J 2013

Lemna minor exposed to fluoranthene: Growth, biochemical, physiological and histochemical changes

ZEZULKA, Štěpán, Marie KUMMEROVÁ, Petr BABULA and Lucie VÁŇOVÁ

Basic information

Original name

Lemna minor exposed to fluoranthene: Growth, biochemical, physiological and histochemical changes

Name in Czech

Lemna minor při expozici fluoranthenem: růst, biochemické, fyziologické a histochemické změny

Authors

ZEZULKA, Štěpán (203 Czech Republic, guarantor, belonging to the institution), Marie KUMMEROVÁ (203 Czech Republic, belonging to the institution), Petr BABULA (203 Czech Republic, belonging to the institution) and Lucie VÁŇOVÁ (203 Czech Republic, belonging to the institution)

Edition

Aquatic toxicology, AMSTERDAM, ELSEVIER SCIENCE BV, 2013, 0166-445X

Other information

Language

English

Type of outcome

Článek v odborném periodiku

Field of Study

30105 Physiology

Country of publisher

Netherlands

Confidentiality degree

není předmětem státního či obchodního tajemství

Impact factor

Impact factor: 3.513

RIV identification code

RIV/00216224:14310/13:00071061

Organization unit

Faculty of Science

DOI

UT WoS

000324900800005

Keywords (in Czech)

PAU fluoranthen; Lemna minor L., fluorescence chlorofylu; ROS; enzymy; histologie

Keywords in English

PAH fluoranthene; Lemna minor L.; Chlorophyll fluorescence; ROS; Enzymes; Histology

Tags

Tags

International impact, Reviewed
Změněno: 20/9/2017 10:36, doc. RNDr. Marie Kummerová, CSc.

Abstract

ORIG CZ

V originále

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) represent one of the major groups of organic contaminants in the aquatic environment. Duckweed (Lemna minor L) is a common aquatic plant widely used in phytotoxicity tests for xenobiotic substances. The goal of this study was to assess the growth and the physiological, biochemical and histochemical changes in duckweed exposed for 4 and 10 days to fluoranthene (FLT, 0.1 and 1 mg L-1). Nonsignificant changes in number of plants, biomass production, leaf area size, content of chlorophylls a and b and carotenoids and parameters of chlorophyll fluorescence recorded after 4 and 10 days of exposure to FLT were in contrast with considerable changes at biochemical and histochemical levels. Higher occurrence of reactive oxygen species (ROS) caused by an exposure to FLT after 10 days as compared to control (hydrogen peroxide elevated by 13% in the 0.1 mg L-1 and by 41% in the 1 mg L-1 FLT; superoxide anion radical by 52% and 115% respectively) reflected in an increase in the activities of antioxidant enzymes (superoxide dismutase by 3% in both treatments, catalase by 9% and 1% respectively, ascorbate peroxidase by 21% and 5% respectively, guaiacol peroxidase by 12% in the 0.1 mg L-1 FLT). Even the content of antioxidant compounds like ascorbate (by 20% in the 1 mg L-1 FLT) or total thiols (reduced forms by 15% in the 0.1 mg L-1 and 8% in the 1 mg L-1 FLT, oxidized forms by 36% in the 0.1 mg L-1 FLT) increased. Increased amount of ROS was followed by an increase in malondialdehyde content (by 33% in the 0.1 mg L-1 and 79% in the 1 mg L-1 FLT). Whereas in plants treated by the 0.1 mg L-1 FLT the contents of total proteins and phenols increased by 15% and 25%, respectively, the 1 mg L-1 FLT caused decrease of their contents by 32% and 7%. Microscopic observations of duckweed roots also confirmed the presence of ROS and related histochemical changes at the cellular and tissue levels. The assessment of phytotoxicity of organic pollutant in duckweed based only on the evaluation of growth parameters could not fully cover the irreversible changes already running at the level of biochemical processes.

In Czech

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) představují jednu z hlavních skupin organických kontaminantů vodního prostředí. Okřehek (Lemna minor L.) je běžná vodní rostlina často užívaná v testech fytotoxicity xenobiotických látek. Cílem této studie bylo prozkoumat růst a fyziologické, biochemické a histochemické změny u okřehku vystaveného 4 a 10 dní fluoranthenu (FLT, 0.1 a 1 mg L-1). Nevýznamné změny v počtu rostlin, produkci biomasy, velikosti listové plochy, obsahu chlorofylů a a b a karotenoidů a parametrech fluorescence chlorofylu zaznamenaných po 4 a 10 dnech expozice FLT kontrastovaly s významnými změnami na biochemické a histochemické úrovni. Vyšší výskyt reaktivních forem kyslíku (ROS) v porovnání s kontrolou způsobený expozicí FLT po 10 dnech (peroxid vodíku zvýšený o 13% při 0.1 mg L-1 a o 41% při 1 mg L-1 FLT; superoxidový anion radikál o 52% a 115% resp.) se odrazil i ve zvýšení aktivity antioxidačních enzymů (superoxid dismutasa o 3% v obou zatíženích, katalasa o 9% a 1% resp., askorbát peroxidasa o 21% a 5% resp., guaiakol peroxidasa o 12% při 0.1 mg L-1 FLT). Také se zvýšil obsah antioxidantů jako askorbát (o 20% při 1 mg L-1 FLT) nebo celkových thiolů (redukované formy o 15% při 0.1 mg L-1 a 8% při 1 mg L-1 FLT, oxidované o 36% při 0.1 mg L-1 FLT). Zvýšení množství ROS bylo následováno zvýšením obsahu malondialdehydu (o 33% při 0.1 mg L-1 a 79% při 1 mg L-1 FLT). Zatímco u rostlin zatížených 0.1 mg L-1 FLT se obsah celkových proteinů a fenolů zvýšil o 15% a 25%, zatížení 1 mg L-1 FLT způsobilo pokles jejich obsahů o 32% a 7%. Mikroskopické pozorování kořenů okřehku také potvrdilo přítomnost ROS a souvisejících histochemických změn na buněčné a pletivové úrovni. Proto hodnocení fytotoxicity organického polutantu u okřehku jen na základě růstových parametrů nemusí plně postihovat nevratné změny již probíhající na úrovni biochemických procesů.