Vliv paracetamolu na primární metabolismus juvenilních rostlin kukuřice

Miroslav Jozífek

Bachelor's thesis

The effect of paracetamol on the primary metabolism of juvenile maize plants

Anotácia:

Cílem této bakalářské práce bylo sledovat vliv rozdílných koncentrací paracetamolu (APAP) na primární metabolismus kukuřice seté (Zea mays L.). Sledována byla čistá fotosyntéza, efektivita využití vody a parametry fluorescence. Hydroponický pokus byl založen v částečně řízených skleníkových podmínkách. Schéma pokusu zahrnovalo šest variant: kontrolní K (0 mg l-1 APAP), P1 (200 mg l-1 APAP), P2 (400 mg l-1 APAP), P3 (600 mg l-1 APAP), P4 (800 mg l-1 APAP) a P5 (1000 mg l-1 APAP). Rostliny byly na začátku pokusu zality stejným množstvím (15 l) destilované vody, stresovaným rostlinám bylo přidáno odpovídající množství léčiva dle varianty. Pokus byl zahájen ve fázi 3 pravých listů (13 BBCH) a uskutečnilo se celkem 6 měření: 0, 1, 3, 7, 10 a 14 dní po zahájení. Rostliny kukuřice byly po 8 dnech od založení přihnojeny Hoaglandovým živným roztokem s přídavkem mikroelementů podle Bensona. Po celou dobu pokusu byla rovněž doplňována chybějící destilovaná voda, způsobená transpirací a evaporací, na původní objem. Rychlost výměny plynů byla měřena nedestruktivní metodou pomocí infračerveného analyzátoru plynů LCpro+. Z naměřených výsledků vyplývá, že k poklesu čisté fotosyntézy došlo u všech stresovaných variant. Výjimku tvořila varianta P1 (200 mg l-1 APAP), která měla tendenci zvyšování jako kontrolní varianta, ale po 7. dni pokusu došlo ke snížení. Rozdíl mezi nejvyšší a nejnižší průměrnou naměřenou hodnotou čisté fotosyntézy kukuřice činil 0,9 μmol CO2 m-2 s-1 (8,09 %) a byl naměřen mezi variantami K (0 mg l-1 APAP) a P5 (1000 mg l-1 APAP). U rychlosti transpirace taktéž došlo k poklesu, a to u všech variant. Rozdíl mezi nejvyšší (0,90 mmol H2O m-2 s-1) a nejnižší (0,60 mmol H2O m-2 s-1) průměrnou rychlostí transpirace činil 33,33 % a byl naměřen mezi variantami K a P5. Efektivita využití vody (WUE) byla vypočtena z čisté fotosyntézy a transpirace. Všechny pozorované rostliny, ke kterým byl aplikován paracetamol, vykazovaly zvýšení WUE. Největší zvýšení bylo sledováno u varianty P1 (200 mg l-1 APAP), oproti kontrole došlo ke zvýšení o 5,72 (10-3), tedy o 31,52 %. Parametry fluorescence byly měřeny nedestruktivní metodou pomocí fluorometru OS5p+. Z naměřených výsledků je patrné, že maximální kvantový výtěžek fluorescence (Fv/Fm) u všech stresovaných variant vždy klesl a poté se držel na stejné úrovni s menšími výkyvy. Rozdíl mezi nejvyšším a nejnižším průměrným naměřeným poměrem fluorescence Fv/Fm kukuřice činil 0,037 (4,67 %). Obdobný vývoj hodnot jako u poměru Fv/Fm byl sledován i u poměru fluorescence chlorofylu variabilní k fluorescenci minimální (Fv/F0). Rozdíl mezi nejvyšším a nejnižším průměrným naměřeným poměrem fluorescence Fv/F0 kukuřice činil 0,871 (22,68 %). U obou poměrů byl tento největší rozdíl mezi kontrolní variantou K (0 mg l-1 APAP) a variantou P5 (1000 mg l-1 APAP). Na základě výsledků tohoto pokusu je patrné, že paracetamol má fytotoxické účinky na kukuřici setou (Zea mays L).

Abstract:

The aim of this bachelor thesis was to observe the effect of different paracetamol concentrations (APAP) on the primary metabolism of maize (Zea mays L.). Pure photosynthesis, water efficiency and fluorescence parameters were monitored. The hydroponic experiment was iniated in semi-controlled greenhouse conditions. The experimental scheme included six variants: control K (0 mg l-1 APAP), P1 (200 mg l-1 APAP), P2 (400 mg l-1 APAP), P3 (600 mg l-1 APAP), P4 (800 mg l-1 APAP) and P5 (1000 mg l-1 APAP). At the beginning of the experiment, the plants were watered with the same amount (15 l) of distilled water, the stressed plants were given the corresponding amount of drug according the variants. The experiment was started in phase 3 true leaves (13 BBCH) and done a total of 6 measurements: 0, 1, 3, 7, 10 and 14 days after the start. Maize plants were fertilized 8 days after establishment with Hoagland's solution with additional microelements according to Benson. The missing distilled water, caused by transpiration and evaporation, was added to the original volume throughout the experiment. The gas exchange rate was measured by the non-destructive method using an LCpro+ infrared gas analyzer. The measured results show decrease in pure photosynthesis in all stressed variants. The exception was variant P1 (200 mg l-1 APAP), which tended to increase as a control variant, but decreased after 7 days of the experiment. The difference between the highest and lowest average measured value of pure photosynthesis of maize was 0.9 μmol CO2 m-2 s-1 (8.09 %) and was measured between variants K (0 mg l-1 APAP) and P5 (1000 mg l-1 APAP). There was also a decrease in the transpiration rate for all variants. The difference between the highest (0.90 mmol H2O m-2 s-1) and the lowest (0.60 mmol H2O m-2 s-1) average transpiration rate was 33.33 % and was measured between variants K and P5. Water use efficiency (WUE) was calculated from pure photosynthesis and transpiration. All observed plants to which paracetamol was applied showed an increase in WUE. The largest increase was observed in variants P1 (200 mg l-1 APAP), compared to control there was an increase of 5.72 (10-3), i.e. by 31.52 %. Fluorescence parameters were measured by the non-destructive method using an OS5p + fluorometer. The measured results show that maximum quantum yield of fluorescence (Fv/Fm) in all stressed variants always decreases and then remained at the same level with smaller fluctuations. The difference between the highest and lowest average measured Fv/Fm maize fluorescence ratio was 0.037 (4.67 %). A similar development of values as for the Fv/Fm ratio was observed for the ratio of chlorophyll fluorescence variable to minimal fluorescence (Fv/F0). The difference between the highest and lowest average measured Fv/F0 fluorescence ratio of maize was 0.871 (22.68 %). In both ratios, the largest difference was between control variant K (0 mg l-1 APAP) and variant P5 (1000 mg l-1 APAP). Based on the results of this experiment, it is apparent that paracetamol has phytotoxic effects on maize (Zea mays L).

Kľúčové slová

kukuřice, xenobiotika, fotosyntéza, transpirace, WUE, fluorescence

Keywords

maize, xenobiotics, photosynthesis, transpiration, WUE, fluorescence

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 3. 5. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: Ing. Jiří Kudrna

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / odbor:
Crop Science / Crop Science