Masterarbeit

Aufnahme und Umwandlung von methylierten Thioarsenaten in Reis

Alina Schindele (09/2017-08/2018)

Betreuer: Britta Planer-Friedrich, Carolin Kerl

Reis (Oryza sativa L.) ist das wichtigste Grundnahrungsmittel für einen Großteil der Weltbevölkerung. Allerdings wurde in den letzten Jahren vermehrt das Vorkommen des giftigen Halbmetalls Arsen (As) in Reisfeldern nachgewiesen. Dies ist deshalb von Bedeutung, da bekannt ist, dass Reis dazu neigt, Arsen in den verschiedenen Geweben der Pflanze anzureichern. Obwohl anorganische Arsen (iAs) Spezies und methylierte Arsenate die vorherrschenden Verbindungen in Reisböden sind, haben kürzliche Untersuchungen auch das dortige Vorkommen methylierter Thioarsenate gezeigt. Diese Spezies ist hinsichtlich Aufnahme und Transformation in Reispflanzen weitestgehend unerforscht. Mit der vorliegenden Arbeit sollen die Aufnahme, der Transport und mögliche Detoxifizierungsmechanismen anhand von Monomethylmonothioarsenat (MMMTA) und Dimethylmonothioarsenat (DMMTA) in Reispflanzen näher untersucht werden. Die methylierten Spezies Monomethylarsenate (MMA(V)) und Dimethylarsenate (DMA(V)) dienten dabei zur Kontrolle der Experimente. Synthetisiertes MMMTA war über einen Zeitraum von 24 h stabil ohne Indizien für einen biotischen Abbau in Anwesenheit von Reispflanzen, ebenso wie MMA(V). Weiter wurde MMMTA im Xylemsaft MMMTA exponierter Pflanzen nachgewiesen, wobei MMA(V) dort die Hauptarsenspezies war. Außerdem zeigten MMMTA exponierten Pflanzen eine niedrige Translokation in die Sprossen, was mit der niedrigsten totalen As- Konzentration im Xylemsaft verglichen zu MMA(V), DMA(V) und DMMTA in Einklang stand, obwohl diese Pflanzen die größte totale As-Aufnahme aufzeigten. Synthetisiertes DMMTA als auch DMA(V) waren abiotisch über 24 h hinweg stabil. In Anwesenheit von Reispflanzen wurde DMMTA allerdings innerhalb von 24 h zu DMA(V) abgebaut, während im selben Versuchsaufbau für DMA(V) keinerlei Abbau über 24 h hinweg beobachtet werden konnte. Ein weiteres Experiment, welches die Stabilität in der Pflanzenmatrix untersuchte, zeigte ebenfalls die Möglichkeit eines abiotischen Abbaus von DMMTA zu DMA(V). Die As-Summenkonzentration im Efflux war für DMMTA allerdings vierfach höher als für MMMTA und DMA(V), obwohl der Xylemsaft DMMTA exponierter Pflanzen, welcher hauptsächlich aus DMA(V) und DMMTA bestand, die höchste totale As-Konzentration aufzeigte. Die Aufnahmeeffizienz für DMMTA war zwar niedriger für DMMTA als für MMMTA, aber diese Pflanzen zeigten die höchsten totalen As-Konzentrationen in den Sprossen. Die Effizienz der Translokation war allerdings niedriger verglichen zu DMA(V).

Zusammenfassend wird für DMMTA ein biotischer Abbau in den Pflanzen angenommen, obwohl eine höchst effiziente Translokation in den Pflanzen beobachtet wurde. Im Gegensatz dazu wird für MMMTA eine abiotische Transformation vermutet, obwohl es in geringen Mengen im Xylem transportiert wurde. Weitere Untersuchungen hinsichtlich der Aufnahme und des Metabolismus methylierter Thioarsenate in Reispflanzen sind unumgänglich, um Bedenken, welche von diesen toxischen Arsenspezies für die Gesundheit von Menschen ausgehen können, zu reduzieren.