Effects of some heavy metals on germination and early seedling growth of maize (Zea mays L.)

Abstract

This study was carried out to determine the effects of different heavy metals and its doses on germination and early seedling stage of maize (Zea mays L.) at the Akdeniz Univesity, Agricultural Faculty, Department of Field Crops in 2017. Heavy metals such as lead (Pb), nickel (Ni), chromium (Cr), cadmium (Cd) and mercury (Hg) and its doses such as 0 (control), 100, 200, 400 and 800 mg L-1 were used as experimental factors. This research was laid out on the factorial arrangements design in randomized parcels with 4 replications. Germination percentage (%), germination index, mean germination time (day), radicle length (mm), plumula length (mm), radicle fresh weight (mg plant-1), plumula fresh weight (mg plant-1), radicle dry weight (mg plant-1) and plumula dry weight (mg plant-1) properties were investigated in germination and early seedling stage of maize. As results of this study, Toxicity effects of heavy metals used in this research were listed as mercury> cadmium> lead> chromium> nickel. Also, in 400 and 800 mg L-1 doses of mercury and cadmium heavy metals were found to be more toxic than the same doses of others. 100 and 200 mg L-1 doses of heavy metals used in this work caused the stimulant effects on germination and early seedling stage of maize.

Keywords

• heavy metals
• germination
• early seedling stage
• maize
• Zea mays L.

Bazı ağır metallerin at dişi mısır (Zea mays L.)’da çimlenme ve erken fide gelişimi üzerine etkileri

Abstract

Bu çalışma Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarla Bitkileri Bölümünde 2017 yılında at dişi mısırda (Zea mays L.) bazı ağır metallerin çimlenme ve erken fide gelişimi üzerine etkisini belirlemek için yürütülmüştür. Ağır metaller olarak kurşun (Pb), nikel (Ni), krom (Cr), kadmiyum (Cd) ve cıva (Hg) ve ağır metal dozları olarak 0 (kontrol), 100, 200, 400 ve 800 mg L-1 dozları kullanılmıştır. Deneme tesadüf parsellerinde faktöriyel deneme desenine göre 4 tekerrürlü olarak 120 mm çapındaki Petri kutularında yürütülmüştür. Çimlenme ve erken fide evresinde çimlenme oranı (%), çimlenme indeksi, ortalama çimlenme süresi (gün), kök uzunluğu (mm), sürgün uzunluğu (mm), kök yaş ağırlığı (mg bitki-1), sürgün yaş ağırlığı (mg bitki-1), kök kuru ağırlığı (mg bitki-1) ve sürgün kuru ağırlığı (mg bitki-1) özellikleri incelenmiştir. Bu çalışmanın sonuçlarına göre at dişi mısırın çimlenme ve ilk fide evresinde ele alınan ağır metallerin toksikolojik etkisi “cıva>kadmiyum>kurşun>krom>nikel” şeklinde sıralanabilir. Ayrıca Hg ve Cd ağır metallerinin 400 ve 800 mg L-1 dozları diğer ağır metallerin aynı dozlarından daha fazla toksik etkide bulunmuştur. Ele alınan ağır metal dozlarından 100 ve 200 mg L-1 dozları çimlenme ve erken fide evresinde at dişi mısır üzerinde uyarıcı etki yaratmıştır.

Keywords

• ağır metaller
• çimlenme
• erekn fide evresi
• mısır
• Zea mays L.

References

1. [1] Çeliktaş, N., Can, E., Atış, İ., & Ertekin, İ. (2018). Dallı darı tohum çimlenme oranlarının FT-NIRS ile belirlenmesi. Uluslararası Katılımlı Türkiye 6. Tohumculuk Kongresinde Sözlü Sunumu, Niğde.
2. [2] Atış, İ. (2011). Bazı silajlık sorgum (Sorghum bicolor L. Moench) çeşitlerinin çimlenmesi ve fide gelişimi üzerine tuz stresinin etkileri. Süleyman Demirel Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 6(2), 58-67.
3. [3] Atis, I., Kokten, K., Hatipoglu, R., Yilmaz, S., Atak, M., & Can, E. (2012). Plant density and mixture ratio effects on the competition between common vetch and wheat. Australian Journal of Crop Science, 6(3), 498-505.
4. [4] Konuşkan, Ö., Gözübenli, H., Atiş, İ., & Atak, M. (2017). Effects of salinity stress on emergence and seedling growth parameters of some maize genotypes (Zea mays L.). Turkish Journal of Agriculture - Food Science and Technology, 5(12), 1668-1672. https://doi:10.24925/turjaf.v5i12.1668-1672.1664
5. [5] Kılıç, E., Ertekin, İ., & Çakmakçı, S. (2015). Adi fiğ (Vicia sativa L.)’de farklı aşılama yöntemleri ile bakteri (Rhizobium pisi) aşılamasının verim ve azot fiksasyonu üzerine etkileri. 11. Tarla Bitkileri Kongresinde Poster Sunumu, Çanakkale.
6. [6] Ertekin, İ., Yılmaz, Ş., Atak, M., Can, E., & Çeliktaş, N. (2017). Tuz stresinin bazı yaygın fiğ (Vicia sativa L.) çeşitlerinin çimlenmesi üzerine etkileri. Mustafa Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 22(2), 10-18.
7. [7] Ertekin, İ., Yılmaz, Ş., Atak, M., & Can, E. (2018). Effects of different salt concentrations on the germination properties of Hungarian vetch (Vicia pannonica Crantz.) cultivars. Turkish Journal of Agricultural and Natural Sciences, 5(2), 175-179. https://doi:10.30910/turkjans.421361
8. [8] Aygün, Y.Z., & Mert, M. (2020). Toprak düzenleyicileri ve azot uygulamalarının pamukta (Gossypium hirsutum L.) verim ve lif teknolojik özelliklere etkisi. Biyolojik Çeşitlilik ve Koruma, 13(3), 290-297. https://doi:10.46309/biodicon.2020.783255

9. [9] Ertekin, İ., & Çakmakçı, S. (2020). Effect of different rates of bacteria (Rhizobium leguminosarum) inoculated in seed on yield and some quality parameters of common vetch (Vicia sativa L.). KSU Journal of Agriculture and Nature, 23(2), 343-348. https://doi:10.18016/ksutarimdoga.vi.562310
10. [10] Ertekin, İ., Atış, İ., & Yılmaz, Ş. (2020). Bazı fiğ türlerinin yem verim ve kalitesi üzerine farklı organik gübrelerin etkisi. Mustafa Kemal Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 25(2), 243-255. DOI: 10.37908/mkutbd.739805
11. [11] Ertekin, E.N., Ertekin, İ., & Bilgen, M. (2020). Effects of some heavy metals on germination and seedling growth of sorghum. KSU Journal of Agriculture and Nature, 23(6), 1608-1615. https://doi:10.18016/ksutarimdoga.v23i54846.722592
12. [12] Bozdogan-Sert, E., Turkmen, M., & Cetin, M. (2019). Heavy metal accumulation in rosemary leaves and stems exposed to traffic-related pollution near Adana-İskenderun Highway (Hatay, Turkey). Environmental Monitoring and Assessment, 191, 553. https://doi:10.1007/s10661-019-7714-7
13. [13] Akar, M., & Atis, İ. (2018). The effects of priming pretreatments on germination and seedling growth in perennial ryegrass exposed to heavy metal stress. Fresenius Environmental Bulletin, 27(10), 6677-6685.
14. [14] Baker, A.J.M., & Brooks R.R. (1989). Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metallic elements- A review of their distribution, ecology and phytochemistry. Biorecovery, 1, 81-126.
15. [15] Ernst, W.H.O. Verkleji, J.A.C., & Schat, H. (1992). Metal tolerance in plants. Acta Botanica Neerlandica, 41, 229-248.
16. [16] Atasever, M., Yılmaz, Ş., & Ertekin, İ. (2020). Ekim zamanının Amik ovası koşullarında yetiştirilen bazı mısır (Zea mays L.) çeşitlerinde ot verimi ve kalitesine etkisi. Mustafa Kemal Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 25(3), 326-340. https://doi:10.37908/mkutbd.694216
17. [17] Kizilsimsek, M., Ozturk, C., Yanar, K., Ertekin, I., Ozkan, C.O., & Kamalak, A. (2017). Associative effects of ensiling soybean and corn plant as mixtures on the nutritive value, fermentation and methane emission. Fresenius Environmental Bulletin, 26(10), 5754-5760.
18. [18] ISTA. (1993). International Rules for Seed Testing, International Seed Testing Association. Seed Science Technology, Zürich, Switzerland, 21, pp. 289.
19. [19] Copeland, L.O., & McDonald, M.B. (2001). Principles of Seed Science and Technology. Kluwer Academic Publishers, Massachusetts, USA, pp. 467.
20. [20] Ellis, R.H., & Roberts, E.H., (1981). The quantification of ageing and survival in orthodox seeds. Seed Science and Technology, 9, 373-409.
21. [21] Ayhan, B., Ekmekçi, Y., & Tanyolaç, D. (2007). Erken fide evresindeki bazı mısır çeşitlerinin ağır metal (kadmiyum ve kurşun) stresine karşı dayanıklılığının araştırılması. Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8(2), 411-422.
22. [22] Mishra, A., & Choudhuri, M. A. (1998). Amelioration of lead and mercury effects on germination and rice seedling growth by antioxidants. Biologia Plantarum, 41(3), 469-473.
23. [23] Gyawali, R., & Lekhak, H. D. (2006). Chromium tolerance of rice (Oryza sativa L.) cultivars from Kathmandu Valley, Nepal. The Scientific World Journal, 4(4), 102-108.
24. [24] Akıncı, S., & Akıncı, İ.E. (2011). Nikelin ıspanakta (Spinacia oleracea) çimlenme ve bazı fide büyüme parametreleri üzerine etkisi. Ekoloji, 20(79), 69-76.
25. [25] Fang, Z., Hu, Z., Zhao, H., Yang, L., Ding, C., Lou, L., & Cai, Q. (2017). Screening for cadmium tolerance of 21 cultivars from Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam) during germination. Grassland Science, 63, 36-45. https://doi:10.1111/grs.12138
26. [26] He, J., Ren, Y., Chen, X., & Chen, H. 2014. Protective roles of nitric oxide on seed germination and seedling growth of rice (Oryza sativa L.) under cadmium stress. Ecotoxicology and Environmental Safety, 108, 114-119. https://doi:10.1016/j.ecoenv.2014.05.021
27. [27] Akıncı, İ. E., & Çalışkan, Ü. (2010). Kurşunun bazı yazlık sebzelerde tohum çimlenmesi ve tolerans düzeyleri üzerine etkisi. Ekoloji, 19(74), 164-172. https://doi:https://doi.org/10.5053/ekoloji.2010.7420
28. [28] Ahmad, I., Akhtar, M. J., Asghar, H. N., & Zahir, Z. A. (2013). Comparative efficacy of growth media in causing cadmium toxicity to wheat at seed germination stage. International Journal of Agriculture And Biology, 15, 517-522.
29. [29] Akinci, I.E., & Akinci, S. (2010). Effect of chromium toxicity on germination and early seedling growth in melon (Cucumis melo L.). African Journal of Biotechnology, 9(29), 4589-4594.
30. [30] Gedik, O., Kıran, Y., & Şahin, A. (2015). Kadmiyum’un Vicia peregrina L. tohumlarının çimlenmesi, kök gelişimi ve kök ucu hücreleri üzerindeki mitotik etkileri. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 5(1), 9-15.
31. [31] Şahin, A., & Kıran, Y. (2005). The effects of the lead on the seed germination, root growth, and root tip cell mitotic divisons of Lens culinaris Medik.. Gaziosmanpaşa Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 18(1), 17-25.
32. [32] Verma, S., & Dubey, R.S. (2003). Lead toxicity induces lipid peroxidation and alters the activities of antioxidant enzymes in growing rice plants. Plant Science, 164, 645-655. https://doi:10.1016/S0168-9452(03)00022-0
33. [33] Beri, A., & Setia, R.C. (1995). Assessment of growth and yield in Lens culinaris Medic var. Massar 9-12 treated with heavy metals under N-supplied conditions. The Journal of Indian Botanical Society, 74, 293-297.
34. [34] Peralta, J.R., Gardea-Torresdey, J.L., Tiemann, K.J., Gomez, E., Arteaga, S., Rascon, E., & Parsons, J.G. (2001). Uptake and effects of five heavy metals on seed germination and plant growth in alfalfa (Medicago sativa L.). Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 66, 727-734.
35. [35] Ayçiçek, M., Kaplan, O., & Yaman, M. (2008). Effect of cadmium on germination, seedling growth and metal contents of sunflower (Helianthus annus L.). Asian Journal of Chemistry, 20(4), 2663-2672.