércsúcsok és z oldlgyökerek megvstgodtk, z elágzások és gyökérszőrök szám lecsökkent, levelek sötétzöld színűek voltk lilás fonákkl. Az lumíniumtoxicitás mértéke fjtfüggőnek izonyult, Flormeric fjt fenti prmétereket illetően összességéen kevésé érzékenyen regált z lumíniumr, mint Mountin Pride. A Flormeric prdicsomfjt kevese lumíniumot kkumulált gyökeréen (8317 µg g -1 50 µm Al kijutttás esetén), mint Mountin Pride (11838 µg g -1 50 µm Al kijutttás esetén). A felvett lumínium mindkét fjtán megzvrt prdicsom szerveinek mkro- (C, K, Mg) és mikroelem (Fe, Zn) -felvételét. A fenti jelenségek fiziológii okit kuttv megállpítottuk, hogy kijutttott lumínium mennyiségével rányosn mindkét fjt leveleien 200-300 %-kl lecsökkent gázcsere mértéke. Ez csökkenés Mountin Pride fjt esetéen ngyo mértékű volt, mint Flormeric esetén mindez mgyráztul szolgálht szárznyg-hozmn megfigyelt különségekre. A szén-dioxid sszimiláció seességének csökkenése ellentéten Flormeric fjtávl Mountin Pride esetéen sztóm záródássl is mgyrázhtó. A levelek klorofilltrtlmát z lumínium egyik fjt esetén sem efolyásolt, ezzel tehát nem mgyrázhtó közvetlenül fotoszintézis gátlás. Az öt megvizsgált enzim közül svs és lúgos invertáz ktivitásán tpsztltunk szignifikáns változást z lumínium htásár prdicsom gyökereien (1. tálázt). Az ktivitáscsökkenés mértéke mindkét fjt esetéen összefüggésen volt gyökerek lumíniumkkumulációjánk mértékével, és ngyo rányú volt Mountin Pride mint Flormeric fjt esetéen. A svs invertáz élettni szerepet játszik gyökérsejtek megnyúlásán és kitágulásán (LYNE és AP REES, 1971).

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 10 1. tálázt: Alumínium htás Mountin Pride és Flormeric prdicsomfjták gyökeréől izolált svs és semleges invertáz enzimek ktivitásár (tápoldtos kísérlet, Athens GA, USA, 1992). Kezelés Specifikus ktivitás (nmol min -1 mg protein -1 ) (µm Al) Svs invertáz Semleges invertáz Mountin Pride 0 153 58 10 145 46 25 39 20 50 21 15 Pro > F 0,01 0,023 r 2 0,76 0,68 Flormeric 0 150 57 10 93 33 25 61 40 50 55 31 Pro > F 0,0009 0,0281 r 2 0,69 0,40 Lineáris regresszió nlízis, n=4. Az lumínium stressznek kitett prdicsom növényeken szárznyg-kkumuláció, gázcsere, vlmint szénhidrát-nygcseréen kulcsszerepet játszó enzimek ktivitás feltételezésünk szerint z lái kölcsönhtásn áll egymássl: z lumínium gyökereken hlmozódik fel, hol szövetek sérülését okozv gátolj szchróz hsznosulását. Mindez leveleken szénhidrát-felhlmozódást, és visszcstolási ( feedck ) mechnizmussl fotoszintézis gátlását okozz. A gyökerek növekedésgátlásánk kísérő jelenségeként csökken hjtás szárznyg-hozm és levélterülete, mivel z lumínium-stressz gátolj gyökerek víz- és tápnygszállító képességét. 3.2. Nprforgó kdmiumkkumulációj A HA-89 nprforgó vonl szdföldi körülmények között, szennyezetlen tljon termesztve, mgján mindössze 114 µg kg -1 kdmiumot kkumulált, mely nemzetközi összehsonlításn is kis mennyiségnek tekinthető (LI et l., 1995). Tenyészedényes kísérletünk eredményeink látámsztják viszont kdmium ngyfokú moilitásár vontkozó korái megfigyeléseket tlj-növény rendszeren (KABATA-PENDIAS és PENDIAS, 2001, KÁDÁR, 1995). Kdmiumml mesterségesen elszennyezett rn erdőtljon nprforgó gyökerének és föld feletti szerveinek kdmiumtrtlm jelentősen megemelkedett. A kdmium viszonylg rövid interkciós idő ellenére már virágkezdeményen (csillgimón) is megjelent, hol mennyisége elérte 3,02 µg g -1 -ot (1. ár).

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 11 Kdmium ( µg/g) 20 15 10 5 0 Kontroll 1 mg/kg Cd 10 mg/kg Cd c c Gyökér Szár Levél Csillgimó Növényi szerv 1. ár: Nprforgó (HA-89 vonl) kdmiumfelvétele Cd-szennyezett tljól (tenyészedényes kísérlet, Nyíregyház, 1995). Tukey-féle -pró. Adott növényi szerven elül különöző etűindexet kpott oszlopok értékei szignifikánsn (P<0,05) különöznek egymástól; n=4. A kdmiumkijutttás nprforgó szerveinek szárznyg-hozmát, mkro- és mikroelem felvételét nem efolyásolt számottevő mértéken. A nprforgó fitl levelein láthtó toxicitási tünetek nem lkultk ki. A kdmium enyhén svnyú, homok textúrájú rn erdőtlj kijutttv ngy mennyiségen és gyorsn áthelyeződött nprforgó genertív szerveie. Nem zárhtó ki tehát nnk lehetősége, hogy szélsőséges körülmények között, pl. tljszennyeződés esetén kdmium nprforgó ksztjá is ekerül. A szennyezetlen tljon termesztett nprforgó ksztelének kdmiumkkumulációj zonn csekély mértékű volt, és jóvl ltt mrdt hzi 600 µg kg -1 -os htárértéknek. 3.3. Árp, úz és kukoric nehézfém-kkumulációj szennyvíziszp komposztól Megállpítottuk, hogy z áltlunk tnulmányozott települési szennyvíziszp komposzt viszonylg szennyezetlen nehézfémekkel (Cd 2,0; Cr 23,0; Cu 86,7; Mn 336; Ni 15,3; P 86,5 mg kg -1 ), toxikus elemek közül legngyo mennyiségen cinket (607 mg kg -1 ) trtlmzott. Tenyészedényes kísérleten eől szennyvíziszp komposztól fenti nehézfémek elsősorn tesztnövények gyökeréen kkumulálódtk, réz és cink kivételével nem helyeződtek át hjtás, illetve klász. Annk ellenére, hogy szennyvíziszp komposzttl kezelt tljon nevelt úz és árp hjtásin és klászin, illetve kukoric szárán és leveléen megtöszöröződött (2 8-szorosr nőtt) cink- és réztrtlom, nem lkultk ki fitotoxicitásr utló tünetek.

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 12 Szdföldi kísérleteink lpján megállpítottuk, hogy 10, 20 és 40 t h -1 mennyiségen szennyvíziszp komposzt egyszeri kijutttás nem emelte meg jelentősen rn erdőtlj nehézfém-trtlmát. A szennyvíziszp komposztól kukoric áltl felvett nehézfémek gyökéren dúsultk fel. Kivételt jelentett cink, mely mennyisége mindkét szdföldi kísérlet során megemelkedett leveleken, de ez z emelkedés szemtermésen már nem volt jelentős (2. ár). Zn (µ g/g sz..) 200 150 100 50 Kontroll 10 t/h szennyvíziszp komposzt 40 t/h szennyvíziszp komposzt c c 0 Gyökér Szár Levél Csuhé Szem Torzs Címer 2. ár: Szennyvíziszp komposzt htás kukoric (Kiskun 4190 TC fjt) növényi szerveinek cinkkkumulációjár tenyészidő végén, etkrításkor (szdföldi kisprcellás kísérlet, Nyíregyház, 1996). Tukey-féle -pró. Adott növényi szerven elül különöző etűindexet kpott oszlopok értékei szignifikánsn (P<0,05) különöznek egymástól; n=3. A tenyészedényes kísérleten tpsztlt rézkkumuláció tehát szdföldi kísérleten nem igzolódott, cink zonn vlmennyi kísérleten átkerült szennyvíziszp komposztól föld feletti szerveke is. A legveszélyese nehézfémek (Cd, P, Cr) zonn gyökereken mrdtk, mely előnyös jelenségnek tekinthető. Tenyészedényes és szdföldi kísérleten is zt tpsztltuk, hogy szennyvíziszp komposzt megemeli fitl levelek nitrogénfelvételét, klorofilltrtlmát és serkenti fotoszintézisét, jvítj fotoszintézis során vízhsznosítási együtthtót. Szdföldi kísérleten etkrított növények szerveinek ngyo lett szárznyg-hozm és jvult csöves terméshozm is. Vlószínűleg szennyvíziszp komposzt jó tápelem-szolgálttó képessége következtéen megemelkedett iomssz hígított ki föld feletti szerveke átkerült nehézfémeket kukoric szemterméséen. A felvett nehézfémek tehát ngyo iomsszán oszlottk el, mely humán-egészségügyi szempontól előnyös jelenség.

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 13 3.4. Toxikuselem-szennyeződések fitoindikációj gyermekláncfűvel, mezei ktánggl és levélcikóriávl 1. Tápoldtos kísérleten szoros korrelációt tláltunk kijutttott kdmium mennyisége (0,5-50 µm) és gyermekláncfű (r 2 =0,903; P<0,001), vlmint levélcikóri (r 2 =0,995; P<0,001) rizómájánk és gyökerének, vlmint hjtásánk (r 2 =0,943; P<0,001 illetve r 2 =0,945; P<0,001) kdmiumtrtlm között. A tápoldt kijutttott 1 µm-nál tö kdmium jelentősen megnövelte levélcikóri és gyermekláncfű szerveinek kdmiumkkumulációját, és toxicitási tünetek megjelenését, klorózis kilkulását okozt leveleken. A cikóri rizómáink és gyökereinek, illetve hjtásánk kdmiumtrtlm elérte 891, ill. 307 µg g -1 -ot 50 µm Cd jelenlétéen, gyermekláncfű esetéen pedig ez z két érték 1356 és 407 µg g -1 volt. A levelek nyilvánvló klorózis rr ösztönzött ennünket, hogy megvizsgáljuk vn-e kpcsolt tápoldt kijutttott kdmium mennyisége, és levelek klorofilltrtlm között. A kijutttott kdmium mennyiségével rányosn mindkét növényfjn lecsökkent levelek klorofill- és klorofill- trtlm. A csökkenés vlmennyi eseten lineáris és sttisztikilg szignifikáns volt (P<0,001). Mivel kdmium gátolt levelek vsfelvételét, feltételezhetően klorofill-nygcserére gykorolt direkt vgy indirekt htást. Amennyien növények segítségével szeretnénk környezetszennyezést jelezni és mértékét nyomon követni, fontos tudnunk, hogy z dott nehézfém mely kémii formáit veszi fel z áltlunk hsznált jelzőnövény tljól, illetve tljoldtól. A kdmium moilitás tljoldtn kloridionok jelenlétéen megnő (KABATA-PENDIAS és PENDIAS, 2001). Megállpítottuk, hogy kis koncentráción nitrát-, szulfát- és klorid-nionok nem efolyásolták számottevő mértéken levélcikóri kdmiumkkumulációját, ngyo mennyiségen zonn kdmium-szulfától és kloridól tö Cd kkumulálódott növényeken. A levélcikóri szdföldi kísérleten is érzékenyen jelezte tljok kdmiumszennyezettségét. Ellentéten tápoldtos kísérlettel ez eseten tesztnövény föld feletti szervei tö kdmiumot hlmoztk fel, mint föld lttik. Közel zonos ph-jú két tljtípus esetén kise kolloidtrtlmú, ktioncserélő-kpcitású és szervesnyg-trtlmú homoktljól jelzőnövény tö kdmiumot vett fel, mint vályogos homokól. 2. A monitorfjok közé trtoznk z ún. kkumulációs indikátorok, melyek szervezetüken különféle szennyezőnygokt rendszerint károsodás nélkül hlmozzák fel. Az kkumulációs indikátorok lehetnek psszív indikátorok, mikor természeten előforduló fjokt hsználunk különöző szennyezőnygok kimuttásár, és ktív indikátorok, mikor stndrdizált

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 14 feltételek között előállított indikátorszervezeteket (pl. növényeket) helyezünk ki meghtározott területekre, mint exponátumokt (KOVÁCS et l, 1986). Nyíregyházán forglomnk erősen kitett út menti feltljokn jelentősen megnőtt P- Zn-, Cd-, N- és S-trtlom (medián: 129; 105; 0,55; 407 és 427 mg kg -1 ), mely z utk szélétől távolodv csökkent. A forglms utktól távol eső szennyezetlen területeken e fémek mennyiségének sttisztiki középértéke mindössze 5,7; 41; 0,20; 89 és 146 mg kg -1 volt. Megállpítottuk, hogy egyes helyszíneken feltljok ólom-, cink- és kdmiumtrtlm hrmincszor-htvnszor mgs szennyezetlen tljokr jellemző háttér-értékeknél. Nyíregyház elvárosán feltlj ólomtrtlm elérte 607 mg kg -1 -ot. A feltljok króm-, nikkel- és réztrtlm nem emelkedett meg. A forglms utk mentén z ún. psszív monitoring során egyűjtött mezei ktáng rizómáin és gyökereien, illetve hjtásin elsősorn z P-, Cd- és N-trtlom volt ngyo kontroll területekről egyűjtött növényekhez viszonyítv. Az ktív monitoring során forglms utk mellé tenyészedényeken kihelyezett levélcikóri leveléen (mely mezei ktáng termesztett változt) megemelkedett z ólomtrtlom. Ez tölet z úttól távolodv fokoztosn csökkent (3. ár). Az ólomtrtlom megemelkedését z ólmozott enzinek kilencvenes évek végéig történt ngymértékű felhsználásánk tuljdoníthtjuk. 2,5 P ( µg/ g sz..) 2 1,5 1 c c Gyökér+rizóm c c Levél 0,5 0 Kontroll 2,5 m 8,0 m 16,5 m Távolság z úttól 3. ár: Az E573-s főútr merőlegesen kihelyezett cikóri (cv. Wild) indikátornövények ólomkkumulációj 30 npos expozíció után (ktív monitoring, Nyíregyház, 1994). Tukey-féle -pró. Azonos növényi szerven elül különöző etűindexet kpott értékek szignifikánsn (P<0,05) különöznek egymástól; n=5 (kontroll növények), n=3 (kihelyezett növények).

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 15 3. Nehézfémekkel (glvániszppl) elszennyezett tljól Cd (4. ár), Cr, Cu és Zn került e levélcikóri indikátornövénye. A szennyezett tlj növekvő tömegrányávl növények rizómáján és gyökeréen, illetve hjtásán egyránt lineárisn és szignifikánsn nőtt fenti nehézfémek mennyisége. A levélcikóri tlj nikkelszennyeződését nem indikált. 25 10 20 RIZÓMA és GYÖKÉR Lineáris regresszió: y=0,07+0,16x r=0,99 SZD 5% =0,87 P=0,0001 8 HAJTÁS Lineáris regresszió: y=0,25+0,06x r=0,99 SZD 5% =0,25 P=0,00002 Kdmium (µg/g sz..) 15 10 5 Kdmium (µg/g sz..) 6 4 2 0 0 0 20 40 60 80 100 Glvániszppl szennyezett tlj (%) 0 20 40 60 80 100 Glvániszppl szennyezett tlj (%) 4. ár: Cikóri (cv. Wild) kdmiumkkumulációj glvániszppl szennyezett tljól (tenyészedényes kísérlet, Nyíregyház, 1995). A szennyezetlen rn erdőtlj kijutttott szennyvíziszp komposzt mennyiségével egyenes rányn, szignifikánsn nőtt levélcikóri rizómáink és gyökereinek, illetve hjtásánk cink- (5. ár), vlmint kdmium- és mngántrtlm. 350 300 RIZÓMA és GYÖKÉR Lineáris regresszió: y=28,1+2,40x r=0,99 SZD 5% =9,53 P=0,003 250 200 HAJTÁS Lineáris regresszió: y=21,76+1,98 r=0,99 SZD 5% =9,56 P=0,005 250 Cink ( µg/g sz..) 200 150 100 Cink ( µg/g sz..) 150 100 50 50 0 0 25 50 75 100 Szennyvíziszp komposzt (%) 0 0 20 40 60 80 100 Szennyvíziszp komposzt (%) 5. ár: Levélcikóri (cv. Wild) cinkkkumulációj szennyvíziszp komposzttl szennyezett tljól (tenyészedényes kísérlet, Nyíregyház, 1994). A nyíregyházi szennyvíziszp komposztn viszonylg kicsi nehézfém-trtlom (ld. 3.3.). Megállpítottuk, hogy szennyvíziszp komposztn nehézfémek (Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, P és Zn) ngyo rányn vnnk jelen szerves frkcióhoz kötve, illetve növények áltl

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 16 felvehető formán, mint szennyezetlen rn erdőtljn. A rn erdőtljn viszont fémek ngyo hányd mutthtó ki kicserélhető frkcióól, mint szennyvíziszp komposzt esetén. Ezeket z rányokt levélcikóri Cd, Mn és Zn esetén fémfelvételének mértékével vissztükrözte. 4. A levélcikóri nehézfémek immoilizálásánk jelzésére is lklmsnk izonyult. A glvániszppl szennyezett tlj természetes zeolitokkl és entonittl történő kezelése szigifikánsn, átlgosn 32%-kl mérsékelte levélcikóri rizómájánk és gyökerének cinkfelvételét. A zeolit és entonit kijutttás szennyezett tlj kicserélhető frkciójánk cinktrtlmát is szignifikáns mértéken lecsökkentette. Mivel áltlán tlj mikroelemeinek kicserélhető frkciój legkönnyeen felvehető növények számár (KABATA-PENDIAS és PENDIAS, 2001), mindez rizómák és gyökerek lecsökkent cinkfelvételére mgyráztul szolgál. A kijutttott dlékok htásár, tendenciként, kise mértékű 16-25 %-os csökkenést figyeltünk meg növények nikkel-, króm- és rézfelvételéen is. 5. Az ún. iomrker enzimek ktivitás-változásukkl jelzik növényeket ért nehézfém-stressz mértékét (KOVÁCS et l, 1986). A megvizsgált iomrker enzimek közül peroxidáz (6. ár) és glükóz-6-foszfát-dehidrogenáz ktivitás növekedéssel, 6-foszfoglükonát-dehidrogenáz, izocitromsv-dehidrogenáz és mlát-dehidrogenáz ktivitás csökkenéssel jelezte levélcikóri szerveien megemelkedett fémtrtlmt. nkt/mg protein 300 250 200 150 100 50 gyökér levél POD-ktivitás 0 Szennyezetlen tlj (kontroll) Cd-ml szennyezett tlj Glvániszppl szennyezett tlj 6. ár: A peroxidáz (POD) enzim ktivitásánk változás levélcikóri gyökéren és levélen tlj kdmium- és glvániszp-szennyeződésének htásár kontrollhoz képest. n=4. A víze, tlj, levegőe ejutott toxikuselem-szennyeződéseket megvizsgált indikátor növények tehát jelezték és mérték. A levélcikóri legtö eseten Cd- és Zn-szennyeződést indikált. Mivel levélcikóri szerveien nehézfémek htásár klorofilltrtlom és egyes

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 17 enzimek ktivitás is megváltozott, ez növény nemcsk psszív kkumulációs, hnem rektív indikátorfjnk is tekinthető. 3.5. Nehézfémek psszív, indukált és folymtos fitoextrkciój 1. A glvániszppl szennyezett tljól nikkel kivételével nehézfémek (Cd, Cr, Cu és Zn) jelentős mennyiségen kerültek át tesztnövényeke psszív fitoextrkcióvl. A növényeken króm elsősorn gyökereken kkumulálódott, míg töi nehézfém hjtás is átszállítódott. A kdmium például legngyo mennyiségen (81 µg g -1 ) trlórép hjtásán kkumulálódott. A növényekkel kivont fémek összmennyiségét kiszámolv megállpítottuk, hogy gyökereke kétszer tö fém került át, mint hjtások. A könnyeen etkríthtó hjtásokn z össznehézfém-trtlom (Cd+Cr+Cu+Ni+Zn) áltlán 200-250 µg g -1 volt egy grmm növényi szárznygr vetítve. A teljes növényekre vontkozttv legtö nehézfém trlórépá (218 µg Cd+Cr+Cu+Ni+Zn) és z mránt (151 µg) került e, míg hjtásokkl kivont össznehézfém-trtlom trlórépán (118 µg), szrepti mustárn (78,5 µg) és fehér mustárn (76,7 µg) volt legngyo. Amránt esetén ez z érték csk 68 µg volt. Figyeleme véve zt, hogy gykorltn kivitelezett fitoextrkció során hjtást sokkl könnye etkrítni, mint gyökereket, tenyészedényes kísérletünk lpján megállpítottuk, hogy hét megvizsgált mezőgzdsági növényfjól Brssiccee cslád trtozó fjok (trlórép, szrepti mustár, fehér mustár) vették fel legtö nehézfémet szennyezett tljól. Ez tendenci zonn szdföldi körülmények között más lehet, tekintettel rr, hogy kender vgy z mránt kise mértékű nehézfém-kkumulációját keresztesvirágúknál jóvl ngyo mértékű hozm (iomssz) ellensúlyozhtj. A felvett nehézfém mennyiségek zonn tljok gyors, illetve eláthtó időn elül történő megtisztításához zonn nem elegendőek. 2. Az indukált fitoextrkciót vizsgáló kísérleteink során szennyezetlen tljól tkrmányretek gyökerei (6,0 µg g -1 ) és hjtási (1,4 µg g -1 ) kevés krómot vettek fel. Krómml mesterségesen elszennyezett tljól megnőtt ugyn növények krómkkumulációj, de Cr jelentős része gyökereken mrdt. H ee krómml szennyezett tlj kelátképző pikolinsvt juttttunk ki, gyökerek krómtrtlm megduplázódott, hjtásoké megnégyszereződött, és elérte z 51 µg g -1 -ot. Króm(III)-pikolinát (0,1-200 mg kg -1 ) tlj jutttásávl növények krómfelvétele fokoztosn nőtt, és elérte 678 µg g -1 -ot gyökéren és 137 µg g -1 -ot hjtásn. A króm-

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 18 pikolinát zonn 20 mg kg -1 -nál ngyo mennyiségen erősen gátolt növények szárznyg-hozmát. Krómml (100 mg kg -1 ) mesterségesen elszennyezett tljon előnevelt tkrmányretek és komtsun hjtásánk krómfelvétele már egyszeri pikolinsv kijutttás után is nnyir megnőtt (11,9-ről 30,4 µg g -1 -r tkrmányretek esetén, 21,9-ről 44,5 µg g -1 -r komtsun esetén), hogy növények elpusztultk. Krómml szennyezett őrgyári szennyvíz üledék tlj jutttás esetén vgy glvániszppl szennyezett tljon zonn krómmoilizáló htást csk töszöri pikolinsv kijutttás után és lényegesen kise mértéken tpsztltuk (7. ár). µg Cr/g sz.. 10000 1000 100 10 7. ár: Krómtrtlmk tkrmányretek (1-13. kezelés) és komtsun (14-16. kezelés) gyökeréen és hjtásán (tenyészedényes kísérlet, Nyíregyház, 2000). Tukey-féle -pró. Adott kezeléscsoporton (1-4, 5-7, 8-10, 11-13, 14-16) elül különöző etűindexet kpott zonos növényi szervek értékei szignifikánsn (P<0,05) különöznek egymástól; n=3. Kezelések: 1. Szennyezetlen tlj (SZT), 2. SZT+10 mg kg -1 Cr, 3. SZT+10 mg kg -1 Cr+4x70 mg kg -1 pikolinsv (PS), 4. SZT+4x10 mg kg -1 Cr(III)-pikolinát, 5. SZT+100 mg kg -1 Cr, 6. SZT+100 mg kg -1 Cr+1x700 mg kg -1 PS, 7. SZT+100 mg kg -1 Cr+1x700 mg kg -1 EDTE, 8. SZT+2,5% őrgyári szennyvíz üledék (BSZÜ), 9. SZT+2,5% BSZÜ+1x700 mg kg -1 PS, 10. SZT+2,5% BSZÜ+4x 700 mg kg -1 PS, 11. Glvániszppl szennyezett tlj (GSZT), 12. GSZT+1x700 mg kg -1 PS, 13. GSZT+4x700 mg kg -1 PS, 14. Szennyezetlen tlj (SZT), 15. SZT+100 mg kg -1 Cr, 16. SZT+ 100 mg kg -1 Cr+1x 700 mg kg -1 PS. A pikolinsv fémmoilizáló htását z EDTE-vl összehsonlítv megállpítottuk, hogy z elői kijutttás esetén kevese nehézfém jelent meg tljoldtn, mely környezetvédelmi szempontól előnyös jelenség. 1 A két fenti kísérlet lpján megállpítottuk, hogy z ún. indukált fitoextrkció során tljkolloidokhoz erősen kötődő króm egy része moilizálhtó, mennyien növények tlját kelátképző szerrel, pikolinsvvl kezeljük. A komplex kilkulásánk mértéke összefügg zonn króm kötésformáivl és mennyiségével tljn, mivel króm trnszlokációj jóvl ngyo volt krómsóvl mesterségesen elszennyezett tljól, mint őrgyári szennyvíz üledékől, vgy más tljtuljdonságokkl rendelkező glvániszppl elszennyezett tljól, hol krómszennyeződés régen történt. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Kezelések Gyökér Hjtás c

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 19 3. A folymtos fitoextrkciót vizsgáló kísérletünk során nikkellel és krómml mesterségesen elszennyezett mindkét tljól (szennyezetlen rn erdőtlj, glvániszppl szennyezett rn erdőtlj) z osztrák trsók hjtásán olyn sok nikkel kkumulálódott (700, illetve 831 µg g -1 sz..), hogy z már megközelítette nikkelre megállpított 1000 µg g -1 -os hiperkkumuláció kritériumot (WENZEL és JOCKWER, 1999). Glvániszppl (12 mg kg -1 Ni, 105 mg kg -1 Cr) szennyezett tljon nevelt növények hjtásánk nikkelfelvétele zonn kismértékű volt, hiperkkumulációt ez eseten nem tpsztltunk. Kis kiindulási nikkelszennyeződés esetén nem volt képes tehát z osztrák trsók nikkelt moilizálni glvániszppl szennyezett tljól. A tlj összes és felvehető nikkeltrtlm, illetve z osztrák trsók hjtásánk nikkelfelvétele között szoros pozitív vgy negtív korrelációt tláltunk (2. tálázt). 2. tálázt: Korreláció z osztrák trsók hjtásán mért és tljokn mért összes, felvehető, és kicserélhető nikkeltrtlom között (tenyészedényes kísérlet, Nyíregyház, 2001). Kezelések összes felvehető kicserélhető r (korrelációs együtthtó) SZT+500 mg kg -1 Ni+500 mg kg -1 Cr -0,99** -0,93** 0,82* GSZT 0,74* 0,99** 0,88** GSZT+500 mg kg -1 Ni+500 mg kg -1 Cr 0,97** 0,77* 0,25 Korreláció-számítás Person-eloszlássl. *,** = P<0,05; <0,01 szinten sttisztikilg szignifikáns, n=3. Rövidítések: SZT=szennyezetlen rn erdőtlj, GSZT=glvániszppl szennyezett rn erdőtlj A nikkellel ellentéten króm túlnyomó tösége gyökereken mrdt, nem került e könnyen etkríthtó hjtás. A tenyészedényes kísérlet eredményeire lpozott elméleti számításokkl megállpítottuk, hogy növények hjtásink etkrításávl elvileg 2 kg h -1 z eltávolíthtó nikkelmennyiség tljól ( hjtások egyszeri etkrításávl 0,7 mg kg -1 Ni távolíthtó el tljól). Ahhoz, hogy egy nikkellel enyhén szennyezett tlj nikkelszennyeződését 10 mg kg -1 -ml tudjuk csökkenteni, 14-szer kéne osztrák trsókát területen termeszteni és hjtását etkrítni. Szdföldi kísérletek eredményeire lpozott számítások lpján ez folymt gyors, és ht etkrítást igényel (MCGRATH et l., 2001). 3.6. Kdmiumml és nikkellel szennyezett víz rizofiltrációj Első tápoldtos kísérletünk lpján megállpítottuk, hogy tápoldt mesterségesen kijutttott 2 mg dm -3 kdmiumól már 48 ór ltt is jelentős mennyiséget vesznek fel nprforgó (460 µg g -1 sz..), sütőtök (415 µg g -1 sz..), és szrepti mustár (1092 µg g -1 sz..) gyökerei. Ezek mennyiségek kontroll kultúrák gyökereien mért értékek 383-, 196- és 853-szorosi. A

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 20 megvizsgált mezőgzdsági növényfjok gyökerének 1 grmmnyi szárznyg mesterségesen elszennyezett tápoldt kijutttott kdmium 5,7 12,4%-át képes 48 órán elül eltávolítni. Második tápoldtos kísérletünken szrepti mustár mesterségesen elszennyezett vízől (2 mg dm -3 Cd és Ni) gyökerei segítségével jelentős mennyiségű kdmiumot (1793 2346 µg g -1 ) és nikkelt (1088 1192 µg g -1 ) távolított el. A növények kiemelésével mindössze 48 órás kölcsönhtás után kijutttott kdmium 40,5% 56,9%-át, nikkel 29,7% 30,8%-át tudtuk eltávolítni. Amennyien növények gyökereit fémkijutttás előtt Pseudomons fluorescens tljktériumokkl kezeltük Cd-, illetve Ni-felvétel megemelkedett. Hrmdik tápoldtos kísérletünk lpján megállpítottuk, hogy Cd-toleráns (szennyezett tljól kiszelektált) Pseudomonsokkl (P. cepci) jon megnövelhető növények fjlgos gyökérfelülete (21%-kl jo lesz rizofiltrációs kpcitás), mint Cd-érzékeny ktériumokkl. Növények gyökereivel tehát gyorsn és htékonyn lehet kdmiumot és nikkelt eltávolítni szennyezett vízől. Pseudomons tljktériumokkl fokozhtó növények gyökerének rizofiltrációj, vlószínűleg zért, mert ktériumok hozzákötődnek gyökerekhez (rizoplán lkul ki) és így megnő z fjlgos gyökérfelület, mely Cd-ot képes megkötni. Célszerű továá rizofiltráció htékonyságánk megnövelése céljáól rizoplán kilkításához fémdptált mikroákt lklmzni. 3.7. Nehézfémekkel szennyezett tlj fitostilizációjánk vizsgált A ngy Cd-, Cu-, Mn-, P- és Zn-trtlmú, erősen fitotoxikus gyöngyösoroszi ánymeddőt meszezéssel és nitrogénsó kijutttásávl termékennyé tettük. A meszezés szignifikánsn lecsökkentette felvehető nehézfémek rányát ánymeddően. Megállpítottuk, hogy tenyészedényes kísérlet ltt tőzeg kijutttás esetén volt legkevésé stil meszezett ánymeddő ph-j, mely 1,15 egységgel csökkent. A legelőnyöse e szempontól települési szennyvíziszp komposzt vgy kálium-dihidrogén-foszfát kijutttás volt, mert kísérlet végén ph csk 0,22-0,23 egységgel volt kise kiindulási értékhez képest. A meszezett ánymeddőe kijutttott dlékok különféleképpen változttták meg Cd, Cu, P és Zn rányát kicserélhető és felvehető frkciókn (8. ár), mely legtö eseten összefüggésen volt növények áltl kkumulált nehézfém-mennyiségekkel.

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 21 0,5 % CCO3 (1) 1+5% települési szennyvíziszp komposzt (2) 1+5% tőzeg (3) 1+7.5% zeolit(4) 1+0.5% KH2PO4 (5) 0,03% Kominált (1+2+3+4+5) 0,01% 0,07% 0,05% 0.5 % CCO3 (1) 1+5% települési szennyvíziszp komposzt (2) 1+5% tőzeg (3) 1+7.5% zeolit (4) 1+0.5% KH2PO4 (5) Kominált (1+2+3+4+5) 0,54% 1,33% 0,45% 1,22% 0,02% 0,98% kicserélhető Zn 1,19% "felvehető"zn 0,72% 8. ár: A meszezett ánymeddőe kijutttott különféle dlékok htás kicserélhető és felvehető cink rányár (reltív %) z összes cinktrtlomhoz viszonyítv (tenyészedényes kísérlet, Nyíregyház, 2001). Tőzeg kijutttás esetén jelent meg, pl. legtö cink kicserélhető frkción (8. ár), és ez eseten mértünk legtö cinket növények gyökeréen (943 µg g -1 ) és hjtásán (448 µg g -1 ) is. A töi dlék kijutttás esetén vörös csenkesz gyökeréen kevese, mint 363 µg g -1, hjtásán pedig kevese, mint 100 µg g -1 cink kkumulálódott. Megállpítottuk, hogy növényeken kkor jelenik meg legkevese nehézfém, h meszezett ánymeddőt szennyvíziszp komposzttl, illetve zeolittl kezeljük. A települési szennyvíziszp komposztnk volt összességéen legkedvező htás meszezett ánymeddőn nevelt növények szárznyg-hozmár is, míg e szempontól legkevésé előnyös káliumdihidrogén-foszfát kijutttás volt. A mész, települési szennyvíziszp komposzt és zeolit együttes lklmzás, és növények gyökerei meggátolták nehézfémek kimosódását, mivel kezelésen nem részesült ánymeddőhöz képest ánymeddőn átszüremlett vízen (infiltrátumn) egy ngyságrenddel (Cd és Zn), illetve két ngyságrenddel (Mn) kevese fém jelent meg. Csk három dlék együttes kijutttás esetén lkult ki vörös csenkesz gyökerei és Zn-toleráns Glomus intrrdices ruszkuláris mikorrhiz gomák között szimiózis. A mikorrhizált kultúrákn tendenciként hjtások nehézfém-kkumulációjánk (Cd 35-55%-kl, Cu 10-34%-kl, Mn 14-55%-kl, Zn 22-44%-kl) csökkenését figyeltük meg. A mikorrhiz kolonizáció nem efolyásolt szignifikánsn kultúrák szárznyg-hozmát. A tnulmányozott ánymeddőt töféle dlék együttes kijutttásávl lehet tehát eredményesen (és trtósn) stilizálni. A stilizált ánymeddőn ruszkuláris mikorrhiz gomákkl szimiózisn élő vörös csenkesz telepíthető meg, mely gyökerei hozzájárulnk nehézfémek fitostilizációjához.

Simon László MTA doktori értekezés tézisei 22 ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK 1. Az lumíniumtoxicitás mértéke prdicsom esetén fjtfüggőnek izonyult. Az Al-toleráns prdicsomfjt gyökeréen kevese Al kkumulálódik, kevésé gátlódik fotoszintézis és szárznyg-kkumuláció, vlmint szénhidrát-nygcseréen kulcsszerepet játszó svs és neutrális invertáz enzimek ktivitás gyökéren, mint z Al-érzékeny fjtán. 2. Kis kolloidtrtlmú, enyhén svnyú, szennyezetlen vályogos homok rn erdőtljól nem kerül e veszélyes mennyiségű kdmium nprforgó ksztéle. H zonn kdmiumot hsonló tuljdonságokkl rendelkező tlj jutttjuk ki, kkor z gyorsn és ngy mennyiségen áthelyeződik nprforgó virágkezdeményée, így fennáll kszt kerülés veszélye. 3. A nyíregyházi szennyvíziszp komposztól elsősorn Cu és Zn kerül e z árp, úz és kukoric leveleie. Egyszeri, 40 t h -1 -os szennyvíziszp kijutttás esetén nem kerültek e zonn veszélyes mennyiségen nehézfémek kukoric szemtermésée. 4. A levélcikóri és gyermekláncfű víz és tlj kdmiumszennyezettségének érzékenyen fitoindikátor növénye. A felvett kdmiumtrtlomml rányosn lecsökkent levelek klorofilltrtlm. A levélcikóri lklms tlj glvániszpól vgy szennyvíziszp komposztól szármzó nehézfém (elsősorn Cd, Zn és Mn) -szennyeződésének jelzésére és mérésére oly módon, hogy szöveteinek kémii összetétele, illetve sejtjeinek enzimktivitás megváltozik. A levélcikóri tehát psszív kkumulációs indikátornk és egyen rektív indikátorfjnk is tekinthető. 5. A városi útszéli feltljok toxikuselem-szennyezettségét (P, Cd, Zn, N), illetve légköről történő P kiülepedést mezei ktánggl és nnk termesztett változtávl, levélcikóriávl és lehet jelezni és mérni. 6. Annk ellenére, hogy psszív fitoextrkció során Brssiccee cslád trtozó fjok (trlórép, szrepti mustár, fehér mustár) viszonylg sok nehézfémet vettek fel szennyezett tljól, könnyen etkríthtó hjtás nem került e nnyi nehézfém, hogy növényeket htékony fitoremediációs célr lklmzzuk. 7. A tljkolloidokhoz igen erősen kötődő króm z ún. indukált fitoextrkció során pikolinsv kijutttásávl moilizálhtó. A Cr(III)-pikolinát tlj jutttás elősegíti növények krómfelvételét és hjtás szállítódását. 8. Az osztrák trsók folymtos fitoextrkció során jelentős mennyiségű nikkelt kkumulált hjtásán szennyezett tljól, króm hiperkkumulációr zonn nem lklms. A