- Research
Po telefonické či e-mailové domluvě je možno níže uvedená téma přizpůsobit potřebám školy a studenta.
Prvky vzácných zemin (REE), jejich toxicita a vliv na fyziologické parametry rostlin
Jako kovy vzácných zemin se označuje řada chemických prvků nalezených v zemské kůře, které jsou životně důležité pro mnoho moderních technologií, včetně spotřební elektroniky,
počítačů a sítí, komunikací, čisté energie, pokročilé dopravy, zdravotní péče, zlepšování životní prostředí, národní obrany, a mnoho dalších. Díky svým jedinečným magnetickým,
luminiscenčním a elektrochemickým vlastnostem pomáhají tyto prvky v mnoha technologiích snížit hmotnost, snížit emise a spotřebu energie nebo zvýšit účinnost, výkon, rychlost,
odolnost a tepelnou stabilitu a zlepšit miniaturizaci. Schválené produkty a technologie ze vzácných zemin pomáhají zajistit globální hospodářský růst, udržení vysoké životní
úrovně a dokonce i zachránit život. K dispozici je 17 prvků, které jsou považovány za prvky vzácných zemin - 15 lanthanoidů a dva další prvky (Sc a Y), které sdílejí podobné
chemické vlastnosti. REE se vyskytuji většinou v alkalických horninách, karbonatitu, pegmatitu, a ve zvětralinách a jsou často objeveny pomocí geochemické průzkumu. Mohou být
také absorbovány v jílových minerálech. Rudy vzácných zemin jsou mineralogicky a chemicky komplexní a často radioaktivní. Získávání REE je náročné, protože REE jsou koncentrovány
do více než jednoho minerálu, a každý minerál vyžaduje jinou technologii extrakce a zpracování.
Výzkumná práce bude zaměřena na následující okruhy otázek::
-
existují rostlinné druhy, které akumulují větší množství REE v nadzemní části?
-
lze příjem REE ovlivnit změnou vnějších podmínek?
-
mají REE vliv na produkci antioxidativních enzymů?
-
ovlivňují REE funkci a účinnost fotosyntézy v rostlinách?
-
mohou obsah REE v rostlině ovlivnit přídavky chelatačních látek nebo látek s antioxidační aktivitou (např. polyfenoly, polyaminy, kyselina askorbová)?
Thorium - jeho vliv na růst a
vývoj rostlin
Thorium nachází v současnosti hlavní využití
v jaderné energetice jako potenciální zdroj štěpného materiálu. Samotný
nuklid 232Th je α-zářič a nemůže se proto zapojit do spontánní štěpné
reakce. Při záchytu neutronů se však může přeměnit na 233U, který je
výborným jaderným palivem a silným zdrojem neutronů. Thorium se vyskytuje v
přírodě přibližně třikrát častěji než uran, proto je pochopitelně značně
lákavé využít jej v energetice.
Kontaminace životního prostředí radioaktivními těžkými kovy (U, Po, Rn) je v současnosti závažným problémem.
Poznatků o příjmu thoria do rostlin a ovlivnění fyziologických procesů není dosud mnoho. Předpokládáme, že rostliny
budou na přítomnost thoria v prostředí reagovat podobně jako na jiné těžké kovy, především podobně jako uran, např.
zvýšenou mírou oxidativního stresu, poklesem obsahu fotosyntetických pigmentů nebo změnou struktury kořenů.
Diplomová práce naváže na pilotní výzkum Dr. Soudka, který již potvrdil příjem thoria do rostlin u několika kultivarů
tabáku a popsal distribuci 232Th mezi kořeny, stonek a listy. Na tabáku Nicotiana glutinosa L. , který je považován
za rostlinný druh kovy tolerující, budou provedeny akumulační experimenty za účelem potvrzení tolerance také k 232Th
a porovnání akumulace a distribuce 232Th v rostlinách. Příjem kovů rostlinami z média je též ovlivněn jeho složením a
konkrétně u 232Th byla pozorována zvýšená akumulace v podmínkách se sníženou dostupností P. Cílem práce bude vyhodnotit
vliv thoria na fyziologické parametry tabáku současně s efektem různé modifikace média (deficience P, obsah aditiv zvyšujících
příjem 232Th – např. kyselina vinná, nebo přídavek polyaminů). Zaměříme na detekci oxidativního stresu pomocí měření aktivity
antioxidačních enzymů. Pro vyhodnocení fyziologického stavu rostlin pěstovaných v médiu s různými koncentracemi 232Th budou
využity vybrané parametry charakterizující fotosyntetický aparát (obsah fotosyntetických pigmentů, parametry odvozené z rychlé
fluorescenční kinetiky a indexy odvozené z odrazivosti listoví). Z předchozích výsledků vyplývá, že většina 232Th se hromadila
v kořenech, míra oxidativního stresu bude tedy vyhodnocena v kořenech a dále se zaměříme na anatomické změny kořenů. V případě
časové možnosti budou zkoumány odpovědi i jiných rostlinných druhů s předpokládaně odlišnou odpovědí vůči 232Th. Výsledky diplomové
práce přinesou některé základní poznatky o reakci rostlin na přítomnost 232Th v prostředí a pro potenciální využití rostlin pro
fytoremediaci substrátů kontaminovaných 232Th.
Jak uran působí na rostliny?
Lidská činnost je významným zdrojem
radionuklidů v životním prostředí (těžba a zpracování uranových rud, provoz
jaderných elektráren, spalování uhlí, fosfátová hnojiva, testování
nukleárních zbraní a v neposlední řadě jaderné havárie). Pro svoji toxicitu
představují radionuklidy v životním prostředí velké riziko a to i kvůli
jejich možnému šíření potravním řetězcem. Proto hledáme způsoby, jak tuto
kontaminaci co nejšetrněji z prostředí odstranit. Jedním ze šetrných způsobů
je použití fytoremediačních metod. Ty využívají různých mechanismů rostlin,
jež mění chemické složení zeminy, na které rostou. Rostliny přijímají z
okolního prostředí živiny a další látky, včetně radionuklidů, a ty pak mohou
hromadit ve svých orgánech. V podstatě lze pak rostliny použít k čištění
kontaminovaných půd, povrchových i podzemních vod a sedimentů.
Práce se bude zabývat studiem akumulace uranu hydroponicky pěstovanými
rostlinami. Bude sledováno množství akumulovaného uranu, jeho translokace v
rostlinách a vliv uranu na fyziologické a biochemické pochody v rostlinách.
Využití dřevěného uhlí pro imobilizaci těžkých kovů
Fytostabilizace je metoda využívající rostlin
k imobilizaci kontaminantů v půdě nebo podzemní vodě jejich absorpcí kořeny,
adsorpcí na povrch kořenů, nebo tvorbou nerozpustných forem v důsledku
interakce kontaminantů s rostlinnými exudáty v kořenové zóně. Zároveň
dochází k jejich imobilizaci v důsledku fyzikální stabilizace půdy. Tento
proces snižuje mobilitu kontaminantů a tak dochází k předcházení jejich
migrace do podzemních vod nebo do vzduchu. Tato metoda může být použita ke
znovuobnovení vegetativního pokryvu na lokalitách, kde původní vegetace
vyhynula v důsledku vysokého obsahu kovů v půdě. Rostlinné druhy tolerantní
k vysokým koncentracím kovů tak mohou být použity ke snížení migrace
kontaminantů větrnou erozí, posuvem exponovaných půdních povrchů, nebo
vyluhováním kontaminantů do podzemních vod. (Soudek et al., 2008) Pro
experimenty bude využito dřevěné uhlí vyrobené z různých rostlinných druhů ke zvýšení produkce energetických
plodin (např. čirok) a imobilizaci těžkých kovů (Zn, Pb a Cd) v půdách
kontaminovaných průmyslovou činností. Těžké kovy můžou být velmi toxické pro rostliny a Cd má
navíc tendenci hromadit se v nadzemních částech rostlin.
Dřevěné uhlí je pyrogenní, stabilní, a aromatický černý uhlíkatý materiál z různých biologických
materiálů, připravený suchou pyrolýzou (Bridgwater et al., 1999 Lehmann, 2007). Aplikace dřevěného
uhlí může významně snížit dostupnost stopových prvků pro rostliny (Namgay et al., 2010), zvýšit
katexovou kapacitu chudých půd (Laird et al., 2010 Liang et al., 2006 Steiner et al., 2008), a to
zejména pokud je již starší, a tím vytvořit větší množství karboxylových skupin na jejím povrchu
(Cheng et al., 2006). Adsorpční / desorpční schopnosti dřevěného uhlí nejsou plně pochopeny a
závisí na mnoha faktorech, jako je stáří dřevěného uhlí, zdroj suroviny a výrobní parametry
(Krull et al., 2009 Novak et al., 2009 Singh et al., 2010), a půdní parametry (Kolb et al., 2009).
Copyright 2024 Petr Soudek