Wpływ napromieniowania laserem He-Ne oraz kadmu i ołowiu na zmiany w cyklach komórkowych Zea mays L.

Polski


Abstrakt

Celem badań było określenie wpływu promieniowania czerwonego emitowanego przez laser helowo-neonowy (He-Ne) o długości fali λ = 632,8 nm oraz pierwiastków śladowych: kadmu (Cd) i ołowiu (Pb), w wodnych roztworach azotanu kadmu i azotanu ołowiu, w stężeniu 30 ppm, na cykl życia komórek merystemów korzeniowych kukurydzy (Zea mays L.). Wykazano, że światło czerwone stymuluje mitotyczną aktywność komórek merystematycznych korzeni Z. mays po napromieniowaniu nasion, nawet w obecności Cd lub Pb. Nasiona traktowane laserem miały znacząco najwyższy wskaźnik mitotyczny. Wartości wskaźnika mitotycznego zostały zahamowane, gdy nasiona traktowano roztworami z Cd lub Pb. Wyniki wskazują, że wstępne traktowanie nasion kukurydzy światłem czerwonym chroni komórki merystemu korzeni przed niekorzystnym oddziaływaniem jonów Cd i Pb. Biomodulacja nasion za pomocą światła czerwonego emitowanego przez laser He-Ne może pozytywnie wpływać na kiełkowanie i wzrost roślin.


Słowa kluczowe

laser; wskaźnik mitotyczny; rośliny; fotobiomodulacja; pierwiastki śladowe

Albert P.S., Zhang T., Semrauk K., Rouillard J.M., Kao Y.H., Wang C.R., Danilova T.V., Jiang J., Birchler J.A., 2019. Whole-chromosome paits in maize reveal rearrangements, nuclear domains, and chromosomal relationships. Proc. Natl. Acad. Sci. USA (PNAS) 116, 1679–1685. https://doi.org/10.1073/pnas.1813957116
D’Amato F., 1948. The effect of colchicine and ethylene glycol on sticky chromosomes in Alium cepa. Hereditas 34, 83–103. https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1948.tb02828.x
Das P., Samantaray S., Rout G.R., 1997. Studies on cadmium toxicity in plants. Environ. Pol-lut. 98, 29–36. https://doi.org/10.1016/S0269-7491(97)00110-3
Dobrowolski J.W., Bedla D., Czech T., Gambuś F., Górecka K., Kiszczak W., Kuźniar T., Mazur R., Nowak A., Śliwka M., Turunow O., Wagner A., Wieczorek J., Zabocicka-Świątek M., 2017. Integrated innovative biotechnology for optimization of environmental bioprocesses and a green economy. In: H.J. Purohit, V.C. Kalia, A.N. Vaidya, A.A. Khar-denavis (eds.), Optimalization and Applicability of Bioprocesses. Springer, Singapore, 27–71. https://doi.org/10.1007/978-981-10-6863-8
Dobrowolski J.W., Borkowski J., Szymczyk S., 1987. Laser stimulation of cumulation of selenium in tomato fruit. Photon emission from biological systems. World Scientific Publishers, Singapore.
Dobrowolski J.W., Różanowski B., 1998. The influence of laser light on accumulation of selected macro-, trace- and ultra-elements by some plants. Menegenund Spurenelemente. Friedrich-Schiller-Universitat, Jena, 147–156.
Feulgen R., Rosenbeck H.C., 1942. Manual of histological demonstration technique. Bulter-worth, London.
Hernandez A.C., Dominguez P.A., Cruz O.A., Ivanov R., Carballo C.A., Zepeda B.R., 2010. Laser in agriculture. Int. Agrophys. 24, 407–422.
Kabata-Pendias A., 2010. Trace elements in soils and plants. CRC Press, Boca Raton–London–New York.
Li Y., Gao L., Han R., 2016. Endogenous nitric oxide mediates He-Ne laser-induced adaptive responses in salt stressed-tall fescue leaves. Biosci. Biotechnol. Biochem. 80, 1887–1897. https://doi.org/10.1080/09168451.2016.1179091
Luo Ch., Shen Z., Li X., Baker A.J.M., 2006. Enhanced phytoextraction of Pb and other metals from artificially contaminated soils through the combined application of EDTA and EDDS. Chemosphere 63, 1773–1784. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.09.050
Metwally S.A., Mohamed S.L.M., Abov-Leila B.H., Aly M.S., 2014. Effect of drought stress and helium neon (He-Ne) laser rays on growth, oil yield and fatty acids content
in laster bean (Ricinus communis L.). Agric. For. Fish. 3, 203–208. https://doi.org/10.11648/j.aff.20140303.20
Mosneaga A., Lozovanu P., Nedeff U., 2018. Investigation of biostimulation effects on germination and seedling growth of some crop plant species. Cell. Chem. Tech. 52, 551–558.
Muthusamy A., Kudwa P.P., Prabhu V., Mahato K.K., Babu V.S., Rao M.R., Gopinath P.M., Satyamoorthy K., 2012. Influence of Helium-Neon laser irradiation on seed germination in vitro and physio-biochemical characters in seedlings of brinjal (Solanum melongena L.) var. Mattu Gulla. Photochem. Photobiol. 88, 1227–1235. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2012.01162.x
Ogundipe K.D., Babarinde A., 2017. Comparative study on batch equilibrium biosorption of Cd(II), Pb(II) and Zn(II) using plantain (Musa paradisiaca) flower: kinetics, isotherm, and thermodynamics. Chem. Int. 3, 135–149. https://doi.org/10.31221/osf.io/kevht
Pietruszewski S., Muszyński S., Dziwulska A., 2007. Electromagnetic fields and electromagnetic radiation as non-invasive external stimulants for seeds (selected methods and responses). Int. Agrophys. 21, 95–100.
Podleśna A., Gładyszewska B., Podleśny J., Zgrajka W., 2015. Changes in the germination process and groth of pea in effect of laser seed irradiation. Int. Agrophys. 29, 485–492. https://doi.org/10.1515/intag-2015-0054
Podleśny J., Stochmal A., Podleśna A., Misiak L.E., 2012. Effect of laser light treatment on some biochemical and physiological processes in seeds and seedlings of white lupine and faba bean. Plant Growth Regul. 67, 227–233. http://dx.doi.org/10.1007/s10725-012-9681-7
Qiu Z., He Y., Zhang Y., Guo J., Wang L., 2018. Characterization of miRNAs and their target genes in He-Ne laser pretreated wheat seedlings exposed to drought stress. Ecotoxicol. Environ. Saf. 164, 611–617. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.08.077
Qiu Z., Yuan M., He Y., Li Y., Zhang Y., 2017. Physiological and transcriptome analysis of He-Ne laser pretreated wheat seedlings response to drought stress. Sci. Rep. 7, 1–12. https://doi.org/10.1038/s41598-017-06518-z
Qiu Z.B., Li J.T., Yue M., 2010. The damage repair role of He-Ne laser on wheat exposed to osmotic stress. Can. J. Plant Sci. 90, 691–698. http://dx.doi.org/10.4141/CJPS09118
Qiu Z.B., Li J.T., Zang M.M., Bi Z.Z., Li Z.L., 2013. He-Ne laser pretreatment protects wheat seedlings against cadmium-induced oxidative stress. Ecotoxicol. Environ. Saf. 88, 135–141. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2012.11.001
Różanowski B., 1999. Influence of laser photostimulation on changes of cadmium and lead content in organs of willow Salix viminalis. Pol. J. Environ. Stud. 8, 186–188.
Silva J.C., Carvalho C.R., Clarindo W.R., 2018. Updating the maize karyotype by chromosome DNA sizing. PloS One 2, 1–13. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0190428
Swathy S.P., Kiran K.R., Rao M.S., Mahato K.K., Rao M.R., Satyamoorthy K., Mathusamy A., 2016. Responses of He-Ne laser irradiation on agronomical characters and chlorogenic acid content of brinjal (Solanum melongena L.) var. Mattu Gulla. J. Photoch. Photob. 164, 182–190. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2016.09.010
Trachsel S., Kaeppler K.M., Brown K.M., Lynch J.P., 2011. Shovelomics: high throughput phenotyping of maize (Zea mays L.) root architecture in the field. Plant Soil 341, 75–87. https://doi.org/10.1007/s11104-010-0623-8
Truchliński J., Wesołowski M., Koper R., Dziamba S., 2002. Influence of pre-sowing red light radiation on the content of antinutritional factors, mineral elements and basic nutritional component contents is triticale seeds. Int. Agrophys. 16, 227–230.
Wierzbicka M., 1998. Lead in the apoplast of Allium cepa L. root tips – ultrastructural studies. Plant Sci. 133, 105–119. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(98)00023-5
Wojcieszak D., Przybył J., Myczko R., Myczko A., 2018. Technological and energetic evaluation of maize stover silage for methane production on technical scale. Energy 151, 903–912. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.03.082

Opublikowane : 2020-04-01


RÓŻANOWSKI, B., MOŻDŻEŃ, K., WÓJCIK, J., NOSALSKI, R., ZANDI, P., & WANG, Y. (2020). Wpływ napromieniowania laserem He-Ne oraz kadmu i ołowiu na zmiany w cyklach komórkowych Zea mays L. Agronomy Science, 75(1), 75-83. https://doi.org/10.24326/as.2020.1.6

BARTOSZ RÓŻANOWSKI 
Institute of Biology, Pedagogical University of Kraków, Podchorążych 2, 30-084 Kraków, Poland  Polska
https://orcid.org/0000-0002-6362-1758
KATARZYNA MOŻDŻEŃ  katarzyna.mozdzen@up.krakow.pl
Instytut Biologii, Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie, ul. Podchorążych 2, 30-084 Kraków  Polska
https://orcid.org/0000-0002-5695-4474
JADWIGA WÓJCIK 
Limanowa Hospital, Piłsudzkiego 61, 34-600 Limanowa, Poland  Polska
RYSZARD NOSALSKI 
Institute of Cardiovascular and Medical Sciences, University of Glasgow, 126 University Place, Glasgow G12 8TA, United Kingdom  Wielka Brytania
PEIMAN ZANDI 
Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081, P.R. China  Chiny
https://orcid.org/0000-0003-3520-3994
YAOSHENG WANG 
Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081, P.R. China  Chiny
https://orcid.org/0000-0002-2657-7057




Creative Commons License

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Użycie niekomercyjne – Bez utworów zależnych 4.0 Międzynarodowe.

Artykuły są udostępniane na zasadach CC BY-NC-ND 4.0 – uznanie autorstwa, użycie niekomercyjne, bez utworów zależnych.
Przysłanie artykułu do redakcji oznacza, że nie był on opublikowany wcześniej, nie jest rozpatrywany do publikacji w innych wydawnictwach.

Autor podpisuje oświadczenie o oryginalności dzieła i wkładzie poszczególnych osób.