Потенцијал багрема (Robinia pseudoacacia L. 1753) у фитоекстракцији кадмијума, никла и олова

Abstract

Испитиван је утицај повећаних концентрација тешких метала, кадмијума, никла и олова, на метаболизам и биопродукцију различитих генотипова (фамилија) багрема (Robinia pseudoacacia L. 1753) у циљу дефинисања њиховог физиолошког и биохемијског одговора на различити степен загађења. Биолошки ефекат тешких метала испитиван је на биљкама гајеним на воденим хранљивим растворима и у земљишним културама. Истраживања су обухватила одређивања степена биопродукције (свежа маса корена, изданака и листова; висина биљака; укупна лисна површина), интензитет размене гасова (фотосинтеза и транспирација), садржаја фотосинтетичких пигмената (каротеноиди, хлорофил а и б), садржаја макроелемената у биљном ткиву (N, P и К) и акумулираних тешких метала, биохемијске физиолошке параметре (активност ензима нитрат-редуктазе, каталазе, аскорбат-пероксидазе, гвајакол-пероксидазе, интензитет липидне пероксидације (садржај MDA), садржај пролина) у ткивима коренова, изданака и листова. Токсични ефекти примењених метала су зависили од испитиване фамилије багрема (генотипа) и врсте метала, а испољили су се у редукцији интензитета фотосинтезе и транспирације, као и у променама активности ензима укључених у антиоксидативне механизме заштите. Изразитити симптоми токсичности били су евидентни код биљака гајених методом водених култура, где је присуство метала у раствору довело до значајних поремећаја водног биланса у виду смањенетранспирације и проводљивости стома. Регистровано је такође сигнификантно смањење интензитета фотосинтезе биљака гајених на третману никлом. Активност ензима укључених у антиоксидативне механизме заштите показала се као поуздан индикатор стреса изазваног тешким металима. Хидропоним тестовима утврђен потенцијал испитиваних фамилија багрема за фитоекстракцију метала класификује их у категорију хиперакумулатора. Поред тога, значајна акумулација тешких метала у корену биљака указује на велики потенцијал ових фамилија у процесу фитостабилизације полутаната у земљишту. Поред наведеног, третмани са EDTA су указали на велики значај овог синтетског хелатора приликом фитоекстракције никла и кадмијума у земљиштима слабо базне реакције и ниске биодоступности метала.

Ispitivan je uticaj povećanih koncentracija teških metala, kadmijuma, nikla i olova, na metabolizam i bioprodukciju različitih genotipova (familija) bagrema (Robinia pseudoacacia L. 1753) u cilju definisanja njihovog fiziološkog i biohemijskog odgovora na različiti stepen zagađenja. Biološki efekat teških metala ispitivan je na biljkama gajenim na vodenim hranljivim rastvorima i u zemljišnim kulturama. Istraživanja su obuhvatila određivanja stepena bioprodukcije (sveža masa korena, izdanaka i listova; visina biljaka; ukupna lisna površina), intenzitet razmene gasova (fotosinteza i transpiracija), sadržaja fotosintetičkih pigmenata (karotenoidi, hlorofil a i b), sadržaja makroelemenata u biljnom tkivu (N, P i K) i akumuliranih teških metala, biohemijske fiziološke parametre (aktivnost enzima nitrat-reduktaze, katalaze, askorbat-peroksidaze, gvajakol-peroksidaze, intenzitet lipidne peroksidacije (sadržaj MDA), sadržaj prolina) u tkivima korenova, izdanaka i listova. Toksični efekti primenjenih metala su zavisili od ispitivane familije bagrema (genotipa) i vrste metala, a ispoljili su se u redukciji intenziteta fotosinteze i transpiracije, kao i u promenama aktivnosti enzima uključenih u antioksidativne mehanizme zaštite. Izrazititi simptomi toksičnosti bili su evidentni kod biljaka gajenih metodom vodenih kultura, gde je prisustvo metala u rastvoru dovelo do značajnih poremećaja vodnog bilansa u vidu smanjenetranspiracije i provodljivosti stoma. Registrovano je takođe signifikantno smanjenje intenziteta fotosinteze biljaka gajenih na tretmanu niklom. Aktivnost enzima uključenih u antioksidativne mehanizme zaštite pokazala se kao pouzdan indikator stresa izazvanog teškim metalima. Hidroponim testovima utvrđen potencijal ispitivanih familija bagrema za fitoekstrakciju metala klasifikuje ih u kategoriju hiperakumulatora. Pored toga, značajna akumulacija teških metala u korenu biljaka ukazuje na veliki potencijal ovih familija u procesu fitostabilizacije polutanata u zemljištu. Pored navedenog, tretmani sa EDTA su ukazali na veliki značaj ovog sintetskog helatora prilikom fitoekstrakcije nikla i kadmijuma u zemljištima slabo bazne reakcije i niske biodostupnosti metala.

The influence of increased concentrations of heavy metals, cadmium, nickel and lead on the metabolism and bioproduction of different genotypes (half-siblings) of black locust (Robinia pseudoacacia L. 1753) was investigated in order to define their physiological and biochemical responses to different pollution levels. The biological effect of heavy metals was tested on plants grown in aquatic nutrient solutions and in soil cultures. Тhe investigations included determination of biological production degree (fresh weight of roots, stems and leaves, plant height, total leaf area), the rate of gas exchange (photosynthesis and transpiration), the photosynthetic pigments content (carotenoids, chlorophyll a and b), the contents of major macronutrients in plant tissue (N, P and K) and the accumulated heavy metals, physiological biochemical parameters (activity of the enzymes: nitrate reductase, catalase, ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, lipid peroxidation (MDA content), the content of proline) in tissues of roots, stems and leaves. Toxic effects of applied treatments differed between tested plant genotypes and applied metal, resulting with depletion of the photosynthetic and transpiration rate, and further altering the activity of antioxidative enzymes. Major influence of applied metals were observed on plants grown in nutrient solution where the presence of heavy metals had caused water status disbalance, resulting with decrease in transpiration rate and stomatal conduction. Results related to the activity of enzymes involved in antioxidative protection indicated significance and relevance of these metabolic parametars in research of heavy metals stress in plants. Besides aforementioned , the potential forphytoextraction purposes was confirmed through hydroponic trials. Obtained results for heavy metal accumulation in plant tisuess have determined these families as heavy metal hyperaccumulators. Likewise, significant accumulation of metals in root tissues might be very promising for phytostabilization purposes. In addition, supplementation of EDTA have shown a great potential for phytoextraction of nickel and cadmium in soils with high pH and lower bioavailability of metals.