Analysis of benzotriazole influence on some morphological and physiological characteristics of Allium fistulosum

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The increase in anthropogenic pressure has led to the need for model experiments to assess the ability of organisms to adapt to xenobiotics. The study of negative effects is usually carried out in laboratories using animals as test objects, while it is more interesting to study tolerance and adaptive capabilities in plant organisms, because, unlike animals, they are not able to leave an area uncomfortable for existence. In order to obtain an objective response in experiments, it is necessary to choose test objects related to species that are ubiquitous in ecosystems, and xenobiotics that are widely used and able to enter the environment. Allium fistulosum L. was used in model experiments and was affected by benzotriazole to study the possibility of developing an adaptive response in plants to anthropogenic pollutants. Plants were preadapted to a toxic dose of benzotriazole at a concentration of 0,1 mg/ml, by exposure to alcohol solutions of benzotriazole at a concentration of 0,0001 mg/ml or 0,001 mg/ml, and the time of preliminary exposure varied from 1 day to 4 days, then test objects germinated in a solution of high concentration. There were three controls, where the seeds were germinated for five days in all three used concentrations of benzotriazole, as well as in a solvent, which was 0,5% isopropyl alcohol. The possibility of adaptive response was assessed using two morphophysiological indicators, these were the germination of seeds and the average root length on the fifth day of the experiment. Experiments have shown that a solution of benzotriazole at a concentration of 0,1 mg/ml inhibits seeds germination and roots growth compared with the control (germination in 0,5% isopropyl alcohol), while at a concentration of 0,0001 mg/ml it stimulates. Exposure to low concentrations reliably creates a preadaptation to the toxic dose, but the responses significantly differ in effectiveness depending on the duration of preadaptation and the concentration of the substance. The greatest effect on the toxic effect of benzotriazole is created by preadaptation in low concentrations over 3 days. Possible preadaptation mechanisms are discussed.

About the authors

Ekaterina Sergeevna Selezneva

Samara National Research University

Author for correspondence.
Email: catana7@yandex.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Zoology, Genetics and General Ecology Department

Russian Federation, Samara

References

  1. Филюшин М.А. Анализ полиморфизма геномов Allium sativum и родственных видов секции Allium: автореф дис. … канд. биол. наук. М., 2017. 20 с.
  2. Руководство по краткосрочным тестам для выявления мутагенных и канцерогенных химических соединений. Гигиенические критерии окружающей среды. № 51. Женева: ВОЗ, 1982. 212 с.
  3. Чадаева В.А., Шхагапсоев С.Х. Анализ стратегий выживания видов рода Allium L. российской части Кавказа // Юг России: экология, развитие. 2016. Т. 11, № 4. С. 93-109.
  4. Чадаева В.А. Биоиндикационное значение и роль видов рода Allium L. (Alliaceae) в поддержании устойчивости экосистем // Ботанический вестник Северного Кавказа. 2016. № 2. С. 68-73.
  5. Suma B.V., Natesh N.N., Madhavan V. The benzotriazole in medicinal chemistry: a review // Journal of Chemical and Pharmaceutical Research. 2011. Vol. 3. P. 375-381.
  6. Агафонкина М.О. Ингибирование коррозии черных и цветных металлов в нейтральных средах 1, 2, 3-бензотриазолом и его композициями с солями карбоновых кислот: автореф. дис. … канд. хим. наук. М., 2011. 20 с.
  7. Katritzky A.R., Lan X., Yang J.Z., Denisko O.V. Properties and synthetic utility of N-substituted benzotriazolides // Chemical Reviews. 1998. Vol. 98, № 2. P. 409-548.
  8. Wang L., Zhao L., Xue R.Y., Lu X.F., Wen Y.H. et al. Construction of interesting organic supramolecular structures with synthon interaction in 1H-benzotriazole and hydroxybenzoic acid crystals // Science China Chemistry. 2012. Vol. 55. P. 2515-2522.
  9. Nukaya H., Shiozawa T., Tada A., Terao Y., Ohe T., Watanabe T., Takahashi Y., Asanoma M., Sawanishi H., Katsuhara T., Sugimura T., Wakabayashi K. Identification of 2-[2-(acetylamino)-4-amino-5-methoxyphenyl]-5-amino-7-bromo-4-chloro-2H-benzotriazole (PBTA-4) as a potent mutagen in river water in Kyoto and Aichi prefectures, Japan // Mutat. Res. 2001. Vol. 492. P. 73-80.
  10. Shiozawa T., Suyama K., Nakano K., Nukaya H., Sawanishi H., Oguri A., Wakabayashi K., Terao Y. Mutagenic activity of 2-phenylbenzotriazole derivatives related to a mutagen, PBTA-1, in river water // Mutat. Res. 1999. Vol. 442 (2). P. 105-110.
  11. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.
  12. Горшкова Т.А. Некоторые закономерности адаптивного ответа растущих популяций Saccharomyces cerevisiae на действие ионизирующего излучения // Радиация и риск. 2006. Т. 15, № 1-2. С. 59-67.
  13. Жуйкова Т.В., Безель В.С., Позолотина В.Н., Северюхина О.А. Репродуктивные возможности растений в градиенте химического загрязнения среды // Экология. 2002. № 6. С. 432-437.
  14. Ерофеева Е.А. Глубина зимнего покоя и скорость выхода из него березы повислой в биотопах с различным уровнем автотранспортного загрязнения // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского. 2010. № 2 (2). С. 396-398.
  15. Ерофеева Е.А. Влияние автотранспортного загрязнения на скорость выхода из состояния зимнего покоя и окончание вегетации у липы мелколистной // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского. 2011. № 2 (2). С. 76-78.
  16. Чурюкин Р.С., Гераськин С.А. Проявление эффекта гормезиса у растений ячменя (Hordeum vulgare L.) в контрастных условиях произрастания при γ-облучении семян // Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52, № 4. С. 820-829.
  17. Иванов В.Б. Использование корней как тест-объектов для оценки биологического действия химических соединений // Физиология растений. 2011. Т. 58, № 6. С. 944-952.
  18. Нефедьева Е.Э. Физиолого-биохимические процессы и морфогенез у растений после действия импульсного давления на семена: автореф. дис. … д-ра биол. наук. М., 2011. 45 с.
  19. Литвинов С.В. Влияние хронического облучения семян и проростков Aradobsis thaliana малыми дозами γ-радиации на рост и развитие растений // Ядерная физика и энергетика. 2014. Т. 15, № 4. С. 406-414.
  20. Филиппова Г.В., Ксенофонтова К.И. Влияние предпосевного γ-облучения семян костреца безостого (Bromopsis inermis Leyss.) и люцерны серповидной (Medicago falcate L.) на выживаемость в условиях высокой щелочности почв Центральной Якутии // Наука и образование. 2009. № 2. С. 77-80.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1 - Effect of benzotriazole on seed germination of A. fistulosum in different concentrations in various combinations (the first number in the ordinate indicates the duration of the preliminary exposure, "+" indicates the duration of the subsequent exposure to a high dose)

Download (43KB)
3. Figure 2 - The effect of benzotriazole of different concentrations in various combinations on the average root length of A. fistulosum (the first digit in the caption on the ordinate indicates the time of preliminary exposure, "+" indicates the subsequent exposure and the duration of the high dose)

Download (36KB)

Copyright (c) 2019 Selezneva E.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies