Πρόσληψη βαρέων μετάλλων από φυτά-βολβούς καλλιεργούμενα σε ρυπασμένα εδάφη

Abstract

Heavy metals, under specific conditions, are mobile elements and can be uptaken andaccumulated in bulbs, by irrigating water, soil, fertilizers and compost, leading the plantsto oxidation stress and, after long term consumption, the humans to health problems.The scope of this doctorate study was to investigate the potential uptake of chromiumand nickel by carrots (Daucus carrota L.), onions (Allium cepa L.) and potatoes(Solanum tuberosum L.) as well as the potential impact of these heavy metals on theactivities of antioxidant enzymes catalase (CAT, E.C.1.11.1.6) and peroxidase (POX,E.C.1.11.1.7) in onions and potatoes. Greenhouse experiments were conducted,simulating, as much as possible, the irrigating conditions existing in the two biggesttubers’ producing regions of Greece (Asopos and Messapia). The studies includedcultivation of tubers, for two periods of approximately 4 months each, in parallelirrigation lines, each one supplied by an aqueous solution, containing different levels ofCr(VI) and Ni(II). Overall, the metal concentrations supplied in the two experimentalperiods, were as follows: 0 μg/L (control), 10 μg/L, 20 μg/L, 50μg/L, 100 μg/L, 250 μg/L,500 μg/L and 1,000 μg/L. The soil used was obtained from a certified organicgreenhouse and was never, anthropogenically, polluted in the past. The resultssuggested that irrigation water containing Cr and Ni can cross-contaminate onions andpotatoes. No such evidence was found for carrots. Also, Cr concentration in potatoeswas found to be positively correlated with Cr and Ni concentration in irrigation water.The main findings of this study include, also, positive correlations between: (i) Cr and Niconcentrations in carrots (ii) Cr and Ni concentrations in potatoes (iii) Cr concentrationand catalase activitiy in potatoes and (iv) Ni concentration and peroxidase activity inonion leaves. Finally, negative correlations have been observed between Cr and Niconcentrations in onion shoots.Eventhough there are no limits imposed by international organizations for Cr and Ni invegetables, for precautional reasons, irrigation water should be free, if possible, of theseheavy metals, so that the health of vulnerable groups of population is not at anypotential risk.

Τα βαρέα μέταλλα, υπό συνθήκες, είναι ευκίνητα στοιχεία και μπορούν ναπροσληφθούν και να βιοσυσσωρευτούν σε βολβούς, μέσω του νερού άρδευσης, τουχώματος, των λιπασμάτων και του κόμποστ, οδηγώντας τα φυτά σε οξειδωτικό στρεςκαι προκαλώντας, μετά από χρόνια κατανάλωση βολβών, προβλήματα υγείας στουςανθρώπους. Ο σκοπός της παρούσας διδακτορικής εργασίας ήταν να διερευνήσει τηνπιθανή πρόσληψη χρωμίου και νικελίου από καρότα (Daucus carrota L.), κρεμμύδια(Allium cepa L.) και πατάτες (Solanum tuberosum L.) καθώς και τις πιθανές επιπτώσειςαυτών των βαρέων μετάλλων στη δραστικότητα των αντιοξειδωτικών ενζύμωνκαταλάση (CAT, E.C.1.11.1.6) και υπεροξειδάση (POX, E.C.1.11.1.7) στα κρεμμύδια καιστις πατάτες. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε θερμοκήπιο, στα οποίαπροσομοιώθηκαν, όσο το δυνατόν, οι συνθήκες άρδευσης που επικρατούν στιςπεριοχές με τη μεγαλύτερη παραγωγή βολβών στη χώρα (Ασωπός, Μεσσαπία).Τα πειράματα περιελάμβαναν καλλιέργεια βολβών σε δύο περιόδους, διάρκειας 4μηνών έκαστη, με παράλληλες γραμμές άρδευσης, κάθε μία από τις οποίες παρείχε σταφυτά υδατικό διάλυμα διαφορετικής συγκέντρωσης Cr(VI) και Ni(II). Συνολικά, ταδιαλύματα μετάλλων που χρησιμοποιήθηκαν, στις δύο περιόδους ήταν: 0 μg/L (control),10 μg/L, 20 μg/L, 50μg/L, 100 μg/L, 250 μg/L, 500 μg/L και 1.000 μg/L. Για τηνκαλλιέργεια των φυτών χρησιμοποιήθηκε χώμα, από βιολογικά πιστοποιημένοθερμοκήπιο, το οποίο δεν είχε ρυπανθεί στο παρελθόν με βαρέα μέταλλα.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το νερό ποτίσματος που περιέχει Cr(VI) και Ni(II) μπορείνα προκαλέσει διασταυρούμενη επιμόλυνση (cross-contamination) σε κρεμμύδια καιπατάτες. Δεν βρέθηκαν αντίστοιχες αποδείξεις για τα καρότα. Επίσης, βρέθηκε ότι ησυγκέντρωση Cr στις πατάτες σχετίζεται θετικά με τη συγκέντρωση Cr και Ni στο νερόποτίσματος.Επίσης, στα κυριότερα ευρήματα αυτής της εργασίας περιλαμβάνεται η θετικήσυσχέτιση ανάμεσα: (i) στις συγκεντρώσεις Cr και Ni στα καρότα, (ii) στιςσυγκεντρώσεις Cr και Ni στις πατάτες, (iii) στη συγκέντρωση Cr και στη δραστικότητακαταλάσης στις πατάτες και (iv) στη συγκέντρωση Ni και στη δραστικότηταυπεροξειδάσης στα φύλλα κρεμμυδιών.Τέλος, παρατηρήθηκε αρνητική συσχέτιση ανάμεσα στη συγκέντρωση Cr και Ni στουςκορμούς κρεμμυδιών.Παρά το γεγονός ότι δεν έχουν τεθεί όρια για το Cr και το Ni στα λαχανικά, για λόγουςπροφύλαξης, συνιστάται το νερό άρδευσης να είναι, ει δυνατόν, απαλλαγμένο από τασυγκεκριμένα βαρέα μέταλλα, έτσι ώστε να προστατεύεται η υγεία των ευπαθώνομάδων του πληθυσμού από ενδεχόμενο κίνδυνο.