What does bioaccumulation really tell us? - analytical data in their natural environment

• Autorzy: Fränzle S. , Markert B.

Warianty tytułu

PL

Co bioakumulacja naprawdę mówi nam? - dane analityczne ze środowiska przyrodniczego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Analytical data on biological materials will not give information on the environment the samples were taken from directly. Rather, the analyzed components underwent bioconcentration or the reverse during uptake in the plant or animal. For metal ions, bioconcentration or - dilution will be related to the coordination (ligation) properties of the metal ions since far less ligands are used to sequester metals than there arc elements in the surroundings, hence one ligand interacts with many different metals. A novel method is outlined to describe metal properties in coordination chemistry by two typical parameters, c and x. From this a term is calculated which compares the relative bioconcentration properties of specified biomass, eg leaves of birch, to binding selectivities of some equivalent ligand. Thus bioconcentration of yet other metal ions by the corresponding organism can be predicted. Examples are given for aquatic plants. Moreover, real sequestering ligands and equivalent-ligand behaviours for key components of forest flora arc given in diagrams which also depict the mathematical line of reasoning. Combining these steps allows for a"weighted" treatment of bioconcentration and thus eventually an extrapolation on the status of ambient water or groundwater. Only after this transformation of data was done, rational biomonitoring including comparisons among different sympatric species becomes feasible.

PL

Dane analityczne bezpośrednio pobranych próbek materiału biologicznego nic dają pełnych informacji o środowisku. Pełniejszy obraz stanu środowiska daje analiza biokoncentracji lub efekt przeciwny zanieczyszczeń w organizmach roślinnych i zwierzęcych. Dla jonów metalu stopień biokoncentracji jest związany z właściwościami koordynacyjnymi jonu, a jeden ligand oddziałuje z wieloma różnymi metalami. Nowym podejściem w chemii koordynacji jest opisanie właściwości metalu za pomocą dwóch charakterystycznych parametrów, e i x. Na ich podstawie oblicza się wielkość, która porównuje względne właściwości biokoncentracyjne określonej biomasy, np.: liści brzozowej w powiązaniu z równoważnie selektywnym ligandem. W ten sposób można przewidzieć biokonccntrację innych jonów metali w organizmach. Jako przykłady wymieniono niektóre rośliny wodne. Porównano zachowania rzeczywistych ligandów występujących w kluczowych składnikach flory leśnej i ligandów równoważnych. Takie podejście umożliwia wykorzystywanie stopnia biokoncentracji do opisu stanu wód naturalnych lub wody gruntowej. Tylko po takim przekształceniu danych jest możliwy racjonalny biomonitoring, włączając porównania pośród różnymi gatunkami.

Słowa kluczowe

EN

bioindication; metal ions; coordination chemistry; electrochemical ligand parameter; metal ion parameters; soil-plant interactions; weighted biomonitoring data

PL

bioindykator; jony metalu; chemia koordynacyjna; parametr elektrochemiczny liganiu; parametry jonu metalu; interakcje gleba-roślina; ważone dane biomonitoringowe

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Chemia i Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 14, nr 1
• Strony: 7--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.,

Twórcy

autor

Fränzle S.

autor

Markert B.

• Department of Environmental High Technology. International Graduate School (IHI) Zittau, Markt 23, D-02763 Zittau, D,

Bibliografia

• [1] Markert B.: Instrumental Element and Mutly-Element Analysis of Plant Samples -.Methods and Applications. Wiley, Chichester, New York etc. 1996.
• [2] Cowgill U.M.: Biogeochemical cycles of the rare-earth elements in aquatic macrophytes of Linsley Pond, North Branford, Connecticut. Geochim. Cosmochim. Acta, 1973, 37, 2329-2345
• [3] Wolterbeek H.T. and van der Meer A.: A sensitive and quantitative biosensing method fort he determination of γ-ray emitting radionuclides in surface water. J. Environ. Radioact., 1996, 33, 237-254.
• [4] Paquin P.: Bioaccumulation and Toxicity ,Models. [In:] Paquin P, Farley K, Santore RC, Kavvadas CE, Mooney KG, Winfield RP, Wu K-B and Di Toro DM: Metals in Aquatic Systems: : A review of exposure, bioaccumulation and toxicity models. SETAC Press, Pensacola, 2003, p. 61-90.
• [5] Marcus Y.: Phase transfer enthalpies for cat- and anions between water and organic solvents. Pure Appl. Chem., 1987, 59, 978-1021.
• [6] Sigel H. and Kapinos L.E.: Quantification of isomeric equilibria for metal ion complexes formed in solution by phosphate or phosphonatc ligands with a weakly coordinating second site. Coordn. Chem. Revs., 2000, 200, 563-594.
• [7] Franzle S. and :vlarkert B.: Dirce ways ashore. Where did terrestrial plants, arthropods and vertebrates come from? Are essentialiry patterns of chemical elements living bio(-geo)chemical “fossils"? Inferences from essentiality patterns and the Biological System of Elements. Chem. Inz. Ekol., 2002, 9, 949-967.
• [8] Wünschmann S., Fränzlc S. and Markert B.: Transfer chemischer Elemente in die Muttermilch. Ecomed, Landsbcrg/Lcch. 2004.
• [9] Adam C.. Garnicr-Laplacc J. and Baudin J.P.: Bioaccumulation of Ag-110m, Co-60, Mn-54. Cs-137 and Co-60 by the freshwater crustacean Daphnia magna from dietary sources (Scenedesmus obliguus and Cyclotella meneghiana). Water Air Soil Pollut., 2002, 136, 125--146.
• [10] Vallee B.L. and Williams R.J.P.: Metalloenzymes. The entatic nature of their active sites. Proc Nat. Acad. Sci., 1968, 59, 498-505.
• [11] Höhne W.E.: Metallionen in Struktur und Funktion von Metallenzymen. Z. Chem., 1980, 20, 1-11.
• [12] Williams R.J.P. and Frausto Da Silva J.J.R.: The natural selection of the chemical elements. Clarendon Press, Oxford 1996.
• [13] Mizerski W.: Tablice Chemiczne. Wydawnictwo Adamantan, Warszawa/Warsaw 1997.
• [14] Fränzlc S., Markcrt B. and Wünschmann, S.: Lccturc givcn at EcOpolc 2004 in Duszniki Zdroj, PL, October 23rd, 2004: Quantitativc aspccts of intcractions bctwccn metal ions and living matter: A novel method and its applications for biomonitoring and phytoremcdiation.
• [15] Lever A.B.P.: Electrochemical parametrization of metal complex redox potentials using the ruthenium(III)/ruthenium(II) couple to generate a ligand electrochemical series. Inorg. Chem., 1990, 29, 1271-1285.
• [16] Ficldcr S.S., Osbornc M.C., Lcvcr A.B.P. and Pietro W.J.: First-principles interpretation of ligand electrocl:ernicul EL(L) parameters. Factorization of the σ and π donor and π acceptor cupabilities of ligands. J. Amcr. Chcm. Soc., 1995, 117, 6990-6993
• [17] Fränzle S.: Prinzipien und Mechanismen der Verteilung und Essentialität von chemischen Elementen in pflanzrlicher Biomasse - Ableitungen aus dem Biologischen System der Elemente. Habilitation Thesis, under scrutiny 2006, 146 pagcs.
• [18] Irving H. and Rossotti H.: Some relationships among the stabilities of metal complexes. Acta Chim. Scandin., 1956, 10, 72-93.
• [19j Tottey S., Harvie D.R. and Robinson N.J.: Understanding how cells allocate metals using metal-sensors and metallochaperons. Aca Chem. Rcs., 2005, 38, 775-783.
• [20] Wcltjc L.: Bioavailabilitv of Lanthanides to freshwater organisms. Speciation, accumulation and toxicity. Ph.D. Thcsis Tcchnical Univcrsity of Delft 2003, Thc Ncthcrlands.