Vliv kadmia na vybrané fyziologické a anatomické charakteristiky a průběh stresové reakce u řepky olejky (Brassica napus L.)

Mgr. Martina Komárková

Doctoral thesis

Effect of cadmium on selected physiological and anatomical characteristics and on stress reaction in oilseed rape (Brassica napus L.)

Abstract:

Cílem předkládané disertační práce je zhodnotit vliv kadmia (Cd) na vybrané fyziologické a anatomické charakteristiky u řepky olejky (Brassica napus L.). Pro tyto účely byly vypracovány čtyři experimenty, v rámci kterých bylo možné posoudit stresovou reakci pokusných rostlin a analyzovat změny v organizmu způsobené toxicitou Cd. Vzhledem k pestré škále kultivarů řepky olejky (B. napus) bylo možné testovat odolnost vůči Cd v závislosti na charakteristikách typických pro daný genotyp. Výsledky ukázaly, že u většiny testovaných kultivarů (CZL, Benefit, IWAS, ZhongZhuang9, Cadeli, Viking, Navajo, Ladoga) se nevyskytuje fytoextrakční potenciál, a to jak při testování rostlin pěstovaných v hydroponii, tak u rostlin rostoucích v substrátu. Jediný kultivar, u kterého jsme zaznamenali fytoextrakční potenciál založený na hodnotě TF nad hranicí „1“, byl kultivar Ladoga. Rostliny tohoto kultivaru akumulovaly do svých nadzemních částí srovnatelné, ba částečně vyšší množství Cd než do kořenů a můžeme tak předpokládat, že tento kultivar má genetický potenciál pro to být hyperakumulátorem Cd. U vybraných kultivarů se dále neprokázal významný vliv Cd na obsah a tvorbu kyseliny salicylové (SA) a na množství základních aminokyselin (AK). Vyšší závislost na koncentraci Cd byla pozorována pouze v případě obsahu prolinu a u pár vybraných AK. Přídavek Cd do substrátu či hydroponického média měl značně negativní vliv na většinu sledovaných fyziologických parametrů (hmotnosti kořenů a nadzemních částí, obsah chlorofylu a karotenoidů, rozpustných proteinů, fenolů, flavonoidů) a také na anatomii a morfologii kořenů. Rostliny tvořily vlivem Cd více postranních kořenů, což se projevilo také zvýšením množství kořenových špiček. Průměr kořenů byl vlivem Cd oproti kontrole větší. Buňky pericyklu byly nápadně zvětšené a ve vnitřních vrstvách kořene (zejména kolem endodermis) se vyskytoval větší podíl ligninu či suberinu, představovaný autofluorescenčním materiálem. Kořenové buňky dále reagovaly velmi citlivě na přítomnost Cd změnou chování mikrotubulárního cytoskeletu (MTs). Mikrotubuly byly depolymerované a jejich organizace byla narušena. Testována byla také fluorescenční barva LeadmiumTM green a její schopnost vizualizovat Cd v kořenech rostlin. Z výsledků však vyplývá, že barva se nespecificky váže kromě Cd také na jiné ionty a nelze ji proto pro detekci Cd u řepky olejky použít. Sledována byla dále interakce mezi Cd a zinkem (Zn) a benzoátem sodným (BS). Jak Zn, tak BS by mohly při vhodných dávkách snižovat toxicitu Cd a zvyšovat schopnost tolerance vůči těžkému kovu. Pozitivní účinek Zn byl pozorován u kultivaru Navajo, a to během translokace Cd z kořenů do nadzemních částí rostlin. Tento kultivar translokoval do svých listů signifikantně méně Cd, pokud rostl v médiu s Cd + Zn, než když byl pěstován pouze v médiu s Cd. Na ostatní sledované fyziologické a anatomické parametry neměl přídavek Zn žádný pozitivní ani negativní vliv. Přídavek BS do média s Cd vyvolal značnou změnu v příjmu Cd rostlinou. V kořenech se vyskytoval signifikantně vyšší obsah Cd, než v médiu se samotným Cd, v nadzemní části pak došlo naopak k výraznému úbytku Cd. Změny byly pozorovány také na úrovni příjmu vybraných minerálních prvků. U kořenů došlo ve všech případech k nárůstu příjmu minerálních prvků ve variantě s BS a Cd + BS oproti médiu se samotným Cd, v nadzemních částech pak naopak ke snížení obsahu K, Ca, Mg a Zn. Mikrotubulární cytoskelet po přídavku BS nereagoval tak vysokou mírou rozpadu MTs vláken, jako v případě média obohaceného pouze o Cd. Ostatní sledované parametry zahrnující obsahy signálních látek nebyly přídavkem BS do mé

Abstract:

dia obsahující Cd nijak ovlivněny.

Keywords

Fytoremediace, Kadmium, řepka olejka

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 3. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 18. 6. 2018
• Supervisor: doc. Ing. Jiří Tůma, CSc.
• Reader: Ivan Suchara, Daniela Pavlíková

University of Hradec Králové

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biologie / Aplikovaná biologie a ekologie