Search

Predmet istraživanja ove doktorske disertacije je optimizacija kvaliteta materijala dobijenog hidrotermalnom karbonizacijom (HTC) iskorišćenog supstrata gljiva Agaricus bisporus (eng. Spent Mushroom Supstrate - SMS) i ispitivanje primene dobijenih hidročađi supstrata (HC) kao adsorbenta jona Pb2+ i Cd2+ iz vodenih rastvora. Ispitivan je uticaj procesne temperature na fizičko-hemijske, strukturne i gorivne karakteristike SMS-a i HC dobijenih na 180, 200, 220, 240 i 260 °C (HC-180, HC-200, HC-220, HC-240 i HC- 260). Zaključeno je da je hidrotermalni proces pozitivno uticao na gorivne karakteristike HC, što je vidljivo kroz povećanje vezanog ugljenika, gornje toplotne moći i energetske gustine, kao i kroz smanjenje sadržaja isparljivih materija u odnosu na sirovu biomasu. Strukturne i morfološke karakteristike ispitivanih materijala su određene korišćenjem skenirajućeg elektronskog mikroskopa (SEM) i tehnikom infracrvene spektroskopije sa Furijeovom transformacijom (FTIR). SEM analiza je pokazala formiranje mikrosfera i pukotina na površini HC, dok je FTIR spektroskopijom utvrđeno dominantno prisustvo aromatičnih i kiseoničnih funkcionalnih grupa (KFG). Termičko ponašanje ispitivanih materijala je procenjeno na osnovu termogravimetrijske i diferencijalne termičke (TGA/DTA) analize. Određeni su kinetički i termodinamički parametri korišćenjem model-free metoda: Flynn-Wall-Ozawa (FWO) i Kissinger-Akahira-Sunose (KAS). Metodama termičke analize je potvrđeno da je HTC perspektivan tretman konverzije SMS-a u visoko-energetski ugljenični materijal. Ispitana je mogućnost primene HC kao sorbenta jona Pb2+ i Cd2+ iz vodenih rastvora. Kako bi se izvršio odabir optimalne HC koja će se koristi kao sorbent ispitivanih teških metala, izvršen je preliminarni adsorpcioni test, radi utvrđivanja adsorpcionih kapaciteta korišćenih ugljeničnih materijala. HC-200 je pokazao najbolje performanse za uklanjanje ovih metala, čiji je sorpcioni kapacitet za jone Pb2+ i Cd2+ iznosio 98 mg g–1, odnosno 41 mg g–1. Kako bi se dodatno poboljšao kapacitet adsorpcije HC-200, izvršena je njegova fizičko-hemijska aktivacija. Prvo je uzorak tretiran 20% rastvorom CaCl2·5H2O, a zatim je fizički aktiviran procesom pirolize na 500 °C, pri čemu je sintetisan nov ugljenični materijal nazvan Kalcijum-piro-hidročađ (Ca-PHC). Detaljna karakterizacija odabrane hidročađi pre i posle modifikacije izvršena je SEM analizom, Brunauer-Emmett-Teller (BET) analizom specifične površine i poroznosti, i FTIR spektroskopijom, a zatim su ispitane njihove adsorpcione performanse. Ca-PHC je pokazao znatno bolju sposobnost da uklanja jone Pb2+ i Cd2+ iz vodenog rastvora u poređenju sa HC, pa je stoga dalje korišćen za detaljnije ispitivanje adsorpcionih procesa. Adsorpcioni eksperimenti uklanjanja jona Pb2+ i Cd2+ su urađeni u šaržnom sistemu, kako bi se izvršila optimizacija radnih parametara: pH, mase adsorbenta, početne koncentracije jona metala, vreme kontakta i temperature. Maksimalni sorpcioni kapaciteti Ca-PHC za jone Pb2+ i Cd2+ iznosili su 297 mg g–1, odnosno 131 mg g–1. Pokazano je da se proces sorpcije može opisati Frojndlihovom izotermom i da prati kinetički model pseudo-drugog reda. Termodinamički parametri pokazali su da je vezivanje jona metala za sorbent spontan i endoterman proces. Na osnovu dobijenih rezultata utvrđeno je da se joni metala vezuju za površinu sorbenta mehanizmom jonske izmene, površinskom kompleksacijom i katjon-π interakcijom. Prikazani rezultati sugerišu da HTC kao ekološki prihvatljiva tehnologija može biti dobro rešenje za konverziju vlažne otpadne biomase u visoko-energetske materijale. Pored toga, dobijene HC su pokazale dobre adsorpcione performanse, a kapacitet adsorpcije im je dodatno poboljšan fizičko-hemijskom aktivacijom. Na osnovu predstavljenog, može se zaključiti da je novosintetisani ugljenični materijal, Ca-PHC, iz iskorišćenog supstrata gljiva visoko efikasan biosorbent Pb2+ i Cd2+ jona iz vodenih rastvora, čijom se upotrebom na taj način može doprineti cirkularnoj ekonomiji i minimiziranju otpada u rastućoj industriji pečuraka. The subject of research of this doctoral dissertation is the optimization of the material quality obtained by hydrothermal carbonization (HTC) of the spent mushroom substrate (SMS) of Agaricus bisporus and the examination of application of the obtained hydrochar (HC) as an adsorbent of Pb2+ and Cd2+ ions from aqueous solutions. The influence of process temperature on the physicochemical, structural and fuel characteristics of the SMS and HC obtained at 180, 200, 220, 240 and 260 °C (HC-180, HC- 200, HC-220, HC-240 and HC-260) was investigated. The hydrothermal process had a positive effect on the fuel characteristics of the HC, which was visible through the increase of the fixed carbon, higher heating value and energy densification, as well as the reduction of volatile matter in relation to the raw biomass. Structural and morphological characteristics of SMS and HC were determined using SEM and FTIR analysis. SEM analysis showed the formation of microspheres and cracks on the surface of the chars, while FTIR spectra confirmed the dominant presence of the aromatics and oxygen-rich functional groups. The thermal behavior of the tested material was assessed using the thermogravimetric and differential thermal (TGA/DTA) analysis. The kinetic and thermodynamic parameters were determined using the model-ree methods: Flynn-Wall-Ozawa (FWO) and Kissinger-Akahira-Sunose (KAS). The methods of thermal analysis have confirmed that HTC is a promising treatment for the conversion of SMS to high-energy carbon material. The possibility of using HC as a sorbent of Pb2+ and Cd2+ ions from aqueous solutions was investigated. In order to select the optimal HC to be used as a sorbent of the invastigated heavy metals, a preliminary adsorption test was performed to determine the adsorption capacities of the carbon materials used. The HC-200 showed the best performance for the removal of these metals, whose sorption capacities for Pb2+ and Cd2+ ions were 98 mg g–1 and 41 mg g–1, respectively. In order to improve the adsorption capacity of the selected chars, the physicochemical activation was performed. The HC-200 was first treated with a 20% solution of CaCl2·5H2O, and then physically activated by pyrolysis at 500 °C. The obtained material was labeled as Calcium-pyro-hydrochar (Ca-PHC). The characterization of selected hydrochar before and after modification by SEM, BET and FTIR analysis was performed, and then their adsorption performance was examined. The Ca-PHC showed a significantly better ability to remove Pb2+ and Cd2+ ions from aqueous solutions, and therefore it was further used to investigate the adsorption process. Adsorption experiments of Pb2+ and Cd2+ ions were performed in the batch system, to optimize the following operating parameters: pH, adsorbent mass, initial metal ion concentration, contact time and temperature. The maximum sorption capacities of Ca-PHC for Pb2+ and Cd2+ ions were 297 mg g–1 and 131 mg g–1, respectively. Based on the obtained results, it was shown that the sorption process can be described by the Freundlich isotherm and followed a pseudo- other kinetic model. Thermodynamic parameters showed that the binding of metal ions to the sorbent was a spontaneous and endothermic process. The results obtained by examining the kinetics of the process and the mechanism of ion exchange, and the characterization of Ca-PHC found that metal ions bind to the sorbent surface by ion-exchange mechanism, surface complexation, mineral deposition and cation-π interaction. The presented results suggest that HTC as an environmentally friendly technology may be the good solution for the conversion of wet biomass into high-energy material. In addition, the obtained HCs showed satisfying adsorption performance and and its adsorption capacity was further improved by physicochemical activation. Based on the above, it can be concluced that the newly synthesized carbon material, Ca-PHC, from the SMS is a highly efficient biosorbent of Pb2+ and Cd2+ ions from aqueous solutions, whose use may contribute the circular economy and waste minimization in the growing mushroom industry.

Kadmijum (Cd) i olovo (Pb) su neesencijalni metali prirodno prisutni u životnoj sredini, ali je razvoj industrije značajno povećao njihovu koncentraciju u vazduhu, vodi i hrani. Iako se poslednjih godina beleži pad njihovih koncentracija u životnoj sredini, istraživanja nedvosmisleno potvrđuju da i izloženost niskim dozama može dovesti do oštećenja različitih organskih sistema, te i endokrinog, što ih čini značajnim faktorom u pojavi/razvoju hormon zavisnih karcinoma, poput karcinoma dojke, prostate i testisa. S tim u vezi, pri proceni toksičnih efekata Cd i Pb potrebno je razmotriti potencijalni uticaj istovremene izloženosti jer je realni scenario da je čovek izložen smeši toksičnih supstanci, a da toksični efekti smeše mogu biti kvalitativno i kvantitativno drugačiji u odnosu na efekte pojedinačnih supstanci. Stoga je ova studija imala cilj da ispita potencijalnu ulogu Cd i Pb kao faktora rizika u etiologiji karcinoma dojke, prostate i testisa ispitivanjem oksidativnog statusa, profila bioelemenata i nivoa polnih hormona kod pacijenata obolelih od ovih karcinoma, te da utvrdi eventualni prediktivni potencijal pojedinačnih parametra za nastanak karcinoma dojke, prostate i testisa. Retrospektivnoj case control studiji prethodila je in vivo studija na mužjacima Wistar pacova koji su akutno bili izloženi Cd i/ili Pb sa ciljem da se u uslovima istovremene izloženosti ispita distribucija metala, kao i da se utvrde toksični efekti metala i njihova priroda i intenzitet na krv i krvotvorne organe, jetru, bubrege, prostatu i testise evaluacijom parametara oksidativnog statusa i ispitivanjem interakcija sa bioelementima, bakrom (Cu) i cinkom (Zn). Case control studija je obuhvatila 55 pacijentkinja sa karcinomom dojke, 41 pacijenta sa karcinomom prostate i 52 pacijenta sa karcinomom testisa, dok su u kontrolnu grupu bile uključene zdrave žene (41), odnosno zdravi muškarci (61). Značajno više koncentracije Cd, odnosno niže Pb u tumorskom tkivu dojke u odnosu na okolno zdravo tkivo utvrđene su kod pacijentkinja sa karcinomom dojke, dok su estrogen receptor pozitivne karcinome dojke karakterisale više koncentracije oba toksična metala u tumorskim tkivima u odnosu na negativnu ekspresiju receptora. Pacijente sa karcinomima prostate i testisa karakterisale su značajno više koncentracije Cd u krvi u odnosu na zdrave ispitanike, a pokazana je i značajna akumulacija oba toksična metala u tumorskom tkivu prostate i testisa. Značajan odds ratio pokazan je za Cd u tkivu izmenjene strukture dojke (1,02), Cd u krvi pacijenata sa karcinomom prostate (1,18) i karcinomom testisa (1,98). Eksperimentalna in vivo studija utvrdila je hepato- i nefrotoksične efekte Cd i Pb, sa izraženijem efektom nakon akutne ekspozicije smeši. Oba toksična metala pokazala su sposobnost prolaska krv- testis barijere, međutim akutna izloženost nije značajno narušila homeostazu testosterona niti izmenila morfološku strukturu prostate i testisa mužjaka pacova. Case control studija prepoznala je više koncentracije Cd, ali ne i Pb značajnim prediktorom za nastanak karcinoma i potvrdila je narušenu homeostazu oksidativnog statusa, redistribuciju Cu i Zn kao i disbalans polnih hormona kao važne mehanizme toksičnosti koji se nalaze u osnovi toksičnih efekata Cd i Pb kod obolelih od karcinoma dojke, prostate i testisa. Cadmium (Cd) and lead (Pb) are non-essential metals naturally present in the environment, but the industry development significantly increased their levels in air, water and food. Regardless their decreased environmental levels in recent decades, research unequivocally confirms that exposure to low levels of Cd and Pb can damage numerous organs, including endocrine system. Furthermore, both of them have been recognized as significant factor in the occurrence/development of hormone- dependent cancers, such as breast, prostate and testis cancer. In this regard, it is necessary to consider the potential impact of simultaneous Cd and Pb exposure because the more realistic scenario is that humans are exposed to a mixture of toxic substances, and that the toxic effects of the mixture may be qualitatively and quantitatively different from the effects of individual substances. Therefore, the case control study aimed to determine the potential implication of Cd and Pb in the etiology of breast, prostate and testis cancer by examining oxidative status, bioelement profiles and sex hormone levels, and to establish the parameters, significant for breast, prostate and testis cancer prediction. In vivo study with male Wistar rats acutely treated by Cd and/or Pb, conducted prior the retrospective case control study, aimed to investigate metals distribution as well the toxic metals effects and to determine the nature and intensity of Cd and Pb co-exposure effects on blood, liver, kidney, prostate and testis by evaluating oxidative status parameters and examining interactions with bioelements, copper (Cu) and zinc (Zn). The case control study encompassed 55 breast, 41 prostate and 52 testis cancer patients, while control groups were represented by 41 healthy women and 61 healthy men. Significantly higher Cd levels, but lower Pb in breast tumor tissue compared to surrounding healthy tissue was established in patients, while estrogen receptor positive breast cancer characterized by higher levels of both toxic metals in tumor tissues compared to negative receptor expression. Notably higher blood Cd levels were documented in prostate and testicular cancers patients in relation to healthy subjects, and a significant accumulation of both toxic metals in prostate and testis tumor tissue was shown. Thy study recognized a significant odds ratio for Cd in breast cancer tissue (1.02), Cd in blood of prostate (1.18) and testis cancer patients (1.98). The in vivo study showed Cd and Pb hepatotoxic and nephrotoxic effects, with more pronounced effect after mixture exposure. Regardless ability to cross the blood-testis barrier Cd and Pb did not significantly disturb testosterone homeostasis neither morphological structure of prostate and testis. Case control study recognized higher Cd levels in breast cancer tissue as well in blood of prostate and testis cancer patients, but no Pb levels as significant factor in cancer prediction and confirmed oxidative stress, Cu and Zn redistribution as well impaired sex hormones homeostasis as pivotal mechanisms of Cd and Pb toxicity in breast, prostate and testis cancer pathology.

Cadmium (Cd), one of the most abundant environmental pollutants, is considered to have endocrine disrupting properties. However, data on the dose-response relationship between Cd dose and levels of hormones have been insufficiently studied, especially in human data sets. Thus, the aim of this study was to determine the possibility of analyzing data obtained from a case- control study in female patients with benign/malignant breast tumors, using the Benchmark dose (BMD) concept. The collected data on Cd levels in breast tissue and estrogen serum levels were processed in PROAST software using different variables. The dose-response relationship between the internal dose of Cd and estradiol levels in the serum was investigated and BMD intervals were calculated. The dose-response relationship between the Cd concentration in breast tissue and the estradiol serum level was shown, indicating lower estradiol serum levels as a consequence of higher Cd concentrations in breast tissue. As one of the few studies analyzing human data using the BMD approach, these findings could have a pivotal role in dose response analysis of data collected from human studies. Kadmijum (Cd), jedan od najzastupljenijih zagađivača životne sredine, dokazan je endokrini ometač. Međutim, podaci o postojanju odnosa između doze Cd i odgovora-nivoa hormona nisu dovoljno istraženi, posebno podaci sakupljeni iz studija na ljudima. Stoga je cilj ove studije bio da se utvrdi mogućnost analize podataka dobijenih iz studije slučaja-kontrole kod pacijentkinja sa benignim/malignim tumorom dojke, primenom koncepta Benčmark doze (BMD). Prikupljeni podaci o nivoima Cd u tkivu dojke i serumskim nivoima estrogena obrađeni su u PROAST softveru uz korišćenje različitih varijabli. Ispitivan je odnos doza-odgovor između unutrašnje doze Cd (koncentracije u tkivu dojke) i estradiola u serumu i izračunati BMD intervali. Utvrđeno je postojanje odnosa između koncentracije Cd u tkivu dojke i nivoa estradiola u serumu koje ukazuje na niže nivoe estradiola u serumu kao posledica veće koncentracije Cd u tkivu dojke. Kao jedno od retkih istraživanja ovog tipa, dobijeni rezultati mogli bi predstavljati početak otkrivanja mogućnosti analize podataka prikupljenih u studijama na ljudima primenom BMD pristupa.

Ispitivanje kvaliteta voda za navodnjavanje predstavlja veoma važan segment prilikom procene određene poljoprivredne prakse. Ako se prilikom navodnjavanja koristi voda koja nije odgovarajućeg kvaliteta nastaje potencijalni rizik narušavanja proizvodne sposobnosti zemljišta, akumulacije zagađujućih materija u zemljišta i njihovog usvajanja od strane gajenih biljaka. To zatim dovodi do smanjenja prinosa, kvaliteta i nutritivnih svojstava proizvoda, a konzumiranje takvih proizvoda može predstavljati i potencijalni rizik po ljudsko zdravlje.Jedan od glavnih ciljeva ovog istraživanja je da se izvrši ispitivanje kvaliteta voda za navodnjavanje, i obavi procena uticaja dugoročnog navodnjavanja zagađenom vodom na kvalitet zemljišta. Cilj je i da se u tim uslovima ispita uticaj navodnjavanja kontaminiranom vodom na rastenje i razviće, prinos i kvalitet prinosa biljke kvinoja. Nejednaka distribucija elemenata, koren > list > stablo > seme, zapaža se kako u poljskim uslovima tako i u ogledu u kontrolisanim uslovima. Jaka pozitivna korelacija koja je utvrđena između sadržaja kadmijuma i olova u supstratu i biljci ukazuje da bioakumulacija od strane kvinoje zavisi od koncentracije elemenata u zemljištu. Bioakumulacija metala od strane kvinoje, u dve posmatrane godine, ukazala je da uglavnom postoje statistički značajne razlike između kontrole i tretmana u obe godine, kao i vrednosti između tretmana za posmatrane elemente, što ponovo upućuje na zavisnost bioakumulacije od koncentracije elemenata u zemljištu.

Continuous development of new technologies leads to increasing pollution of water, thus creating the need for new materials that could be used in the processes of its purification. Therefore, adsorbents prepared from agricultural waste, resins, silica gels, zeolites, clays, flying ash, aluminosilicates and other materials are being investigated as potential sorbents. Recently, research has focused on improving the adsorption capacity by modifying the material by binding or impregnating inorganic and organic molecules on the surface. In this paper, the kaolinite modification with amino acids, histidine and cysteine, was performed to improve the efficiency of adsorption of cadmium ion. Cation exchange capacity (CEC) of raw and modified kaolinite was determined by titration with methylene blue. The influence of operating parameters, such as adsorption time, pH value of the solution, initial metal concentration and temperature, on the capacity and adsorption efficiency were examined. Better agreement of experimental results with Freundlich's adsorption isotherm and the pseudo-second order kinetics model suggest that the adsorption of cadmium ions on the investigated adsorbents takes place by chemisorption mechanism. The change of Gibbs free energy has a negative value for both adsorbents, which shows that the adsorption process is spontaneous. The efficacy of cadmium removal from the aqueous solution onto histidine-modified kaolinite increased from 78.6% to 91.8%. Kontinualan razvoj novih tehnologija dovodi do povećanog zagađenja vode, čime se stvara potreba za novim materijalima koji se mogu koristiti u procesima prečišćavanja. Kao potencijalni, istražuju se adsorbenti pripremljeni od poljoprivrednog otpada, smola, silika gela, zeolita, gline, letećeg pepela, aluminosilikata i drugih materijala. Nedavna istraživanja su se fokusirala na poboljšanje adsorpcionog kapaciteta modifikovanjem materijala vezivanjem ili impregnacijom neorganskih i organskih molekula na površini. U ovom radu izvršena je modifikacija kaolinita aminokiselinama, histidinom i cisteinom, kako bi se poboljšala efikasnost adsorpcije jona kadmijuma. Kapacitet izmene katjona (CEC) sirovog i modifikovanog kaolinita određen je titracijom sa metilenskim plavim. Ispitivan je uticaj radnih parametara, kao što su vreme adsorpcije, pH vrednost rastvora, početna koncentracija metala, i temperatura, na kapacitet i efikasnost adsorpcije. Bolje slaganje eksperimentalnih rezultata sa Freundlich-ovom adsorpcionom izotermom i kinetičkim modelom pseudo-drugog reda sugeriše da se adsorpcija kadmijumovih jona na ispitivanim adsorbentima odvija putem hemisorpcionog mehanizma. Promena Gibsove slobodne energije ima negativnu vrednost za oba adsorbenta, što pokazuje da je proces adsorpcije spontan. Efikasnost uklanjanja kadmijuma iz vodenog rastvora na kaolinitu modifikovanim histidinom povećava se sa 78,6% na 91,8%.

Nickel compounds are Group 1 carcinogens and possibly cancer-causing in the pancreas. We examined the toxicity of nickel in both 2-D and 3-D pancreatic cell cultures, to determine the LD50 for organic and inorganic nickel in normal and cancerous cells. Assays with cadmium chloride were performed to be a comparison to potential nickel-induced toxicity. Cells were exposed to twelve concentrations of NiCl2 or Ni-(Ac)2 for 48h (2-D), or six concentrations for 48 hours (3-D). There was a significant (P=0.0016) difference between HPNE and AsPC-1 LD50values after cadmium exposure, at 69.9 μM and 29.2 μM, respectively. Neither form of nickel exhibited toxicity in 2-D or 3-D cultures, but after 48h, changes in spheroid morphology were observed. The inability of Ni to reduce viable cell numbers suggests a toxic mechanism that differs from cadmium, also a Group 1 carcinogen. The cell microenvironment was not a factor in nickel toxicity with no changes in viable cells in either 2-D or 3-D cultures. These studies only examined cytotoxicity, and not genotoxicity, a potential mechanism of nickel carcinogenicity. Alterations in DNA function or the expression of apoptotic proteins/processes would take longer to manifest. Current work focuses on cellular changes following extended nickel exposure. Uloga nikla, toksičnog metala, u nastanku karcinoma pankreasa još uvek nije u potpunosti ispitana. Cilj rada je da ispita toksičnost nikla (Ni) u 2-D i 3-D kulturi ćelija pankreasa, kako bi se utvrdila LD50 vrednost za organski i neorganski nikl u normalnim i tumorskim ćelijama. Ispitivanja su izvršena i sa kadmijumom (Cd), metalom čija je uloga u nastanku karcinoma pankreasa potvrđena u prethodnim istraživanjima, a u svrhu poređenja sa potencijalnom toksičnošću izazvanom Ni. Ćelije su bile tretirane sa 12 različitih koncentracija NiCl2 ili Ni-(Ac)2 tokom 48h (2-D), odnosno sa šest različitih koncentracija tokom 48 sati (3-D). Nijedan oblik Ni nije ispoljio toksičnost u 2-D ili 3-D kulturama, ali nakon 48h primećene su promene u sferoidnoj morfologiji. Nemogućnost Ni da smanji broj vijabilnih ćelija sugeriše mehanizam karcinogeneze različit od mehanizma koji ispoljava Cd. Ipak, da bi se uočile izmene u funkciji DNK ili izražavanju apoptotičkih proteina/procesa potrebno je duže vremena, pa su dalja istraživanja upravo fokusirana na ćelijske promene nakon produžene izloženosti nikla.

Cilj ove doktorske disertacija bio je razvoj novih, osetljivih, selektivnih i ekonomskiisplativih voltametrijskih radnih elektroda za praćenje odabranih analita kako ulaboratorijskim tako i pri terenskim uslovima. Ispitivana je mogućnost primene ovih radnih elektroda primenom voltametrijskih metoda kako u model rastvorima tako i u pojedinim realnim sistemima. SW-ASV zasnovana na elektrodama od staklastog ugljenika površinski modifikovanim Bi-MWCNT i BiOCl-MWCNT je primenjena za određivanje jona Pb(II) i Cd(II) pri optimizovanim uslovima merenja. Određivanje ciljnih jona vršeno je pri radnom potencijalu od -1,2 V (izmeren u odnosu na zasićenu kalomelovu elektrodu) i vremenuelektrodepozicije jona od 120 s. Sva merenja su izvršena u rastvoru acetatnog pufera čija je pH-vrednost iznosila 4,0. Primenjeni koncentracioni opseg ciljnih analita iznosio je od 5 do 50 μg dm -3 . Primenom ovog tipa elektrode dobijene su vrednosti granice detekcije za jone Pb(II) i Cd(II) 0,57 μg dm -3 i 1,2 μg dm-3 , redom. Dobijena RSD iznosila je manje od 10% za oba jona. Ova metoda je primenjena i za određivanje ciljnih jona u realnom uzorku porne vode sedimenta a rezultati dobijeni optimizovanom voltametrijskom metodom su u dobroj saglasnosti sa rezultatima koji su dobijeni primenom komparativne GFAAS metode. Bizmut oksihlorid-višezidne ugljenične nanocevi kompozitni materijal je primenjen za površinsko modifikovanje elektrode od staklastog ugljenika za brzo i jednostavno voltametrijsko određivanje tragova Zn(II)-jona primenom SW-ASV metode. BiOClMWCNT/GCE je pokazala linearan analitički odgovor u osegu koncentracija od 2,50 do 80,0 μg dm -3 sa dobijenom vrednošću GD 0,75 μg dm-3 pri akumulacionom vremenu od 120 s i potencijalu elektrodepozicije -1,40 V u odnosu na ZKE. Merenja su vršena u acetatnom puferu pH 4,5. Dobijena RSD iznosila je 4,8 %. Upoređene su performanse novodizajnirane BiOCl-MWCNT/GCE elektrode i tradicionalne elektrode na bazi bizmut filma (BiF/GCE), MWCNT/GCE, BiF-MWCNT/GCE i nemodifikovane GC elektrode. Novodizajnirana elektroda je primenjena za detekciju i određivanje Zn(II)-jona u realnim uzorcima kao što sudijetetski suplement i pekarski kvasac. Dobijeni rezultati su uporedivi sa deklarisanom vrednošću u slučaju dijetetskog suplementa a u slučaju pekarskog kvasca sa rezultatima dobijenih komparativnom FAAS .Elektroda od ugljenične paste je površinski modifikovana pripremljenim kompozitomkoji je izgrađen od višezidnih ugljeničnih nanocevi i čestica Sb2O3. Kompozitni materijal je okarakterisan primenom TEM, EDS i XRD mernih tehnika. Sb2O3-MWCNT/CPE je okarakterisana primenom ciklične voltametrije a merenja su vršena u rastvoru hlorovodonične kiseline (pH 2,0). Primenom SW-ASV metode ova radna elektroda je upotrebljena za određivanje jona Pb(II) i Cd(II) u koncentracionom opsegu 2,0-40,0 μg dm -3 za Pb(II)-jon i 2,0-40,0 μg dm -3 za Cd(II)-jon pri čemu su dobijene dobre linearne zavisnosti za oba ciljna jona. Optimalna procedura uključuje primenu Sb2O3-MWCNT/CPE u 0,01 mol dm -3hlorovodoničnoj kiselini uz vreme elektrodepozicije jona iz rastvora od 120 s na potencijaluod -1,2 V, pri čemu su dobijene vrednosti za GD 1,1 μg dm -3 Cd(II) i 1,6 μg dm -3 Pb(II). Optimizovana metoda zasnovana na ovom tipu voltametrijskog senzora je uspešno primenjena za određivanje jona Cd(II) u obogaćenom uzorku česmenske vode, gde su se dobijene vrednosti u saglasnosti sa očekivanom. Elektroda od ugljenične paste površinski je modifikovana primenom Sb2O3-MWCNT nanokompozitnog materijala i primenjena za direktno voltametrijsko određivanje imidakloprida u model rastvorima. U cilju postizanja što boljih analitičkih performansi optimizovani su eksperimentalni uslovi merenja kao što su pH-vrednost rastvora pomoćnog elektrolita i kondicioniranje površine voltametrijskog senzora. Kao optimalna pH-vrednost pomoćnog elektolita (Britton-Robinsonovog pufera) odabrana je pH 7,0, a ponavljanje ciklusa cikliranja najmanje 4 puta povoljno utiče na stabilnost voltametrijskih signala. Optimizovana metoda primenjena je za SW direktno katodno određivanje imidakloprida u koncentracionom intervalu od 1,41 do 32,77 μg cm -3 uz dobijeni korelacioni faktor od 0,9995. Na osnovu dobijenih rezultata može se zaključiti da su razvijene analitičke metode pre svega osetljive, selektivne, reproduktivne i jednostavne što omogućava njihovu primenu za veliki broj uzoraka. Merenjima u model i realnim rastvorima dokazana je mogućnost njihove primene u komplikovanim matriksima, pri različitim pH vredostima pri čemu su dobijenirezultati koji su u saglasnosti sa rezultatima primenjenih komparativnih metoda. Naravno, za dobijanje reprezentativnih rezultata neohodno je izvršiti optimizaciju uslova merenja što podrazumeva sam odabir supstrat-elektrode, odabir površinskog modifikatora i optimizaciju eksperimentalnih uslova merenja., The aim of this Ph.D. thesis was the development of new, sensitive, selective and economically viable voltametric working electrode for continuous monitoring of different target analytes. The use of these advantaged working electrodes was investigated using voltametric methods both in model solutions and in certain real systems.SW-ASV based on glassy carbon electrode surface modified with Bi- MWCNT and BiOCl-MWCNT were applied for determination of Pb(II) and Cd(II) ions. Voltametric determination of Pb(II) and Cd(II) ions was performed at working potential of -1.2 V (measured against the saturated calomel electrode) and time of electrodeposition of 120 s. All measurements were performed in acetate buffer solution pH 4.0. Concentration range of targetanalites were 5-50 μg dm -3 . Using this type of electrode, obtained detection limits for Pb(II) and Cd(II) ions were 0.57 μg dm -3 and 1.2 μg dm -3 , respectively, with RSD lower than 10%.This method was applied for target ions determination in sediment pore water sample, and obtained results are comparable with those who are obtained using GFAAS method. Bismuth oxychloride-multiwalled carbon nanotubes composite material was applied for surface modification of the glass-carbon electrode for quick and simple voltametric determination of Zn(II) ions using the SW-ASV method. BiOCl-MWCNT/GCE showed a linear analytical response in a concentration from 2.50 to 80.0 μg dm -3 with a value of detection limit 0.75 μg dm -3 at a acumulation time of 120 s and an electrodeposition potential of -1.40 V vs. saturated calomel electrode. Measurements were carried out in acetate buffer pH 4.5. The obtained value of the RSD was 4.8%. The performance of the newly designed BiOCl-MWCNT/GCE electrode, traditional bismuth-based electrode (BiF/GCE), MWCNT/GCE, BiF-MWCNT/GCE and unmodified GC electrodes were compared. The applied electrode shows very good electroanalytic properties when determining this target ion. Obtained results are in good agreement with declared value in case of dietetic suplement, and in the brewer’s yeast sample results were comparable with FAAS results. Carbon paste electrode surface modified with new composite material based on multiwalled carbon nanotubes and Sb2O3 particles. The composite is characterized by TEM, EDS and XRD measurment. Sb2O3- MWCNT/CPE was characterized by cyclic voltammetry and measurements were carried out in a hydrochloric acid solution (pH 2.0). Using the SWASV method, this working electrode was used to determine Pb(II), Cd(II) ions in the concentration range from 2.0 to 40.0 μg dm -3 for Pb(II) and 2.0-40.0 μg dm -3 for Cd(II) ions. Newly designed sensor showed good linear dependences for both target ions. The most optimal procedure involving application of Sb2O3-MWCNT/CPE in .01 mol dm -3 hydrochloric acid, with electroposition time of target ions 120 s at a electrodeposition potential of -1.2 V. Obtained values of LOD 1,1 μg dm -3 for Cd(II) and for 1,6 μg dm -3 Pb(II) ions. An optimized method based on this type of voltametric sensor has been successfully applied for determination of Cd(II) ion in a spiked tap water sample. Results obtained during this measurment were in tune with expected results. CPE was surface modified using Sb2O3-MWCNT nanocomposite material and tested for direct voltametric determination of imidacloprid in model solutions. In order to achieve the best analytical performance, experimental conditions of measurement such as the pH value of the supporting electrolyte and conditioning of the voltametric sensor surface havebeen optimized. As an optimum pH value of the supporting electrolyte (Britton-Robinson buffer), a pH 7.0 was selected, and the repeating cycles of the cycling process at least 4 times favorably influenced the stability of the voltametric signals. The optimized method was applied for the SW direct cathodic determination of imidacloprid in the concentration range from 1.41 to 32.77 μg cm -3 with obtained correlation factor of 0.9995. Based on results it can be concluded that developed analytical methods are sensitive, selective, reproducibile and simple, which can enable their application for various number of samples. Measurements in the model and real solutions have demonstrated the possibility of their application in complicated matrices, at different pH, whereby obtained results are in accordance with the results of the applied comparative methods. For obtainig of representative results it is necessary to optimize conditions of measurment which include: selection of substrat electrode, surface modifier and optimization of experimental condition.

Cilj ove doktorske disertacija bio je razvoj novih, osetljivih, selektivnih i ekonomskiisplativih voltametrijskih radnih elektroda za praćenje odabranih analita kako ulaboratorijskim tako i pri terenskim uslovima. Ispitivana je mogućnost primene ovih radnih elektroda primenom voltametrijskih metoda kako u model rastvorima tako i u pojedinim realnim sistemima. SW-ASV zasnovana na elektrodama od staklastog ugljenika površinski modifikovanim Bi-MWCNT i BiOCl-MWCNT je primenjena za određivanje jona Pb(II) i Cd(II) pri optimizovanim uslovima merenja. Određivanje ciljnih jona vršeno je pri radnom potencijalu od -1,2 V (izmeren u odnosu na zasićenu kalomelovu elektrodu) i vremenuelektrodepozicije jona od 120 s. Sva merenja su izvršena u rastvoru acetatnog pufera čija je pH-vrednost iznosila 4,0. Primenjeni koncentracioni opseg ciljnih analita iznosio je od 5 do 50 μg dm -3 . Primenom ovog tipa elektrode dobijene su vrednosti granice detekcije za jone Pb(II) i Cd(II) 0,57 μg dm -3 i 1,2 μg dm-3 , redom. Dobijena RSD iznosila je manje od 10% za oba jona. Ova metoda je primenjena i za određivanje ciljnih jona u realnom uzorku porne vode sedimenta a rezultati dobijeni optimizovanom voltametrijskom metodom su u dobroj saglasnosti sa rezultatima koji su dobijeni primenom komparativne GFAAS metode. Bizmut oksihlorid-višezidne ugljenične nanocevi kompozitni materijal je primenjen za površinsko modifikovanje elektrode od staklastog ugljenika za brzo i jednostavno voltametrijsko određivanje tragova Zn(II)-jona primenom SW-ASV metode. BiOClMWCNT/GCE je pokazala linearan analitički odgovor u osegu koncentracija od 2,50 do 80,0 μg dm -3 sa dobijenom vrednošću GD 0,75 μg dm-3 pri akumulacionom vremenu od 120 s i potencijalu elektrodepozicije -1,40 V u odnosu na ZKE. Merenja su vršena u acetatnom puferu pH 4,5. Dobijena RSD iznosila je 4,8 %. Upoređene su performanse novodizajnirane BiOCl-MWCNT/GCE elektrode i tradicionalne elektrode na bazi bizmut filma (BiF/GCE), MWCNT/GCE, BiF-MWCNT/GCE i nemodifikovane GC elektrode. Novodizajnirana elektroda je primenjena za detekciju i određivanje Zn(II)-jona u realnim uzorcima kao što sudijetetski suplement i pekarski kvasac. Dobijeni rezultati su uporedivi sa deklarisanom vrednošću u slučaju dijetetskog suplementa a u slučaju pekarskog kvasca sa rezultatima dobijenih komparativnom FAAS .Elektroda od ugljenične paste je površinski modifikovana pripremljenim kompozitomkoji je izgrađen od višezidnih ugljeničnih nanocevi i čestica Sb2O3. Kompozitni materijal je okarakterisan primenom TEM, EDS i XRD mernih tehnika. Sb2O3-MWCNT/CPE je okarakterisana primenom ciklične voltametrije a merenja su vršena u rastvoru hlorovodonične kiseline (pH 2,0). Primenom SW-ASV metode ova radna elektroda je upotrebljena za određivanje jona Pb(II) i Cd(II) u koncentracionom opsegu 2,0-40,0 μg dm -3 za Pb(II)-jon i 2,0-40,0 μg dm -3 za Cd(II)-jon pri čemu su dobijene dobre linearne zavisnosti za oba ciljna jona. Optimalna procedura uključuje primenu Sb2O3-MWCNT/CPE u 0,01 mol dm -3hlorovodoničnoj kiselini uz vreme elektrodepozicije jona iz rastvora od 120 s na potencijaluod -1,2 V, pri čemu su dobijene vrednosti za GD 1,1 μg dm -3 Cd(II) i 1,6 μg dm -3 Pb(II). Optimizovana metoda zasnovana na ovom tipu voltametrijskog senzora je uspešno primenjena za određivanje jona Cd(II) u obogaćenom uzorku česmenske vode, gde su se dobijene vrednosti u saglasnosti sa očekivanom. Elektroda od ugljenične paste površinski je modifikovana primenom Sb2O3-MWCNT nanokompozitnog materijala i primenjena za direktno voltametrijsko određivanje imidakloprida u model rastvorima. U cilju postizanja što boljih analitičkih performansi optimizovani su eksperimentalni uslovi merenja kao što su pH-vrednost rastvora pomoćnog elektrolita i kondicioniranje površine voltametrijskog senzora. Kao optimalna pH-vrednost pomoćnog elektolita (Britton-Robinsonovog pufera) odabrana je pH 7,0, a ponavljanje ciklusa cikliranja najmanje 4 puta povoljno utiče na stabilnost voltametrijskih signala. Optimizovana metoda primenjena je za SW direktno katodno određivanje imidakloprida u koncentracionom intervalu od 1,41 do 32,77 μg cm -3 uz dobijeni korelacioni faktor od 0,9995. Na osnovu dobijenih rezultata može se zaključiti da su razvijene analitičke metode pre svega osetljive, selektivne, reproduktivne i jednostavne što omogućava njihovu primenu za veliki broj uzoraka. Merenjima u model i realnim rastvorima dokazana je mogućnost njihove primene u komplikovanim matriksima, pri različitim pH vredostima pri čemu su dobijenirezultati koji su u saglasnosti sa rezultatima primenjenih komparativnih metoda. Naravno, za dobijanje reprezentativnih rezultata neohodno je izvršiti optimizaciju uslova merenja što podrazumeva sam odabir supstrat-elektrode, odabir površinskog modifikatora i optimizaciju eksperimentalnih uslova merenja., The aim of this Ph.D. thesis was the development of new, sensitive, selective and economically viable voltametric working electrode for continuous monitoring of different target analytes. The use of these advantaged working electrodes was investigated using voltametric methods both in model solutions and in certain real systems.SW-ASV based on glassy carbon electrode surface modified with Bi- MWCNT and BiOCl-MWCNT were applied for determination of Pb(II) and Cd(II) ions. Voltametric determination of Pb(II) and Cd(II) ions was performed at working potential of -1.2 V (measured against the saturated calomel electrode) and time of electrodeposition of 120 s. All measurements were performed in acetate buffer solution pH 4.0. Concentration range of targetanalites were 5-50 μg dm -3 . Using this type of electrode, obtained detection limits for Pb(II) and Cd(II) ions were 0.57 μg dm -3 and 1.2 μg dm -3 , respectively, with RSD lower than 10%.This method was applied for target ions determination in sediment pore water sample, and obtained results are comparable with those who are obtained using GFAAS method. Bismuth oxychloride-multiwalled carbon nanotubes composite material was applied for surface modification of the glass-carbon electrode for quick and simple voltametric determination of Zn(II) ions using the SW-ASV method. BiOCl-MWCNT/GCE showed a linear analytical response in a concentration from 2.50 to 80.0 μg dm -3 with a value of detection limit 0.75 μg dm -3 at a acumulation time of 120 s and an electrodeposition potential of -1.40 V vs. saturated calomel electrode. Measurements were carried out in acetate buffer pH 4.5. The obtained value of the RSD was 4.8%. The performance of the newly designed BiOCl-MWCNT/GCE electrode, traditional bismuth-based electrode (BiF/GCE), MWCNT/GCE, BiF-MWCNT/GCE and unmodified GC electrodes were compared. The applied electrode shows very good electroanalytic properties when determining this target ion. Obtained results are in good agreement with declared value in case of dietetic suplement, and in the brewer’s yeast sample results were comparable with FAAS results. Carbon paste electrode surface modified with new composite material based on multiwalled carbon nanotubes and Sb2O3 particles. The composite is characterized by TEM, EDS and XRD measurment. Sb2O3- MWCNT/CPE was characterized by cyclic voltammetry and measurements were carried out in a hydrochloric acid solution (pH 2.0). Using the SWASV method, this working electrode was used to determine Pb(II), Cd(II) ions in the concentration range from 2.0 to 40.0 μg dm -3 for Pb(II) and 2.0-40.0 μg dm -3 for Cd(II) ions. Newly designed sensor showed good linear dependences for both target ions. The most optimal procedure involving application of Sb2O3-MWCNT/CPE in .01 mol dm -3 hydrochloric acid, with electroposition time of target ions 120 s at a electrodeposition potential of -1.2 V. Obtained values of LOD 1,1 μg dm -3 for Cd(II) and for 1,6 μg dm -3 Pb(II) ions. An optimized method based on this type of voltametric sensor has been successfully applied for determination of Cd(II) ion in a spiked tap water sample. Results obtained during this measurment were in tune with expected results. CPE was surface modified using Sb2O3-MWCNT nanocomposite material and tested for direct voltametric determination of imidacloprid in model solutions. In order to achieve the best analytical performance, experimental conditions of measurement such as the pH value of the supporting electrolyte and conditioning of the voltametric sensor surface havebeen optimized. As an optimum pH value of the supporting electrolyte (Britton-Robinson buffer), a pH 7.0 was selected, and the repeating cycles of the cycling process at least 4 times favorably influenced the stability of the voltametric signals. The optimized method was applied for the SW direct cathodic determination of imidacloprid in the concentration range from 1.41 to 32.77 μg cm -3 with obtained correlation factor of 0.9995. Based on results it can be concluded that developed analytical methods are sensitive, selective, reproducibile and simple, which can enable their application for various number of samples. Measurements in the model and real solutions have demonstrated the possibility of their application in complicated matrices, at different pH, whereby obtained results are in accordance with the results of the applied comparative methods. For obtainig of representative results it is necessary to optimize conditions of measurment which include: selection of substrat electrode, surface modifier and optimization of experimental condition.

U radu je analiziran uticaj limunske kiseline na morfološke, fiziološke i biohemijskekarakteristike odabranih klonova vrba (Salix spp.) gajenih u zemljištu umereno zagađenom kadmijumom (Cd). Definisanjem parametara akumulacije, otpornosti i tolerantnosti različitih klonova vrba na prisustvo kadmijuma u podlozi, kao i uspešnosti primene limunske kiseline kao helatora u procesu asistirane fitoremedijacije, mogao bi se identifikovati klon (ili klonovi) pogodan za dekontaminaciju zemljišta zagađenog kadmijumom. Da bi se postigao cilj istraživanja biljke su gajene u polu-kontrolisanim uslovima tokom 3 meseca. Eksperiment je podeljen u dve faze (dve godine istraživanja),zasnovane na razlikama u metodološkom pristupu. Tokom prve godine limunska kiselina je dodata jednom, dok je tokom druge druge godine aplikacija ovog helatora vršena u tri ponavljanja. U radu je analizaran sadržaj i distribucija Cd u zemljištu irazličitim biljnim organima (koren, izdanak, mladi i stari listovi); uticaj Cd i limunske kiseline na morfometrijske parametre: visina i prečnik izdanka, masa i površina listova, broj listova, masa i zapremina korena; na fotosintetičke karakteristike: intenzitet fotosinteze, intenzitet transpiracije, stomatalnu provodljivost, intercelularnu koncentraciju CO2, efikasnost korišćenja vode, koncentraciju fotosintetičkih pigmenata; na mineralnu ishranu i distribuciju makronutrijenata u biljkama (sadržaj azota, fosfora i kalijuma); na sadržaj aminokiseline prolina i cisteina; na aktivnost antioksidativnih enzima (katalaza, askorbat-peroksidaza, gvajakol-peroksidaza), kao neezmiskih antioksidanata poput sadržaja redukovanog glutationa i tiola. Dobijeni rezultati su ukazali na genotipsku specifičnost analiziranih klonova vrba u procesu fitoremedijacije u zavisnosti od primenjenog tretmana, doze Cd i prisustva limunske kiseline. Toksično dejstvo nije bilo jasno uočljivo na morfološkom nivou, dok su primenjeni tretmani signifikantno uticali na fiziološko-biohemijske procese u biljkama. Sa povećanjem sadržaja Cd u biljkama je utvrđena tendencija smanjenja intenziteta fotosinteze, transpiracije, kao i efikasnosti koršćenja vode, dok je primena limunske kiseline ublažila štetan efekat ovog teškog metala, što je registrovano nakombinovanim tretmanima. Kao odgovor na akumulaciju Cd u biljnom tkivu utvrđenaje promena aktivnosti antioksidativnih enzima, kao i neezimskih komponentiodbrambenog sistema zaštite. Pored toga, u radu je utvrđeno da primena limunske kiseline utiče na usvajanje, akumulaciju i toleranciju vrba na prisustvo Cd, te rezultati ove studije imaju praktičan značaj u usavršavanju tehnika fitoremedijacije i dekontaminacije zagađenih područja., The role of citric acid on morphological, physiological and biochemical characteristics of selected willow clones (Salix spp.) grown in soil with moderately polluted cadmium (Cd) was presented. The aim of this study was to determine the Cd accumulation, translocation and tolerance of different willow clones, as well as the influence of citric acid as a chelator in the assisted phytoremediation process. In order to achieve this goal, plants were grown in semi-controlled conditions for 3 months. The experiment was divided into two phases (two years of research), based on differences in the methodological approach, regarding the application of citric acid. During the first-year experiment, citric acid was added once, while in the second year the application of this chelator was performed in three repetitions. The analyses included: the accumulation and distribution of Cd in soil and various plant organs (root, stem, young and old leaves); influence of Cd and citric acid on morphometric parameters: stem hight and diameter, number of leaves, biomass and area of leaves, biomass and volume of the root; on photosynthetic characteristics: net photosynthetic and transpiration rate, water use efficiency, stomatal conductance, intercellular concentration of CO2, concentration of photosynthetic pigments; on mineral nutrition and distribution of macronutrients in plants (nitrogen, phosphorus and potassium content); on the content of the amino acid proline and cysteine; on the activity of antioxidant enzymes (catalase, ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase), as non- enzymatic components such as reduced glutathione and thiol content.The obtained results indicated the genotypic specificity of the analyzed willow clones in the phytoremediation process, depending on the treatment applied, the Cd dose, and the presence of citric acid. The toxic effect was not evident on the morphological level, while the applied treatments showed a significant influence on the physiologicalbiochemical processes in the willows. The net photosynthetic rate, transpiration rate, as well as, water use eficiency showed decreasing with increasing Cd concentration in plant tissue, while the application of citric acid mitigated the harmful effect of this heavy metal, which was registered on combined treatments. In response to the accumulation of Cd in plant tissue, a change in the activity of anti-oxidant enzymes, as well as nonenzymatic components of the defense system has been established. In addition, theapplication of citric acid showed the promotion role on the absorption, accumulation and tolerance of willows grown in moderately polluted soil cadmium, which has a practical significance in the improvement of phytoremediation techniques and decontamination of polluted soil.

U radu je analiziran uticaj limunske kiseline na morfološke, fiziološke i biohemijskekarakteristike odabranih klonova vrba (Salix spp.) gajenih u zemljištu umereno zagađenom kadmijumom (Cd). Definisanjem parametara akumulacije, otpornosti i tolerantnosti različitih klonova vrba na prisustvo kadmijuma u podlozi, kao i uspešnosti primene limunske kiseline kao helatora u procesu asistirane fitoremedijacije, mogao bi se identifikovati klon (ili klonovi) pogodan za dekontaminaciju zemljišta zagađenog kadmijumom. Da bi se postigao cilj istraživanja biljke su gajene u polu-kontrolisanim uslovima tokom 3 meseca. Eksperiment je podeljen u dve faze (dve godine istraživanja),zasnovane na razlikama u metodološkom pristupu. Tokom prve godine limunska kiselina je dodata jednom, dok je tokom druge druge godine aplikacija ovog helatora vršena u tri ponavljanja. U radu je analizaran sadržaj i distribucija Cd u zemljištu irazličitim biljnim organima (koren, izdanak, mladi i stari listovi); uticaj Cd i limunske kiseline na morfometrijske parametre: visina i prečnik izdanka, masa i površina listova, broj listova, masa i zapremina korena; na fotosintetičke karakteristike: intenzitet fotosinteze, intenzitet transpiracije, stomatalnu provodljivost, intercelularnu koncentraciju CO2, efikasnost korišćenja vode, koncentraciju fotosintetičkih pigmenata; na mineralnu ishranu i distribuciju makronutrijenata u biljkama (sadržaj azota, fosfora i kalijuma); na sadržaj aminokiseline prolina i cisteina; na aktivnost antioksidativnih enzima (katalaza, askorbat-peroksidaza, gvajakol-peroksidaza), kao neezmiskih antioksidanata poput sadržaja redukovanog glutationa i tiola. Dobijeni rezultati su ukazali na genotipsku specifičnost analiziranih klonova vrba u procesu fitoremedijacije u zavisnosti od primenjenog tretmana, doze Cd i prisustva limunske kiseline. Toksično dejstvo nije bilo jasno uočljivo na morfološkom nivou, dok su primenjeni tretmani signifikantno uticali na fiziološko-biohemijske procese u biljkama. Sa povećanjem sadržaja Cd u biljkama je utvrđena tendencija smanjenja intenziteta fotosinteze, transpiracije, kao i efikasnosti koršćenja vode, dok je primena limunske kiseline ublažila štetan efekat ovog teškog metala, što je registrovano nakombinovanim tretmanima. Kao odgovor na akumulaciju Cd u biljnom tkivu utvrđenaje promena aktivnosti antioksidativnih enzima, kao i neezimskih komponentiodbrambenog sistema zaštite. Pored toga, u radu je utvrđeno da primena limunske kiseline utiče na usvajanje, akumulaciju i toleranciju vrba na prisustvo Cd, te rezultati ove studije imaju praktičan značaj u usavršavanju tehnika fitoremedijacije i dekontaminacije zagađenih područja., The role of citric acid on morphological, physiological and biochemical characteristics of selected willow clones (Salix spp.) grown in soil with moderately polluted cadmium (Cd) was presented. The aim of this study was to determine the Cd accumulation, translocation and tolerance of different willow clones, as well as the influence of citric acid as a chelator in the assisted phytoremediation process. In order to achieve this goal, plants were grown in semi-controlled conditions for 3 months. The experiment was divided into two phases (two years of research), based on differences in the methodological approach, regarding the application of citric acid. During the first-year experiment, citric acid was added once, while in the second year the application of this chelator was performed in three repetitions. The analyses included: the accumulation and distribution of Cd in soil and various plant organs (root, stem, young and old leaves); influence of Cd and citric acid on morphometric parameters: stem hight and diameter, number of leaves, biomass and area of leaves, biomass and volume of the root; on photosynthetic characteristics: net photosynthetic and transpiration rate, water use efficiency, stomatal conductance, intercellular concentration of CO2, concentration of photosynthetic pigments; on mineral nutrition and distribution of macronutrients in plants (nitrogen, phosphorus and potassium content); on the content of the amino acid proline and cysteine; on the activity of antioxidant enzymes (catalase, ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase), as non- enzymatic components such as reduced glutathione and thiol content.The obtained results indicated the genotypic specificity of the analyzed willow clones in the phytoremediation process, depending on the treatment applied, the Cd dose, and the presence of citric acid. The toxic effect was not evident on the morphological level, while the applied treatments showed a significant influence on the physiologicalbiochemical processes in the willows. The net photosynthetic rate, transpiration rate, as well as, water use eficiency showed decreasing with increasing Cd concentration in plant tissue, while the application of citric acid mitigated the harmful effect of this heavy metal, which was registered on combined treatments. In response to the accumulation of Cd in plant tissue, a change in the activity of anti-oxidant enzymes, as well as nonenzymatic components of the defense system has been established. In addition, theapplication of citric acid showed the promotion role on the absorption, accumulation and tolerance of willows grown in moderately polluted soil cadmium, which has a practical significance in the improvement of phytoremediation techniques and decontamination of polluted soil.

Razvoj industrije i poljoprivrede, kao i globalna urbanizacija, doveli su do pojave velikog broja polutanata u životnoj sredini, među kojima je i izuzetno toksični teški metal kadmijum. Cilj ove disertacije bila je procena larvi gubara (Lymantria dispar, L.) kao potencijalnog bioindikatora zagađenosti kadmijumom. Ispitani su odgovori izabranih fizioloških parametara na različitim nivoima biološke organizacije u prisustvu dve koncentracije metala (50 i 100 μg Cd/g suve hrane). Radi ispitivanja efekta porekla populacije, legla gubara sakupljena su na dve nezagađene lokacije (Kosmaj i Homoljske planine) i dve zagađene (pored Ibarske magistrale i borskog rudnika). Larve sa Kosmaja odlikuje veća osetljivost digestivnih enzima srednjeg creva (proteaza, alkalnih i kiselih fosfataza i nespecifičnih esteraza) na tretmane, naročito na nižu koncentraciju kadmijuma, u odnosu na one uz Ibarsku magistralu. Od ispitanih detoksifikacionih mehanizama u crevu, indukcija Hsp70 značajnija je kod kosmajskih larvi, a sinteza metalotioneina kod ibarskih. Trend sniženja aktivnosti antioksidativnih enzima, superoksid dismutaze i katalaze, uočen je kod obe populacije. U svim grupama tretiranim kadmijumom najveća količina ovog metala eliminiše se putem fecesa, ali intenzivnije u ibarskoj populaciji u odnosu na kosmajsku nakon tretmana sa 50 μg Cd/g suve hrane. Kod homoljskih gusenica tretmani kadmijumom doveli su do povećanja nivoa oštećenja DNK u hemocitama i dozno-zavisnog sniženja njihove vijabilnosti, dok je u populaciji iz Bora zabeleženo samo smanjenje vijabilnosti nakon primene više koncentracije metala. Štetni efekti kadmijuma i visoka cena detoksifikacionih mehanizama odrazili su se i na osobine fitnesa u vidu promena mase larvi, relativne brzine rasta i trajanja razvića kod svih populacija u različitom stepenu. Primena većine ispitanih parametara (specifične aktivnosti tripsina, nelizozomskih kiselih fosfataza i nespecifičnih esteraza, nivoa ekspresije Hsp70, vijabilnosti hemocita i nivoa oštećenja DNK) kao biomarkera zagađenosti životne sredine kadmijumom ograničena je na osetljive populacije gubara koje prethodno nisu bile izložene polutantima, dok bi koncentracija metalotioneina mogla biti podobna kao biomarker kod populacija sa lokacija kontaminiranih tokom dužeg perioda. Industrial and agricultural development as well as global urbanization have caused considerable increase in the environmental pollution including extremely toxic heavy metal cadmium. The aim of this dissertation was to evaluate gypsy moth (Lymantria dispar, L.) larvae as bioindicators of cadmium contamination. Parameters at different levels of biological organization were assessed after chronic exposure of larvae to the metal (50 and 100 μg Cd/g dry food). To investigate the effects of population origin, gypsy moth egg-masses were collected from two unpolluted localities on Kosmaj and Homolje mountains and two polluted sites near the busy Ibar highway and Bor copper mine. Midgut digestive enzymes (proteases, alkaline and acid phosphatases and nonspecific esterases) of Kosmaj larvae were more sensitive to cadmium, especially to lower metal concentration, compared to those of Ibar larvae. Hsp70 induction was the most prominent midgut detoxification mechanism against cadmium in the population from the unpolluted forest, whereas metallothionein synthesis was the most significant in larvae from the polluted site. Activities of antioxidative enzymes, superoxide dismutase and catalase, exhibited a decreasing trend in both populations. The primary route of cadmium elimination was via feces in all metal-fed groups, but after an exposure to 50 μg Cd/g dry food metal content was significantly higher in feces of Kosmaj larvae compared to those from the highway locality. Exposure of caterpillars from the Homolje mountains to the metal led to the higher level of DNA damage in the hemocytes and a dose-dependent decrease in cell viability, whereas in Bor population only hemocyte viability was reduced after the treatment with 100 μg Cd/g dry food. Devastating cadmium effects and energetically expensive detoxification mechanisms affected the fitness traits (larval mass, relative growth rate or development parameters) in all populations. The application of selected parameters (specific activities of trypsin, nonlisosomal acid phosphatases and nonspecific esterases, Hsp70 expression, hemocyte viability and DNA damage level) as biomarkers of environmental cadmium pollution is limited mostly to sensitive populations that have not been previously exposed to pollutants. Metallothionein concentration might be suitable as a biomarker for the populations at locations that have been contaminated for a long period.

Mehanizmi hepatotoksičnog efekta individualne i paralelne izloženosti organizma kadmijumu (Cd) i/ili etanolu su dovoljno ispitani, dok efekti disulfirama (DSF) na jetru nakon prethodne izloženosti organizma Cd i/ili etanolu, kao i tokom koekspozicije sa Cd, nisu istraženi. Imajući u vidu da je duvanski dim značajan izvor izloženosti Cd, zatim, da su alkoholičari uglavnom i pušači, te da je averzivna terapija DSF dio realnog scenarija liječenja alkoholizma, cilj ove studije je bio da se ispitaju efekti individualne izloženosti DSF na redoks status (posebno u domenu glutationskog ciklusa), status esencijalnih metala i funkciju jetre, kao i na status jetre nakon prethodne izloženosti organizma Cd i/ili etanolu, kao i tokom koekspozicije sa Cd, iz razloga što ovi pacijenti nastavljaju sa pušenjem cigareta tokom terapije DSF, dok je unos alkohola ukinut. Rasvjetljavanje interferencije sulfhidrilne (–SH) grupe metabolita DSF sa antioksidativnim odgovorom glutationskog ciklusa, kao i statusom metala u jetri u datim eksperimentalnim uslovima bio je fokus ovog istraživanja, što je od značaja ako uzmemo u obzir da i Cd i etanol, kao i izmijenjeni status esencijalnih metala remete redoks metabolizam, odnosno mijenjaju glutationski status u jetri. Analitika simultanog određivanja redukovanog i oksidovanog oblika glutationa (GSH i GSSG) iz homogenata jetre tretiranih pacova, primjenom visoko efikasne tečne hromatografije uz UV detekciju (HPLC-UV), bio je dodatni cilj ove disertacije. Sprovedena animalna studija (na pacovima Wistar soja, mužjacima, n = 210) imala je za cilj da imitira okolnosti alkoholičara-pušača prije i tokom primjene DSF i trajala je za pojedine eksperimentalne grupe 21, odnosno 42 dana. Etanol, DSF i maslinovo ulje (OlO) kao rastvarač za DSF, su davani oralnim putem (gavažom), a Cd intraperitonelano, na dnevnoj bazi. Oformljene eksperimentalne, kao i kontrolne grupe imala su podgrupe, shodno terminima žrtvovanja pacova (1, 3, 10, 21 i 42 dana), navedenih u u subskriptu, i činilo ih je po 6 pacova: tri kontrolne grupe (C1-42, OlO1-21 i OlO22-42); tri grupe koje su individualno bile izložene ispitivanim agensima (A1-21, Cd1-42 i DSF1-21); i četiri grupe koje su bile paralelno izložene ispitivanim agesnima (A1-21/Cd1-21, A1-21/DSF22-42, Cd1-42/DSF22-42 i A1-21/Cd1-42/DSF22-42)... Mechanisms involved in genesis of hepatotoxic effects following individual and parallel exposure to cadmium (Cd) and/or ethanol, are thoroughly investigated. However, the effects of disulfiram (DSF) introduced to treatment following exposure to Cd and/or ethanol were not formerly presented in studies. While conducting the study it was taken into consideration that cigarette smoke is a significant source of Cd exposure, as well as that alcoholics are most likely smokers, and also that aversive therapy with DSF is a real life scenario in alcohol dependence treatment. The aim of the study was to investigate the effects of individual exposure to DSF related to redox status (particularly in domain of glutathione cycle), essential metals status and liver function, as well as the status following exposure to Cd and/or ethanol and also during co-exposure with Cd, considering that patients undergoing DSF treatment continue with heavy smoking, whilst alcohol intake is excluded. The focus of the study was set on elucidation of possible interference of the free thiol (–SH) group of DSF metabolite and antioxidant glutathione response, as well as essential metals status under specified experimental conditions. Additionally, Cd and ethanol, along with changed essential metals status affect glutathione homeostasis in the liver. Both glutathione forms, reduced and oxidized (GSH and GSSG), were measured by high performance liquid chromatography method with UV detection (HPLC-UV). The conducted animal study (male Wistar rats, n = 210) aimed to mimic circumstances in the liver of alcoholics-smokers before and during DSF treatment, with defined duration of 21 or 42 days for different experimental groups. Ethanol, DSF and olive oil (OlO), used as DSF solvent, were daily administered orally (via gavage), whilst Cd was administered intraperitoneally. Each of defined experimental and control groups was divided, according to the chosen time of exposure (1, 3, 10, 21 and 42 days), in subgroups (specified in subscript) constituted of 6 rats: three control groups (C1-42, OlO1-21 and OlO22-42;); three groups individually exposed to investigated agents (A1-21, Cd1-42 and DSF1-21); and four groups with parallel exposure to investigated agents (A1-21/Cd1-21, A1-21/DSF22-42, Cd1-42/DSF22-42 and A1-21/Cd1-42/DSF22-42)...

Dosadašnja istraživanja mehanizama toksičnosti alkohola i kadmijuma (Cd) pri pojedinačnoj i udruženoj izloženosti eksprimantalnih životinja potvrđuju da oba agensa dovode do reproduktivne toksičnosti. Brojne epidemiološke studije su takođe ukazale da su pušenje i alkoholizam uzročnici poremećaja u spermatogenezi i neplodnosti kod muškaraca. S obzirom na činjenicu da je duvanski dim značajan izvor izloženosti Cd, kao i da su alkoholičari uglavnom i pušači, potrebno je utvrditi kako disulfiram (DSF), lek koji se koristi u averzivnoj terapiji alkoholizma, utiče na reproduktivnu toksičnost izazvanu pomenutim toksikantima. Cilj ove studije je bio da se ispita efekat DSF na narušenu homeostazu bioelemenata, redoks i androgeni status u testisima pacova prethodno izloženih alkoholu i/ili Cd kao i tokom koekspozicije sa Cd. Slobodna sulfhidrilna grupa (–SH) u hemijskoj strukturi metabolita DSF, dietilditiokarbamata (DDTC), ukazuje na redukcioni i helirajući potencijal DSF koji umnogome može da promeni metabolizam kako ispitivanih toksičnih agenasa (alkohola i Cd), tako i esencijalnih bioelemenata, kao i endogenih jedinjenja koja poseduju –SH grupe zbog mogućih reakcija tiolnog ukrštanja. Studija na životinjama (mužjaci pacova Wistar soja, n = 288) je dizajnirana sa ciljem da se imitiraju navike alkoholičara-pušača pre i nakon uvođenja DSF. Životinje su bile izložene ispitivanim supstancama subakutno (alkoholu i DSF), odnosno subhronično (Cd). Alkohol, DSF i maslinovo ulje (MU) kao rastvarač za DSF, su davani putem oralne sonde (per os), a Cd intraperitonelano (i.p.), svakodnevno u jednoj dozi. Životinje su slučajnim odabirom podeljene na kontrolne grupe i 7 eksperimentalnih grupa, od kojih je svaka grupa podeljena u 4 ili 6 podgrupa (n = 6) u odnosu na dužinu izloženosti svakoj od ispitivanih supstanci pojedinačno ili njihovoj kombinovanoj primeni. Podela eksperimentalnih životinja na grupe u odnosu na trajanje ekspozicije (1, 3, 10, 21 i 42 dana) je sledeća: tri kontrolne grupe (K1-42 , MU1-21, i K1-21/MU22-42); tri grupe koje su individualno bile izložene ispitivanim agensima (A1-21, Cd1-42 i DSF1-21); i četiri grupe koje su bile paralelno izložene ispitivanim agesnima (A1-21/Cd1-21, A1-21/DSF22-42, Cd1-42/DSF22-42 i A1-21/Cd1-42/DSF22-42)... Previous animal studies on the mechanisms of toxicity after exposure or co-exposure to alcohol and cadmium (Cd) confirmed that both agents induce reproductive toxicity. Numerous epidemiological studies have also suggested that smoking and alcoholism cause disturbances in spermatogenesis and infertility in men. Due to the fact that tobacco smoke is an important source of Cd exposure, as well as alcoholics are usually smokers too, it is necessary to determine if disulfiram (DSF), a drug used in aversive therapy of alcoholism, affects the reproductive toxicity induced by the abovementioned toxicants. The aim of this study was to examine the effect of DSF on disturbed bioelements’ homeostasis, redox and androgen status in the testes of rats previously exposed to alcohol and / or Cd and during co-exposure with Cd. Free sulfhydryl group (-SH) in the chemical structure of the DSF’s metabolite, diethyldithiocarbamate (DDTC), indicates the reducing and chelating potential of DSF, which in many ways can change the metabolism of tested toxic agents (A and Cd), as well as essential bioelements, and endogenous compounds containing -SH groups due to possible reactions of thiol linking. The animal study (male Wistar rats, n = 288) was designed in order to imitate the conditions of alcoholics-smokers before and after the introduction of DSF. The animals were exposed to the tested substances subacute (alcohol and DSF) and subchronic (Cd). Alcohol, DSF, and olive oil (OL), as a solvent for DSF, were administered via oral gavage (per os), and Cd intraperitoneally, in a single daily dose. Animals were randomly divided into control groups and 7 experimental groups, each group was divided into 4 or 6 subgroups (n = 6) according to the duration of exposure to the tested substances alone or in combination. The division of the groups of the experimental animals with respect to the exposure time (1, 3, 10, 21 and 42 days) was as follows: three control groups (C1-42, OL1-21 and C1-21 / OL22-42); three groups which were independently exposed to the tested agents (A1-21, Cd1-42 and DSF1-21); and four groups that were subjected parallelly to the tested agents (A1-21 / Cd1-21, A1-21 / DSF22-42, Cd1-42 / DSF22-42 and A1-21 / Cd1-42 / DSF22-42)...

The assayed hares (n = 84) were divided into five age groups: 3-6, 12, 12-24, 24-36 and 36+ months. Between all sampling regions (11) significant differences of Cd levels were found in kidney and liver (p values of 0.001 and 0.007, respectively). Significant statistical differences (p = 0.001) are registered between Cd content in the kidney and liver of hares among all represented age groups. Looking at all investigated hare samples, moderately higher concentrations of Zn were found in the liver (median value: 25.4 mg/kg w.w.) compared to those in the kidney (21.4 mg/kg). These differences were statistically significant (p = 0.001). Zinc concentrations in the liver, between all age groups, did not differ significantly (p = 0.512) but in the kidney these differences were statistically significant (p = 0.001). Significant differences between Zn concentrations in liver in comparison to kidney (pairwise differences) were found within every single age group with the exception of the oldest (36+). Strong statistically significant correlations (Ps - Pearson's correlation) between Cd concentrations in kidney and liver were registered in three groups older than 12 months (Ps = 0.81, p = 0.001; Ps = 0.78, p = 0.001 and Ps = 0.79, p = 0.001, respectively). Negative correlation between Zn and Cd concentrations were found in liver samples within the age group of 12 months (Ps = -0.67, p = 0.004). Ukupno je ispitano 168 uzoraka tkiva (jetra i bubrezi) sa 84 divlja zeca sakupljenih iz 11 različitih područja Srbije na prisustvo kadmijuma (Cd) i cinka (Zn). Jaka statistička povezanost između količina kadmijuma registrovanih u bubrezima i jetri je registrovana kod životinja starijih od 12 meseci, što ukazuje na prisutnost ovog metala u njihovom okruženju. Značenje statističke razlike između koncentracija cinka u jetri u odnosu na bubrege su utvrđene unutar svih prisutnih starosnih grupa, izuzimajući najstariju. Negativna korelacija (Ps - Pirsonov korelacioni koeficijent) je registrovana unutar starosne grupe od 12 meseci (Ps = -0,67, p = 0.004). Utvrđeno je da cink kod ispitane populacije divljeg zeca pokazuje homeostatski mehanizam koji u prisustvu toksičnog elementa, kao što je kadmijum, održava optimalni nivo ovog esencijalnog elementa u ispitanim tkivima. Uočeno je da se sadržaj cinka, izražen kao vrednost medijane u jetri po starosnoj dobi, ne menja značajno dok je u bubregu u blagom porastu, mada su individualne varijacije jako prisutne. Izmerene vrednosti cinka u ciljnom organu - jetri se nalaze u okviru normalnih vrednosti za hepatično tkivo. Pouzdano je utvrđeno da su medijan vrednosti ispitanih metala pod jakim uticajem starosne strukture uzoraka divljeg zeca kao i regionalnih razlika u prisutnosti kadmijuma i cinka u životnoj sredini. Utvrđen je odličan biomonitorski potencijal tkiva divljeg zeca za sistemski monitoring i praćenje aerodepozicije kadmijuma obzirom na način ishrane, životni vek, radijus kretanja, težinu, adaptibilnost, dostupnost i pokrivenost u velikom broju staništa Srbije, uključujući i oblasti u neposrednoj blizini zagađivača (termoelektrane, pepelišta, površinski kopovi uglja, rafinerije) i poljoprivrednih područja sa raširenom primenom fosfatnih đubriva i agrohemikalija.

Mineralne materije su neophodne za odvijanje bioloških funkcija i izgradnju tkiva biljaka, životinja i ljudi. Do sada je u živoj prirodi otkriveno ukupno 89 hemijskih elemenata, od koji su 27 esencijalni, a 16 ima značajnu ulogu u normalnim fiziološkim funkcijama organizma. Prirodni faktori životne sredine kao i različiti antropogeni zagađivači, utiču na funkcije reproduktivnog trakta i na kvalitet sperme životinja i ljudi. Termin „metali u tragovima“ podrazumeva koncentraciju u tkivima nižu od koncentracije gvozđa. Toksično dejstvo teških metala se zasniva na stimulaciji formiranja slobodnih radikala i reaktivnih kiseoničnih vrsta u organizmu što uzrokuje oksidativni stres i dovodi do lipidne peroksidacije membrane. Na taj način, oni mogu da izazovu oštećenja ćelija, poremećaje funkcija enzima ili genetskog materjala (DNK). U organizam se unose hranom, vodom ili dospevaju preko vazduha. Teški metali koji su toksični za spermu su Pb, Cd, Hg i Ni. Najmanje količine ovih elemenata oštećuju spermatozoide i dovode do smanjenja njihove pokretljivosti i broja. Oni negativno utiču na proces kapacitacije i akrozomsku reakciju, smanjuju aktivnost enzima koji učestvuju u odbrani od oksidativnog stresa i dovode do promena u tkivu testisa. Cilj naših istraživanja je bio određivanje koncentracija cinka, olova, žive i kadmijuma u hrani i vodi za priplodne bikove, vodi korišćenoj za izradu razređivača kao i u sadržaju otopljenih pajeta i analiza njihovog mogućeg uticaja na parametre kvaliteta sperme. Koncentracija spermatozoida i broj spermatozoida po dozi su bili u zadovoljavajućem opsegu kao i prosečne vrednosti procenta ukupno pokretljivih spermatozoida, ukupnog broja pokretljivih spermatozoida u dozi, procenta i broja progresivno pokretljivih spermatozoida i između grupa bikova nisu dokazane statistički značajne razlike u srednjim vrednostima. Prosečan broj brzih spermatozoida u dozi je bio manji u odnosu na standardne vrednosti u svim grupama bikova. Srednje prosečne vrednosti procenta živih spermatozoida u dozi, živih spermatozida sa inaktnim akrozomom, ukupnog broja oštećenih ćelija u dozi, spermatozoida sa protoplazmatskom kapljicom, primarno i sekundarno abnormalnih formi ćelija i ukupno patološki promenjenih spermatozoida su bile u prihatljivim granicama. Između grupa bikova nisu dokazane statistički značajne razlike u srednjim vrednostima. Prosečne vrednosti procenta živih spermatozoida sa oštećenim akrozomom su takođe bile u prihvatljivom opsegu, ali su između pojednih grupa bikova utvrđene statistički značajne razlike u srednjim vrednostima. Srednje vrednosti procenta spermatozoida sa neoštećenim hromatinom su bile nešto niže, a sa oštećenim hromatinom nešto više u odnosu na utvrđene standardne vrednosti. Između pojedinih grupa su utvrđene statistički značajne razlike u srednjim vrednostima. Prosečne vrednosti procenta živih spermatozoida u dozi i procenta živih spermatozoida sa intaktnim akrozomom su bile zadovoljavajuće u grupama B i D, a značajno manje u grupama A i C... Minerals are necessary for maintaining biological functions and also are incorporated in plants, animals and human tissues. So far, presence of 89 chemical elements is documented in live organisms, and out of it, 27 are essential, while 16 plays significant role in normal physiological functions. Environmental factors and also antropogenic pollutants influence functions of the reproductive tract and quality of the human and animals semen. Term „trace elements“ is used for those with lower concentration than the iron has. Toxic effects of so called „heavy metals“, are based on their ability to stimulate free radicals and reactive oxygen species formation in the body. This leads to oxidative stress and membrane lipid peroxidation. By this mechanism, they can cause cells damage, enzyme dysfunction and DNK damage. These elements may reach live organisms by food, water and air. Toxic heavy metals are: Pb, Cd, Hg and Ni. Vary small amounts of theese metals in ejaculates can damage sperm cells lower their number and motility. They also exert negative effects on the capacitation process and acrosomal reaction, decrease activity of enzymes involved in antioxidative defense causing changes in testicular tissue. The aim of our investigations was to determine concentrations of zinc, lead, mercury and cadmium in feed and water for breeding bulls, water used for extender preparation and in the content of thawed straws and to analyse their possible influence on the semen quality parametrs. In the all examined samples of feed and water, concentrations of heavy metals were below the acceptable levels, as regulated by appropriate adapted roles and regulations. Sperm concentration and number of sperm cells in a dose were in the satisfactory range as were mean values of the total motile sperm cells, total number of motile cells in a dose and percent and number of cells showing progressive motility. Between groups no statistically significant differences were noted. Mean number of the fast sperm cells was lower in comparison with standard values in all tested groups. Mean values of the percentage of live sperm cells, live cells with intact acrosome, total number of damaged cells per dose, sperm cells with protoplasmic droplet, cells with primary and secondary abnormal forms and total number of pathologically changed spermatozoa were within the acceptable limits. Between groups no statistically significant differences were noted. Mean values of live sperm cells with damaged acrosomes were also in acceptable range but between groups we were able to note statistically significant differences. Mean percentage of the sperm cells with intact chromatin were lower and, with damaged chromatin, were higher in comparison to standard values. We were able to note statistically significant differences between groups...

Disertacija predstavlja rezultate ispitivanja mogućnosti upotrebe bora, lipe i zove u biomonitoringu i fitoremedijaciji. Istraživanje je sprovedeno u oblastima koje su pod uticajem zagađujućih supstanci iz topionice bakra, i sa odlagališta raskrivke i flotacijskih jalovišta. Koncentracije Al, Fe, Cu, Zn, Pb, Ni, As i Cd su određene u uzorcima opranog i neopranog lišća, grana, korenja i rizosfernog zemljišta ispitivanih biljnih vrsta. Lišće i grane bora, lipe i zove su u poređenju sa korenjem efikasniji u utvrđivanju kvaliteta životne sredine. Lišće bora, lipe i zove ukazuje na zagađenje životne sredine supstancama sa visokim sadržajem Fe, Cu, Pb, As, Cd i Zn (samo lišće lipe). Grane ispitivanih biljnih vrsta ukazuju na zagađenje sa visokim sadržajem Cu, Pb i As, pri čemu su grane bora i zove adekvatne i u slučaju Fe, a grane lipe u i slučaju Zn. Cu, Zn i As kao zagađujuće materije u zemljištu mogu se prepoznati putem korenja lipe i zove, a Fe samo preko korenja lipe. Zagađenje zemljišta ostalim elementima se ne može pratiti putem korenja ispitivanih biljnih vrsta. Korenje bora nije adekvatno za ispitivanje zagađenja zemljišta. Lišće lipe i zove, a posebno zove je u odnosu na iglice bora pogodnije za utvrđivanje prisustva svih ispitivanih elemenata (osim Ni) u atmosferskoj depoziciji, kao i za utvrđivanje kvaliteta vazduha. Utvrđeno je da bor, lipa i zova imaju mogućnosti adaptacije, koristeći različite mehanizme, u zavisnosti od uslova sredine svakog mesta uzorkovanja. Bor, lipa i zova nisu hiperakumulatori ni jednog od ispitivanih elemenata, tako da se ne mogu koristiti u fitoekstrakciji. Jedino lipa ima mogućnosti da se koristi u fitostabilizaciji, i to Cu, Zn i Cd, u specifičnim uslovima sredine, i u uslovima povećanih koncentracija ovih elemenata u zemljištu. Potvrđeno je da su topionica bakra i flotacijska jalovišta u Boru, dominantni emiteri zagađujućih supstanci. Rezultati ispitivanja biljnog materijala i zemljišta ukazuju da su Cu, Pb, As i Cd glavne zagađujuće materije u ispitivanoj oblasti. The dissertation represents the results of examining the possibilities of using pine, linden and elder in biomonitoring and phytoremediation. The research was conducted in the areas that are affected by pollutants from the copper smelter, flotation tailings ponds and overburden dumps. Al, Fe, Cu, Zn, Pb, Ni, As and Cd concentrations were determined in the samples of unwashed and washed leaves, branches, roots and rhizospheric soil of the examined plant species. Leaves and branches of pine, linden and elder in comparision with roots, are more efficient in determining the environmental quality. Pine, linden and elder leaves indicate the environmental pollution with substances which have a high content of Fe, Cu, Pb, As, Cd and Zn (only in linden leaves). Branches of the examined plant species indicate the pollution with high content of Cu, Pb and As, whereby pine and elder branches are also adequate in the case of Fe, and linden branches in the case of Zn. Cu, Zn and As, as the polluting substances in the soil, can be identified by linden and elder roots, and Fe just by linden roots. Soil pollution with other elements can not be monitored by roots of the examined plant species. Pine roots are not adequate for examination of soil pollution. Leaves of linden and elder, and especially of elder, compared with pine needles, are more suitable for determining the presence of all the examined elements (except Ni) in the atmospheric deposition, as well as for determining the air quality. It was found that pine, linden and elder have adaptation possibilities, using various mechanisms depending on the environmental conditions of each sampling site. Pine, linden and elder are not hyperaccumulators of the examined elements, so they can not be used in phytoextraction. Only linden has a possibility to be used in phytostabilisation, especially of copper, zinc and cadmium in the specific environmental conditions, and in conditions of the increased concentrations of these elements in soil. It is confirmed that copper smelter and flotation tailings ponds in the town of Bor, are the dominant emitters of pollution. The results of examining plant material and soil show that Cu, Pb, As and Cd are the main polluting substances in the study area.

tokom prethodnih decenija, kadmijum (Cd), metal bez biološke funkcije, je zbog svoje toksičnosti i sposobnosti bioakumulacije postao predmet brojnih toksikoloških istraživanja... In previous decades, cadmium (Cd), a metal of no bioogical function, has gained attention due to its toxicity and ability to bioaccumulate...

Background/Aim. The beneficial effects of medicinal plants are well-known from the ancient times. However, expansion of phytopharmacy and phytotherapy occured during the last decades. Medicinal plants can absorb environmental contaminants from the ground and consequently may cause harmful effects on human health. Quality control usually comprises standard methodology which includes macroscopic identification and examination of active ingredients. Additionaly, there is a permanent need to control the level of pollutants in herbs, with a particular attention to the level of toxic metals. In this study we estimated the level of contamination by determining the content of cadmium (Cd) in the herbs of Hypericum perforatum and Thymus serpyllum collected from the different localities of the mountains Rtanj and Ozren. Methods. Herbs of investigated plants were collected during July 2005 from various localities of Rtanj and Ozren mountains. After drying, homogenization and mineralization, Cd content was determined by atomic absorption spectrophotometry. Results. The obtained results show that Cd content varies significantly in Hypericum perforatum samples collected. The lowest Cd level was found in samples from the one of Rtanj localities (0.25 mg Cd/kg), while the highest was observed in Hypericum perforatum from Ozren locality (1.24 mg/kg). Levels of Cd in the three of four investigated localities were higher than pro posed by WHO (0.3 mg/kg dried herb material). In all investigated samples of Thymus serpyllum herbs Cd levels were below the limit of detection of analytical method (0.2 mg Cd/kg dried materials). Conclusion. This work contributes to the issue of Cd content in Hypericum perforatum and Thymus serpyllum grown in localities of Rtanj and Ozren, and implies the importance for systemic control of Cd content in Hypericum species in order to provide safety of their preparations. Furthermore, regarding Cd toxicity, maximal permissible level of Cd in plant material should be evaluated and established concerning national legislative frame. Uvod/Cilj. Lekovitost nekih biljnih vrsta bila je poznata čoveku još pre naše ere. Međutim, do ekspanzije fitofarmacije i fitoterapije dolazi tek poslednjih decenija. Lekovite biljke usled zagađenja životne sredine mogu da apsorbuju prisutne zagađivače. Kvalitet biljnih sirovina prati se standardnim metodama koje se prvenstveno odnose na identifikaciju biljne vrste i ispitivanja aktivnih principa. Ipak, i pored toga, uočena je potreba za kontrolisanjem i praćenjem nivoa zagađivača, među kojima značajno mesto zauzimaju toksični metali. U ovom radu ispitivan je sadržaj kadmijuma (Cd) u herbi dve biljne vrste, Hypericum perforatum L. i Thymus serpyllum L. koje su prikupljene sa različitih lokaliteta planina Rtanj i Ozren, sa ciljem procene nivoa kontaminacije. Metode. Herbe ispitivanih lekovitih biljaka sakupljene su tokom jula 2005. godine sa različitih lokaliteta planina Rtnja i Ozrena. Nakon sušenja, homogenizacije i mineralizacije, sadržaj Cd određivan je metodom atomske apsorpcione spektrofotometrije. Rezultati. Dobijeni rezultati ukazali su na značajne varijacije sadržaja Cd u sakupljenim uzorcima Hypericum perforatum. Najniži sadržaj Cd od 0,25 mg Cd/kg dobijen je u uzorku sa lokaliteta Rtnja, dok je najviši nivo Cd određen u uzorku Hypericum perforatum sa lokaliteta Ozrena (1,24 mg/kg). Dobijene vrednosti sadržaja Cd u herbi Hypericum perforatum sa tri od četiri ispitivana lokaliteta bile su iznad vrednosti koju preporučuje SZO (0,3 mg/kg osušene droge). U svim ispitivanim uzorcima Thymus serpyllum nivoi Cd bili su ispod nivoa detekcije primenjene analitičke tehnike (0,2 mg Cd/kg osušene herbe). Zaključak. Rezultati ovog rada doprineli su istraživanju sadržaja Cd u biljnim vrstama Hypericum perforatum i Thymus serpyllum koje rastu na lokalitetima Rtnja i Ozrena i ukazuju na potrebu uvođenja sistematske kontrole sadržaja Cd u Hypericum vrstama radi bezbedne upotrebe preparata izrađenih na bazi ovih biljnih vrsta. Imajući u vidu toksičnost Cd nameće se potreba da se nacionalnim zakonodavstvom odrede i ustanove maksimalno dozvoljene koncentracije sadržaja ovog metala u biljnim lekovitim sirovinama.

The term heavy metal refers to a metal that has a relatively high density and is toxic for animal and human organism at low concentrations. Heavy metals are natural components of the Earth's crust. They cannot be degraded or destroyed. To a small extent they enter animal organism via food, drinking water and air. Some heavy metals (e.g cooper, iron, chromium, zinc) are essential in very low concentrations for the survival of all forms of life. These are described as essential trace elements. However, when they are present in greater quantities, like the heavy metals lead, cadmium and mercury which are already toxic in very low concentrations, they can cause metabolic anomalies or poisoning. Heavy metal poisoning of domestic animals could result, for instance, from drinking-water contamination, high ambient air concentrations near emission sources, or intake via the food chain. Heavy metals are dangerous because they tend to bioaccumulate in a biological organism over time. Manifestation of toxicity of individual heavy metals varies considerably, depending on dose and time of exposure, species, gender and environmental and nutritional factors. Large differences exist between the effects of a single exposure to a high concentration, and chronic exposures to lower doses. The aim of this work is to present the source of poisoning and toxicity of some heavy metals (lead, mercury, cadmium, thallium, arsenic), as well as new data about effects of those heavy metals on the health of domestic animals. . Termin teški metali odnosi se na metale koji imaju relativno visoku gustoću i koji su toksični za životinjski i ljudski organizam u niskim koncentracijama. Oni su prirodni sastojci zemljine kore, ne mogu biti razgrađeni ili uništeni, a u malim količinama ulaze u životinjski organizam hranom, vodom ili vazduhom. Pojedini teški metali kao bakar, gvožđe, hrom i cink u malim količinama su esencijalni za živi organizam, ipak kada su prisutni u većim količinama remete normalne životne procese, odnosno izazivaju trovanje. Za razliku od njih teški metali kao olovo, kadmijum, živa i talijum nisu esencijalni i toksični su za organizam već u veoma malim količinama. Trovanje domaćih životinja ovim teškim metalima je rezultat njihovog neplaniranog ulaska u životinjski organizam, najčešće preko kontaminirane hrane, vode ili vazduha. Oni imaju tendenciju bioakumulacije u živom organizmu, a pojava manifestnih znakova njihove toksičnosti varira u zavisnosti od prirode hemijskog jedinjenja u kojem se nalaze, zatim količine i vremena izloženosti, životinjske vrste, uzrasta, pola, kao i uticaja okoline i svakako načina ishrane. Kod pojedinih teških metala postoje velike razlike u izazivanju toksičnih efekata, kako posle jednokratnog izlaganja životinja njihovim visokim koncentracijama ili pak izlaganja životinja niskim koncentracijama ovih toksikanata u toku dužeg vremenskog perioda (hronično izlaganje). Cilj ovog rada je da prikaže moguće izvore trovanja i toksičnost pojedinih teških metala (olovo, živa, kadmijum, talijum), kao i novija saznanja o toksičnim efektima ovih metala na zdravlje domaćih životinja.

It is known that kidneys are target tissue for Cd toxicity but there is not enough literature data on kidney effects of BDE-209. Moreover, Cd as toxic metal and BDE-209 as organic halogenated pollutant can share similar mechanism of action like, oxidative stress which is already assumed. However, how will Cd act as prooxidant in presence of BDE-209 is still not investigated, therefore, the objective of this study was to assess this BDE-209 influence. Results of this study indicated slight decrease in MDA in rat's kidney homogenates after subacute exposure to Cd and/or BDE-209, while SOD activity was increased and content of -SH groups decreased. Based on dose-response assessment, BDE-209 did not influence Cd toxicity mediated by chosen oxidative stress parameters, namely the derived CEDL5 values were the same for single Cd and for Cd given in combination with the BDE-209. In conclusion, dynamic of oxidative process has influence on the parameters levels. Co-exposure with polybrominated organic pollutant did not influence Cd effects on oxidative stress parameters. Having in mind that this is pilot study, performed with only one dose of BDE-209, further investigations are necessary, including changes in dose ranges, duration of exposure etc. Moreover, results contributes to the issue of mixture toxicology even BDE-209 did not influenced oxidative stress as mechanism of Cd toxicity. Poznato je da su bubrezi ciljni organ toksičnosti kadmijuma, ali je mnogo manje literaturnih podataka o toksičnim efektima BDE-209 na bubrege. Kadmijum, kao toksičan metal i BDE-209, kao organska halogenovana zagađujuća supstanca mogu imati sličan mehanizam dejstva posredovan oksidativnim stresom. Međutim, kako će Cd da deluje kao prooksidant u prisustvu BDE-209 još uvek nije proučavano, te je cilj ovog rada bio da se proceni uticaj BDE-209 na oksidativni stres posredovan kadmijumom. Rezultati ovog istraživanja ukazuju na blagi pad koncentracije MDA u homogenatima bubrega pacova nakon subakutne ekspozicije Cd i/ili BDE-209, dok se aktivnost SOD povećava i sadržaj - SH grupa smanjuje. Na osnovu procene odnosa doza-odgovor, BDE-209 nije imao uticaja na toksičnost Cd izazvanu posredstvom oksidativnog stresa (posmatrajući odabrane parametre). Potvrda je dobijena i iz izračunatih donjih granica pouzdanosti doze od 5% - CEDL5 jer su vrednosti su bile iste za sam Cd i Cd primenjen u kombinaciji sa BDE-209. Može se zaključiti da dinamika oksidativnih procesa ima uticaj na vrednosti parametara oksidativnog stresa, da stoga istovremena ekspozicija Cd i polibromovanom organskom polutantu nije promenila uticaj samog Cd na parametre oksidativnog stresa. Imajući u vidu da je ovo pilot studija, izvršena sa samo jednom dozom BDE-209, potrebna su dalja istraživanja, uključujući i promene opsega doza, trajanje ekspozicije itd. Pored toga, rezultati ove studije doprinose tumačenju toksikologija smeša, iako BDE-209 nije imao uticaja na oksidativni stres kao mehanizam Cd toksičnosti za date uslove ekspozicije.