Effect of Cadmium and Zinc on Metabolism of Spinach

Changes in metabolism of spinach (Spinacia oleracea L., 'Matador' cv.) plants exposed to stress caused by two heavy metals: cadmium and zinc were studied. The distribution of these elements in biomass (in root, leaf blade, petiole), chlorophyll content and activity of glutamate 5-kinase [E.C.2.7.2.11] the enzyme catalyzing the first step of proline biosynthesis were investigated in pot experiments. Results of the experiment revealed the toxic effects of cadmium and zinc at both tested levels (2.5, 25 mg Cd and 50, 500 mg Zn o kg^-1) for spinach. Under these conditions, decrease of glutamate kinase activity in spinach plants grown on contaminated treatments compared with untreated control was found. Allosteric regulation of glutamate kinase activity by free proline creates a possibility for an increase in glutamic acid content due to the synthesis of glutathione and subsequently phytochelatines in plant cells. For this reason the rates of Cd and Zn applied into soil decreased the glutamate kinase activity. The higher doses of both metals negatively affected yield of spinach dry biomass, but only Cd dose (25 mg Cd o kg^-1 soil) was associated with the significant inhibition of aboveground biomass compared with control treatment (by 14 %). The highest contents of both elements were analyzed in blades of spinach leaves. Chlorophyll content was decreased only by higher cadmium dose.

Badano zmiany metabolizmu roślin szpinaku (Spinacia oleracea L., odmiany 'Matador') eksponowanych na stres powodowany przez dwa metale ciężkie: kadm i cynk. W doświadczeniu wazonowym badano rozmieszczenie tych pierwiastków w biomasie (w korzeniach, blaszkach i ogonkach liściowych), zawartość chlorofilu oraz aktywność kinazy glutaminianowej [E.C.2.7.2.11], enzymu katalizującego pierwszy stopień biosyntezy proliny. Wyniki doświadczenia wykazały toksyczny wpływ kadmu i cynku na szpinak w obydwu zastosowanych dawkach (2,5 i 25 mg Cd oraz 50 i 500 mg Zn o kg^-1). W tych warunkach stwierdzono spadek aktywności kinazy glutaminianowej w roślinach szpinaku rosnących w obiektach zanieczyszczonych metalami w porównaniu z obiektem kontrolnych, bez ich dodatku. Regulacja allosteryczna aktywności kinazy glutaminianowej przez wolną prolinę indukuje możliwość zwiększenia zawartości kwasu glutamiowego w wyniku syntezy glutationu, a następnie fitochelatyn w komórkach roślin. Z tego względu dawka Cd i Zn zastosowana do gleby zmniejszyła aktywność kinazy glutaminianowej. Większa dawka obydwu metali ujemnie oddziaływały na plon suchej masy szpinaku, ale tylko dawka 25 mg Cd - kg^-1 gleby wywołała znaczne zahamowanie (o 14 %) wzrostu nadziemnej biomasy w porównaniu z obiektem kontrolnym. Największe zawartości obydwu metali stwierdzono w blaszkach liściowych szpinaku. Zawartość chlorofilu zmniejszyła się tylko po zastosowaniu większej dawki kadmu.