Wpływ glinu na potencjał membranowy komórek parenchymatycznych korzeni i koleoptyli siewek Zea mays L.

• Autorzy: Mizerski R. , Lekacz H. , Karcz W.

Warianty tytułu

EN

Effect of aluminum on membrane potential of parenchymal cells of root and coleoptile of Zea mays L. seedlings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jak powszechnie wiadomo glin działa fitotoksycznie wyłącznie w środowisku o pH poniżej 5,0 [KOCHIAN 1995]. Pomimo dużej liczby publikacji na temat toksyczności glinu, mechanizm indukowanej przez glin zmiany potencjału membranowego jest słabo poznany. Przedmiotem badań niniejszej pracy było określenie i porównanie wpływu jonów glinu na potencjał membranowy komórek parenchymatycznych korzeni i koleoptyli siewek Zea mays L. Eksperymenty przeprowadzono na 5 mm segmentach korzeni i 10 mm segmentach koleoptyli wycinanych z czterodniowych, etiolowanych siewek kukurydzy. Pomiarów potencjału membranowego dokonywano standardową mikroelektrodową techniką elektrofizjologiczną opisaną przez STOLARKA i KARCZA [1987]. Segmenty korzeni i koleoptyli inkubowano w obecności glinu (w postaci A1C1₃) w stężeniu 10⁻⁵-10⁻³ mol·dm⁻³, odpowiednio przez 3 lub 5 godz., pH środowiska wynosiło 4,2. Ekspozycja segmentów korzeni i koleoptyli siewek kukurydzy na glin przejawiała się depolaryzacją potencjału membranowego ich komórek. Stopień depolaryzacji potencjału zależał od stężenia glinu, czasu ekspozycji oraz od badanego organu (korzeń, koleoptyl). Komórki korzeni, w porównaniu z komórkami koleoptyli, były znacznie bardziej wrażliwe na glin. Uzyskane wyniki mogą potwierdzać hipotezę, w myśl której toksyczne działanie glinu przejawia się obniżeniem aktywności plazmolemowej H+-ATPazy.

EN

It is now generally accepted that aluminum becomes phytotoxic only in the pH below 5.0 [KOCHIAN 1995]. In spite of a large number of recent papers published on aluminum toxicity, the mechanism of Al-induced membrane potential changes remains poorly understood. The main objective of the present study was to determine and compare the effect of aluminum ions on the membrane potential of root and coleoptile parenchymal cells of Zea mays L. seedlings. The experiments were caried out with 5 mm-long root and 10 mm-long coleoptile segments cut from four-day-old etiolated maize seedlings. Membrane potential maesurements were performed using standard microelectrode electrophysiology, as described by STOLAREK and KARCZ [1987]. The segments of root and coleoptiles were incubated in the presence 10⁻⁵-10⁻³ mol·dm⁻³ aluminum (A1C1₃) within 3 h and 5 h, respectively. pH of the medium was 4.2. We showed, that the exposure of root and shoot cells of maize to aluminum brought about the depolarization of their membrane potential. Moreover, we determined that the value of depolarization depended on aluminum concentration, time of eksposure and the kind of organ (root, coleoptile). It was also found, that root cells were much more sensitive to aluminum, than coleoptile cells. Our data support the hypothesis, that aluminum changes the activity of plasma membrane H+-ATP.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2004
• Tom: 496
• Numer: 2
• Opis fizyczny: s.495-502,wykr.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Mizerski R.

• Katedra Fizjologii Roślin, Uniwersytet Śląski, ul.Jagiellońska 28, 40-032 Katowice

autor

Lekacz H.

• Katedra Fizjologii Roślin, Uniwersytet Śląski, ul.Jagiellońska 28, 40-032 Katowice

autor

Karcz W.

• Katedra Fizjologii Roślin, Uniwersytet Śląski, ul.Jagiellońska 28, 40-032 Katowice

Bibliografia

• Bennet R.J., Breen C.M. 1991. The recovery of the roots of Zea mays L. from various aluminum treatments: towards elucidating the regulatory processes that underlie root growth control. Environ. Exp. Bot. 157: 447-451.
• Delhaize E., Ryan P.R. 1995. Aluminum toxicity and tolerance in plants. Plant Physiol. 107: 315-321.
• Frantzios G., Galatis B., Apostolakos P. 2000. Aluminium effects on microtubule organization in dividing root-tips cells of Triticum turgidum. I. Mitotic cells. New Phytol. 145: 211-224.
• Glass A.D.M., Shaff J.E., Kochian L.V. 1992. Studies of the uptake of nitrate in barley. Plant Physiol. 99: 456-463.
• Hedrich R., Marten I., Louse G., Dietrich P., Winter H., Lohaus G., Heldt H.W. 1994. Malate-sensitive anion channels enable guard cells to sense changes in the ambient CO₂ concentration. Plant J. 6: 741-748.
• Kinraide T.B. 1991. Identity of the rhizotoxic aluminum species. Plant Soil 134: 167-178.
• Kinraide T.B. 1993. Aluminum enhancement of plant growth in acid rooting media. A case of reciprocal alleviation of toxicity by two toxic cations. Physiol. Plant. 88: 619-625.
• Kochian L.V. 1995. Cellular mechanisms of aluminum toxicity and resistance in plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 46: 237-260.
• Lindberg S., Strid H. 1997. Aluminium induces rapid changes in cytosolic pH and free calcium and potassium concentrations in protoplasts of wheat (Triticum aestivum). Physiol. Plant. 99: 405-414
• Lindberg S., Szynkier K., Greger M. 1991. Aluminum effects on transmembrane potential in cells of fibrous roots of sugar beet. Physiol. Plant. 83: 54-62.
• Mizerski R., Karcz W., Burdach Z. 1999. Reakcja elektryczna i wzrostowa komórek Nitellopsis obtusa na działanie glinu. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 469: 449-455.
• Mizerski R., Nowak B., Karcz W. 2002. Wzrost siewek kukurydzy w obecności jonów glinu. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 488: 711-717.
• Olivetti G.P., Gumming J.R., Etherton B. 1995. Membrane potential depolarization of root cap cells precedes aluminum tolerance in snapbean. Plant Physiol. 109: 123-129.
• Parker D.R., Bertsch P.M. 1992. Identification and quatification of the „Al₁₃” tridecameric polycation using ferron. Environ. Sci. Technol. 26, vol. 5: 908-914.
• Pavlovkin J., Mistrik I. 2000. Ecophysiology of plant production processes in stress conditions. Abstracts of the 4th International Conference. Račkowa Dolina: 50.
• Rengel Z. 1996. Uptake of aluminum by plant cells. New Phytol. 134: 389-406.
• Ryan P.R., Tomaso D., Kochian L.V. 1993. Aluminum toxicity in roots; an investigation of spatial sensitivity and the role of the root cap. J. Exp. Bot. 44: 437-446.
• Ryan P.R., Delhaize E., Randall P.J. 1995. Characterization of Al-stimulated efflux of malate from the apices of Al-tolerant wheat roots. Planta 196: 103-110.
• Ryan P.R., Skerrett M., Findlay G.P., Tyerman S.D. 1997. Aluminum activates an anion channel in apical cells of wheat roots. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94: 6547-6552.
• Schroeder J.I. 1995. Anion channels as central mechanisms for signal transduction in guard cells and putative functions in roots for plant-soil interactions. Plant Mol. Biol. 28: 353-361.
• Sivaguru M., Baluška F., Volkmann D., Felle H.H., Horst W.J. 1999. Impacts of aluminum on the cytoskeleton of the maize root apex. Short-term effects on the distal part of the transition zone. Plant Physiol. 119: 1073-1082.
• Stolarek J., Karcz W. 1987. Effect of UV-C radiation on membrane potential and electric conductance in internodal cell of Nitellopsis obtusa. Physiol. Plant. 70: 473-478.
• Takabatake R., Shimmen T. 1997. Inhibition of electrogenesis by aluminum in Characean cells. Plant Cell Physiol. 38: 1264-1271.