Fyziologické a anatomické odpovědi rostlin hrachu setého (Pisum sativum L.) na organické polutanty

Ing. Kamila Širůčková Lónová

Doctoral thesis

Physiological and anatomical responses of pea plants (Pisum sativum L.) to organic pollutants

Abstract:

Životní prostředí je znečištěno širokým spektrem chemických látek antropogenního původu. Protože rostliny žijí přisedlým způsobem života, s velmi omezenou až nulovou možností aktivního pohybu, a jsou schopny absorbovat tyto škodliviny z prostředí prostřednictvím kořenů či listů, může přítomnost polutantů v prostředí nepříznivě ovlivnit jejich metabolismus a růst. Tato práce se zabývá aktuálním tématem studia účinků polycyklického aromatického uhlovodíku fluorantenu (FLT) a herbicidu flurochloridonu (FLC) na fotosyntetické dispozice a růst rostlin hrachu (Pisum sativum L.). Uvedené výsledky ukazují, že 5 mikromolární FLT a/nebo FLC negativně ovlivňují fotosyntetický systém na všech jeho úrovních, což v konečném důsledku vede až k inhibici růstu ovlivněných rostlin. Poškození způsobená oběma sloučeninami byla pozorována jako pokles fluorescenčních parametrů chlorofylu, v případě FLT byl detekován pokles NPQ, Rfd a QY max. až o polovinu ve srovnání s kontrolou, u variant ošetřených FLC byl zaznamenán pokles těchto parametrů až k nulové hodnotě. Zjištěná snížení uvedených parametrů, odpovídala rovněž detekovanému poklesu hladin fotosyntetických pigmentů, zvláště pak chlorofylu b a karotenoidů. Poškozením primárních fotosyntetických procesů odpovídala rovněž zvýšená hladina MDA v listech rostlin ošetřených FLC, u kterých byla také pozorována tvorba nefunkčních plastidů. Negativní účinek FLC i FLT se projevil i změnami v anatomické struktuře listů, a sice reorganizaci bifaciální stavby mezofylu. Tato modifikace byla výrazně patrná především u rostlin varianty FLC. V pozdějších růstových fázích byly v listech rostlin ošetřených FLC zjištěny rovněž až čtyřnásobné hladiny ACC, prekurzoru etylénu, ve srovnání s kontrolou. Negativní účinek obou látek se projevil na inhibici růstu kořenů i nadzemních částí rostlin, a také v podobě změny pigmentace listů. Rostliny ošetřené FLT měly chlorózami postiženo asi 60–75 % celkové asimilační plochy. V případě aplikace FLC bylo postiženo až 80 % listové plochy. Obě látky v aplikované koncentraci mají tedy na rostliny jednoznačně negativní účinek. Přestože se v případě FLT jedná o koncentraci odpovídající nižšímu až střednímu zatížení životního prostředí touto látkou, lze konstatovat, že jeho působení mělo na většinu hodnocených parametrů méně negativní dopad než v případě FLC, u kterého aplikovaná koncentrace odpovídá pouze 0,1% množství běžně aplikovaného v zemědělství.

Abstract:

The environment is polluted with a wide range of chemicals of anthropogenic origin. Plants are the sedentary organisms with very limited active movement and they are able to absorb these pollutants from the environment through roots or leaves, therefore the presence of pollutants in the environment can adversely affect their metabolism and growth. This work is focused on the current topic of studying the effects of polycyclic aromatic hydrocarbon fluoranthene (FLT) and the herbicide flurochloridone (FLC) on the photosynthetic disposition and growth of pea plants (Pisum sativum L.). These results show that FLT and / or FLC (both in 5 micromolar concentration) negatively affect the photosynthetic system at all its levels. This ultimately leads to growth inhibition of the affected plants. Damages caused by both chemicals were observed as a decrease in chlorophyll fluorescence parameters. In the case of FLT parameters NPQ, Rfd and QY decreased about 50% compared to the control, in the variant treated with FLC the reduction of these parameters practically up to zero was detected. The decrease in these parameters corresponded with the observed decrease in the levels of photosynthetic pigments, especially chlorophyll b and carotenoids. The damage of the primary photosynthetic processes was also reflected in the increased level of MDA in the leaves of FLC-treated plants, in which the formation of non-functional plastids was also observed. The negative effect of FLC and FLT was also manifested by changes in the anatomical structure of the leaves, namely the reorganization of the bifacial structure of the mesophyll. This modification was particularly noticeable in FLC-treated plants. The levels of its precursor ACC found in the leaves of FLC-treated plants increased to four times of the level detected in the leaves of control plants. The negative effect of both substances FTL and FLC was observed in the inhibition of root and aboveground parts growth, and also in the changes of leaf pigmentation. In FLT-treated plants about 60-75% of the total assimilation area was affected by chlorosis. In the case of FLC treatment, up to 80% of the leaf area was affected. Both substances in the 5 micromolar concentration therefore had the negative effect on the plants. Although in the case of FLT this concentration corresponds to lower or medium exposure of environment with this pollutant, it can be stated that its effect had a less negative impact on most evaluated parameters than FLC, where the applied concentration corresponds to only 0.1% of dose commonly applied under field condition.

Keywords

flurochloridon, fluoranten, hrách

Keywords

fluoranthene, flurochloridone, pea

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Ing. Marek Klemš, Ph.D.
• Reader: Miroslav Strnad, CSc., prof. Ing., Marie Kummerová, externi, Václav Krpeš, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / field:
Botany / Plant Anatomy and Physiology