Как водные растения реагируют на комбинированное воздействие кадмия и низкого уровня углекислого газа?

Кадмий (Cd), классифицируемый как канцероген для человека, попадает в водные экосистемы в основном в результате промышленных процессов или применения фосфатных удобрений. Высокая растворимость Cd в воде способствует его широкому распространению в водных системах, где он легко поглощается водными растениями и вызывает фитотоксичность.

Для водных растений дефицит углерода — ещё одна распространённая проблема. Однако водные растения выработали механизмы концентрирования CO₂ (ССМ), чтобы противостоять ограничению неорганическим углеродом. Существует очень мало отчётов о комбинированном воздействии Cd и стресса от низкого содержания неорганического углерода на водные растения.

Ottelia alismoides — единственный известный вид, использующий три механизма концентрирования CO₂ (ССМ): факультативный кислотный метаболизм толстянковых (CAM), конститутивное использование бикарбоната (HCO₃^-) и C₄-фотосинтез.

Исследовательская группа по биологии водных растений под руководством профессора Ли Вэя из Уханьского ботанического сада изучила комбинированное воздействие Cd и стресса от низкого содержания неорганического углерода на ССМ у O. alismoides. Они обнаружили, что у O. alismoides наблюдалось повышенное накопление Cd с ростом концентрации Cd.

Обработка Cd вызывала заметную фитотоксичность у O. alismoides, включая повреждение анатомии листьев и ультраструктуры хлоропластов, а также снижение биосинтеза пигментов и флуоресценции хлорофилла.

Метод pH-дрейфа показал, что обработанные Cd растения O. alismoides не могли поглощать HCO₃^-. Суточное изменение кислотности отсутствовало, также наблюдалось значительное снижение активности фотосинтетических ферментов, что указывает на нарушение цикла C₄ и CAM.

Изменения в функциональности ССМ у O. alismoides, вызванные Cd, могут быть связаны с ингибированием ферментов, участвующих в фиксации неорганического углерода, разрушением хлоропластов, а также перераспределением энергии и питательных веществ, задействованных в ССМ и детоксикации Cd.

Результаты опубликованы в статье в журнале Ecotoxicology and Environmental Safety под названием "Responses of CO₂-concentrating mechanisms and photosynthetic characteristics in aquatic plant Ottelia alismoides following cadmium stress under low CO₂."