石炭飛灰堆積地におけるL. Sownのヒ素誘発ストレスに対するファイトレメディエーションの可能性、光合成および抗酸化反応

Phytoremediation Potential, Photosynthetic and Antioxidant Response to Arsenic-Induced Stress of L. Sown on Fly Ash Deposits.

• Gordana Gajić
• Lola Djurdjević
• Olga Kostić
• Snežana Jarić
• Branka Stevanović
• Miroslava Mitrović
• Pavle Pavlović

抄録

石炭飛灰に含まれるヒ素（As）は、土壌や地下水に放出され、地球規模で環境と健康に脅威を与えている。この環境問題を克服するためには、汚染された土地を「グリーン」に浄化するファイトレメディエーションが急務となっている。本研究では、フライアッシュと植物中のAs濃度、フライアッシュ堆積物上に播種した植物の光合成活性、およびAsストレスに対する酸化的・抗酸化的反応の評価に焦点を当てた。現地調査は、火力発電所「ニコラ・テスラ」（Obrenovac）（TENT-A、セルビア）と対照地のフライアッシュ堆積物を対象に実施した。フライアッシュは、アルカリ性のpH反応、少量の有機物、多量の利用可能なリン酸塩、総量と利用可能なAs濃度を特徴とする。本研究の結果から、リン酸塩の施用は、Asの毒性、取り込み、根-シュート輸送を改善することができることが示された。さらに、葉よりも根に多くのAsを保持するため、良好なAs植物安定化剤とみなすことができる。葉の過剰なAsは光合成効率(Fv/Fm)やクロロフィル、カロテノイド、アントシアニンの濃度を低下させるが、マロンジアルデヒド(MDA)の高含量はフェノール類やアスコルビン酸の生合成のシグナルとなり、細胞の酸化還元恒常性と光化学系II(PSII)の光化学の回復をもたらす。根では、高濃度のAsの下での低酸化ストレスは、強烈な抗酸化生合成に関連しています。以上のことから、本研究の結果は、Asストレスに対する高い適応性を示している。これらの知見は、生理学的・代謝学的ツールが、フライアッシュのフィトマネジメントや生態系サービスを提供し、世界中のアスに汚染された場所の持続可能なフィトレメディエーションを提供する「リアルフィールド」のシナリオの前進として利用できることを示唆していると考えられる。

Arsenic (As) from coal fly ash can be released into soil/groundwater, presenting a global threat to the environment and human health. To overcome this environmental problem, phytoremediation represents an urgent need, providing 'green' cleanup of contaminated lands. The present study focused on As concentrations in fly ash and plants, evaluation of phytoremediation potential of sown on fly ash deposits together with its photosynthetic activity, and oxidative and antioxidative response to As stress. Field research was carried out on fly ash deposits at the thermal power plant "Nikola Tesla", Obrenovac (TENT-A, Serbia) and the control site. Fly ash is characterized by alkaline pH reactions, small amounts of organic matter, a large amount of available phosphate, and total and available As concentrations. Results in this study indicate that phosphate application can ameliorate As toxicity, uptake and root-shoot transport. Furthermore, can be considered as good As phytostabilizator, because it retains more As in roots than in leaves. Excess As in leaves decreases photosynthetic efficiency (Fv/Fm) and concentrations of chlorophylls, carotenoids, and anthocyanins, whereas high content of malondialdehyde (MDA) can be a signal for biosynthesis phenolics and ascorbic acid, providing cellular redox homeostasis and recovery of photosystem II (PSII) photochemistry. In the roots, low oxidative stress under high concentrations of As is related to intense antioxidant biosynthesis. Taken together, the results in this study indicate a high adaptive potential of to As stress. These findings may suggest that physiological and metabolic tools can be used as a way forward in the 'real field' scenario, phytomanagement of fly ash and ecosystem services providing sustainable phytoremediation of As-contaminated sites around the globe.