Біологічні системи: теорія та інновації

Вплив іонів важких металів на ранній розвиток Sinapis alba L.

Назарій Козачок*, Наталія Голуб

wotnazik@gmail.com

Завантажити статтю
Анотація

Забруднення ґрунтів іонами важких металів може обмежувати використання земель і знижувати ефективність фіторемедіації. Sinapis alba L. розглядають як перспективну тест-культуру та потенційний фіторемедіант, однак її реакція на різні метали в ґрунтовій системі потребує уточнення. Метою роботи було оцінити вплив іонів Zn2+, Cu2+, Pb2+ і Fe3+ на життєздатність насіння, довжину пагонів і коренів S. alba. Дослід проводили в модельному ґрунтовому експерименті з трьома повтореннями для кожного варіанта. На 5-ту добу значуще зниження життєздатності виявлено лише за дії Cu2+ у концентрації 300 мг/дм3, де цей показник становив 77,9 ± 1,2 %. На 10-ту добу найсильніший ефект спостерігали для Fe3+: життєздатність знижувалася до 34,9 ± 1,2 %, 27,7 ± 1,2 % і 20,5 ± 1,2 % за концентрацій 600, 800 і 1000 мг/дм3 відповідно. За дії Cu2+ цей показник становив 74,7-56,6 %, Zn2+ – 80,7-67,5 %, а Pb2+ – 81,9 % за найвищої концентрації. Довжина пагонів і коренів зменшувалася за дії всіх досліджених металів. Найбільше пригнічення росту спричиняв Fe3+: довжина пагонів зменшувалася з 54,62 до 9,94 мм, а коренів – з 35,96 до 13,09 мм. Отже, морфометричні показники виявилися чутливішими до металевого стресу, ніж життєздатність, і мають використовуватися для комплексного оцінювання фітотоксичності ґрунтів. Результати можуть бути використані фахівцями у сфері екологічного моніторингу, ґрунтознавства та фіторемедіації для комплексної оцінки токсичності ґрунтів, забруднених важкими металами

Ключові слова

фітотоксичність; біотестування фітотоксичності; сірі лісові ґрунти; фіторемедіація; метал-специфічний стрес

ЦИТУВАТИ
Kozachok, N., & Golub, N. (2026). Effect of heavy metal ions on early development of Sinapis alba L.. Biological Systems: Theory and Innovation, 17(3), 84-93. https://doi.org/10.31548/biologiya/3.2026.84
Використані джерела
  1. Busoms, S., Perez-Martin, L., Llimos, M., Poschenrieder, C., & Martos, S. (2021). Genome-wide association study reveals key genes for differential lead accumulation and tolerance in natural Arabidopsis thaliana accessions. Frontiers in Plant Science, 12, article number 689316. doi: 10.3389/fpls.2021.689316.
  2. Chen, G., Li, J., Han, H., Du, R., & Wang, X. (2022). Physiological and molecular mechanisms of plant responses to copper stress. International Journal of Molecular Sciences, 23(21), article number 12950. doi: 10.3390/ijms232112950.
  3. Clúa, J., Montpetit, J., Jimenez-Sandoval, P., Naumann, C., Santiago, J., & Poirier, Y. (2024). A CYBDOM protein impacts iron homeostasis and primary root growth under phosphate deficiency in Arabidopsis. Nature Communications, 15, article number 423. doi: 10.1038/s41467-023-43911-x.
  4. Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://www.cbd.int/doc/legal/cbd-en.pdf.
  5. Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora. (1973, March). Retrieved from https://cites.org/eng/disc/text.php.
  6. Díaz, A.M., Forján, R., Gallego, J.R., Benavente-Hidalgo, L., Menéndez-Aguado, J.M., & Baragaño, D. (2024). Nanoscale zero-valent iron mitigates arsenic mobilization and accumulation in Sinapis alba grown on a metal(loid)-polluted soil treated with a dunite mining waste-compost amendment. Plant and Soil, 497, 241-255. doi: 10.1007/s11104-023-05879-x.
  7. Fodor, F. (2024). Iron nutrition and its biochemical interactions in plants: Iron uptake, biofortification, bacteria, and fungi in focus. Plants, 13(5), article number 561. doi: 10.3390/plants13050561.
  8. Gupta, M., Dwivedi, V., Kumar, S., Patel, A., Niazi, P., & Yadav, V.K. (2024). Lead toxicity in plants: Mechanistic insights into toxicity, physiological responses of plants and mitigation strategies. Plant Signaling & Behavior, 19(1), article number 2365576. doi: 10.1080/15592324.2024.2365576.
  9. Huang, Q., Farooq, M.A., Hannan, F., Chen, W., Ayyaz, A., Zhang, K., Zhou, W., & Islam, F. (2022). Endogenous nitric oxide contributes to chloride and sulphate salinity tolerance by modulation of ion transporter expression and reestablishment of redox balance in Brassica napus cultivars. Environmental and Experimental Botany, 194, article number 104734. doi: 10.1016/j.envexpbot.2021.104734.
  10. Kaur, H., & Garg, N. (2021). Zinc toxicity in plants: A review. Planta, 253, article number 129. doi: 10.1007/s00425-021-03642-z.
  11. Kramski, D.J., Warchoł, J., & Michalak, I. (2026). Sawdust-assisted phytoremediation: Boosting white mustard (Sinapis alba) growth and cadmium uptake from contaminated soil. ACS Omega, 11(3), 3738-3753. doi: 10.1021/acsomega.5c04779.
  12. Krasnodębska-Ostręga, B., Sadowska, M., Biaduń, E., Mazur, R., & Kowalska, J. (2022). Sinapis alba as a useful plant in bioremediation – studies of defense mechanisms and accumulation of As, Tl and PGEs. International Journal of Phytoremediation, 24(14), 1475-1490. doi: 10.1080/15226514.2022.2036098.
  13. Li, H., Xiao, J., Zhao, Z., Zhong, D., Chen, J., Xiao, B., Xiao, W., Wang, W., Crittenden, J.C., & Wang, L. (2022). Reduction of cadmium bioavailability in paddy soil and its accumulation in brown rice by FeCl3 washing combined with biochar: A field study. Science of the Total Environment, 851, article number 158186. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.158186.
  14. Liu, J., Cui, J., Liu, H., Pan, Q., & He, X. (2022). Research progress of soil amelioration of acidified soil by soil amendments. Journal of Environmental Engineering Technology, 12(1), 173-184. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210119.
  15. Luo, C., Zhang, L., Ali, M.M., Xu, Y., & Liu, Z. (2024). Environmental risk substances in soil on seed germination: Chemical species, inhibition performance, and mechanisms. Journal of Hazardous Materials, 472, article number 134518. doi: 10.1016/j.jhazmat.2024.134518.
  16. Maniero, R.A., et al. (2024). Ferric reduction by a CYBDOM protein counteracts increased iron availability in root meristems induced by phosphorus deficiency. Nature Communications, 15, article number 422. doi: 10.1038/s41467-023-43912-w.
  17. Manne, H., et al. (2024). Mitigation of lead toxicity in Brassica juncea L. by sulphur application – via various biochemical and transcriptomic strategies. Journal of King Saud University – Science, 36, article number 103175. doi: 10.1016/j.jksus.2024.103175.
  18. Peng, Y., & Grigorieva, I.Y. (2024). Model multifactor analysis of soil heavy metal pollution on plant germination in Southeast Chengdu, China: Based on redundancy analysis, factor detector, and XGBoost-SHAP. Science of the Total Environment, 954, article number 176605. doi: 10.1016/j.scitotenv.2024.176605.
  19. Rather, B.A., Mir, I.R., Masood, A., Anjum, N.A., & Khan, N.A. (2022). Ethylene-nitrogen synergism induces tolerance to copper stress by modulating antioxidant system and nitrogen metabolism and improves photosynthetic capacity in mustard. Environmental Science and Pollution Research, 29, 49029-49049. doi: 10.1007/s11356-022-19380-y.
  20. Rezayian, M., & Zarinkamar, F. (2023). Nitric oxide, calmodulin and calcium protein kinase interactions in the response of Brassica napus to salinity stress. Plant Biology, 25(3), 411-419. doi: 10.1111/plb.13511.
  21. Sadr, S., Namdjoyan, S., & Mohammadian, T. (2024). Interactive effect of exogenous melatonin and calcium for alleviation of zinc toxicity in rapeseed (Brassica napus L.) seedlings by modulating cellular redox status. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 24, 4017-4032. doi: 10.1007/s42729-024-01827-5.
  22. Shen, N., Hou, S., Tu, G., Lan, W., & Jing, Y. (2021). Transcription factor WRKY33 mediates the phosphate deficiency-induced remodeling of root architecture by modulating iron homeostasis in Arabidopsis roots. International Journal of Molecular Sciences, 22(17), article number 9275. doi: 10.3390/ijms22179275.
  23. Singh, P.K., Yadav, J.S., Kumar, I., Kumar, U., & Sharma, R.K. (2024). Screening of mustard cultivars for phytoremediation of heavy metals contamination in wastewater irrigated soil systems. Environmental Monitoring and Assessment, 196, article number 321. doi: 10.1007/s10661-024-12506-4.
  24. Tan, Z., Wu, C., Xuan, Z., Cheng, Y., Xiong, R., Su, Z., & Wang, D. (2022). Lead exposure dose-dependently affects oxidative stress, AsA-GSH, photosynthesis, and mineral content in pakchoi (Brassica chinensis L.). Frontiers in Plant Science, 13, article number 1007276. doi: 10.3389/fpls.2022.1007276.
  25. Vasilache, N., Diacu, E., Cananau, S., Tenea, A.G., & Vasile, G.G. (2023). Evaluation of the phytoremediation potential of the Sinapis alba plant using extractable metal concentrations. Plants, 12(17), article number 3123. doi: 10.3390/plants12173123.
  26. Vasile, G.-G., Tenea, A.-G., Dinu, C., Iordache, A.M.M., Gheorghe, S., Mureseanu, M., & Pascu, L.F. (2021). Bioavailability, accumulation and distribution of toxic metals (As, Cd, Ni and Pb) and their impact on Sinapis alba plant nutrient metabolism. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(24), article number 12947. doi: 10.3390/ijerph182412947.
  27. Xue, C., Li, W., Shen, R., & Lan, P. (2023). Impacts of iron on phosphate starvation-induced root hair growth in Arabidopsis. Plant, Cell & Environment, 46(1), 215-238. doi: 10.1111/pce.14451.
  28. Zheng, X., Han, G., Song, Z., Liang, B., Yang, X., Yu, C., & Guan, D.-X. (2024). Biogeochemical cycle and isotope fractionation of copper in plant-soil systems: A review. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 23, 21-41. doi: 10.1007/s11157-024-09681-8.