Vliv kontaminace půdy kadmiem na metabolismus vybrané rostliny

Lucie Čapková

Master's thesis

The effect of cadmium soil contamination on plant metabolism

Abstract:

Cílem této diplomové práce je vyhodnotit působení stupňované dávky kadmia v půdě na metabolismus rostliny. V pokusu jsou hodnoceny následující charakteristiky: výnos čerstvé biomasy, výnos sušiny rostlin, obsah kadmia a vybraných prvků v rostlině (Cu, Fe, Mn, Mg, Zn) a obsah vybraných volných aminokyselin (kyselina asparagová, kyselina glutamová, asparagin, glutamin, alanin). V nádobovém vegetačním pokusu byly pěstovány rostliny špenátu setého (Spinacia oleracea L. cv. Matador), plodiny s vysokou afinitou k rizikovým prvkům. Kadmium bylo přidáno do jednotlivých nádob jako Cd(NO3)2.4 H2O ve stupňované dávce 0, 30, 60 a 90 mg Cd.kg-1 (varianty Kontrola, Cd1, Cd2 a Cd3). Z výsledků je patrné, že obsah kadmia v rostlině se zvyšoval s nárůstem kadmia v půdě a došlo tak k poklesu výnosu nadzemní biomasy u rostlin špenátu, byla tedy potvrzena fytotoxicita kadmia. Obsah mědi se mírně snižoval se zvyšující se dávkou kadmia v půdě. Obsah železa vykazoval střídající trend se zvyšující se dávkou kadmia v půdě, u rostlin byla zjištěna slabá závislost. Obsah manganu se lineárně snižoval se zvyšující se dávkou kadmia v půdě. Obsah hořčíku vykazoval slabou závislost na dávce kadmia v půdě. V případě zinku byl vykazován klesající trend, vyskytovala se zde vysoká závislost obsahu zinku na zvyšujícím se obsahu kadmia. Analýza obsahu aminokyselin potvrdila naši hypotézu a ukázala změny v obsahu aminokyselin v závislosti na změně obsahu kadmia a ostatních mikroprvků (Cu, Zn) v rostlinách špenátu setého. Obsah kyseliny asparagové vykazoval klesající trend a byla zjištěna významná závislost mezi koncentrací kadmia v biomase a obsahem kyseliny asparagové v rostlině. Obsah glutamové kyseliny vykazoval opět klesající trend a byla prokázána lineární závislost mezi koncentrací kadmia a obsahem této aminokyseliny v rostlině. Obsah asparaginu vykazoval stoupající trend, byla prokázána silná závislost mezi koncentrací kadmia a asparaginem v nadzemní biomase rostliny. Obsah glutaminu naopak vykazoval klesající trend. Obsah alaninu vykazoval stoupající trend, byla prokázána lineární závislost mezi koncentrací kadmia a obsahem alaninu v nadzemní části rostlin.

Abstract:

The aim of this thesis is to evaluate the effect of increasing cadmium concentrations in the soil on the metabolism of plants. In this experiment was evaluated these characteristics: the fresh biomass yield, dry matter yield of spinach plants, the cadmium content and the selected elements in the plant (Cu, Fe, Mn, Mg, Zn), and the contents of selected free amino acids (aspartic acid, glutamic acid, asparagine, glutamine, alanine). Adaptation of spinach (Spinacia oleracea L. cv. Matador) plants, which have high affinity to risk elements, was investigated in pot experiment to excessive cadmium levels in soil. Cadmium was added to individual pots in Cd(NO3).4 H2O with increasing concentrations of 0, 30, 60 and 90 mg Cd.kg-1 (Control variants, Cd1, Cd2, and Cd3). Results show increasing cadmium accumulation in plant aboveground biomass grown under the increasing Cd content in the soil. There was a decreased aboveground biomass in the yield in spinach plants, so the cadmium phytotoxicity was proved. The Cu content was slightly decreasing with increasing content of cadmium in soil. The Fe content showed alternating trend with increasing content of cadmium in plants. The Mn content has decreased with increasing content of cadmium in soil. The mg content showed weak dependence on the cadmium content in soil. The Zn content was reported declining trend, with a high dependence on increasing cadmium content. Analysis of amino acids confirmed our hypothesis and showed changes in the amino acids contents in response to cadmium and other trace elements (Cu, Zn) changes in spinach plants. Aspartic acid content showed a decreasing trend and here was observed significant correlation between the concentration of cadmium in the biomass content and aspartic acid in the plant. The content of glutamic acid showed a downward trend again and here was a linear relationship between the concentrations of cadmium and the content of this amino acid in the plant. Contents of asparagine showed an upward trend, here was demonstrated a strong association between cadmium concentrations and asparagine in the aboveground plants biomass. Glutamine content conversely showed a decreasing trend. Alanine content showed an upward trend. Here was a linear relationship between the concentrations of cadmium and the content of alanine in the aboveground parts of plants.

Keywords

aminokyseliny, kadmium, metabolismus dusíku, rostlina, stres

Keywords

amino acids, cadmium, nitrogen metabolism, plant, 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