Effect of aluminum on membrane potential of parenchymal cells of root and coleoptile of Zea mays L. seedlings

Abstract

Jak powszechnie wiadomo glin działa fitotoksycznie wyłącznie w środowisku o pH poniżej 5,0 [KOCHIAN 1995]. Pomimo dużej liczby publikacji na temat toksyczności glinu, mechanizm indukowanej przez glin zmiany potencjału membranowego jest słabo poznany. Przedmiotem badań niniejszej pracy było określenie i porównanie wpływu jonów glinu na potencjał membranowy komórek parenchymatycznych korzeni i koleoptyli siewek Zea mays L. Eksperymenty przeprowadzono na 5 mm segmentach korzeni i 10 mm segmentach koleoptyli wycinanych z czterodniowych, etiolowanych siewek kukurydzy. Pomiarów potencjału membranowego dokonywano standardową mikroelektrodową techniką elektrofizjologiczną opisaną przez STOLARKA i KARCZA [1987]. Segmenty korzeni i koleoptyli inkubowano w obecności glinu (w postaci A1C1₃) w stężeniu 10⁻⁵-10⁻³ mol·dm⁻³, odpowiednio przez 3 lub 5 godz., pH środowiska wynosiło 4,2. Ekspozycja segmentów korzeni i koleoptyli siewek kukurydzy na glin przejawiała się depolaryzacją potencjału membranowego ich komórek. Stopień depolaryzacji potencjału zależał od stężenia glinu, czasu ekspozycji oraz od badanego organu (korzeń, koleoptyl). Komórki korzeni, w porównaniu z komórkami koleoptyli, były znacznie bardziej wrażliwe na glin. Uzyskane wyniki mogą potwierdzać hipotezę, w myśl której toksyczne działanie glinu przejawia się obniżeniem aktywności plazmolemowej H+-ATPazy.It is now generally accepted that aluminum becomes phytotoxic only in the pH below 5.0 [KOCHIAN 1995]. In spite of a large number of recent papers published on aluminum toxicity, the mechanism of Al-induced membrane potential changes remains poorly understood. The main objective of the present study was to determine and compare the effect of aluminum ions on the membrane potential of root and coleoptile parenchymal cells of Zea mays L. seedlings. The experiments were caried out with 5 mm-long root and 10 mm-long coleoptile segments cut from four-day-old etiolated maize seedlings. Membrane potential maesurements were performed using standard microelectrode electrophysiology, as described by STOLAREK and KARCZ [1987]. The segments of root and coleoptiles were incubated in the presence 10⁻⁵-10⁻³ mol·dm⁻³ aluminum (A1C1₃) within 3 h and 5 h, respectively. pH of the medium was 4.2. We showed, that the exposure of root and shoot cells of maize to aluminum brought about the depolarization of their membrane potential. Moreover, we determined that the value of depolarization depended on aluminum concentration, time of eksposure and the kind of organ (root, coleoptile). It was also found, that root cells were much more sensitive to aluminum, than coleoptile cells. Our data support the hypothesis, that aluminum changes the activity of plasma membrane H+-ATP