ZEZULKA, Štěpán, Marie KUMMEROVÁ, Markéta HÁJKOVÁ and Petr BABULA. Primary and secondary processes of photosynthesis in chloroplasts of Lemna minor under the effect of pharmaceuticals. In Plant Biology CS 2019 (Bulletin CSEBR 1/2019 - Book of Abstracts). 2019. ISSN 1213-6670.
Other formats:   BibTeX LaTeX RIS
Basic information
Original name Primary and secondary processes of photosynthesis in chloroplasts of Lemna minor under the effect of pharmaceuticals
Name in Czech Primární a sekundární procesy fotosyntézy v chloroplastech Lemna minor pod vlivem léčiv
Authors ZEZULKA, Štěpán (203 Czech Republic, guarantor, belonging to the institution), Marie KUMMEROVÁ (203 Czech Republic, belonging to the institution), Markéta HÁJKOVÁ (203 Czech Republic, belonging to the institution) and Petr BABULA (203 Czech Republic).
Edition Plant Biology CS 2019 (Bulletin CSEBR 1/2019 - Book of Abstracts), 2019.
Other information
Original language English
Type of outcome Conference abstract
Field of Study 10611 Plant sciences, botany
Country of publisher Czech Republic
Confidentiality degree is not subject to a state or trade secret
RIV identification code RIV/00216224:14310/19:00107654
Organization unit Faculty of Science
ISSN 1213-6670
Keywords (in Czech) fotosyntéza; chloroplasty; okřehek; diklofenak
Keywords in English photosynthesis; chloroplasts; duckweed; diclofenac
Tags International impact, Reviewed
Changed by Changed by: RNDr. Štěpán Zezulka, Ph.D., učo 4658. Changed: 19/9/2019 10:26.
Abstract
As highly specific biologically active substances, pharmaceuticals contaminate mainly aquatic ecosystems. Non-steroidal anti-inflammatory drug diclofenac (DCF) is one of the most common pharmaceuticals detected and monitored worldwide. Mechanisms of pharmaceutical action on biochemical and physiological processes determining the growth and development of plants as non-target organisms are still mostly unknown. Photosynthesis represents a central anabolic pathway in plants, which results in the production of oxygen and energy-rich organic compounds necessary for growth. Possible direct effect of DCF (1, 10, 100, and 1000 uM) on primary and secondary photosynthetic processes was assessed in chloroplasts isolated from Lemna minor. After 10 min exposure, already 1 and 10 uM DCF induced elevated production of reactive oxygen and nitrogen species (by 116% and 157%, respectively) and lipid peroxidation (by nearly seven times compared to the control). Nevertheless, responses of photosystems I and II (decrease in quantum yields FV/FM by 21% and PhiII by 44% compared to control, changes in NPQ values or changes in the redox state of P700 reaction centres) and Hill reaction activity (drop by up to 73%) were not found until 100 uM DCF treatment. RuBisCO activity was only lowered by 30% under 1000 uM DCF. Results demonstrate the ability of environmentally relevant DCF concentrations to induce oxidative stress in isolated duckweed chloroplasts; however, photosynthetic processes were affected considerably only by the highest DCF treatments. Even though the markers of oxidative stress were already detectable, the capability of defence mechanisms in chloroplasts was probably sufficient to avoid negative impact under low DCF treatments, but acute high concentrations of drugs in the environment can participate in the inhibition of photosynthesis.
Abstract (in Czech)
Jako vysoce specifické biologicky aktivní látky, léčiva kontaminují hlavně vodní ekosystémy. Nesteroidní protizánětlivý lék diklofenak (DCF) je jedním z nejčastěji detekovaných a monitorovaných léčiv po celém světě. Mechanismy účinku na biochemické a fyziologické procesy určující růst a vývoj rostlin jako necílových organismů jsou stále víceméně neznámé. Fotosyntéza představuje ústřední anabolický proces v rostlinách, jehož výsledkem je produkce kyslíku a eneregeticky bohatých organických látek nezbytných pro růst. Možný přímý účinek DCF (1, 10, 100 a 1000 uM) na primární a sekundární procesy fotosyntézy byl studován u chloroplastů izolovaných z rostlin Lemna minor. Po 10 min expozice, již 1 a 10 uM DCF indukovaly zvýšenou produkci reaktivních forem kyslíku a dusíku (o 116%, resp. o 157%) a peroxidaci lipidů (téměř sedminásobně oproti kontrole). Nicméně, odpovědi fotosystémů I a II (pokles kvantových výtěžků FV/FM o 21% a PhiII o 44% oproti kontrole, změny v hodnotě NPQ nebo v redoxním stavu reakčních center P700) a aktivity Hillovy reakce (pokles až o 73%) nebyly zjištěny při nižším zatížení než 100 uM DCF. Aktivita RuBisCO byla dokonce snížena jen o 30% až při 1000 uM DCF. Výsledky ukazují schopnost environmentálně relevantních koncentrací DCF indukovat oxidativní stres v izolovaných chloroplastech okřehku; nicméně, fotosyntetické procesy byly výrazně ovlivněny jen při nejvyšších zatíženích DCF. Přesto, že markery oxidativního stresu jiz byly detekovatelné, kapacita obranných mechanismů v chloroplastech byla pravděpodobně dostatečná pro zabránění negativního dopadu nízkých koncentrací DCF, avšak akutní vysoké koncentrace léčiv v prostředí se mohou podílet na inhibici fotosyntézy.
Links
GF17-33746L, research and development projectName: Léčiva v životním prostředí a interakce s rostlinami (Acronym: Léčiva a rostliny)
Investor: Czech Science Foundation
PrintDisplayed: 23/7/2024 18:29