Act Agrophysic, 2009, 14(1), 145-153 WPŁYW NCl NA ZAWARTOŚĆ WYBRANYCH MIKROELEMENTÓW W LIŚCIACH I KORZENIACH SIEWEK PSZENICY OZIMEJ ODMIANY ALMARI Rent Mtuszk 1, Młgorzt Włodrczyk 2, Aleksnder Brzóstowicz 1, Jerzy Wybierlski 2 1 Ktedr Fizyki i Agrofizyki, Instytut InŜynierii Rolniczej, Zchodniopomorski Uniwersytet Technologiczny ul. PpieŜ Pwł VI/3, 71-459 Szczecin e-mil: Rent.Mtuszk@zut.edu.pl 2 Ktedr Chemii Ogólnej, Zchodniopomorski Uniwersytet Technologiczny ul. Słowckiego 17, 71-434 Szczecin S t r e s z c z e n i e. Celem prcy było zbdnie wpływu NCl (25, 50, 75, 100 i 150) mmol dm -3 n zwrtość wybrnych mikroelementów w liścich i korzenich siewek pszenicy odminy Almri rosnących w kulturch wodnych, w kontrolownych wrunkch. Wpływ zsoleni n zwrtość Mn, Fe i Zn w siewkch pszenicy był złoŝony. Zobserwowno, Ŝe wrz ze wzrostem stęŝeni soli w poŝywce zmniejszł się zwrtość Mn, w suchej msie liści, wzrstł w suchej msie korzeni. Obecność NCl w poŝywce niezncznie wpływł n zwrtość Fe i Zn w liścich siewek pszenicy. Zobserwowno, Ŝe wrz ze wzrostem stęŝeni soli w poŝywce, w korzenich siewek pszenicy zmniejszł się zwrtość Fe wzrstł Zn. Większą kumulcję Mn i Zn w korzenich bdnych roślin w porównniu z liśćmi, stwierdzono u siewek rosnących przy wyŝszych stęŝenich NCl. Stwierdzono nieznczne zwiększenie wrtości stosunku Fe/Mn w liścich roślin rosnących przy wyŝszych stęŝenich NCl, podczs gdy w korzenich wrtość tego stosunku uległ obniŝeniu wrz ze wzrostem NCl w poŝywce. S ł o w kluczowe: pszenic, NCl, mikroelementy WSTĘP Głównym źródłem pierwistków śldowych dl rośliny jest gleb lub poŝywk wodn (np. hydroponiki). Mechnizm pobierni pierwistków śldowych przez korzenie rośliny jest złoŝony i zleŝy między innymi od tkich procesów jk: wymin ktionow przez błony komórkowe, trnsport wewnątrzkomórkowy tkŝe procesy ryzosfery. Pondto n mechnizmy pobierni skłdników po-
146 R. MATUSZAK i in. krmowych wpływją jony i substncje wydzielne przez korzenie orz drobnoustroje. N fitoprzyswjlność pierwistków śldowych wpływ równieŝ odczyn roztworów w pobliŝu korzeni (Kbt-Pendis i Pendis 1999). Do pierwistków niezbędnych dl rozwoju większości roślin zlicz się między innymi Fe, Mn i Zn. Wspólną fizjologiczną cechą wszystkich pierwistków jest to, Ŝe bez względu n ich rolę w metbolizmie roślin ndmir ich jest zwsze szkodliwy. Ntomist niedobór tkich pierwistków jk: B, Cu, Fe, Mo, Mn, Zn powoduje zburzeni metbolizmu i rozwoju roślin (Kbt-Pendis i Pendis 1999). JuŜ w wrunkch nturlnych obserwuje się duŝe zróŝnicownie zwrtości pierwistków śldowych w suchej msie roślin, w zleŝności od gtunków, nwet i odmin roślin, jk równieŝ od wrunków wegetcji (Mehr i Frgo 1994, Kbt- Pendis i Pendis 1999). Proces ten stje się jeszcze brdziej złoŝony, gdy weźmiemy pod uwgę czynniki stresowe, którym moŝe być poddn roślin, poniewŝ czynniki stresotwórcze zwsze powodują obniŝenie plonu i pogorszenie jego jkości. W środowisku nturlnym rośliny rosnąc i rozwijjąc się są nrŝone n dziłnie czynników stresowych. Jednym z wŝniejszych czynników środowiskowych ogrniczjącym produktywność roślin uprwnych jest zsolenie gleby. Ogrniczone zsoby słodkiej wody zmuszją do uŝyci do nwdnini wody o niskiej jkości, njczęściej wód zsolonych (wod morsk częściowo odsolon). Niewydjn i niewłściwie prowdzon irygcj prowdzi nie tylko do mrnowni wody, le tkŝe zgrŝ środowisku nturlnemu, powodując wtórne zsolenie gleb i dlej wpływjąc n wzrost roślin uprwnych (Yeo 1999, Sdeh i Rvin 2000, Flowers 2004). Tym brdziej, Ŝe większość roślin uprwnych nszego klimtu to typowe glikofity z młą tolerncją n zsolenie (Strck i in. 1995). Wśród roślin zboŝowych pszenic jest zliczn do roślin umirkownie tolerncyjnych wobec stresu solnego (Mer i in. 2000; Woźny 2004). Dostępność większości mikroelementów zleŝy od ph i przewodnictw elektrycznego roztworu glebowego (Grttn i Grieve 1999). W glebch silnie zsolonych ph zwiększ się od neutrlnego do lklicznego, zmniejsz się, więc przyswjlność Mn, Zn Fe, Cu i Co. Według dnych literturowych zsolenie podłoŝ moŝe wpływć n zwrtość mikroelementów w roślinch (Grttn i Grieve 1999, Hu i Schmidhlter 2001, Shibli i in. 2007, Tun i in. 2008). Relcj między zsoleniem zwrtością mikroelementów w tknkch roślinnych zleŝy od wielu czynników, między innymi: gtunku rośliny, fzy rozwojowej, orgnu wegettywnego, rodzju i stęŝeni soli orz wrunków środowisk. W konsekwencji jest złoŝon i słbo poznn, poniewŝ stres solny moŝe zwiększć, zmniejszć lbo nie wpływć n kumulcję mikroelementów w roślinch (Grttn i Grieve 1999, Hu i Schmidhlter 2001). Nic, więc dziwnego, Ŝe w prcch dotyczących wpływu zsoleni n kumulcję mikroelementów podwne są czsem odmienne wyniki.
WPŁYW NACL NA ZAWARTOŚĆ WYBRANYCH MIKROELEMENTÓW 147 Wcześniejsze bdni Mtuszk i in. (2004) dotyczące wpływu zsoleni n wzrost siewek pszenicy odminy Almri wykzły, Ŝe niewielkie stęŝenie NCl (25 mmol dm -3 ) zwiększ świeŝą i suchą msę części ndziemnej i korzeni siewek w stosunku do siewek kontrolnych. Wrz ze zwiększeniem stęŝeni NCl w po- Ŝywce (do 150 mmol dm -3 ) stwierdzono: zmniejsznie się wrtości bdnych prmetrów biometrycznych, ntęŝeni fotosyntezy i intensywności trnspircji, obniŝł się równieŝ wrtość potencjłu wody w liścich bdnych siewek. O występowniu zburzeń w przebiegu procesów fizjologicznych pod wpływem stresu solnego moŝe równieŝ świdczyć zobserwowny wzrost tempertury rdicyjnej powierzchni liści wrz ze wzrostem stęŝeni NCl. Aby zspokoić potrzebę wzrostu produkcji Ŝywności konieczne jest prowdzenie bdń interdyscyplinrnych, mjących n celu poznnie rekcji poszczególnych gtunków nwet odmin n niekorzystne czynniki i zwiększenie ich zdolności przystosowwczych do niektórych czynników stresowych (Strck i in. 1995). Celem prcy był ocen wpływu zwiększnego stęŝeni soli (NCl) w podłoŝu n zwrtość wybrnych mikroelementów w liścich i korzenich siewek pszenicy ozimej odminy Almri, po 28 dnich wzrostu. MATERIAŁ I METODY Bdni prowdzono n siewkch pszenicy ozimej (Triticum estivum L.) odminy Almri, w wrunkch kontrolownych. Roztwory NCl rozcieńczono w proporcji 1:1 z poŝywką Hoglnd tk, by końcowe stęŝenie NCl wynosiło odpowiednio: 25, 50, 75, 100, 150 mmol dm -3. Obiektem kontrolnym był roztwór poŝywki Hoglnd i wody destylownej w stosunku 1:1. Zirniki pszenicy rozłoŝono w kiełkownikch, nstępnie zlno roztwormi NCl. Tk przygotowny mterił umieszczno w minifitotronie, w kontrolownych wrunkch (tempertur 20ºC, gęstość strumieni fotonów w zkresie fotosyntezycznie czynnym 200 µmol m -2 s -1, fotoperiod 12h/12h dzień/noc). Od trzeciego dni doświdczeni stopniowo (2ºC/dobę) obniŝno temperturę do +10ºC. W tych wrunkch siewki pszenicy rosły przez 20 dni. Pomir zwrtości mikroelementów wykonno w liścich i korzenich siewek. Oznczono zwrtość wybrnych pierwistków: Mn, Zn i Fe, metodą bsorpcyjnej spektrometrii tomowej (ASA), po wcześniejszym ich zminerlizowniu w mieszninie kwsów zotowego i ndchlorowego w stosunku 3:1. Uzyskne rezultty oprcowno sttystycznie przy pomocy progrmu Sttistic, wersj 7.0. N postwie 2-czynnikowej nlizy wrincji (stęŝenie NCl, orgn wegettywny) wyseprowno grupy jednorodne z pomocą testu Tukey.
148 R. MATUSZAK i in. WYNIKI I DYSKUSJA N podstwie przedstwionych w niniejszej prcy wyników bdń zobserwowno, Ŝe wrz ze wzrostem stęŝeni soli w poŝywce Hoglnd zmniejszł się istotnie zwrtość Mn, w suchej msie liści zwiększł się w suchej msie korzeni (rys. 1). Tun i in. (2008) stwierdzili zncznie mniejszą zwrtość Mn, Fe i Zn zrówno w liścich jk i korzenich roślin ryŝu rosnących przy 100 mm NCl w porównniu do roślin kontrolnych. Pod wpływem NCl, przy stęŝeniu 100 mm i wyŝszym zmniejszł się zwrtość Fe, B, Zn, Mn i Cu w roślinch pomidor (Shibli i in. 2007). Ntomist Grtn i Grieve (1999) powołując się n Crmer i Nowk (1992) donoszą, Ŝe zsolenie wywołuje niedobór Mn w pędch jęczmieni. Pondto dodtek Mn do kultury wodnej zwiększł tolerncję jęczmieni n zsoleni. 60 liście - leves korzenie - roots d 50 Mn (mg g -1 d.m.) 40 30 20 10 cd c bc b 0 0 25 50 75 100 150 NCl (mmol dm -3 ) Rys. 1. Zwrtość Mn w suchej msie liści i korzeni siewek pszenicy odminy Almri w zleŝności od stęŝeni NCl (wrtości oznczone tymi smymi litermi nie róŝnią się istotnie przy poziomie istotności α = 0,05; test Tukey) Fig. 1. Content of Mn in dry mtter of leves nd roots of whet seedlings of cultivr Almri in reltion to concentrtion of NCl (vlues mrked by the sme letter do not differ significntly t α = 0.05, Tukey s test) N rysunku 2 przedstwiono wpływ NCl n zwrtość Fe w suchej msie liści i korzeni siewek bdnej pszenicy. Zobserwowno, Ŝe obecność NCl w poŝywce niezncznie wpływł n zwrtość Fe w liścich siewek pszenicy odminy Almri. Ntomist, w korzenich siewek pszenicy, wrz ze wzrostem stęŝeni soli w poŝywce zwrtość Fe zmniejszł się, były to jednk zminy sttystycznie nieistotne. Kbt-Pendis i Pendis (1999) uwŝją, Ŝe kierunek przemieszczni w roślinie poszczególnych pierwistków jest zróŝnicowny i poz
WPŁYW NACL NA ZAWARTOŚĆ WYBRANYCH MIKROELEMENTÓW 149 oddziływniem czynników biologicznych zleŝy tkŝe od specyficznych włściwości pierwistków. Zliczją oni Mn i Zn do średnio, Fe do słbo mobilnych, co wskzuje n jego kumulcję w korzeniu. Mł ruchliwość Fe mogłby tłumczyć obserwowną większą kumulcję Fe w suchej msie korzeni niŝ liści bdnych roślin. Zobserwowno sttystycznie istotną większą kumulcję Fe w suchej msie korzeni niŝ liści u siewek pszenicy rosnących w roztworze kontrolnym i przy stęŝeniu NCl 25 mmol dm -3 (rys. 2). Mehr i Frgo (1994) donoszą, Ŝe ndmir między innymi Zn i Mn w środowisku wzrostu moŝe prowdzić do niedoborów Fe orz Ŝe, pobiernie Fe przez system korzeniowy jest lepsze przy niskim niŝ wysokim ph. Shibli i in. (2007) zobserwowli, Ŝe pobiernie Fe zncząco zmniejszyło się w roślinch pomidor wrz ze zwiększeniem zsoleni. ObniŜeniu przyswjni Fe towrzyszył chloroz, co zdniem utorów moŝe być przypisywne ntgonistycznej relcji między pobierniem N i Fe. Fe (µg g -1 d.m.) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 c bc liście - leves korzenie - roots b b b 0 25 50 75 100 150 NCl (mmol dm -3 ) Rys. 2. Zwrtość Fe w suchej msie liści i korzeni siewek pszenicy odminy Almri w zleŝności od stęŝeni NCl (wrtości oznczone tymi smymi litermi nie róŝnią się istotnie przy poziomie istotności α = 0,05; test Tukey) Fig. 2. Content of Fe in dry mtter of leves nd roots of whet seedlings of cultivr Almri in reltion to concentrtion of NCl (vlues mrked by the sme letter do not differ significntly t α = 0.05, Tukey s test) N rysunku 3 przedstwiono wpływ NCl n zwrtość Zn w suchej msie liści i korzeni siewek pszenicy odminy Almri. N podstwie wykonnych bdń zobserwowno odwrotną zleŝność w zwrtości Zn i Fe w suchej msie korzeni. Zwrtość Zn zwiększł się wrz ze wzrostem stęŝeni NCl, przy czym sttystycznie istotne zwiększenie się zwrtości Zn w suchej msie korzeni w stosunku do roślin kontrolnych zobserwowno tylko u siewek pszenicy rosnących
150 R. MATUSZAK i in. przy stęŝeniu NCl 100 i 150 mmol dm -3. Ntomist zwrtość Fe w suchej msie korzeni obniŝł się, jednk nie były to zminy sttystycznie istotne. Chudhry i Wllce (1976) stwierdzili, Ŝe Fe powstrzymuje pobiernie Zn przez ryŝ. Przy czym wyniki były brdziej wyrźne dl pędów, poniewŝ Fe miło tkŝe konkurencyjny wpływ n przemieszcznie Zn z korzeni do pędów. Nsze wyniki pokzują, Ŝe obecność NCl w poŝywce wpływł nieistotnie n zminę zwrtość Zn w liścich siewek pszenicy. Ntomist, wrz ze wzrostem stęŝeni soli w poŝywce, w korzenich siewek pszenicy zwrtość Zn zwiększł się. Zobserwowno sttystycznie istotne zwiększenie się zwrtości Zn w suchej msie korzeni niŝ liści u siewek rosnących przy stęŝenich NCl 75, 100 i 150 mmol dm -3 (rys. 3). Zn (µg g -1 d.m.) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 liście ( leves) korzenie (roots) f e bcd bcd cd d d b b 0 25 50 75 100 150 NCl (mmol dm -3 ) Rys. 3. Zwrtość Zn w suchej msie liści i korzeni siewek pszenicy odminy Almri w zleŝności od stęŝeni NCl (wrtości oznczone tymi smymi litermi nie róŝnią się istotnie przy poziomie istotności α = 0,05; test Tukey) Fig. 3. Content of Zn in dry mtter of leves nd roots of whet seedlings of cultivr Almri in reltion to concentrtion of NCl (vlues mrked by the sme letter do not differ significntly t α = 0.05, Tukey s test) Według Mehr i Frgo (1994) zwrtość Zn w roślinch zleŝy od gtunku i fzy rozwojowej. Zzwyczj njwyŝsz zwrtość Zn jest stwierdzn w młodych roślinch. Pondto cynk jest brdzo mobilny w glebch kwśnych i jego przyswjnie jest większe przy niskim niŝ wysokim ph roztworu glebowego, łtwo przemieszcz się do róŝnych części rośliny. Większą kumulcję Zn i Mn w korzenich bdnych roślin niŝ w liścich, stwierdzono u siewek rosnących przy wyŝszych stęŝenich NCl (rys. 1 i 3). Przemieszcznie mikroelementów z liści do korzeni moŝe być związne z rekcją rośliny n wzrstjące stęŝenie soli (Rmoliy i in. 2004).
WPŁYW NACL NA ZAWARTOŚĆ WYBRANYCH MIKROELEMENTÓW 151 Wprowdzenie NCl do poŝywki spowodowło równieŝ zminy ilościowe stosunku Fe/Mn (rys. 4). Według Kbt-Pendis i Pendis (1999) włściw proporcj tego stosunku jest niezbędn do równowgi enzymtycznych procesów w roślinch. PoniŜej wrtości 1,5 występują objwy toksyczności mngnu i niedoboru Ŝelz, powyŝej wrtości 2,5 tego stosunku szkodliwy jest ndmir Ŝelz, któremu z kolei towrzyszą objwy niedoboru mngnu. N podstwie otrzymnych wyników stwierdzono zwiększnie się stosunku Fe/Mn w liścich roślin rosnących przy wyŝszych stęŝenich NCl, podczs gdy w korzenich wrtość tego stosunku uległ obniŝeniu. Zobserwowno, Ŝe jedynie w suchej msie liści siewek rosnących przy stęŝeniu 25 mmol (NCl) dm -3 i 50 mmol (NCl) dm -3 wrtość stosunku Fe/Mn wynosił poniŝej 1,5 ntomist w pozostłych wrintch doświdczeni tk w suchej msie liści jk i korzeni wrtość tego stosunku wynosił, powyŝej 2,5 co świdczy o ndmirze Fe i niedoborze Mn. Fe/Mn 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 liście - leves korzenie- roots 0 25 50 75 100 150 NCl (mmol dm -3 ) Rys. 4. Wpływ NCl n wrtość stosunku jonowego Fe/Mn w suchej msie liści i korzeni siewek pszenicy odminy Almri Fig. 4. Effect of NCl on Fe/Mn rtio in dry mtter of leves nd roots of whet seedlings of cultivr Almr WNIOSKI 1. Wrz ze zwiększeniem stęŝeni NCl w poŝywce obserwowno zwiększenie zwrtości Mn i Zn orz obniŝenie zwrtości Fe w korzenich siewek pszenicy odminy Almri. 2. W liścich siewek pszenicy rosnących w roztworze z NCl stwierdzono mniejszą kumulcję Mn i nieznczne zminy w zwrtości Fe i Zn w porównniu z roślinmi kontrolnymi.
152 R. MATUSZAK i in. 3. Zwiększenie stosunku Fe/Mn stwierdzono w liścich roślin rosnących przy wyŝszych stęŝenich NCl, podczs gdy w korzenich jego zmniejszenie. PIŚMIENNICTWO Chudhry F.M., Wllce A., 1976. Zinc uptke by rice s ffected by iron nd cheltor of ferrous iron. Plnt nd Soil, 45(3), 697-700. Crmer, G.R., Nowk, R.S., 1992. Supplementl mngnese improves the reltive growth, net ssimiltion nd photosynthetic rtes of slt-stressed brley. Physiol. Plnt. 84, 600-605. Z: Grttn S. R., Grieve C. M., 1999. Slinity-minerl nutrient reltions in horticulturl crops. Scienti Horticulturle 78, 127-157. Flowers T. J. 2004. Improving crop slt tolernce. J. Exp. Bot. 55(396), 307-319. Grttn S. R., Grieve C. M., 1999. Slinity-minerl nutrient reltions in horticulturl crops. Scienti Horticulturle 78, 127-157. Hu Y., Schmidhlter U., 2001. Effects of slinity nd mcronutrient levels on micronutrients in whet. Journl of Plnt Nutrition, 24 (2), 273-281. Kbt-Pendis A., H. Pendis., 1999. Biogeochemi pierwistków śldowych. PWN Wrszw. Mtuszk R., Brnowski P., Wlczk R.T., Brzóstowicz A., 2004. Ocen wpływu zsoleni n wzrost, fotosyntezę, potencjł wody i temperturę liści siewek pszenicy odminy Almri. Act Agrophysic, 4(1), 97-103. Mehr, M. E. Frgo. 1994. Metl Ions nd Plnt Nutrition. W: Plnts nd the Chemicl Elements. Biogeochemistry, uptke, tolernce nd toxicity (Edi. M. E Frgo) Weinheim, Germny: VCH, 32-59. Mer R.K., Prjith P.K., Pndy D.H., Pndey A. 2000. Effect of slts on germintion of seeds nd growth of young plnts of Hordeum vulgre, Triticum estivum, Cicer rietinum nd Brssic junce. Journl Agronomy & Crop Science, 185, 209-217. Rmoliy P. J., Ptel H. M., Pndey A. N., 2004. Effect of slinistion of soil on growth nd mcrond micro-nutrient ccumultion in seedlings of Acci ctechu (Mimoscee). Ann. pp. Biol., 144, 321-332 Sdeh A., Rvin I., 2000. Reltionships between yield nd irrigtion with low-qulity wter system pproch. Agriculturl Systems, 64, 99-113. Shibli R. A., Kushd M., Yousef G.G., Lil M. A., 2007. Physiologicl nd biochemicl responses of tomto microshoots to induced slinity stress with ssocited ethylene ccumultion. Plnt Growth Regul 51, 159-169. Strck Z., Chołuj D., Niemysk B., 1995. Fizjologiczne rekcje roślin n niekorzystne czynniki środowisk. Wydwnictwo SGGW, Wrszw. Tun A. L., Ky C., Dikilits M., Higgs D., 2008. The combined effects of gibberellic cid nd slinity on some ntioxidnt enzyme ctivities, plnt growth prmeters nd nutritionl sttus in mize plnts. Environmentl nd Experimentl Botny, 62, 1-9. Woźny A., 2004. Stres solny. W: Komórki roślinne w wrunkch stresu. Tom I. Komórki In Vivo, część drug Wrunku stresu (Red. A. Woźny, K. Przybył) Wydwnictwo Nukowe UAM Poznń, 165-190. Yeo A. 1999. Predicting the interction between the effects of slinity nd climte chnge on crop plnts. Scienti Horticultre, 78, 159-174.
WPŁYW NACL NA ZAWARTOŚĆ WYBRANYCH MIKROELEMENTÓW 153 EFFECT OF NCl ON ACCUMULATION OF SELECTED MICRONUTRIENTS IN LEAVES AND ROOTS OF SEEDLINGS OF WINTER WHEAT CV. ALMARI Rent Mtuszk 1, Młgorzt Włodrczyk 2, Aleksnder Brzóstowicz 1, Jerzy Wybierlski 2 1 Deprtment of Physics nd Agrophysics, West Pomernin University of Technology ul. PpieŜ Pwł VI No 3, 71-459 Szczecin e-mil: Rent.Mtuszk@zut.edu.pl 2 Deprtment of Generl Chemistry, West Pomernin University of Technology ul. Słowckiego 17, 71-434 Szczecin Ab s t r c t. The objective of this study ws to investigte the effect of NCl (25, 50, 75, 100 nd 150 mmol dm -3 ) on micronutrient concentrtion in leves nd roots of seedlings of whet cv. Almri grown in solution culture under controlled conditions. It ws found tht the effects of slinity on the concentrtions of Mn, Fe nd Zn in plnts were compound. It ws observed tht with incresing of NCl concentrtion in the medium Mn content in dry mtter of leves decresed nd in roots incresed. The presence of NCl in medium influenced slightly the chnges of contents Fe nd Zn in leves of seedlings of whet s compred to control plnts. It ws noted lso tht in roots of winter whet seedlings with the incresing concentrtion of slt in medium Fe content decresed but Zn ccumultion incresed. The Fe/Mn rtio in the leves incresed but decresed in the roots. K e y wo r d s : whet, NCl, micronutrient