Bioakumulacioni potencijal odabranih biljnih vrsta iz porodice Brassicaceae sa serpentinskih staništa u Srbiji

Abstract

Ultramafiti (serpentiniti) predstavljaju grupu magmatskih ili metamorfnih stena, koje se karakterišu visokim koncentracijama Mg, Fe, Ni, Cr i Co, kao i niskim koncentracijama Ca, P i K sadrže manje od 45% silicijuma (SiO2). Flora i vegetacija koje naseljavaju serpentinitske supstrate obično su značajno oskudnije i siromašnije u odnosu na okolna staništa. Mnoge biljne vrste nisu sposobne da rastu na serpentinitski staništima, zbog njihovog ekstremno niskog sadržaja esencijalnih elemenata (nitrijenata), kao i nepovoljnog odnosa Ca/Mg u zemljištu. Na osnovu sposobnosti usvajanja teških metala, biljke koje rastu na ultramafitskim zemljištima mogu se podeliti u dve grupe: tzv. „normalne“ i metal hiperakumulatorske vrste. Dok je većina serpentinitskih biljaka sposobna da raste na ovakvim zemljištima, bez usvajanja velikih koncentracija teških metala, hiperakumulatorske vrste mogu akumulirati i do 1000 mg kg-1 Ni u suvoj masi svojih nadzemnih delova (najčešće u listovima). Do danas je identifikovano oko 360 vrsta koje su hiperakumulatori nikla, od kojih najveći broj pripada porodici Brassicaceae. Daleko najveći broj hiperakumulatora zabeležen je u okviru roda Alyssum L. Osim vrsta iz ovog roda, hiperakumulatorske vrste mogu pripadati i sledećim vrstama i/ili rodovima koje naseljavaju mediteranske delove Evrope i Male Azije: Leptoplax emarginata (Boiss.) O.E. Schulz, nekoliko vrsta iz roda Bornmuellera Hausskn., dve vrste iz roda Pseudosempervivum (Boiss.) Grossh. (Cochlearia L.), jedna vrsta iz roda Aethionema, kao i značajan broj vrsta iz roda Thlaspi L. Na području Srbije je do danas utvrđeno da jedino vrsta Alyssum murale sa planine Goč ima sposobnost hiperakumulacije nikla, dok za vrste iz nekih drugih rodova kao što su Isatis, Cardamine, Rorippa, Erysimum ne postoje informacije o hiperakumulativnim potencijalima. Prema tome, bilo je neophodno sakupiti više informacija o akumulativnim kapacitetima biljaka iz porodice Brassicaceae sa serpentinitskih staništa u Srbiji, ali i proceniti njihov potencijal za fitoremedijaciju, pa su na osnovu ovih činjenica definisani ciljevi ove disertacije: 1) utvrđivanje osnovnih karakteristika staništa ispitivanih taksona, uključujući podatke o tipu vegetacije i/ili zajednice, nadmorskoj visini, nagibu terena, geološkoj podlozi i klimi; 2) utvđivanje osnovnih fizičkih (tekstura, tj. mehanički sastav) i hemijskih (pH u H2O, pH u 1 N KCl, procenat organske materije, koncentracija P2O5 i K2O) svojstava serpentinitskih zemljišta na istraživanim lokalitetima; 3) utvrđivanje koncentracije makroelemenata (Ca, Mg, Fe) i teških metala (Ni, Mn, Zn, Cu, Cr, Pb, Co, Cd) u zemljištima koja se razvijaju iznad serpentinitske podloge na više lokaliteta u Srbiji; 4) ispitivanje koncentracije makroelemenata i teških metala u podzemnim i nadzemnim delovima biljaka iz porodice Brassicaceae koje naseljavaju serpentinitska staništa u Srbiji; 5) na osnovu dobijenih rezultata, proceniti kapacitet pojedinih biljnih vrsta iz porodice Brassicaceae za toleranciju ili bioakumulaciju određenih mikroelemenata (pre svega teških metala); 6) otkriti nove nikl i/ili cink akumulatorske ili hiperakumulatorske vrste iz porodice Brassicaceae...

Ultramafics ('ultrabasic' or 'serpentine') represent magmatic or metamorphic rocks which are characterized by high concentrations of Mg, Fe, Ni, Cr and Co and low concentrations of Ca, P, and K and contain less than 45% silica (SiO2). Serpentine substrates commonly support vegetation and flora that is sparser and more stunted than that of other nearby soils. Many plant species are incapable of growing on serpentine substrates because they are extremely poor in essential nutrients and have a low Ca/Mg ratio. On the basis of heavy metal uptake, plants which grow on ultramafic soils can be divided into ‘normal’ and metal hyperaccumulators. While most serpentine plants are able to grow on these soils without excessive uptake of elements, hyperaccumulators take up more than 1000 mg kg-1 Ni and accumulate it into their leaf dry matter. To date, about 360 hyperaccumulators of Ni from ultramafic soils have been identified. They are mostly found in Brassicaceae family in temperate areas (especially Mediterranean and Turkey). By far the greatest number of nickelaccumulating species within any genus is found in Alyssum L. Besides the Alyssum species, nickel hyperaccumulation was also discovered in species that belong to other genera of the Brassicaceae family of Europe and Turkey. So far only the data about Ni accumulation in A. murale from the central Serbia was published, but there has been no information about the hyperaccumulative potential of the species from the ultramafic areas of Serbia that belong to some other genera (Isatis, Cardamine, Aethionema, Rorippa, Erysimum) of the Brassicaceae family. Hence, it is necessary to obtain more information about metal accumulation capacities of the plants from the Brassicaceae family growing on serpentine soils to evaluate their potential for phytoremediation including metal extraction (phytoextraction). Therefore, the aims of this thesis were to: 1) determine the basic habitat characteristics of the selected taxa from the Brassicaceae family, including information on the type of vegetation and/or community, altitude, slope, geological and pedological substrate and climate; 2) identify the basic physical (texture) and chemical (pH in H2O, pH in 1N KCl, percent of organic matter, contents of P2O5 and K2O) features of serpentine soil of the study sites; 3) determine the concentrations of the macro (Ca, Mg, Fe) as well as trace elements (Ni, Mn, Zn, Cu, Cr, Pb, Co, Cd) in soils that are developed over serpentinite substrates at several locations in the northwestern, western, southwestern and central Serbia; 4) examine the concentrations of the macro and trace elements in underground and aboveground parts (stems and/or leaves) of plants of the family Brassicaceae that inhabit serpentinite habitats in Serbia; 5) based on the obtained results, the assessment of the capacity of some plant species of the family Brassicaceae for tolerance and/or bioaccumulation of certain trace elements (with special attention to nickel and zinc); 6) identificationn and discovery of new potential hyperaccumulator species in the family Brassicaceae from Serbia....