RESEARCH PAPER
Changes in surface properties of plant roots determined by aluminium and copper phytotoxicity
 
More details
Hide details
1
Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego PAN, ul. Doświadczalna 4, 20-290 Lublin, Poland
 
 
Publication date: 2022-04-11
 
 
Acta Agroph. 2010, 1(176), 1-122
 
KEYWORDS
ABSTRACT
This thesis presents the research concerning the influence of aluminium and copper stress on the surface area as well as on the adsorption energy of water vapour and nitrogen, the size of variable surface charge, the cation exchange capacity, the surface distribution of dissociation constants and the geometry of microporosity of roots of selected monocotyledonous and dicotyledonous plants. The research was carried on the roots of winter rye and winter wheat as well as on the roots of two Fabaceae plants represented by blue lupine and red clover. The hydroponics method was used in the cultivation of the plants. The characteristics of the surface area, adsorption energy and roots microporosity, together with the changes of these characteristics due to the stress factors, were examined using the methods of adsorption-desorption of two adsorbates which were water vapour and nitrogen. The potentiometric titration was used for ionic-exchangeable characteristics (CEC, the surface charge and the distribution of dissociation constants). It was discovered that the apparent specific surface area (determined by water vapour) and the free specific surface area (determined by nitrogen) increased under the sub-lethal and lethal concentrations of aluminium and copper. What is more, the root surface area of dicotyledonous plants increased much more significantly. The surface area grew while the average adsorption energy declined, which was due to a decrease of the fraction of high energy adsorption and an increase of low energy adsorption. The presence of aluminium and the additional application of copper in the culture medium caused a decrease of the total cation exchange capacity and the total surface charge in stressed roots. These changes caused by the stress factors were followed by a decrease of the amount of highly acid surface groups (generating the biggest amount of the surface charge) and an increase of the amount of slightly acid surface groups. More significant changes occurred in the roots of red clover and wheat. The changes of the surface area and the surface charge of roots under the stress caused a significant decrease of the surface charge density. More notable changes occurred in the roots of dicotyledonous plants. The research showed also an influence of the mentioned stress factors on the porosity of the root callus. The average radius and the total volume of the micropores increased under the sub-lethal concentrations of aluminium while the additional application of copper decreased the total volume. The tendencies of change of root surface features under the stress depended on the stress factor (aluminium or copper) and its intensity, as well as on the genetically determined resistance of the examined plants. The most significant changes of the surface occurred in the roots of red clover while a less notable influence of the stress factors was noticed in the roots of winter rye.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Zmiany właściwości powierzchniowych korzeni wybranych roślin jednoliściennych i dwuliściennych determinowane fitotoksycznością glinu i miedzi
naprężenie aluminium, naprężenie miedzi, powierzchnia, CEC, całkowity ładunek powierzchniowy, objętość i promień mikroporów, korzenie
W pracy przedstawiono badania dotyczące wpływu stresu glinowego i miedziowego na wielkość powierzchni właściwej, energetykę adsorpcji pary wodnej i azotu, wielkość zmiennego ładunku powierzchniowego, pojemność kationowymienną, rozkład powierzchniowych stałych dysocjacji oraz geometrię powierzchni mikroporów w korzeniach wybranych roślin jedno i dwuliściennych. Badania przeprowadzono na korzeniach żyta ozimego i pszenicy ozimej oraz na korzeniach dwóch roślin motylkowych reprezentowanych przez łubin wąskolistny i koniczynę łąkową. Do uprawy roślin wybrano metodę hydroponiczną. Charakterystyki powierzchni właściwej, energii adsorpcji i mikroporowatości korzeni oraz zmiany tych właściwości pod wpływem stresorów, badano metodami adsorpcji-desorpcji dwóch adsorbatów: pary wodnej i azotu. Do charakterystyk jonowymiennych (CEC, ładunku powierzchniowego, rozkładu stałych dysocjacji) wykorzystano metodę miareczkowania potencjometrycznego. Stwierdzono, że pod wpływem subletalnych i letalnych stężeń glinu i miedzi zwiększyła się powierzchnia właściwa pozorna (wyznaczana parą wodną) oraz powierzchnia właściwa swobodna (wyznaczana azotem). Zdecydowanie bardziej istotny wzrost powierzchni odnotowano dla korzeni roślin dwuliściennych. Wzrostowi powierzchni towarzyszył spadek średniej energii adsorpcji, związany ze zmniejszeniem się ilości wysokoenergetycznych centrów adsorpcyjnych (najprawdopodobniej grup karboksylowych) i zwiększeniem ilości centrów niskoenergetycznych. Obecność glinu i oraz dodatkowa aplikacja miedzi w pożywce wpłynęły na zmniejszenie się całkowitej pojemności kationowymiennej (CEC) i spadek całkowitego ładunku powierzchniowego (Qv) w korzeniach stresowanych. Zmianie tych wielkości pod wpływem stresorów towarzyszył spadek ilości silnie kwaśnych grup powierzchniowych (generujących najwięcej ładunku powierzchniowego) i wzrost ilości grup słabo kwaśnych. Większe zmiany tych wielkości zachodziły w korzeniach koniczyny i pszenicy. Zmiany powierzchni właściwej i ładunku powierzchniowego korzeni w warunkach stresu wpłynęły na znaczne zmniejszenie się gęstości ładunku powierzchniowego (SCD) badanych korzeni. Zmiany tej wielkości były większe dla korzeni roślin dwuliściennych. Przeprowadzone badania wykazały również wpływ badanych stresorów na zmiany porowatości tkani korzeniowej. Pod wpływem subletalnych stężeń glinu, średni promień i całkowita objętość mikroporów zwiększyły się, natomiast zwiększona aplikacja miedzi prowadziła do zmniejszenia całkowitej objętości mikroporów. Tendencje zmian właściwości powierzchniowych korzeni w warunkach stresowych zależały od rodzaju stresora (glinu lub miedzi) od jego nasilenia a także od genetycznie uwarunkowanej odporności badanych roślin na stresory. Największymi zmianami wielkości powierzchniowych charakteryzowały się korzenie koniczyny a najmniejszy wpływ stresorów odnotowano dla korzeni żyta ozimego.
eISSN:2300-6730
ISSN:1234-4125
Journals System - logo
Scroll to top