Sensibilitatea unor tulpini levuriene la acțiunea ionilor de cadmiu, crom și nichel

1. INTRODUCERE

1.1. Principalele surse de expunere la acţiunea cadmiului, cromului şi nichelului

Metalele grele, care se întâlnesc în mediu înconjurător sunt derivate dintr-o varietate de surse complexe de origine naturală şi antropică. Ele afectează atmosfera, apele subterane şi de suprafaţă, solul şi subsolul, ajungând astfel, în organismele vii. Sursele naturale de metale grele sunt reprezentate de rocile magmatice şi sedimentare, eroziunea şi formarea solurilor, erupţiile vulcanice etc. Sursele antropice de metale grele sunt reprezentate în general de activităţile industriale (mineritul, scurgerile urbane, emisiile industriale, apele uzate etc) şi agricole (ferilizatorii şi substanţele utilizate pentru combaterea bolilor şi dăunătorilor la plantele de cultură). Poluarea aerului, solului şi a apelor cu metale cum ar fi mercurul, arseniul, cadmiul şi plumbul, contribuie la apariţia unor efecte nocive asupra elementelor mediului înconjurător (flora şi fauna). Poluarea componentelor ecosistemului cu aceste metale toxice rezultă din creşterea industrială rapidă, progresele obţinute în industria chimică sau din diferite alte activităţi umane. Toţi aceşti factori au dus la răspândirea metalelor toxice în mediu şi, în consecinţă, la afectarea stării de sănătate a populaţiei prin ingestia de alimente contaminate cu elemente nocive. Metalele îşi pot schimba forma chimică, dar nu pot fi degradate, ceea ce înseamnă că sunt persistente în mediu şi se pot acumula în organismele vii. Din acest motiv, evaluarea riscurilor ce rezultă în urma expunerii la metalele toxice, reprezintă o problemă importantă pentru protejarea sănătăţii publice (Diaconu M., 2015).

a) Cadmiul

Cadmiul este un oligoelement neesențial pentru organismele vii, și este prezent în aer, apă, sol și alimente. Acesta este un metal alb-argintiu, cu o greutate atomică de 112.4, și un punct de topire scăzut de 3210C. Ca şi metal, cadmiul este rar și nu a fost găsit în stare pură în natură. Este un constituent al carbonatului de zinc (ZnCO3) și se obține ca produs secundar din topirea minereurilor de Zn, Pb și Cu. O caracteristică distinctivă a cadmiului este faptul că este maleabil şi poate fi rulat în foi. Metalul se combină cu majoritatea celorlalte metale grele, pentru a forma aliaje. Este ușor oxidat la starea de oxidare 2+, în urma căruia se formează ionul incolor Cd2+. Cadmiu are o configurație electronică similară cu cea a zincului, care este un element mineral esenţial pentru organismele vii. Aproximativ două treimi din cadmiul produs este folosit în placarea oțelului, fierului, cuprului, alamei etc, pentru a le proteja împotriva coroziunii. Alte utilizări includ fabricarea de: componente electrice, coloranţi, materiale plastice, cauciuc, pesticide, și fier galvanizat şi pentru producerea de semiconductori pentru aeronave. Deoarece cadmiul absoarbe puternic neutronii este, de asemenea, folosit în barele de control ale reactoarelor nucleare. Cadmiul persistă în mediu și are un timp de înjumătățire biologică de la 10 la 25 ani. În ultimele decenii, utilizarea sporită a cadmiului, emisiile provenite de la prelucrarea sa, precum și de la producerea plumbului și a oțelului, arderea combustibililor fosili, utilizarea îngrășămintelor fosfatice, eliminarea deșeurilor, toate combinate cu persistența cadmiului pe termen lung în mediul înconjurător, au sporit preocupările privind efectul acestui metal asupra organismelor vii. Într-adevăr mulți cercetători consideră cadmiul ca fiind unul dintre cele mai toxice elemente din mediu. Plantele, animalele, microorganismele și ființele umane sunt expuse la toxicitatea acestui metal, pe diferite căi, dar în mod similar (Diaconu M., 2012).

b) Cromul

Cromul a fost și este utilizat pe scară largă la nivel mondial în mai multe procese industriale și este eliminat în mod obișnuit în mediul înconjurător din astfel de procese. Cromul este extras în diferite țări din întreaga lume cum ar fi Africa de Sud, Zimbabwe, Finlanda, India, Kazakstan și Filipine ca formă naturală, minereu de cromat (FeCr2O4). Cromul este instabil într-un mediu oxigenat și, atunci când este expus la aer, produce imediat un strat de oxid care este impermeabil la contaminarea ulterioară cu oxigen. Cromul ajunge în mediu atât prin procese naturale, cât și ca urmare a activităților umane. Cromul este un element natural care se găsește în roci, animale, plante, sol, praf și gaze vulcanice (Volesky B., 2001). Există în diferite stări de oxidare care variază de la +2 la +6. Formele cele mai stabile sunt Cr (VI) și Cr (III), deși diferă semnificativ în ceea ce privește proprietățile biologice, geochimice și toxicologice. Cr (III) apare în mod natural în mediul înconjurător la un interval îngust de concentrații și este considerat a fi mai puțin toxic decât Cr (VI). Cromul hexavalent este utilizat extensiv în procesele industriale, cum ar fi galvanizarea, bronzarea, vopsirea textilelor, inhibarea coroziunii și tratarea lemnului, toate producând descărcarea de efluenți care conțin crom (Gavrilescu E., 2008). Solubilitatea ridicată a Cr (VI) îl face un contaminant periculos al apei și solului atunci când este evacuat de către industriile care produc sau utilizează crom.

c) Nichelul

Nichelul este un metal alb, cu tentă slab de galbenă. Cu toate că este al cincilea cel mai abundent element în biosferă, nichelul a fost descoperit numai prin intermediul extragerii altor metale. Nichelul este rezistent la coroziunea aerului, apei și substanţelor alcaline, dar se dizolvă ușor în acizi oxidanți diluaţi. Nichelul natural este un amestec de cinci izotopi stabili, dar se mai cunosc alţi nouăsprezece izotopi instabili. Cu toate că poate exista în mai multe stări de oxidare diferite, starea de oxidare predominantă în mediul înconjurător este Ni (II). Mai puţin frecvent se întâlneşte nichelul cu valențe de -1, +1, +3, și + 4. Nichelul și compușii de nichel au multe utilizări industriale și comerciale. Cel mai adesea, nichelul este utilizat pentru producerea de oțel inoxidabil și alte aliaje de nichel cu rezistență ridicată la coroziune și temperatură. Nichelul ca atare şi aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în industria metalurgică, chimică şi de procesare a alimentelor, în special drept catalizatori și pigmenți. Sărurile de nichel cu cea mai mare importanță comercială sunt clorura, sulfatul, azotatul, carbonatul, hidroxidul, acetatul și oxidul de nichel. Sursele naturale de nichel la nivel atmosferic includ particulele de praf derivate din eroziunea rocilor și a solurilor, emisiile vulcanice, incendiile forestiere și ale vegetației. De asemenea, nichelul poate ajunge în atmosferă, ca urmare a activităţilor antropice cum ar fi: arderea cărbunilor, a motorinei și păcurii, incinerarea deșeurilor, precum și din alte surse combinate. Alte surse de poluare cu nichel a mediului, dar în cantităţi mai mici includ fabricarea tutunului, a implanturilor dentare sau ortopedice, a ustensilelor de bucătărie din oțel inoxidabil precum și a bijuteriilor ieftine (Diaconu M., 2015).