WERSJA POLSKA

ZESZYT 341

Jolanta Stanisława Molas  
Pobieranie niklu przez rośliny kapusty (Brassica oleracea L.) i jego fitotoksyczność w zależności od formy chemicznej dodanej do podłoża

Problematyka badawcza pracy dotyczy zależności pomiędzy formą chemiczną niklu stosowaną do podłoża (pożywki wodnej/gleby) a przebiegiem procesu jego pobierania, zawartością w roślinach oraz stopniem i objawami jego fitotoksyczności. Uprawę roślin kapusty (Brassica oleracea L.) odmiany Sława z Enkhouizen przeprowadzono 
w kulturach wodnych i wazonowych, w których zróżnicowano odczyn pożywki i gleby oraz zawartość frakcji spławialnej w glebie. Obiektem badań była forma siarczanowa niklu oraz trzy jego formy chelatowe, tj. Ni(II)-Gly, Ni(II)-cytrynian (w skrócie: Ni(II)-Cit i Ni(II)-EDTA. Chelaty te różniły się pod względem natury chemicznej i pochodzenia ligandu, trwałości i specjacji jonowej w określonych warunkach pH. W analizie gleby i roślin wykorzystano wiele metod badawczych, w tym metody fizykochemiczne, fizjologiczne, biochemiczne oraz metody mikroskopii świetlnej i elektronowej (TEM, SEM) z zastosowaniem technik histochemicznych i mikroanalizy RTG.
Wyniki badań wykazały, że pobranie niklu przez roślinę doświadczalną oraz ryzyko jego skutków fitotoksycznych były funkcją formy chemicznej i zawartości tego metalu w podłożu oraz właściwości podłoża, czyli odczynu pożywki wodnej i gleby oraz udziału frakcji spławialnej w składzie granulometrycznym gleb. Interakcje pomiędzy tymi zmiennymi były istotne statystycznie. Wraz ze wzrostem pH podłoża w przedziale 5,2–7,6 oraz zawartości frakcji spławialnej w glebie zmniejszało się pobranie niklu przez roślinę doświadczalną ze wszystkich czterech jego form chemicznych. Jednak stopień tej redukcji był zróżnicowany i przedstawiał się następująco: NiSO4·7H2O > Ni(II)-Gly > Ni(II)-Cit >> Ni(II)-EDTA. W konsekwencji zmniejszała się różnica pomiędzy pobraniem niklu ze stosowanych jego form chemicznych oraz zachodziła zmiana uszeregowania tych form ze względu na zawartość niklu w roślinach. Generalnie, w przedziale pH 5,2–7,2 rośliny pobrały więcej niklu z formy siarczanowej niż z form chelatowych, natomiast w warunkach pH 7,6 pobrały więcej niklu z form chelatowych niż z formy nieorganicznej.  
Właściwości chemiczne badanych form niklu determinowały zarówno immobilizację tego metalu w podłożu, a więc i jego fitodostępność, jak też jego pobieranie na etapie ryzosfera → apoplast → symplast korzenia. Przemieszczanie się jonów niklu na etapie ryzosfera → apoplast → symplast korzenia, a ostatecznie zawartość tego metalu w roślinach malały wraz ze zmniejszeniem udziału kationów na rzecz jonów obojętnych i anionów w specjacji jonowej tych form, jak też wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej jonów oraz stałej trwałości chelatów niklu. Należy zaznaczyć, że zawartość niklu w kapuście nie korelowała dodatnio z zawartością form rozpuszczalnych w 0,1 mol · dm-3 HCl tego metalu w glebach, do których dodano go w badanych formach chemicznych.
Zbadano, że nikiel, niezależnie od  formy chemicznej, w podłożu i apoplaście korzenia w pewnej ilości przemieszczał się z apoplastu do symplastu na drodze endocytozy i transportu bezpośredniego, a jego symplastyczny transport zachodził na zasadzie przepływu błon. W pewnej części metal ten był retransportowany z symplastu do apoplastu na zasadzie egzocytozy. W chelatowniu tego metalu in vivo dominującą rolę odgrywał kwas malonowy, mniejszą wolne aminokwasy, i to tylko w początkowym okresie jego pobierania, a najmniejszą fitochelatyny (PC2).
Dystrybucja niklu pobranego ze wszystkich czterech jego form chemicznych była typowa dla gatunków wykluczających, tzn. więcej akumulowały korzenie niż organy nadziemne, dużo kumulowały tkanki zewnętrzne korzenia oraz perycykl i tkanka waskularna. Rozmieszczenie niklu w liściu bardziej przypominała jego dystrybucję w liściach hiperakumulatorów tego metalu, ponieważ był kumulowany w strefie wierzchołkowej 
i brzeżnej liścia, głównie w komórkach epidermy. Amelioracja niklu polegała na jego kompartmentacji w wakuoli i wakuolach cytoplazmatycznych oraz w ścianie komórkowej. Udział w jego amelioracji brały także komórki graniczne różnicowane w bazalnej strefie korzenia (z wyjątkiem korzenia eksponowanego na działanie Ni(II)-EDTA) oraz komórki szparkowe, hydatody, a nawet epiderma liścia wraz z kutykulą. 
Stopień fitotoksyczności niklu, oceniony na podstawie plonu suchej masy roślin, był dodatnio skorelowany z jego koncentracją w roślinach. Natężenie uszkodzeń roślin na wszystkich poziomach ich organizacji było stosunkowo ściśle zintegrowane z akumulacją i rozmieszczeniem tego metalu w roślinie, organie i tkance. Symptomy fitotoksyczności badanych form niklu przejawiały się w chlorozach i nekrozach liści, zmianie architektury systemu korzeniowego, morfologicznej deformacji organów roślinnych, dezintegracji tkanek oraz uszkodzeniu komórek i ich organelli. Na toksyczność chelatu Ni(II)-EDTA bardziej wrażliwe były ściany komórkowe niż protoplasty komórek korzenia. Struktura ścian ulegała silnej dezintegracji, wskutek czego zachodził rozpad komórek zewnętrznych tkanek korzenia. Na toksyczność trzech pozostałych form niklu bardziej wrażliwe były protoplasty komórek korzenia, szczególnie błony komórkowe.
Mechanizm toksyczności badanych form niklu polegał m.in. na peroksydacji lipidów. Stężenie jednego z produktów peroksydacji lipidów – aldehydu dimalonowego (MDA) – było ściśle zintegrowane z zawartością niklu w danym organie. Wyjątkowo 
w korzeniu roślin eksponowanych na działanie chelatu Ni(II)-EDTA stężenie MDA było niższe niż wskazywała zawartość niklu w tym organie.