bioremed 2 lagiii

Peran Remediators Tanaman untuk Bioremediasi Organik
Pestisida
Kimia Kelas: karbamat, thiocarbamates, dipyridyls, triazines, phenoxyacetates, kumarin, nitrophenols, pyrazoles, insektisida Pyrethroids, dan senyawa organik yang mengandung klorin, fosfor, timah, merkuri, arsenik, tembaga, dll
Kelompok Aksi: - Acaricides, - Algicides, Bactericides atau biocides, - Defoliants, - Fumigan, - Fungisida, - Herbisida, - Insektisida, dll

Dioxin

- Sumber: pabrik kimia, industri kertas, inceration sampah, pengolahan air
- Properties: hambatan yang tinggi, lambat biodegradasi
- Tanah jamur mikroskopis dan aktinomycetes, peka terhadap efek dioxin, --- bioindicators

Degradation by Sphingomonas sp. (Aerob)
Poliklorinasi bifenil (PCB)





Ketahanan api tinggi,
- Gunakan: anti-flash aditif dalam elektronik, peralatan pencetakan, kapasitor trafo, bahan kemasan, dan sebagai plastisizer dalam plastik, dan sebagai komponen thermoformer cair minyak banyak teknis
- Tinggi kimia stabilitas dan lipophilicity
Polisiklik aromatik hidrokarbon (PAH)
- Larut dalam air, memiliki titik didih yang tinggi dan sulit untuk menguraikan
- Komponen dari gas buang mesin, pembakaran produk cookingstoves atau ruang tungku pemanas, makanan merokok, tembakau dan Banyaknya produk-produk alami dan antropogenik lainnya.
Ftalat
- Ester dari asam ftalat, sebagai pelunak dalam produksi polivinil klorida dan bahan polimer lainnya.
-Kehilangan produksi, slow release dari plastik
-Ditemukan di air, udara, dan tanah
- Teradsorpsi ke bahan organik dalam tanah, leadingto akumulasi mereka di tempat penampungan air terutama pada sedimen.
Surfactant

2,4,6-Trinitrotoluena (TNT)







• Suatu senyawa peledak dan menengah dalam produksi bahan pewarna dan fotografi
• Adsorpsi partikel kuat ke tanah
• Akumulasi terutama dalam hati, ginjal, paru-paru dan jaringan lemak, merangsang penyakit kronis
• Mikroorganisme menurunkan TNT:
- Penghapusan nitrogen dalam bentuk nitrit dan pengurangan lebih lanjut
nitrit menjadi ammonium dalam kondisi aerobik.
- Pengurangan kelompok nitro oleh nitroreductase dalam kondisi anaerobik
dan metabolization lebih lanjut aerobik turunan amino.
• Phanerochaete chrysosporium dan beberapa jenis lainnya jamur basidial sepenuhnya mineral TNT.

nitroreductase
• Enzim, yang mengurangi kelompok TNT nitro, aktif dalam ganggang lainnya juga, di pakis, dan dalam beberapa monokotil dan tumbuhan dikotil, misalnya, sp poplar (Populus) pohon.

Alkana dan alkena diklorinasi

• Tetrachloromethane (CCl4), diklorometana (CH2Cl2), kloroform (CHCl3), dikloroetan (CH2Cl-CH2Cl), vinil klorida (CH2 = CHCl), trichlorethylene (CCl2 = CHCl), tetrakloroetilena (CCl2 = CCl2), dll
• Tinggi volatilitas, kelarutan, dan mobilitas
• Toksisitas tinggi
• Trichloroethylene (TCE) - menghilangkan lemak dari industri logam, menyebar di lingkungan padat ---- limbah dan kotoran
Terdegradasi oleh beberapa tanaman poplar, Populus sp., Shorgum, dll

Benzene dan homolog
1 lebih dari 90% dari benzena yang dihasilkan adalah yang berkaitan dengan industri petrokimia, sisanya dengan industri batubara dan gas alam
2 bahan baku, pelarut atau aditif
3 karsinogenik zat yang menyebabkan leukemia

Sumber kontaminasi benzena:
1. Emisi dari distilasi tar batubara dan pabrik pengolahan batu bara.
2. Industri emisi mana benzena adalah produk akhir atau awal reagen
dalam sintesis organik.
3. Emisi dari pembakaran minyak dan bahan bakar fosil.
4. Kebocoran dari tangki bahan bakar bawah tanah.

Migrasi dari kontaminan ke dalam sistem ekologi yang berbeda

Sirkulasi toxicants di ekosfer











Serapan, translokasi dan dampak kontaminan pada tanaman
Fisiologis aspek penyerapan dan translokasi kontaminan pada tanaman
1.Penyerapan kontaminan lingkungan dengan daun
2. Penyerapan kontaminan lingkungan dengan daun
- kutikula sebagian besar terdiri dari lilin (cutin), yang merupakan campuran kompleks alkana rantai
panjang, alkohol, keton, ester dan asam karboksilat.
- Lingkungan pencemar teradsorpsi pada permukaan daun lipofilik lilin menumpuk dalam kutikula ke tingkat yang besar dan secara bertahap menembus ke dalam sistem sel daun
- Kemungkinan jalur dari penetrasi kontaminan organik lipofilik dalam daun, hidrokarbon oleh. hypostomatic daun (dengan hanya stomata pada permukaan daun bawah)
3. Penetrasi ke dalam akar kontaminan

Suhu
Massa molekul
pH
Kelembaban tanah
Tanah organik
Transpirasi dan metabolisme

4. Penetrasi ke dalam akar kontaminan
Faktor-faktor yang mengendalikan penyerapan oleh akar tergantung pada pH:
- Mobilitas molekul kontaminan dalam tanah.
- Derajat disosiasi molekul ionogenic.
- Permeabilitas jaringan akar menyerap -
5. Translokasi dari kontaminan lingkungan di tanaman
a. Transpirasi: transport air dan zat terlarut dari akar ke tunas, melewati kapal dan tracheids dalam xilem tersebut.
perbedaan besar antara potensi air dari udara atmosfer (Ψw ~ -900 atm pada kelembaban 50%) dan tanah (Ψw biasanya mendekati nol).

Arah aliran transpirasi dalam
tanaman.






b. Mengasimilasi transport: transport asimilasi dan terlarut zat dari daun ke bagian tanaman di bawah ini (kapak tunas, akar) dan di atas (puncak pucuk, buah) daun, melewati tabung saringan dalam floem tersebut.
Laju asimilasi dari kontaminan tercemar tanah:





KETERANGAN ; U adalah tingkat asimilasi kontaminan (mg / hari);
T laju transpirasi tanaman, (l / hari);
C konsentrasi kontaminan dalam fase air tanah (mg / l);
TSCF faktor transpirasi sungai konsentrasi,menunjukkan rasio antara konsentrasi kontaminan organic dalam cairan dari aliran transpirasi dan konsentrasi di lingkungan




Kow, koefisien partisi antara oktanol dan air.

Log Kow> 3,5 baik teradsorpsi pada permukaan butiran tanah atau akar tanaman dan tidak menembus ke bagian tanaman. Contoh dari kontaminan lingkungan seperti itu 1,2,4-trichlorobenzene, 1,2,3,4,5 - pentaklorofenol, PAH, PCB, dioxin, dll
Cukup hidrofobik kontaminan dengan Kow log antara 1 dan 3,5 (fenol, nitrobensen, benzena, toluena, TCE, atrazine, dll) terserap dalam jumlah besar dan lebih mudah menembus ke dalam pabrik.
kontaminan Hidrofilik dengan anilina logKow <1 (, hexahydro-1 ,3,5-trinitro-1 ,3,5-Triazine (yang RDX ledakan), dll) sedikit terserap dan tidak intensif diasimilasi oleh tanaman

Jalur penetrasi dan translokasi senyawa beracun pada tumbuhan.
















Produk transformasi hidrokarbon berasimilasi diawali dengan daun, bergerak sepanjang batang dengan akar
Translokasi atom radioaktif [benzena] 1-6-14C, diserap oleh daun maple (Acer campestre). Radioaktivitas spesifik benzena, 5,5 μCi / mg, konsentrasi di udara, 2 mg / ml, suhu, 21 oC; lama pemaparan, 96 jam; dalam gelap
Hidrokarbon diserap dan diubah oleh akar diangkut ke daun
Translokasi atom radioaktif [] 1-6-14C benzena diserapoleh akar teh (Thea sinensis). Radioaktivitas spesifik benzena,2,5 μCi / mg; jenuh larutan dalam air; suhu, 20-30 oC; durasi pemaparan 72 jam; dalam gelap
Tindakan dari kontaminan lingkungan pada tanaman sel
Perubahan sel ultrastruktur
• Penilaian penyimpangan dalam sel ultrastructural organisasi di bawah aksi xenobiotics (polusi lingkungan) memungkinkan dosis beracun yang akan ditentukan dan berfungsi sebagai salah satu indikator untuk evaluasi potensi detoksifikasi setiap spesies tanaman
• Penetrasi dan gerakan kontaminan
Studi penetrasi xenobiotics 14C-label ke dalam sel menunjukkan bahwa senyawa berlabel pada tahap awal dari pemaparan (min 5-10) yang terdeteksi di dalam selaput sel, dalam inti dan Nukleolus (dalam jumlah kecil), dan, jarang, dalam sitoplasma dan mitokondria.
• Ultrastructural perubahan
- Awalnya, perubahan dalam konfigurasi dari inti menjadi terlihat. mitokondria dengan krista
bengkak dan matriks dikemas ditemukan, dan plastida yang electrondense dan diperbesar
- tindakan berkepanjangan kontaminan menyebabkan pelebaran cisternae dari retikulum endoplasma dan aparatus Golgi, dan vacuolization dari sitoplasma.
Inti memperoleh bentuk menyimpang karena perkembangan banyak tonjolan membran nuklir.
- Eksposur yang lebih lama untuk kontaminan lingkungan menyebabkan kerusakan extensiv dari sel dan kematian tanaman.

Ultrastructural perubahan

Demonstrasi Ultrastructural perubahan struktur-fungsi diarahkan untuk detoksifikasi xenobiotic
Cytochemical investigasi menunjukkan bahwa paparan bibit jagungsampai 0,22 mM benzidine selama 24 jam disebabkan penghambatan Ca2 +-ATPase dan peningkatan konsentrasi kalsium bebas dalam sitoplasma yang dihasilkan dari pelepasan kalsium dari sistem membran. Data ini menunjukkan bahwa perubahan ultrastructural disebabkan oleh gangguan homeostasis kalsium sel, mengakibatkan deregulasi proses Ca2 +-dependentmetabolic. Peningkatan dalam biosintesis protein dapat dijelaskan oleh induksi enzim intraselular berpartisipasi dalam detoksifikasi dari kontaminan 'dan pasokan dari jumlah protein berkurang selama proses konjugasi. Histokimia dan analisis biokimia menunjukkan bahwa induksi berbarengan penting untuk enzim detoksifikasi (peroxidases, sitokrom P450 yang mengandung monooxygenases dan phenoloxidases) berlangsung.
• toxicants Organik yang mengalami transformasi oksidatif dan reduktif sering menimbulkan beberapa kontak antara organel (mitokondria, retikulum endoplasma, dan plastida) dilengkapi dengan redoks (transfer elektron) rantai untuk transpor elektron pada membran.
Perubahan aktivitas enzim metabolisme biasa
Proses biokimia atas proses detoksifikasi pada tanaman yang tidak diselidiki dengan baik.
• Kegiatan enzim berpartisipasi dalam berbagai proses selular biasa juga dipengaruhi oleh xenobiotics yang telah memasuki sel. Misalnya, di hambat alfalfa kegiatan glutamin sintetase (hingga 50%), suatu stimulasi simultan aktivitas glutamat dehidrogenase (40%) terjadi sebagai akibat dari eksposur phosphinotricine.

Transformasi kontaminan lingkungan di Tanaman
Tanaman dapat mengaktifkan satu set tertentu biokimia dan proses fisiologis untuk menolak tindakan beracun dari kontaminan lingkungan:
1. Ekskresi.
2. Konjugasi dari kontaminan lingkungan dengan senyawa intraseluler dan compartmentation konjugasi lebih lanjut.
3. Degradasi kontaminan lingkungan untuk metabolit sel biasa, dan akhirnya menjadi karbon dioksida.
Jalur utama dari transformasi kontaminan organik dalam sel tanaman disajikan sesuai dengan "hati hijau Sandermann's" model




fungsionalisasi → konjugasi → compartmentation, diilustrasikan oleh perwakilan degradasi pestisida organoklorin.

Kotoran
Polutan Lingkungan diserap oleh akar diekskresikan melalui daun dan sebaliknya, yaitu Xenobiotics diserap oleh daun diekskresikan melalui akar. Salah satu kemungkinan mekanisme ekskresi xenobiotics dari akar adalah ekskresi mereka bersama-sama dengan lendir. Root ekskresi terutama karakteristik untuk asam phenoxyacetic (2,4-D, 2,4,5-T, dll), dicamba, picloram dan herbisida sistemik lainnya. Sistem akar juga excretes senyawa beracun yang diserap oleh akar atau oleh batang. Misalnya, bibit kapas mengekskresikan mundur melalui akar sekitar 25-30% dari bioxone herbisida, yang diserap oleh akar dari herbisida yang mengandung larutan hara. Polutan Lingkungan diserap oleh akar juga dapat dikeluarkan melalui daun, meskipun ekskresi ini jarang terjadi dibandingkan dengan root ekskresi.
Contoh yang baik adalah ekskresi fenol oleh daun bulrush (Scirpus
lacustris L.) tanaman terus solusi fenoL
Transformasi
Konjugasi dengan senyawa endogen
• Karbohidrat
Xenobiotics dengan hidroksil, karboksil amine,, atau kelompok fungsional lainnya sebagai bagian dari molekul konstituen mereka, secara langsung mengalami glikosilasi.
• Asam Amino
Konjugasi dengan asam amino adalah reaksi luas dari kelompok karboksil dari xenobiotics pada tanaman.
• Peptida, protein, lignin dan hemiselulosa
Konjugasi dari xenobiotics dengan tripeptide itu - glutathione tereduksi (GSH) (γ-Glu-Cys-Gly).
Konjugasi 3-kloroanilin dengan alkohol coniferyl
Konjugasi dari metabolit TNT dengan hemiselulosa

Degradasi
Partial dekomposisi dari kerangka karbon molekul beracun untuk metabolit sel biasa, atau untuk mineralisasi partisipasi CO2 dan selanjutnya atom karbon dalam siklus alam karakteristik (pabrik proses sel)

Pembelahan hidrolisis
Hydroxylation
Pengenalan kelompok hidroksil menjadi molekul xenobiotic meningkatkan hidrofilisitas polarityand nya. Dalam sejumlah kasus, hidroksilasi adalah reaksi detoksifikasi utama, diikuti dengan oksidasi mendalam dan konjugasi
Reduksi
kelompok yang mengandung kontaminan organik nitro (biasanya bahan peledak seperti TNT, RDX, HMX, dll) yang ditransformasikan melalui pengurangan
Deep oksidasi
• transformasi Perdana xenobiotics, akumulasi dalam vakuola dan apoplast, diikuti dengan oksidasi jauh di dalam sel tumbuhan.
Enzim mengubah kontaminan organic
• Reaksi yang terjadi selama proses detoksifikasi ketiga (fungsionalisasi, konjugasi dan compartmentation) adalah alam enzimatik
• Berikut enzim langsung participatein modifikasi awal kontaminan organik:
- Oksidase (monooxygenases cyt P450, peroxidsases, catalases, dll)
- Reduktase (nitroreductases)
- Dehalogenase
- Esterase