VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta chemická
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
Brno, 2016
Tomáš Koláček
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA CHEMICKÁ FACULTY OF CHEMISTRY
ÚSTAV CHEMIE A TECHNOLOGIE OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ INSTITUTE OF CHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF ENVIRONMENTAL PROTECTION
VYUŽITÍ ROSTLINNÝCH BIOINDIKÁTORŮ PŘI SLEDOVÁNÍ KONTAMINACE ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ UTILIZATION OF PLANT BIOINDICATORS IN MONITORING OF ENVIRONMENTAL CONTAMINATION
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS
AUTOR PRÁCE
Tomáš Koláček
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2016
doc. Ing. Josef Čáslavský, CSc.
Zadání bakalářské práce Číslo práce:
FCH-BAK0924/2015
Ústav:
Ústav chemie a technologie ochrany životního prostředí
Student:
Tomáš Koláček
Studijní program:
Chemie a chemické technologie
Studijní obor:
Chemie a technologie ochrany životního prostředí
Vedoucí práce:
doc. Ing. Josef Čáslavský, CSc.
Akademický rok:
2015/16
Název bakalářské práce: Využití rostlinných bioindikátorů při sledování kontaminace životního prostředí
Zadání bakalářské práce zadání: Zpracování literární rešerše zaměřené na podání přehledu rostlin, které mohou být využity jako bioindikátory určitého druhu kontaminace životního prostředí.
Termín odevzdání bakalářské práce: 20.5.2016 Bakalářská práce se odevzdává v děkanem stanoveném počtu exemplářů na sekretariát ústavu a v elektronické formě vedoucímu bakalářské práce. Toto zadání je přílohou bakalářské práce.
Tomáš Koláček student(ka)
doc. Ing. Josef Čáslavský, CSc. vedoucí práce
V Brně dne 31.1.2016
Fakulta chemická, Vysoké učení technické v Brně / Purkyňova 464/118 / 612 00 / Brno
prof. RNDr. Milada Vávrová, CSc. vedoucí ústavu
prof. Ing. Martin Weiter, Ph.D. děkan
ABSTRAKT Kontaminace životního prostředí může být sledována jednak analytickými nástroji, ale také rozličnými druhy bioindikátorů, které poskytují relevantní informaci o účincích toxických látek a jejich směsí na organizmy in situ. Cílem práce je podat ucelený přehled rostlinných bioindikátorů a biomonitorů vhodných pro sledování perzistentních organických polutantů (POPs) v přírodních ekosystémech. Pro skupiny organických polutantů jako jsou PCBs, PCDDs/Fs, PBDEs, PAHs, PFCs a OCPs je vypracována literární rešerše zahrnující přehled druhů jehličnanů, krytosemenných rostlin (včetně kulturních plodin), mechů a lišejníků, které mohou být efektivně využity pro monitoring. V práci jsou uvedené příklady analýz vzorků jehličí, kůry a tkání mechů a lišejníků při jejich použití jako biomonitorů. Rovněž je uveden přehled rostlin pro sledování fytotoxicity a genotoxicity pomocí abortivity pylových zrn a příklad online bioindikace, jakožto možnosti nespecifické bioindikace.
ABSTRACT Environmental contamination may be observed by different analytical tools as well as by various types of bioindicators providing relevant information about the effects of toxic substances and their mixtures towards organisms in situ. The aim of this work is to provide a comprehensive overview of plant bioindicators and biomonitors suitable for biomonitoring of persistent organic pollutants (POPs) in natural ecosystems. For groups of organic pollutants such as PCBs, PCDDs / Fs, PBDEs, PAHs, PFCs, and OCPs, review of literature is provided including knowledge about different species of coniferous trees, angiospermous plants (including crops), mosses and lichens that can be used for monitoring. In this work, analysis examples of samples of pine needles, bark, moss and lichen tissue are quoted as biomonitor tools. An overview of plants for phytotoxicity and genotoxicity observation using pollen grains abortivity and online bioindication as an example on non-specific biomonitoring is also provided.
KLÍČOVÁ SLOVA bioindikace, bioindikátor, biomonitor, rostlinné bioindikátory, perzistentní organické polutanty (POPs), krytosemenné rostliny, jehličnany, mechy, lišejníky, abortivita pylu
KEYWORDS bioindication, bioindicator, biomonitor, plant bioindicators, perzistent organic polutants (POPs), agniospermous plants, conifers, mosses, lichens, abortion of pollen grains
3
KOLÁČEK, T. Využití rostlinných bioindikátorů při sledování kontaminace životního prostředí. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta chemická, 2016. 39 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Josef Čáslavský, CSc..
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně a že všechny použité literární zdroje jsem správně a úplně citoval. Bakalářská práce je z hlediska obsahu majetkem Fakulty chemické VUT v Brně a může být využita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové/bakalářské práce a děkana FCH VUT.
………………..……………………….. Podpis studenta
PODĚKOVÁNÍ Tímto bych rád upřímně poděkoval vedoucímu práce doc. Ing. Josefovi Čáslavskému, CSc. za odborné vedení, cenné rady a ochotu pomoci při zpracování této bakalářské práce, a také své rodině za trpělivost a velkou podporu. 4
OBSAH 1
ÚVOD............................................................................................................................. 7
2
BIOINDIKACE ................................................................................................................ 8 2.1
Princip ..................................................................................................................... 8
2.2
Bioindikátory, biomonitory ....................................................................................... 8
2.2.1
Bioindikátory .................................................................................................... 8
2.2.2
Biomonitory ...................................................................................................... 8
2.2.3
Druhy bioindikátorů .......................................................................................... 8
2.2.4
Druhy biomonitoringu ....................................................................................... 9
2.2.5
Vlastnosti bioindikátorů .................................................................................... 9
2.3
2.3.1
Biomarkery ......................................................................................................10
2.3.2
Biosenzory ......................................................................................................10
2.4
3
Rostlinné bioindikátory ...........................................................................................10
2.4.1
Vstup látek do vyšších rostlin ..........................................................................10
2.4.2
Vliv škodlivin ...................................................................................................10
BIOINDIKACE ORGANICKÝCH POLUTANTŮ .............................................................11 3.1
Persistentní organické polutanty.............................................................................11
3.1.1
Polychlorované bifenyly...................................................................................13
3.1.2
Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a dibenzofurany .........................................13
3.1.3
Polybromované difenylethery ..........................................................................14
3.1.4
Polycyklické aromatické uhlovodíky ................................................................15
3.1.5
Perfluorované uhlovodíky ................................................................................16
3.1.6
Chlorované pesticidy .......................................................................................16
3.2
Specifika bioindikace perzistentních organických polutantů....................................17
3.2.1
Vzorkování ......................................................................................................17
3.2.2
Analýza ...........................................................................................................18
3.3
Specificky použitelné rostlinné bioindikátory perzistentních organických polutantů 19
3.3.1
Jehličnany – Pinophyta ...................................................................................19
3.3.2
Rostliny krytosemenné – Magnoliophyta .........................................................19
3.3.3
Mechy – Bryophyta .........................................................................................21
3.3.4
Lišejníky – Lichenes ........................................................................................22
3.4
4
Biomarkery a biosenzory ........................................................................................10
Nespecifické bioindikační studie .............................................................................22
3.4.1
Sledování fytotoxicity a genotoxicity pomocí abortivity pylových zrn ................22
3.4.2
Online indikace toxických látek pomocí řas .....................................................25
ZÁVĚR ..........................................................................................................................27 5
5
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ ..................................................................................28
6
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK ................................................................................38
7
PŘÍLOHY ......................................................................................................................39
6
1
ÚVOD
Dlouhodobá evoluce je výsledkem procesů přizpůsobování organizmů jejich životnímu prostředí. To na ně působí celou řadou stresorů, ať jsou to změny teplot, dostupnost živin, predační tlak apod. Změny prostředí v čase jsou hnacím motorem evoluce a působí v určitém rozpětí tolerance organizmů, které jsou schopné se lépe či hůře novým podmínkám přizpůsobit. Jiná situace nastává, když se do prostředí dostane xenobiotikum. Taková látka často působí v kombinaci s již přítomnými látkami v prostředí, a tak dochází k překračování hranic tolerance organizmů [1]. K tomu může docházet na různých úrovních organizmu v závislosti na koncentraci xenobiotika. Toxický efekt se tak může projevit např. úhynem organizmu nebo jeho poškozením. Pozorováním těchto efektů lze s řadou výhod posuzovat stav životního prostředí. Jednou z nejvýznamnějších skupin kontaminantů jsou perzistentní organické polutanty (POPs). Stále rostou požadavky na nové organické látky a jejich vlastnosti, což nepochybně vede k syntéze látek nových. S tím se nese i neustále rostoucí počet potencionálně škodlivých látek uvolňovaných do životního prostředí, jejichž přítomnost, účinky a koncentrace je nutné včas indikovat. V první části práce se věnujeme vymezení pojmů, jako je bioindikace, bioindikátor a dalších. Zároveň jsou vysvětlena specifika rostlinných bioindikátorů, konkrétně vstup toxikantů do rostliny a jejich efekty. V další části práce se zaměřujeme na organické polutanty. Charakterizujeme perzistentní organické polutanty jako celek a poté jednotlivé skupiny chemických látek, tedy PCBs, PCDDs/Fs, PBDEs, PAHs, PFCs a OCPs. Uvádíme specifika bioindikace POPs a konkrétní postupy při vzorkování a analýze vzorků jehličí, kůry a tkání mechů a lišejníků. Dále je uveden přehled rostlinných bioindikátorů k použití pro specifickou bioindikaci jednotlivých skupin POPs. Jedná se o skupiny jehličnany, krytosemenné rostliny, mechy a lišejníky. Nakonec se věnujeme nespecifickým metodám bioindikace, jako je metoda hodnocení abortivity pylových zrn nebo online bioindikace pomocí řas. Vypracovaný přehled rostlin není nijak geograficky omezen. Práce neobsahuje bioindikační druhy pro nové polutanty, jako jsou např. rezidua léků a drog nebo estrogenní látky, jejichž bioindikace by mohla být cílem další práce.
7
2 2.1
BIOINDIKACE Princip
Během změn v ekosystémech způsobených přirozeným vývojem nebo působením toxikantu1 dochází ke kvalitativním i kvantitativním změnám živé i neživé přírody, jejichž pozorováním nebo měřením můžeme stanovovat příčiny, které tyto změny způsobily. Bioindikace je založena na vlivu charakteru prostředí na živou přírodu v něm žijící. Jejich vzájemná provázanost způsobuje, že se organizmy přizpůsobují, a tím indikují vlastnosti prostředí a jeho případné změny vyvolané např. znečištěním. Ze znalosti a sledování živé přírody tak můžeme posuzovat stav životního prostředí.
2.2
Bioindikátory, biomonitory
Termín „bioindikátor“ je často používán jako společný termín pro označení všech způsobů detekce biotické reakce na environmentální stres. Důležité je zmínit, že biomonitor je vždy zároveň bioindikátor, ale bioindikátor nemusí vždy splňovat požadavky na funkci biomonitoru [1,2,3]. 2.2.1 Bioindikátory V kontextu environmentálního monitoringu představují bioindikátory organizmy (nebo jejich části či společenstva), které informují o kvalitě životního prostředí a jeho změnách v čase [2]. Každý druh preferuje určitou kombinaci ekologických podmínek a z toho vyplývá i nika, kterou v ekosystému obsazuje. Tyto různé nároky druhů umožňují zpětně využít jejich přítomnost k hodnocení ekologických podmínek [3]. Často, dříve než druh vymizí ze stanoviště, případně při neletálních koncentracích kontaminantu, můžeme pozorovat poškození organizmu. V případě rostlinných bioindikátorů se jedná např. o poškození listové plochy. 2.2.2 Biomonitory Biomonitory jsou naproti tomu organizmy (nebo jejich části či společenstva), které dávají informaci o stavu životního prostředí z kvantitativního hlediska [1]. Jejich základní vlastností je schopnost kumulovat v sobě toxikanty z prostředí bez letálního účinku. Využívají se tedy k hodnocení expozice, kdy indikační organizmus slouží jako matrice pro vlastní chemickou analýzu toxikantu. Měřítkem biokoncentrace toxikantů v biomonitoru je biokoncentrační faktor (BCF), který je definován jako podíl koncentrace toxikantu v organismu ( c 0 ) a v prostředí ( c p ) [4]:
BCF
cO cP
(1)
2.2.3 Druhy bioindikátorů Bioindikátory můžeme klasifikovat podle typu jejich reakce na škodlivinu. Mluvíme potom o reakčních bioindikátorech/biomonitorech ve třech skupinách: A. Akumulační B. Senzitivní C. Testovací
1
8
případně působením různých environmentálních směsí toxikantů.
A. Akumulační bioindikátory/biomonitory akumulují jeden nebo více prvků případně sloučenin z životního prostředí. B. Senzitivní bioindikátory/biomonitory jsou organizmy, které vykazují specifické či nespecifické efekty v reakci na expozici určitým prvkem, látkou nebo směsí látek v životním prostředí. (viz. Obrázek č. 1) Poslední skupina C. jsou organizmy sloužící jako testovací v přesně definovaných laboratorních podmínkách podle standardizovaných a mnohdy už i normovaných metodik (ekotoxikologické biotesty) [1,3,5]. 2.2.4 Druhy biomonitoringu Při aktivním biomonitoringu se snažíme eliminovat vliv stanoviště, a to tak, že používáme laboratorně kultivované bioindikátory stejného stáří nebo bioindikátory odebrané na známé lokalitě, které standardně rozmisťujeme na monitorovaném stanovišti. Naproti tomu při pasivním biomonitoringu využíváme sběru bioindikátorů přítomných na stanovišti se všemi nevýhodami, které to přináší (variabilita vzorků).
BIOMONITORING
BIOINDIKÁTOR
PASIVNÍ biomonitoring
Senzitivní reakce
BIOMONITOR
AKTIVNÍ biomonitoring
Senzitivní reakce
PASIVNÍ biomonitoring
TESTOVACÍ ORGANIZMUS
AKTIVNÍ biomonitoring
Senzitivní reakce
Senzitivní reakce
Akumulace polutantu
Akumulace polutantu
Obrázek č. 1: Schéma rozdělení biomonitoringu a ilustrace významu termínů bioindikátor a biomonitor.
2.2.5 Vlastnosti bioindikátorů Organizmus vhodný pro bioindikaci musí splňovat celou řadu vlastností. V přehledu uvedeme ty nejpodstatnější [2,6]: Poskytuje měřitelnou odpověď v reakci na stres. Jeho reakce na stres odráží celou populaci / společenství / odpověď ekosystému. Reaguje úměrně stupni znečištění nebo degradace. Má relativně úzkou ekologickou valenci, ale má adekvátní lokální hustotu populace včetně dotčených oblastí. Je relativně stabilní vůči mírné klimatické a environmentální variabilitě. Snáší i dlouhé expozice toxikantem bez úhynu (biomonitory). Včas reaguje na změnu v ekosystému. Jde o dlouhověký organismus. Bioindikátor by měl být přisedlý nebo málo pohyblivý. Měl by být snadno dostupný pro snadný odběr vzorků a mít vhodnou velikost.
9
2.3
Biomarkery a biosenzory
Klasické bioindikační metody sledují spíše nespecifické reakce na expozici polutantem na vyšší organizační úrovni biologického systému. Jedna z nevýhod tohoto způsobu bioindikace je, že přítomnost polutantu zjistíme často pozdě a ve vysokých koncentracích. Existují však metody schopné indikace např. na molekulární úrovni. 2.3.1 Biomarkery Jsou to měřitelné biologické parametry organizmu na tkáňové, buněčné nebo molekulární úrovni (fyziologické a morfologické změny, enzymatická aktivita, vyplavení stresových hormonů apod.). Jejich přítomnost indikuje stav organizmu, který může být vyvolán např. toxikantem, fyzickým stresorem aj. 2.3.2 Biosenzory Biosenzor je měřící zařízení, které generuje signál v závislosti na koncentraci definované skupiny látek pro specificky selektivní biologický systém, jako jsou enzymy, protilátky, oligonukleotidy, biomimetické materiály, tkáně, buňky i celé organizmy. Druhá, podstatná část biosenzoru je zařízení pro převod signálu např. z tkáně exponované vzorkem. Často se využívá metod elektrochemických (potenciometrie a amperometrie) a optických (bioluminiscence, fluorescence) [1,7].
2.4
Rostlinné bioindikátory
2.4.1 Vstup látek do vyšších rostlin Ke vstupu látek do vyšších rostlin dochází kořenovým systémem a povrchem těla. Vzduchem se xenobiotika dostávají do vyšších rostlin atmosférickou depozicí nebo také úmyslným postřikem např. při aplikaci herbicidů. Vstup do rostlinných tkání probíhá pomocí průduchů nebo přímo přes kutikulu a epidermis. Kutikula se svým obsahem vosku podílí na záchytu lipofilních toxikantů, což jsou např. polychlorované bifenyly, polycyklické aromatické uhlovodíky a další. Přestup prvním nebo druhým zmíněným způsobem je závislý na vlastnostech polutantu a také na druhu rostliny2. Přestup kořenovým systémem je dán kontaktem s půdou a půdním vzduchem a vodou. Důležitým faktorem je chemická forma látky, její biodostupnost. Obecně jsou rostliny vybaveny obrannými mechanizmy, které vstup toxikantů kořeny omezují. Přestup obzvláště lipofilních polutantů je závislý na druzích a množství lipidů v kořenových buňkách [5,8,9]. 2.4.2 Vliv škodlivin Při použití senzitivních rostlinných bioindikátorů vyhodnocujeme obecně jakýkoliv biotický parametr na libovolné organizační úrovni, který je využitelný pro hodnocení vlivu toxikantu. Často se setkáváme s endpointy, jako jsou počty jedinců populace, intenzita růstu a fotosyntézy3 nebo míra poškození částí rostlin, např. olistění stromů, struktura větvení u smrku ztepilého nebo abnormality pylu. Specifickou metodou sledování efektů toxikantu na organizmus je sledování stresem indukované genové exprese nebo naopak její potlačení. Problémem je, že symptomy jsou často nespecifické. V případě použití akumulačních bioindikátorů jsou v nich zjištěné koncentrace modelem biodostupné složky toxikantu. O koncentraci toxikantu v bioindikátoru rozhoduje rovnováha mezi složkami látkového toku (příjem, výdej, vznik, propad, deponování mimo metabolismus) [5,10]. 2 3
Některé druhy rostlin dokáží přijímat živiny z roztoků, které jsou v kontaktu s listy. Prostřednictvím fluorescence chlorofylu, kdy vlivem stresu dochází k jejímu zhášení.
10
3 3.1
BIOINDIKACE ORGANICKÝCH POLUTANTŮ Persistentní organické polutanty
Persistentní organické polutanty (POPs) jsou Stockholmskou úmluvou o persistentních organických polutantech podepsanou 23. května 2001 definovány takto: Persistentní organické polutanty (POPs) jsou organické látky, které: vykazují toxické účinky, jsou persistentní a akumulují se, vyskytují se napříč celým životním prostředím, což je výsledkem přírodních procesů zahrnujících půdu, vodu a zejména ovzduší, nacházíme ve vyšších koncentracích na vyšších úrovních potravinového řetězce, protože se bioakumulují v tukových tkáních organismů, se dálkově přenášejí ovzduším s přesahem hranic států a dochází k jejich depozicím, mají pravděpodobně významný škodlivý vliv na lidské zdraví nebo škodlivé účinky na životní prostředí. Vyskytují se jako jediná chemická látka nebo jako směs chemických látek, které tvoří specifickou skupinu tím, že: mají podobné vlastnosti a dostávají se do životního prostředí společně, tvoří směs, která je dostupná jako určitý technický přípravek. POPs jsou dle příloh A, B a C Stockholmské úmluvy rozděleny do tří skupin [11,12]: A. Látky určené k odstranění z použití a výroby. B. Látky, jejichž použití je omezeno. C. Látky, na které se vztahují opatření proti jejich nezamýšlené výrobě.
11
Tabulka č. 1: POPs zařazené v přílohách Stockholmské úmluvy. Upraveno podle [13,14].
Název Aldrin Chlordan Dieldrin Endrin Heptachlor Hexachlorbenzen Mirex Toxafen Polychlorované bifenyly 1,2-Dichlordifenyltrichloretan (DDT) hexachlorbenzen (HCB) Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a dibenzofurany (PCDD/PCDF) α-hexachlorcyklohexan β-hexachlorcyklohexan Chlordekon Hexabrombifenyl Hexabromdifenylether Heptabromdifenylether Lindan Pentachlorbenzen Tetrabromdifenylether Pentabromdifenylether Kyselina perfluoroktansulfonová a její soli (tzv. sloučeniny na bázi PFOS) Endosulfan Hexabromocyklododekan Hexachlorbutadien (HCBD) Pentachlorfenol a jeho soli a estery Polychlorované naftaleny Vysvětlivky: pesticidy, průmyslové chemikálie, vedlejší produkty
12
Rok zařazení Zařazení dle příloh Stockholmské úmluvy A B C 2001 X 2001 X 2001 X 2001 X 2001 X 2001 X X 2001 X 2001 X 2001 X X 2001 X 2001 X 2001 X 2009 X 2009 X 2009 X 2009 X 2009 X 2009 X 2009 X 2009 X 2009 X 2009 X 2009 X 2011 X 2013 X 2015 X 2015 X 2015 X X
3.1.1
Polychlorované bifenyly
Cl x
Cl y
Obrázek č. 2: Obecný vzorec polychlorovaných bifenylů.
3.1.1.1 Fyzikální a chemické vlastnosti Polychlorované bifenyly – PCBs jsou skupinou teoreticky 209 kongenerů, z nichž v průmyslových směsích se vyskytuje 130. Rozdílnost kongenerů je dána stupněm chlorace4 a polohou atomů chloru na aromatických jádrech. Jednotlivé kongenery jsou bezbarvé látky bez zápachu. Jsou to látky velmi málo rozpustné ve vodě (0,7 mg·l-1). Jsou rozpustné ve většině organických rozpouštědel a v tucích. Jsou také chemicky i fyzikálně stálé (i za teplot okolo 300 ºC) a nekorozivní. 3.1.1.2 Toxicita a dopady na životní prostředí PCBs se akumulují v tukových tkáních, játrech nebo mateřském mléce. Mohou způsobovat nižší porodní váhu a neurologické poruchy dětí, obtíže spojené s trávicí nebo dýchací soustavou či poškození kůže. V důsledku hromadění v potravních řetězcích se nejvyšší koncentrace vyskytují u vrcholových predátorů. Nejohroženější jsou vodní ekosystémy, ve kterých se adsorbují v sedimentech. PCBs jsou toxické pro vodní organizmy, nejohroženější jsou raná vývojová stádia. Další skupinou ohroženou PCBs jsou ptáci. 3.1.1.3 Zdroje emisí Emise pocházejí z používání výrobků a z odpadů s obsahem PCBs, z kalů z odpadních vod, výrobků s obsahem PCBs, spalování průmyslových i komunálních odpadů a úniky ze zařízení používajících PCBs. Zdrojem jsou také průmyslové procesy, např. elektrárny a zpracování železa a oceli. Nejvýznamnějším zdrojem je však redistribuce již dříve uvolněných PCBs [5].
3.1.2
Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a dibenzofurany O
Cl x
O
Cl y O Obrázek č. 3: Obecný vzorec polychlorovaných dibenzo-p-dioxinů (vlevo) a polychlorovaných dibenzofuranů (vpravo).
Cl y
Cl x
3.1.2.1 Fyzikální a chemické vlastnosti Polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany – PCDDs/PCDFs jsou chemické sloučeniny, u kterých je možné identifikovat stovky různých struktur. Jako zástupce této široké skupiny pro tuto práci vybereme 2,3,7,8-tetrachlordibenzo-p-dioxin označovaný zkráceně 2,3,7,8TCDD. Je to bílá krystalická látka o molekulové hmotnosti 321,97 g·mol-1, jejíž teplota varu je 500 ºC a tání 295 ºC. Rozpustnost ve vodě činí 0,2 µg·l-1. Jedná se o látku rozpustnou v organických rozpouštědlech. Popisované látky řadíme do skupiny semivolatilních POPs. 4
Se zvyšujícím se počtem atomů chloru v molekule se zvyšuje perzistence a hustota, která je -3 přibližně 1 440 kg·m .
13
3.1.2.2 Toxicita a dopady na životní prostředí Jedná se o skupinu velice nebezpečných látek pro životní prostředí, život organismů i zdraví člověka. Jsou nebezpečné i ve stopových koncentracích. Mezi nejzávažnější rizika patří extrémní zvýšení pravděpodobnosti onemocnění rakovinou a riziko poškození zdravého vývoje plodu. PCDD a PCDF se mohou v životním prostředí vyskytovat ve formě plynné nebo mohou být adsorbovány na malých částicích. Ukládají se v půdách, odkud mimo jiné vstupují do potravních řetězců. V půdě se jen velmi pomalu rozkládají. 3.1.2.3 Zdroje kontaminace životního prostředí Tyto látky nebyly nikdy záměrně vyráběny a používány. Zdroje emisí těchto látek můžeme rozdělit na antropogenní a přírodní. Obecně vznikají při nekontrolovaném hoření rozličných materiálů. Největší nebezpečí představují především procesy spalování materiálů s obsahem chloru. Jako příklady lze uvést spalovací procesy v ocelárnách, železárnách, teplárnách a elektrárnách. Dalším zdrojem jsou spalovací motory a dříve jimi byly i spalovny odpadu 5 [6].
3.1.3
Polybromované difenylethery O
Brx
Bry
Obrázek č. 4: Obecný vzorec polybromovaných difenyletherů.
3.1.3.1 Fyzikální a chemické vlastnosti Polybromované difenylethery – PBDEs jsou teoreticky skupina 209 chemických látek příbuzných strukturou a vlastnostmi. Obecně rozlišujeme tři základní typy PBDEs v závislosti na počtu atomů bromu v každé molekule. Penta-BDEs obsahují pět atomů bromu. Jejich teplota tání je -3 ºC až -1 ºC, rozpustnost ve vodě od 2 µg·l-1 do 15 µg·l-1. Okta-BDEs obsahují osm atomů bromu a deka-BDEs obsahují deset atomů bromu. Teplota tání je 294–296 ºC, varu 572 ºC a hustota 3 364 kg·m-3. Jsou v podstatě nerozpustné ve vodě, ale dobře se rozpouští v organických rozpouštědlech. Uvedené tři typy jsou jedinými komerčně dostupnými PBDEs. Jejich význam pramení hlavně z jejich nehořlavosti a samozhášecích vlastností. 3.1.3.2 Toxicita a dopady na životní prostředí PBDEs způsobují poškození reprodukčních funkcí a růstu u vodních organismů. Je prokázáno, že zvyšují pravděpodobnost vzniku rakoviny jater u zvířat. U člověka mohou způsobovat poškození jater nebo zbytnění štítné žlázy a ohrožují zdravý vývoj plodu. 3.1.3.3 Zdroje kontaminace životního prostředí PBDEs se do životního prostředí dostávají především jejich výrobou, dále při zpracování produktů obsahujících PBDEs na konečné výrobky. Z těchto výrobků se PBDEs uvolňují během užívání i jejich likvidací jako odpadu. [7]
5
Díky modernímu řízení spalovacích procesů a vysokému stupni čištění spalin dosahují limitu 0,1 ng 3 dioxinů na m kouřových plynů.
14
3.1.4
Polycyklické aromatické uhlovodíky
Lineární – Anthracen
Angulární – Dibenzo[a,h]anthracen
Klastrové – Pyren
Obrázek č. 5: Základní typy polycyklických aromatických uhlovodíků podle prostorového uspořádání benzenových jader. Upraveno podle [8].
3.1.4.1 Fyzikální a chemické vlastnosti Polycyklické aromatické uhlovodíky – PAHs představují rozsáhlou skupinu sloučenin vyznačující se tím, že ve své molekule obsahují kondenzovaná aromatická jádra a nenesou žádné heteroatomy ani substituenty. Čisté sloučeniny jsou bílé nebo nažloutlé krystalické látky. Jsou velmi málo rozpustné ve vodě a vyznačují se značnou lipofilitou. Podle prostorového uspořádání benzenových jader v molekule můžeme rozlišovat tři základní typy PAHs [9]. Obecně platí, že s rostoucí molekulovou hmotností se snižuje rozpustnost ve vodě a těkavost, naopak se ale zvyšuje lipofilita, bod tání nebo varu [10]. 3.1.4.2 Toxicita a dopady na životní prostředí Řada látek z této skupiny představuje karcinogenní látky, které jsou zároveň vždy mutagenní. Mutagenní PAHs však nemají vždy i karcinogenní účinky [11]. K toxickému účinku dochází při kontaktu těchto látek s buněčnou membránou, kde zároveň působí na enzymatické systémy, které jsou s membránou spjaty. PAHs jsou potencionální imunosupresiva [8]. 3.1.4.3 Zdroje kontaminace životního prostředí Látky ze skupiny PAHs jsou přítomné ve všech složkách životního prostředí. Polycyklické aromatické uhlovodíky vznikají nedokonalým spalováním materiálu obsahujícího uhlík. Mezi přirozené zdroje patří přírodní požáry a erupce sopek. Nejvýznamnější roli v kontaminaci životního prostředí těmito látkami zastává však činnost člověka. Jedná se zejména o spalování fosilních paliv, ale také o produkty z vysokovroucí ropné frakce nebo zkapalňování a zplyňování uhlí. PAHs se nejčastěji dostávají do atmosféry, kde se sorbují na prachové částice a spolu s nimi podléhají atmosférické depozici [9].
15
3.1.5
Perfluorované uhlovodíky F
F
F
F
F
F
F
F
F
O S
OH
F
F
F
F
F
F
F
O S
-
O X+
F F F F F F F O F F F F F F F O Obrázek č. 6: Vzorec kyseliny perfluorooktansulfonové (vlevo) a obecný vzorec její soli (vpravo). Iont + + + + X může být např. NH4 , K , Na .
3.1.5.1 Fyzikální a chemické vlastnosti Polyfluorované látky jsou sloučeniny, které se skládají z hydrofobního alkylového řetězce různé délky (obvykle 4–16 atomů uhlíku) a hydrofilní koncové části. Hydrofobní část může být plně nebo částečné fluorována. Pokud je fluorována plně, mluvíme o perfluorovaných sloučeninách – PFCs [12]. Jedná se o látky těkavé, hydrofobní a zároveň lipofobní6 [13]. Hlavní a nejdůležitější vlastností této skupiny látek je jejich stabilita a nereaktivita [14]. 3.1.5.2 Toxicita a dopady na životní prostředí Tyto látky patří mezi skleníkové plyny.7 Vykazují velmi dlouhou životnost v atmosféře, což jejich dopady na životní prostředí jen umocňuje. Mezi nejvýznamnější látky této skupiny byla zařazena kyselina perfluoroktansulfonová – PFOA a její soli (tzv. sloučeniny na bázi PFOS). Tyto sloučeniny se bioakumulují v krevních proteinech a v játrech, nikoliv v tucích [15]. 3.1.5.3 Zdroje kontaminace životního prostředí PFCs jsou látky umělé a připadají tedy v úvahu jen antropogenní zdroje. Perfluorované uhlovodíky se používají v široké škále průmyslových odvětví a komerčních produktů, odkud se také dostávají do životního prostředí. Sloučeniny PFCs, které zahrnují zmiňované PFOS a PFOA se po exhalaci sorbují na prachové částice a podléhají, podobně jako PAHs, atmosférické depozici [16].
3.1.6
Chlorované pesticidy Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl Cl Cl Obrázek č. 7: Vzorec HCB – hexachlorbenzenu (vlevo) a DDT – dichlordifenyltrichloretan (vpravo).
3.1.6.1 Fyzikální a chemické vlastnosti Chlorované organické pesticidy – OCPs jsou širokou skupinou látek různých vlastností. Jsou to látky uměle vytvořené člověkem, užívané pro ochranu kulturních plodin. Jako příklady využijeme pro tuto práci látky hexachlorbenzen – HCB a dichlordifenyltrichlorethan – DDT. HCB je bílá krystalická látka nepříjemného zápachu s nízkou rozpustností ve vodě (6,2 mg·l-1 při 25 °C) a výbornou rozpustností v organických rozpouštědlech. Zároveň jde o látku
6 7
Této vlastnosti se často využívá u ochranných nátěrů, povrchové úpravy tkanin apod. Jejich potenciál absorbovat unikající infračervené záření zemského povrchu, a tím intenzifikovat efekt skleníkového efektu, je mnohem vyšší než u CO2.
16
těkavou. DDT je bílá krystalická a velmi málo těkavá látka bez zápachu, téměř nerozpustná ve vodě (uvádí se 5,5 µg·l-1). 3.1.6.2 Toxicita a dopady na životní prostředí Mechanizmus toxicity je závislý na konkrétní látce, protože cílové skupiny organismů jsou pro jednotlivé druhy pesticidů různé. Jako příklad uvedeme vysokou toxicitu DDT proti nervovému systému hmyzu a toxicitu warfarinu, jako účinné látky řady rodenticidů, který působí proti srážlivosti krve. Dopady na životní prostředí vyplývají jednak z perzistentnosti, ale také z nespecifičnosti těchto látek. Škodlivé účinky můžeme tedy pozorovat i u organismů, které nejsou cílovou skupinou a v neposlední řadě také u člověka. U zvířat vystavených působení HCB se vyskytovalo poškození reprodukčních schopností i rapidní navýšení počtu poškozených mláďat. Působením na člověka dochází k rapidnímu zvýšení rizika onemocnění rakovinou a k ohrožení vývoje plodu. DDT i jeho metabolity DDD, DDE 8 a další perzistentní organochlorované pesticidy způsobují významný pokles reprodukční schopnosti rybožravých a vodních ptáků, šelem a pěvců. Jsou také velmi toxické pro vodní organizmy. Narušují metabolizmus a funkci steroidních hormonů. Agentura US EPA řadí DDT (i DDE a DDD) mezi pravděpodobné lidské karcinogeny. 3.1.6.3 Zdroje kontaminace životního prostředí Pesticidy tvoří celou jednu skupinu látek Stockholmské úmluvy a jejich používání pokud není zakázáno, tak je v členských zemích velmi omezeno. Hexachlorbenzen patří mezi látky zakázané a v EU se nevyrábí. Jeho možné emise spojujeme především s chemickým a metalurgickým průmyslem, spalovacími procesy a výrobou chlorovaných rozpouštědel, kde vzniká jako nežádoucí produkt. Dichlordifenyltrichloretan je v přírodě přítomen jako důsledek jeho využívání v minulosti. Tato látka patří mezi počáteční skupinu dvanácti látek ve Stockholmské úmluvě. V současnosti se může dostávat do České republiky dálkovým transportem. Dalšími zdroji DDT mohou být suroviny a materiály ze zemí, kde se tato látka stále používá, nebo staré ekologické zátěže, např. sklady agrochemikálií [26, 27].
3.2
Specifika bioindikace perzistentních organických polutantů
K bioindikaci POPs se používají často různé druhy jehličnanů, kdy se analyzuje vzorek jehličí nebo různé druhy listnatých stromů, kde se analyzuje vzorek kůry. Další skupinou rostlin, které lze použít pro indikaci POPs, jsou mechy, lišejníky a různé druhy kulturních plodin. Důležitou roli při akumulaci POPs hraje lipofilita většiny z nich, což má za následek, že se více kumulují v rostlinách nebo jejich částech s vyšším obsahem lipidů. 3.2.1 Vzorkování Při vzorkování jehličí odebíráme deset náhodně vybraných větviček ze tří stromů pro jeden vzorek. Jehlice potom roztřídíme podle stáří na dvě skupiny (1 rok staré a 5 let staré). Ty potom skladujeme v polyethylenových sáčcích při teplotě -20 °C [17]. Při využívání kůry stromů, jako bioindikátoru vzorkujeme na stromech se stejnou šířkou kmene, abychom zajistili přibližně stejné stáří stromů, a tím i dobu akumulace. Odebereme vždy plošně stejné vzorky dlátem nebo vrtákem do stejné hloubky. Vzorky kůry skladujeme v předem vymyté sklenici s hliníkovým nebo teflonovým víčkem zmrazené [29, 30]. U mechů vzorkujeme část z povrchu, na němž roste, v množství potřebném pro analýzu vzorků a případné opakování. Mech odebíráme na místech, kde není v zákrytu koruny stromů. Každý vzorek by se měl skládat z pěti dílčích odběrů. Z odebraných vzorků 8
DDD - dichlordifenyldichlorethan a DDE - dichlordifenyldichlorethylen jsou rovněž perzistentní a mají toxické účinky.
17
vybereme cizorodý materiál, jako zbytky půdy, jehličí apod., a zabalené v hliníkové fólii je transportujeme do laboratoře [31, 32]. Odběry lišejníků se provádí z povrchů, na nichž jsou přichyceny, nejčastěji z kůry stromů. U vzorků určených ke srovnání je důležité odebírat vzorky ze stejné výšky. Lišejníků, ale i mechů, se využívá i při aktivním biomonitoringu. Odebrané bioindikátory na známé lokalitě se po očištění rozmisťují na lokalitě zkoumané a po určité době expozice se analyzují [33, 34, 35, 36]. 3.2.2 Analýza Při analýze jehličí můžeme zvolit postup podle [17]. Vzorek jehlic byl po lyofilizaci extrahován v automatickém extraktoru dichlormethanem (DCM) pro analýzu PAHs, PCBs, OCPs a PBDEs. Upravený a přečištěný vzorek byl analyzován pomocí tandemové techniky GC–MS/MS s hmotnostním detektorem Triple Quadrupole a HRGC/HRMS v případě PBDEs. Pro analýzu PFCs byl vzorek extrahován methanolem a analýza byla provedena pomocí HPLC–MS s iontovou pastí jako hmotnostním detektorem. Pro zajištění a kontrolu kvality analýzy byly zařazeny čtyři slepé pokusy pro každou extrakci (dva čistého rozpouštědla a dva jako extrakty nepoužitých extrakčních kolonek). Byla použita metoda standardu na výtěžnost a vnitřního standardu. Výsledná data kromě PBDEs nebyla přepočítána podle výsledků standardů na výtěžnost, která byla pro PCBs a OCPs vyšší než 75 %, pro PAHs vyšší než 70 % a v případě PBDEs byly její průměrné hodnoty v rozsahu 50–80 %. LOQs pro PCBs a OCPs byly určeny z kalibračních křivek jako koncentrace odpovídající poměru 9/1 (signál/šum) a pro PBDEs byly odvozeny z chromatogramů jednotlivých vzorků na základě poměrů 9/1 (signál/šum). Při analýze kůry můžeme zvolit postup podle [18]. Extrakce kůry byla provedena pomocí tlakové extrakce rozpouštědlem (Accelerated Solvent Extraction, ASE) n-hexanem. Upravený a přečištěný vzorek byl analyzován na analyty PCDDs, PCDFs a PCBs plynovou chromatografií s bezděličovým nástřikem a s detekcí elektronového záchytu. Pro zajištění a kontrolu kvality (QA/QC) bylo extrahováno a analyzováno 6 podvzorků s přídavkem směsi standardů různé koncentrace. Pro zajištění reprodukovatelnosti byly analyzovány pětkrát. Byla rovněž použita metoda standardu na výtěžnost a vnitřního standardu. Výtěžnosti byly v rozmezí 50–130 %. Limity kvantifikace (LOD) a kvantifikace (LOQ) byly vypočítány jako poměry signál k šumu 3/1 a 10/1. Při analýze bioakumulovaných látek v tkáni mechů hrozí, že výsledky budou zkresleny látkami přítomnými na povrchu rostliny (vzorku), které se zde vyskytují jako důsledek atmosférické depozice částic, na kterých jsou sorbovány9. Je tedy nutné zařadit krok čištění vzorku za použití ultrazvuku a destilované vody [19]. Pro samotnou analýzu můžeme zvolit postup podle [20]. Vzorky byly vysušeny za laboratorní teploty a nadrceny. Extrakce byla provedena dichlormethanem na Soxhletově extraktoru. Upravený a přečištěný vzorek byl analyzován pomocí HRGC/MSD (PAHs) a HRGC–ECD (OCPs a PCBs). Pro zajištění a kontrolu kvality analýzy byla před samotnou extrakcí zkoumána její výtěžnost provedením extrakce a analýzy podvzorků s různou koncentrací přídavků standardů. Pro všechny analyty bylo dosaženo výtěžnosti 80–98 %. Reprodukovatelnost byla vypočtena z opakování analýzy s chybou 2,7–8,3 %. Pro každou sérii vzorků byl zařazen slepý pokus, který byl podroben kompletní úpravě a čištění, jako vzorky. Po každém patnáctém analyzovaném vzorku bylo analyzováno čisté rozpouštědlo, pro kontrolu odezvy plynového chromatografu. Pro analýzu vzorků lišejníku můžeme využít postupu podle [21]. Analýza byla realizována akreditovanou laboratoří Eurofins GfA Lab Service GmbH. Vzorek byl homogenizován 9
Můžeme předpokládat, že tato skutečnost se netýká jen mechů, ale rostlinných bioindikátorů použitých při biomonitoringu obecně.
18
a extrahován pomocí Soxhletova extraktoru. Po úpravě a přečištění vzorku byla provedena analýza pomocí HRGC/HRMS s PTV injektorem. Pro QA/QC bylo použito metody interního standardu a interních izotopově značených standardů (13C). Dále bylo prováděno ladění HRMS alespoň jedenkrát za den analýzy. LOD a LOQ se pohybovaly mezi 0,09 ng·kg-1 pro TCDD a 5,85 ng·kg-1 pro OCDD.
3.3
Specificky použitelné rostlinné bioindikátory perzistentních organických polutantů
3.3.1 Jehličnany – Pinophyta Při bioindikaci jehličnany se nejčastěji využívá jejich jehlic k akumulaci POPs, obsahují totiž lipidy. Při analýze je nutné obsah lipidů v jehlicích stanovit a uvádět jej při prezentování výsledků analýz lipofilních polutantů. Výhodou většiny jehličnanů je, že si udržují jehlice celý rok. Nejpoužívanějšími jehličnany pro bioindikaci jsou různé druhy borovic. Tabulka č. 2: Přehled jehličnanů. Indikované polutanty
Rostlina
Citace
PCBs PCDDs/Fs PBDEs PFCs PAHs OCPs Borovice kleč (Pinus muga Turra)
X
Borovice lesní (Pinus silvestris)
X
X
Borovice halepská (Pinus halepensis)
X
Borovice pinie (Pinus pinea)
X
Borovice černá (Pinus nigra)
X
Smrk ztepilý (Picea abies)
X
Cedr himalájský (Cedrus deodara)
X
X
X
X
[17]
X
X
[38, 39] [22]
X X
X
X
[23] [42, 43]
Modřín americký (Larix laricina)
X
[24]
Borovice massonova (Pinus massoniana)
X
[45, 42]
Borovice čínská (Pinus tabulaeformis)
X
[25]
3.3.2 Rostliny krytosemenné – Magnoliophyta Rostliny z této skupiny nejčastěji slouží jako dlouhodobé biomonitory kontaminace životního prostředí. Využívá se přítomnosti lipidů v kůře dřevin, která sorbuje lipofilní polutanty. K analýze dlouhodobého působení znečištění na lokalitě, kde rostlina roste, lze použít dřevní hmoty, tzv. jádra [26]. Krytosemenné rostliny se také často využívají jako testovací organizmy.
19
Tabulka č. 3: Přehled krytosemenných rostlin. Rostlina
Indikované polutanty PCBs
PCDDs/Fs PBDEs PAHs
Citace OCPs
Dvouděložné Buk lesní (Fagus sylvatica)
X
X
Lípa srdčitá (Tilia cordata)
X
X
Ambroň západní (Liquidambar styraciflua)
X
Višeň obecná (Prunus cerasus)
X
Dub červený (Quercus rubra)
X
Jasan americký (Fraxinus americana)
X
Šácholan velkokvětý (Magnolia grandiflora)
X
Kafrovník lékařský (Cinnamomum camphora)
X
Ořešák černý (Juglans nigra)
X
Dub bílý (Quercus alba)
X
Liliovník tulipánokvětý (Liriodendron tulipifera)
X
[18] [27] X
[27] X
X
[47, 48] [26]
Jilm americký (Ulmus americana)
X
Topol americký (Populus deltoides)
X
Topol osika (Populus tremula)
X
Javor klen (Acer pseudoplatanus)
X
Řeřicha setá (Lepidium sativum) Lilek hlošinolistý (Solanum elaeagnifolium)
X X
[30, 40]
X
[24]
[28] X
[29]
Jednoděložné Jílek mnohokvětý (Lolium multiflorum) Tilandsie provazovkovitá (Tillandsia usneoides) Srha laločnatá (Dactylis glomerata)
X
X
[30]
X
[31]
X
[32]
Kostřava rákosovitá (Festuca arundinacea)
X
Kostřava červená (Festuca rubra)
X
Jílek vytrvalý (Lolium perenne)
X
Jetel luční (Trifolium pratense)
X
Jetel plazivý (Trifolium repens)
X
X
X
[50, 53]
3.3.2.1 Kulturní plodiny Kulturní plodiny jsou zvláštní skupinou rostlin, protože slouží jako zdroje potravin. Míra bioakumulace polutantů v plodinách přímo souvisí s jejich kvantitou v konečných potravinách. Často jsou tak využívány jako testovací organizmy, zejména pro studium míry bioakumulace a jejich mechanizmů.
20
Tabulka č. 4: Přehled kulturních plodin Plodina PCBs Salát setý (Lactuca sativa) Tykev obecná (Cucurbita pepo) Okurka setá (Cucumis sativus) Sója luštinatá (Glycine max) Pšenice setá (Triticum aestivum) Mrkev obecná (Daucus carota) Cibule kuchyňská (Allium cepa) Petržel obecná (Petroselinum sativum) Fazol obecný (Phaseolus vulgaris) Řepa obecná (Beta vulgaris) Miřík celer (Apium graveolens) Pór zahradní (Allium porrum) Bob obecný (Vicia faba)
Indikované polutanty PCDDs/Fs PBDEs PAHs OCPs X X X X X X X X X X X X X
Citace [33] [34] [55, 56] [35] [36]
3.3.3 Mechy – Bryophyta Mechy se vyznačují tím, že nemají kořeny, a tak přijímají živiny i škodliviny přímo z atmosféry [20]. Díky tomu víme, že původ znečišťujících látek v jejich tkáních je v atmosféře. Mechy se uplatňují především, jako velmi dobré biomonitory, neboť jsou schopné dlouhou dobu přežívat expozici a bioakumulaci znečišťujících látek [37]. Tabulka č. 5: Přehled mechů Rostlina Travník schreberův (Pleurozium schreberi) Rokytník lesklý (Hylocomium splendens) Rokyt cypřišovitý (Hypnum cupressiforme) Kroucenec zední (Tortula muralis) Dvourohatec chvostnatý (Dicranum scoparium) Stromkovec ocáskovitý (Thamnobryum alopecurum) Dutolistec čistý (Pseudoscleropodium purum) Rašeliník (Sphagnum sp.) Rašeliník girgensohnův (Sphagnum girgensohnii) Prutník stříbřitý (Bryum argenteum) Hennediella heimova (Pottia heimii) Rohozub nachový (Ceratodon purpureus) Srpnatka háčkovitá (Sanionia uncinata) Srpnatka háčkovitá (Drepanocladus uncinatus) Zpeřenka jedlová (Abietinella abietina) Zpeřenka tamaryšková (Thuidium tamariscinum)
Indikované polutanty PCBs PCDDs/Fs PBDEs PAHs X X X X X X
Citace OCPs X
X
[32, 59] [38] [61, 41] [37] [39]
X X
X
[61, 63]
X
[40] X
X X X X
X
X
X
[41] X X X X
[42]
[67, 68]
X
[43]
X
[44]
X
[39]
21
3.3.4 Lišejníky – Lichenes Lišejníky jsou symbiotické organizmy houby a řasy nebo sinice. Jsou velmi citlivé vůči znečištění životního prostředí a jsou rovněž dobrými biomonitory. Lišejníky nemají žádnou ochranou tkáň, jako je epidermis nebo kutikula [45]. Bioakumulace znečišťujících látek je tak mnohem snazší a rychlejší. Jejich citlivost také pramení z křehké rovnováhy mezi řasou a houbou, která je polutanty narušována. Lišejníky jsou organizmy žijící přisedlé na podkladu (rostlina, skála apod.). Bioakumulace je tak umocněna při dešti, kdy deponované polutanty zachycené, např. na kůře stromu nad lišejníkem, jsou vymývány a splavovány přímo přes stélku lišejníku. Tabulka č. 6: Přehled lišejníků Lišejník Terčovník zední (Xanthoria parietina) Rožďovka nafouklá (Ramalina canariensis) Rožďovka topolová (Ramalina fastigiata) Terčovka svraštělá (Parmelia caperata) Parmotrema reticulatum (Taylor) Choicy Terčovka brázditá (Parmelia sulcata) Terčovka otrubičnatá (Pseudevernia furfuracea) Větvičník slívový (Evernia prunastri) Diskovka kučeravá (Flavoparmelia caperata) Parmotrema hypoleucinum (Steiner) Hale Rožďovka pomoučená (Ramalina farinacea) Důlkatec plicní (Lobaria pulmonaria)
3.4
Indikované polutanty PCBs PCDDs/Fs PAHs OCPs X X X X X
Citace [71, 72] [35, 72, 71] [46]
X X X X X X X
[73, 74] [75, 74] [76, 34, 74] [47] [48]
Nespecifické bioindikační studie
Toxický účinek v životním prostředí není prakticky nikdy projevem jen jediné látky přítomné v prostředí, ale je odrazem působení směsi. Látky spolu často interagují a výsledný efekt se mění10. Složité molekuly jsou degradovány, např. působením UV záření nebo aktivitou bakterií. Analytické metody mají své hranice a z naměřených dat predikovat vliv na živou přírodu je velmi složité. Účinek na organizmy však lze sledovat in situ pomocí různých metodik bioindikace. 3.4.1 Sledování fytotoxicity a genotoxicity pomocí abortivity pylových zrn Vlivem účinku toxikantů na rostlinu může docházet k narušení procesů tvorby pohlavních buněk, tedy pylových zrn. Důsledek tohoto genotoxického účinku je deformace pylových zrn, tzv. abortivnost. Můžeme jí také definovat jako počet deformovaných zrn vyjádřený v % z celkového zkoumaného množství.
10
Výsledný účinek může být synergický, antagonistický nebo se látky nemusí vůbec ovlivňovat.
22
Výběr indikačních druhů musí splňovat tato základní kritéria: 1. Druhy musí být diploidní. Tvoří haploidní pylová zrna, ve kterých jsou geny pro normální vývin pylu zastoupené v jedné sadě chromosomů, takže se jejich poškození může bezprostředně projevit. 2. Druhy musí tvořit v přirozených podmínkách kvalitní pyl. Podle předběžných analýz nesmí jeho abortivita převyšovat 5 %. 3. Výskyt vybraných druhů by měl být dostatečný nejen na přirozených stanovištích, ale i v blízkosti sídlišť a průmyslových zón. 4. Spektrum výběru jednotlivých druhů musí zohledňovat období jejich kvetení tak, aby na sledovaném stanovišti byly indikátory ve fenofázi kvetení postupně od brzkého jara až do pozdního podzimu. 5. Vybrané druhy by měly být v praxi snadno determinovatelné, vyhýbáme se výběru taxonomicky problematickým druhům. 6. Je vhodné do výběru zahrnout jak terestrické, tak akvatické druhy rostlin. 7. Nejvýhodnější jsou ty druhy, u kterých je pyl v tetrádách, což umožňuje přímé rozlišení fyziologického poškození od genetického [49].
23
Tabulka č. 7: Přehled bioindikačních druhů rostlin pro sledování abortivity na území Slovenska. Upraveno podle [49]. Kontrola nejvyšší zjištěná období Rostlina % ± S.E. abortivita kvetení Žabník jitrocelový (Alisma plantago-aquatica) 1,6±0,4 VI-IX Kerblík lesní (Antriscus sylvestris (L.) Hoffm.) 3,3±0,9 IV-VI Pelyněk černobýl (Artemisia vulgaris) 2,4±0,7 2,6±0,5 VII-VIII Lebeda tatarská (Atriplex tatarica) 0,6±0,2 0,6±0,6 VII-IX Měrnice černá (Ballota nigra) 2,0±0,6 5,7±1,6 VI-VII Sedmikráska obecná (Bellis perennis) 2,0±0,4 III-X Šedivka šedá (Berteroa incana (L.) DC.) 1,2±0,3 2,5±0,4 VI-XI Vřes obecný (Calluna vulgaris (L.) Hull) 4,9±0,2 27,4±6,1 VI-X Opletník plotní (Calystegia sepium R.Br.) 1,6±0,2 4,4±0,6 VI-IX Bodlák obecný (Carduus acanthoides) 1,2±0,2 3,9±0,8 VI-IX Krabilice hlíznatá (Chaerophyllum bulbosum) 2,2±0,3 VI-VIII Vlaštovník větší (Chelidonium majus) 2,0±0,3 21,5±0,4 V-VIII Heřmánek pravý (Matricaria chamomilla) 0,3±0,3 9,9±0,8 V-VIII Heřmánek terčovitý (Matricaria discoidea) 0,4±0,2 7,6±0,6 VI-VIII Čekanka obecná (Cichorium intybus) 1,0±0,2 19,6±1,0 VII-X Voskovka menší (Cerinthe minor) 0,3±0,3 Bolehlav plamatý (Conium maculatum) 1,0±0,4 VI-IX Ostrožka stračka (Consolida regalis S.F. Gray) 1,8±0,4 2,1±0,6 VI-VIII Turanka kanadská (Conyza canadensis (L.) Cronq.) 0,1±0,1 0,2±0,1 VI-X Mrkev obecná (Daucus carota) 4,4±1,2 6,3±2.8 VI-XI Kosatec žlutý (Iris pseudacorus) 1,0±0,3 V-VII Bytel metlatý (Kochia scoparia (L.) Schrad.) 0,2±0,2 0,4±0,1 VII-IX Locika kompasová (Lactuca seriola) 0,9±0,2 0,9±0,9 VII-IX Hluchavka nachová (Lamium purpureum) 3,0±1,0 3,4±0,3 III-IX Lnice květel (Linaria vulgaris Mill.) 4,6±0,1 7,9±0,4 VI-IX Silenka širolistá bílá (Melandrium album (Mill.) Garcke) 2,0±0,4 VI-IX Komonice bílá (Melilotus albus Medik.) 1,0±0,3 7,1±0,7 VI-IX Komonice lékařská (Melilotus officinalis (L.) Pallas) 1,4±0,4 4,5±0,4 VI-IX Bažanka roční (Mercurialis annua) 1,6±0,4 3,9±0,9 VI-X Stulík žlutý (Nuphar luteum (L.) Sm.) 1,2±0,4 V-VIII Pastinák setý (Pastinaca sativa) 3,4±0,4 3,5±0,3 VII-VIII Hořčík jestřábníkovitý (Picris hieracioides) 0,4±0,2 1,6±0,4 VII-X Ředkev ohnice (Raphanus raphanistrum) 5,0±0,8 16,5±1,5 VI-IX Šípatka vodní (Sagittaria sagittifolia) 2,0±0,7 VI-IX Hořčice rolní (Sinapis arvensis) 4,4±0,8 7,9±0,7 VI-IX Mléč drsný (Sonchus asper (L.) Hill subsp. asper) 0,5±0,2 1,2±0,4 VII-IX Čistec roční (Stachys annua (L.) L.) 3,9±0,4 4,4±0,5 VI-IX Jetel luční (Trifolium pratense) 3,8±0,6 9,9±0,9* VI-IX Orobinec úzkolistý (Typha angustifolia) 5,0±0,8 VI-VIII Orobinec širokolistý (Typha latifolia) 1,0±0,3 27,0±5,0* VII-VIII
24
3.4.2
Online indikace toxických látek pomocí řas
3.4.2.1 Přímé sledování toxického účinky Při tomto způsobu bioindikace se využívá reakce řasy na toxikanty z prostředí, které svou přítomností vyvolávají inhibici fotosyntetické aktivity řasy, jež je online zaznamenávána přístrojem prostřednictvím fluorescence chlorofylu. 3.4.2.2 Sledování druhového složení V tomto případě přístroj proměřuje kontinuálně vodu v recipientu v různých vlnových délkách s cílem detekovat různé druhy fytoplanktonu. Podle druhového složení lze usuzovat na stav dané lokality [50].
Obrázek č. 8: Algae toximeter II [50]
25
Obrázek č. 9: Algae online analyser [51]
26
4
ZÁVĚR
Bioindikace perzistentních organických polutantů je poměrně často skloňované téma, pravděpodobně kvůli toxicitě POPs, jejich bioakumulaci a velmi dlouhé době přetrvávání v prostředí. Z rostlinných bioindikátorů se používá celá řada rostlinných druhů. Velmi časté je využití jehličnanů jako biomonitorů konkrétně celé řady druhů borovic. Jehličnany lze využít pro bioindikaci všech skupin POPs. Při využití krytosemenných rostlin se nejčastěji sekáváme s bioindikací PCBs, PAHs nebo OCPs, méně už s bioindikací PCDDs/Fs a PBDEs. U kulturních plodin jsme se setkali jen s bioindikací PAHs a organochlorovaných pesticidů. Pomocí mechů je možné bioindikovat všechny skupiny POPs, zejména ale PCBs, PAHs a OCPs, podobně jako u krytosemenných rostlin. Lišejníky jsou využívány pro bioindikaci PAHs a PCDDs/Fs. U většiny prezentovaných rostlin se jedná o jejich použití, jako biomonitorů, zřídka jako senzitivních bioindikátorů a testovacích organizmů. Často se setkáváme se studiemi, které kombinují při biomonitoringu různé druhy rostlin, a to ve smyslu mechy a lišejníky, jehličnany a abortivitu pylu apod. Snahou vývoje bioindikačních metod je snižovat nejmenší možnou detekovatelnou koncentraci kontaminantů. Stále se tedy hledají nové biomarkery, které poukazují na toxický účinek, jemuž je organizmus vystaven. Existují nové metody pro stanovení biomarkerů ve formě exprimovaných genů. Známé a dynamicky se rozvíjející je využití vybraných tkání organismů v biosenzorech. Mezi rozvíjející se metody patří také online bioindikace.
27
5
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ
[1]
MARKERT, Brend A., Anton M. BREURE a Harald G. ZECHMEISTER. Definitions, strategies and principles for bioindication/biomonitoring of the environment. Bioindicators and Biomonitors: principles, concepts and applications. Amsterdam: Elsevier, 2003, s. 3-40. vol. 6. ISBN 0-08-044177-7.
[2]
HOLT, Emily A. a Scott W. MILLER. Bioindicators: Using Organisms to Measure Environmental Impacts | Learn Science at Scitable. In:Scitable | Learn Science at Nature [online]. Cambridge: Nature Education, 2014 [cit. 2016-04-11]. Dostupné z: http://www.nature.com/scitable/knowledge/library/bioindicators-using-organisms-tomeasure-environmental-impacts-16821310
[3]
KOTLÍK, Jaroslav. Organismy jako bioindikátory měnícího se prostředí. Životné prostredie. Bratislava: Ústav krajinnej ekológie SAV, 1999, 33(3), 126-129. ISSN 0044-4863.
[4]
ANDĚL, Petr. Účinek na úrovni společenstva a ekosystému. Ekotoxikologie, bioindikace a biomonitoring. Liberec: Evernia, 2011, s. 188-208. ISBN 978-80-9037879-7.
[5]
ANDĚL, Petr. Expozice - Osud látek v prostředí. Ekotoxikologie, bioindikace a biomonitoring. Liberec: Evernia, 2011, s. 97-124. ISBN 978-80-903787-9-7.
[6]
VÁVROVÁ, Milada. Využití bioindikátorů při hodnocení starých zátěží terestrického ekosystému [online]. Praha: Výzkumný ústav rostlinné výroby v.i.i., 2004, 104 s. [cit. 2016-04-11]. Dostupné z: http://www.phytosanitary.org/old/projekty/2004/vvf-12-04.pdf
[7]
CAMPàS, M., R. CARPENTIER a R. ROUILLON Plant tissue-and photosynthesisbased biosensors. Biotechnology Advances. 2008, 26(4), 370-378. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2008.04.001. ISSN 07349750. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0734975008000360
[8]
SCHULZE, E.-D., E. BECK a K. MÜLLER-HOHENSTEIN. Xenobiotica. Plant ecology. Heidelberg: Springer, 2005, s. 207-234. ISBN 3-540-20833-X.
[9]
DOUCETTE, W., COLLINS, Ch. D. a I. MARTIN (eds.). Principles of Transport, Deposition and Uptake: Plant Uptake of Xenobiotics. Organic Xenobiotics and Plants: From Mode of Action to Ecophysiology. Dordrecht: Springer, c2011, s. 3-16. Plant ecophysiology, v. 8. ISBN 978-90-481-9851-1.
[10]
SCHULZE, E-D., E. BECK a K MÜLLER-HOHENSTEIN. Environment as Stress Factor: Stress Physiology of Plants: How to Measure Stress on Plants? Plant ecology. Heidelberg: Springer, 2005, s. 7-19. ISBN 3-540-20833-X.
28
[11]
STOCKHOLM CONVENTION. What are POPs? Stockholm Convention [online]. Stockholm Convention, c2008 [cit. 2016-04-11]. Dostupné z: http://chm.pops.int/TheConvention/ThePOPs/tabid/673/Default.aspx
[12]
HOLOUBEK, Ivan, Anton KOČAN, Irena HOLOUBKOVÁ a Jiří KOHOUTEK. Persistentní organické polutanty. Edice Planeta 2001. Praha: Ministerstvo životního prostředí, 2001, 10(2), 12. ISSN 1213-3396. Dostupné také z: http://www.mzp.cz/osv/edice.nsf/A0750BCC7925B390C1256FAF0048ADF9/$file/chlat ky1.pdf
[13]
RECETOX. Informační podklady. Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí: Masarykova univerzita v Brně - Přírodovědecká fakulta [online]. Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí, c2011 [cit. 2016-04-12]. Dostupné z: http://www.recetox.muni.cz/index.php?pg=odborne-akce--vytvarna-soutez--vytvarnasoutez-informacni-podklady
[14]
STOCKHOLM CONVENTION. Listing of POPs in the Stockholm Convention. Stockholm Convention [online]. Stockholm Convention, c2008 [cit. 201604-12]. Dostupné z: http://chm.pops.int/TheConvention/ThePOPs/ListingofPOPs/tabid/2509/Default.aspx
[15]
IRZ. Polychlorované bifenyly (PCB). Integrovaný registr znečišťování [online]. Ministerstvo životního prostředí [cit. 2016-04-13]. Dostupné z: http://www.irz.cz/node/87
[16]
IRZ. PCDD+PCDF (dioxiny+furany) (jako TEQ). Integrovaný registr znečišťování [online]. Ministerstvo životního prostředí [cit. 2016-04-20]. Dostupné z: http://www.irz.cz/node/81
[17]
IRZ. Bromované difenylethery (PBDE). Integrovaný registr znečišťování [online]. Ministerstvo životního prostředí [cit. 2016-04-22]. Dostupné z: http://www.irz.cz/node/18
[18]
ABDEL-SHAFY, Hussein I. a Mona S.M. MANSOUR. A review on polycyclic aromatic hydrocarbons: Source, environmental impact, effect on human health and remediation. Egyptian Journal of Petroleum. 2015, 25(1), 107-123. DOI: 10.1016/j.ejpe.2015.03.011. ISSN 11100621. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1110062114200237
[19]
IRZ. Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU). Integrovaný registr znečišťování [online]. Ministerstvo životního prostředí [cit. 2016-04-22]. Dostupné z: http://www.irz.cz/node/86
29
[20]
MALISZEWSKA-KORDYBACH, B. Sources, Concentrations, Fate and Effects of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in the Environment. Part A: PAHs in Air. Polish Journal of Environmental Studies. 1999, 8(3), 131-136. 1230-1485. Dostupné také z: http://www.pjoes.com/pdf/8.3/131-136.pdf
[21]
TOMANIOVÁ, M., V. KOCOUREK a J. HAJŠLOVÁ Polycyklické aromatické uhlovodíky v potravinách. Chemické listy. Praha, 1997, 91(5), 357-366. ISSN 12137103.
[22]
VOOGT, P a M SAEZ. Analytical chemistry of perfluoroalkylated substances. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2006, 25(4), 326-342. DOI: 10.1016/j.trac.2005.10.008. ISSN 01659936. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0165993605002438
[23]
3M. THE SCIENCE OF ORGANIC FLUOROCHEMISTRY. 3M, 1999, 12 s. Dostupné také z: https://www.fluoridealert.org/wp-content/pesticides/pfos.fr.final.docket.0006.pdf
[24]
IRZ. Perfluorouhlovodíky (PFC). Integrovaný registr znečišťování [online]. Ministerstvo životního prostředí [cit. 2016-04-25]. Dostupné z: http://www.irz.cz/node/84
[25]
US EPA. Emerging Contaminants Fact Sheet– PFOS and PFOA. In: Emerging Contaminants – Perfluorooctane Sulfonate (PFOS) and Perfluorooctanoic Acid (PFOA) [online]. United States Environmental Protection Agency, 2014 [cit. 2016-0425]. Dostupné z: https://www.epa.gov/sites/production/files/201404/documents/factsheet_contaminant_pfos_pfoa_march2014.pdf
[26]
IRZ. Hexachlorbenzen. Integrovaný registr znečišťování [online]. Ministerstvo životního prostředí [cit. 2016-04-25]. Dostupné z: http://www.irz.cz/node/48
[27]
IRZ. DDT. Integrovaný registr znečišťování [online]. Ministerstvo životního prostředí [cit. 2016-04-25]. Dostupné z: http://www.irz.cz/node/27
[28]
CHROPEŇOVÁ, Mária, Eva GREGUŠKOVÁ, Pavlína KARÁSKOVÁ, Petra PŘIBYLOVÁ, Petr KUKUČKA, Daniela BARÁKOVÁ a Pavel ČUPR. Pine needles and pollen grains of Pinus mugo Turra – A biomonitoring tool in high mountain habitats identifying environmental contamination. Ecological Indicators. 2016, 66, 132-142. DOI: 10.1016/j.ecolind.2016.01.004. ISSN 1470160x. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1470160X1600008X
[29]
GUÉGUEN, Florence, Peter STILLE a Maurice MILLET. Air quality assessment by tree bark biomonitoring in urban, industrial and rural environments of the Rhine Valley: PCDD/Fs, PCBs and trace metal evidence. Chemosphere. 2011, 85(2), 195-202. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2011.06.032. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653511006758
30
[30]
HERMANSON, Mark a Glenn JOHNSON Polychlorinated biphenyls in tree bark near a former manufacturing plant in Anniston, Alabama. Chemosphere. 2007, 68(1), 191198. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2006.11.068. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653506017747
[31]
HOLOUBEK, I., P. KOŘıN ́ EK, Z. ŠEDA et al. The use of mosses and pine needles to detect persistent organic pollutants at local and regional scales. Environmental Pollution. 2000, 109(2), 283-292. DOI: 10.1016/S0269-7491(99)00260-2. ISSN 02697491. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0269749199002602
[32]
KOSIOR, Grzegorz, Jana KLÁNOVÁ, Lenka VAŇKOVÁ et al. Pleurozium schreberi as an ecological indicator of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) in a heavily industrialized urban area. Ecological Indicators. 2015, 48, 492-497. DOI: 10.1016/j.ecolind.2014.09.003. ISSN 1470160x. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1470160X14004117
[33]
VINGIANI, S., F. DE NICOLA, W. PURVIS, E. CONCHA-GRAñA, S. MUNIATEGUILORENZO, P. LÓPEZ-MAHÍA, S. GIORDANO a P. ADAMO Active Biomonitoring of Heavy Metals and PAHs with Mosses and Lichens: a Case Study in the Cities of Naples and London. Water, Air, & Soil Pollution. 2015, 226(8), -. DOI: 10.1007/s11270-015-2504-5. ISSN 0049-6979. Dostupné také z: http://link.springer.com/10.1007/s11270-015-2504-5
[34]
LOPPI, S., K. POZO, V.H. ESTELLANO, S. CORSOLINI, G. SARDELLA a L. PAOLI Accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons by lichen transplants: Comparison with gas-phase passive air samplers. Chemosphere. 2015, 134, 39-43. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2015.03.066. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653515002908
[35]
AUGUSTO, Sofia, Pedro PINHO, Artur SANTOS, Maria BOTELHO, José PALMAOLIVEIRA a Cristina BRANQUINHO. Tracking the Spatial Fate of PCDD/F Emissions from a Cement Plant by Using Lichens as Environmental Biomonitors. Environmental Science. 2016, 50(5), 2434-2441. DOI: 10.1021/acs.est.5b04873. ISSN 0013-936x. Dostupné také z: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.5b04873
[36]
AUGUSTO, Sofia, Cristina MÁGUAS a Cristina BRANQUINHO. Guidelines for biomonitoring persistent organic pollutants (POPs), using lichens and aquatic mosses – A review. Environmental Pollution. 2013, 180, 330-338. DOI: 10.1016/j.envpol.2013.05.019. ISSN 02697491. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0269749113002662
[37]
BUSTAMANTE, Julen, Olaia LIñERO, Iker ARRIZABALAGA, Jose CARRERO, Gorka ARANA a Alberto DE DIEGO. Sample pretreatment to differentiate between bioconcentration and atmospheric deposition of polycyclic aromatic hydrocarbons in mosses. Chemosphere. 2015, 122, 295-300. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2014.11.069. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653514013927
31
[38]
KLÁNOVÁ, Jana, Pavel ČUPR, Daniela BARÁKOVÁ, Zdeněk ŠEDA, Petr ANDĚL a Ivan HOLOUBEK. Can pine needles indicate trends in the air pollution levels at remote sites?. Environmental Pollution. 2009, 157(12), 3248-3254. DOI: 10.1016/j.envpol.2009.05.030. ISSN 02697491. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0269749109002668
[39]
WENZEL, Klaus-Dieter, Ludwig WEIβFLOG, Enrique PALADINI, Miguel GANTUZ, Pablo GUERREIRO, Carlos PULIAFITO a Gerrit SCHÜÜRMANN. Immission patterns of airborne pollutants in Argentina and Germany II. Biomonitoring of organochlorine compounds and polycyclic aromatics. Chemosphere. 1997, 34(12), 2505-2518. DOI: 10.1016/S0045-6535(97)00096-9. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653597000969
[40]
RATOLA, Nuno, Arminda ALVES, Lúcia SANTOS a Silvia LACORTE. Pine needles as passive bio-samplers to determine polybrominated diphenyl ethers. Chemosphere. 2011, 85(2), 247-252. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2011.06.005. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653511006485
[41]
HOLOUBEK, Ivan, Jana KLÁNOVÁ, Jiří JARKOVSKÝ, Vratislav KUBÍK a Jan HELEŠIC. Trends in background levels of persistent organic pollutants at Kosetice observatory, Czech Republic: Part II. Aquatic and terrestrial environments 1996–2005. J. Environ. Monit. 2007, 9(6), 564-571. DOI: 10.1039/B701096F. ISSN 1464-0325. Dostupné také z: http://xlink.rsc.org/?DOI=B701096F
[42]
CHEN, Pei, Jun MEI, Ping’an PENG, Jianfang HU a Deyi CHEN. Atmospheric PCDD/F Concentrations in 38 Cities of China Monitored with Pine Needles, a Passive Biosampler. Environmental Science. 2012, 46(24), 13334-13343. DOI: 10.1021/es303468y. ISSN 0013-936x. Dostupné také z: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es303468y
[43]
WEN, Sheng, F. YANG, J.G. LI et al.. Polychlorinated dibenzo-p-dioxin and dibenzofurans (PCDD/Fs), polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), and polychlorinated biphenyls (PCBs) monitored by tree bark in an E-waste recycling area. Chemosphere. 2009, 74, 981-987. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2008.10.002. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653508012812
[44]
MCDONALD, Jeffrey a Ronald HITES Radial Dilution Model for the Distribution of Toxaphene in the United States and Canada on the Basis of Measured Concentrations in Tree Bark. Environmental Science. 2003, 37(3), 475-481. DOI: 10.1021/es020707g. ISSN 0013-936x. Dostupné také z: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es020707g
[45]
XU, Diandou, Weike ZHONG, Linlin DENG, Zhifang CHAI a Xueying MAO. Levels of Extractable Organohalogens in Pine Needles in China. Environmental Science. 2003, 37(1), 1-6. DOI: 10.1021/es025799o. ISSN 0013-936x. Dostupné také z: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es025799o
32
[46]
MEREDITH, Marcia a Ronald HITES Polychlorinated biphenyl accumulation in tree bark and wood growth rings. Environmental Science. 1987, 21(7), 709-712. DOI: 10.1021/es00161a013. ISSN 0013-936x. Dostupné také z: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es00161a013
[47]
ZHOU, Li, Liang DONG, Ye-Ru HUANG, Shuang-Xin SHI, Li-Fei ZHANG, Xiu-Lan ZHANG a Wen-Long YANG. Tree bark as a biomonitor for the determination of polychlorinated biphenyls and polybrominated diphenyl ethers from Southern Jiangsu, China: levels, distribution, and possible sources. Environmental Monitoring and Assessment. 2015, 187(9), -. DOI: 10.1007/s10661-015-4789-7. ISSN 0167-6369. Dostupné také z: http://link.springer.com/10.1007/s10661-015-4789-7
[48]
ZHOU, Li, Liang DONG, Yeru HUANG, Shuangxin SHI, Lifei ZHANG, Xiulan ZHANG, Wenlong YANG a Lingling LI. Spatial distribution and source apportionment of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Camphor (Cinnamomum camphora) tree bark from Southern Jiangsu, China. Chemosphere. 2014, 107, 297-303. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2013.12.070. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653514000071
[49]
MAILA, Mphekgo a Thomas CLOETE. Germination of Lepidium sativum as a method to evaluate polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) removal from contaminated soil. International Biodeterioration. 2002, 50(2), 107-113. DOI: 10.1016/S09648305(02)00059-8. ISSN 09648305. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0964830502000598
[50]
CHRYSIKOU, Loukia, Panagiotis GEMENETZIS, Athanasios KOURAS, Evangelia MANOLI, Eleni TERZI a Constantini SAMARA. Distribution of persistent organic pollutants, polycyclic aromatic hydrocarbons and trace elements in soil and vegetation following a large scale landfill fire in northern Greece. Environment International. 2008, 34(2), 210-225. DOI: 10.1016/j.envint.2007.08.007. ISSN 01604120. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0160412007001481
[51]
RINALDI, Mirian, Marisa DOMINGOS, Ana DIAS, Jéssica ESPOSITO a Josmar PAGLIUSO Leaves of Lolium multiflorum ‘Lema’ and tropical tree species as biomonitors of polycyclic aromatic hydrocarbons. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2012, 79, 139-147. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2011.12.013. ISSN 01476513. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0147651311004702
[52]
DE SOUZA PEREIRA, Márcia, Dieter HEITMANN, Werner REIFENHÄUSER, Rodrigo MEIRE, Luciana SANTOS, João TORRES, Olaf MALM a Wolfgang KÖRNER. Persistent organic pollutants in atmospheric deposition and biomonitoring with Tillandsia usneoides (L.) in an industrialized area in Rio de Janeiro state, southeast Brazil – Part II: PCB and PAH. Chemosphere. 2007, 67, 1736-1745. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2006.05.141. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653506015700
33
[53]
SMITH, M.J., T.H. FLOWERS, H.J. DUNCAN a J. ALDER Effects of polycyclic aromatic hydrocarbons on germination and subsequent growth of grasses and legumes in freshly contaminated soil and soil with aged PAHs residues. Environmental Pollution. 2006, 141(3), 519-525. DOI: 10.1016/j.envpol.2005.08.061. ISSN 02697491. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0269749105004677
[54]
KRZEBIETKE, Sławomir. Concentration of selected metals in butter lettuce (Lactuca sativa L.) contaminated with anthracene and pyrene. Journal of Elemntology. 2011, (42011), -. DOI: 10.5601/jelem.2011.16.4.06. ISSN 16442296. Dostupné také z: http://jsite.uwm.edu.pl/articles/view/77/
[55]
WANG, Xiaoping, Jason WHITE, Martin GENT, William IANNUCCI-BERGER, Brian EITZER a MaryJane MATTINA. Phytoextraction of Weathered p , p ′-DDE by Zucchini ( Cucurbita pepo ) and Cucumber ( Cucumis sativus ) Under Different Cultivation Conditions. International Journal of Phytoremediation. 2010, 6(4), 363-385. DOI: 10.1080/16226510490888910. ISSN 1522-6514. Dostupné také z: http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/16226510490888910
[56]
OLESZCZUK, Patryk a Stanisław BARAN. Polyaromatic Hydrocarbons in Rhizosphere Soil of Different Plants: Effect of Soil Properties, Plant Species, and Intensity of Anthropogenic Pressure. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 2007, 38(1), 171-188. DOI: 10.1080/00103620601094072. ISSN 0010-3624. Dostupné také z: http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00103620601094072
[57]
YIN, Xiaoming, Xiao LIANG, Guohua XU a Xinhua ZHAN. Effect of phenanthrene uptake on membrane potential in roots of soybean, wheat and carrot. Environmental and Experimental Botany. 2014, 99, 53-58. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2013.11.001. ISSN 00988472. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0098847213001858
[58]
GERDOL, Renato, Luca BRAGAZZA, Roberta MARCHESINI, Alessandro MEDICI, Paola PEDRINI, Stefano BENEDETTI, Alessandro BOVOLENTA a Simona COPPI. Use of moss (Tortula muralis Hedw.) for monitoring organic and inorganic air pollution in urban and rural sites in Northern Italy. Atmospheric Environment. 2002, 36(25), 4069-4075. DOI: 10.1016/S1352-2310(02)00298-4. ISSN 13522310. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1352231002002984
[59]
KNULST, Johan, H. WESTLING a Eva BRORSTRÖM-LUNDÉN. Airborne organic micropollutant concentrations in mosses and humus as indicators for local versus long-range sources. Environmental Monitoring and Assessment. 1995, 36(1), 75-91. DOI: 10.1007/BF00546986. ISSN 0167-6369. Dostupné také z: http://link.springer.com/10.1007/BF00546986
[60]
THOMAS, W. Representativity of mosses as biomonitor organisms for the accumulation of environmental chemicals in plants and soils. Ecotoxicology and Environmental Safety. 1986, 11(3), 339-346. DOI: 10.1016/0147-6513(86)90106-5. ISSN 01476513. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0147651386901065
34
[61]
KROMMER, Viktoria, Harald ZECHMEISTER, Ingrid RODER, Sigrid SCHARF a Andrea HANUS-ILLNAR. Monitoring atmospheric pollutants in the biosphere reserve Wienerwald by a combined approach of biomonitoring methods and technical measurements. Chemosphere. 2007, 67(10), 1956-1966. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2006.11.060. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653506017267
[62]
FOAN, L., C. SABLAYROLLES, D. ELUSTONDO, E. LASHERAS, L. GONZÁLEZ, A. EDERRA, V. SIMON a J.M. SANTAMARÍA Reconstructing historical trends of polycyclic aromatic hydrocarbon deposition in a remote area of Spain using herbarium moss material. Atmospheric Environment. 2010, 44(26), 3207-3214. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2010.05.019. ISSN 13522310. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1352231010003924
[63]
CARBALLEIRA, Alejo, J. ÁNGEL FERNÁNDEZ, Jesús ABOAL, Carlos REAL a Javier COUTO Moss: A powerful tool for dioxin monitoring. Atmospheric Environment. 2006, 40(30), 5776-5786. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2006.05.016. ISSN 13522310. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S135223100600495X
[64]
HIMBERG, K.K. a P. PAKARINEN Atmospheric PCB deposition in Finland during 1970s and 1980s on the basis of concentrations in ombrotrophic peat mosses (Sphagnum). Chemosphere. 1994, 29(3), 431-440. DOI: 10.1016/00456535(94)90431-6. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0045653594904316
[65]
VUKOVIć, Gordana, Mira ANIČIć UROŠEVIć, Ivana RAZUMENIć, Maja KUZMANOSKI, Miodrag PERGAL, Sandra ŠKRIVANJ a Aleksandar POPOVIć. Air quality in urban parking garages (PM10, major and trace elements, PAHs): Instrumental measurements vs. active moss biomonitoring. Atmospheric Environment. 2014, 85, 31-40. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2013.11.053. ISSN 13522310. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1352231013009035
[66]
BORGHINI, Francesca, Joan GRIMALT, Juan SANCHEZ-HERNANDEZ a Roberto BARGAGLI. Organochlorine pollutants in soils and mosses from Victoria Land (Antarctica). Chemosphere. 2005, 58(3), 271-278. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2004.07.025. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653504006125
[67]
CABRERIZO, Ana, Jordi DACHS, Damià BARCELÓ a Kevin JONES Influence of Organic Matter Content and Human Activities on the Occurrence of Organic Pollutants in Antarctic Soils, Lichens, Grass, and Mosses. Environmental Science. 2012, 46(3), 1396-1405. DOI: 10.1021/es203425b. ISSN 0013-936x. Dostupné také z: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es203425b
35
[68]
YOGUI, Gilvan, Jose SERICANO a Rosalinda MONTONE Accumulation of semivolatile organic compounds in Antarctic vegetation: A case study of polybrominated diphenyl ethers. Science of The Total Environment. 2011, 409(19), 3902-3908. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2011.06.010. ISSN 00489697. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0048969711006310
[69]
BACCI, E., D. CALAMARI, C. GAGGI, R. FANELLI, S. FOCARDI a M. MOROSINI Chlorinated hydrocarbons in lichen and moss samples from the Antarctic Peninsula. Chemosphere. 1986, 15(6), 747-754. DOI: 10.1016/0045-6535(86)90041-X. ISSN 00456535. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/004565358690041X
[70]
SVOBODA, David. Český kras – stanovení úrovně znečištění prostředí pomocí lišejníků. Živa. Praha: Academia, 2004, (3), 109-111. ISSN 0044-4812. Dostupné také z: http://ziva.avcr.cz/2004-3/cesky-kras-stanoveni-urovne-znecisteni-prostredi-pomocilisejniku.html
[71]
AUGUSTO, Sofia, Cristina MÁGUAS a Cristina BRANQUINHO. Understanding the performance of different lichen species as biomonitors of atmospheric dioxins and furans: potential for intercalibration. Ecotoxicology. 2009, 18(8), 1036-1042. DOI: 10.1007/s10646-009-0360-z. ISSN 0963-9292. Dostupné také z: http://link.springer.com/10.1007/s10646-009-0360-z
[72]
AUGUSTO, Sofia, Pedro PINHO, Artur SANTOS, Maria BOTELHO, José PALMAOLIVEIRA a Cristina BRANQUINHO. Declining trends of PCDD/Fs in lichens over a decade in a Mediterranean area with multiple pollution sources. Science of The Total Environment. 2015, 508, 95-100. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2014.11.065. ISSN 00489697. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0048969714016593
[73]
BLASCO, María, Celia DOMEñO a Cristina NERÍN. Use of Lichens as Pollution Biomonitors in Remote Areas: Comparison of PAHs Extracted from Lichens and Atmospheric Particles Sampled in and Around the Somport Tunnel (Pyrenees). Environmental Science. 2006, 40(20), 6384-6391. DOI: 10.1021/es0601484. ISSN 0013-936x. Dostupné také z: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es0601484
[74]
BLASCO, María, Celia DOMEñO, Patricia LÓPEZ a Cristina NERÍN. Behaviour of different lichen species as biomonitors of air pollution by PAHs in natural ecosystems. Journal of Environmental Monitoring. 2011, 13(9), 2588-. DOI: 10.1039/c0em00681e. ISSN 1464-0325. Dostupné také z: http://xlink.rsc.org/?DOI=c0em00681e
[75]
GUIDOTTI, M., D. STELLA, M. OWCZAREK, A. DE MARCO a C. DE SIMONE Lichens as polycyclic aromatic hydrocarbon bioaccumulators used in atmospheric pollution studies. Journal of Chromatography A. 2003, 985(1-2), 185-190. DOI: 10.1016/S0021-9673(02)01452-8. ISSN 00219673. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0021967302014528
36
[76]
AUGUSTO, Sofia, Jordi SIERRA, Martí NADAL a Marta SCHUHMACHER. Tracking polycyclic aromatic hydrocarbons in lichens: It's all about the algae. Environmental Pollution. 2015, 207, 441-445. DOI: 10.1016/j.envpol.2015.08.013. ISSN 02697491. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0269749115300063
[77]
MIČIETA, Karol, Gustáv MURÍN a Miroslav MIŠÍK. MIKROSPOROGENÉZA A PEĽ VYŠŠÍCH RASTLÍN V INDIKÁCII A MONITORINGU EKOGENOTOXICITY V PODMIENKACH IN SITU. Ekotoxikologické biotesty: sborník pracovní konference. 1. Praha: Vodní zdroje Ekomonitor, 2002, s. 406-415. ISBN 80-903203-0-9.
[78]
BBE MOLDAENKE. Algae Toximeter II: Online Biomonitoring Using Green Algae. Bbe Moldaenke biological biophysical engineering [online]. bbe Moldaenke biological biophysical engineering, c2016 [cit. 2016-05-03]. Dostupné z: http://www.bbemoldaenke.de/en/products/toxicity/details/algae-toximeter-II.html
[79]
BBE MOLDAENKE. Algae online analyser. Bbe Moldaenke biological biophysical engineering [online]. bbe Moldaenke biological biophysical engineering, c2016 [cit. 2016-05-03]. Dostupné z: http://www.bbemoldaenke.de/en/products/chlorophyll/details/algaeonlineanalyser.html
37
6
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK
POPs HCB PCDDs PCDFs PFOA/PFOS PFCs HCBD PBDEs DCM ASE OCPs DDT DDD DDE VOCs PAHs US EPA GC–MS/MS HRGC/HRMS
Perzistentní organické polutanty Hexachlorbenzen Polychlorované dibenzo-p-dioxiny Polychlorované dibenzofurany Kyselina perfluoroktansulfonová a její soli Perfluorované sloučeniny Hexachlorbutadien Polybromované difenylethery Dichlormethan Accelerated solvent etraction Chlorované organické pesticidy Dichlordifenyltrichloretan Dichlordifenyldichlorethan Dichlordifenyldichlorethylen Volatile organic compounds Polycyklické aromatické uhlovodíky United States Environmental Protection Agency Plynový chromatogram s tandemovou hmotnostní detekcí Vysokorozlišovací plynová chromatografie s vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrií
HPLC–MS HRGC/MSD
Kapalinová chromatografie s hmotnostní spektrometrií Vysokorozlišovací plynová chromatografie s kvadrupólovým hmotnostním detektorem Vysokorozlišovací plynová chromatografie s detekcí elektronového záchytu
HRGC–ECD PTV QA/QC LOQ LOD 2,3,7,8-TCDD OCDD
38
Programmed temperature vaporization injektor Zajištění kvality/Kontrola kvality Limit kvantifikace Limit detekce 2,3,7,8-tetrachlordibenzo-p-dioxin Oktachlordibenzo-p-dioxin
PŘÍLOHY
7
Příloha č. 1: 16 vybraných polycyklických aromatických uhlovodíků podle US EPA. 13
9
3 5
1
6
2
4
7
6
8
7
5
10
4
3 9
5
1
10
6
2
12
6
11
5
Naftalen
8
9
9
7
12
8 10
4
Fenanthren
Acenaftylen
Acenaften
11
14
11
3
7
8
3
10
4
2
2
1
1
12
2 1
3 1
3
2
4
6
6
7
1
10
9
18
10
4
14
11
3
4
6
13
14
1
11
12
14
5
15
3
8
9
Fluoranthen
Pyren
Chrysen
10
7
6
16
2
16 12
12 1
11
15
13
4
2
5
2
8
Benzo[a]anthracen
3
13
15
10
12
9
7
17
7
11
6
8
5
6 5
18 9
13
Anthracen
8
4
14
4
9
11
Fluorene
16
2
12
10
9
3
16 10
8
7 5
17
15
1
8
14
11
5
7
13
12
13
16
19 14
15 18
20
17
1
14
16
4 3
6
5
6 5
3
15 14
5
2 11
7
9
8
18
12
1
10
7
13
6
4
11
8
10
8
10
3
16
4 2
7
13 12
12
11
2
17
19
1
19
18
20
13
17
20
15
9
9
Benzo[k]fluoranthen
Benzo[b]fluoranthen
Benzo[a]pyren
11
10 3 4
2
9
5
7
12
11 10
16 19
20
17
6
5
1
15
8 1
6
14 16
2 3
18
7
4
21
Indeno[1,2,3-cd]pyren
13
15
18
17
19 21
18
Benzo[g,h,i]perylen
9
22
1 2
4 3
11
12
21
20
14
19 22
22
20
5
8
10
8
6
7
9 13
12
15
17 16
13 14
Dibenzo[a,h]anthracen
39
