Aminokyseliny jako markery stresu rostliny

Bc. Kateřina Binderová

Master's thesis

Amino acids as markers of plant stress

Abstract:

Cílem práce na téma Aminokyseliny jako markery stresu rostliny bylo zhodnocení změn v metabolismu N, ke kterým dochází v hyperakumulující rostlině rostoucí na půdě kontaminované As. Dále byly sledovány změny v obsahu arsenu, železa a hořčíku v závislosti na změně obsahu arsenu dodávaného do půdy. K vyhodnocení výsledků byl založen vegetační pokus se dvěma zástupci hyperakumulátorů - Pteris vittata a Pteris cretica, kteří jsou schopni ve své biomase akumulovat vysoké koncentrace As. Celkem byly založeny čtyři varianty pokusu s přídavkem arsenu do půdy v koncentracích 0, 20, 100 a 500 mg As/kg půdy. Během růstu rostlin byly provedeny tři odběry nadzemní biomasy. Z výsledků vyplynulo, že nejvyšší obsah arsenu v půdě má negativní vliv na růst biomasy jak u Pteris vittata, tak i u Pteris cretica. Čím více arsenu se nachází v půdě, a čím déle na rostlinu působí, tím dochází k menším výnosům. Díky zvyšujícímu se obsahu arsenu v půdě dochází k vyšší akumulaci tohoto prvku v rostlině, platí pro oba druhy. Vyšší akumulační schopnost arsenu má ale P. vittata. Obsah železa v biomase je závislý na délce doby růstu, po kterou rostlina roste na půdě s přídavkem arsenu. Vyšší obsahy železa byly naměřeny u P. cretica. Obsah dusíku byl též závislý na délce doby růstu rostlin. Čím déle byl pokus prováděn, tím méně dusíku bylo v biomase obsaženo. Potvrdila se tak hypotéza, že vlivem působení arsenu dochází ke změnám metabolismu dusíku. Obsahy hořčíku nebyly významně závislé na zvyšujících se koncentracích arsenu v půdě. Závislost Mg a As u P. vittata byla potvrzena jen u prvního a druhého odběru. U P. cretica došlo k mírnému zvýšení hladiny Mg. Obsah asparaginu nevykazoval přímou závislost na zvyšujícím se množství arsenu. Více kyseliny asparagové akumuloval druh P. vittata. S vyšší dávkou arsenu klesal obsah kyseliny glutamové u obou druhů. Více kyseliny glutamové obsahoval druh P.vittata. Obsah glutaminu byl u obou druhů nejvyšší ve 2. odběrech. Stoupající trend vykazovala P.cretica v odběru prvním a druhém. U Pteris vittata se v 1. a 3. odběru množství glutaminu v závislosti na vyšším obsahu arsenu snižovalo. Více glutaminu obsahoval druh P. vittata.

Abstract:

The goal of the Diploma thesis Amino acids as markers of plant stress was evaluation of changes in the N metabolism occurring in hyperaccumulating plant growing on a soil contaminated by As. We also observed the changes in the contents of arsenic, iron, magnesium and amino acids: asparagine, aspartic acid, glutamine and glutamic in relationship with arsenic spiked to the soil.The results of pot experiment with two hyperaccumulators - Pteris vittata and Pteris cretica, showed high concentrations of As in their biomass. Experimental plants were cultivated in soil spiked by As (0, 20, 100 and 500 mg As / kg soil). During the growing period plants were sampled free times. The results showed that the highest content of arsenic in soil has a negative effect on the biomass growth both with Pteris vittata and Pteris cretica. The higher As content in soil and longer growing period of plants causing lower yield. Due to the increased content of arsenic in soil there is higher accumulation of this element in the plant, which applies to both of the tested plants. However, P. vittata shows higher arsenic accumulation. The content of iron is the biomass depends on the growing plant grows in the arsenic contaminated soil. Higher contents of iron were measured in P. cretica. The nitrogen content was also dependent on the period of the plants growth. The longer experimental period showed the less nitrogen in biomass. The hypothesis that due to the effects of arsenic there are changes caused in the nitrogen metabolism was confirmed. The nitrogen contents were not significantly dependent on the increase in arsenic concentration in soil. The relation between Mg and As in P. vittata was confirmed solely with the first and second sampling. The content of Mg in P. cretica was slightly increased. The content of asparagine did not show direct correlation with the increase in arsenic. A higher content of aspartic acid was accumulated in P. vittata. With a higher content of arsenic the content of glutamic acid decreased in both of the tested plants. More glutamic acid was found in P. vittata. The content of glutamine reached the peak value at the second sampling in both cases. An increasing trend was observable in P. cretica at the first and second sampling period. In Pteris vittata the amount of glutamine decreased at the first and third sampling in relation to a higher content of arsenic. P. vittata contained more glutamine.

Keywords

arsen, aminokyseliny, dusík, kyselina glutamová, kyselina asparagová, stres

Keywords

amino acids, nitrogen, arsenic, glutamic acid, aspartic acid, stress

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 4. 2016

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Daniela Pavlíková, CSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Care of Biosphere / Waste Use and Management