Фотосинтетическая эффективность использования макроэлементов, воды и света у Lactuca sativa (L.) в условиях загрязнения почвы свинцом

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В контролируемых условиях среды изучали влияние загрязнения почвы свинцом (50 и 250 мг Pb2+ на кг сухого веса почвы) на скорость фотосинтетической ассимиляции СО2 (An), содержание основных макроэлементов в листьях, фотосинтетическую эффективность использования N (PNUE), P (PPUE) и K (PKUE), а также воды (PWUE) и света (α) у растений листового салата сорта Медвежье ушко. Выявлено отрицательное воздействие металла на скорость фотосинтеза (An), что связано с уменьшением содержания хлорофилла, снижением PNUE, PPUE, PKUE и величины α. Показатель квантовой эффективности ФС II (Fv/Fm) снижался, но оставался в допустимых для нормального функционирования фотосистемы пределах. Выраженного влияния свинца на содержание микроэлементов в листьях растений не обнаружено. У растений опытных вариантов уменьшение PNUE, PPUE и PKUE сопровождалось увеличением соотношения массы листа к его площади, что отражает тесные структурно-функциональные связи при адаптации растений к стрессовым условиям загрязнения почвы тяжелым металлом. Показано, что свинец даже в самой высокой из исследованных концентраций (250 мг/кг почвы) не влиял на скорость транспирации, а также на фотосинтетическую эффективность использования воды у растений.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. Н. Икконен

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Карельского научного центра Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: likkonen@gmail.com
Russian Federation, Петрозаводск

Н. М. Казнина

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Карельского научного центра Российской академии наук

Email: likkonen@gmail.com
Russian Federation, Петрозаводск

References

  1. Shu X., Yin L.Y., Zhang Q.F., Wang W.B. Effect of Pb toxicity on leaf growth, antioxidant enzyme activities, and photosynthesis in cuttings and seedlings of Jatropha curcas L. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2012. V. 19. P. 893. https://doi.org/10.1007/s11356-011-0625-y
  2. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Карапетян Т.А., Доршакова Н.В. Влияние свинца на живые организмы // Журн. общ. биол. 2020. Т. 81. С. 147. https://doi.org/10.31857/S0044459620020086
  3. Cannata M.G., Carvalho R., Bertoli A.C., Bastos A.R.R., Carvalho J.G., Freitas M.P., Augusto A.S. Effects of lead on the content, accumulation, and translocation of nutrients in bean plant cultivated in nutritive solution // Commun. Soil Sci. Plant Anal. 2013. V. 44. P. 939. https://doi.org/10.1080/00103624.2012.747605
  4. Lamhamdi M., El Galiou O., Bakrim A., Novoa-Munoz J.C., Arias-Estevez M., Aarab A., Lafont R. Effect of lead stress on mineral content and growth of wheat (Triticum aestivum) and spinach (Spinacia oleracea) seedlings // Saudi J. Biol. Sci. 2013. V. 20. P. 29. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2012.09.001
  5. He H., Wang X., Wu M., Guo L., Fan C., Peng Q. Cadmium and lead affect the status of mineral nutrients in alfalfa grown on a calcareous soil // Soil Sci. Plant Nutr. 2020. V. 66. P. 506. https://doi.org/10.1080/00380768.2020.1747362
  6. Pourrut B., Shahid M., Dumat C., Winterton P., Pinelli E. Lead uptake, toxicity, and detoxification in plants // Rev. Environ. Contam. Toxicol. 2011. V. 213. P. 113. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-9860-6_4
  7. Lambers H., Chapin F.S. III, Pons T.L. Plant Physiological Ecology. Springer: New York, NY, USA. 1998. 540 p.
  8. Seregin I.V., Kozhevnikova A.D. Distribution of cadmium, lead, nickel, and strontium in imbibing maize caryopses // Russ. J. Plant Physiol. 2005. V. 52. P. 565. https://doi.org/10.1007/s11183-005-0084-8
  9. Hikosaka K. Interspecific difference in the photosynthesis – nitrogen relationship: patterns, physiological causes, and ecological importance // J. Plant Res. 2004. V. 117. P. 481. https://doi.org/10.1007/s10265-004-0174-2
  10. Field C., Merino J., Mooney H.A. Compromises between water-use efficiency and nitrogen-use efficiency in five species of California evergreens // Oecologia. 1983. V. 60. P. 384. https://doi.org/10.1007/BF00376856
  11. Гармаш Е.В., Головко Т.К. СО2-газообмен и рост Rhaponticum carthamoides в условиях подзоны средней тайги европейского северо-востока. Зависимость фотосинтеза и дыхания от внешних факторов // Физиология растений. 1997. T. 44. С. 854.
  12. Chen Z.F., Xiong P.F., Zhou J.J., Lai S.B., Jian C.X., Wang Z., Xu B.C. Photosynthesis and nutrient-use efficiency in response to N and P addition in three dominant grassland species on the semiarid Loess Plateau // Photosynthetica. 2020. V. 58. P. 1028. https://doi.org/10.32615/ps.2020.056
  13. Ikkonen E., Chazhengina S., Jurkevich M. Photosynthetic nutrient and water use efficiency of Cucumis sativus under contrasting soil nutrient and lignosulfonate levels // Plants. 2021. V. 10. P. 340. https://doi.org/10.3390/plants10020340
  14. Васфилов С.П. Анализ причин изменчивости отношения сухой массы листа к его площади у растений // Журн. общ. биол. 2011. Т. 72. С. 436.
  15. Genty B., Briantais J.-M., Baker N.R. The relationship between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence // Biochem. Biophys. Acta. 1989. V. 990. P. 87. https://doi.org/10.1016/S0304-4165(89)80016-9
  16. de la Riva E.G., Olmo M., Poorter H., Ubera J.L., Villar R. Leaf Mass per area (LMA) and its relationship with leaf structure and anatomy in 34 Mediterranean woody species along a water availability gradient // PLoS ONE. 2016. V. 11. P. 0148788. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148788
  17. Sinha P., Dube B.K., Srivastava P., Chatterjee C. Alteration in uptake and translocation of essential nutrients in cabbage by excess lead // Chemosphere. 2006. V. 65. P. 651. 10.1016/j.chemosphere' target='_blank'>https://doi: 10.1016/j.chemosphere. 2006.01.068.
  18. Han W.X., Fang J.Y., Reich P.B., Ian Woodward F., Wang Z.H. Biogeography and variability of eleven mineral elements in plant leaves across gradients of climate, soil and plant functional type in China // Ecol. Lett. 2011. V. 14. P. 788. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2011.01641.x
  19. Yu Q, Elser JJ, He N, Wu H, Chen Q, Zhang G, Han X. Stoichiometric homeostasis of vascular plants in the Inner Mongolia grassland // Oecologia. 2011. V. 166. P.1. https://doi.org/10.1007/s00442-010-1902-z
  20. de la Riva E.G., Villar R., Perez-Ramos I.M., Quero J.L., Matías L., Poorter L., Maranon T. Relationships between leaf mass per area and nutrient concentrations in 98 Mediterranean woody species are determined by phylogeny, habitat and leaf habit // Trees. 2018. V. 32. V. 497. https://doi.org/10.1007/s00468-017-646-z
  21. Kattge J., Knorr W., Raddatz T., Wirth C. Quantifying photosynthetic capacity and its relationship to leaf nitrogen content for global-scale terrestrial biosphere models // Glob. Chang. Biol. 2009. V. 15. P. 976. https://doi.org/10.1111/j.1365- 2486.2008.01744.x.
  22. Ehleringer J., Björkman O. Quantum yields for CO2 uptake in C3 and C4 plants. Dependence on temperature, CO2 and O2 concentration // Plant Physiol. 1977. V. 59. P. 86. https://dx.doi.org/10.1104/ pp.59.1.86
  23. Gardiner E.S., Krauss K.W. Photosynthetic light response of flooded cherrybark oak (Quercus pagoda) seedlings grown in two light regimes // Tree Physiol. 2001. V. 21. P. 1103. https://doi: 10.1093/ treephys/21.15.1103
  24. Parkhurst D.F. Diffusion of CO2 and other gases inside leaves // New Phytol. 1994. V. 126. P. 449. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1994.tb04244.x
  25. Hidaka A., Kitayama K. Divergent patterns of photosynthetic phosphorus‐use efficiency versus nitrogen‐use efficiency of tree leaves along nutrient‐availability gradients // J. Ecol. 2009. V. 97. P. 984. https://doi.org/10.1111/j.1365-2745.2009.01540.x
  26. Икконен Е.Н., Шибаева Т.Г. Вариабельность величины отношения массы листа растения к его площади в условиях кратковременных ежесуточных понижений температуры // Журн. общ. биол. 2020. V. 81. P. 47. https://doi.org/10.31857/S0044459620010030
  27. Poorter H., Niinemets U., Poorter L., Wright I.J., Villar R. Causes and consequences of variation in leaf mass per area (LMA): A meta-analysis // New Phytol. 2009. V. 182. P. 565. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2009.02830.x
  28. Wright I.J., Reich P.B., Westoby M. Strategy shifts in leaf physiology, structure and nutrient content between species of high and low-rainfall and high- and low-nutrient habitats // Funct. Ecol. 2001. V. 15. P. 423. https://doi.org/10.1046/j.0269-8463.2001.00542.x
  29. Poorter H., Evans J.R. Photosynthetic nitrogen-use efficiency of species that differ inherently in specific leaf area // Oecologia. 1998. V. 116. P. 126. https://doi.org/10.1007/s004420050560
  30. Way D.A., Katul G.G., Manzoni S., Vico G. Increasing water use efficiency along the C3 to C4 evolutionary pathway: a stomatal optimization perspective // J. Exp. Bot. 2014. V. 65. P. 3683. https://doi.org/10.1093/jxb/eru205

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Dependence of the rate of visible photosynthesis An, (a), photosynthetic efficiency of the use of nitrogen PNUE (b), phosphorus PPUE (c) and potassium PKUE (d) on the ratio of leaf mass to unit area (LMA) in lettuce leaves of the Bear's Ear variety. R2 = 0.53 for An, R2 = 0.84 for PNUE and PPUE, and R2 = 0.77 for PKUE.

Download (150KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences