Implementation of scots pine's early ontogenetic stage against copper toxic effect
The copper effect (0, 0.32, 1, 2.5, 5, 10, 20, 25, 50 uM CuSO4), which ranks first among metal-ligand complexes (Irving-Williams series), on the sowing qualities of seeds, Scots pine seedlings growth and development on early ontogenetic stage (within six weeks), as well as the content of the main photosynthetic pigments in cotyledons and needles are investigated. The population of data denotes high sensitivity of Scots pine seedlings to copper ions chronic exposure. It was found that Scots pin seeds germination cannot be a reliable assessment criterion of copper toxicity, due to high resistance of seed germination. It was shown that Scots pine seedlings are able to incept and accumulate in aboveground organs copper ions even with such minimal concentration (15.6 nM) in the nutrient solution, which can satisfy a physiological requirement in this metal. A strong correlation was found between copper contents in root system and aboveground organs with CuSO4 concentrations, which permit to use Scots pines seedlings as a typical indicator of this metal. The inhibitory effect of copper ions on the Scots pine seedlings growth and development was observed in the entire range of tested concentrations and expressed in a significant reduction of seedlings weight and average dimensions. When exposed to 5 uM Cu2+, 40% inhibition of the taproot growth was recorded, and at 10 uM - 80%, which can significantly limit the natural regeneration of Scots pine even on moderately copper contaminated soils. It is proved that a significant (10%) reduction in the water content in the seedlings organs can serve a good indicator of their death, despite a lack of visually distinct signs of dehydration. It was shown that the concentration of 20 uM CuSO4 and higher are lethal for Scots pine seedlings growing in hydroponic culture. Chronic exposure to copper ions is accompanied by the needles chlorosis, but not by seedlings cotyledons, as exemplified by the main photosynthetic pigments content.
Keywords
photosynthetic pigment,
seedlings,
morphometric features,
sowing qualities of seeds,
Pinus sylvestris,
heavy metals,
фотосинтетические пигменты,
морфометрические параметры,
посевные качества,
сеянцы,
тяжелые металлы,
Pinus sylvestrisAuthors
| Ivanov Yury V. | K.A. Timiryazev Institute of Plant Physiology of the Russian Academy of Sciences (Moscow) | ivanovinfo@mail.ru |
| Savochkin Yury V. | K.A. Timiryazev Institute of Plant Physiology of the Russian Academy of Sciences (Moscow) | savochkinmail@mail.ru |
| Shumeiko Ekaterina V. | Peoples’ Friendship University of Russia (Moscow) | ekaterinashumejko@yandex.ru |
| Vladimir Vladimir V. | K.A. Timiryazev Institute of Plant Physiology of the Russian Academy of Sciences (Moscow); Tomsk State University | vlkuzn@ippras.ru |
Всего: 4
References
Ahmad M.S.A., Ashraf M., Tabassam Q., Hussain M., Firdous H. Lead (Pb)-induced regulation of growth, photosynthesis, and mineral nutrition in maize (Zea mays L.) plants at early growth stages // Biol. Trace Elem. Res. 2011. Vol. 144. P. 1229-1239.
Лянгузова И.В. Влияние аэротехногенного загрязнения на прорастание семян и рост проростков дикорастущих растений // Физиология растений. 2011. Т. 58, № 6. С. 844-852.
Cobbett C., Goldsbrough P. Phytochelatins and Metallothioneins: Roles in Heavy Metal Detoxification and Homeostasis // Annu. Rev. Plant Biol. 2002. Vol. 53. P. 159-182.
Иванова Е.М., Холодова В.П., Кузнецов В.В. Биологические эффекты высоких концентраций солей меди и цинка и характер их взаимодействия в растениях рапса // Физиология растений. 2010. Т. 57, № 6. С. 864-873.
Холодова В.П., Волков К.С., Кузнецов Вл.В. Адаптация к высоким концентрациям солей меди и цинка растений хрустальной травки и возможность их использования в целях фиторемедиации // Физиология растений. 2005. Т. 52, № 6. С. 848-858.
Yruela I. Copper in Plants: Acquisition, Transport and Interactions // Funct. Plant Biol. 2009. Vol. 36. P. 409-430.
U.S. Geological Survey. Mineral Commodity Summaries // U.S. Geological Survey. 2011. 198 p.
Войчик М., Павликовская-Павлега Б., Тукиендорф А. Физиологические и ультраструктурные ответы растений арабидопсиса на избыток меди и изменение уровня восстановленного глутатиона // Физиология растений. 2009. Т. 56, № 6. С. 906-916.
Иванов В.Б., Быстрова Е.И. Влияние различных химических соединений на продол жительность формирования бокового корня в главном корне проростков кукурузы // Доклады Академии наук. 1998. Т. 363, № 1. С. 141-144.
Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В., Марченко С.И., Иванов В.П. Анализ ростовых процессов Pinus sylvestris L. на ранних стадиях онтогенеза в условиях хронического действия цинка // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2011. № 2. С. 12-18.
Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В. Влияние длины светового дня на устойчивость сеянцев сосны обыкновенной к токсическому действию цинка // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. 2012. № 1(84). С. 99-104.
Гельфман М.И., Юстратов В.П. Неорганическая химия. Комплексные соединения : учеб. пособие. Кемерово, 2004. 112 с.
Adriaensen K., Vralstad T., Noben J.-P., Vangronsveld J., Colpaert J.V. Copper-adapted Suillus luteus, a symbiotic solution for pines colonizing Cu mine spoils // Applied and environmental microbiology. 2005. Vol. 71. P. 7279-7284.
Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В., Кузнецов Вл.В. Хроническое действие высоких концен траций цинка на активность антиоксидантных ферментов в сеянцах сосны обыкновенной // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. 2012. № 1(84). С. 105-108.
Серегин И.В., Иванов В.Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения // Физиология растений. 2001. Т. 48, № 4. С. 606-630.
Nagajyoti P.C., Lee K.D., Sreekanth T.V.M. Heavy metals, occurrence and toxicity for plants: a review // Environ. Chem. Lett. 2010. Vol. 8. P. 199-216.
Куликова А.Л., Кузнецова Н.А., Холодова В.П. Влияние избыточного содержания меди в среде на жизнеспособность и морфологию корней сои // Физиология растений. 2011. Т. 58, № 5. С. 719-727.
Kabata-Pendias A., Mukherjee A.B. Trace Elements from Soil to Human. Berlin : Springer- Verlag, 2007. 576 p.
Иванов Ю.В., Савочкин Ю.В., Кузнецов Вл.В. Сосна обыкновенная как модельный обь ект для изучения механизмов адаптации хвойных к действию тяжелых металлов. 1. Изменение морфометрических и физиологических параметров при развитии сеянцев сосны в условиях хронического действия цинка // Физиология растений. 2011. Т. 58, № 5. С. 728-736.
Arduini I., Godbold D.L., Onnis A. Influence of copper on root growth and morphology of Pinus pinea L. and Pinus pinaster Ait. seedlings // Tree Physiology. 1995. Vol. 15. P. 411-415.
 2013_3_2013_1364316798.jpg)
