SPECIAČNÍ ANALÝZA RTUTI VE VZORCÍCH SUCHOZEMSKÝCH ROSTLIN. KATEŘINA MALIŠOVÁ a, JIŘINA SZÁKOVÁ b a OTO MESTEK a. Experimentální část.

Transkript

1 SPECIAČNÍ ANALÝZA RTUTI VE VZORCÍCH SUCHOZEMSKÝCH ROSTLIN KATEŘINA MALIŠOVÁ, JIŘINA SZÁKOVÁ b OTO MESTEK Ústv nlytické chemie, Vysoká škol chemickotechnologická v Prze, Technická 5, Prh 6, b Ktedr groenvironmentální chemie výživy rostlin, Česká zemědělská univerzit v Prze, Kmýcká 129, Prh 6 Kterin.Mlisov@vscht.cz Klíčová slov: rtuť, methylrtuť, speciční nlýz, rostliny Došlo , přijto Úvod Rtuť se v životním prostředí vyskytuje v mnoh formách, které se vzájemně liší rozpustností ve vodném prostředí, rektivitou, schopností biokumulce, toxicitou či chováním v ekosystému. Ve vodním prostředí se rtuť vyskytuje převážně ve formě norgnických iontů, hydroxo chloro-komplexů v orgnokovových formách. V půdě se rtuť vyskytuje nejčstěji v elementární formě, ve formě norgnických sloučenin dvojmocné rtuti Hg(II) či ve formě vysoce toxické methylrtuti (MetHg) vznikjící činností bkterií. Rtuť je pro rostliny, stejně jko pro živočichy, rizikovým prvkem. Její zvýšená přítomnost v zemině či okolním vzduchu n většinu rostlin působí toxicky s dopdem n ntioxidční systém 1 fotosyntézu 2. Dále pk přítomnost rtuti vede ke snížení růstu rostliny menší produkci biomsy 3. Rostliny jsou během vegetčního období schopny kumulovt rtuť jk kořenovým systémem, tk i povrchem listu z okolního prostředí 4 ; pro studium foliárního příjmu tmosférické rtuti je npříkld doporučen jílek vytrvlý (Lolium perenne), protože u něj n rozdíl od jiných rostlin nebyl nlezen korelce mezi obshem rtuti v zemině listech 5. Při studiu příjmu rtuti zeleninou zlévnou vodou z čistírny odpdních vod bylo prokázáno, že listová zelenin je schopn kumulovt velká množství rtuti, tk npř. špenát (Spinci olerce) 6 obshovl ž 130 ng g 1 Hg. Z dlších studií změřených n rostliny pěstovné n stnovištích s vyšším obshem rtuti v zemině vyplývá, že v ndzemních částech rostlin se nchází jk rtuť přijtá kořenovým systémem, tk i rtuť přijtá foliárním systémem z tmosféry 7,8. Většin publikcí zbývjících se obshem rtuti v rostlinách studuje pouze její celkový obsh. Obshu MetHg je věnován pouze omezený počet studií změřených n rýži (Oryz stiv) jkožto důležitý zdroj potrvy. V semenech rýže rostoucích v oblsti kontminovné rtutí 9, v zemině s přirozeně vyšším obshem rtuti 10 či rostoucí v oblsti těžby rtuti 11, byly nlezeny obshy MetHg n úrovni jednotek ng g 1. Cílem předkládné publikce je odhdnout míru methylce rtuti vybrnými druhy zemědělských plodin běžně pěstovných v České republice, to buď pro přímou konzumci, nebo tkové, které vyždují kuchyňskou úprvu, posoudit vliv kontmince půdy rtutí n tento proces. Experimentální část Rostliny půd Ředkev setá letní (Rphnus stivus) fzol obecný (Phseolus vulgris) byly vypěstovány v nádobových experimentech ve sklenících České zemědělské univerzity, to v kontminovné zemině odebrné v okolí podniku Spoln.s. v nekontminovné kontrolní zemině. Pokus probíhl v polootevřené hle, kde byly rostliny chráněny před povětrnostními vlivy. Pro posouzení vlivu tmosférického spdu byly hrách setý (Pisum stivum) locik setá (Lctuc stiv) pěstovány v mloprcelovém pokusu v loklitě Nižní Lhoty (NL) opět v kontminovné kontrolní půdě. V přípdě rostlin hrchu fzolu byly vzorky ndzemní biomsy odebírány v mléčné plné zrlosti, přičemž v plné zrlosti byly odebrány i kořeny. U ředkve byly odebrány vzorky bulvy listů v konzumní zrlosti, z rostlin lociky byly odebrány rovněž vzorky v konzumní zrlosti. Zákldní chrkteristiky použitých půd shrnuje tb. I. Ktiontově výměnná kpcit půdy (KVK) byl stnoven metodou podle ISO Ve všech přípdech se jednlo o středně těžké půdy s dobrou sorpční kpcitou. Biologická fytochemická dostupnost rtuti byly zkoumány extrkcí kyselinou octovou (0,11 mol l 1 ) koncentrovnou kyselinou dusičnou. Získný extrhovtelný podíl je ve shodě s publikovnými výsledky 12. Je zřejmé, že rtuť je v zeminách vázán n minerály obshující síru nebo v nerozpustných minerálech, vyšší extrhovtelný podíl v přípdě kontminovné zeminy nznčuje vyšší úroveň ntropogenní kontmince rtutí. Regencie Zákldní roztoky specií rtuti byly připrveny z chloridu methylrtuti (Fluk, Buchs,, Švýcrsko) chloridu rtuťntého (p.. grde, Merck, Neu-Ulm, SRN). Mobilní fáze se skládl z 0,2 % (v/v) 2-merkptoethnolu (ClBiochem, Merck), 1 % (v/v) methnolu (grdient grde pro LC, Merck) 0,02 mol l 1 octnu monného (FrctoPur, Merck) v deminerlizovné vodě. Extrkce specií rtuti probíhl do 1 mol l 1 kyseliny chlorovodíkové (Suprpur, Merck) s přídvkem 0,2 % (v/v) 2-merkptoethnolu. Pro generování pr rtuti byl použit kyselin chlorovodíková 0,06 mol l 1 tetrhydridoboritn sodný o koncentrci 0,016 mol l 1 (p.., Fluk). 264

2 Tbulk I Chrkteristik pokusných zemin Chrkteristik Zemin kontminovná kontrolní ČZU kontrolní Nižní Lhoty ph 6,9 6,5 KVK [mmol/kg] 250,3 247,1 obsh Hg 1961 ± ± ± 13 [µg/kg] Extrhovtelný podíl Hg [%] CH 3 COOH 0,153 n.d. n.d. HNO 3 69,5 51,9 46,2 Obsh specií rtuti v zemině [μg kg 1 ] MetHg n.d. n.d. n.d. Hg(II) 1632 ± ± ± 16 n.d. nebylo detegováno Instrumentce postupy Vzorky rostlin byly po omytí deminerlizovnou vodou vysušeny při lbortorní teplotě následně homogenizovány v lbortorním homogenizátoru Commercil Blender (Wring, USA). Pro stnovení sušiny (103 C) byl použit sušárn ED 115 (Binder, Tuttlingen, SRN). obsh rtuti ve vysušeném mteriálu v extrktech byl stnovován hmotnostní spektrometrií s indukčně vázným plzmtem (ICP-MS) n přístroji PerkinElmer Eln DRC-e (PerkinElmer, Concord, Knd) po rozkldu v mikrovlnném minerlizčním zřízení UniClever (Plzmtronik, Wroclw, Polsko). Specie rtuti byly extrhovány do roztoku extrkčního činidl po dobu 2 h. Extrkce byl podpořen třepáním n třepčce CAT S 20 (CAT Ingenierbüro M. Zipperer GmbH, Stufen im Breisgu, SRN). Extrkt byl odstřeďován n centrifuze 2-16 K (Sigm Lborzentrifugen GmbH, Osterode m Hrz, SRN). Chromtogrfický systém pro seprci specií rtuti byl složen z vysokotlké pumpy Series 2000 (PerkinElmer, Norwlk, CT, USA), dávkovcího ventilu Rheodyne 9100 (IDEX Helth & Science LLC, Rohnert Prk, CA, USA) s dávkovcí smyčkou o objemu 200 l, seprční kolony Purospher STAR, RP-8e (3 m, 75 4 mm, Merck) předkolony LiChroCART (5 m, 4 4 mm, Merck). Z kolonu byl zřzen prtur pro generování studených pr rtuti složená z peristltické pumpy Minipuls 3 (Gilson, Villers le Bel, Frncie) se dvěm ktivními knály, dvou Y-kusů, dvou rekčních cívek z hdiček z Tygonu o vnitřním průměru 0,76 mm, kždá o délce 10 cm, PTFE hdiček. Eluent z kolony byl nejprve míchán s roztokem kyseliny chlorovodíkové obshující vnitřní stndrd Pt (40 g l 1 ) modifikční činidlo Bi (30 g l 1 ) následně byl míchán s lklickým roztokem tetrhydridoboritnu sodného. Vzniklá směs byl přiváděn do zmlžovče ICP-MS. Signál rtuti byl sledován n linii isotopu 202 Hg, signál vnitřního stndrdu byl sledován n linii isotopu 195 Pt. Detilní popis všech procedur včetně vlidce metody lze nlézt v citci 13. Výsledky diskuse Výsledky nlýzy rostlin z nádobového pokusu jsou uvedeny v tb. II, celkový obsh rtuti ve vzorcích ndzemních částí rostlin pěstovných v kontminovné zemině byl mximálně o 10 % vyšší, než u rostlin pěstovných v kontrolní zemině. Oproti tomu celkový obsh rtuti v podzemních částech rostlin pěstovných v kontminovné zemině byl výrzně vyšší, než u rostlin pěstovných v kontrolní zemině. Pro kořeny fzole obecného více než dvkrát pro bulvy ředkve seté téměř třikrát. V přípdě ředkve seté byl pozorován vyšší kumulce rtuti v ndzemní části, než v bulvě. Obdobné výsledky, tedy vyšší kumulce vybrných prvků (As, Cd, Cu Pb) v ndzemní části rostlin ředkve seté než v bulvě, byly popsány již dříve 14. V přípdě fzolu byl obsh rtuti v kořenech vždy vyšší než v osttních částech, nedochází tedy k výrznější trnslokci přijté rtuti kořenovým systémem do ndzemních částí rostlin, to ni u rostlin pěstovných v kontminovné zemině. Z výsledků speciční nlýzy (ukázk chromtogrmů je n obr. 1) vyplývá, že obsh MetHg v rostlinách leží pod mezí detekce metody, tk jko v přípdě ředkve seté, nebo se nchází ve velmi nízkých hodnotách odpovídjících mximálně jednotkám ng g 1 v čerstvém mteriálu, jk tomu bylo u fzolu setého. Kořeny těchto rostlin ros- 265

3 Tbulk II Obshy rtuti specií rtuti ve vzorcích rostlin pěstovných v nádobových experimentech Rostlin Část Zrlost Kontmince Ředkev setá letní Fzol obecný obsh Hg vysušený vzorek Sušin obsh Hg čerstvá zelenin Obsh MetHg Obsh Hg(II) Extrkční účinnost [ng g 1 ] [%] [ng g 1 ] [ng g 1 ] [ng g 1 ] [%] bulv P ne 32,3 ± 2,9 5,6 1,81 ± 0,16 n.d. 0,61 ± 0,14 34 no 88,9 ± 3,1 5,7 5,07 ± 0,18 n.d. 1,44 ± 0,21 28 list P ne 99,8 ± 4,4 24,2 24,2 ± 1,1 n.d. 16,77 ± 0,95 69 no 101,9 ± 4, ,5 ± 1,2 n.d. 18,6 ± 1,0 76 list M ne 58,3 ± 2,4 19,5 11,37 ± 0,46 0,459 ± 0,084 5,75 ± 0,53 55 no 65,6 ± 2,4 19,2 12,60 ± 0,45 0,664 ± 0,097 6,38 ± 0,57 56 lusk M ne 46,8 ± 1,4 34,2 16,01 ± 0,47 1,13 ± 0,10 3,90 ± 0,29 31 no 50,8 ± 1,7 33,9 17,22 ± 0,59 1,82 ± 0,12 4,88 ± 0,25 39 list P ne 41,1 ± 1,7 45,2 18,58 ± 0,78 0,435 ± 0,074 17,5 ± 1,1 96 no 44,7 ± 2,0 45,9 20,52 ± 0,91 0,466 ± 0,069 18,2 ± 1,1 91 semeno P ne 7,0 ± 0,5 89,8 6,29 ± 0,40 0,121 ± 0,035 3,36 ± 0,36 56 no 7,1 ± 0,8 88,9 6,31 ± 0,76 0,109 ± 0,041 3,83 ± 0,48 63 kořen P ne 93,0 ± 3,9 45,2 42,0 ± 1,8 1,08 ± 0,11 22,3 ± 1,4 57 no 194,5 ± 5,7 44,1 85,8 ± 2,5 1,97 ± 0,18 48,45 ± 1,7 58 P plná zrlost, M mléčná zrlost; b výsledky jsou uváděny spolu s rozšířenou nejistotou, kde n = 3 k = 2 Obr. 1. Ukázk chromtogrmů extrktů kořene fzolu obecného: vzorek kořene pěstovného v kontrolní (1) kontminovné (2) zemině. A: MetHg, B: Hg(II). Kolon Purospher STAR, RP-8e (3 µm, 75 4 mm); mobilní fáze 0,2 % (v/v) 2-merkptoethnol, 1 % (v/v) methnol, 0,02 mol l 1 octn monný toucí v kontminovné zemině obshovly 1,8krát více MetHg než kořeny rostlin rostoucích v kontrolní zemině. Poměrně vysoký obsh MetHg může být vysvětlen činností půdních bkterií, které přeměňují Hg(II) n MetHg. Podobné rozdíly v obshu MetHg v listech luscích sbírných v mléčné zrlosti byly nižší, lusky rostlin rostoucích v kontminovné zemině doshovly 1,6krát listy 1,5krát vyššího obshu MetHg než rostliny rostoucí v kontrolní zemině. Obshy MetHg v listech plodech sbírných v období plné zrlosti jsou pro rostliny rostoucí v kontminovné i kontrolní zemině srovntelné. Methylce rtuti půdními bkteriemi její následný příjem trnslokce do ndzemních částí, zvláště pk do zrn, byl popsán i v přípdě rýže 11,15. Pro konzumenty je ovšem příznivé, že MetHg z lusku fzolí dále do semen nepřechází. Zjímvé je i porovnání zstoupení MetHg v poměru k celkovému obshu rtuti v jednotlivých částech rostlin. Je ptrné, že mír methylce vyjádřená jko poměr obshu MetHg celkového obshu rtuti závisí kromě typu půdy i n době odběru. V přípdě vzorků odebrných v mléčné zrlosti je tento prmetr význmně vyšší pro rostliny pěstovné v kontminovné zemině (5,3 % pro listy, 10,5 % pro lusky) než pro rostliny pěstovné v kontrolní půdě (4,1 % pro listy, 7,1 % pro lusky). V přípdě vzorků odebrných ve stádiu plné zrlosti je tento prmetr u rostlin rostoucí v kontminovné zemině (2,2 % pro listy, 1,7 % pro semen) srovntelný s rostlinmi rostoucími v kontrolní zemině (2,3 % pro listy, 1,9 % pro semen). Je ptrné, že se dynmik tohoto procesu se stářím rostlin zpomluje, pokles obshu MetHg v semenech rýže ve stádiu plné zrlosti pozorovli i jiní utoři

4 Tbulk III Obshy rtuti specií rtuti ve vzorcích rostlin z mloprcelkového pokusu Rostlin Část Zrlost Kontmince Locik setá Hrách setý obsh Hg vysušený vzorek Sušin obsh Hg čerstvá zelenin Obsh MetHg Obsh Hg(II) Extrkční účinnost [ng g 1 ] [%] [ng g 1 ] [ng g 1 ] [ng g 1 ] [%] szenice 19,8 ± 1,6 13,9 2,75 ± 0,22 n.d. 1,80 ± 0,25 62 list P ne 150,8 ± 5,3 5,1 7,69 ± 0,27 0,490 ± 0,079 6,61 ± 0,79 92 no 345,5 ± 8,3 5 17,27 ± 0,42 0,475 ± 0,064 14,5 ± 1,0 87 list M ne 57,7 ± 1,9 21,3 12,29 ± 0,42 0,362 ± 0,061 10,7 ± 1,1 90 no 119,1 ± 4, ,82 ± 0,81 0,740 ± 0,049 19,7 ± 1,4 86 lusk M ne 27,9 ± 1,1 34,2 9,56 ± 0,36 0,239 ± 0,047 2,80 ± 0,62 32 no 70,4 ± 2,9 33,9 25,1 ± 1,0 0,372 ± 0,065 9,63 ± 0,68 35 semeno M ne 29,4 ± 1,1 39,3 11,56 ± 0,43 0,255 ± 0,046 6,99 ± 0,88 63 no 39,4 ± 1,9 38,9 15,31 ± 0,77 0,381 ± 0,077 9,14 ± 0,98 62 list P ne 56,9 ± 2,1 34,2 19,48 ± 0,70 0,649 ± 0,073 15,3 ± 1,3 82 no 135,9 ± 3,8 35,2 47,8 ± 1,5 0,901 ± 0,048 39,8 ± 1,6 85 semeno P ne 27,9 ± 1,3 86,6 24,1 ± 1,2 0,692 ± 0,087 10,65 ± 0,91 40 no 35,1 ± 1,1 87,2 30,6 ± 1,0 1,046 ± 0,094 15,78 ± 0,86 43 kořen P ne 108,9 ± 2,3 53,1 57,8 ± 1,2 1,539 ± 0,081 28,6 ± 1,0 57 no 238,4 ± 3,1 48,9 116,6 ± 1,5 2,34 ± 0,098 58,7 ± 1,9 54 P plná zrlost, M mléčná zrlost; b výsledky jsou uváděny spolu s rozšířenou nejistotou, kde n = 3 k = 2 V přípdě rostlin pěstovných v mlopěstitelských podmínkách (viz tb. III) se výsledné obshy rtuti ve vzorcích rostlin lišily výrzněji než v přípdě nádobových experimentů. V listech lociky seté byl pozorován 2,3násobný nárůst obshu rtuti u rostlin pěstovných v kontminovné zemině oproti rostlinám pěstovným v kontrolní zemině. U vzorků rostlin hrchu setého pěstovných v kontminovné zemině byl celkový obsh rtuti ve srovnání s rostlinmi pěstovnými v kontrolní zemině tké vyšší, to od 1,3násobku v přípdě plodů obou stupňů zrlosti ž do 2,6násobku v přípdě lusků v mléčné zrlosti. Tyto výsledky nznčují, že došlo k význmnému příjmu rtuti kořenovým systémem z kontminovné půdy její lokci do ndzemních částí rostlin. Obsh rtuti v listech hrchu setého pěstovného v kontrolní zemině se zvýšil v období mezi odběrem v mléčné plné zrlosti 1,5krát, ztímco v listech rostlin pěstovných v kontminovné zemině se zvýšil 2krát. N zákldě výsledků speciční nlýzy lze opět říci, že jestliže se MetHg ve vzorcích rostlin nchází, tk pouze v obshu odpovídjícímu mximálně jednotkám ng g 1. V porovnání s výsledky z nádobových experimentů byl u rostlin pěstovných v tomto režimu přítomná MetHg obsžen v ještě menším množství. Nejvyšší obsh MetHg se ncházel v plodu hrchu setého sbírného v plné zrlosti, to 1,04 ng g 1. V přípdě lociky seté byly koncentrce MetHg ve vzorcích rostlin pěstovných v kontrolní i kontminovné zemině zcel srovntelné. Oproti tomu u hrchu setého bylo nlezeno vyšší množství MetHg, to 1,3krát ž 2krát. Stejně jko v přípdě nádobových experimentů lze usuzovt, že se jedná o výsledek trnslokce methylrtuti přijté kořeny rostlin rostoucími v kontminovné zemině. Zjímvé je, že v přípdě plodu hrchu setého, ť již v mléčné či plné zrlosti, byl nlezen ž desetinásobně vyšší obsh MetHg, než jký byl nlezen v obdobných vzorcích fzolu obecného. Tento fkt souvisí i s tím, že celkový obsh v plodu hrchu setého byl rovněž vyšší než v plodu fzolu obecného, to ž šestinásobně. Závěr Z výsledků vyplývá, že rtuť se v suchozemských rostlinách nchází převážně ve formě dvojmocné norgnické rtuti že MetHg je zstoupen mximálně v jednotkách procent z celkového obshu rtuti že pouze v přípdě celkového obshu rtuti v kořenových částech rostlin hrje zásdní roli obsh rtuti v zemině. Z porovnání celkových obshů rtuti s dříve získnými výsledky 13 pro rostliny volně rostoucí v okolí podniku 267

5 Spoln.s., kde byly v ndzemních částech rostlin nlezeny ž jednotky g g 1 Hg, jsou výsledky z nádobových experimentů výrzně nižší, mximálně n úrovni desetin g g 1. Meziroční nárůst obshu rtuti u rostlin pěstovných v nádobových experimentech či v mlopěstitelských podmínkách je rovněž výrzně nižší, než u rostlin volně rostoucích v kontminovné oblsti, kde v chrástici rákosovité, řebříčku obecném, ovsu setém listech dubu letního bylo v dubnu nlezeno 0,27 0,38 g g 1 Hg, ztímco v listopdu byl obsh rtuti v rozmezí 2,1 3,9 g g 1. Výsledky nznčují, že zásdní vliv n obsh rtuti v ndzemních částech rostlin má její obsh v okolním prostředí, tedy v tmosféře, že listy rostlin přijímjí rtuť hlvně ze spdu. LITERATURA 1. Isrr M., Shi S. V.: Plnt Physiol. Biochem. 44, 590 (2006). 2. Ptr M., Nildri B., Buldul B., Archn S.: Environ. Exp. Bot. 52, 199 (2004). 3. Fiser J., Novkov M., Mcek T.: Chem. Listy 108, 566 (2014). 4. Obrist D.: Biogeochemistry 85, 119 (2007). 5. Niu Z., Zhng X., Wng S., Ci Z., Kong X., Wng Z.: Environ. Sci. Pollut. Res. 20, 6337 (2013). 6. Shneen Q., Mhmood Z., Imrn M., Gillni S. R., Fridi I. A: J. Chem. Soc. Pkistn 33, 490 (2011). 7. Assd M., Prelle J., Czux D., Gimbert F., Chlot M., Ttin-Froux F.: Chemosphere 146, 1 (2016). 8. Higuers P., Amorós J. A., Esbrí J. M., Grcí- Nvrro F. J., Pérez de los Reyes C., Moreno G.: J. Geochem. Explor. 123, 143 (2012). 9. Peng X., Liu F., Wng Q.-X., Ye Z.: Environ. Pollut. 162, 202 (2012). 10. Rothenberg S. E., Feng X., Dong B., Shng L., Yin R., Yun X.: Environ. Pollut. 159, 1283 (2011). 11. Meng B., Feng X., Qui G., Ci Y., Wng D., Li P., Shng L., Sommr J.: J. Agric. Food Chem. 58, 4951 (2010). 12. Šípková A., Száková J., Hnč A., Tlustoš P.: J. Soils Sediments 16, 2234 (2016). 13. Mlišová K., Koplík R., Mestek O.: Anl. Lett. 48, 2446 (2015). 14. Száková J., Tlustoš P., Pvlíková D., Blík J.: Chem. Listy 99, 502 (2005). 15. Strickmn R. J., Mitchell C. P. J.: Sci. Totl Environ., v tisku (2016). K. Mlišová, Jiřin Száková b, nd O. Mestek ( Deprtment of Anlyticl Chemistry, University of Chemistry nd Technology, Prgue, b Deprtment of Agro- Environmentl Chemistry nd Plnt Nutrition, Czech University of Life Sciences, Prgue): Specition Anlysis of Mercury in Terrestril Plnts Rdish (Rphnus stivus), common ben (Phseolus vulgris), pe (Pisum stivum), nd lettuce (Lctuc stiv) were cultivted both in contminted (2000 μg Hg kg 1 ) nd non-contminted ( μg Hg kg 1 ) soil. Plnts were grown in pots locted both in the greenhouse nd in the open ir. The content of mercury in the roots of plnts grown in the contminted soil ws incresed 2 3 times regrdless of the loction of plnts. The content of mercury in the leves ws incresed (1.5 2 times) only in plnts grown in open ir, which my be ssocited with the intke of mercury from the tmosphere. The increse of the mercury content in seeds of ll plnts ws lmost negligible. The most of mercury ws present s inorgnic Hg(II). Abundnce of methylmercury reched mx. 2 % of the totl mercury content nd did not exceed 2 ng g