Infestanti comuni come bioindicatori di metalli pesanti: un nuovo approccio nel biomonitoraggio

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6926 (2023) Citare questo articolo

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L’inquinamento ambientale da metalli pesanti colpisce sia le aree urbane che quelle non urbane dell’Europa e del mondo. L'utilizzo di piante bioindicatrici per la rilevazione di tali inquinanti è una pratica comune. Una proprietà importante dei potenziali bioindicatori è la loro facile disponibilità e l'ampio raggio di distribuzione, il che significa che possono essere praticamente utilizzati su una vasta area. Pertanto, infestanti comuni e ampiamente distribuite: Trifolium pratense L., Rumex acetosa L., Amaranthus retroflexus L., Plantago lanceolata L., specie ornamentali Alcea rosea L., e Lolium multiflorum L. var. Ponto sono stati selezionati come potenziali bioindicatori di metalli pesanti (Cd, Pb, Cu, Zn). Le piante sono state esposte nelle stesse condizioni del suolo in tre siti campione nella città di Poznań. È stato riscontrato che tutte le specie avevano un potenziale di accumulo di metalli pesanti, in particolare A. rosea, P. lanceolata e L. multiflorum per Zn (BCF = 6,62; 5,17; 4,70) e A. rosea, P. lanceolata per Cd (BCF = 8,51; 6,94). La traslocazione di Cu e Zn è stata la più efficace in T. pratense (TFCu = 2,55; TFZn = 2,67) e in A. retroflexus (TFCu = 1,50; TFZn = 2,23). La traslocazione del Cd è stata la più efficace in T. pratense (TFCd = 1,97), ma la traslocazione del Cd è stata la più efficace in A. retroflexus (TFPb = 3,09). Sulla base della risposta fisiologica allo stress, è stato rilevato un livello crescente di perossido di idrogeno (H2O2) nelle radici e nelle foglie di tutti i campioni, con il valore più alto in tutti gli organi di A. rosea. I livelli di attività enzimatica di CAT, APOX e anche il marcatore della perossidazione degli acidi grassi polinsaturi MDA, erano più alti dopo 6 settimane di esposizione rispetto ai campioni di controllo e variavano nel tempo di esposizione e tra specie ed esposizione. Dopo l'esperimento, in quasi tutti i campioni abbiamo rilevato una riduzione del contenuto di clorofilla e del relativo contenuto di acqua, ma in termini di efficienza dei parametri di fotosintesi: tasso di fotosintesi netto, concentrazione di CO2 intercellulare e conduttanza stomatica, abbiamo notato valori aumentati, che hanno dimostrato la condizione relativamente buona di Le piante. Le erbe infestanti esaminate sono buoni bioindicatori della contaminazione da metalli pesanti e il loro utilizzo combinato consente il rilevamento completo delle minacce ambientali.

Con lo sviluppo intensivo delle attività umane, le aree urbane hanno subito cambiamenti rapidi e significativi. Nelle aree urbane, uno degli inquinanti urbani più importanti sono i metalli e i metalloidi1, 2. I metalli e i metalloidi sono oggetto di numerosi studi perché sono persistenti e tra gli inquinanti industriali più diffusi3. Le principali fonti di questi elementi sono fonti naturali, come l’erosione naturale della crosta, l’erosione e le attività antropiche, come il deflusso urbano, le attività agricole e industriali e molte altre4. L'esposizione ai metalli pesanti solitamente presenta sintomi subdoli e cronici, inoltre, l'esposizione ai metalli presenti nell'aria induce risposte fisiologiche negli organismi e ampi effetti sulla salute degli esseri umani5. Inoltre, è noto che la contaminazione delle sostanze alimentari da parte dei metalli pesanti ha una serie di effetti negativi sugli esseri umani, sugli animali e sulle piante6, 7. Nelle piante, la loro tossicità varia a seconda del metallo specifico, dei frammenti vegetali, del pH, della composizione del suolo e delle sostanze chimiche. modulo. Alcuni metalli pesanti sono considerati essenziali per lo sviluppo e la crescita delle piante8. Tuttavia, quantità eccessive di questi elementi possono diventare tossiche per le piante9, influenzandole quindi solo negativamente10.

L'esposizione delle piante a condizioni ambientali sfavorevoli, anche a concentrazioni più elevate di metalli pesanti, può causare un aumento della produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) come l'ossigeno singoletto [(1) O2], il superossido [(O2)−.) ], perossido di idrogeno (H2O2) e radicale idrossile (OH.). I ROS modificano le proteine, danneggiano il DNA e provocano l'ossidazione dei radicali liberi degli acidi grassi insaturi o di altri lipidi il cui prodotto è l'MDA. Il processo di disintossicazione dai ROS nelle piante è essenziale per la protezione delle cellule vegetali, e quindi sembra che le piante iperaccumulatrici di metalli dovrebbero avere meccanismi di difesa antiossidanti e disintossicanti estremamente efficienti, consentendo la crescita e lo sviluppo in un ambiente inquinato11. Le risposte delle piante e la tolleranza allo stress da metalli pesanti dipendono dagli antiossidanti enzimatici comprendenti l'ascorbato perossidasi (APOX), la catalasi (CAT) e il prodotto finale della perossidazione degli acidi grassi polinsaturi: la malondialdeide (MDA). Queste proteine ​​partecipano alla detossificazione dei ROS nelle piante12 e sono presenti praticamente in tutti i compartimenti subcellulari. Di solito, un organello ha più di un enzima in grado di eliminare un singolo ROS13. A causa dello stress ossidativo i processi fotosintetici vengono disturbati, dal trasporto degli elettroni al legame del carbonio. La limitazione di uno qualsiasi di questi processi all'interno dell'apparato fotosintetico riduce la capacità della membrana del cloroplasto di assorbire l'energia luminosa, aumentando la capacità di formare radicali ossidativi nel cloroplasto e di conseguenza limita la produttività della fotosintesi14.