Effect of excess of Co(II)-Gly and Co(II)-EDTA chelates on the nitrogen fixation and structure of N2-fixing region of lucerne root nodules

• Autorzy: Molas J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ nadmiaru chelatów kobaltu Co(II)-Gly I Co(II)-EDTA na proces wiązania azotu oraz strukturę regionu wiązania N2 brodawek korzeniowych lucerny

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In sand pot culture the influence of two cobalt chelates, ie Co(II)-Gly and Co(II)-EDTA on the process of N2 fixation and on the anatomical and ultrastructural organization of N2-fixing region of root nodules of Lucerne cv. Vela was studied. The chelates were used in the concentration of 0.5 mmol Co ź kg-1 of soil of pH 6.2. Application of both chelates decfreased the amount of fixed nitrogen, the content of nitrogen compounds in plants and the plant crop. It caused a reduction of the number, area and enzymatic activity (measured by nitrogenase activity) of root nodules. After Co chelates treatment, a decrease of the area of N2-fixing region of nodules as well as degeneration of bacteroids and infected cells were observed. The degree of toxicity of the Co chelates under study depended on their chemical properties and, first of all, on the ion speciation in water solution of pH 6.2 and on the stability constant of the complex. The chelate whose stability constant was lower, ie Co(II)-Gly, which dissociates in water solution to Co2+ free ion and to complex cations was more toxic than Co(II)-EDTA, whose stabil-ity constant is higher and which dissociates to only complex anions.

PL

W doświadczeniu wazonowym, przeprowadzonym na czystym chemicznie piasku, badano wpływ nadmiaru kobaltu w formie chelatów Co(II)-Gly i Co(II)-EDTA na proces wiązania wolnego azotu, stopień nodulacji korzeni oraz strukturę regionu wiązania N2 brodawek korzeniowych lucerny odmiany Vela. Chelaty te zastosowano w stężeniu 0,5 mmol Co ź kg-1 gleby o pH 6,2. Aplikacja obu tych chelatów do gleby mniej lub bardziej zmniejszyła plon świeżej i suchej roślin, ilość związanego wolnego azotu oraz zawartość związków azotowych w roślinach badanej odmiany lucerny. Zredukowała także liczbę, powierzchnię i aktywność enzymatyczną (mierzoną aktywnością nitrogenazy) brodawek korzeniowych. Chelaty te powodowały redukcję powierzchni regionu wiązania N2 oraz jego mniejszą lub większa destrukcję, w tym też destrukcję komórek bakteroidów. Stopień toksyczności badanych chelatów kobaltu m.in. zależał od ich stałej trwałości i specjacji jonowej w roztworze. Zdecydowanie bardziej toksyczny był chelat o mniejszej stałej trwałości (K1 = 5,07), występujący w roztworze o pH 6,2 w dominującej ilości w formie kationów kompleksowych i wolnego jonu Co2+, czyli Co(II)-Gly niż Co(II)-EDTA, tj. chelat o większej stałej trwałości (K1 = 16,45), w roztworze wodnym o pH 6,2 występujący w formie anionów kompleksowych.

Słowa kluczowe

EN

cobalt chelate; cobalt toxicity; lucerne; nitrogen fixation; rhizobia; root nodule

PL

brodawka korzeniowa; chelat kobaltu; lucerna; rizobia; toksyczność kobaltu; wiązanie azotu

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 15, nr 11
• Strony: 1301--1310
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., tab.

Twórcy

autor

Molas J.

• Department of Plant Biology, Agricultural University in Lublin, ul. Szczebrzeska 102,22-400 Zamość, tel. [phone],

Bibliografia

• [1] Holm-Hansen O., Gerloff G.C. and Skoog F.: Cobalt as an essential element for blue-green algae. Physiol. Plant., 1954, 7, 665-675.
• [2] Reisenauer H.M.: Cobalt in nitrogen fixation by legume. Nature, 1960, 186, 375-376.
• [3] Lowe R.H. and Evans H.J.: Cobalt requirement for the growth of Rhizobia. J. Bacteriol., 1962, 83, 210.
• [4] Palit S., Aharma A. and Talukder G.: The effect of cobalt on plants. Bot. Rev., 1994, 60, 149-181.
• [5] Marschner H.: Mineral nutrition of higher plants. Academic Press, London-New York-San Diego-Boston-Sydney-Tokyo-Toronto 1995.
• [6] Kabata-Pendias A. and Pendias H.: Biogeochemia pierwiastków śladowych. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 1999.
• [7] Clijsters H. and Van Assche F.: Inhibition of photosynthesis by heavy metals. Photosynth. Res., 1985, 7, 31-40.
• [8] Blaylock A.D., Davis T.D., Jolley V.D. and Walser LH.: Influence oj cobalt and iron on photosynthesis, chlorophyll, and nutrient concentration in regreening chlorotic tomatoes and soybean. J. Plant Nutr., 1986, 9, 823-838.
• [9] Mohanty N., Vas I. and Demeter S.: Impairment of photosystem 2 activity at the level secondary quinine electron acceptor in chloroplasts treated with cobalt. Physiol. Plant., 1989, 76, 386-390.
• [10] Dubey R.C. and Dwivedi RS.: Effect of heavy metals on seed germination and seedling growth of soybean. Proc. Nat. Acad. Sci. India Sci. Lett., 1987, 10, 121-123.
• [11] Thukral A.K. and Kaur P.: Effects of same trace elements on polluted waters on the germination of Cyamopsis tetragonoloba. J. Plant Nutrit., 1987, 14, 185-188.
• [12] Liu J., Reid D.J. and Smith F.A.: The mechanism of cobalt toxicity in mung beans. Physiol. Plant., 2000, 110,104-110.
• [13] Patel P.M., Wallace A. and Mueller R.T.: Same effects of cooper, cobalt, cadmium, zinc, nickei and chromium on growth and mineral element concentration in chrysanthemum. J. Am. Soc. Hortic. Sci., 1976, 101, 553-556.
• [14] Tewari R.K., Kumar P., Sharma P.N. and Bisht S.S.: Modulation of oxidative stress responsive by excess cobalt. Plant Sci., 2002, 162, 381-388.
• [15] Henrich R.: The effect of cobalt on the structure of chromosomes and on the mitosis. Chromosoma, 1965, 17(2), 194-198.
• [16] Punz W.F. and Sieghardt H.: The response of roots of herbaceous plant species to heavy metals. Environ. Exp. Bot., 1993, 33, 85-98.
• [17] Bartecki A.: Chemia pierwiastków przejściowych. Ofic. Wyd. Polit. Wrocł., Wrocław 1996.
• [18] Norwell W.A.: Reaction of metal chelates in soils and nutrient solutions. In: Micronutrient In Agriculture. Soil Sci. Soc. of America, Madison 1991, pp. 187-227.
• [19] Silanpää M.: Environmental fate oj EDTA and DTPA. Rev. Environ. Contam. Toxicol. 1997, 152, 81-111.
• [20] Oviedo C. and Rodriquez J.: EDTA: the chelating agent under environmental scrutiny. Quim. Nova, 2003, 26(6), 901-905.
• [21] Hewitt EJ.: Sand and water culture methods used in the study of plant nutrition.Technical Communication No. 22, Commonwealth Agricultural Bureau, London 1966.
• [22] Smith R.M. and Martell A.E.: Critically Selected Stability Constants of Metal Complexes. NIST Database, ver. 7.0, 2003.
• [23] Puigdomenech I.: INPUT, SED and PREDOM: computer programs drawing equilibrium diagrams. Technical report TRITA-00K-3010 (ISSN 0348-825X), Royal Institute of Technology, Dept. Inorg. Chemistry, Stockholm 1983.
• [24] Berry W.L. and Wallace A.: Toxicity: the concept and relationship to the dose response curve. J. Plant Nutr. 1981, 3, 13-19.
• [25] Ostrowska A., Gawliński S. and Szczubiałka Z.: Metody analizy i oceny gleb i roślin. Katalog. Wyd. IOŚ, Warszawa 1991.
• [26] Hardy R.W.F., Bums R.C. and Holsten R.D.: Application of the acetylene-etylene assay for the measurement of nitrogen fixation. Soil Biol. Biochem., 1973, 5, 47-81.
• [27] Gerlach D.: Zarys mikrotechniki botanicznej. PWRiL, Warszawa 1972.
• [28] Toth R.: An introduction to morphometric cytology and its application to botanica research. Am. J. Bot., 1992, 69, 1694-1706.
• [29] Wróbel B., Zienkiewicz K., Smoliński D.J. and Świdziński M.: Podstawy mikroskopii elektronowej. Wyd. UMK, Toruń 2005.
• [30] Laurie S.H. and Monthey J.A.: The chemistry and role of metal ion chelation in plant uptake process, [in:] Biochemistry of metal micronutrients in the rhizosphere. Lewis Publishers, Boca Raton 1994, pp. 165-182.
• [31] Hirsch A.M.: Development biology of legume nodulation. New Phytol., 1992, 122, 211-237.