| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Modellering af optagelse af organiske stoffer i grøntsager og frugt

2 Forhold af betydning for koncentrationen af organiske stoffer i afgrøder

Planter kan udsættes for miljøfremmede, organiske stoffer fra både luften og jorden. Stoffer kan transporteres over lange afstande med luften, og der kan være tale om en betydelig eksponering af planter for sådan luftbåren forurening (atmosfærisk deposition) (Wild et al. 1992, Wagrowski & Hites 1997). Fra den jord, planterne vokser i, kan stoffer optages i planterne via rødderne, enten direkte fra jordpartiklerne, med vandet eller fra poreluften (Paterson et al. 1990, Trapp 1995). Men planterne kan også optage stoffer fra jorden via blade, skud og frugter (Bromilow & Chamberlain 1995). Dels kan flygtige stoffer fordampe fra jorden og optages af blade lige over jorden (Schroll et al. 1994), dels kan stoffer optages i ’overjordiske’ plantedele fra jordpartikler. Når jorden er tør, kan jordstøv afsættes på planterne, og når det regner, kan der stænke betydelige mængder jord op på planterne (Trapp & Matthies 1998).

Derfor er der en række forhold, der bestemmer koncentrationen af miljøfremmede, organiske stoffer i afgrøder.

Der er forskellige mekanismer for planters optagelse af stoffer fra omgivelserne, og stoffets egenskaber er bestemmende for, om det kan optages og - i givet fald - hvilke(n) mekanisme(r), der kan være relevante.

Desuden er det af betydning, hvilken del af planten, der anvendes. Plantedele, der er i direkte kontakt med jorden (rodfrugter), vil være mere udsat for stofferne i jorden end plantedele, der findes over jorden (f.eks. frugter).

Udover den rent fysiske kontakt med jorden kan det også være af betydning, hvor aktiv den del af planten, der spises, er; jo større vand- og stoftransporten gennem en given plantedel er, jo større er muligheden for transport af miljøfremmede stoffer til plantedelen. Endvidere har det vist sig, at der er store forskelle mellem de enkelte plantearters optagelse af stoffer fra jorden, ligesom eventuel transport inde i planten fra det sted, hvor stoffet er optaget, til de spiselige dele kan variere imellem arter.

For stoffer, der optages og eventuelt transporteres i planterne, bestemmes den endelige koncentration i afgrøden desuden af, hvorvidt der sker en fortynding, fordi planten vokser, samt af om planten kan omsætte – eventuelt helt nedbryde – stoffet.

2.1 Mekanismer for optagelse og transport af organiske stoffer i planter

2.1.1 Generelt

Planter lever af/gror ved at optage vand og næringsstoffer fra jorden og kuldioxid og ilt fra luften. De er åbne over for deres omgivelser via store rod- og bladoverflader, som giver mulighed for udveksling af luftarter og væsker. Selv om planten ikke behøver de organiske, miljøfremmede stoffer kan disse principielt følge de samme transportruter som de nødvendige stoffer (ilt, kuldioxid, vand og diverse sporstoffer).

Nogle af de stoffer, der transporteres gennem jorden med vandet til rødderne, kan optages i planten og transporteres til skud, blade og frugter, hvor de kan ophobes - eventuelt indbygges i planten. Dette gælder specielt grundstoffer, f.eks. nikkel og zink (der faktisk er uundværlige for planter i små mængder; mikronæringsstoffer) samt cadmium (der ikke kan anvendes af planterne, men som alligevel optages). Også en del organiske stoffer optages og transporteres i planterne (f.eks. visse ukrudtsmidler). Andre stoffer optages stort set ikke i planten, men bliver "bremset" i de yderste lag af roden, hvor de eventuelt kan ophobes (f.eks. de større, organiske PAH-forbindelser) (Bromilow & Chamberlain 1995).

Transportmekanismerne er normalt passive, dvs. transporten sker via advektion og diffusion, og følger fysisk-kemiske love. Aktive akkumulerings- eller udelukkelsesmekanismer findes kun i meget få tilfælde. De vigtigste mekanismer er (se figur 2.1):

	optagelse med vand via rødderne
	spredning i luft- og vandporer via rødderne
	direkte jordkontakt
	transport med vand fra rod til stængel, blade og frugter (via plantens vedvæv/xylem)
	transport fra blade til frugter og rødder (via sivæv/floem)
	afdampning fra jorden til luften og deraf følgende sorption til blade eller frugter
	opslæmning af jordpartikler ved jordstænk i forbindelse med regnbyger eller vinderosion med deraf følgende deponering af jordstøv på blade eller frugter
	udveksling med den omgivende luft.

Figur 2.1
Optagelsesmekanismer fra jord til planter (jordbær)

2.1.2 Direkte kontakt med jorden

Rodfrugter er naturligvis i kontakt med jorden, men mange planter har blade og frugter, som også kommer i direkte kontakt med jorden, f.eks. salat og jordbær. Et kemikalie kan så - ved diffusion fra jorden - komme ind i planten. Den maksimale koncentration, som kan forekomme på denne måde, er koncentrationen ved kemikalieligevægt (se afsnit 4.3.1).

Jordpartikler kan sætte sig fast på blade og frugter både ved direkte kontakt og ved jordstænk i forbindelse med regnbyger eller ved vinderosion. Jordstænk ved regnbyger er en væsentlig kilde, og plantedele helt op i 40 centimeters højde kan blive ramt af disse. Andre faktorer, som f.eks. mekanisk forrykkelse af balancen i jorden (f.eks. løsning ved pløjning osv.) eller dyrs aktivitet i jorden, kan også have betydning for den mængde jord, der sætter sig fast på bladene (Paretzke & Garland (udateret), Dreicer et al. 1984). Mængden af jord, der afsættes på planterne, er f.eks. målt for salat og kål (Li et al. 1994), og det viste sig, at der blev afsat de største mængder jord på salat. Der vil dog være forskel på salatplanter, afhængigt af, hvor lukkede salathovederne er under væksten. Salat er en lav plante (< 40 cm), og salathovedets form (roset) medfører, at partikler vaskes ind i dets indre. Et kålhoved er derimod under hele væksten mere lukket, så kun de yderste blade eksponeres for jordpartikler.

Når først kemikaliet er afsat på et blad via jordstænk eller vanddråber, er der flere muligheder for dets videre skæbne, hvoraf kun den sidste bringer det ind i planten:

	det kan fordampe
	det kan blive skyllet af sammen med jorden
	det kan nedbrydes
	det kan vandre ind i bladet

Partikler, der afsættes på planters blade, synes at kunne vandre delvis ind i det voksagtige lag (kutikula), der dækker de fleste planters blade på oversiden. En væsentlig del af partiklerne kan blive tilbage på bladene selv efter grundig vask (Kaupp 1996).

2.1.3 Fordampning fra jorden til blade og frugter

Når det drejer sig om flygtige forbindelser, kan spredning eller dispersion i luftfasen og deraf følgende optagelse i blade eller frugter være en væsentlig adgangsvej for kemikalier ind i planter. Ryan et al. (1988) konkluderede, at denne adgangsvej er specielt væsentlig for stoffer, der let fordamper fra vandig opløsning (har en høj vand-luft fordelingskoefficient, K_AW). Det er måske ikke hele sandheden, da sorption til blade fra atmosfæren afhænger af forholdet mellem oktanol-vand fordelingskoefficienten (K_OW) og K_AW, Dette forhold kaldes også oktanol-luft fordelingskoefficienten (K_OA) (Trapp et al. 1990).

2.2 Plantens fysiologi

Det er derfor vigtigt at fokusere på de dele af planterne, der anvendes til konsum.

For rodfrugter er det af betydning, om den del af planten, der høstes, er en del af roden, hvorigennem der foregår aktiv optagelse og transport af vand og næringssalte til planten, eller om den blot er en "udvækst", der så at sige ligger passivt i jorden og vokser.

Gulerødder er en del af det egentlige rodnet (omend ikke den mest aktive), mens radiser er knolde (egentlig kimstænglen, der svulmer op), ligesom kartofler er stængelknolde. Det er en af grundene til, at der i de fleste undersøgelser er fundet højere indhold af miljøfremmede, organiske stoffer og metaller i gulerødder end i f.eks. radiser og kartofler (Miljøstyrelsen 1996a, 1996b, Trapp & Matthies 1998). Dertil kommer, at gulerødder har et relativt højt indhold af fedtstoffer, hvorfor der kan bindes større mængder fedtopløselige, organiske stoffer i dem end i de mere fedtfattige kartofler (Scheunert et al. 1994).

Aflejring fra luften er den dominerende optagelsesvej for planter, der har en lang vækstperiode og er høje, så de spiselige dele sidder langt fra jordoverfladen. Eksempler på sådanne planter er rosenkål (der bliver stående om vinteren), nåletræer (som beholder deres nåle i adskillige år) og majs til ensilage (partikler bliver vasket indad mod indersiden af bladene).

I almindelighed kan alle afgrøder, der vokser meget tæt på jorden, blive forurenet via denne optagelsesvej. Spredning i luften foregår hurtigt i en højde på ca. 5 cm over jordoverfladen, og luftformige dampe opløses meget hurtigt. Planter, som kan forurenes på denne måde, er f.eks. spinat, persille, salat og jordbær.

Det er almindeligt at dyrke grøntsager under glas eller plast (mistbænk) om foråret, både inden for kommercielt gartneri og inden for privat havebrug. I disse tilfælde kan luftarter ophobes under overdækningen, og forureningen med flygtige stoffer kan derfor blive høj.

Ved kraftige regnskyl kan jordpartikler bliver sprøjtet op i 40 centimers højde. Men også bladenes form er vigtig. Hvis formen giver mulighed for, at partikler skylles ind i plantens indre (f.eks. visse typer salat), kan indholdet af fastsiddende jordpartikler være særligt højt. Men højtsiddende frugter (majs, æbler) kan også blive forurenet af jordstøv under høsten, eller hvis de falder på jorden.

Desuden kan alle rodfrugter have jord siddende på overfladen. Nogen vasker og skræller/piller omhyggeligt deres grøntsager, hvilket fjerner hovedparten af den fastsiddende jord, mens andre spiser dem uden at vaske eller skrælle dem.

Transport med vand, der optages fra jorden, er størst for de mere vandopløselige (polære) kemiske forbindelsers vedkommende, f.eks. MTBE og trichlorethen. Transport med vand er ikke en effektiv optagelsesvej for kemiske forbindelser med høj log K_OW (langkædede alkaner, PAH), hvilket er blevet vist gentagne gange, f.eks. for 2,3,7,8-tetrachlordibenz-p-dioxin af McCrady et al. (1990). Der er imidlertid undtagelser fra denne regel. Hülster et al. (1994) rapporterede om transport af dioxiner og furaner i zucchini og agurk (Cucurbita pepo, begge tilhører samme art), og disse planter er også i stand til at optage og transportere (translokere) PAH-forbindelser (T. Delschen, personlig kommentar). Grunden til dette er blevet fastslået: disse Cucurbitacéer har nogle rodsafter, hvori der forekommer et protein, der binder disse fedtopløselige, organiske stoffer og gør dem vandopløselige (Neumann et al. 1996). Desuden har Nakajima et al. (1996) fundet hydroxypyren konjugater, der er mobile og har let ved at vandre, i træagtige planter. Der er hidtil blevet udført meget lidt systematisk forskning i optagelsen af organiske stoffer i planter, og det er meget sandsynligt, at der vil dukke flere overraskelser af denne art op i fremtiden.

Tabel 2.1
Relevante transportmekanismer sorteret efter transportmekanisme

2.3 Betydningen af plantens vækst og omsætning af stofferne i planten

Plantens vandtransport og vækst har også betydning for opkoncentreringen. Jo større vandmængde, der optages fra jorden, jo mere opløst stof vil komme i kontakt med rødderne. Ved væksten sker der en fortynding af stofferne i planten, hvilket vil nedsætte koncentrationerne (Paterson et al. 1990, Trapp 1995). Disse forhold er medvirkende til observerede variationer i koncentrationer af forureningskomponenter, der kan findes i samme afgrøde (Voutsa et al. 1996). Endvidere kan nogle stoffer nedbrydes – eller omdannes til andre stoffer – i planter, hvilket også vil nedsætte koncentrationen af det oprindelige stof i afgrøderne.

2.3.1 Vækst

Planters vækst har to funktioner i forbindelse med optagelse af stoffer fra jorden. For det første kan roden vokse ind i en forurenet del af jorden og dermed åbne mulighed for optagelse af miljøfremmede stoffer, og for det andet fortynder væksten de forbindelser, som allerede er blevet optaget. Dette forhold mellem optagelse og fortynding ved vækst kan for tykke rødders vedkommende (grøntsager) reducere koncentrationen af fedtopløselige forbindelser væsentligt (se f.eks. ’gulerodsmodellen’ i afsnit 4.4.12).

2.3.2 Omsætning

Planter har i sammenligning med andre livsformer det største kromosomsæt, der for nogle arter overstiger 10¹¹ basepar (bakterier har < 10⁸) (Voet et al. 1998). Dette svarer til planters meget komplekse sekundære stofskifte. Der kendes i dag mere end 80.000 sekundære stofskifteprodukter, og der findes endnu flere, som endnu ikke er identificeret (Richter 1998). Dybest set minder planters stofskifte mere om reaktioner i en dyrelever end om bakteriel omsætning (Sandermann 1994). Cytochrom P-450 monooxygenaser og glutathion-S-transferaser (GST) synes at være de vigtigste enzymtyper til afgiftning af miljøfremmede stoffer som f.eks. ukrudtsmidler (Pflugmacher & Schröder 1995, Barret 1995). P-450 enzymer katalyserer fase I omdannelsesreaktioner, ofte ved hydroxylering men også ved sulfoxidering og N- og O-dealkylering. GST står for fase II konjugationsreaktioner, som spiller en central rolle i forbindelse med afgiftning af ukrudtsmidler i planter. Til forskel fra dyr kan planter ikke udskille de dannede stofskifteprodukter via urinen. I stedet indebærer fase III af planternes "håndtering" af miljøfremmede stoffer en oplagring og sektionsinddeling af opløselige stofskifteprodukter i vakuoler/saftrum og af uopløselige stofskifteprodukter i cellevægge (Komossa et al. 1995). Dette kan føre til de såkaldte ’bundne rester’ (’bound residues’), der måles i forsøg med radioaktivt mærkede stoffer.

Omdannelsen af miljøfremmede stoffer kan både forekomme uden for planten i rodzonen (rhizosfæren), inde i planten og mens stoffet er sorberet på bladets overflade (ved fotolyse). Ofte er det ikke muligt at skelne mellem den nedbrydning/omsætning, der sker ved hjælp af svampe eller bakterier, som lever på og i planterne, og den omsætning, der sker ved hjælp af plantens egne enzymer. Nogle reaktioner er imidlertid mere almindelige i højerestående planter end i bakterier, f.eks. iltning af trichlorethen (Newman et al. 1997).

Omsætningen i planten og fotolyse af en kemisk forbindelse kan medtages i planteoptagsmodeller, f.eks. ved at antage en halveringstid i planten eller Michaelis-Menten kinetik. Men manglen på realistiske in-vivo data for plantestofskifte begrænser mulighederne for at medtage omsætning af kemiske stoffer inde i planter.

For de modelstoffer, der indgår i projektet, er de kendte omsætningsprocesser i planter samlet i tabel 2.2.

Tabel 2.2
Data for omsætning af relevante kemiske forbindelser i/ved hjælp af planter

Det fremgår af tabel 2.2, at den tilgængelige viden om stoffernes omsætning i planter er meget begrænset, og at der ikke foreligger data til en kvantitativ beskrivelse af den. Derfor vil parameteren for omsætning/nedbrydning i planten i de senere modelberegninger blive sat til nul – selvom dette i nogle tilfælde vil betyde, at de beregnede koncentrationer i planterne vil være højere, end det egentlig er realistisk at forvente.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |