Effekter af planters indholdsstoffer i miljøet

Transkript

1 Effekter af planters indholdsstoffer i miljøet Karina Knudsmark Jessing ([email protected]) Postdoc Institut for Plante- og Miljøvidenskab, Sektion for Miljøkemi og Fysik

2 Planter producerer bioaktive stoffer Mange forskellige strukturer Raps Glucosinolater Hvidkløver Cyanogene glucosider Artemisia annua Artemisinin HO CH 3 O CH 3 Ørnebregner Ptaquilosid H 3 C Glucose Dias 2

3 Stoffernes vej til miljøet Fordampning Frigivelse til jord (døde blade, regn) Sorption, nedbrydning Udskillelse fra rod Udvaskning Dias 3

4 Hvorfor er dette relevant? Produceret i store mængder Meget giftige, akut toksicitet LD 50 på mg kg -1 Produceret på åbent land spredning Nye udfordringer med biomedicin planter og GM planter der koder for naturlige pesticider Dias 4

5 Glucosinolater Glucosinolater (GSL) hydrolyseres til giftige isothiocyanater (ITC) under tilstedeværelse af glucosidase enzymer: R S C D-glucose NOSO 3 R SH C NOSO 3 + Glucose Unstable intermediate product R R N C C N S R S C N Isothiocyanater (ITC) nitriler thiocyanater Dias 5

6 ITC (µmol L-1) Institut for Plante- og Miljøvidenskab (PLEN) Glucosinolater skæbne i miljøet Nedbrydning over-jord Udvaskningsstudie T½: få timer Gimsing, Strobel & Hansen, 2009, ET&C, 28, pp Dias 6 Time (h) Udvaskning fra både sand og lerjord Koncentrationer på niveau med LD50 for mest følsomme organismer

7 Number of juvenile Institut for Plante- og Miljøvidenskab (PLEN) Glucosinolater - effekter Toksicitets tests med springhaler (Folsomia fimetaria) i jord spiket med benzyl-gsl eller benzyl-itc. Tælling af springhaler efter 21 dages eksponering JUVENILE ITC GSL Benzyl-ITC meget giftig: - ingen overlevende og ingen reproduktion efter 21 dage ved konc >336 nmol g ITC/GSL concentration (nmol g -1 soil) sammenlignelig med giftigheden af insekticider som f.eks. pyrethroider. Jensen et al, 2010, ET&C, 29, pp Dias 7

8 Cyanogene glucosider Som for glucosinolater er det metabolitten der er giftig Nedbrydning sandjord Korte T½ Udvaskning af CG og cyanider Kun korttidseffekter Dias 8

9 Ptaquliosid (PTA) i miljøet Bregner producerer 1-5 kg/ha Jordindhold op til 10 mg/kg Stabilt under jordforhold Lav sorption Kræftfremkaldende Koncentrationer i grundvand: - højeste koncentration 90 ng/l (Juni) - 25 % over estimeret grænseværdi på 20 ng/l > 80 % indeholdt enten PTA eller PTB Overfladevand: 1 µg/l Jensen et al 2008, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56, pp Dias 9

10 PTA eksponering -mennesker Dias 10

11 Biomedicin: Artemisia annua (Kinesisk malurt) Institut for Plante- og Miljøvidenskab (PLEN) Mest anvendte malariamedicin Potentiel kræftmedicin Potentiel gavnlig i husdyrfoder ~ ha på verdensplan 7-90 kg artemisinin pr ha Dias 11

12 Artemisinin i jordmiljøet Frigivet til jord, døde blade I to tilfælde kunne artemisinin måles året efter dyrkning af A. annua Lokation Målt konc. µg/kg Danmark <440 (11000) Kenya <2000 WV, US <430 Italien <350 Jessing et al, 2009, ET&C, 28, Jessing et al, 2011, J.Agri.Food.,Chem., 59, pp Dias 12

13 Artemisinin nedbrydning T½: få dage Jessing et al, 2009, ET&C, 28, Dias 13

14 Artemisinin Spredning i miljøet 20 m Artemisinin g kg -1 soil, DW Hvedemark A. annua Distance from A. annua plantation, m 0 Herrmann et al, 2013, Soil Biology and Biochemistry, 57, pp Dias cm Drænrør

15 Artemisinin effekter på insekter i miljøet Reportede effekter på insekter * : Dødelig Hæmning af reproduktion Hæmning af fødeindtag Forstyrrer udvikling Ingen effekt på daphniaer i vand, nematoder og springhaler i jord Regnorm udgik jord med artemisinin i, EC 10 : 5 mg/kg Plantekongres August januar 2014 Dias 15 * Maggi et al 2005, J.Chem.Ecol; Shekari et al 2008, Pestic.Biochem.Physiol.

16 Artemisinin mikrobielle effekter i miljøet Kontrolmark: A. annua mark: Højere aktivitet +Artemisinin reduktion i CFU 51% lavere CFU +Artemisinin ingen reduktion i CFU Herrmann et al, 2013, Soil Biology and Biochemistry, 57, pp Dias 16

17 Artemisinin effekter på planter Byg og rug er følsomme Salat EC50: 2.5 mg/kg Andemad og alge EC50: ~0.2 mg/l Jessing et al, 2009, ET&C, 28, µM artemisinin hæmmer spiring af bønner 100% ligesom10 µm glyphosat og 2,4-D Dias 17 Chen et al 1991 Thanks to Francesco Grassi, Agricultural Research Council Research Unit for Cropping Systems in Dry Environments, Bari, Italy

18 Effekter af Planters indholdsstoffer - konklusioner Overføres til miljøet og spredes Hurtig nedbrydning i jord Risiko for udvaskning Kontinuert frigivelse over vækstsæsonen lav-dosis påvirkning af organismer over lang tid Bredt spektrum af effekter Effektniveauer sammenlignelige med pesticiders Ingen lovgivning på området Mere viden udnyttelse i landbruget? Dias 18