Magas toxikuselem tartalmú szennyvízüledék növényfiziológiai hatásainak vizsgálata
Main Article Content
Absztrakt
Magas toxikuselem tartalmú szennyvízüledék növényfiziológiai és morfológiai hatását vizsgáltuk tápoldaton nevelt kukorica (Zea mays L.), illetve uborka (Cucumis sativus L.) esetében. Az alábbiakra kerestünk választ: (i) hogyan hat az emelkedő toxikuselem koncentráció a csírázására; (ii) van-e különbség egy- és kétszikű növények toxikus elem felvétele között; (iii) hogyan alakul a különböző növényi részek elemtartalma, a gyökér- és hajtásnövekedés intenzitása, a szárazanyag felhalmozása; (iv) van-e hatása a fotoszintetikus aktivitásra, a fotoszintetikus pigmentek mennyiségére; (v) a tesztnövények milyen mértékben képesek védekező mechanizmust kialakítani a toxikus elemek hatásai ellen, van –e különbség stressz-enzimjeik aktivitásában. Megállapítottuk: a magas toxikuselem tartalmú szennyvízüledék erősen gátolja a csírázást; a kukorica az uborkához képest a makro-, mezo- és mikroelemek közül a K-ot, a Mn-t és a B-t jobban akkumulálja a hajtásában; az uborkában a kukoricához képest nagyobb volumenű N, P, Ca, Mg, Fe és Ba akkumuláció figyelhető meg. Kukorica esetében a toxikuselemek zöme (Cd, Cr, Pb, Ni) a gyökérben marad, azok kis mértékben mozognak a talaj–növény rendszerben. A Zn és a Cu ugyanakkor mindkét vizsgált növény esetében megjelenik a hajtásban. A Zn biokoncentrációs faktora (BF) a kukorica hajtásában hatszorosa az uborka esetében tapasztaltnak, a Cu BF-értéke az uborka hajtás esetében magasabb. A kukorica esetében a kezelés hatására csökkent a szár hossza, a hajtás nyerstömege, az uborka esetében azok meghaladták a kontroll növények esetében mért értékeket. A kezelés hatására mindkét növény esetében csökkent a gyökérhossz, míg a kukoricánál csökkent, az uborka esetében nőtt a nyerstömege. Mindkét növény esetében megfigyelhető volt a SIMV (stressz-indukált morfogenetikai válaszok) jelensége: a gyökérzet megvastagodott, a gyökér hossza csökkent. Kukorica gyökér száraz tömegének csökkenésének oka feltételezhetően a gyökérben felhalmozott toxikus elemek (Cr, Ni, As, Ba) jelentős mennyisége. Az uborka hajtás száraz tömege azonban majdnem 4%-kal, míg a gyökér száraztömege 23%-kal nőtt. A kukorica esetében nőtt a klorofill-a/klorofill-b arány, mely a fotoszintetikus pigmentrendszerek nem megfelelő működésére utal. Uborkánál a kezelés nem hatott negatívan a fotoszintetikus pigmentrendszerek működésére, ez nagyobb szervesanyag felhalmozásban, száraztömegben realizálódott. A kezelés hatására a „stressz-enzimek” aktivitása megváltozott: a kataláz enzim aktivitása mindkét tesztnövény esetében szoros összefüggést mutatott az akkumulált ólomtartalom alakulásával; a peroxidáz aktivitás alakulása a kukorica esetében szoros korrelációt mutatott a Ba, illetve a vegetatív szervekben akkumulált Zn, Cr, Ni, és As koncentrációval, az uborkánál szoros korrelációt csak az ólom esetében találtunk.
Letöltések
Article Details
Hivatkozások
/2009. (IV.14.) KVVM-EÜM-FVM együttes rendelet a földtani közeg és a felszín alatti víz szennyezéssel szembeni védelméhez szükséges határértékekről és a szennyezések méréséről.
Ackova, D. G. (2018): Heavy metals and their general toxicity on plants. Plant Science Today, 15 (1): 14. https://doi.org/10.14719/pst.2018.5.1.355
Asati, A., Mohnish, P., Kumar, N. (2016): Effect of Heavy Metals on Plants: An Overview. International Journal of Application or Innovation in Engineering & Management, 5 (3): 55–66. http://www.doi.org/10.13140/RG.2.2.27583.87204
Benyó D., Horváth E., Németh E., Leviczky T., Takács K., Lehotai N., Feigl G., Kolbert Zs., Ördög A., Gallé R., Csiszár J., Szabados L., Erdei L., Gallé Á. (2016): Physiological and molecular responses to heavy metal stresses suggest different detoxification mechanism of Populus deltoides and P. x canadensis. Journal of Plant Physiology, 201: 62–70. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2016.05.025
Birouste, M., Zamora-Ledezma, E., Bossard, C., Pérez-Ramos, I. P., Roumet, C. (2014): Measurement of fine root tissue density: a comparison of three methods reveals the potential of root dry matter content. Plant Soil, 374 (1-2): 299–313. http://www.doi.org/10.1007/s11104-013-1874-y
Bradford, M. M. (1976): A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem. 72 (1-2): 248–54. https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3
Burzynski, M., Buczek, J. (1994): The influence of Cd, Pb, Cu and Ni on NO3- uptake by cucumber seedlings. II. In vitro and in vivo effects of Cd, Cu, Pb and Ni on the plasmalemma ATPase and oxidoreductase from cucumber seedlings roots. Acta Physiol. Plant, 16: 297–302.
Cavalcanti, F. R., Oliveira, J. T. A., Martins-Miranda, A. S., Gas, R. A. V., Silveira, J. A. G. (2004): Superoxide dismutase, catalase and peroxidase activities do not confer protection against oxidative damage in saltstressed cowpea leaves. New Phytologist, 163 (3): 563–571. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2004.01139.x
Da-lin, L., Kai-qi, H., Jing-jing, M., Wei-wei, Q., Xiu-ping, W., Shu-pan, Z. (2011): Effects of cadmium on the growth and physiological haracteristics of sorghum plants. African Journal of Biotechnology, 70: 15770–15776.
Emamverdian, A., Ding, Y., Mokhberdoran, F., Xie, Y. (2015): Heavy metal stress and some mechanisms of plant defense response. The scientific world journal, 2015: Article ID 756120. https://doi.org/10.1155/2015/756120
Eun, SO., Shik, Youn H., Lee, Y. (2000): Lead disturbs microtubule organization in the root meristem of Zea mays. Physiol. Plant., 110 (3): 357–365. http://wwwdoi.org/10.1111/j.1399-3054.2000.1100310.x
Feigl G. (2015): Nehézfém-indukált nitro-oxidatív stressz vizsgálata Brassica fajokban, Doktori értekezés. SZTE, Szeged.
Fodor F., Király I., Bratek Z., Nyitrai P., Parádi I., Rácz I., Rudnóy Sz., Sárvári É., Solti Á., Szigeti Z., Tamás L. (2013): A növényi anyagcsere élettana. ELTE, Budapest.
Gajdos É. (2013): Kukorica és napraforgó hibridek kadmium érzékenysége, a káros hatások mérséklésének lehetősége. PhD Értekezés. Debreceni Egyetem MÉK. Debrecen.
Kabata-Pendias, A., Pendias, H. (2001): Trace Elements in Soils and Plants. CRC Press, Boca Raton, London, New York, Washington D.C.
Kibria, M. G., Hossain, M., Murata, Y., Hoque, M. A. (2017): Antioxidant defense mechanisms of salinity tolerance in rice genotypes. Rice Science, 24 (3): 155–162. https://doi.org/10.1016/j.rsci.2017.05.001
Leskó K. I. (2005): Búzanövények biológiailag aktív komponenseinek változása kadmium-stressz hatására. Doktori értekezés. BME, Budapest.
Lévai L. (2004): The effect of smut gall tumour infection on iron and zinc uptake and distribution in maize seedlings. Journal of Agricultural Sciences, 15: 27–32.
Lévai L., Kovács B. (2001): The influence of IAA and TIBA on iron concentration of maize seedlings. In: Horst, W. J., Schenk, M. K., Buerkert, A., Claassen, N. (szerk.): Plant Nutrition: Food security and sustainability of agro-ecosystems through basic and applied research. Kluwer Academic Publishers. 154–155. http://www.doi.org/10.1007/0-306-47624-X_74
Lichtenthaler, H. K., Kuhn, G., Prenzel, U. (1982): Adaptation of chloroplast-ultrastructure and of chlorophyll-protein levels to high-light and low-light growth conditions. Zeitschrift Naturforschung, C37 (5): 464–475. http://www.doi.org/10.1515/znc-1982-5-619
Madhu, P.M., Sadagopan, R. S. (2020): Effect of heavy metals on growth and development of cultivated plants with reference to cadmium, chromium and lead – a review. Journal of Stress Physiology & Biochemistry, 16 (3): 84–102.
Marrugo-Negrete, J., Marrugo-Madrid, S., Pinedo-Hernández, J., Durango-Hernández, J., Díez, S. (2016): Screening of native plant species for phytoremediation potential at a Hg-contaminated mining site. Science of the Total Environment, 542 (Pt A): 809–816. http://www.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.10.117
Moran, R., Porath, D. (1980): Chlorophyll determination in intact tissues using N,N-dimethylformamide. Plant Physiol., 65 (3): 478–479. https://doi.org/10.1104%2Fpp.65.3.478
Naza, R., Khana, M. S.,Hafeezb, A., Fazila, M., Khana, M. N. C.†, Alib, B., Javedd, M. A., Imrana, M., Shatie, A. A., Alfaifie, M. Y., Elbehairie, S. E. I., Ahmedg, A. E. (2022): Assessment of phytoremediation potential of native plant species naturally growing in a heavy metal-polluted industrial soils. Brazilian Journal of Biology, 84: e264473. https://doi.org/10.1590/1519-6984.264473
Pant , P. P., Tripathi, A. K. (2014): Impact of heavy metals on morphological and biochemical parameters of Shorea robusta plant. Ekológia, 33 (2): 116–126. https://doi.org/10.2478/eko-2014-0012
Shankar, S. R., Madhu, P. M. (2020): Effect of Heavy Metals on Growth and Developement of Cultivated Plants with Reference to Cadmium, Chromium and Lead – A Review. Journal of Stress Physiology & Biochemistry, 16 (3): 84–102.
Simon L. (2004): Fitoremediáció. Környezetvédelmi Füzetek. Azonosító: 2318. BMKE OMIKK, Budapest. 1–59.
Simon, L. (2014): Potentially harmful elements in agricultural soils. In: Bini, C., Bech. J. (szerk.): PHEs, Environment and Human Health. Potentially Harmful Elements in the Environment and the Impact on Human Health. Springer, Dordrecht, Heidelberg, New York, London. 85–137, 142–150.
Simon L. (2006): Toxikus elemek akkumulációja, fitoindikációja és fitoremediációja a talaj-növény rendszerben. Akadémiai Doktori Értekezés. NYE, Nyíregyháza.
Singh, R. P., Agrawal, M. (2007): Effects of sewage sludge amendment on heavy metal accumulation and consequent responses of Beta vulgaris plants. Chemosphere, 67 (11): 2229–2240. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2006.12.019
Valadez-Villarreal, A., Maldonado-Magaña, A., Bernabé-Antonio, A., Estrada-Zúñiga, M.E., Román-Guerrero, A., Cruz-Sosa, F. (2015): Effect of Cr and Pb on the activity antioxidant enzymes in a cell suspension culture of Jatropha curcas. Revista mexicana de ingeniería química, 14 (3): 681–689.
Wójcik, M., Tukendorf, A. (1999): Cd-tolerance of maize, rye and wheat seedlings. Acta Phys. Plant., 21 (2): 99–107. http://www.doi.org/10.1007/s11738-999-0063-3