Zastosowanie bioindykatora do badania degradacji herbicydu fosforoorganicznego przez mikroorganizmy glebowe

Bioindykatory- wskaźnikowe organizmy, biowskaźniki, gatunki o wąskiej, ściśle określonej amplitudzie ekologicznej — wymaganiach siedliskowych, często także biocenotycznych; pozwalają na precyzyjne scharakteryzowanie cech siedliska i środowiska, określenie stopnia jego zanieczyszczenia.

Herbicydy- środki chwastobójcze, substancje chemiczne stosowane do selektywnego lub całkowitego niszczenia roślin występujących tam, gdzie są niepożądane lub hamowania rozwoju roślin. Powinny się charakteryzować brakiem akumulacji, hydrofilowością (liofilowe akumulują się w organizmach żywych) i szybką biodegradacją.

Glifosat- N-fosfonometyloglicyna

- aktualnie najczęściej używany herbicyd, składnik ponad 90 preparatów herbicydowych (obecny m.in. w preparacie Roundup), coraz częściej stosowany

- właściwości chwastobójcze znane od 1971r., oddziaływuje na rośliny dwuliścienne i trawy

- związek fosforoorganiczny → fosfonian,

• obecność bezpośredniego wiązania kowalencyjnego pomiędzy atomem fosforu grupy fosforanowej, a atomem węgla pozostałej części cząsteczki

• w przeciwieństwie do powszechnych estrów kwasu fosforowego (gdzie grupa PO₃^2- łączy się ze szkieletem węglowym poprzez atom tlenu) gwarantuje większą stabilność chemiczną i wiązanie nie jest docelowym miejscem działania (powszechnych w środowisku) hydrolaz

Aminofosfoniany- cenna grupa w związków, rosnący potencjał. Fosfonowe analogi aminokwasów -struktur naturalnie występujących w organizmach. Naśladując wewnątrzustrojowe intermediaty są transportowane do komórek, gdzie ingerują w metabolizm, dlatego mogą być stosowane jako herbicydy.

Drogi działania glifosatu

1) pobierany przez zielone części roślin i transportowany do podziemnych

• hamowanie enzymu- syntaza EPSP (5-enolopirogronoszikimo-3fosforanu)

→ zatrzymanie syntezy aminokwasów aromatycznych (a przez to także rozwoju chwastów. Fenyloalanina, tyrozyna czy tryptofan są składnikami barwników flawonoidów i antocyjanin roślinnych. Bez nich roślina nie może się rozwijać)

2) indukcja zamykania aparatów szparkowych rośliny

• zahamowanie fotosyntezy → brak dostępności tkanek do wody i ich wysuszanie

Degradacja glifosatu przez mikroorganizmy

Wiele niejasności i sporów odnośnie toksyczności działania preparatu Roundup i innych pestycydów. Zapobieganie ich akumulacji → poszukiwanie wydajnych metod degradacji i usuwania ze środ. naturalnego → nadzieją są mikroorganizmy * herbicydy jako związki organiczne mogą stanowić źródło węgla, energii i niezbędnych pierwiastków dla drobnoustrojów * degradują glifosat do glicyny i aminometanofosfonianu

Metabolizm większości drobnoustrojów nie jest nastawiony na rozkładanie pestycydów → w naturalnych warunkach, jeśli proces przebiega to bardzo powoli → pestycydy są subst. toksycznymi: ingerencja w procesy fizjologiczne komórek *negatywna *stymulowanie do kolejnych adaptacji (nowe ścieżki wykorzyst. enzymów)

Kometabolizm- różne grupy mikroorganizmów działając niezależnie od siebie a przy tym nie docelowo na ksenobiotyk (ich produkty metabolizmu reagują z ksenobiotykiem „przy okazji”) powodują jego modyfikacje i umożliwiają poddanie dalszym przemianom. Takie zmienione i przekształcone do mniej toksycznych form cząsteczki łatwiej ulegają rozpadowi i często są zużywane jako substraty dla innej grupy drobnoustrojów.