Cadmium accumulation by durum wheat roots in ligand-buffered hydroponic culture: uptake of Cd–ligand complexes or enhanced diffusion?

Author： Berkelaar E J Hale B A

Publisher： NRC Research Press

ISSN： 1480-3305

Source： Canadian Journal of Botony, Vol.81, Iss.7, 2003-07, pp. : 755-763

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Abstract

The objectives of this study were to test the free ion model of Cd phytoavailability in solutions where the dissolved free ion was buffered by SO₄ or EDTA and to examine if Cd²⁺ diffusion to roots might be limiting to its accumulation in roots. At similar Cd²⁺ activities, solutions that contained EDTA or a higher nominal SO₄ concentration (with SO₄ supplied as K₂SO₄, and more total Cd) resulted in greater accumulation of Cd by roots than predicted by the Cd²⁺ activity. These solutions were predicted using MINEQL⁺ (chemical speciation software) to contain greater concentrations of Cd complexes (CdEDTA^2– or CdSO⁰_{4 (aq)}) in solution; when SO₄ was supplied by MgSO₄, the increase in Mg²⁺ suppressed enhanced accumulation of Cd. Estimates of diffusion of Cd to the roots through the boundary layer and flux of Cd across the root surface, for this study, were similar in magnitude across the range of solution Cd concentrations studied, particularly when Cd uptake was assumed to occur at the root tips only. We conclude that CdEDTA^2– and CdSO⁰_{4 (aq)} could have alleviated this diffusion limitation by buffering Cd²⁺ at the root surface and (or) been taken up directly as a complex.Key words: bioavailability, cadmium, EDTA, SO₄, durum wheat, speciation.Les auteurs avaient comme objectifs de tester le modèle des ions libres de la phytodisponibilité du Cd en solution, où les ions libres dissouts sont tamponnés par SO₄ ou l'EDTA, et d'examiner si la diffusion du Cd²⁺ vers les racines pourrait limiter son accumulation dans les racines. Pour des activités Cd²⁺ similaires, les solutions qui contiennent l'EDTA ou une teneur nominale plus élevée en SO₄ (le SO₄ fourni sous forme de K₂SO₄, et plus de Cd total), conduisent à de plus fortes accumulations de Cd dans les racines, que l'activité Cd prédite. Le logiciel de spéciation chimique MINEQL⁺ prévoyait que ces solutions contiendraient de plus fortes teneurs en complexes Cd (CdEDTA^2– ou CdSO⁰_{4 (aq)}) en solution, lorsqu'on fournit le SO₄ sous forme de MgSO₄, l'augmentation en Mg²⁺ supprimant l'augmentation de l'accumulation du Cd. Dans cette étude, les estimations de diffusion du Cd vers les racines à travers la couche limite, et le flux de Cd à travers la surface racinaire, ont le même ordre de grandeur pour l'ensemble des teneurs des solution en Cd étudiées, surtout lorsqu'on assume que l'absorption du Cd ne s'effectue qu'à l'apex racinaire. Les auteurs concluent que le CdEDTA^2– et le CdSO⁰_{4 (aq)} pourraient avoir estompé la limitation de cette diffusion en tamponnant le Cd²⁺ à la surface de la racine, et (ou) avoir été absorbés directement sous forme complexée.Mots clés : biodisponibilité, cadmium, EDTA, SO₄, blé durum, spéciation.[Traduit par la Rédaction]