Principal component analysis of chlorophyll content in tobacco, bean and petunia plants exposed to different tropospheric ozone concentrations

• Autorzy: Borowiak K. , Zbierska J. , Budka A. , Kayzer D.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ceer-2014-0001

Warianty tytułu

PL

Analiza składowych głównych zawartości chlorofilu w roślinach tytoniu, fasoli i petunii eksponowanych na stanowiskach o różnych stężeniach ozonu troposferycznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Three plant species were assessed in this study - ozone-sensitive and -resistant tobacco, ozone-sensitive petunia and bean. Plants were exposed to ambient air conditions for several weeks in two sites differing in tropospheric ozone concentrations in the growing season of 2009. Every week chlorophyll contents were analysed. Cumulative ozone effects on the chlorophyll content in relation to other meteorological parameters were evaluated using principal component analysis, while the relation between certain days of measurements of the plants were analysed using multivariate analysis of variance. Results revealed variability between plant species response. However, some similarities were noted. Positive relations of all chlorophyll forms to cumulative ozone concentration (AOT 40) were found for all the plant species that were examined. The chlorophyll b/a ratio revealed an opposite position to ozone concentration only in the ozone-resistant tobacco cultivar. In all the plant species the highest average chlorophyll content was noted after the 7th day of the experiment. Afterwards, the plants usually revealed various responses. Ozone-sensitive tobacco revealed decrease of chlorophyll content, and after few weeks of decline again an increase was observed. Probably, due to the accommodation for the stress factor. While during first three weeks relatively high levels of chlorophyll contents were noted in ozone-resistant tobacco. Petunia revealed a slow decrease of chlorophyll content and the lowest values at the end of the experiment. A comparison between the plant species revealed the highest level of chlorophyll contents in ozone-resistant tobacco.

PL

W zaprezentowanych badaniach wykorzystano trzy gatunki roślin - tytoń szlachetny (odmiana wrażliwa oraz odporna na ozon), odmiany wrażliwe petunii oraz fasoli. Rośliny eksponowano na dwóch stanowiskach różniących się stężeniem ozonu troposferycznego w sezonie wegetacyjnym 2009 roku. Co tydzień wykonywano pomiary zawartości chlorofilu wybranych roślin. Powiązanie kumulatywnych stężeń ozonu względem zawartości chlorofilu oraz wybranych parametrów meteorologicznych wykonano za pomocą analizy składowych głównych, natomiast do porównania reakcji roślin w poszczególnych dniach ekspozycji wykorzystano wielowymiarową analizę wariancji. Badania wykazały zróżnicowanie pomiędzy gatunkami w reakcji na obecność ozonu troposferycznego. Zauważyć jednak można pewne tendencje. Stwierdzono pozytywną zależność pomiędzy zawartością wszystkich form chlorofilu dla wszystkich badanych gatunków i kumulatywnym stężeniem ozonu (AOT 40). Wskaźnik chlorofilu b/a wykazał odwrotną tendencję względem AOT 40 jedynie dla odmiany odpornej na ozon tytoniu. Wszystkie gatunki wykazały najwyższy poziom chlorofilu w 7 dniu ekspozycji, a w następnych dniach odpowiedź roślin była zróżnicowana. Odmiana wrażliwa tytoniu wykazała zmniejszenie zawartości chlorofilu, a po kilku tygodniach ponownie wzrost, co może sugerować adaptację do warunków stresowych. Odmiana odporna tytoniu ekspozycji. Petunia wykazała stopniowy spadek zawartości chlorofilu w ciągu trwania eksperymentu. Porównanie odpowiedzi wybranych gatunków wykazało najwyższe poziomy chlorofilu u odmiany odpornej tytoniu.

Słowa kluczowe

EN

tropospheric ozone; sensitive; resistance; chlorophyll; principal component analysis (PCA)

PL

ozon troposferyczny; wrażliwość; odporność; chlorofil

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego
• Czasopismo: Civil and Environmental Engineering Reports
• Rocznik: 2014
• Tom: No. 12
• Strony: 5--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Borowiak K.

• Poznań University of Life Sciences, Department of Ecology and Environmental, Poznań, Poland

autor

Zbierska J.

• Poznań University of Life Sciences, Department of Ecology and Environmental, Poznań, Poland

autor

Budka A.

• Poznań University of Life Sciences, Department of Mathematical and Statistical Methods, Poznań, Poland

autor

Kayzer D.

• Poznań University of Life Sciences, Department of Mathematical and Statistical Methods, Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. Barret L.A., Bunce N.J., Gillespie T.J.: Estimation of tropospheric ozone production using concentrations of hydrocarbons and NOx, and a comprehensive hydrocarbons reactivity parameter. Journal of Photochemistry and Photobiology A, 113, (1998) 1-8.
• 2. Borowiak K., Drzewiecka K., Zbierska J., Goliński P., Malicka M., Andrzejewska B.: Effect of tropospheric ozone on two white clover (Trifolium repens L. cv. ‘Regal’) clones with different ozone sensitivity exposed at rural area of Wielkopolska Region, Archives of Environmental Protection, 37, (2011a) 13-24.
• 3. Borowiak K., Jusik S,. Zbierska J.: Canonical Correspondence Analysis (CCA) as a tool for the interpretation of bioindication plants response to ambient air pollution, Fresenius Environmental Bulletin, 20(9), (2011b) 2264-2270.
• 4. Della Torre G., Ferranti F., Lupattelli M., Pocceschi N., Figoli A., Nali C., Lorenzini G.: Effects of ozone on morpho-anatomy and physiology of Hedera helix, Chemosphere 36, (1998) 651-656.
• 5. Fowler D.: Ground-level ozone in the 21st century: future trends, impacts and policy implications. London, the Royal Society 2008.
• 6. Greszta J., Gruszka A., Kowalkowska M.: Wpływ imisji na ekosystem. Katowice, Wydawnictwo Naukowe Śląsk 2002.
• 7. Hiscox J.D., Israelstam G.F.: A method for the extraction of chlorophyll from leaf tissue without maceration. Canadian Journal of Botany, 57, (1978) 1332-1334.
• 8. Laurence J.A., Amundson R.G., Friend A.L., Pell E.J., Temple P.J.: Allocation of carbon in plants under stress: An analysis of the ROPIS experiments. Journal of Environmental Quality, 23, (1994) 412-417.
• 9. Lejeune M, Caliński T.: Canonical analysis applied to multivariate analysis of variance. Journal of Multivariate Analysis, 72, (2000) 100-119.
• 10. Long S.P., Naidu S.L.: Effects of oxidants at the biochemical, cell and physiological level, with particular reference to ozone, in: Air pollution and plant li-nfe, eds. J.N.B. Bell, M. Treshow, Chichester, John Wiley and Sons 2004, 69-89.
• 11. Morgan P.B., Ainsworth E.A., Long S.P.: How does elevated ozone impact soybean? A meta-analysis of photosynthesis, growth and yield. Plan, Cell and Environment, 26, (2003) 1317-1328.
• 12. Raskin I.: Role of salicylic acid in plants. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 43, (1992) 439-463.
• 13. Saitanis, C.J., Riga-Karandinos, A.N., Karandinos, M.G.: Effects of ozone on chlorophyll and quantum yield of tobacco (Nicotiana tabacum l.) varieties. Chemosphere 42, (2001) 945-953.
• 14. Scebba F., Soldatini G., Ranieri A.: Ozone differentially affects physiological and biochemical response of two clover species; Trifolium repens and Trifolium pratense. Environmental Pollution, 123, (2003) 209- 216.
• 15. Welfare, K., Flowers, T.J., Taylor, G. Yeo, A.R.: Additive and antagonistic effects of ozone and salinity on the growth, ion content and gas exchange of five varieties of rice Oryza sativa L. Environmental Pollution, 92, (1996) 257-266.
• 16. Zbierska J., Borowiak K.: Wybrane reakcje zewnętrzne i wewnętrzne tytoniu szlachetnego na obecność ozonu troposferycznego. Zeszyty Naukowe AR Kraków - seria Inżynieria Środowiska, 25, (2004) 377-388.