Monitoraggio della qualità dell’aria con le moss-bags: stato dell’arte ed applicazioni biotecnologiche per standardizzare il metodo Simonetta Giordano Dipartimento di Biologia – UniNA Federico II CIRAM Summer school - 10 luglio 2014 Life Ecoremed “La bonifica ecocompatibile dei suoli contaminati: metodologie e tecniche di monitoraggio” Bioindicatori e metodi indiretti •I bioindicatori sono organismi viventi integratori di dati ambientali, sensibili agli inquinanti (SO2, Nox, O3, IPA, Metalli pesanti, Radionuclidi,...) che mostrano una correlazione lineare tra sintomo ed emissioni di inquinanti nell’ambiente. •Attraverso determinate alterazioni osservabili a livello cellulare, di organismo o di comunità indicano alterazioni di parametri ambientali Bioaccumulatori e metodi diretti • Sono organismi viventi che tollerano e accumulano elevate concentrazioni di inquinanti (specialmente metalli e metalloidi, IPA, radionuclidi) • L’analisi chimica del contenuto di inquinanti nei tessuti del bioaccumulatore, riferito a condizioni normali di controllo, può fornire utili indicazioni, spaziali e temporali, sulle deposizioni di inquinanti Biomonitoraggio…come? •con organismi nativi Utilizzando organismi vegetali che crescono naturalmente sul territorio in esame durante tutto l’anno •con organismi trapiantati Facendo ricorso a organismi vegetali selezionati che vengono trapiantati nell’area che si vuole studiare ed esposti per un periodo di tempo definito tallofite licheni – muschi I muschi hanno un elevato rapporto superficie/massa Le specie più utilizzate Sphagnum sp. Pseudoscleropodium purum Hypnum cupressiforme Hylocomium splendens Sphagnum sp. H. cupressiforme P. schreberi P. purum H. splendens Caratteristiche della parete dei muschi I muschi hanno proprietà anfotere che dipendono dalla dissociazione acido/base delle frazioni organiche protonate della parete Correlate a gruppi funzionali quali: •carbossilici •fosforici •amminici •polifenolici. E’ importante notare che molti muschi, e Sphagnum in particolare, hanno una prevalenza di questi gruppi funzionali rispetto a tutte le altre superfici biologiche studiate. Hypnum cupressiforme Sphagnum capillifolium …trapiantato in bags RETE MONITORAGGIO DI NAPOLI - ARPA CAMAPANIA 8 N Eastern district 1 7 6 2 5 Central district railway station 9 3 oil refineries, combustible deposits Western district Tram-way Underground train-line 4 NA1 NA2 NA3 NA4 NA5 Osservatorio Santobono I Policlinico Sc.Silio Italico Sc. Vanvitelli NA6 Museo NA7 Ferrovie Monitoraggio strumentale: cosa si misura? quanti punti misura a Napoli? NO2 CO PM10 SI quantità NO composizione PM2.5 O3 Benzene 9/9 4/9 9/9 1/9 8/9 3/9 PM aderente alla superficie di un muschio GESSO SILICATI Feldspati Phyllipsite HALITE PM directly collected from engine exhausts Iron particles (agglomerates) Fattori di accumulo e tendenze temporali A Napoli i siti posizionati lungo la costa o su strade ad elevato traffico veicolare sono quelli più inquinati Vari fattori concorrono: •Venti prevalenti (SW, SE) •Aerosol marini •Traffico veicolare •Attività del porto •Ri-sospensione di particelle del suolo •Presenza di street canyon Nel periodo 1999-2006 c’è stata una generale diminuzione degli elementi in traccia aerodiffusi specialmente Cd, Fe, Pb, Ni, V E’ importante la vitalità? • Muschi e licheni esposti: • • • • dopo lavaggio in H2O (vivi) dopo devitalizzazione con calore (morti) Confronti con materiali sintetici Confronti in diverse condizioni metereologiche • Muschi morti > licheni vivi > filtri Creating and testing a new biotechnological tool for controlling the air quality based on: use of a devitalized moss clone as passive contaminant sensor Kick-off Meeting 10th and 11th of May (2012) Santiago de Compostela www.mossclone.eu Obiettivi del progetto Mossclone • 1) selection and culture of a moss clone; • 2) characterization -molecular, physical, physical-chemical and multi-elemental- of the cultivated clone; • 3) large-scale production of moss-bags for transplants; • 4) to do a methodological standardization to develop a protocol for using moss-bags; • 5) comparison between the data collected using moss-bags and traditional techniques (i.e. bulk deposition collectors, particles samplers and gaseous samplers) to allow tool validation; • 6) to develop a method for identification of pollution focus. Mosses in axenic in vitro culture • Pleurocarpous species: – – – – – Rhynchostegium murale Brachythecium rutabulum Hylocomium splendens Pseudoscleropodium purum Hypnum cupressiforme* • Sphagnum palustre* Mechanical disruption of S. palustre • S. palustre protonemata transferred to liquid culture • Cultivation for three weeks • Mechanical disruption via Ultraturrax day 0 day 10 s c e l to p e r e s s e r e c o l t i v a to s u l a r g a s c a l a The clone of S. palustre by ESEM Leaf: abaxial surface Average weight : 3.5 mg Leaf: adaxial surface Native S. palustre by ESEM Leaf: abaxial surface Average weight : 14 mg Leaf: adaxial surface hyalocyst chlorocyst Field leaf section: Hy Thickness µ 30-50 Ch Thickness µ 19-30 Wideness ratio Hy/Ch= ≥5 Clone leaf section: Hy Thickness µ 25-30 Ch Thickness µ 12-18 Wideness ratio Hy/Ch= ~2 Cucullate leaf in native S. palustre Not cucullate leaf in S. palustre clone TEM Standardization assay Ba Ball Sphere Shape effect (3 replicates each shape x 3 weeks) 2 mm mesh 30 mg/cm2 = 11,40g Weight effect (3 weeks exposure) Mesh effect ( 3 replicates each tipe x 3 weeks) 15 mg/cm2 = 5,70 g (3 replicates) 30 mg/cm2 = 11,40 g (3 replicates) 45 mg/cm2 = 17,11 g (3 replicates) 4 mm Height effect ( 3 weeks exposure) H1 4 m (3 replicates) H2 7 m (3 replicates) H3 10 m (3 replicates) 2 mm Exposure Time effect 3 weeks (3 replicates every 3 weeks x 4 times) 6 weeks (3 replicates every 6 weeks x 2 times) 12 weeks (3 replicates for 12 weeks x 1 time ) 1 mm Action C2a Standardization assay conclusions • • • • • • MESH, 1, 2, 4 mm = NO significant differences HEIGHT, 4, 7, 10 m = NO significant differences TIME, 3, 6, 12 w = 6 best SHAPE : B>S=F WEIGHT, 15, 30, 45 mg/cm2 = 15 Conclusion: sphere, mesh 2mm, filled with 15 mg/cm2 Sphagnum palustre clone, 6 weeks, 4m height. LIFE11/ENV/IT/275 Implementation of eco-compatible protocols for agricultural soil remediation in litorale Domizio-Agro Aversano NIPS AZIONE C2a Biomonitoraggio dell'inquinamento atmosferico mediante trapianti di muschio Il 3 marzo 2014 ha avuto inizio la campagna di biomonitoraggio della qualità dell’aria mediante impiego del muschio Hypnum cupressiforme Hedw. trapiantato in bags (Figura 1). La campagna di biomonitoraggio interessa 5 comuni del SIR “Litorale Domitio Agro Aversano”: Acerra, Casal Di Principe, Giugliano, Maddaloni e Teverola (Figura 2). In ciascun comune i muschi sono stati esposti contemporaneamente in aree agricole e urbane, ad un’altezza dal suolo di circa 4 m (Figura 3 a-b). La campagna di biomonitoraggio ha avuto una durata di 6 settimane. A fine esposizione nei muschi sarà determinato l’accumulo di metalli e metalloidi e di idrocarburi policiclici aromatici (IPA). “minibag” mg muschio /cm2 superficie bag = ~10 mg/ cm2 Figura 1. Moss bags 12.1km Teverola Maddaloni Casal di Principe Acerra Giugliano Figura 2. Siti di esposizione dei muschi nei comuni del Area di studio Figura 3b. Moss bags impiegate per il monitoraggio degli IPA Bags per monitoraggio IPA Espositore sito agricolo Esempio di esposizione: sito in Agricolo 1 di Acerra Oven drying: 50°C/24 h Mill: Retsch PM100 – planetry mill, jar and balls of zirconium oxide Program used: 600 rpm/12’ (turn changing after 8’ ) Storage: PVP Falcon flask 50 ml CHEMICAL ANALYSES FOR METALS AND METALLOIDS: IN PROGRESS! conclusioni • La standardizzazione del metodo delle moss bags consentirà di confrontare direttamente gli accumuli in siti diversi e quindi di valutare situazioni di sospetta alterazione ambientale anche dove non è presente una rete di monitoraggio fisico-chimica • Standardizzazione di: Matrice muscinale (clone di Sphagnum paluste) Metodo di esposizione (“mossphere”,4 m, 6 wk) Analisi chimiche Analisi e rappresentazione dei dati Grazie !
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