Effect of antimony in soils of an Sb mine on the photosynthetic pigments and antioxidant system of "Dittrichia viscosa" leaves

Abstract

Antimony is a toxic element whose concentration in soil and water has been rising due to anthropogenic activities. This study focuses on its accumulation in leaves of Dittrichia viscosa growing in soils of an abandoned Sb mine, and the effect on oxidant/antioxidant systems and photosynthetic efficiency. The results showed leaves to have a high Sb accumulation capacity. The amount of total chlorophyll decreased depending on Sb concentration and of carotenoids increased slightly, with a consequent increase in carotenoid/chlorophyll ratio. Photosynthetic efficiency was unaffected. The amount of O2.− rose, although there was no increase in cell membrane damage, with lipid peroxidation levels being similar to normal. This response may be due to considerable increases that were observed in total phenolics, PPO activity, and enzymatic antioxidant system. SOD, POX, and DHAR activities increased in response to increased Sb amounts in leaves. The ascorbate/glutathione cycle was also affected, with strong increases observed in all of its components, and consequent increases in total contents of the ascorbate and glutathione pools. However, the ratio between reduced and oxidized forms declined, reflecting an imbalance between the two, especially that between GSH and GSSG. Efficient detoxification of Sb may take place either through increases in phenolics, carotenoids, and components of the glutathione–ascorbate cycle or through the enzymatic antioxidant system. Since Dittrichia viscosa accumulates large amounts of Sb without suffering oxidative damage, it could be used for phytoremediation

El antimonio es un elemento tóxico cuya concentración en el suelo y el agua ha ido aumentando debido a las actividades antropogénicas. Este estudio se centra en su acumulación en hojas de Dittrichia viscosa que crecen en suelos de una mina de Sb abandonada, y en el efecto sobre los sistemas oxidante/antioxidante y la eficiencia fotosintética. Los resultados mostraron que las hojas tienen una alta capacidad de acumulación de Sb. La cantidad de clorofila total disminuyó en función de la concentración de Sb y la de carotenoides aumentó ligeramente, con el consiguiente incremento de la relación carotenoide/clorofila. La eficiencia fotosintética no se vio afectada. La cantidad de O2.- aumentó, aunque no se produjo un incremento de los daños en la membrana celular, siendo los niveles de peroxidación lipídica similares a los normales. Esta respuesta puede deberse a los aumentos considerables que se observaron en los fenoles totales, la actividad PPO y el sistema antioxidante enzimático. Las actividades SOD, POX y DHAR aumentaron en respuesta al incremento de las cantidades de Sb en las hojas. El ciclo ascorbato/glutatión también se vio afectado, observándose fuertes incrementos en todos sus componentes, con los consiguientes aumentos en los contenidos totales de los pools de ascorbato y glutatión. Sin embargo, la proporción entre formas reducidas y oxidadas disminuyó, reflejando un desequilibrio entre ambas, especialmente entre GSH y GSSG. La detoxificación eficiente de Sb puede tener lugar a través de incrementos en fenólicos, carotenoides y componentes del ciclo glutatión-ascorbato o a través del sistema antioxidante enzimático. Dado que Dittrichia viscosa acumula grandes cantidades de Sb sin sufrir daños oxidativos, podría utilizarse para la fitorremediación