Different compensatory mechanisms in two metal-accumulating aquatic macrophytes exposed to acute cadmium stress in outdoor artificial lakes

Mechanisms underlying cadmium (Cd) detoxi.cation were compared in two aquatic macrophytes commonly used in phytoremediation, namely Pistia stratiotes L. and Eichhornia crassipes (Mart.) Solms. To simulate Cd pollution in the open environment, plants growing in outdoor artificial lakes were exposed for 21 d to either 25 or 100 lM Cd, in two consecutive years. Toxicity symptoms were absent or mild in both species. Metal accumulation was much higher in the roots of P. stratiotes, whereas in E. crassipes a comparatively higher fraction was translocated to the leaves. In both species, Cd was neither included in phenolic polymers or Ca-oxalate crystals, nor altered the levels of Cd-complexing organic acids. Glutathione levels were constitutively remarkably higher and much more responsive to Cd exposure in P. stratiotes than in E. crassipes. Abundant phytochelatin synthesis occurred only in P. stratiotes, both in roots and in leaves. In E. crassipes, on the other side, the constitutive levels of some antioxidant enzymes and ascorbate were higher and more responsive to Cd than in P. stratiotes. Thus, in these two aquatic plants grown in the open, different detoxification mechanisms might come into play to counterbalance Cd acute stress.

I meccanismi sottesi alla detossificazione del cadmio (Cd) sono stati confrontati in due macrofite acquatiche comunemente utilizzati per i fitorimedio, Pistia stratiotes L. e Eichhornia crassipes (Mart.) Solms. Per simulare la contaminazione da Cd in ambiente aperto, piante allevato all'aperto in laghi artificiali sono stati esposte per 21 a 25 oppure 100 uM Cd, in due anni consecutivi. Sintomi di tossicità erano assenti o lievi in entrambe le specie. L’accumulo del metallo era molto più elevato nelle radici di P. stratiotes, mentre in E. crassipes una frazione comparativamente maggiore veniva traslocata alle foglie. In entrambe le specie, il Cd non veniva incluso in polimeri fenolici o cristalli di calcio ossalato, né venivano alterati i livelli di acidi organici complessanti il Cd. I livelli di glutatione erano costitutivamente notevolmente superiore e molto più reattivi alla presenza di Cd in P. stratiotes che in E. crassipes. Una sitesi abbondante di fitochelatine veniva osservata solo in P. stratiotes, sia nelle radici che nelle foglie. In E. crassipes, dall'altro lato, i livelli costitutivi di alcuni enzimi antiossidanti e di ascorbato erano superiori e più reattivi alla presenza di Cd che in P. stratiotes. Pertanto, in queste due piante acquatiche cresciute all'aperto, potrebbe entrare in gioco meccanismi differenziati per controbilanciare uno stress acuto da Cd.