Rast i fotosinteza u vodene leće (Lemna minor L.) izložene kadmiju u kombinaciji s cinkom ili bakrom

Metals have a variety of negative outcomes on plants, essential components of any ecosystem. The effects of CdCl2 (5 μmol L-1), ZnCl2 (25 or 50 μmol L-1), and CuCl2 (2.5 or 5 μmol L-1) and combinations of CdCl2 with either ZnCl2 or CuCl2 on the growth, photosynthetic pigments, and photosystem II (PSII) efficiency of duckweed (Lemna minor L.) were investigated. All of the treatments caused growth inhibition and remarkable metal accumulation in plant tissue after 4 and 7 days. In the combined treatments, the accumulation of each metal applied was lesser in comparison to treatments with single metals. After 4 days, all of the treatments generally diminished chlorophyll a content and decreased the maximum quantum yield (Fv/Fm) and effective quantum yield (ΔF/F’m) of PSII. However, after 7 days of exposure to a combination of Cd and Zn, pigment content and PSII activity recovered to control levels. A higher concentration of Cu (5 μmol L-1) as well as Cd in combination with Cu had a prolonged inhibitory effect on photosynthetic features. Our results suggest that growth inhibition was due to the toxic effect of absolute metal quantity in plant tissue. Zn counteracted Cd uptake, as seen from the recovery of pigment content and PSII efficiency in plants exposed for 7 days to the Cd and Zn combination. Cu-induced oxidative stress led to a prolonged inhibitory effect in plants treated both with a higher concentration of Cu (5 μmol L-1) and simultaneously with Cd and Cu. Our findings could contribute to general knowledge on anthropogenic and environmental contaminants that endanger plant communities and significantly disrupt the sensitive balance of an ecosystem by influencing photosynthetic mechanisms.
Izloženost metalima može izazvati različite štetne učinke u biljaka. Vodene leće izložili smo solima teških metala CdCl2 (5 μmol L 1), ZnCl2 (25 μmol L 1 ili 50 μmol L 1) i CuCl2 (2,5 μmol L 1 ili 5 μmol L 1) te kombinaciji CdCl2 sa svakom od navedenih koncentracija ZnCl2 i CuCl2. Rast biljaka, količina fotosintetskih pigmenata i učinkovitost fotosistema II (PSII) mjereni su nakon četiri i sedam dana tretmana. Utvrđeno je da su svi tretmani uzrokovali značajnu inhibiciju rasta te akumulaciju metala u biljci. U biljaka koje su bile izložene kombinacijama teških metala količina pojedinog metala u tkivu bila je niža u odnosu na količinu istog metala u biljaka izloženih samo tom metalu. Nakon četiri dana tretmana sva su tri metala, neovisno o tome jesu li bila primijenjena zasebno ili u kombinacijama, uzrokovala smanjenje količine klorofila a i pad vrijednosti maksimalnog (Fv/Fm) i efektivnog (ΔF/F’m) prinosa PSII. Međutim, u biljaka koje su bile istovremeno izlagane kadmiju i cinku, vrijednosti količine pigmenata i učinkovitost PSII vratile su se nakon sedam dana na kontrolnu razinu, a bakar u koncentraciji 5 μmol L 1 te kombinacija kadmija i bakra i dalje su imali inhibitorni učinak. Budući da smanjeno primanje pojedinog metala uočeno u biljaka izloženih kombiniranim tretmanima nije ublažilo inhibitorni učinak na rast, možemo zaključiti da je inhibicija rasta uzrokovana apsolutnom količinom metala primljenog u tkivo. Povećanje količine fotosintetskih pigmenata i učinkovitosti PSII nakon sedam dana tretmana kadmijem i cinkom upućuje na oporavak biljaka, što se može objasniti ublažavajućim djelovanjem cinka na učinak kadmija uslijed smanjenog primanja kadmija u biljku. Suprotno tome, dugotrajni inhibitorni učinak istovremenog tretmana biljaka kadmijem i bakrom te samim bakrom u koncentraciji 5 μmol L 1 može se objasniti oksidacijskim stresom uzrokovanim bakrom. Rezultati ovoga istraživanja pridonose saznanjima o štetnim učincima antropogenih i okolišnih onečišćivača, koji narušavanjem mehanizama fotosinteze ugrožavaju ne samo biljke i njihove zajednice nego i osjetljivu ravnotežu ekosustava.