Jerzy Kwapuliński, Agnieszka Fischer, Ewa Nogaj, Gabriela Linkarczyk-Paszek, Robert Rochel, Maria Wojtanowska, Krzysztof Sobczyk
ANALIZA ŹRÓDEŁ OBCIĄŻENIA GRZYBA OŁOWIEM I KADMEM
Katedra i Zakład Toksykologii Śląskiego Uniwersytetu Medycznego Kierownik: prof. dr hab. J. Kwapuliński
W 25 gatunkach grzybów wielkoowocnikowych pozyskanych na terenach Be-skidu Śląskiego, Żywieckiego, Małego i Makowskiego oznaczono zawartość Pb i Cd metodą AAS. Ponadto, dla określenia zdolności kumulacji danego pier-wiastka przez grzyby, wyznaczono zawartość biodostępnych chemicznych form występowania Pb i Cd w glebie.
Hasła kluczowe: grzyby, ołów, kadm, kumulacja. Key words: fungi, lead, cadmium, cumulation.
Lasy w skali dużego obszaru stanowią skuteczny układ o właściwościach fi ltrują-cych (1, 2). Z drzewami w lesie współżyje ogromna większość grzybów jadalnych i trujących. Krótki okres ich wegetacji przy znanych właściwościach kumulacyj-nych pozwala zaliczyć grzyby do grupy biomarkerów ekspozycji w mniejszych odstępach czasu (3, 4). Podkreślić należy, że lasy w długim okresie czasu w róż-nych regionach poddane są wpływowi permanentnej dalekosięgającej emisji pyłów. Stąd grzyby mogą być także bioindykatorem wybranych metali. Nierzadko bowiem obecność metali i metaloidów determinuje ich biodostępność w podłożu siedliska (5–7). Duży udział w wzbogacaniu siedliska grzybów posiada zjawisko wtórnego pylenia lasu (8–10).
Kolejnym argumentem zainteresowania się właściwościami kumulowania po-szczególnych metali toksycznych przez grzyby wielkoowocnikowe jest ich duże zna-czenie dla różnych procedur kulinarnych (11–13). Przykładowo, kapelusze i trzony koźlarza czerwonego z Chodeckiego Parku Narodowego posiadały względnie duże ilości potasu: 21000–4500 mg/kg, magnezu 410–1200 mg/kg. Udział pozostałych pierwiastków był następujący: 24–240 mg Al/kg, 25–250 mg Fe/kg, 24–240 mg Zn/kg, 15–110 mg Cu/kg, 7–40 mg Mn/kg (13). Autorzy (13) wskazują także na fakt, iż kapelusze koźlarza czerwonego w porównaniu do trzonów zawierały więk-sze ilości Al, Cu, Fe, Mg, P, Rb, Zn oraz porównywalne ilości Ba, Ca, Mn, Sr, a mniejsze zawartości Na.
Kumulacja ołowiu i kadmu w grzybach możliwa jest dzięki obecności ich związ-ków chemicznych w podłożu lub w pyle zawieszonym w przyziemnej warstwie po-wietrza. Zasadnicze znaczenia posiadają biodostępne formy metali obecne w pod-łożu (2, 3, 14).
MATERIAŁ I METODY
Przedmiotem badań były owocniki 25 gatunków grzybów wielkoowocnikowych pozyskane na wybranych terenach Beskidu Śląskiego, Żywieckiego, Małego i Ma-kowskiego. Grzyby zebrane były z powierzchni 100 m × 100 m oddalone od siebie o 1 km. Grzyby oczyszczano z piasku, liści i innych zanieczyszczeń, po czym po-dzielone na fragment kapelusza, trzonu lub w całości suszono w temp. pokojowej (23°C ± 1°C). Suchą pozostałość mielono w młynku agatowym. 1 g homogenizo-wanej próbki danego grzyba roztwarzano w okresie 24 h w tyglu porcelanowym z 5 cm3 stężonego kwasu azotowego(V) (spektralnie czysty Suprapur Merck). Po
odparowaniu do sucha na analitycznej łaźni wodnej, poddano dalszej mineralizacji w piecu mufl owym, temp. 450°C, aż do uzyskania białego popiołu, w ciągu ok. 12 h. Schłodzoną próbkę zadawano 10 cm3 wody utlenionej a następnie po odparowaniu
rozpuszczono w kwasie azotowym(V) o stęż. 1 mol. Czynności te powtarzano, aż do uzyskania klarownego, przeźroczystego roztworu, który następnie uzupełniono do obj. 10 cm3 wodą redestylowaną.
Zawartości Pb i Cd oznaczono metodą AAS za pomocą aparatu Pye-Unicam SP-9 z dokładnością 0,01 μg/g. Precyzja oznaczeń wynosiła 1,8–2,7% w zależności od pierwiastka.
Dokładność oznaczeń Pb i Cd sprawdzono metodą dodatku wzorca fi rmy Wzor-mat (Polska) oraz Wzor-materiału referencyjnego SRM 1648, którym był pył miejski. Oznaczenia w stosunku do deklarowanych ilości różniły się dla Pb i Cd kolejno o 2% i 4,3%.
WYNIKI I ICH OMÓWIENIE
Na badanych obszarach ogólna zawartość biodostępnych chemicznych form wy-stępowania ołowiu wynosiła: formy jonowymienne 0,5–33,63 μg Pb/g, formy ad-sorbowalne 1,00–25,09 μg Pb/g, natomiast zawartość jonowymiennych form kad-mu w glebie mieściła się w granicach 0,03–2,08 μg Cd/g, a adsorbowalnych form 0,02–0,39 μg Cd/g. Charakterystyczne było, że ilości bezpośrednio biodostępne dla grzybów w większości przypadków były większe od ilości związków metali poten-cjalnie biodostępnych, które występowały w formie połączeń organicznych. Naj-większe ilości Pb w formie połączeń organicznych były rzędu 141,43 μg/g, a kadmu 1,11 μg/g, z kolei w formie węglanów największe ilości tych połączeń były rzędu 47,72 μg/g dla Pb, a dla Cd 0,63 μg/g (tab. I, II).
Potencjalnie biodostępne formy chemiczne podlegają dodatkowo migracji w przy-padku występowania kwaśnych deszczy w granicach pH 2,1 do 5. Zaznaczyć nale-ży, że częstość występowania kwaśnych deszczy w świetle badań Kwapulińskiego i współpr. (2, 3, 14) sięga ok. 37% wszystkich opadów w ciągu roku.
Zatem, podstawowym źródłem wybranych pierwiastków w grzybach lub w jego częściach są biodostępne formy danego pierwiastka występujące w podłożu. Naj-ważniejszymi biodostępnymi formami występowania danego pierwiastka jest forma wymienna – fwym. oraz forma adsorbowalna – fads., które obecne są w podłożu (gleba).
Ta b e l a I. Zawartość ołowiu w poszczególnych formach występowania w glebie (μg/g) Ta b l e I. Pb contents in different chemical forms in soil (μg/g)
Miejscowości (m n.p.m.) Wymienna
Adsorbo-walna Połączeń organicz-nych Węglanów Siarczków Hałcnów 370–380 28,67 10,49 35,96 25,83 25,83 Rycerka (Praszywka Wielka) 600 3,00 1,50 3,00 8,99 1,50 Wapienica (wierzchołek koło zbiornika) 440 33,13 15,98 50,96 29,48 2,50 Rycerka Górna (Jaworzyna) 700–750 6,49 1,00 2,00 7,99 2,00 Jaworzynka (Szyroki) 550–600 25,83 2,00 34,75 13,99 0,50 Hrobacza Łąka 730–800 10,50 1,00 27,07 11,00 0,50 Grodziec 320 3,00 2,00 19,48 34,75 6,49
Szczyrk (Biały Krzyż) 940 5,49 3,00 131,53 46,25 6,99
Komorowice 287–300 2,50 1,00 29,07 13,49 0,50 Przybędza (Las Przybędza) 580–680 6,50–25,04 2,00–4,00 44,88–75,07 31,54–36,81 2,00–2,50 Radziechowy (Wytrzyszczopa) 580–650 3,00–13,99 2,50–14,49 33,94–82,06 35,15–56,14 3,50–8,99 Kamesznica (Wojtasowa Grapa) 600–700 0,50–13,96 2,00–5,98 19,46–48,98 27,02–76,72 2,99–25,37 Złatna (Czerwieńska Grapa) 640 1,00 1,50 7,49 12,97 0,50
Ustroń (Wielka Czantoria) przy drodze–800
5,99–22,59 2,50–21,48 35,12–141,43 35,12–72,16 3,49–11,49
Brenna (Jawierzny) 610–670
16,97–20,04 14,47–25,09 65,50–69,55 37,55–38,51 2,50–3,01
Spalona (Lipowski Groń) 445–480 32,35– 33,63 14,53–23,83 73,80–88,27 43,94–47,33 2,50–4,01 Bystra (Kiczora) 580–600 7,49–13,97 7,98–9,99 25,40–48,13 37,18–41,02 1,00–2,00 Kiełbasków (Grapa) 470–510 1,00–5,51 2,00–6,50 26,69–53,84 29,10–29,54 1,00–4,00
Mutne (Janikowa Grapa) 520–580 3,99–5,48 2,99–3,49 23,43–40,98 17,95–40,98 0,50–1,99 Szyndzielnia 580–820 14,46–26,21 1,50–15,00 17,48–75,86 9,49–58,91 0,50–5,49 Sucha Beskidzka (Ostra Górka) 420–540 5,99–12,48 10,98–11,49 29,85–52,37 31,91–32,69 2,00–2,50
Prądowiec (Młoda Góra) 590–640
11,00–27,45 3,50–7,49 26,64–50,07 14,99–28,70 1,00–3,00
Kubalonka (Kubalonka) 790–830
9,00–13,00 3,00–6,50 29,10–51,48 16,00–30,32 1,50–3,00
Czarna Kiczora (Las Palenica) 605–660
1,00–7,99 1,50–2,00 3,50–5,99 11,00–13,49 1,00–1,50
Juszczyna (Wójtowski Wierch) 580–620
5,99–7,00 4,00–10,49 30,32–50,96 19,98–26,67 1,50–2,50
Pewel Mała (Wolentarski Groń) 430–530
Ta b e l a II. Zawartość kadmu w poszczególnych formach występowania w glebie (μg/g) Ta b l e II. Cd contents in different chemical forms in soil (μg/g)
Miejscowości (m n.p.m.) Wymienna
Adsorbo-walna Połączeń organicz-nych Węglanów Siarczków Hałcnów 370–380 0,15 0,27 0,15 0,02 0,02 Rycerka (Praszywka Wielka) 600 0,27 0,27 0,51 0,02 0,02 Wapienica (wierzchołek koło zbiornika) 440 0,39 0,27 0,27 0,02 0,02 Rycerka Górna (Jaworzyna) 700–750 0,63 0,15 0,27 0,02 0,03 Jaworzynka (Szyroki) 550–600 0,87 0,15 0,27 0,02 0,03 Hrobacza Łąka 730–800 0,63 0,03 0,63 0,02 0,03 Grodziec 320 0,63 0,02 0,27 0,02 0,02
Szczyrk (Biały Krzyż) 940 0,51 0,03 0,75 0,02 0,03
Komorowice 287–300 2,08 0,03 0,99 0,03 0,15
Przybędza (Las Przybędza)
580–680 0,39–0,63 0,02 0,27–0,63 0,02–0,39 0,15 Radziechowy (Wytrzyszczopa] 580–650 0,03–0,39 0,03 0,27–0,51 0,02–0,03 0,02 Kamesznica [Wojtasowa Grapa) 600–700 0,03–1,35 0,02–0,03 0,87 0,03–0,63 0,02–0,39 Złatna (Czerwieńska Grapa) 640 0,03 0,03 0,75 0,02 0,02
Ustroń (Wielka Czantoria)
przy drodze–800 0,02–1,96 0,02–0,15 0,27–0,99 0,02–0,51 0,02–0,15
Brenna (Jawierzny)
610–670 0,27–0,75 0,03–0,15 0,27 0,27 0,15
Spalona (Lipowski Groń)
445–480 0,63–0,88 0,02–0,03 0,15–0,27 0,15 0,15–0,27
Bystra (Kiczora) 580–600 0,27–1,24 0,03 0,39 0,03 0,03
Kiełbasków (Grapa)
470–510 0,15–0,88 02–0,03 0,27–0,75 0,15–0,27 0,03–0,15
Mutne (Janikowa Grapa)
520–580 0,39–0,87 0,02 0,27–0,51 0,02 0,03–0,27
Sryndzielnia 580–820 0,39–1, 00 0, 02–0,15 0, 27–0, 51 0,15–0, 39 0, 02–0,15
Sucha Beskidzka (Ostra
Górka) 420–540 0,87 0,02–0,03 0,39 0,03–0,27 0,03
Prądowiec (Młoda Góra)
590–640 0,27–0,51 0,02–0,03 0,15–0,27 0,15–0,39 0,03
Kubalonka (Kubalonka)
790–830 0,39–0,75 0,02–0,03 0,02–0,15 0,15–0,27 0,02
Czarna Kiczora (Las
Palenica) 605–660 0,22–0,27 0,02 0,03–0,15 0,39 0,02
Juszczyna (Wójtowski
Wierch) 580–620 0,51–0,75 0,02–0,03 0,15–0,39 0,15–0,39 0,02
Pewel Mała (Wolentarski
T
abela I
II. Udział biodostępnych form chemicznych Pb i Cd w podłożu w ogólnej zawartości Pb lub Cd w wybranych gatunkach grzybów
T
able
III. Contribution of the bioavailable forms of Pb and Cd in forest soil to the total Pb or Cd content in given species of fung
i Gatunek grzyba Pb Cd P orek brzozowy Piptoporus betulinus Cg(o) =0,23C w +0,71C a Cg(o) =4,3C w –10,34C a Boczniak ostrygowaty Pleurotus ostreatus Cg(o) =1,0C w +7,86C a C(T) =1,5C W +9,09C a –– Czasznica workowata Calvatia excipuliformis Cg(O) =1,5C w +3,13C a – Gąsówka płowa Lepista ilva –– Cg(K) =2,05C w –2,56C a Cg(T) =8C w –16,4C a Gołąbek grynszpanowy Russula ceruginea –– Cg(K) =25C w +10,16C a Cg(T) =45C w +76,92C a Gołąbek modrożółty Russula cyanoxantha –– Cg(K) =5,5C w +70,2C a Cg(T) =7C w +32,8C a Gołąbek wymiotny Russula emetica –– Cg(K) =30C w +124,5C a Cg(T) =5C w +262C a Hebeloma longicaudum – – Cg(K) =0,5C w +11,36C a Cg(T) =1,5C w +5,32C a Hubiak pospolity F omes fomentarius Cg(O) =0,55C w +1,11C a Cg(O) =4,2C w –8,33C a Lakówka ametystowa Laccaria amethystea Cg(K) =1,5C w +2,63C a Cg(T) =2,0C w +3,33C a Cg(K) =2C w +83,33C a Cg(T) =1,5C w +52,63C a Lakówka pospolita Laccaria laccata Cg(K) =0,15C w +8,6C a Cg(T) =0,35C w +7,84C a Cg(K) =0,5C w +361,5C a Cg(T) =–1,5C w +161,3C a Lejkówka ziemnozwrotna Clitocybe geotropa Cg(K) =0,6C w +1,9C a Cg(T) =0,0C w +2,08C a Cg(K) =–65C w +937,5C a Cg(T) =–15C w +166,7C a Maślanka ceglasta Hypholoma aublateritium –– Cg(T) =4C w +24,7C a Maślanka łagodna Hvpholoma capnoides –– Cg(K) =6,5C w +29,85C a Cg(T) =7,5C w +32,8C a Maślanka wiązkowa Hypholoma fasciculare –– Cg(K) =–40C w +285,7C a – Mleczaj biel Lactarius piperatus Cg(K) =0,5C w +0,91C a Cg(T) =0,25C w +1,11C a Cg(K) =–15C w +64,94C a Cg(T) =25C w +22,25C a Muchomor czerwony Amanita muscaria Cg(K) =0,35C w +0,8C a Cg(T) =0,7C w +3,33C a Cg(K) =55C w –66,7C a Cg(T) =39C w –111,1C a Pieniążek maślany Collybia butyracea –– Cg(K) =4C w +0,14C a – Pieniążek pozrastany Collybia confluens Cg(K) =–7C w +28,57C a Cg(T) =1,5C w +8,51C a Cg(K) =45C w +153,8C a Cg(T) =10C w +29,1C a Pierścieniak grynszpanowy Stropharia aeruginosa –– Cg(K) =3,5C w +24,4C a Cg(T) =2,6C w +18,2C a Pniarek obrzeżony F omitopis pinicola –C g(O) =0,5C w +18,52C a P odgrzybek zajaczek X e rocomus subtomentosus Cg(K) =150C w +375C a –C g(K) =100C w +103,45C a – P o dgrzybek złotawy X e rocomus chrysenteron Cg(K) =0,2C w +5,0C a Cg(T) =0,2C w +4,0C a –– Tę goskór pospolity Scleroderma citrinum Cg(O) =0,35C w +0,77C a Cg(O) =1,9C w –2,94C a oraz C g(O) =–0,8C w +5,71C a W o dnicha jasnożółta Hygrophorus hypothejus –– Cg(K) =–4,5C w +222,22C a – Cg(O) – C grzyb(owocnik) , C g(K) – C grzyb(Kapelusz) , C g(T) – C grzyb(T rzon).
Udział wybranych form chemicznych występowania Pb lub Cd opisuje równanie typu:
Cgrzyb = k1Cwymienna + k2Cadsorbowalna
C C k k C C grzyb fwym fads fwym = 1+ 2
Wybrane współczynniki k1, k2 można ustalić metodą grafi czną
w oparciu o wykres funkcji:
k y y x x 2 2 1 2 1 = − −
Przypadki większego udziału formy wymiennej Cd w intoksykacji grzyba kadmem w porównaniu do formy adsor-bowalnej obejmują następujące gatunki:
Fomes fomentarius (L.) Fr. (15),
kape-lusz i trzon gąsówki płowej Lepista gilva
(Pers.) Harmaja. Przewagę formy
adsor-bowalnej Cd nad udziałem formy wy-miennej Cd przedstawiono na przykładzie pierścieniaka grynszpanowego Stropharia aeruginosa (Curt.: Frl.) Q’ĕlet (15).
Wśród badanych gatunków grzybów wyraźną rolę danej biodostępnej formy che-micznej Pb lub Cd w podłożu opisują ustalone równania, w których jeśli wartości współczynników spełniają porównanie, jeśli k1 >k2 to wówczas rola formy
wymien-nej jest większa, a jeśli k1 <k2 to większe znaczenie posiadają formy adsorbowalne
– tab. III. Wielkość współczynnika k1 w porównaniu do współczynnika k2 pozwala
ustalić określoną rolę danej formy chemicznej występowania pierwiastka w grzybie. Porównanie równań przedstawionych w tab. III wskazują, że poszczególne warto-ści współczynników k1 lub k2 determinowane są gatunkiem grzyba. Ponadto,
porów-nanie tych współczynników dodatkowo wskazuje, że w intoksykacji grzyba danym pierwiastkiem większą rolę odgrywają formy adsorbowalne, jako łatwiej migrujące do tkanki grzybni. Przykładowo dla Pb kapelusza podgrzybka zajączka Xerocomus
subtomentosus (L) Q’ĕlet (15) współczynnik k1 formy wymiennej (150) jest 2,5 razy
mniejszy od współczynnika k2 (forma adsorbowalna) (375).
WNIOSKI
1. Równania podziału i ustalone współczynniki podziału (k1 i k2) są przydatne do
oceny zdolności kumulacji danego pierwiastka przez grzyb w nawiązaniu do ilości form wymiennych i adsorbowalnych występujących w siedlisku.
2. Badania potwierdziły dostrzeżoną w piśmiennictwie dla grzybów różną gatun-kową właściwość do kumulowania Pb i Cd.
J. K w a p u l i n s k i, A. F i s c h e r, E. N o g a j, G. L i n k a r c z y k-P a s z e k, R. R o c h e l, M. W o j t a n o w s k a, K. S o b c z y k
THE ANALYSIS OF SOURCES OF Pb AND Cd UPTAKE IN MUSHROOMS S u m m a r y
This work analysis sources of Pb and Cd uptake in mushrooms. Pb and Cd contents in mushrooms depends on their species. Distribution equations made it possible to indicate the role of the exchangeable and adsorbable form of Pb and Cd in the forest soil for the assessment of mushrooms’ cumulating ability.
PIŚMIENNICTWO
1. Mirosławski J., Cyganek M., Czomperlik B., Szywała A., Kwapuliński J.: Ocena emisjochłonnej funkcji lasu w aspekcie zagrożenia toksycznymi metalami ciężkimi. Sylwan, 1992; 5: 11-18. – 2.
Kwa-puliński J., Paukszto A., Mirosławski J., Nowak B., Wiechuła D.: Specjacja metali ciężkich w pyłach
osiadłych na liściach drzew w okolicach Pilska i Babiej Góry. Sylwan, 1993; 7: 31-44. – 3. Kwapuliński
J., Wiechuła D., Mirosławski J., Górka P., Rochel R., Paukszto A.: Intoksykacja wybranych gatunków
grzybów metalami ciężkimi na terenie Wyżyny Żarkowsko-Częstochowskiej. Pollutants in Environment, 1994; 1995; 4-5: 25-33. – 4. Sarosiek J., Kwapuliński J., Mirosławski J., Wiechuła D., Rochel R., Iwanek
K., Manasar A., Manderla J.: Kumulacyjne właściwości wybranych gatunków grzybów z obszaru
Wyży-ny Żarkowsko-Częstochowskiej. Prace Botaniczne, 1997; 72: 71-83. – 5. Falandysz J.: Mercury in mush-rooms and soil of Tarnobrzeska Plain, south-eastern Poland. J. Environ. Sci. Health., 2002; 37A: 343-352. – 6. Falandysz J., Gucia M., Kawano M., Brzostowski A., Chudzyński K.: Mercury in mushrooms and soil from the Wieluńska Upland in South-central Poland. J. Environ. Sci. Health. 2002; 37A: 1409-1420. – 7. Kwapuliński J.: Skażenia promieniotwórcze na terenie południowej Polski. Rozprawa habilitacyjna, Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław 1976. – 8. Kwapuliński J., Wiechuła D., Kowol J.,
Mirosławski J.: Współwystępowanie metali w ekosystemie leśnym na przykładzie lasów woj. Śląskiego.
Problemy Ekologii, 2002; 6(4): 161-166. – 9. Kwapuliński J., Sołtysiak G.: Ekotoksykologia lasu jako obszarowego źródła zjawiska wtórnego pylenia na przykładzie lasu w Kochłowicach (woj. śląskie). 2002; Problemy Ekologii, 6(5): 217-221. – 10. Kwapuliński J., Wiechuła D., Kowol J.: Ekotoksykologia powie-trza leśnego. Sylwan, 2003; 1: 63-69.
11. Linkarczyk-Paszek G.: Grzyby wielkoowocnikowe jako bioindykatory ołowiu i kadmu na wybranych obszarach zachodnich (Beskid Śląski, Żywiecki, Mały). Rozprawa doktorska, Śląska Akademia Medyczna, Sosnowiec 2002. – 12. Falandysz J., Gucia M., Skwarzec B., Frankowska A., Klawikowska K.: Total mercury in mushrooms and underlying soil substrate from the Borecka Forest. Northeastern Poland. Arch. Environ. Contam. Toxicol., 2002; 42: 145-154. – 13. Kowalewska I., Bielawski L., Falandysz J.: Niektóre metale i fosfor oraz ich współczynniki nagromadzenia w koźlarzu czerwonym Leccinum rufum z terenu Wyżyny Lubelskiej. Bromat. Chem. Toksykol., 2007; 40(2): 153-158. – 14. Kwapuliński J., Cyganek M., Mirosławski
J.: Intoksykacja powietrza w wyniku wtórnego pylenia w strefi e oddziaływania lasu. Ochrona Powietrza,
1991; 5: 109-113. – 15. Gerhardt E.: Przewodnik grzyby. Multico, Warszawa 2001.
