Praca doktorska
Wpływ dolistnych preparatów azotanowo-hormonalnych na pobieranie ołowiu przez siewki Cucumis sativus L.
| dc.abstract.en | Heavy metals are one of the most common soil contaminants. Their accumulation in soil poses a great risk to the environment because of their ability to enter food chains (e.g. through plant uptake), and their potential for biomagnification at higher trophic levels. Limiting the penetration of heavy metals into crop tissues is one of the most important challenges of modern agriculture. The problem has been undertaken by the research group of the Department of Ecotoxicology, at the Faculty of Biology, University of Warsaw. The experiments have demonstrated that a foliar fertiliser InCa, intended for plant calcium supplementation, reduces lead uptake by cucumber seedlings (Cucumis sativus L.). The main components of the formulation are calcium nitrate and diphenylurea (DPU) – a phytohormone belonging to cytokinins. In addition, the biostymulator contains numerous micro- and macroelements, organic acids, hormones extracted from algae, surface-active agents, thickeners, and the like. The main objective of the present work was to propose a new foliar formulation that would protect crop plants against lead uptake and accumulation. For this purpose, an attempt was made to determine which component (or components) of the InCa biostymulator is responsible for the limitation of lead uptake by plants and to investigate the mechanism (or mechanisms) of its action. The research involved testing a range of components of InCa fertilizer. The assessment was performed using biometric data, physiological tests, microscopic observations, and chemical analyses, which provided data on lead content in the plant tissues. The investigations showed that the component responsible for the limitation of lead uptake by plants is calcium nitrate. Since Ca2+ and Pb2+ ions share some physicochemical characteristics, and the competition between them is well-documented in the literature, calcium may prevent lead uptake by occupying exchange sites and making them inaccessible to Pb2+ ions. However, the results of the present research do not confirm this hypothesis. Lead accumulates in the same cell compartments as calcium (cell walls and membranes, vacuoles), but microscopic observations showed that on the tissue scale, the distribution of both elements is different. The contribution of active and passive mechanisms to the uptake and transport of each ion differs too. For this reason, the competition between ions does not seem to be the only mechanism responsible for the beneficial effect of calcium nitrate application. Since potassium nitrate reduced the accumulation of Pb2+ ions in the tissue to a similar extent as calcium nitrate and other calcium salts were much less efficient in the limitation of lead uptake, it seems that the observed effect is mostly due to nitrate ion. The mechanism of its action can consist in providing the substrate for the synthesis of nitric oxide, as well as compensating for nutrient (nitrogen, calcium, potassium) deficiency caused by lead toxicity. Moreover, both nitric oxide and Ca2+ ion function as the key signaling molecules in response to stress, and also reciprocally regulate their activity. As it results from the present study, the main component of a new foliar formulation, intended for preventing lead uptake by crop plants, should be calcium nitrate. Its beneficial effect could be enhanced by the addition of one or maximally two hormonal compounds. The present work is the first and most important step towards a novel formulation protecting plants against heavy metal penetration. |
| dc.abstract.pl | Metale ciężkie stanowią jedno z najpowszechniejszych zanieczyszczeń gleb. Akumulacja tych pierwiastków w podłożu jest poważnym zagrożeniem środowiskowym ze względu na ich zdolność do wnikania do łańcuchów pokarmowych oraz potencjalną zdolność do biomagnifikacji na kolejnych poziomach troficznych. Przeciwdziałanie wnikaniu toksycznych pierwiastków do tkanek roślin uprawnych stanowi zatem jedno z ważniejszych wyzwań, jakie stoją przed współczesnym rolnictwem. Prace nad przedstawionym problemem badawczym podjęto w Zakładzie Ekotoksykologii, na Wydziale Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. Dotychczas przeprowadzone badania wykazały, że dolistny nawóz InCa, przeznaczony do uzupełniania niedoborów wapnia u roślin, ogranicza pobieranie ołowiu przez siewki ogórka (Cucumis sativus L.). Głównymi składnikami preparatu są azotan (V) wapnia i difenylomocznik (DPU) – hormon z grupy cytokinin. Poza tym biostymulator ten zawiera liczne mikro- i makroelementy, kwasy organiczne, hormony w postaci wyciągu z glonów, substancje powierzchniowo czynne, zagęstniki itp. Głównym zamierzeniem pracy było zaproponowanie składu nowego preparatu, który umożliwi ochronę roślin uprawnych przed pobieraniem i akumulacją jonów ołowiu. W tym celu spróbowano ustalić, który składnik (lub grupa składników) biostymulatora InCa odpowiada za ograniczenie pobierania ołowiu przez rośliny, a następnie zbadać mechanizm (lub mechanizmy) jego ochronnego działania. W ramach badań przetestowano działanie szeregu substancji wchodzących w skład preparatu InCa. Przeprowadzono badania biometryczne, pomiary fizjologiczne, obserwacje mikroskopowe oraz analizy chemiczne, dzięki którym możliwa była ocena zawartości ołowiu w roślinach. Badania wykazały, że składnikiem odpowiedzialnym za hamowanie pobierania ołowiu przez rośliny jest azotan (V) wapnia. W związku z tym, że jony Ca2+ i Pb2+ mają zbliżone właściwości fizykochemiczne, a w literaturze niejednokrotnie opisywano istniejącą między nimi konkurencję, działanie zastosowanego roztworu mogłoby polegać na wysyceniu dostępnych miejsc przyłączania ołowiu jonami wapnia. Jednakże wyniki przeprowadzonych badań nie przemawiają za tą hipotezą. Ołów odkłada się w tych samych przedziałach komórkowych co wapń (ściany i błony komórkowe, wakuole), ale obserwacje mikroskopowe wykazały, że w skali tkanki rozmieszczenie obu pierwiastków jest różne. Inny jest również udział mechanizmów aktywnych i biernych w pobieraniu oraz transporcie każdego z kationów. Dlatego też nie wydaje się, by konkurencja między jonami była jedynym mechanizmem odpowiedzialnym za korzystne działanie azotanu (V) wapnia. Ponieważ azotan (V) potasu ograniczył akumulację ołowiu w tkankach w stopniu porównywalnym z azotanem (V) wapnia, podczas gdy inne sole wapniowe znacznie słabiej chroniły rośliny przed pobieraniem toksycznego metalu, można przypuszczać, że za korzystne działanie roztworów dolistnych odpowiada w znacznym stopniu jon azotanowy. Mechanizm jego działania może polegać na dostarczeniu substratu do syntezy tlenku azotu (II), a także uzupełnieniu niedoborów składników odżywczych (azot, wapń, potas) spowodowanych toksycznym działaniem ołowiu. Ponadto tlenek azotu (II) i jon Ca2+ pełnią funkcję kluczowych cząsteczek sygnałowych w reakcji na stres, jednocześnie wzajemnie regulując swoje działanie. Jak wynika z przeprowadzonych badań, podstawowym składnikiem nowego preparatu dolistnego, przeznaczonego do ochrony roślin uprawnych przed wnikaniem ołowiu, powinien być azotan (V) wapnia. Korzystne działanie takiego preparatu mogłoby zostać wzmocnione dodatkiem jednego lub maksymalnie dwóch składników hormonalnych. Niniejsza praca stanowi pierwszy i istotny krok w kierunku stworzenia nowego środka chroniącego rośliny uprawne przed wnikaniem metali ciężkich do tkanek. |
| dc.affiliation | Uniwersytet Warszawski |
| dc.affiliation.department | Uniwersytet Warszawski |
| dc.contributor.author | Naziębło, Aleksandra |
| dc.date.accessioned | 2025-04-20T04:00:00Z |
| dc.date.available | 2025-04-20T04:00:00Z |
| dc.date.defence | 2025-05-19 |
| dc.date.issued | 2025 |
| dc.date.submitted | 2024-11-29 |
| dc.description.promoter | Bemowska-Kałabun, Olga |
| dc.description.promoter | Zienkiewicz, Maksymilian |
| dc.description.reviewer | Wójcik, Małgorzata |
| dc.description.reviewer | Słomka, Aneta |
| dc.description.reviewer | Ciereszko, Iwona |
| dc.description.reviewer | Zienkiewicz, Maksymilian |
| dc.description.reviewer | Bemowska-Kałabun, Olga |
| dc.identifier.apd | 236808 |
| dc.identifier.uri | https://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/166344 |
| dc.language | pl |
| dc.language.other | en |
| dc.publisher | Uniwersytet Warszawski |
| dc.rights | ClosedAccess |
| dc.subject.en | foliar fertilization |
| dc.subject.en | lead |
| dc.subject.en | calcium |
| dc.subject.en | nitrates |
| dc.subject.en | phytohormones |
| dc.subject.en | organic acids |
| dc.subject.en | microelements |
| dc.subject.en | biosurfactants |
| dc.subject.en | Cucumis sativus L. |
| dc.subject.en | Allium cepa L. |
| dc.subject.pl | nawożenie dolistne |
| dc.subject.pl | ołów |
| dc.subject.pl | wapń |
| dc.subject.pl | azotany |
| dc.subject.pl | fitohormony |
| dc.subject.pl | kwasy organiczne |
| dc.subject.pl | mikroelementy |
| dc.subject.pl | biosurfaktanty |
| dc.subject.pl | Cucumis sativus L. |
| dc.subject.pl | Allium cepa L. |
| dc.title | Wpływ dolistnych preparatów azotanowo-hormonalnych na pobieranie ołowiu przez siewki Cucumis sativus L. |
| dc.title.alternative | Effect of foliar nitrate-hormone formulations on lead upłake by Cucumis sativus L. seedlings |
| dc.type | DoctoralThesis |
| dspace.entity.type | Publication |