Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 1 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Φυτοδιαχείριση (phytomanagement) χειρισμός του οικοσυστήματος φυτού – εδάφους.

Παρουσίαση με θέμα: "Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 1 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Φυτοδιαχείριση (phytomanagement) χειρισμός του οικοσυστήματος φυτού – εδάφους."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 1 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Φυτοδιαχείριση (phytomanagement) χειρισμός του οικοσυστήματος φυτού – εδάφους για τροποποίηση των ροών των ιχνοστοιχείων στο περιβάλλον ενσωματώνει όλες τις βιολογικές, χημικές & φυσικές τεχνολογίες που μπορούν να εφαρμοστούν σε ένα πεδίο με φυτοκάλυψη χρήση της βλάστησης σε συνδυασμό με άλλες τεχνολογίες

2 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 2 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Στόχοι Η αποκατάσταση των ρυπασμένων εδαφών phytoremediation - φυτοεξυγίανση Η αύξηση των συγκεντρώσεων μικροθρεπτικών στα φαγώσιμα φυτικά μέρη Biofortification - βιοενίσχυση Η ανάκτηση πολύτιμων μετάλλων phytomining - φυτοεξόρυξη

3 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 3 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Επιτυχημένη φυτοδιαχείριση μειωμένο κόστος σε σχέση με άλλες τεχνολογίες εξυγίανσης και ενίσχυσης κερδοφόρες διαδικασίες παραγωγής βιομάζας / νέων προϊόντων παραγωγή βιοενέργειας παραγωγή ξυλείας σε ρυπασμένη γη Η εφαρμογή δεν μειώνει την παραγωγή τροφίμων

4 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 4 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Τροποποίηση των ροών των ιχνοστοιχείων με φυτοσταθεροποίηση (phytostabilization) ακινητοποίηση των ιχνοστοιχείων στο έδαφος - δεν απομακρύνονται με έκπλυση - δεν εισέρχονται στο ριζικό σύστημα με φυτοκινητοποίηση (phytomobilization) το φυτό προσλαμβάνει τα ιχνοστοιχεία και τα μεταφέρει στο υπέργειο

5 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 5 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση φυτοκινητοποίηση φυτοπτητικοποίηση (phytovolatilization) μετατροπή του μετάλλου σε πτητική μορφή και απομάκρυνση από το υπέργειο στην ατμόσφαιρα φυτοεκχύλιση (phytoextraction) απομάκρυνση από το πεδίο με συγκομιδή και μεταφορά του υπέργειου

6 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 6 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Η φυτοεξόρυξη είναι ειδική περίπτωση φυτοεκχύλισης πολύτιμων ιχνοστοιχείων με οικονομική αξία από εδάφη στα οποία η συγκέντρωσή τους είναι υπερβολικά χαμηλή για συμβατική εξόρυξη Η βιοενίσχυση είναι ειδική περίπτωση φυτοεκχύλισης το έδαφος είναι φτωχό, ελλειματικό σε ιχνοστοιχεία και το εμπλουτίζουμε με φυτοδιαχείριση στόχος: η αύξηση της συγκέντρωσης ιχνοστοιχείων σε φαγώσιμα φυτικά μέρη

7 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 7 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Ιχνοστοιχεία στο έδαφος μη-διαθέσιμα στα φυτά διαθέσιμα στα φυτά (phytoavailable) ή ή αλληλεπιδρούν με οποιοδήποτε οργανισμό της ριζόσφαιρας (bioavailable) αναφέρεται στη φυσικοχημική συμπεριφορά, όχι στη βιολογική δράση

8 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 8 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Μεταλλικοί ρυπαντές: Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn Διαβάθμιση τοξικότητας: Pb ≈ Hg > Cu > Cd ≈ As > Co ≈ Ni ≈ Zn > Mn περισσότερο τοξικάλιγότερο τοξικά

9 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 9 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Μέταλλα στο έδαφος στο εδαφικό διάλυμα ως ελεύθερα μεταλλικά ιόντα και διαλυτά σύμπλοκα μετάλλων προσροφημένα στα ανόργανα σωματίδια στα σημεία ανταλλαγής προσαρτημένα στην εδαφική οργανική ύλη καταβυθισμένα ως ιζήματα οξειδίων, υδροξειδίων, ανθρακικών κ.ά. [1] [2] [3] [4]

10 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 10 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Βιοδιαθέσιμα = έτοιμα να προσληφθούν από τη ρίζα Ενσωματωμένα μέσα στις δομές των πυριτικών [5] μόνο οι περιπτώσεις [1] και [2] παρέχουν βιοδιαθέσιμα μεταλλικά ιόντα

11 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 11 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Τεχνολογικά κομβικό ερώτημα αύξηση ή μείωση της βιοδιαθεσιμότητας; Τεχνικές τροποποίησης της βιοδιαθεσιμότητας

12 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 12 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Αύξηση της βιοδιαθεσιμότητας με συνθετικούς συμπλοκοποιητές ΕDTA αιθυλένο-διάμινο-τετραοξεικό οξύ 10 mmol / kg εδάφους ΗΕDTA υδροξυαιθυλο-αιθυλενο-διαμινο- τριοξεικό οξύ 2 g / kg εδάφους DTPA διαιθυλενο-τριαμινο-πενταοξεικό οξύ Zn-DTPA: τόσο ισχυρό, ώστε ο Zn δεν είναι διαθέσιμος μέσα στο φυτό επαγωγή τροφοπενίας Zn

13 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 13 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση συγκέντρωση μεταλλικού ιόντος στο φυτό υπερσυσσώρευση αποκλεισμός συγκέντρωση μεταλλικού ιόντος στο έδαφος

14 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 14 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Φυτά μη-συσσωρευτές: μεταβολικές ανάγκες σε μικροθρεπτικά < 10 ppm Φυτά συσσωρευτές: συσσωρεύουν μερικές εκατοντάδες ή χιλιάδες ppm ποιό είναι το εξελικτικό πλεονέκτημα της υπερσυσσώρευσης; προστασία από εισβολείς * η συσσώρευση απαιτεί κατανάλωση ενέργειας

15 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 15 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση φυτό υπερσυσσωρευτής 10 ppm Hg 100 ppm Cd 1000 ppm Co, Cr, Cu, Pb 10000 ppm Ni, Zn 400 φυτικά είδη45 οικογένειες φυτών διαθέτουν μηχανισμούς ανοχής των υψηλών συγκεντρώσεων μετάλλων του εδάφους

16 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 16 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση α/κινητοποίηση τα φυτά κινητοποιούν μερικά στοιχεία, ενώ ακινητοποιούν άλλα Jacob 2011, 13, 34 η έκταση της α/κινητοποίησης εξαρτάται από - το φυτικό είδος - την εφαρμογή λίπανσης τα πιό κινητικά στοιχεία επηρεάζονται πιό πολύ από το φυτό και από τη λίπανση σε σχέση με τα λιγότερο κινητικά στοιχεία

17 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 17 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση ανάγκη εκπόνησης φυτοτεχνικής μελέτης Τεχνικές παράμετροι: επιλογή φυτικού είδους ή ειδών που θα συνυπάρξουν πυκνότητα φύτευσης (φυτά/m 2 ) απόδοση/φυτό, απόδοση/στρέμμα ανάλυση κόστους/οφέλους

18 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 18 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Η μοριακή βάση της φυτοδιαχείρισης ομοιοστατικά συστήματα διαχείρισης μετάλλων του φυτού ακινητοποίηση στη ριζόσφαιρα εξωτερική σύμπλεξη με οργανικές ενώσεις που αποδεσμεύονται από τη ρίζα ακινητοποίηση στη ρίζα - φυτοχελατίνες - μεταλλοθειονίνες - κυτταρικό τοίχωμα - χυμοτοπιακή αποθήκευση

19 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 19 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Ομοιοστατικά συστήματα μεταφορά διαμέσου μεμβρανών με τη σύμπραξη ειδικών πρωτεϊνών - μεταφορέων [1] σύμπλεξη με κατάλληλα συμπλεκτικά μόρια [2] ελεγχόμενη προσάρτηση σε εξειδικευμένες πρωτεΐνες [3] ελεγχόμενη διακίνηση [4]

20 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 20 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση οικογένειες πρωτεϊνικών εξαρτημάτων ομοιοστατικών συστημάτων zinc-regulated transporters iron-regulated transporters (ZIP family) cation diffusion facilitators (CDF family) P-type ATPases Natural resistance associated macrophage proteins (NRAMP family) Kraemer 2007, 581, 2263

21 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 21 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Yellow-stripe-1-like subfamily (YSL) Oligopeptide transporter superfamily (OPT) Copper transporter family (COPT) calcium-sensitive cross complementer 1 family (CCC1) iron-regulated protein family (IREG) cation exchanger family (CAX) ATP-binding cassette transporters (ABC) κ.ά.

22 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 22 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Εξειδικευμένα κύτταρα ή ομάδες κυττάρων Συσσώρευση μετάλλου σε αυτά [1] παραδείγματα τέτοιων ιστών/κυττάρων - τρίχες φύλλων  ακινητοποίηση στο υπέργειο λόγοι: υψηλή πυκνότητα στην επιφάνεια του φύλλου [2] έχουν διαμορφωθεί για αποθήκευση [1] & [2]  σημαντικός όγκος αποθήκευσης

23 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 23 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση [3] εντοπισμός εκτός του φύλλου Άλλα εξειδικευμένα κύτταρα/ιστοί: επιδερμικά κύτταρα μεσόφυλλο μειώνεται η πιθανότητα τοξικότητας σε περίπτωση «αποδιαμερισματοποίησης»

24 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 24 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Παράμετροι υπερσυσσώρευσης ποσότητα που συσσωρεύεται τοπολογία συσσώρευσης (ιστός, υποκυτταρικό διαμέρισμα) μορφή συσσώρευσης (speciation) συναρμοστές που χρησιμοποιούνται

25 Θρέψη Φυτών – Δ. Μπουράνης, Σ. Χωριανοπούλου 25 Θρέψη Φυτών – Φυτοδιαχείριση Νικοτιαναμίνη ένας δυναμικός παίκτης στη σύμπλεξη μετάλλων NA-Fe, NA-Cu, NA-Zn σταθερά συμπλέγματα σε μεγάλο εύρος τιμών pH δραστικός περιορισμός της ενεργότητας του μετάλλου για παραγωγή ενεργών μορφών οξυγόνου