Inhibicja wzrostu i stres oksydacyjny w roślinach pod wpływem chiralnej imidazoliowej cieczy jonowej z anionem tetrafluoroboranowym

• Autorzy: Biczak R. , Pawłowska B. , Feder-Kubis J.

Identyfikatory

DOI

1016926/cebj.2016.19.05

Warianty tytułu

EN

Growth inhibition and oxidative stress in plants under the influence of chiral imidazolium ionic liquid with tetrafluoroborate anion

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ciecze jonowe to związki chemiczne, które dzięki swoim pożądanym właściwościom budzą duże zainteresowanie wśród naukowców i przedstawicieli przemysłu. Skutkuje to komercyjnym stosowaniem tych związków, co z kolei na pewno doprowadzi do skażenia nimi gleb stanowiących podstawę wegetacji roślin. W niniejszej pracy określono oddziaływanie chiralnej imidazoliowej cieczy jonowej (CIL), zawierającej naturalny komponent terpenowy ‒ mentol ‒ mianowicie: tetrafluoroboranu 3-[1R,2S,5R-(‒)-mentoksymetylo]-1-metyloimidazoliowego [Im-Men][BF4] na wzrost oraz rozwój siewek jęczmienia jarego i rzodkiewki zwyczajnej. Zastosowana CIL charakteryzowała się toksycznością dla obu roślin, co przejawiało się skracaniem długości części nadziemnych roślin, ich korzeni oraz spadkiem plonu świeżej masy. Użyty w eksperymencie wazonowym [Im-Men][BF4] prowadził ponadto do spadku zawartości wszystkich barwników asymilacyjnych w siewkach jęczmienia jarego i liściach rzodkiewki zwyczajnej, co znalazło odzwierciedlenie we wspomnianym już spadku plonu. Ponadto, zmiany zawartości dialdehydu malonowego (MDA) i nadtlenku wodoru (H2O2) oraz aktywności enzymów antyoksydacyjnych takich, jak: dysmutaza ponadtlenkowa (SOD), katalaza (CAT) i peroksydaza (POD) świadczyć mogą o występowaniu stresu oksydacyjnego w obu roślinach.

EN

Ionic liquids (ILs) constitute a large group of chemical substances, which, thanks to their desirable properties, still attract attention of scientists and representatives of industry. This results in commercial use of these compounds, what will doubtlessly lead to soil contamination with these substances and formation of soil ‒ the basis of plant vegetation. The present paper researches the influence of chiral imidazolium ionic liquid (CIL), containing a natural component of the terpene ‒ menthol: 3-[1R,2S,5R-(‒)-menthoxymethyl]-1-methylimidazolium tetrafluoroborate [Im-Men][BF4] on the growth and the development of spring barley and common radish. The used CIL was toxic for both plants, what resulted in shortening of the plant stem and root length and decrease in fresh weight yield. [Im-Men][BF4] used in the pot experiment led to a decrease of all photosynthetic pigments content in spring barley seedlings and common radish leaves, what reflected on the mentioned yield level. Furthermore, changes in contents of malondialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H2O2) and the activity of antioxidant enzymes, i.e. superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POD) may indicate the occurrence of oxidative stress in both plants.

Słowa kluczowe

PL

chiralne ciecze jonowe; fitotoksyczność; inhibicja wzrostu; barwniki asymilacyjne; stres oksydacyjny

EN

chiral ionic liquids; phytotoxicity; growth inhibition; photosynthetic pigments; oxidative stress

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Humanistyczno-Przyrodniczego im. Jana Długosza w Częstochowie
• Czasopismo: Chemistry, Environment, Biotechnology
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 19
• Strony: 35--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 64 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Biczak R.

• Zakład Biochemii i Ekotoksykologii, Akademia im. J. Długosza w Częstochowie, 42-200 Częstochowa, Armii Krajowej 13/15, Polska;

autor

Pawłowska B.

• Zakład Biochemii i Ekotoksykologii, Akademia im. J. Długosza w Częstochowie, 42-200 Częstochowa, Armii Krajowej 13/15, Polska

autor

Feder-Kubis J.

• Zakład Inżynierii Chemicznej, Politechnika Wrocławska, 50-370 Wrocław, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, Polska

Bibliografia

• [1] J. Dragišić Maksimović, J. Zhang, F. Zeng, B.D. Živanović, L. Shabala, M. Zhou, S. Shabala, Plant Soil, 2013, 365, 141‒155.
• [2] E. Anjaneyulu, P.S. Reddy, M.S. Sunita, P.B.K. Kishor, B. Meriga, J. Plant Physiol., 2014, 171, 789‒798. doi: 10.1016/j.jplph.2014.02.001.
• [3] A. Król, R. Amarowicz, S. Weidner, J. Plant Physiol., 2015, 189, 97‒104. doi: 10.1016/j.jplph.2015.10.002.
• [4] R. Rosalie, J. Joas, Ch. Deytieux-Belleau, E. Vulcain, B. Payet, L. Dufossé, M. Léchaudel, J. Plant Physiol., 2015, 184, 68‒78. doi: 10.1016/j.jplph.2015.05.019.
• [5] G. Noctor, C. Lelarde-Trouverie, A. Mhamdi, Phytochem., 2015, 112, 33‒53. doi: 10.1016/j.phytochem.2014.09.002.
• [6] E. Sánchez-Rodríguez, MạM. Rubio-Wilhelmi, L.M. Cervilla, B. Blasco, J.J. Rios, M.A. Rosales, L. Romero, J.M. Ruiz, Plant Sci., 2010, 178, 30‒40. doi: 10.1016/j.plantsci.2009.10.001.
• [7] D. Di Baccio, A. Castagna, R. Tognetti, A. Ranieri, L. Sebastiani, J. Plant Physiol., 2014, 171, 1693‒1705. doi: 10.1016/j.jplph.2014.08.007.
• [8] Z. Gengmao, H. Yu, S. Xing, L. Shihui, S. Quanmei, W. Changhai, Ind. Crops Prod., 2015, 64, 175‒181. doi: 10.1016/j.indcrop.2014.10.058.
• [9] R. Jbir-Koubaa, S. Charfeddine, W. Ellouz, M.N. Saidi, R. Gargouri-Bouzid, O. Nouri-Ellouz, Plant Cell Tiss. Organ. Cult., 2015, 120, 933‒947. doi: 10.1007/s11240-014-0648-4.
• [10] M. Rachoski, A. Gazquez, P. Calzadilla, R. Bezus, A. Rodriguez, O. Ruiz, A. Menendez, S. Maiale, Acta Physiol. Plant., 2015, 37, 117. doi: 10.1007/s11738-015-1865-0.
• [11] S. Ali, P. Bai, F. Zeng, S. Cai, I.H. Shamsi, B. Qiu, F. Wu, G. Zhang, Environ. Exp. Bot., 2011, 70, 185‒191. doi: 10.1016/j.envexpbot.2010.09.002.
• [12] R.C. Noqueirol, F.A. Monteiro, P.L. Gratão, L. Borgo, R.A. Azevedo, Environ. Monit. Assess., 2015, 187, 73. doi: 10.1007/s10661-015-4282-3.
• [13] Q. Wang, X. Que, R. Zheng, Z. Pang, C. Li, B. Xiao, Environ. Sci. Pollut. Res., 2015, 22, 9646‒9657. doi: 10.1007/s11356-015-4104-8.
• [14] P. Rozpądek, I. Ślesak, S. Cebula, P. Waligórski, M. Dziurka, A. Skoczowski, Z. Miszalski, J. Plant. Physiol., 2013, 170, 1259‒1266. doi: 10.1016/j.jplph.2013.04.018.
• [15] H.W. Choi, B.K. Hwang, Planta, 2012, 235, 1369‒1382.
• [16] M. Messali, Z. Moussa, A.Y. Alzahrani, M.Y. El-Naggar, A.S. ElDouhaibi, Z.M.A. Judeh, B. Hammouti, Chemosphere, 2013, 91, 1627‒1634. doi: 10.1016/j.chemosphere.2012.12.062.
• [17] B. Peric, J. Sierra, E. Martí, R. Cruañas, M.A. Garau, J. Arning, U. Bottin-Weber, S. Stolte, J. Hazard. Mater., 2013, 261, 99‒105. doi: 10.1016/j.hazmat.2013.06.070.
• [18] G. Chatel, J.F.B. Pereira, V. Debbeti, H. Wahg, R.D. Rogers, Green Chem., 2014, 16, 2051‒2083. doi: 10.1039/c3gc41389f.
• [19] M. Cvjetko Bubalo, K. Radošević, I. Radojčić Redovniković, J. Halambek, V.G. Srček, Ecotox. Environ. Saf., 2014, 99, 1‒12. doi: 10.1016/j.ecoenv.2013.10.019.
• [20] M. Matzke, S. Stolte, J. Arning, U. Uebers, J. Filser, Ecotoxicology, 2009, 18, 197‒203. doi: 10.1007/s10646-008-0272-3.
• [21] R. Biczak, P. Bałczewski, B. Bachowska, B. Pawłowska, J. Kaźmierczak-Barańska, M. Cieślak, B. Nawrot, Phosphorus Sulfur Silicon Relat. Elem., 2013, 188, 459‒461. doi: 10.1080/10426507.2012.737880.
• [22] R. Biczak, B. Pawłowska, P. Bałczewski, B. Bachowska, B. Herman, Ecol. Chem. Eng. A, 2013, 20, 621‒630. doi: 10.2428/ecea.2013.20(06)057.
• [23] R. Biczak, B. Pawłowska, J. Feder-Kubis, Environ. Sci. Pollut. Res., 2015, 22, 11740‒11754. doi: 10.1007/s11356-015-4327-8.
• [24] M. Cvjetko Bubalo, K. Hanousek, K. Radošević, V.G. Srček, T. Jakovljević, I. Radojčić Redovniković, Ecotox. Environ. Saf., 2014, 101, 116‒123.doi: 10.1016/j.ecoenv.2013.12.022.
• [25] H. Liu, S. Zhang, X. Hu, C. Chen, Environ. Pollut., 2013, 181, 242‒249. doi: 10.1016/j.envpol.2013.06.007.
• [26] T. Liu, L. Zhu, H. Xie, J. Wang, J. Wang, F. Sun, F. Wang, Environ. Sci. Pollut. Res., 2014, 21, 3936‒3945. doi: 10.1007/s11356-013-2348-8.
• [27] T. Liu, L. Zhu, J. Wang, J. Wang, H. Xie, J. Hazard. Mater., 2015, 285, 27‒36. doi: 10.1016/j.hazmat.2014.11.028.
• [28] H. Liu, S. Zhang, X. Zhang, C. Chen, J. Hazard. Mater., 2015, 286, 440‒448. doi: 10.1016/j.hazmat.2015.01.008.
• [29] R. Biczak, J. Hazard. Mater., 2016, 304, 173‒185. doi: 10.1016/j.hazmat.2015.10.055.
• [30] B. Pawłowska, R. Biczak, Chemosphere, 2016, 149, 24‒33. doi: 10.1016/j.chemosphere.2016.01.072.
• [31] X. Miao, J. Feder-Kubis, C. Fischmeister, J. Pernak, P. Dixneuf, Tetrahedron, 2008, 64, 3687‒3690. doi: 10.1007/s10870-008-9495-7.
• [32] J. Feder-Kubis, M. Kubicki, J. Pernak, TetrahedronAsymmetr., 2010, 21, 2709‒2718. doi: 10.1016/j.tetasy.2010.10.029.
• [33] J. Feder-Kubis, J. Bryjak, Acta Biochim. Pol., 2013, 60, 741‒775.
• [34] J. Pernak, J. Feder-Kubis, A. Cieniecka-Rosłonkiewicz, C. Fischmeister, S.T. Grifin, R.D. Rogers, New J. Chem., 2007, 31, 879‒892. doi: 10.1039/B616215K.
• [35] A. Telesiński, M. Śnioszek, Bromat. Chem. Toksykol., 2009, 4, 1148‒1154.
• [36] B.A. Schubert, A.H. Jahren, Agric. Ecosyst. Environ., 2011, 140, 174‒181.
• [37] C. Arias-Baldrich, N. Bosch, D. Begines, A.B. Feria, J.A. Monreal, S. García-Mauriño, J. Plant Physiol., 2015, 183, 121‒129. doi. 10.1016/j.jplph.2015.05.016.
• [38] OECD/OCDE 208 2006. Guidelines for the testing of chemical. Terrestrial plant: seedling test: seedling emergence and seedling growth test.
• [39] L.S. Wang, L. Wang, L. Wang, G. Wang, Z.H. Li, J.J. Wang, Environ. Toxicol., 2009, 24, 296‒303. doi: 10.1002/tox.20435.
• [40] R. Oren, K.S. Werk, N. Buchmann, R. Zimmermann, Can. J. For. Res., 1993, 23, 1187‒1195.
• [41] D.M. Hodges, J.M. DeLong, Ch.F. Forney, R.K. Prange, Planta, 1999, 207, 604‒611.
• [42] H.P. Singh, D.R. Batish, R.K. Kohli, K. Arora, Plant Growth Regul., 2007, 53, 65‒73. doi: 10.1007/s10725-007-9205-z.
• [43] C.N. Giannopolitis, S.K. Ries, Plant Physiol., 1977, 59, 309‒314.
• [44] M. Kar, D. Mishra, Plant Physiol., 1976, 57, 315‒319.
• [45] N.A. Abassi, M.M. Kushad, A.G. Endress, Sci. Horti., 1998, 74, 183‒194.
• [46] M.M. Bradford, Anal. Biochem., 1976, 72, 248‒254.
• [47] R. Biczak, B. Bachowska, P. Bałczewski, Proc. ECOpole, 2010, 4, 105‒114.
• [48] R. Biczak, P. Bałczewski, B. Pawłowska, B. Bachowska, P. Rychter, Ecol. Chem. Eng. S, 2014, 21, 281‒295. doi: 10.2478/eces-2014-0022.
• [49] R. Biczak, B. Pawłowska, P. Bałczewski, P. Rychter, J. Hazard. Mater., 2014, 274, 181‒190. doi: 10.1016/j.hazmat.2014.03.021
• [50] N. Chapman, A.J. Miller, K. Lindsey, W.R. Whalley, Trends Plant Sci., 2012, 17, 701‒710
• [51] M. Matzke, S. Stolte, J. Arning, U. Uebers, J. Filser, Green Chem., 2008, 10, 584‒591. doi: 10.1039/b717811e
• [52] T. Tounekti, A.M. Vadel, M. Oñate, H. Khmeira, S. Munné-Bosch, Environ. Exp. Bot., 2011, 71, 298‒305. doi: 10.1016/j.envexpbot.2010.12.016
• [53] B. Zhang, X. Li, D. Chen, J. Wang, Protoplasma, 2013, 250, 103‒110. doi: 10.1007/s00709-012-0379-5
• [54] A. Oukarroum, F. Bussotti, V. Goltsev, H.M. Kalaji, Environ. Exp. Bot., 2015, 109, 80‒88. doi: 10.1016/j.envexpbot.2014.08.005.
• [55] Y. Chen, F. Lin, H. Yang, L. Yue, F. Hu, J. Wang, Y. Luo, F. Cao, Acta Physiol. Plant., 2014, 36, 3173‒3187. doi: 10.1007/s11738-014-1684-8.
• [56] M.K. Islam, M.S. Khanam, S.Y. Lee, I. Alam, M.R. Huh, POJ, 2014, 7, 499‒509.
• [57] R. Juknys, G. Vitkauskaitė, M. Račaitė, J. Venclovienė, Cent. Eur. J. Biol., 2012, 7, 299‒306. doi: 10.2478/s11535-012-0012-9.
• [58] K. Radošević, M. Cvjetko Bubalo, V.G. Srček, D. Grgas, T.L. Dragičević, I. Radojčić Redovniković, Ecotox. Environ. Saf., 2015, 112, 46‒53. doi: 10.1016/j.ecoenv.2014.09.034.
• [59] M. Kumar, C.R.K. Reddy, B. Jha, J. Appl. Phycol., 2013, 25, 369‒378. doi: 10.1007/s10811-012-9871-8.
• [60] V. Demidchik, Environ. Exp. Bot., 2015, 109, 212‒228. doi: 10.1016/j.envexpbot.2014.06
• [61] A.C. Asensio, M. Gil-Monreal, L. Pires, Y. Gogorcena, P. Aparicio-Tejo, J.F. Morana, J. Plant Physiol., 2012, 169, 1253‒1260. doi: 10.1016/j.jplph.2012.04.019.
• [62] F.R Cavalcanti, J.P.M.S. Lima, S.L. Ferreira-Silva, R.A. Viégas, J.A.G. Silveira, J. Plant Physiol., 2007, 164, 591‒600. doi: 10.1016/j.jplph.2006.03.004.
• [63] P.C.A.G. Pinto, A.D.F. Costa, J.L.F.C. Lima, M.L.M.F.S. Saraiva, Chemosphere, 2011, 82, 1620‒1628. doi: 10.1016/j.chemosphere.2010.11.046.
• [64] B. Herman, R. Biczak, E. Gurgul, Biologia Plant., 1998, 41, 607‒611.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.