4.9 59Fe adszorpciójának és felvételének mérése

Az esszenciális mikroelemek jó része a nehézfémek közé sorolható. Az esszenciális és a mérgező nehézfémek a növényi sejtekkel, szövetekkel érintkezve pillanatszerűen kötődhetnek aspecifikus és a felvétel szempontjából specifikus helyekhez. Különböző szerves vegyületekkel adott, in vitro körülmények között mért komplexek stabilitási állandójából nagyjából következtetni lehet kötődésük "sorrendjére" (élő rendszerben is), vagy legalább arra, hogy a nehézfémek közül melyek azok, amelyek ionos és kötött formában fordulhatnak elő. Érdekesek ebből a szempontból azok az adatok is, amelyek egyes nehézfémeknek a természetben előforduló molekulákkal való kapcsolatukról rendelkezésünkre állnak (pl. aminosavak és szerves savak nehézfémekkel képzett komplexei és a komplexek stabilitásának pH-függése).

Az esszenciális és a mérgező nehézfémek viselkedésének ismerete nemcsak elméleti, hanem gyakorlati szempontból is egyre fontosabbá válik, elsősorban környezetszennyezési problémák miatt. Meg kell említenünk azt a tényt, hogy a tápláléklánc szempontjából lényegtelen, hogy passzívan kötött, vagy az anyagcserétől függő folyamat segítségével felvett nehézfémről van szó, mivel mindkettő az élelmiszerekbe jut.

Az adszorbeált és a sejtekbe felvett vas mennyiségének meghatározása

Bienfait és mtsai (1985) kidolgoztak egy módszert, amelynek segítségével a plazmalemmán kívül maradt vas mennyisége meghatározható. A módszer lényege az, hogy az adszorbeálódott Fe(III) Na2S2O4-tal nitrogén-atmoszférában Fe(II)-vé redukálódik, és az oldatban jelen lévő bipiridillel stabil komplexet képez, ami a gyökéren már csak nagyon kis mértékben kötődik. Bizonyították, hogy a kezelés 10 perce alatt a redukció megtörténik, de a plazmalemma szemipermeabilitása megmarad, azaz a gyökérből K-efflux nem mérhető.

Eszközök: olló, csipeszek, üveg bot, Nuts-tölcsér és palack, nagypórusú szűrőpapír, táramérleg, rázógép, 200 és 50 cm3-es Erlenmeyer lombikok, NaI-os γ-szcintillációs számláló, kémcsövek, kémcsőtartók, automata pipetták, vatta.

Anyagok: uborka csíranövények, 59Fe izotóp, törzsoldatok tápoldathoz és felvételi oldathoz, 5x10-4 M CaSO4, 0,5 mM Ca(NO3)2, 2,2' -bipiridil, Na2S2O4, N2-gáz.

Módszer: ¼-es Hoagland tápoldaton nevelt uborka növényeket használjunk. A növényeket a kísérlet megkezdése előtt 60 percig 5x10-4 mol dm-3 koncentrációjú CaSO4-oldatban rázatjuk, hogy a gyökerek felületén lévő ionokat lemossuk. Közben 0.5 mM-os Ca(NO3)2-ban oldott 1.5 mM-os bipiridil oldatot készítünk és ebből a gyökér mennyiségének megfelelő térfogatot 50 cm3 -es Erlenmeyer-lombikokba szétmérünk (1 g gyökér, 19 cm3 oldat).

A növényeket a lemosás után az előre elkészített, 59Fe-vel jelölt, a mosófolyadékkal megegyező CaSO4-ot tartalmazó oldatokba helyezzük, de előzőleg Nuts-tölcsér fölött eltávolítjuk a nevelésükhöz használt felső Nitrocell-karikát. Az 59Fe-t tartalmazó oldatban, amelyet tetszés szerinti Fe-komplex vagy anorganikus vas formájában adtuk az oldathoz, a növényeket 6 percig rázatjuk. Ezt követően 30 percig mossuk a növényeket inaktív, CaSO4-ot tartalmazó oldatban.

Mosás előtt az alsó Nitrocell-karikát eltávolítjuk. (Ez a karika radioaktív, tehát az izotóp hulladéktárolóba kerül.) A gyökerek mosása után (ismét Nuts-tölcsér fölött) a nevelő háló alatt a növények gyökerét levágjuk, és közelítőleg kétfelé osztjuk. Az egyik felét megmérjük, és lemérés után kémcsőbe tömjük. A másik felét bipiridiles oldatba helyezzük. Ezt megelőzően 5-10 perccel a bipiridilt tartalmazó oldatokat vattával lezárt lombikokban N2-vel kezdjük buborékoltatni. A Na2S2O4-ot ugyancsak N2-atmoszférában tartott oldatban közvetlenül a gyökerek kezelése előtt oldjuk fel. Végkoncentrációja 12 mmol dm-3. A ditionitot tartalmazó oldatból a gyökér betételével egyidőben 1 cm3-t mérünk, és a lombikot vattával zárjuk. 10 perc elteltével a gyökereket az oldatból csipesszel kivesszük, és Nuts-tölcséren a felesleges oldatot leszívatjuk, majd tömegét lemérjük és kémcsőbe tömjük. A ditionitot tartalmazó oldatból 5 cm3-t mérünk kémcsőbe. A gyökerekre 4 cm3 vizet rétegezünk, és valamennyi mintának az aktivitását mérjük az 59Fe γ-sugárzása alapján.

Az adszorbeált és a felvett vas kiszámításához szükség van a radioaktív oldat aktivitásának és koncentrációjának ismeretére. A bemért vas koncentrációját ismerjük (10-5 mol dm-3), a beütésszámát pedig az oldatok szétöntése után, de a gyökerek behelyezése előtt kivett 5-5 cm3-es minták aktivitásának méréséből határozzuk meg. Fel kell tételeznünk, hogy a növény az inaktív és az aktív vas atomokat nem különbözteti meg, és így egyenes arányosság van az oldat, a gyökér aktivitása és az oldat koncentrációja, valamint a gyökérben található vas mennyisége és koncentrációja között.

4.9.1 Feladatok

1. Hasonlítsuk össze a különböző N-formákon (NO3-, karbamid, NH4+) nevelt növények 59FeEDTA-adszorpcióját és felvételét!

2. Hasonlítsuk össze a levágott gyökerek és az intakt növények viselkedését!

3. Figyeljük meg a 59FeEDTA, a 59Fe-citrát és a 59FeCl3 adszorpciója és felvétele közötti különbséget!

4. Mérjük meg a vastartalmú tápoldaton és a vashiányos tápoldaton nőtt növények vas-adszorpciója és felvétele közötti különbséget! Hasonlítsuk össze azokkal a vashiányos tápoldaton nőtt növényekkel, amelyeket a radioaktív jelölés előtt 1 óráig inaktív vasat tartalmazó oldatban kezeltünk!

Értékelés: Számítsuk ki a felületen adszorbeált és a ténylegesen felvett vas mennyiségét! Adjuk meg a hozam (nmol vas/növényi rész) és a koncentráció-értékeket (nmol vas g-1 friss tömeg)! A kapott értékek alapján magyarázzuk meg az egyes kezelések közötti különbségeket!