Impact of heavy metals on germination and seedling growth of Triticale plants aft er seed priming with zeatin

Abstract

The effect of heavy metal compounds (cadmium, cobalt, manganese) on germination and seedlings growth of Triticale (×Triticosecale Wittmack, cv. ADM9 Synthetic) after pre-sowing seed priming with cytokinin was studied. Contamination of agricultural land with pollutants of anthropogenic origin has become a particular threat in Ukraine, where the content of heavy metal compounds in soil has increased significantly as a result of military actions. Plants, especially cereals, absorb heavy metals and accumulate them in themselves, which prevents their growth and poses a health hazard to consumers. One way to mitigate the negative effects of heavy metals on plants is an application of exogenous phytohormones. In the present research, the effect of CdCl₂, Co(NO₃)₂ and MnSO₄ solutions at concentrations of 50 μM, 100 μM, 250 μM on germination and growth of Triticale seedlings after priming seeds with a zeatin solution (10⁻⁶ M) was studied. The experiments showed that heavy metals negatively affect the germination of Triticale seeds and the further seedling growth. They had a particularly detrimental effect on the development of the root system. Cadmium, cobalt and manganese at different concentrations altered the final germination rate and the seedling linear parameters differently. Cadmium demonstrated the most toxic effect on seedling growth whereas manganese was not toxic at low concentrations. All the elements studied had a harmful impact at a concentration of 250 μM. The results of seed priming with cytokinins to mitigate the inhibitory effect of heavy metals on Triticale plant growth depended on the nature of the metal and its concentration. The obatined data can be taken into account in the future in developing experimental designs for continuing research aimed at developing biotechnologies to overcome the consequences of soil contamination with cadmium, cobalt and manganese compounds.Досліджено вплив сполук важких металів (кадмію, кобальту, мангану) на проростання та ріст проростків тритикале (×Triticosecale Wittmack, сорт ADM9 Синтетик) за передпосівного праймування насіння цитокініном. Забруднення сільськогосподарських угідь полютантами антропогенного походження набуло загрозливих масштабів в Україні, де вміст сполук важких металів у ґрунті внаслідок воєнних дій значно зріс. Рослини, зокрема злаки, поглинають важкі метали й накопичують їх у своїх частинах, що сповільнює їхній ріст і становить небезпеку для здоров’я споживачів. Одним із шляхів подолання негативного впливу важких металів на рослини є застосування екзогенних фітогормонів. У статті наведено результати вивчення впливу розчинів CdCl₂, Co(NO₃)₂ і MnSO₄ у концентраціях 50, 100, 250 мкM на проростання та ріст проростків тритикале за праймування насіння розчином зеатину (10⁻⁶ М). Показано, що важкі метали негативно впливали на проростання насіння тритикале й подальший ріст проростків. Особливо згубно вони діяли на розвиток кореневої системи. Кадмій, кобальт та манган у різних концентраціях змінювали швидкість проростання та лінійні параметри проростків диференційовано. Кадмій виявляв найбільш токсичний вплив на ріст проростків, тоді як манган у низьких концентраціях не був токсичним. Усі досліджені елементи спричиняли шкідливу дію за концентрації 250 мкМ. Результати праймування насіння цитокінінами для подолання інгібувального впливу важких металів на ріст рослин тритикале залежали від природи металу і його концентрації. Отримані дані можуть бути враховані в майбутньому під час складання дизайну експериментів для продовження досліджень, спрямованих на розроблення біотехнологій подолання наслідків забруднення ґрунтів сполуками кадмію, кобальту та мангану.