The effect of cadmium on several photosynthetic parameters of pea (Pisum sativum L.) at two growth stages

Abstract

Tyrimų tikslas – ištirti 1 ir 6 mM CdSO4 poveikį dviejų vystymosi tarpsnių sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) fotosintezei ir augimui. Žirniai buvo pasėti į vegetacinius indus su paruoštu neutralaus rūgštumo durpių substratu, o praėjus 10 ir 17 dienų po sudygimo, t. y. lapų vystymosi (BBCH 14–16) ir šoninių ūglių formavimosi (BBCH 21–23) tarpsnių, palaistyti 1 ir 6 mM Cd tirpalu. Tirtų kadmio koncentracijų poveikis BBCH 14–16 ir BBCH 21– 23 tarpsnių žirnių viduląsteliniam CO2 kiekiui, transpiracijai ir vandens naudojimo efektyvumui buvo skirtingas. Lapų vystymosi tarpsnio žirnių viduląstelinis CO2 kiekis, esant 1 ir 6 mM Cd poveikiui, sumažėjo 27,4 ir 32,8 %, o šoninių ūglių formavimosi tarpsnio žirnių padidėjo atitinkamai 28,5 ir 22,1 % (p < 0,05), palyginti su šių tarpsnių kontroliniais augalais. Stipresnis 6 mM Cd poveikis sąlygojo BBCH 14–16 tarpsnio žirnių žiotelių užsivėrimą ir transpiracijos intensyvumą sumažino labiau nei fotosintezės, o tai lėmė šių žirnių vandens naudojimo efektyvumo padidėjimą net 119,4 %. Priešingai, BBCH 21–23 tarpsnio žirnių 6 mM Cd poveikis transpiracijos intensyvumą padidino, o vandens naudojimo efektyvumą sumažino. 1 mM Cd koncentracijos poveikis žirnių fotosintezei bei biomasės kaupimui buvo labai silpnas ir dažniausiai neesminis. Po palaistymo praėjus penkioms dienoms, stipresnis 6 mM Cd poveikis BBCH 14–16 tarpsnio žirnių biomasę sumažino 56,1 %, o BBCH 21–23 tarpsnio – tik 21,9 %, palyginti su atitinkamo vystymosi tarpsnio kontroliniais augalais. Chlorofilų kiekio nuostoliai taip pat buvo didesni BBCH 14–16 nei BBCH 21–23 tarpsnio žirnių lapuose

Plant growth stage is an important factor in plant response to stress. The paper investigates the impact of cadmium (Cd) on pea (Pisum sativum L.) photosynthetic parameters and development at different growth stages. The peas were sown in pots with a peat substrate of neutral acidity. Ten (leaf development BBCH 14–16 stage) and seventeen (formation of lateral shoots BBCH 21–23 stage) days after germination, the pea plants were exposed to 1 and 6 mM CdSO4 solution concentrations. The photosynthetic response of pea leaves at BBCH 14–16 stage to cadmium stress was slightly different from that at BBCH 21–23 stage: intercellular CO2 concentration (Ci) of peas at BBCH 14–16 stage decreased by 27.4% and 32.8% under 1 and 6 mM Cd impact respectively; by contrast, Ci of peas at BBCH 21–23 stage increased by 28.5% and 22.1% under the mentioned impact (p < 0.05) compared to the age adequate control. Also, 6 mM Cd induced a stomatal closure in pea leaves at BBCH 14–16 stage and reduced the transpiration rate more than photosynthesis, which resulted in an increase in water use efficiency by 119.4% of the mentioned peas. On the contrary, 6 mM Cd increased the transpiration rate (Tn) and decreased water use efficiency (WUE) of peas at BBCH 21–23 stage. A lower 1 mM Cd treatment had a very low and mostly insignificant impact on the biomass accumulation and photosynthetic parameters of peas. A higher 6 mM Cd treatment provoked an almost three-fold higher decrease in dry biomass of peas at BBCH 14–16 stage (56.1%) than at BBCH 21–23 stage (21.9%), as compared with the age adequate control. Also chlorophyll content decreases were higher in pea leaves at BBCH 14–16 stage than at BBCH 21–23 stage