Planteoptag af miljøfremmede, organiske stoffer fra slam

1. Optag og transport af stoffer i planter

Optagsveje

Der er flere måder, terrestriske planter kan optage miljøfremmede stoffer på. Der kan ske optag fra forurenet jord via rødderne eller optag fra luften igennem bladene.

Planterne består i princippet af rødder, stængler, blade og frugter/blomster. Kemiske stoffer, der er optaget i planten, vil blive fordelt i de enkelte plantedele. Fordelingen bestemmes af plantedelenes sammensætning (vand, lipid, kulhydrater etc.) samt af transporthastighederne imellem de enkelte plantedele.

Optag via rødder

Optag via rødderne kan i princippet ske på følgende måder:

1. passiv optag via det vand, rødderne suger op fra jorden.
2. diffusion gennem jordens og plantens vand, lipid og luftfaser

Røddernes funktion er dels at fæstne planten til jorden og - hvad der er mere væsentligt her - at suge vand og næringssalte op fra jorden. Stoffer, der er opløst i jordvandet, kan herved blive transporteret ind i rødderne. Aktiv optag af næringsstoffer (kationiske), f.eks. kalium, er påvist men for de fleste andre stoffer er der ikke fundet noget belæg for antagelse om aktivt optag.

I figur 1.1 er et tværsnitsbillede af en rod vist. Det er her angivet, hvorledes vand og opløste stoffer kan transporteres fra jorden og ind i planten.

Figur 1.1

Passage af endodermis

Vand og de stoffer, der er opløst i vandet, kan optages gennem rodhårene som vist på figuren, eller de kan bevæge sig frit fra jorden ind i rødderne i det kapilære rum imellem cortexcellerne. Ved endodermis stoppes vandets og stoffernes transport af den såkaldte "kaspariske stribe", der er en barriere bestående af et vokslignende materiale. Ved endodermis, skal vand og de opløste stoffer – på grund af denne barriere - passere mindst en celle for at komme ind i plantens ledningssystem. Cellemembraner er semipermeable, og der er således forskel på, hvor let de enkelte stoffer kan passere. Da cellemembraner er meget lipidholdige, vil mange fedtopløselige stoffer kunne diffundere igennem dem, men også andre forhold er bestemmende for permeabiliteten. Det er således fundet, at permeabiliteten igennem en sådan membran øges ved faldende pH for svage syrer, hvilket indikerer, at neutrale stoffer passerer nemmere igennem end anioniske stoffer. Bromilow & Chamberlain (1995) refererer således til nogle beregninger af forholdet mellem permeabiliteten for en syre på udissocieret form og permeabiliteten for syren på anionisk form henover en membran. Dette forhold blev fundet at variere mellem 180 og 4× 10⁵, hvor den højeste værdi var for stoffer med en logK_OW på ca. 2.

Transport i xylem

Xylemet (vedvævet), der består af døde celler, er ledningssystem for vandtransporten fra rødderne op til bladene (transpirationsstrømmen). Det befinder sig i den centrale del af urteagtige planter. Vand og stoffer, der befinder sig her, bliver transporteret op til bladene. Afhængigt af transportbetingelserne og plantens anatomi kan vandet strømme med en hastighed på op til 150 m/time.

Diffusion

Stoffer kan endvidere diffundere gennem jordens og plantens luftfaser (især flygtige stoffer) og vandfaser (især de vandopløselige stoffer). Den videre transport fra røddernes overflade ind til xylemet er afhængig af stoffernes muligheder for at passere de semipermeable membraner i endodermis. For meget lipofile stoffer kan en akkumulation omkring den kaspariske stribe forventes, mens videre transport med transpirationsstrømmen til de øvrige plantedele må forventes at være meget begrænset.

Optag via blade

Endelig kan stoffer optages og udskilles via plantens blade. Planternes blade spiller en stor rolle, idet de sørger for optag af luftens kuldioxid samt afgivelse af vand og ilt fra planten. Endvidere kan en udveksling af organiske stoffer mellem luften og bladene foregå.

Bladene har typisk på ydersiden et lag (epidermis), der nedsætter fordampningen (transpirationen). Dette lag har en kompliceret struktur. Det består af et pektinlag, der binder kutin til cellevæggene, samt et vokslag. Voksen er en kompleks blanding af langkædede kulbrinter, alkoholer, ketoner, estere og fedtsyrer samt fede hydroxysyrer. Bladenes overfladelag på oversiden er forskellig fra epidermis på undersiden. Huller eller porer i dette overfladelag (stomata) befinder sig sædvanligvis i stort antal på undersiden af bladene og muliggør gasudveksling med luften. Herigennem sker bl.a. transpiration af vand og ilt samt optag af kuldioxid, og stoffer fra luften (bl.a. organiske) kan trænge ind i bladene. Stomata er lukket i tilfælde af vandmangel og om natten. Transport af stoffer fra luften og ind i bladene kan altså ske igennem stomata samt ved diffusion igennem bladenes overfladelag. Den relative betydning af de to transportveje er stærkt betinget af overfladelagets permeabilitet, der varierer fra plante til plante.

Transport fra bladene via phloem

Det assimilerede stof, der produceres i bladene, samt eventuelt optagne stoffer transporteres til de øvrige, voksende dele af planten (f.eks. rødder og frugter) via phloemet (sivævet), der går ud til alle plantedele. Phloemet består af levende celler (symplast) og det befinder sig ligesom xylemet i den centrale del af urteagtige planter. Vandstrømmen i phloemet er 10-100 gange mindre end i xylemet.

Metabolisering

Stoffer, der er optaget i planterne, kan blive omsat (metaboliseret) og evt. nedbrudt. En måde at studere stofomsætning på er ved de såkaldte "standardiserede cellekultur metabolisme tests". Suspenderede kulturer af f.eks. soyabønne- eller hvedeceller benyttes til at studere omsætning af ¹⁴C-mærkede stoffer i en inkubationsperiode på 48 timer. Sådanne studier har vist, at i soyabønneceller blev ca. 27% af DEHP metaboliseret og i hvedeceller blev 29-32% metaboliseret (Komob a et al., 1995). Stoffet blev ikke mineraliseret (nedbrudt til CO₂ og H₂O) men omsat til andre stoffer, der stort set alle var polære (vandopløselige).

I et tysk arbejde (Frigge 1989), hvor der blev anvendt ¹⁴C-mærket LAS, blev ¹⁴C detekteret i planterne, men hvorvidt det hidrører fra optag af metabolitter af LAS i jorden, eller at LAS er optaget i planten og delvist metaboliseret der, kan ikke afgøres. Det forventes dog, at LAS, hvis det optages, kan metaboliseres i et vist omfang i planter.

Fotolyse

Fotolytisk nedbrydning af stoffer, som kan undergå denne proces, vil i et vist omfang blive fremmet for de stoffer, der afsættes på bladene, idet bladene altid drejer mod sollyset, så fotosyntesen fremmes.

Fortynding

Ved plantens vækst vil der ske en fortynding af stofferne, dvs. koncentrationen bliver lavere.