Μελέτη της συμπεριφοράς βιολογικών και συνθετικών γεωργικών φαρμάκων στο έδαφος και των επιπτώσεων τους στη μικροβιακή κοινότητα:
Creators: name: Παπαδοπούλου, Ευαγγελία Σ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Γεωργικά φάρμακα
Έδαφος
Μικροβιακή κοινότητα
Οικοτοξικότητα
Pesticides
Soil
Microbial community
Ecotoxicity

description: Η εντατική χρήση των συνθετικών γεωργικών φαρμάκων (γ.φ.) έχει προκαλέσει μακροπρόθεσμα, προβλήματα όπως (1) η απώλεια της αποτελεσματικότητας, (2) η τοξική επίδραση σε οργανισμούς μη-στόχους με ιδιαίτερη σημασία για την λειτουργία του οικοσυστήματος, όπως οι μικροοργανισμοί του εδάφους, (3) η επιβάρυνση του περιβάλλοντος, (4) ο κίνδυνος για την ανθρώπινη υγεία. Αποτέλεσμα της παραπάνω εντατικής χρήσης, ήταν η απόσυρση ή η επανεξέταση της άδειας κυκλοφορίας πολλών από τα ευρέως χρησιμοποιούμενα συνθετικά γ.φ., γεγονός που δημιουργεί επιτακτική ανάγκη για την ανάπτυξη και παραγωγή ασφαλέστερων γ.φ. με νέο τρόπο δράσης. Ως πιθανή εναλλακτική λύση των συμβατικών χημικών μεθόδων καταπολέμησης, προτείνεται η χρήση βιολογικής προέλευσης γ.φ., αλλά και σύγχρονων συνθετικών γ.φ. με βελτιωμένα χαρακτηριστικά και εξειδικευμένο τρόπο δράσης. Ωστόσο, αν και οι παραπάνω κατηγορίες γ.φ. θεωρούνται ασφαλείς για το περιβάλλον, οι επιδράσεις τους στους μικροοργανισμούς του εδάφους δεν έχουν διερευνηθεί διεξοδικά. Οι μικροοργανισμοί του εδάφους παίζουν σημαντικό ρόλο για τη γονιμότητα του εδάφους και την παραγωγικότητα των φυτών και ένας σημαντικός αριθμός μεθόδων είναι σήμερα διαθέσιμος για τη μελέτη των εδαφικών μικροβιακών κοινοτήτων. Η χρήση υψηλής απόδοσης μοριακών τεχνικών για τη διερεύνηση της εδαφικής μικροβιακής ποικιλότητας δίνει νέες προοπτικές όσον αφορά στην κατανόηση της κατανομής και της ποικιλότητας των μικροοργανισμών στα εδαφικά ενδιαιτήματα. Ωστόσο, παρά τις παραπάνω δυνατότητες, αλλά και το μεγάλο αριθμό αναφορών σχετικά με τις επιδράσεις των γ.φ. στη λειτουργία της εδαφικής μικροβιακής κοινότητας, οι τελευταίες δεν λαμβάνονται σοβαρά υπόψη κατά την εφαρμογή νέων νόμων και κανονισμών. Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η διερεύνηση ενός ευρέως φάσματος ουσιών με δράση γ. φ., συνθετικών και βιολογικής προέλευσης για τα οποία δεν υπάρχουν επαρκή στοιχεία, όσον αφορά (1) στην συμπεριφορά τους στο έδαφος και (2) στην επίδραση τους στην εδαφική μικροβιακή κοινότητα. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου μελετήθηκαν συνολικά, (1) η βελτιστοποίηση της μεθόδου ανάλυσης των λιπαρών οξέων των φωσφολιπιδίων (PLFAs) και η περαιτέρω χρήση της για τη μελέτη της επίδρασής συνθετικών (oxamyl και fluensulfone) και βιολογικών (QLAgri® και BIOACT®) γ. φ. στη μικροβιακή κοινότητα του εδάφους, (2) η επίδραση του ζιζανιοκτόνου nicosulfuron στη δομή και την αφθονία των νιτρωδοποιητικών μικροοργανισμών του εδάφους, (3) η επίδραση του nicosulfuron στην κοινότητα των δενδρόμορφων μυκορριζικών μυκήτων (ΔΜΜ), και (4) η αποδόμηση των γ.φ. (thiabendazole, imazalil, ortho-phenylphenol, diphenylamine, ethoxyquin) που χρησιμοποιούνται μετασυλλεκτικά στα συσκευαστήρια φρούτων και η επίδραση τους στη μικροβιακή κοινότητα του εδάφους. Τα ευρήματα της παρούσας διατριβής μπορούν να αποτελέσουν την βάση για την ακριβέστερη αξιολόγηση της τοξικότητας των γ.φ. στους μικροοργανισμούς του εδάφους. Μια τέτοια αξιολόγηση θα πρέπει να περιλαμβάνει α) μια πολυφασική αξιολόγηση τόσο σε επίπεδο εργαστηρίου σε συντηρητικές συνθήκες έκθεσης (Tier I) όσο και σε επίπεδο αγρού (Tier II) υπό ρεαλιστικές συνθήκες έκθεσης, β) τη χρήση νέων τυποποιημένων μοριακών και βιοχημικών εργαλείων που θα παρέχουν μια πλήρη εικόνα των επιδράσεων σε επίπεδο ποικιλότητας και λειτουργίας και γ) την αξιολόγηση εκτός των μητρικών μορίων των γ.φ. και των κυριότερων μεταβολικών προϊόντων τους στο έδαφος αλλά και συνολικά των σκευασμάτων καθώς οι μελέτες μας έδειξαν ότι τόσο οι μεταβολίτες όσο και συνέκδοχα των σκευασμάτων μπορεί να έχουν ανεπιθύμητες επιδράσεις στους μικροοργανισμούς του εδάφους.
description: Synthetic pesticides play a major role in crop protection as a fast, easy and cheap method for pest control. However, their indiscriminate use has resulted in (1) efficacy loss (2) toxicity to non-target organisms and (3) hazardous effects on the environment. Due to the environmental side effects and health concerns, many synthetic pesticides have been banned or are under re-evaluation. Alternative approaches to pest control are urgently needed. In recent years, pesticides of biological origin have been developed as alternatives for pest control, while modern synthetic pesticides have become safer and more target specific in their activity. Despite of general belief that their biological origin guarantee their environmentally safety the effects of such pesticides on non-target organisms in general and on soil microorganisms in particular have not been studied extensively. Soil microorganisms play a pivotal role in soil quality and plant productivity. Nowadays numerous new advanced methods, such as high-throughput molecular techniques, have allowed the in depth study of soil microbial communities. However, those methodological advances in soil microbial ecology have been hardly taken into account in the implementation of new legislation and regulations regarding pesticide authorization. In the present thesis a number of different pesticides both synthetic and of biological origin, were studied with regards to their fate in the environment and their impact on soil microbial communities. The first aim of the study was the optimization of Phospholipid Fatty Acid (PLFA) analysis and its subsequent use for investigating the effects of Quillaja saponaria plant extract (QLAgri®) and Paecilomyces lilacinus strain 251 (PL251, BIOACT®) on the microbial community comparatively to the synthetic nematicides oxamyl and fluensulfone. The impact of the low dose, high potency herbicide nicosulfuron on the community structure and abundance of Ammonia-oxidizing microorganisms (AOM), a key group regulating N cycle, was investigated following a tiered pot-to-field experimental approach, allowed the assessment of nicosulfuron toxicity i) at extreme exposure schemes (pot experiment, Tier I) and ii) under realistic exposure scenarios in the field (Tier II). In a similar to the above pot-to-field experimental approach, the impact of nicosulfuron on community structure of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi was determined by DGGE, followed by the development of clone libraries. Finally, dissipation route and effects of pesticides, highly used in fruit packaging plants on the diversity and activity of soil microbes were assessed in a microcosm study. The findings of this thesis could be the basis for the establishment of a new comprehensive assessment of the toxicity of pesticides on soil microbes. Such an assessment approach should include a) a tiered evaluation, including experimentation under highly conservative exposure schemes (Tier I) and under field conditions simulating a more realistic exposure step (Tier II), b) the use of new standardized molecular and biochemical methods and c) the evaluation of the toxicity of both parent compounds and main metabolites but also evaluation of the toxicity of the marketed formulations since our findings showed that pesticide metabolic products and components of the formulation could have deleterious effects on soil microorganisms.