Biological aspects of cadmium and lead uptake by Phragmites australis [Cav. Trin ex Steudel] in natural water ecosystems

• Autorzy: Kozlowska M , Jozwiak A. , Szpakowska B. , Golinski P.

Warianty tytułu

PL

Biologiczne aspekty poboru kadmu i olowiu przez Phragmites australis [Cav. Trin ex Steudel] w naturalnych zbiornikach wodnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In natural environment plants are exposed to many different stress factors, including heavy metals, whose elevated concentration causes oxidative stress, connected with formation of reactive oxygen species (ROS). Therefore, plants have developed defence systems, including enzymatic antioxidant system, able to remove ROS. The work concerns the accumulation of two heavy metals, cadmium (Cd) and lead (Pb), as well as the phenomenon of oxidative stress caused by increased concentration of these metals in common reed (Phragmites australis), a dominant species in the littoral zone of many water reservoirs. The plants were obtained from four water bodies situated in Poznan: Kierskie Lake, Rusałka Lake, Strzeszyńskie Lake and Sołacki Pond. The aim of the study was to examined the accumulation of heavy metals and the relation between activity of antioxidant enzymes in rhizome, stem and reed leaves during the vegetative period. Three antioxidant enzymes were analyzed: ascorbate peroxidase (APX), guaiacol peroxidase (GPX) and superoxide dismutase (SOD). The statistical analysis was done to determine the influence of the heavy metals on the activity of the antioxidant enzymes, involved in limiting and removing results of oxidative stress. Heavy metals were accumulated in common reed in all the four water reservoirs, but the activity of enzymes was variable during the observation period. Statistical analyses suggest that there are some correlations among concentration of metals and the activity of antioxidative enzymes. However, the results do not provide an unambiguous determination of the effect of heavy metals on enzymatic activity. Summing up, the contamination of the water ecosystems caused by heavy metals was so low that it did not influence the activity of the analysed enzymes.

PL

W środowisku naturalnym rośliny są narażone na działanie metali ciężkich. Nadmierne ich stężenia w roślinach powodują stres oksydacyjny, wywoływany powstawaniem reaktywnych form tlenu (ROS). W celach obronnych organizmy roślinne wykształciły wiele systemów antyoksydacyjnych, w tym enzymatyczne umożliwiające usuwanie ROS. Praca dotyczy akumulacji dwóch metali ciężkich – kadmu (Cd) i ołowiu (Pb) oraz zjawiska stresu oksydacyjnego w roślinach powodowanego przez nadmierne stężenia jonów metali ciężkich w środowisku oraz w organach trzciny pospolitej (Phragmites australis) – gatunku występującego i dominującego w strefie litoralnej wielu zbiorników. Materiał roślinny pochodził z czterech zbiorników wodnych zlokalizowanych w obrębie miasta Poznania: Jeziora Kierskiego, jeziora Rusałka, Jeziora Strzeszyńskiego i Stawu Sołackiego. Celem badań było określenie zależności między zawartością metali ciężkich a aktywnością enzymów antyoksydacyjnych w kłączach, łodydze i liściach trzciny na przestrzeni okresu wegetacyjnego. Analizowano aktywność trzech enzymów antyoksydacyjnych: peroksydazy askorbinianowej (APX) i gwajakolowej (GPX) oraz dysmutazy ponadtlenkowej (SOD). Przeprowadzono analizy statystyczne celem określenia wpływu czynników stresu oksydacyjnego wywołanego przez metale ciężkie na aktywność enzymów antyoksydacyjnych, które są zaangażowane w ograniczanie i usuwanie skutków tego zjawiska. Metale ciężkie akumulowane w roślinach we wszystkich ocenianych zbiornikach wodnych wykazywały tendencję wzrostową, natomiast aktywność enzymów w roślinach była silnie zróżnicowana w całym okresie obserwacji. Analizy statystyczne sugerują wprawdzie istnienie pewnych korelacji między stężeniem metali w roślinach a aktywnością enzymów antyoksydacyjnych, jednakże nie pozwala to na jednoznaczne określenie wpływu badanych metali na zmienność w aktywności tych enzymów. Podsumowując, stwierdzone skażenie ekosystemów wodnych metalami ciężkimi było na tyle niskie, że nie wpływało modyfikująco na aktywność badanych enzymów.

Słowa kluczowe

PL

plant; natural environment; stress factor; oxidative stress; reactive oxygen species; heavy metal; accumulation; cadmium; lead; common reed; Phragmites australis; water reservoir; lake; cadmium uptake; lead uptake; statistical analysis; bottom sediment; antioxidative enzyme

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2009
• Tom: 14
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.299-312,fig.,ref.

Twórcy

autor

Kozlowska M

• Poznan University of Life Sciences, Wolynska 35, 60-637 Poznan, Poland

autor

Jozwiak A.

autor

Szpakowska B.

autor

Golinski P.

Bibliografia

• Beauchamp C.H., Fridovich J. 1971. Superoxide dismutase: improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Anal. Biochem., 44: 276-287.
• Bradford M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of proteindye binding. Anal. Biochem., 72: 248-254.
• Fediuc E., Erdei L. 2002. Physiological and biochemical aspects of cadmium toxicity and protective mechanisms induced in Phragmites australis and Typha latifolia. J. plant physiol., 159: 265-271.
• Grzybowski M., Endler Z., Ciecierska H. 2000. Content and phytosorption of zink in litoral vegetation of Lake Wadąg (the Olsztyn Lake District). Natur. Sc., 4: 237-245.
• Hammerschmit R., Nucles E.M., Kuć J. 1982. Association of enhanced peroxidase activity with induced systemic resistance of cucumber to Colletotrichum lagenariu. Physiol. Plant Pathol., 20: 73-82.
• Iannelli M.A., Pietrini F., Fiore l., Petrilli l., Massacci A. 2002. Antioxidant response to cadmium in Phragmites australis plants. Plant Physiol. Biochem., 40: 977-982.
• Mittler R. 2002. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends Plant Sci., 7(9): 405-410.
• Nakano Y., Asada K. 1981. Hydrogen peroxidase is scavenged by ascorbate peroxidase in spinach chlorolpastes. Plant Cell Physiol., 22: 867-880.
• Paczkowska M., Kozłowska M., Goliński P. 2007. Oxidative stress enzyme activity in Lemna Minor L. exposed to cadmium and lead. Acta Biol. Cracov., 49(2): 33-37.
• Ruley T.A., Sharma C.N., Sahi V.S. 2004. Antioxidant defense in a lead accumulating plant, Sesbania drumomondii. Plant Physiol. Biochem., 42(11): 899-906.
• Salt D.E., Smith R.D., Raskin I. 1998. Phytoremediation. Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 49: 643-668.
• Shah K., Kumar R.G., Verma S., Dubey R.S. 2001. Effect of cadmium on lipid peroxidation, superoxide anion generation and activities of antioxidant enzymes in growing rice seedlings., Plant Sci., 161(6): 1135-1144.
• Verma S., Dubey R.S. 2003. Lead toxicity induces lipid peroxidation and alert the activities of antioxidant enzymes in growing rice plants. Plant Sci., 164: 645-655.
• Windham J.S., Weis P. 2001 Lead uptake, distribution, and effects in two dominant salt marsh macrophytes, Spartina alterniflora (cordgrass) and Phragmites australis (common reed). Mar. Pollut. Bul., 42: 811-816.
• Ye Z.H., Baker A.J., Wong M.H., Willis A.J. 1997. Zinc, lead and cadmium tolerance, uptake and accumulation by the common reed, Phragmites australis (Cav.) Trin. Ex Steude. Ann Bot., 80: 363-370.