Effect of hydrogen sulfide on cadmium and macro and micronutrients uptake by 𝘓𝘦𝘶𝘤𝘢𝘦𝘯𝘢 𝘭𝘦𝘶𝘤𝘰𝘤𝘦𝘱𝘩𝘢𝘭𝘢

Abstract

Environmental contamination with Cadmium (Cd) is a great concern due to its hazardous effects on living organisms. Cd levels in agricultural soils are increasing because of industrial expansion and pesticide use. The aim of this research is to study the role of hydrogen sulphide (H2S) on the uptake of Cd by Leucaena Leucocephala to improve its metal tolerance for phytoremediation purposes. Different parameters were determined, including radicle length, plant growth, relative water content, chlorophyll, catalase production, Cd uptake, and macro/micronutrient content. Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP/OES) was used to quantify Cd content and macro/micronutrients in plant tissues. L. Leucocephala plants exposed to different Cd concentrations did not show significant difference in Cd uptake in roots, but a significant increase in Cd content was observed in stems as Cd levels in the media increased. The highest Cd content (830 ± 20 mg/kg) was found in stems exposed to 15 mg/L Cd, and no Cd was detected in leaves. Data show that as Cd concentration increased in the media, Ca, Mg, K, Zn, and Mn decreased in roots. Moreover, while the presence of Cd reduced catalase activity in roots, chlorophyll production was not affected. On the other hand, plants exposed to different Ca concentrations show a significant difference in Cd uptake in root. Results showed that as Ca concentration increases in the media the uptake of Cd decrease, showing a reduction of 92% at 80 ppm of Ca in root. Results may agree with the hypothesis that Cd enters to plant cells through Ca channels. A significant difference in radicle length and chlorophyll was observed in plants exposed to 5ppm of Cd and different NaHS concentrations. Addition of NaHS to the media shows a significant increase in Cd uptake by roots as NaHS concentration in media increased. Maximum Cd uptake (7670 ± 102 mg/kg) was found in roots exposed to 100 μM of NaHS. A significant reduction in catalase activity was observed in root system due to Cd concentration inside plant tissues. Results suggested that NaHS helps decrease the toxic effect of Cd on the growth and development of plants.

La contaminación ambiental con Cadmio (Cd) es una gran preocupación debido a sus efectos peligrosos en los organismos vivos. Los niveles de cadmio (Cd) en los suelos agrícolas están aumentando debido a la expansión industrial y al uso de pesticidas. El objetivo de esta investigación es estudiar el papel del sulfuro de hidrógeno (H2S) en la absorción de Cd por la planta Leucaena Leucocephala con la finalidad de utilizarla para la fitorremediación. Se determinaron diferentes parámetros que incluyen la longitud de la radícula, el crecimiento de la planta, el contenido relativo de agua, la clorofila, la producción de catalasa y la absorción de Cd, el contenido de macro/micronutrientes. Se utilizó espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP/OES) para cuantificar el contenido de Cd, macro/micronutrientes en los tejidos vegetales. Las plantas de Leucaena Leucocephala expuestas a diferentes concentraciones de Cd no mostraron una diferencia significativa en la absorción de Cd en las raíces, pero se observó un aumento significativo en el contenido de Cd en los tallos a medida que aumentaban los niveles de Cd en el medio. El contenido de Cd más alto (830 ± 20 mg/kg) se encontró en tallos expuestos a 15 mg/L de Cd y no se detectó Cd en las hojas. Los datos muestran que a medida que aumenta la concentración de Cd en el medio, Ca, Mg, K, Zn y Mn disminuyen en las raíces. Además, la presencia de Cd redujo la actividad de la catalasa en las raíces, pero la producción de clorofila no se vio afectada. Por otro lado, las plantas expuestas a diferentes concentraciones de Ca muestran una diferencia significativa en la absorción de Cd en la raíz. Los resultados mostraron que a medida que aumenta la concentración de Ca en el medio, la absorción de Cd disminuye, mostrando una reducción del 92% a 80 ppm de Ca en la raíz. Los resultados pueden concordar con la hipótesis de que el Cd ingresa a las células vegetales a través de canales de Ca. Se observó una diferencia significativa (p < 0.05, Fisher ́s LSD) en la longitud de la radícula y la clorofila en plantas expuestas a 5ppm de Cd y diferentes concentraciones de NaHS. La adición de NaHS a los medios muestra un aumento significativo en la absorción de Cd por las raíces a medida que aumenta la concentración de NaHS en los medios. La absorción máxima de Cd (7670 ± 102 mg/kg) se encontró en raíces expuestas a 100 μM de NaHS. Se observó una reducción significativa en la actividad de la catalasa en el sistema radicular debido a la concentración de Cd dentro de los tejidos de la planta. Los resultados sugirieron que el NaHS ayuda a disminuir el efecto tóxico del Cd en el crecimiento y desarrollo de las plantas.