380

OchrOna ŚrOdOwiska i ZasObów naturalnych nr 40, 2009 r.

Małgorzata Śliwka*, Mateusz Jakubiak**

WPŁYW ŚWIATŁA SPÓJNEGO NA ZMIANY ZAWARTOŚCI PIERWIASTKÓW W BIOMASIE ROŚLIN

THE INFLUENCE OF THE COHERENT LIGHT ON CHANGE OF TRACE ELEMENTS CONCENTRATION IN PLANTS TISSUES

Słowa kluczowe: stymulacja laserowa, biotechnologia, hydrofity, bioremediacja.Key words: laser stimulation, biotechnology, hydrophytes, bioremediation.

research results showed that stimulation of some plant species by coherent laser light caused changes of trace elements concentration in their tissues in relation to stimulation parameters (the type of diode, length of wave, time and power of radiation). the experimen-tal groups of duckweed (lemna minor) and yellow iris (iris pseudoacorus) were irradiated with an argon gas laser (λ=514nm) and laser diodes (λ=660 nm, λ=473 nm). changes of some elements concentration (ni, Zn, cd, Pb, n, P) were observed in the dry matter during four grooving seasons. it was found significant differences between biomass from experi-mental groups.

1. WPROWADZENIE

Proekologiczne zastosowanie biotechnologii laserowej do optymalizacji naturalnych procesów zachodzących w środowisku, m.in. do usuwania zanieczyszczeń ze ścieków i gruntów oraz rekultywacji gleb zdegradowanych i zagospodarowania osadów ściekowych zaproponował Dobrowolski w drugiej połowie dwudziestego wieku [Dobrowolski, Borkow-ski, Szymczyk 1987, Dobrowolski, Sławiński, Laszczka, Różanowski 1999, Dobrowolski 2001]. Prace doświadczalne prowadzone nad różnymi gatunkami roślin wykazały wzrost

* Dr inż. Małgorzata Śliwka – Katedra Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji Środowiska, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków; tel.: 12 617 47 39; e-mail: sliwka@agh.edu.pl

** Mgr inż. Mateusz Jakubiak – Katedra Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji Środowiska, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków; tel.: 12 617 47 39; e-mail: jakubiak@agh.edu.pl

381

Wpływ światła spójnego na zmiany zawartości pierwiastków w biomasie roślin

ich walencji ekologicznej na niesprzyjające warunki środowiskowe, zwiększenie dynamiki podziału, szybszy wzrost i energię kiełkowania oraz zmiany w stopniu akumulacji pierwiast-ków w tkankach roślin.

W pracach prowadzonych na teranie ZGH Bolesław w Bukownie i Cementowni Chełm wykazano wpływ stymulacji laserowej na zmianę akumulacji pierwiastków śladowych w róż-nych organach wierzb salix viminalis, salix acutifolia i salix odmiany Rapp, który był zależ-ny od sposobu naświetlania zrzezów [Dobrowolski, Różanowski 1996]. W wyniku stymula-cji laserowej zrzezów wierzby stwierdzono także przyspieszenie wzrostu pędów oraz zwięk-szenie powierzchni asymilacyjnej [Zielińska-Loek 2001]. Interesującym zagadnieniem jest wpływ stymulacji laserowej na zdolności roślin do przyswajania różnych pierwiastków. Na podstawie wieloletnich prac doświadczalnych stwierdzono, że odpowiednio dobrane para-metry naświetlania mogą powodować w zależności od użytych algorytmów zahamowanie bądź wzrost kumulacji metali w tkankach roślin [Dobrowolski, Wąchalewski, Smyk, Bara-basz, Różycki 1996, Śliwka 2007].

2. CEL, MATERIAŁ I METODA BADAŃ

Celem przeprowadzonych doświadczeń był dobór odpowiednich parametrów stymula-cji laserowej wybranych gatunków roślin (wykorzystywanych w hydrobotanicznych oczysz-czalniach ścieków), prowadzący do zwiększenia ich wybranych zdolności fitoremediacyj-nych. Jako podstawowy materiał doświadczalny wybrano rzęsę drobną (lemna minor L.). Dodatkowo przeprowadzone zostały doświadczenia wstępne z kosaćcem żółtym (iris pseu-doacorus L.).

Poszczególne grupy roślin doświadczalnych zostały poddane ekspozycji na światło la-sera argonowego oraz diod laserowych emitujących światło o długości fali odpowiadającej barwie czerwonej i niebieskiej.

W doświadczeniach użyto następujące źródła światła spolaryzowanego:● diody laserowej emitującej światło o długości fali odpowiadającej barwie czerwonej

(l=660 nm) o mocy 20 mW;● diody laserowej, produkcji Changchun New Industries Optoelectronics Tech Co, emitują-

cej światło o długości fali odpowiadającej barwie niebieskiej (l=473 nm) o mocy 20 mW; ● lasera argonowego Ar typu ILA –120 produkcji Carl Zeiss Jena, emitującego światło

o długości fali odpowiadającej barwie seledynowej (l=514 nm) o mocy 21 mW.Z roślin doświadczalnych wyodrębniono grupy o różnych parametrach naświetlania,

różnicując: rodzaj źródła światła spójnego, czas naświetlania oraz sposób naświetlania (cią-gły lub przerywany).

Parametry stymulacji laserowej zostały dobrane w drodze doświadczalnej, oddzielnie dla każdego z wybranych gatunków roślin, odpowiednio do ich genotypu oraz właściwo-ści fizykochemicznych środowiska hodowli doświadczalnej. Optymalne parametry biosty-

382

Małgorzata Śliwka, Mateusz Jakubiak

mulacji laserowej testowanych roślin dobrano na podstawie wstępnych doświadczeń w wa-runkach laboratoryjnych, a następnie prowadzono doświadczenia w warunkach polowych. Optymalne parametry stymulacji laserowej rzęsy drobnej uzyskano dla lasera argonowe-go o gęstości energii 4W/m2 i czasie naświetlania 3 razy po 3 sekundy oraz diody laserowej o długości fali l=660 nm i mocy 20 mW i czasu naświetlania 3 razy po 3 sekundy.

Kłącza kosaćca żółtego naświetlono diodą laserową oraz laserem argonowym w cza-sie 3 razy po 30 sekund. Rośliny naświetlano wiązką światła padającą prostopadle na ba-dany materiał, z odległości 20 cm, a następnie hodowano w warunkach polowych, w sta-wach wypełnionych ściekami po wstępnym oczyszczaniu mechanicznym. Pod koniec kolej-nych czterech okresów wegetacyjnych dokonano analizy zawartości wybranych pierwiast-ków w biomasie gatunków hydrofitów: rzęsy drobnej (lemna minor) oraz kosaćca żółtego (iris pseudoacorus). W roślinach określono zawartość pierwiastków biogennych: azotu (Nog) i fosforu (Pog), obecnych w ściekach bytowych, oraz metali: kadmu (Cd), niklu (Ni), ołowiu (Pb) i cynku (Zn), które są obecne w ściekach bytowych i mogą w nadmiernych ilościach po-wodować efekt fitotoksyczny.

Analiza chemiczna materiału roślinnego, pod kątem różnic w zawartości pierwiastków w grupach kontrolnych oraz doświadczalnych przeprowadzona została metodą spektrome-trii masowej ICP-MS oraz atomowej spektrometrii absorpcyjnej ASA.

3. WYNIKI

Na podstawie przeprowadzonej analizy chemicznej materiału roślinnego stwierdzono zwiększoną w stosunku do grupy kontrolnej zawartość azotu i fosforu w biomasie rzęsy drobnej po jej naświetleniu laserem argonowym. W grupie naświetlanej diodą laserową (l=660 nm), również stwierdzono większą zawartość tych pierwiastków w biomasie, w po-równaniu z grupą roślin nienaświetlonych (rys. 1). W biomasie liści kosaćca żółtego nie stwierdzono istotnych różnic w zawartości pierwiastków biogennych (rys. 2). Otrzymane wy-niki analizy zawartości pierwiastków biogennych były powtarzalne w kolejnych latach trwa-nia doświadczenia.

Różnice w zdolności do pobierania ze ścieków biogenów wynikać mogą ze swoistych cech obu gatunków wybranych hydrofitów. Rzęsę drobną (lemna minor) charakteryzuje zwiększona zdolność do akumulacji pierwiastków biogennych w porównaniu ze zdolnością akumulacji tych pierwiastków innych hydrofitów, w przeliczeniu na jednostkę suchej masy [Landolt, Kandeler 1987, Kufel, Brynda 1995].

Ze względu na zawartość w ściekach bytowych takich metali, jak ołów, nikiel, kadm oraz cynk, a także ich niekorzystne oddziaływanie na organizmy żywe i ekosystemy, określono zawartość tych pierwiastków w biomasie roślin doświadczalnych.

Zwiększoną zawartość ołowiu stwierdzono w biomasie rzęsy drobnej w grupie roślin pod-danych stymulacji laserem argonowym oraz w grupie kontrolnej kosaćca żółtego (rys. 3 i 4).

383

Wpływ światła spójnego na zmiany zawartości pierwiastków w biomasie roślin

4

akumulacji tych pierwiastków innych hydrofitów, w przeliczeniu na jednostkę suchej masy

[Landolt E., Kandeler R. 1987; Kufel L., Brynda Cz. 1995].

0

0,5

1

1,5

2

2,5

zaw

artość

w s.

m. [

%]

Ar DLS ktr

grupy doświadczalneP [%] N [%]

00,20,40,60,8

11,21,41,6

zaw

artość

w s.

m. [

%]

Ar DLS ktr

grupa doświadczalna

P [%] N [%]

Rys.1 Porównanie zawartości N, P w biomasie rzęsy drobnej (Lemna

minor) w poszczególnych grupach doświadczalnych w roku 2006

(ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa naświetlona laserem argonowym

=514 nm., DLS grupa naświetlona diodą laserową =660 nm)

Fig. 1 Comparison of biogenic elements concentration in dry mass of

duckweed (Lemna minor) in experimental groups in 2006 (ktr –

control group, Ar – plants irradiated with an argon laser =514 nm.,

DLS - plants irradiated with a laser diode =660 nm)

Rys.2 Porównanie zawartości pierwiastków biogennych w biomasie

kosaćca żółtego (Iris pseudoacorus) w poszczególnych grupach

doświadczalnych w roku 2006 (ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa

naświetlona laserem argonowym =514 nm, DLS grupa naświetlona

diodą laserową =660 nm)

Fig. 2 Comparison of biogenic elements concentration in dry mass

of yellow iris (Iris pseudoacorus) in experimental groups in 2006

(ktr – control group, Ar – plants irradiated with an argon laser

=514 nm., DLS - plants irradiated with a laser diode =660 nm)

Ze względu na zawartość w ściekach bytowych, takich metali jak ołów, nikiel, kadm oraz

cynk, a także ich niekorzystne oddziaływanie na organizmy żywe i ekosystemy, określono

zawartość tych pierwiastków w biomasie roślin doświadczalnych.

Zwiększoną zawartość ołowiu uzyskano w biomasie rzęsy drobnej w grupie roślin

poddanych stymulacji laserem argonowym oraz w grupie kontrolnej kosaćca żółtego (rys. 3 i

4).

0123456789

zaw

artość

met

ali w

s.m

.

Ar DLS ktr

grupy doświadczalneCd [µg/g] Zn [mg/g] Ni [µg/g] Pb [µg/g]

0102030405060708090

zaw

artość

w s.

m.

Ar DLS ktr

grupy doświadczalnaCd [µg/g] Zn [µg/g] Ni [µg/g] Pb [µg/g]

Rys. 3 Porównanie zawartości Zn, Ni, Cd i Pb w biomasie rzęsy Rys. 4 Porównanie zawartości metali w biomasie kosaćca żółtego

Rys. 1. Porównanie zawartości N, P w biomasie rzęsy drobnej (lemna minor) w poszczególnych gru-

pach doświadczalnych w roku 2006 (ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa naświetlona laserem argo-

nowym l=514 nm, DLS grupa naświetlona diodą laserową l=660 nm)

Fig. 1. Comparison of biogenic elements concentration in dry mass of duckweed (lemna minor)

in experimental groups in 2006 (ktr – control group, Ar – plants irradiated with an argon laser

l=514 nm, DLS – plants irradiated with a laser diode l=660 nm)

Rys. 2. Porównanie zawartości pierwiastków biogennych w biomasie kosaćca żółtego (iris pseudoaco-

rus) w poszczególnych grupach doświadczalnych w roku 2006 (ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa

naświetlona laserem argonowym l=514 nm, DLS grupa naświetlona diodą laserową l=660 nm)

Fig. 2. Comparison of biogenic elements concentration in dry mass of yellow iris (iris pseudoacorus)

in experimental groups in 2006 (ktr – control group, Ar – plants irradiated with an argon laser

l=514 nm, DLS – plants irradiated with a laser diode l=660 nm)

4

akumulacji tych pierwiastków innych hydrofitów, w przeliczeniu na jednostkę suchej masy

[Landolt E., Kandeler R. 1987; Kufel L., Brynda Cz. 1995].

0

0,5

1

1,5

2

2,5

zaw

artość

w s.

m. [

%]

Ar DLS ktr

grupy doświadczalneP [%] N [%]

00,20,40,60,8

11,21,41,6

zaw

artość

w s.

m. [

%]

Ar DLS ktr

grupa doświadczalna

P [%] N [%]

Rys.1 Porównanie zawartości N, P w biomasie rzęsy drobnej (Lemna

minor) w poszczególnych grupach doświadczalnych w roku 2006

(ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa naświetlona laserem argonowym

=514 nm., DLS grupa naświetlona diodą laserową =660 nm)

Fig. 1 Comparison of biogenic elements concentration in dry mass of

duckweed (Lemna minor) in experimental groups in 2006 (ktr –

control group, Ar – plants irradiated with an argon laser =514 nm.,

DLS - plants irradiated with a laser diode =660 nm)

Rys.2 Porównanie zawartości pierwiastków biogennych w biomasie

kosaćca żółtego (Iris pseudoacorus) w poszczególnych grupach

doświadczalnych w roku 2006 (ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa

naświetlona laserem argonowym =514 nm, DLS grupa naświetlona

diodą laserową =660 nm)

Fig. 2 Comparison of biogenic elements concentration in dry mass

of yellow iris (Iris pseudoacorus) in experimental groups in 2006

(ktr – control group, Ar – plants irradiated with an argon laser

=514 nm., DLS - plants irradiated with a laser diode =660 nm)

Ze względu na zawartość w ściekach bytowych, takich metali jak ołów, nikiel, kadm oraz

cynk, a także ich niekorzystne oddziaływanie na organizmy żywe i ekosystemy, określono

zawartość tych pierwiastków w biomasie roślin doświadczalnych.

Zwiększoną zawartość ołowiu uzyskano w biomasie rzęsy drobnej w grupie roślin

poddanych stymulacji laserem argonowym oraz w grupie kontrolnej kosaćca żółtego (rys. 3 i

4).

0123456789

zaw

artość

met

ali w

s.m

.

Ar DLS ktr

grupy doświadczalneCd [µg/g] Zn [mg/g] Ni [µg/g] Pb [µg/g]

0102030405060708090

zaw

artość

w s.

m.

Ar DLS ktr

grupy doświadczalnaCd [µg/g] Zn [µg/g] Ni [µg/g] Pb [µg/g]

Rys. 3 Porównanie zawartości Zn, Ni, Cd i Pb w biomasie rzęsy Rys. 4 Porównanie zawartości metali w biomasie kosaćca żółtego

384

Małgorzata Śliwka, Mateusz Jakubiak

Rys. 4. Porównanie zawartości metali w biomasie kosaćca żółtego (iris pseudoacorus) w poszczegól-

nych grupach doświadczalnych w roku 2006 (ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa naświetlona lase-

rem argonowym l=514 nm, DLS grupa naświetlona diodą laserową l=660 nm)

Fig. 4. Comparison of trace elements concentration in dry mass of yellow iris (iris pseudoacorus) in

experimental groups in 2006 (ktr – control group, Ar – plants irradiated with an argon laser

l=514 nm, DLS – plants irradiated with a laser diode l=660 nm)

4

akumulacji tych pierwiastków innych hydrofitów, w przeliczeniu na jednostkę suchej masy

[Landolt E., Kandeler R. 1987; Kufel L., Brynda Cz. 1995].

0

0,5

1

1,5

2

2,5

zaw

artość

w s.

m. [

%]

Ar DLS ktr

grupy doświadczalneP [%] N [%]

00,20,40,60,8

11,21,41,6

zaw

artość

w s.

m. [

%]

Ar DLS ktr

grupa doświadczalna

P [%] N [%]

Rys.1 Porównanie zawartości N, P w biomasie rzęsy drobnej (Lemna

minor) w poszczególnych grupach doświadczalnych w roku 2006

(ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa naświetlona laserem argonowym

=514 nm., DLS grupa naświetlona diodą laserową =660 nm)

Fig. 1 Comparison of biogenic elements concentration in dry mass of

duckweed (Lemna minor) in experimental groups in 2006 (ktr –

control group, Ar – plants irradiated with an argon laser =514 nm.,

DLS - plants irradiated with a laser diode =660 nm)

Rys.2 Porównanie zawartości pierwiastków biogennych w biomasie

kosaćca żółtego (Iris pseudoacorus) w poszczególnych grupach

doświadczalnych w roku 2006 (ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa

naświetlona laserem argonowym =514 nm, DLS grupa naświetlona

diodą laserową =660 nm)

Fig. 2 Comparison of biogenic elements concentration in dry mass

of yellow iris (Iris pseudoacorus) in experimental groups in 2006

(ktr – control group, Ar – plants irradiated with an argon laser

=514 nm., DLS - plants irradiated with a laser diode =660 nm)

Ze względu na zawartość w ściekach bytowych, takich metali jak ołów, nikiel, kadm oraz

cynk, a także ich niekorzystne oddziaływanie na organizmy żywe i ekosystemy, określono

zawartość tych pierwiastków w biomasie roślin doświadczalnych.

Zwiększoną zawartość ołowiu uzyskano w biomasie rzęsy drobnej w grupie roślin

poddanych stymulacji laserem argonowym oraz w grupie kontrolnej kosaćca żółtego (rys. 3 i

4).

0123456789

zaw

artość

met

ali w

s.m

.

Ar DLS ktr

grupy doświadczalneCd [µg/g] Zn [mg/g] Ni [µg/g] Pb [µg/g]

0102030405060708090

zaw

artość

w s.

m.

Ar DLS ktr

grupy doświadczalnaCd [µg/g] Zn [µg/g] Ni [µg/g] Pb [µg/g]

Rys. 3 Porównanie zawartości Zn, Ni, Cd i Pb w biomasie rzęsy Rys. 4 Porównanie zawartości metali w biomasie kosaćca żółtego Rys. 3. Porównanie zawartości Zn, Ni, Cd i Pb w biomasie rzęsy drobnej (lemna minor) w poszczegól-

nych grupach doświadczalnych w roku 2006 (ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa naświetlona lase-

rem argonowym l=514 nm, DLS grupa naświetlona diodą laserową l=660 nm)

Fig. 3. Comparison of trace elements concentration in dry mass of duckweed (lemna minor) in experi-

mental groups in 2006 (ktr – control group, Ar – plants irradiated with an argon laser l=514 nm,

DLS – plants irradiated with a laser diode l=660 nm)

4

akumulacji tych pierwiastków innych hydrofitów, w przeliczeniu na jednostkę suchej masy

[Landolt E., Kandeler R. 1987; Kufel L., Brynda Cz. 1995].

0

0,5

1

1,5

2

2,5

zaw

artość

w s.

m. [

%]

Ar DLS ktr

grupy doświadczalneP [%] N [%]

00,20,40,60,8

11,21,41,6

zaw

artość

w s.

m. [

%]

Ar DLS ktr

grupa doświadczalna

P [%] N [%]

Rys.1 Porównanie zawartości N, P w biomasie rzęsy drobnej (Lemna

minor) w poszczególnych grupach doświadczalnych w roku 2006

(ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa naświetlona laserem argonowym

=514 nm., DLS grupa naświetlona diodą laserową =660 nm)

Fig. 1 Comparison of biogenic elements concentration in dry mass of

duckweed (Lemna minor) in experimental groups in 2006 (ktr –

control group, Ar – plants irradiated with an argon laser =514 nm.,

DLS - plants irradiated with a laser diode =660 nm)

Rys.2 Porównanie zawartości pierwiastków biogennych w biomasie

kosaćca żółtego (Iris pseudoacorus) w poszczególnych grupach

doświadczalnych w roku 2006 (ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa

naświetlona laserem argonowym =514 nm, DLS grupa naświetlona

diodą laserową =660 nm)

Fig. 2 Comparison of biogenic elements concentration in dry mass

of yellow iris (Iris pseudoacorus) in experimental groups in 2006

(ktr – control group, Ar – plants irradiated with an argon laser

=514 nm., DLS - plants irradiated with a laser diode =660 nm)

Ze względu na zawartość w ściekach bytowych, takich metali jak ołów, nikiel, kadm oraz

cynk, a także ich niekorzystne oddziaływanie na organizmy żywe i ekosystemy, określono

zawartość tych pierwiastków w biomasie roślin doświadczalnych.

Zwiększoną zawartość ołowiu uzyskano w biomasie rzęsy drobnej w grupie roślin

poddanych stymulacji laserem argonowym oraz w grupie kontrolnej kosaćca żółtego (rys. 3 i

4).

0123456789

zaw

artość

met

ali w

s.m

.

Ar DLS ktr

grupy doświadczalneCd [µg/g] Zn [mg/g] Ni [µg/g] Pb [µg/g]

0102030405060708090

zaw

artość

w s.

m.

Ar DLS ktr

grupy doświadczalnaCd [µg/g] Zn [µg/g] Ni [µg/g] Pb [µg/g]

Rys. 3 Porównanie zawartości Zn, Ni, Cd i Pb w biomasie rzęsy Rys. 4 Porównanie zawartości metali w biomasie kosaćca żółtego

385

Wpływ światła spójnego na zmiany zawartości pierwiastków w biomasie roślin

Największe zawartości cynku, kadmu i niklu w kolejnych okresach wegetacyjnych stwierdzono w grupie kontrolnej rzęsy drobnej oraz w biomasie kosaćca żółtego (tab. 1), również z grupy nienaświetlonej.

Tabela 1. Zawartości pierwiastków w suchej masie kosaćca żółtego (iris pseudoacorus) w poszcze-gólnych grupach doświadczalnych w roku 2006 (ktr – grupa kontrolna, Ar – grupa naświe-tlona laserem argonowym l=514 nm, DLS grupa naświetlona diodą laserową l=660 nm)

Table 1. Concentration of trace and biogenic elements in dry mass of yellow iris (iris pseudoa-corus) in experimental groups in 2006 (ktr – control group, Ar – plants irradiated with an argon laser l=514 nm, DLS – plants irradiated with a laser diode l=660 nm)

Oznaczany pierwiastekGrupa doświadczalna

Ar DLS KtrCd [µg/g] 0,150 0,050 1,250Zn [mg/g] 11,800 18,400 81,600Ni [µg/g] 1,000 3,000 4,000Pb [µg/g] 0,300 0,500 10,600

P [%] 0,244 0,322 0,168N [%] 1,187 1,439 1,551

Ze względu na przeznaczenie oczyszczalni hydrobotanicznych do oczyszczania głów-nie ścieków bytowo-gospodarczych celowe jest takie dobranie parametrów stymulacji la-serowej, które powoduje zmniejszenie kumulacji metali w biomasie roślin, a tym samym zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia efektu fitotoksycznego.

Dodatkowo zaobserwowano istotnie większy przyrost biomasy rzęsy drobnej (lemna minor) hodowanej w warunkach polowych po ekspozycji na światło diody laserowej o mocy 20 mW i długości fali l=660 nm w porównaniu z grupą kontrolną roślin nienaświetlonych. Największy zaś przyrost biomasy kosaćca żółtego (iris pseudoacorus) stwierdzono u ro-ślin naświetlonych laserem argonowym (czas naświetlania 3 razy 30 sekund). Stwierdzone różnice były statystycznie istotne (test Post Hoc Kruskala Wallisa). Wyniki przeprowadzo-nych doświadczeń wskazały, że odpowiednia fotostymulacja światłem monochromatycz-nym, spolaryzowanym i spójnym wpływa istotnie na zwiększenie przyrostu biomasy, znacz-nie przyspieszając podziały komórek i wzrost roślin.

Powtarzalność otrzymanych wyników pozwala sformułować stwierdzenie, że parametry naświetlania (moc, gęstość, czas i rodzaj ekspozycji) zostały dobrane właściwie.

4. DYSKUSJA WYNIKÓW

Otrzymane wyniki doświadczeń potwierdzają założenie, że jest możliwa doświadczalna optymalizacja algorytmów fotostymulacji laserowej hydrofitów w celu zwiększenia ich zdolno-ści bioremediacyjnych. Dobór parametrów stymulacji, indywidualnie dla każdego gatunku, po-

386

Małgorzata Śliwka, Mateusz Jakubiak

winien prowadzić do zwiększenia pobierania biogenów z oczyszczanych ścieków nie tylko w wyniku przyspieszenia przyrostu biomasy, ale także jako następstwo kumulacji tych pier-wiastków w przeliczeniu na jednostkę suchej masy. Zdolność niektórych gatunków roślin do fi-toremediacji zanieczyszczeń uzależniona jest od ich genotypu oraz pewnych właściwości fi-zykochemicznych środowiska. Metoda biostymulacji laserowej umożliwia optymalne wykorzy-stanie potencjalnych zdolności roślin (optymalnej ekspresji fenotypowej), szczególnie w środo-wisku skażonym ksenobiotykami, gdzie zaobserwowano największe różnice między grupami doświadczalnymi. Doświadczenia nad wpływem stymulacji laserowej na bioakumilację meta-li śladowych, ciężkich, oraz niektórych zanieczyszczeń organicznych (fenole), mogą być pro-wadzone na materiale roślinnym o szczególnych predyspozycjach do usuwanie tego typu za-nieczyszczeń, jak np. trzcina pospolita Phragmites australis (prace wstępne, niepublikowane).

Zmniejszenie zdolności do fitoremediacji metali może znaleźć zastosowanie szczegól-nie w odniesieniu do upraw na terenach silnie skażonych [Dobrowolski, Różanowski 1998, Dobrowolski, Różanowski, Zielińska-Loek 1999].

Wykorzystanie biostymulacji laserowej umożliwia zoptymalizowanie procesów zacho-dzących naturalnie w przyrodzie (np. metabolizmu, a szczególnie fotosyntezy, zwiększenia fitoakumulacji zanieczyszczeń z wód lub gruntu) i wykorzystanie ich w biotechnologii środo-wiskowej [Śliwka 2005, Jakubiak, Śliwka 2006]. Ze względu na założenia ekoinżynierii pra-ce prowadzono na różnych gatunkach roślin o odmiennych zdolnościach fitoremediacyj-nych i różnej odporności na środowiskowe czynniki stresowe.

Wykonane prace finansowane były w ramach projektu badawczego KBN 18.18.150.833 oraz funduszy na badania statutowe Wydziału GGiIŚ Akademii Górniczo-Hutniczej nr 11.11.150.949 na rok 2009.

PIŚMIENNICTWO

DOBROWOLSKI J.W., WĄCHALEWSKI T., SMYK B., BARABASZ W., RÓżYCKI E. 1996. Experiments on the influence of laser light on some biological elements of natural envi-ronment. Environmental Managnemt and Health 8/4.

DOBROWOLSKI J.W., SŁAWIńSKI J., LASZCZKA A., RÓżANOWSKI B. 1999. Bioelektro-nika a nieswoiste skutki biologiczne laserów małej mocy. Inżynieria Środowiska. Wyd. AGH. Kraków.

DOBROWOLSKI J.W. 2001. Perspectives of application of laser biotechnology in man-agement of the natural environment. Polish Journal of Environmental Studies10. Wyd. Hard. Olsztyn.

DOBROWOLSKI J.W. BORKOWSKI J. SZYMCZYK S. 1987. Laser stimulation of cumula-tion of selenium in tomato fruit. Photon Emission from Biological Systems. World Scien-tific Publishers, Singapore: 212–218.

387

Wpływ światła spójnego na zmiany zawartości pierwiastków w biomasie roślin

DOBROWOLSKI J.W., RÓżANOWSKI B., ZIELIńSKA A. 1996. The influence of low power lasers light of some trace elements in plants. Biological Buletin of Poznań 33.

DOBROWOLSKI J.W., RÓżANOWSKI B. 1998. The influence of laser light on accumula-tion of selected macro-, trace-and ultra elements by some plants. Menegenund Spuren-elemente. friedrich-Schiller-Universitat, Jena: 147–156.

DOBROWOLSKI J.W.,RÓżANOWSKI B., ZIELIńSKA-LOEK A. 1999. Zastosowanie biosty-mulacji laserowej w biotechnologii środowiskowej. Biotechnologia Środowiskowa. Wro-cław: 313–320.

JAKUBIAK M., ŚLIWKA M. 2006. The application of laser biostimulation for more efficient phytoremediation of soil and waste water. Polish Journal of Environmental Studies 15. Wyd. Hard., Olsztyn: 176–178.

KUfEL L., BRYNDA CZ. 1995. Wykorzystanie rzęsy wodnej (Lemna Minor L.) w oczysz-czaniu ścieków bytowych. Biotechnologia Środowiskowa. Politechnika Śląska. Gliwice.

LANDOLT E., KANDELER R. 1987. The family of Lemnaceae – a monographic study. Bio-systematic investigations In the family of dackweeds (Lemnaceae) 4. Zurich.

ŚLIWKA M. 2005. Wykorzystanie biostymulacji laserowej roślin do zwiększenia przyrostu ich biomasy oraz zdolności bioremediacyjnych. Obieg pierwiastków w przyrodzie. Mo-nografia. Tom 3. Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa: 637–640.

ŚLIWKA M. 2007. Wpływ stymulacji laserowej na zwiększenie przyrostu biomasy oraz zdol-ności bioremediacyjnych roślin wykorzystywanych w hydrofitowych oczyszczalniach ścieków. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 33, Instytut Ochrony Środowi-ska, Warszawa: 103–107.

ZIELIńSKA-LOEK A. 2001.The perspectives of reduction of health hazard of conumers by use of laser photostimulation of plants for management of regions of main roads. Polish Journal of Environmental Studies 11, Olsztyn.