Morphological and anatomical differences and reaction to zinc of the pseudometallophyte Viola tricolor L. grown hydroponically

Pseudometalofit, fiołek trójbarwny (Viola tricolor L.), jest gatunkiem rozpowszechnionym w Europie na glebach zanieczyszczonych metalami ciężkimi, galmanowych (Zn/Pb) i miedzionośnych oraz na niezanieczyszczonych. Zdolność do zasiedlania terenów zanieczyszczonych metalami ciężkimi wymaga od roślin wykształcenia różnych adaptacji, tj. np.: zmniejszenie biomasy części nadziemnych, wykluczanie metali ze szczególnie wrażliwych tkanek i organów. Celem pracy było wykazanie różnic morfologiczno-anatomicznych między roślinami z populacji metalicznej i niemetalicznej V. tricolor hodowanymi w jednakowych warunkach hodowli hydroponicznej oraz zbadanie reakcji fizjologicznej roślin w odpowiedzi na umiarkowane (100 µM) i wysokie (1000 µM) stężenia cynku. Wykazano istotne statystycznie różnice morfologiczne między badanymi populacjami – rośliny pochodzące z populacji metalicznej charakteryzowały się mniejszą powierzchnią największego liścia, mniejszą wysokością rośliny, liczbą liści. Nie różniły się natomiast poziomem fluorescencji chlorofilu oraz innymi cechami morfologiczno-anatomicznymi. Zarówno sprawność fotosystemu II jak i poziom endogennego nadtlenku wodoru (markery stresu), były takie same u roślin z obu populacji, niezależnie od zastosowanego stężenia cynku. Barwienie histochemiczne na obecność cynku wykazało obecność tego metalu przede wszystkim w korzeniach i w niewielkich ilościach w liściach, potwierdzając strategię wykluczania cynku z pędów. Uzyskane wyniki świadczą o genetycznym utrwaleniu niektórych cech morfologicznych o charakterze adaptacyjnym oraz o wrodzonej tolerancji V. tricolor na podwyższone stężenia cynku.

Heartsease (Viola tricolor L.) is a widespread pseudometallophyte species in Europe, occurring on both, polluted (calamine or cupriferous) and non-polluted soils. The ability to survive and thrive on heavy-metal-polluted areas requires from plants development of various adaptations, such as reduction of aboveground biomass or metal exclusion from sensitive tissues and organs. The aim of this study was to find morphological and anatomical differences between specimens from metalliferous and non-metalliferous populations of V. tricolor, grown under uniform, hydroponic conditions and to describe their physiological response to moderate (100 µM) and high (1000 µM) zinc concentrations. Statistically significant differences were found between examined populations – specimens from metalliferous population were smaller – had smaller area of the biggest leaf, lower height and formed fewer leaves. There were no differences in chlorophyll fluorescence level and other morphological traits between these two populations. Both, photosystem II efficiency and endogenous hydrogen peroxide concentration (stress markers) were similar in specimens from both populations and zinc treatments. Histological detection of zinc with metallochrome indicator – dithizone, revealed high concentration of zinc in roots but low in leaves, what confirms zinc exclusion strategy. Results suggest that some adaptive morphological traits are genetically established in V. tricolor and its tolerance to zinc is a constitutive character.