Wpływ metali ciężkich w glebie na zawartość glukozynolanów w nasionach rzepaku jarego

• Autorzy: Szulc P. M. , Kobierski M. , Piekarczyk M. , Kondratowicz-Maciejewska K.

Warianty tytułu

EN

Effect of heavy metals in soil on the content of glucosinolates in spring rapeseed

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Glukozynolany są ważnymi metabolitami wtórnymi rzepaku. Związki te uczestniczą w funkcji obronnej przed patogenami i szkodnikami, wpływają na wigor i zdolność regeneracyjną roślin oraz są prekursorami auksyn. Brak jest udokumentowanych danych opisujących wpływ wysokiej koncentracji metali ciężkich w glebie na zawartość glukozynolanów w nasionach rzepaku jarego, dlatego też wykonano doświadczenie wazonowe, na podstawie którego określono wpływ wysokich stężeń cynku, miedzi, ołowiu i kadmu w glebie na ich zawartość. Doświadczenie założono w hali wegetacyjnej UTP w Bydgoszczy, w układzie całkowicie losowym, w czterech powtórzeniach na glebie o składzie granulometrycznym gliny lekkiej. Nawożenie NPK i Mg zastosowano przedsiewnie w marcu razem z dawkami metali ciężkich, wynoszące 300 i 600 mg Zn•kg-l gleby, 80 i 160 mg Cu-•kg-1 gleby, 400 i 1600 mg Pb•kg-l gleby oraz 2 i 6 mg Cd•kg-l gleby. Zawartość glukozynolanów w nasionach określono metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC). W przeprowadzonym doświadczeniu wykazano wpływ zastosowanych metali i ich dawek na zawartość glukozynolanów w nasionach rzepaku jarego. Istotnie najwyższą zawartość sumy glukozynolanów stwierdzono w nasionach roślin rosnących w wazonach, do których zaaplikowano 300 mg Zn • kg-1 gleby. Uzyskane wyniki badań wskazują, że rzepak jary, pomimo iż nie jest hiperakumulatorem metali ciężkich, może być wykorzystywany w fitoremediacji gleb terenów zanieczyszczonych pierwiastkami śladowymi. Podwyższona zawartość glukozynolanów w nasionach rzepaku jarego może ograniczać wykorzystanie białka paszowego pochodzącego ze śruty lub makuchów, a uzyskany olej należałoby przeznaczyć do produkcji oleju technicznego lub biopaliwa.

EN

Glucosinolates are important secondary metabolites of rapeseed. The compounds defend from pathogens and pests, affect the vigour and regeneration capacity of the plants and they are auxin precursors. Documented data describing the effect of a high content of heavy metals in soil on the content of glucosinolates in spring rapeseed are missing. With that in mind, there has been performed a pot experiment which facilitated defining the effect of high contents of zinc, copper, lead and cadmium in soil on their content. The experiment was set up in the vegetation hall of the University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz, in completely randomised design, in four reps, in the soil with the texture of sandy loam. The NPK and Mg fertilisation was applied pre-sowing in March together with the rates of heavy metals; 300 and 600 mg Znxkg-1 of soil, 80 and 160 mg Cmxkg-1 of soil, 400 and 1600 mg Pbxkg-1 of soil as well as 2 and 6 mg Cdxkg-1 of soil. The content of glucosinolates in seeds was determined using the High Performance Liquid Chromatography (HPLC) method. The present experiment showed the effect of the metals and their rates on the content of glucosinolates in spring rapeseed since significantly highest content of total glucosinolates was noted in the seeds of the plants growing in pots, to which 300 mg Znxkg-1 of soil was applied. The research results show that the spring rape plant, despite not being a hyperaccumulator of heavy metals, can be used in soil phytoremediation in the areas polluted with trace elements. An elevated content of glucosinolates in seeds is determined by their method of use; as a product for the production of technical oil or biofuel. The present research has been co-financed from the Kujawy and Pomorze Province budget funds as part of the Regional Research and Implementation Fund; agreement no IG.I.3020-UDOT-765/2007.

Słowa kluczowe

PL

glukozynolany; rzepak jary; metale ciężkie

EN

glucosinolates; spring rape plant; heavy metals

• Wydawca: Bydgoskie Towarzystwo Naukowe
• Czasopismo: Ekologia i Technika
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 22, nr 3
• Strony: 87--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., tab.

Twórcy

autor

Szulc P. M.

• Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. J. Śniadeckich w Bydgoszczy, Wydział Rolnictwa i Biotechnologii, 85-029 Bydgoszcz, ul. Bernardyńska 6

autor

Kobierski M.

• Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. J. Śniadeckich w Bydgoszczy, Wydział Rolnictwa i Biotechnologii, 85-029 Bydgoszcz, ul. Bernardyńska 6

autor

Piekarczyk M.

• Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. J. Śniadeckich w Bydgoszczy, Wydział Rolnictwa i Biotechnologii, 85-029 Bydgoszcz, ul. Bernardyńska 6

autor

Kondratowicz-Maciejewska K.

• Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. J. Śniadeckich w Bydgoszczy, Wydział Rolnictwa i Biotechnologii, 85-029 Bydgoszcz, ul. Bernardyńska 6

Bibliografia

• 1. Adarsh Pal Vig, Geetanjali Rampal, Tarunpreet SinghThind, Saroj Arora, 2009. Bio-protective effects of glucosinolates - A review. LWT-Food Science and Technology, 42, 10, 1561-1572.
• 2. Bak S., Tax F.E., Feldmann K.A., Galbraight D.W., Fayereisen R., 2001. CYP83B1, a cytochrome P 450 at the metabolic branch point in auxin and indole glucosinolate biosynthesis in Arabidopsis. The Plant Celi, 13: 101-111.
• 3. Baran S., Wójcikowska-Kapusta A., Żukowska G., 2002. Pobieranie miedzi przez różne gatunki roślin uprawnych z gleby lekkiej użyźnionej osadem ściekowym. Zeszyty Problemowe Postępu Nauk Rolniczych, 484, 1: 37-44.
• 4. Bilsborrow P.E., Evans E.J., Milford G.F.J., Fieldsend J.K., 1995. The effects of S and N on the yield and quality of oilseed rape in the U.K. 9th International Rapeseed Congress, Cambridge: 280-283.
• 5. Bones A.M., Rossiter J.T., 1996. The myrosinase-glucosinolate system, its organization and biochemistry. Physiol. Plant., 97: 194-208.
• 6. Butcher D.N., El-Tigani S., Ingram D.S., 1974. The role of the indole glucosinolate in the club-root disease of Cruciferae. Physiol. Pathol., 4: 127-140.
• 7. Butcher D.N., Chamberlain K., Rausch R., Searle L.M., 1984. Biochemical aspects of synthetic and naturally occurring plant growth regulators. Plant Growth Reguł. Group. Wantage Oxfordshire: 91-101.
• 8. Chew F.S., 1988. Biological effects of glucosinolates. (in): Biologically Active Natural Products (red. H.G. Cutler), American Chemical Society Symposium Washington DC: 155-181.
• 9. Ciećko Z., Wyszkowski M., 1998. Reakcja rzepaku jarego na skażenie gleby ołowiem. Zeszyty Naukowe Komitetu „Człowiek i Środowisko" PAN, 21: 289-294.
• 10. CrockJ.G.,SeversonR., 1980. Four reference soil and rock samples for measuring element availability in the western energy regions. U.S. Geological Survey circular, 841: 16.
• 11. Drozdowska L., Szulc P., Łukanowski A., Sadowski Cz., 2002. Glucosinolate content and pathogenic fungi occurrence in seeds of spring oilseed rape fertilised with sulphur. Plant Breeding and Seed Science, 46 (2) 3-9.
• 12. Drozdowska L., Sadowski Cz., Szulc P., 2004. Rola związków siarki w mechanizmie obronnym roślin rodzaju Brassica. Prace Komisji Nauk Rolniczych i Biologicznych, BTN, Seria B, nr 52: 57-68.
• 13. Dz. U. nr 165 póz. 1359. 2002. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi.
• 14. Fenwick G.R., Heaney R.K., Mullin W.J., 1983. Glucosinolates and their breakdown products in food and food plants. CRC Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 18, 2: 123-201.
• 15. Fismes J., Vong P.C., Guckert A., Frossard E., 2000. Influence of sulfur on apparent N-use efficiency, yield and ąuality of oilseed rape (Brassica napus L.) grown on a calcare-ous soil. Europ. J. Agron., 12: 127-141.
• 16. Halkier B.A., 1999. Glucosinolates. (in:) Naturally Occurring Glycosides: Chemistry, Distribution and Biological Properties (red. R. Ikan), Wyd. Wiley J. and Sons Ltd, Lon-don: 193-223.
• 17. Heimann S., 1999. Ocena jakościowa odmian rzepaku ozimego za lata 1996-1998. Rośliny Oleiste, 20, 637-641.
• 18. Jasiewicz Cz., Antonkiewicz J., 2000. Wpływ zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi na właściwości fizykochemiczne gleby, plon i skład chemiczny topinamburu (Helianthus tuberosus L.). Folia Universitatis Agriculturae Stetinensis 211, Agricultura (84): 141-146.
• 19. Kabata-Pendias A., Pendias H., 1999. Biogeochemia pierwiastków śladowych. PWN Warszawa.
• 20. Kachlicki P., 1990. Glukozynolany i inne związki niskocząsteczkowe specyficzne dla rodzaju Brassica. Występowanie, właściwości i rola w metabolizmie rośliny. Zesz. Prób. IHAR. Rośliny Oleiste, l, 65-74.
• 21. Krzymański J., 1995. Biosynteza i fizjologiczne funkcje glukozynolanów w roślinie. Rośliny Oleiste, 16, 113-126.
• 22. Lindsay W., Norvell W., 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, copper. Soil Sci. Soc. J., 42: 421-428.
• 23. Ludwig-Muller J., Pieper K., Ruppel M., Co-hen J.D., Epstein E., Kiddle G., Bennett R., 1999. Indole glucosinolate and auxin biosynthesis in Arabidopsis thaliana L. Planta, 208 3: 409-419.
• 24. Maciejewska A., Ociepa E., 2002. Bioakumulacja metali ciężkich w różnych gatunkach roślin. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 5, 1: 45-54.
• 25. Marchiol L., Assolari S., Sacco P., Zerbi G., 2004. Phytoextraction of heavy metals by canola (Brassica napus) and radish (Raphanus satiuus) grown on multicontaminated soil. Environmental Pollution, 132: 21-27.
• 26. PN-ISO 10390:1997. Jakość gleby. Oznaczanie pH. PKN: 1-15.
• 27. PN-ISO 11277:2005. Jakość gleby. Oznaczanie składu granulometrycznego w mineralnym materiale glebowym. Metoda sitowa i sedymentacyjna. PKN: 1-45.
• 28. PN-ENISO9167-1:1999/A1:2013-10E. 2013. Nasiona rzepaku. Oznaczanie zawartości glukozynolanów. Część 1: Metoda z zastosowaniem wysokociśnieniowej chromatografii cieczowej. PKN: 1-12.
• 29. Radojčić-Redovniković L, GlivetićT., Delonga K., Ybrkapić-Furač J., 2008. Glucosinolates and their potential role in plant. Periodicum Biologorum, 110, 4: 297-309.
• 30. Rossi G., Figliolia A., Socciarelli S., 2004. Zinc and cooper bioaccumulation in Brassica napus at flowering and maturation. Engineering in Life Sciences, 4, 3: 271-275.
• 31. Strączyński S., Strączyńska S., 2004. Bioakumulacja pierwiastków śladowych w rzepaku ozimym uprawianym w rejonie zanieczyszczonym przez hutnictwo miedzi. Zeszyty Problemowe Postępu Nauk Rolniczych, 501: 425-433.
• 32. Szulc P.M., Kobierski M., Gaca J., Nnuji U., 2010. Akumulacja cynku i miedzi w organach wegetatywnych Brassica napus na podstawie doświadczenia wegetacyjnego. Ekologia i Technika, 2, 105: 78-82.
• 33. Terelak H., Motowicka-Terelak T., StuczyńskiT., Pietruch C., 2000. Pierwiastki śladowe (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) w glebach użytków rolnych Polski. Insp. Ochrony Środowiska, Bibl. Monitoringu Środowiska, Warszawa, 69 ss.
• 34. Tookey H.L., VanEtten C.H., Daxenbichler M.E., 1979. Glucosinolates. (in:) Toxic Constituents of Plant Foodstuffs (red. I.E. Liener), Wyd. Academic Press, New York: 103-142.
• 35. Underhill E., 1980. Glucosinolates. Encyclopedia of Plant Physiology, New Series: Secondary Plant Products. Wyd. Bell E.A., Charlwood B. V., 8: 493-511.
• 36. Wałkowski T., Krzymański J., Bartkowiak-Broda L, 2002. Rzepak ozimy. Poznań 2000-2001. Wyd. IHAR Radzików.
• 37. Withers P.J.A., Evans E.J., Bilsborrow P.E., MUford G.F.J., McGrath S.P., Zhao F.,Walker K.C., 1995. Improving the prediction of sulphur deficiency in winter oilseed rape in the U.K. 9th International Rapeseed Congress, Cambridge: 277-279.