Sulfametoksazol w wodzie do nawadniania – wpływ na wzrost pomidorów

Jakie cele przyświecały badaniu efektów SMX na pomidory?

Badanie eksperymentalne przeprowadzone na roślinach pomidora (Solanum lycopersicum cv. Zaraza) oceniło wpływ różnych metod oczyszczania wody zawierającej antybiotyk sulfametoksazol (SMX) na wzrost i rozwój roślin. Zastosowano model badawczy z sześcioma rodzajami roztworów do nawadniania, odzwierciedlający rzeczywiste warunki kontaminacji wód używanych w rolnictwie.

Eksperyment przeprowadzono w dwóch układach: na szalkach Petriego oraz w doniczkach z glebą, co pozwoliło na kompleksową ocenę wpływu zanieczyszczonych wód na różne fazy rozwoju roślin. Badano sześć typów roztworów: wodę destylowaną (DW), wodę z kranu (TW), wodę aktywowaną plazmowo (PAW), roztwór sulfametoksazolu w stężeniu 0,25 mM (SMX), oraz roztwory SMX poddane degradacji plazmowej przez 5 minut (T5) i 20 minut (T20). Ekspozycja na nietermiczną plazmę (NTP) przez 20 minut prowadziła do całkowitej degradacji antybiotyku, podczas gdy 5-minutowe traktowanie redukowało jego stężenie o około 76%.

Populację badaną stanowiły nasiona pomidora cv. Zaraza, nietraktowane przeciwko szkodnikom i chorobom. W pierwszym eksperymencie na szalkach Petriego umieszczono po 20 nasion w 3 powtórzeniach (N=60) dla każdego roztworu irygacyjnego, a test trwał 10 dni. W drugim eksperymencie doniczkowym użyto 30 doniczek polietylenowych (500 ml) zawierających po 12 nasion (N=60 na grupę) umieszczonych w glebie, a badanie trwało 30 dni. W obu eksperymentach utrzymywano kontrolowane warunki wzrostu: 25/19°C przy cyklu dzień/noc 16/8 h, natężeniu światła 5000 luksów i 60% wilgotności.

Jakie efekty toksyczne wykazuje SMX w badaniach eksperymentalnych?

Wyniki badania wykazały, że obecność nieoczyszczonego SMX w wodzie do nawadniania znacząco wpływała na fizjologię roślin. Kiełkowanie nasion zostało zainicjowane najwcześniej przez TW i T5 po 24 godzinach, następnie przez T20 i SMX w drugim dniu. Pomimo że woda zawierająca SMX stymulowała kiełkowanie nasion (53 z 60 nasion skiełkowało), to jednocześnie wywoływała silny efekt hamujący wzrost korzeni (ponad 20% inhibicji) zarówno w teście na szalkach Petriego, jak i w doświadczeniu doniczkowym. Zaobserwowano również zaburzenia w fotosyntezie, przejawiające się obniżeniem zawartości chlorofili i karotenoidów w częściach nadziemnych roślin. Interesująco, niski poziom dialdehydu malonowego (MDA) w korzeniach roślin traktowanych SMX sugerował aktywację mechanizmów obronnych, jednak nie zapobiegały one ogólnemu efektowi toksycznemu.

Zastosowanie metody oczyszczania wody za pomocą nietermicznej plazmy przez 20 minut (T20) skutecznie redukowało toksyczność SMX wobec roślin. Roztwór T20 promował wzrost korzeni w porównaniu do kontroli z wodą destylowaną, nie wykazywał istotnego efektu hamującego (poniżej 20%) i nie wpływał negatywnie na zawartość barwników asymilacyjnych. Częściowo oczyszczony roztwór T5 wykazywał pośrednie efekty toksyczne między nieoczyszczonym SMX a całkowicie oczyszczonym T20.

Jak zmieniają się mikrostruktura liści i przewodnictwo szparkowe?

Badania mikroarchitektury powierzchni liści za pomocą mikroskopii elektronowej (SEM) wykazały obecność kryształów na liściach roślin nawadnianych roztworem SMX oraz T5, a także zablokowane aparaty szparkowe w przypadku SMX, co może wyjaśniać zaburzenia w procesie fotosyntezy i transpiracji. Analiza pierwiastkowa (EDX) wykazała różnice w składzie mineralnym liści między badanymi grupami, w tym automatyczną detekcję magnezu w próbce PAW, co może być związane ze zwiększoną zawartością chlorofilów. W próbce SMX zaobserwowano zmniejszenie miedzi na linii L i pojawienie się wysokiego piku złota na linii M.

Pomiary przewodnictwa szparkowego wykazały zwiększone wartości dla roślin nawadnianych PAW w porównaniu do TW, T5 i SMX, co sugeruje wyższe zapotrzebowanie roślin na wodę w tych warunkach. Absolutna kontrola DW zwiększyła średnią wartość przewodnictwa szparkowego o 83,7 jednostek więcej niż TW, podczas gdy PAW miała o 90,99 jednostek mniej. Roztwór T20 indukował podobne odpowiedzi do wszystkich pozostałych roztworów.

Jakie są skutki dla zdrowia publicznego oraz dalsze wyzwania badawcze?

Analiza parametrów gleby po eksperymencie wykazała, że wilgotność dla PAW była znacząco niższa w porównaniu do innych roztworów, ale podobna do T20. Przewodnictwo elektryczne (EC) wzrosło znacząco między grupami od lewej do prawej, z podobnym wzorcem zmian zaobserwowanym dla form nieorganicznego azotu. Zawartość biodostępnego fosforu w T20 nie różniła się znacząco od TW i PAW, ale była istotnie różna od kontroli absolutnej (DW).

Wyniki badania mają istotne implikacje dla zdrowia publicznego, wskazując na potencjalne ryzyko związane z obecnością antybiotyków w wodach używanych do nawadniania upraw. Antybiotyki mogą kumulować się w roślinach jadalnych, co stwarza zagrożenie dla konsumentów oraz może przyczyniać się do rozprzestrzeniania genów oporności na antybiotyki. Zastosowanie zaawansowanych metod oczyszczania, takich jak nietermiczna plazma, może skutecznie eliminować te zanieczyszczenia i zmniejszać ryzyko dla zdrowia ludzkiego.

Badacze podkreślają potrzebę dalszych badań z użyciem różnych gatunków roślin oraz analizy potencjalnych zagrożeń dla zdrowia człowieka związanych z konsumpcją produktów roślinnych nawadnianych wodą zawierającą pozostałości farmaceutyków. Rozwój i wdrożenie skutecznych metod oczyszczania wody używanej w rolnictwie jest kluczowy dla zapewnienia bezpieczeństwa żywności i ograniczenia rozprzestrzeniania się oporności na antybiotyki. Przyszłe badania powinny koncentrować się na ekofizjologii gatunków, które mogą istnieć w ekosystemach rolniczych, gdzie możliwe byłoby zastosowanie wody z recyklingu, oraz na analizie produktów żywnościowych wytwarzanych w takich warunkach.

Podsumowanie

Przeprowadzone badanie eksperymentalne na roślinach pomidora analizowało wpływ sulfametoksazolu (SMX) oraz różnych metod oczyszczania wody na rozwój roślin. Eksperyment prowadzono w dwóch układach: na szalkach Petriego i w doniczkach, używając sześciu różnych roztworów do nawadniania. Wykazano, że nieoczyszczony SMX, mimo stymulacji kiełkowania nasion, powodował znaczące zahamowanie wzrostu korzeni i zaburzenia fotosyntezy. Oczyszczanie wody metodą nietermicznej plazmy przez 20 minut całkowicie eliminowało toksyczne działanie antybiotyku. Badania mikroskopowe ujawniły zmiany w strukturze liści i funkcjonowaniu aparatów szparkowych u roślin nawadnianych SMX. Wyniki wskazują na potencjalne zagrożenia związane z obecnością antybiotyków w wodach używanych do nawadniania upraw oraz podkreślają znaczenie skutecznych metod oczyszczania wody dla bezpieczeństwa żywności.