C ZESŁAW A JA SIEW ICZ
W PŁYW MIEDZI N A PO BIERA NIE MANGANU,, CYN K U I ŻELAZA PRZEZ RO ŚLIN Y
CZĘŚĆ II. B A D A N IA W K ULTURACH W ODNYCH
K atedra C hem ii R olnej A k ad em ii R olniczej w K rak ow ie W STĘP
W pow szechn ie przyjętej ocenie poziom u zaopatrzenia roślin w skład n ik i pokarm ow e zw raca się uw agę na gatunek, odmianę, analizow aną część roślin y i fazę w egetacyjn ą. Jako n ajw ażn iejszy elem en t tej oceny p rzyjm u je się zaw artość składników pokarm ow ych w podłożu, pom ijając n iejed n okrotn ie udział procesów antagonizm u, synergizm u jonow ego lub in n ych procesów chem icznych k ształtu jących proces przysw ajania sk ład n ik ów pokarm ow ych przez rośliny. O kreślając granice toksyczności lub niedoboru Zn, Mn, Cu w w arunkach kultur w odnych, za kryterium ocen y p rzyjm u je się najczęściej w ysokość plonu i zaw artość badanego
składnika [2, 3, 8, 9], pom ijając w sp ółdziałan ie inn ych p ierw iastków .
W ystępow an ie takiego w spółdziałania sygn alizują niektóre prace [1, 4—6].
W w arunkach dośw iadczeń w azonow ych z pom idoram i i lnem stw ie r dzono, że efek t tok sycznego działania m anganu m oże być elim in ow an y
przez odpow iednią koncentrację żelaza w podłożu [1]. W zrost poziom u
n aw ożenia pszen icy cynkiem pow odow ał nie tylk o zw iększanie się za w artości tego m ikropierw iastka w roślinach, ale i obniżał koncentrację w nich Fe, Mn i Cu [5]. W p ływ w zrastających daw ek m iedzi b y ł przed m iotem badań prow adzonych z ow sem [4]. Stw ierdzono, że w y so k ie d aw ki Cu zw ięk sza ły zaw artość żelaza w korzeniach owsa oraz m anga nu i cynku w częściach n adziem nych i korzeniach tego zboża.
C elem prow adzonych badań było ok reślen ie w p ły w u w zrastającej k oncentracji m iedzi w p ożyw ce na zaw artość i pobranie Mn, Zn i Fe przez różne gatunki roślin.
W A R U N K I PR O W A D ZEN IA D O ŚW IA D C ZEŃ I M ETO DYKA
R oślinam i testo w ym i były: pszenica jara odm iany Jara, kukurydza — K B 270, rzepak — odm. G orczański, słonecznik — odm. A rm anow - skij 3496 i konopie — odm. B iałobrzeskie.
8 0 С. J a s i e w i c z
Po podkiełkow aniu nasion w krystalizatorach w ysadzono je na tace p lastik ow e napełnione piaskiem rzecznym . W ilgotność podłoża w czasie p rzygotow yw an ia sadzonek do kultur w odnych była utrzym yw ana na poziom ie 50% m aksym alnej pojem ności wrodnej. Po osiągnięciu odpo w iedniej w ielk ości (kukurydza i pszenica — 3 listki, słonecznik i kono p ie — początek pojaw ienia się p ierw szego w łaściw ego liścia i rzepak w m om encie w yk ształcen ia się pierw szego liścia) roślin y przeniesiono
na pożyw kę do słoi o pojem ności 1 dm 3.
Skład p ożyw k i I, na którą zostały przeniesione rośliny, podano w ta beli 1. Na p ożyw ce tej roślin y p rzeb yw ały 14 dni. Po u p ły w ie tego
okre-T a b e l a 1
S k ład p o ży w ek (m g/d m 3)
C om position of n u trien t solu tion (m g/dm 3)
Sól S a lt
P ożyw k a
....i
— N u trien t solu tion
II III
p H = 6 ,0 1 p H = 5 ,8 pH =*5,9
Ca(NOs)2 • 4 HoO 240,00 590,00 690,GO
KHoPO* 7,CO 19,00 29,00 K N Ö 3 10,00 25,00 35,00 KC1 4,00 30,00 40,00 M g S 0 4 • 7 HżO 100,00 245,00 345,00 F e S 0 4 * 7 H20 2,00 5,00 7,50 H -BO e 0,12 0,24 0,34 M nSO i • h2o 0,25 0,50 0,60 ZnSO i • 7 HoO 0,10 0,20 0,30 No2M o04 • 2H20 0,10 0,20 0,30
su p ożyw k ę w ym ien ion o na drugą (II), o składzie podobnym , lecz o w y ż szej koncentracji składników pokarm ow ych. Po 10 dniach dokonano ko lejn ej w y m ia n y na pożyw k ę III o zróżnicow anej zaw artości m iedzi. Na
tle pełnej p ożyw k i zastosow ano n astępujące ilości miedzi: 0,0; 0,05; 0,10;
0,2 0; 0,50; 1,0; 2,0; 5,0 i 1 0 , 0 m g/d m 3; m iedź podaw ano w form ie C u S 0 4.
R ośliny rosły w kulturach w od n ych jeszcze przez k olejn e 10 dni, po czym dośw iadczenie zostało zlikw idow ane. S zczegóły prow adzenia do św iad czeń zaw arte są w m ojej pracy [3].
W Y N IK I I ICH OMÓW IENIE
N ajw y ższy m plonem charakteryzow ała się kukurydza, a n ajn iższym rzepak i pszenica. P lon korzeni badanych gatunków roślin stan ow ił około 30% m asy części nadziem nych. N ajw yższy przyrost plonu pod w p ły w em naw ożenia m iedzią ob serw ow ano u kuk u ryd zy, m ianow icie przyrost
części nadziem nych w yn osił 78%, a korzeni 26% w stosunku do obiek tu kontrolnego. P rzyrost plonu pszenicy i konopi był m n iejszy i w y n o
sił odpow iednio 29,9% i 17,9%) części n adziem nych oraz 27,3%
i 40,0% korzeni. U jem n y w p ły w m iedzi na p lonow anie badanych roślin stw ierdzono przy koncentracji m iedzi w pożyw ce: dla słonecznika i k u
k u ryd zy — 1 m g/d m 3, a dla p szen icy i konopii — 0,5 m g/d m 3. W pływ
ten w zm agał się w m iarę w zrostu koncentracji Cu w pożyw ce.
N ajw yższą zaw artość cynku (rys. 1) stw ierdzono w częściach nad
ziem nych pszenicy, a najniższą w częściach nadziem nych konopi. K o rzenie k ukurydzy ch arak teryzow ały się najniższą zaw artością cynku (41 m g/kg) spośród badanych gatunków roślin, a najw yższą korzenie kono pi (282 m g/kg).
N ajniższe i podobne zaw artości m anganu stw ierdzono w częściach nadziem nych kuk u ryd zy i rzepaku, a n ajw yższe u słonecznika (78,7 m g/kg). K orzenie p szenicy, konopi i k ukurydzy k u m u low ały w ięcej
m anganu niż korzenie słonecznika i rzepaku (rys. 2 ). N ajw ięcej żelaza
stw ierdzono w częściach nadziem nych konopi, a najm niej w częściach nadziem nych pszenicy.
Za m iernik zależności zachodzących m iędzy zaw artością Mn, Zn i Fe w częściach nadziem nych i korzeniach roślin a koncentracją m ie dzi w p ożyw ce p rzyjęto w sp ółczyn n ik i korelacji w ielokrotnej. N ajisto t n iejsze spośród w yprow adzonych rów nań regresji w ielok rotn ej zam iesz
czono w tabelach 2 i 3. Równania określające zaw artość cynku w częś
ciach nadziem nych badanych roślin zostały w yprow adzone dla k uk u rydzy, rzepaku i słonecznika. Zawartość cynku w częściach nadziem nych k ukurydzy była proporcjonalna do zaw artości m iedzi w roślinach i odw rotnie proporcjonalna do koncentracji Cu w pożyw ce. O zaw ar
tości Zn w częściach nadziem nych słonecznika decydow ała zaw artość
m anganu i m iedzi, a w rzepaku — żelaza i m anganu. Istotne zależnoś ci w y stęp o w a ły m iędzy zaw artością cynku w korzeniach rzepaku i ko nopi a zaw artością Cu w roztworze. Ilość m anganu w częściach nadziem nych kukurydzy, rzepaku, słonecznika i konopi można było z dużym praw dopodobieństw em określić na p odstaw ie zaw artości w nich żelaza,
cynku i m iedzi. Zawartość m anganu w częściach nadziem nych rzepa
ku i słonecznika była proporcjonalna do zaw artości cynku i żelaza. O zaw artości Mn w kukurydzy decydow ała zaw artość Cu i Fe w częś
ciach nadziem nych, a w konopiach — koncentracja m iedzi w p oży w
ce i zaw artość żelaza w badanych częściach roślin.
Istotne zależności m iędzy zaw artością m anganu w korzeniach bada nych gatunków roślin a zaw artością pozostałych m ik roelem en tów stw ier dzono tylko dla kukurydzy i pszenicy. Z dużym praw dopodobieństw em można określić zawTartość Mn w korzeniach p szenicy na podstaw ie za w artości Cu w korzeniach i koncentracji m iedzi w roztworze.
82 С. J a s i e w i c z
R ys. 1. W p ływ różnych k on cen tracji m ied zi w pożyw ce na zaw artość Cu i Zn w bad an ych roślinach: A — części nad ziem n e, В — korzenie, С — stosu n ek z a w a rto ści Cu i Zn w korzen iach do tegoż stosu n k u w częściach nadziem nych;
1 — kukurydza, 2 — p szenica, 3 — rzepak, 4 — słonecznik, 5 — konopie F ig. 1. E ffect of variou s con cen tration s of copper in n u trien t solu tion on the con ten t of Cu and Zn of in v estig a ted plants: A — plant tops, В — roots, С — relation of con cen tration Cu and Zn in roots to top plants; 1 — m aize, 2 — w h ea t,
Rys. 2. W pływ różnych k on cen tracji m ied zi w p ożyw ce na zaw artość Mn i Fe w b ad an ych roślinach: A — części n adziem ne, В — korzenie, С — stosu n ek z a w a rto ści Mn i Fe w korzeniach do tejże zaw artości w częściach nadziem nych;
1 — kukurydza, 2 — pszen ica, 3 — rzepak, 4 — słon eczn ik , 5 — konopie Fig. 2. E ffect of variou s con cen tration s of copper in n u trien t solu tion on the content of Mn and Fe of in v estig a ted plants: A — p lan t tops, В — roots, С — relation of con cen tration Mn and F e in roots to top plants; 1 — m aize, 2 — w heat,
C zynniki określające zaw artość Zn, Mn i Fe w częściach n ad ziem n ych bad an ych roślin (rów nania reg resji w ielok rotn ej) Factors determ ining the content of Zn, Mn and Fe in th e tops of in v estig a ted plants (m ultiple reg ressio n equations)
T a b e l a 2
P ierw iastek
E lem en t R oślina — P lant
Z m ienne n iezależn e In d ependent va ria b les
W sp ółczyn n ik i rów nania regresji
C o efficien ts of regression equation a R
H i i i H L
_
H H b0 1 Ъх 1 b2 j Ъг 1 bikukurydza - m aize Cu Cu» — — 93,86 - 2 .3 5 9,38 — — 0.02 0,842
pszenica — w h eat — — — — — — — — — — — Zn rzepak — rape Fe Mn — — -9,39 0,33 0,99 — — 0,008 0,882 słonecznik — su n flow er Mn Cu — — 20,08 0,46 1,06 — — 0,01 0,856 konopie — hem p — — — — — — — — — — — kukurydza — m aize Cu Fe — — 21,69 0,32 0,09 — — 0,0001 0,970 pszenica — w heat — — — — — — — — — — — Mn rzepak — rape Zn Fe — — 12,10 0,31 0,05 — — 0,03 0,816 słonecznik — su n flow er Zn Fe — — - 4 8 ,6 4 1,13 0,24 — — 0,009 0,876
konopie — hem p Cun Zn — — - 2 ,9 9 4,24 1.30 — — 0,002 0,922
kukurydza — m aize Mn Cu — — -1 1 6 ,3 9 6,69 - 1 ,3 4 — — 0,004 0,908
pszenica — w h eat — — — — — — — — — — __
Fe rzepak — rape Zn Cun — — 25,07 1,29 -1 ,5 3 — — 0,02 0,850
słonecznik — su n flow er CUn Mn — 128,50 - 8 ,7 6 1,40 — — 0,003 0,916
konopie — hem p Cu Cu:l — — 179,44 4,43 -1 8 ,5 7 — — 0,008 0,885
R — w s p ó łc z y n n ik k o r e la c j i — c o e f f ic ie n t o f c o r r e la tio n .
a — p o z io m is t o tn o ś c i — s ig n if i c a n c e le v e l.
C u n — k o n c e n t r a c ja w r o z t w o r z e — c o n c e n tr a tio n in s o lu tio n .
C zynniki określające zaw artość Zn, Mn i Fe w korzeniach badanych roślin (rów nania regresji w ielok rotn ej) F actors d eterm in in g the content of Zn, Mn and Fe in th e roots of in v estig a ted p lan ts (m ultiple regression equations)
P ierw iastek E lem ent Zn Mn Fe R oślina — Plant Z m ienne n iezależn e In d ependent v a ria b les Xi
kukurydza — m aize
pszenica — w heat — _
rzepak — rape Cu„ Fe
słonecznik — sunflow er — _
konopie — hemp Fe Cun
kukurydza — m aize Cu Cu„
pszenica — w heat Cu Cu„
rzepak — rape —
słonecznik — sunflow er — _
konopie — hemp —
kukurydza — m aize Cu Cu„
pszenica --- w heat Cu Cun
rzepak - rape Cu Cun
słonecznik — sunflow er Cu Cu„
k onopie — hem p Cu Zn
- p a trz tab . 2 — E x p la n a tio n s e e T able 2.
Fe
Mn
Zn
x 4
W spółczynniki rów nania regresji C oefficien ts of regression equation
b i Zn R 4,45 - 3 ,2 0 0,14 — — 0,04 0,799 23,80 0,22 -5 3 ,2 3 — — 0,0002 0,965 5,62 — 0,45 75,75 0,30 - 1 ,5 5 0,004 0,981 101,11 - 0 ,0 5 0,95 — — 0,005 0,895 315,71 1,18 -1 8 4 ,4 6 1,84 — 0,00001 0,996 616,43 0,66 -3 1 ,7 1 — — 0,0003 0,963 545,62 0,13 -2 9 ,8 7 — — 0,004 0,905 709,42 0,51 -1 6 6 ,2 7 - 3.20 — 0,0003 0,984 305,85 0,18 2,93 — — 0,00001 0,994
8 6 С. J a s i e w i c z
Z aw artość żelaza w częściach nadziem nych k uk u ryd zy (tab. 2) była dodatnio skorelow ana z zaw artością m anganu i ujem nie z zaw artością m iedzi. Poziom zaw artości Cu w roztw orze b ył u jem nie sk orelow an y z zaw artością żelaza w rzepaku, słoneczniku i konopiach. Zawartość m anganu w częściach nadziem nych kuk u ryd zy i słonecznika b yła de term inow ana zaw artością żelaza w tych roślinach. Ilość żelaza w korze niach k ukurydzy, pszenicy, rzepaku, słonecznika i konopi była w prost proporcjonalna do zaw artości Cu i odw rotnie proporcjonalna do kon centracji m iedzi w pożyw ce (w yjątk iem b y ły konopie).
W N IO SK I
1. W w arunkach prow adzonych badań z w yb ran ym i gatunkam i roślin n ajw ięcej statystyczn ie udow odnionych zależności stw ierdzano m ięd zy koncentracją m iedzi w p ożyw ce a zaw artością żelaza w roślinach, m niej z zaw artością m anganu, zaś najm niej z zaw artością cynku.
2. W zrost koncentracji Cu w p ożyw ce pow oduje w zrost zaw artości
żelaza w korzeniach p szen icy i słonecznika, a w przypadku k uk u ryd zy i konopi rów nież w częściach nadziem nych, natom iast m anganu w częś ciach nadziem nych kuk u ryd zy i konopi.
3. W artości w sp ółczyn n ik ów korelacji i w yprow adzone rów nania reg resji w ielok rotn ej, dotyczącej pobrania Zn, Mn i Fe przez badane ga tunki roślin, wskazują, że zm iany koncentracji m iedzi w roztw orze p ow od ow ały zm iany w pobraniu pozostałych badanych m ik roelem en tów .
L IT ER A TU R A
[ i j A l v a r e z - T i n a u t M. C., L e a l A. Iron—m an gan ese in teraction and its relation to boron lev els in tom ato plants. P lan t and S oil 1980, t. 55: 377— 388.
[2] F a l e s L. M anganese d eficien cy and to x ic ity in w heat: in flu en ce on grow th and forage q u ality of herbage. A grcn. J. 1982, t. 74, 6 : 1070— 1073.
[3] J a s i e w i c z Cz. W yniki badań г.ad to k sy czn y m d ziałan iem m ied zi na w y brane gatu n k i roślin. A cta Agr. et S ilv., ser. Agr., 1989, 28: 73— 84.
[4] J u r k o w s k a H., R o g ó ż A. Z aw artość sk ła d n ik ó w m in era ln y ch w roślin ach ow sa w zależności od daw ki i form y n aw ożen ia m ied ziow ego. Cz. II. M ikro elem en ty . A cta Agr. et S ilv., ser. Agr., 1988, 27: 155— 166.
[5] К u m a r V., B h a t i a B. K., S h u к 1 a U. C. M agnesium and zinc r e la tio n ship in relation to dry m atter yield and the concentration and uptake of n u
trien ts in w h eat. S oil Sei., 1981, 131: 151— 155.
[6] M o r a g h a n I. T. D ifferen tia l resp on ses of fiv e sp ecies to phosphorus and zinc fertilizers. P la n t A nal., 1984, 15, 4: 437— 447.
[7] M o r a g h a n I. T. D istrib u tion of selected elem en ts w ith in fla x p lan ts as a ffected b y FeED D H A . P la n t and S o il 1980, 54, 1: 153— 158.
[8] O h к i K. M anganese d eficien cy and to x ic ity e ffe c ts on grow th, d ev elo p m en t and n u trien t com p osition in w h eat. A gron. J. 1984, 76, 2: 213— 218.
[9] O h к i K. Z inc n u trition rela ted to c ritica l d eficien cy and to x ic ity le v e ls for sorghum . A grom . J. 1984, 76, 2: 253— 256. 4 . Я севич В Л И Я Н И Е М ЕДИ Н А У С В А И В А Н И Е Mn, Zn И F e РА С ТЕН И Я М И Ч. И. И С С Л ЕД О ВА Н И Я В В О Д Н Ы Х К У Л Ь Т У Р А Х К а ф е д р а агрохим ии К рак ов ск ой сел ьск охозяй ств ен н ой академ ии Р е з ю м е И сследов ан и я проводили сь в у сл ов и я х водны х к ул ь тур. Тестовы ми р а ст е ниями бы ли рапс, к у к у р у за , солнечник, пш еница и конопля. Р астен и я на питательной ср еде с различны м сод ер ж ан и ем Си (0,0, 0,05, 0,10, 0,20, 0,50, 1,0, 2,0, 5,0 и 10,0 мг/дм3) д е р ж а л и в т еч ен и е 10 дней. П осле уборки оп р едел я л и у р о ж а й сухого вещ еств а к орн ей и н адзем н ы х частей, а т а к ж е оп р едел я л и со д ер ж а н и е Cu, Mn, Zn и Fe. У становлены сущ ествен н ы е зависим ости м е ж д у содер ж ан и ем F e и Мп в н адзем н ы х ч астя х и к ор н я х к у к у р у зы , пш ени цы и коноп ли и конц ентрац ией меди в растворе. В ы веденны е уравн ен и я м н ож ествен н ой регресси и о п р ед ел я ю щ ие со д ер ж а н и е или усваи вание Mn, Zn и F e исследуем ы м и видами растений п оказали , что повы ш ение к онц ентрац ии Си в растворе имеет реш аю щ е з н а чени е дл я ее со д ер ж а н и я в р астен и я х, но и обусловливает со д ер ж а н и е и у с ваивание Mn, Zn и Fe. С. J A S IE W IC Z
COPPER EFFECT ON THE Mn, Zn A ND Fe U PT A K E BY P L A N T S PA R T II. IN V E ST IG A T IO N S IN W ATER C ULTUR ES D e p a r tm e n t o f A g r ic u lt u r a l C h e m is tr y , A g r ic u ltu r a l U n iv e r s it y o f C r a c o w
S u m m a r y
The in v estig a tio n s w ere carried out in w ater cultures. The test p lan ts w ere rape, m aize, su n flow er, w h ea t and hem p. The p lan ts w ere kept for 10 days on the n u trien t m ed iu m w ith d ifferen t Cu con ten t (0.0, 0.05, 0.10, 0.20, 0.50, 1.0, 2.0, 5.0 and 10.0 m g /d m 3). A fter the h arvest the dry m atter y ield of roots and tops as w e ll as the Cu, Mn, Zn and Fe con ten t w ere determ in ed .
S ig n ifica n t relation sh ip s b etw een the Fe and Mn content in tops and roots of m aize, w h ea t and hem p and the copper con cen tration in the so lu tio n w ere found. The m u ltip le regression eq u ation s d eterm in in g th e con ten t and up tak e of
8 8 С. J a s i e w i c z
Mn, Zn and Fe by the p lan ts tested prove th at th e Cu con ten t in the solu tion is resp on sib le not only for its con ten t in plants, but also d eterm in es the co n ten t and uptak e of Mn. Zn and Fe.
Dr C. J a s i e w i c z P r a c a w p ł y n ę ł a d o r e d a k c j i w l i p c u 1990 r.
K a t e d r a C h e m i i R o l n e j
A k a d e m i a R o l n i c z a w K r a k o w i e :i 1-120 K r a k ó w , M i c k i e w i c z a 21
