Impact of low concentration of cadmium on photosynthesis and growth of pea and barley

Abstract

Tyrimo tikslas – ištirti 1 mM Cd koncentracijos poveikį žirnių ir miežių fotosintezėje dalyvaujančių dujų ir augimo parametrų pokyčiams. Augalai buvo sėjami į vegetacinius indus su paruoštu neutralaus rūgštumo durpių substratu, o jiems pasiekus lapų vystymosi tarpsnį buvo palaistyti tirtos koncentracijos kadmio tirpalu. Praėjus 5 dienoms po poveikio, naudojant nešiojamą fotosintezės sistemą LI-6400, augalų lapų paviršiuje buvo matuojami dujų santykių pokyčiai: fotosintezės intensyvumas, viduląstelinis CO2 kiekis, transpiracijos intensyvumas ir vandens naudojimo efektyvumas. Kadmis sumažino žirnių ir miežių fotosintezės intensyvumą atitinkamai 16,7 % ir 12,8 %, palyginti su kontroliniais augalais. Fotosintetinis žirnių atsakas į Cd keliamą stresą šiek tiek skyrėsi nuo miežių: viduląstelinis CO2 kiekis žirnių lapuose sumažėjo 27,4 % (p < 0,05), o miežių – padidėjo 33,5 % (p < 0,05). Taip pat kadmis nedarė statistiškai reikšmingos įtakos ir žirnių transpiracijos intensyvumui, o miežių transpiracijos intensyvumas sumažėjo 23,1 % (p <0,05), palyginti su neveiktais augalais. Paveiktų kadmiu žirnių lapuose CO2 redukcijos procesai suintensyvėjo (kadangi viduląstelinis CO2 kiekis sumažėjo), palyginti su kontroliniais augalais, bet tai nedarė teigiamos įtakos fotosintezės intensyvumui, kuris buvo net 4 % mažesnis nei miežių. Kadmiu paveiktų tirtų augalų sausos biomasės pokyčiai buvo maži ir statistiškai nereikšmingi

Photosynthetic gas exchange and growth characteristics were examined in pea and barley plants using 1 mM Cd treatment. Plants were sown into neutral peat substrate and at a leaf development stage were treated with 1 mM cadmium concentration solution. Gas exchange parameters (photosynthetic rate; intercellular CO2 concentration; transpiration rate; water use efficiency) were measured with portable photosynthesis system LI-6400 on the fifth day after Cd treatment. Under Cd stress the photosynthetic rate of pea and barley plants decreased by 16.7 % (p < 0.05) and 12.8 % (p < 0.05), respectively, compared to the reference treatments. Photosynthetic response of pea leaves to cadmium stress was slightly different from that of barley. Intercellular CO2 concentration decreased by 27.4 % (p < 0.05) in pea leaves but it increased by 33.5 % (p < 0.05) in barley leaves. Cadmium treatment had no statistical significant effect on the transpiration rate of pea plants, while the transpiration rate of Cd treated barley decreased by 23.1 % (p < 0.05), compared to the reference treatment. CO2 reduction processes of Cd treated pea leaves increased (because intercellular CO2 concentration decreased), but that had no positive effect on a photosynthetic rate, and the photosynthetic rate of pea decreased by 4 % more than that of barley. The changes of dry biomass of cadmium treated plants were weak and statistically insignificant