Published October 9, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

Assessing the effect of heavy metals on maize (<i>Zea mays</i> L.) growth and soil characteristics: plants-implications for phytoremediation

Creators

  • 1. Islamia University of Bahawalpur
  • 2. Khwaja Fareed University of Engineering and Information Technology
  • 3. The Women University Multan
  • 4. Bahauddin Zakariya University
  • 5. King Saud University
  • 6. Iowa State University
  • 7. Kafrelsheikh University
  • 8. Siirt University

Description

Background Heavy metal pollution has become a global environmental issue. Heavy metals are contaminating the agro-soils, growing crops, and vegetables through different agricultural practices. In this study, besides the phytoremediation potential of maize, the role of chromium (Cr) and lead (Pb) on crop and soil health has been investigated. Methods Two maize varieties, Pak-Afgoi and Neelem, were grown under varying concentrations of Cr (50–300 ppm) and Pb (30–300 ppm) and different growth parameters i.e. , seed germination, leaf size/number, stem girth, plant height, biomass, chlorophyll content, relative growth rate (RGR), and net assimilation rate (NAR) were studied under Cr and Pb stress. Likewise, the effect of metals was also assessed on different soil characteristics including soil texture, pH, EC, soil organic matter, urease activity and nutrients. Results Studied plant attributes were adversely affected by heavy metals toxicity. Affected values of RGR and NAR showed a linear correlation with affected growth and dry matter yield of maize. Heavy metals impacted different soil parameters including soil microbial performance and revealed a declining trend as compared to control soil. Maize varieties showed a significant phytoremediation potential i.e. , uptake of Cr and Pb was 33% and 22% in Pak-Afgoi, while Neelem showed 38% and 24% at 300 ppm, respectively. Data regarding metal translocation factor (TF), bioaccumulation factor (ACF), and biomagnification ratio (BMR) significantly revealed the potential of maize varieties in the removal of Cr and Pb metals from affected soils. However, Cr-accumulation was higher in shoots, and Pb accumulated in plant roots showed a differential behavior of metal translocation and affinity with the varieties. These maize varieties may be recommended for general cultivation in the Cr and Pb-contaminated areas.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

خلفية أصبح التلوث بالمعادن الثقيلة قضية بيئية عالمية. تقوم المعادن الثقيلة بتلويث التربة الزراعية وزراعة المحاصيل والخضروات من خلال ممارسات زراعية مختلفة. في هذه الدراسة، إلى جانب إمكانات المعالجة النباتية للذرة، تم التحقيق في دور الكروم (Cr) والرصاص (Pb) في صحة المحاصيل والتربة. الطرق تمت زراعة صنفين من الذرة، باك أفغوي ونيليم، بتركيزات مختلفة من الكروم (50–300 جزء في المليون) والرصاص (30–300 جزء في المليون) ومعلمات نمو مختلفة، أي إنبات البذور، وحجم/عدد الأوراق، ومحيط الساق، وارتفاع النبات، والكتلة الحيوية، ومحتوى الكلوروفيل، ومعدل النمو النسبي (RGR)، ومعدل الاستيعاب الصافي (NAR) تحت إجهاد الكروم والرصاص. وبالمثل، تم تقييم تأثير المعادن أيضًا على خصائص التربة المختلفة بما في ذلك نسيج التربة، ودرجة الحموضة، والمفوضية الأوروبية، والمواد العضوية في التربة، ونشاط اليورياز والمغذيات. تأثرت سمات النبات التي تم دراستها سلبًا بسمية المعادن الثقيلة. أظهرت القيم المتأثرة لـ RGR و NAR ارتباطًا خطيًا بالنمو المتأثر ومحصول المادة الجافة للذرة. أثرت المعادن الثقيلة على معلمات التربة المختلفة بما في ذلك الأداء الميكروبي للتربة وكشفت عن اتجاه هبوطي مقارنة بتربة التحكم. أظهرت أصناف الذرة إمكانية كبيرة للمعالجة النباتية، أي أن امتصاص Cr و Pb كان 33 ٪ و 22 ٪ في Pak - Afgoi، في حين أظهر Neelem 38 ٪ و 24 ٪ عند 300 جزء في المليون، على التوالي. كشفت البيانات المتعلقة بعامل نقل المعادن (TF) وعامل التراكم البيولوجي (ACF) ونسبة التضخم البيولوجي (BMR) بشكل كبير عن إمكانات أصناف الذرة في إزالة معادن الكروم والرصاص من التربة المتضررة. ومع ذلك، كان تراكم الكروم أعلى في البراعم، وأظهر الرصاص المتراكم في جذور النباتات سلوكًا تفاضليًا لإزاحة المعادن وتقاربها مع الأصناف. يمكن التوصية بأصناف الذرة هذه للزراعة العامة في المناطق الملوثة بالكروم والرصاص.

Translated Description (French)

Contexte La pollution par les métaux lourds est devenue un problème environnemental mondial. Les métaux lourds contaminent les agro-sols, les cultures et les légumes par le biais de différentes pratiques agricoles. Dans cette étude, outre le potentiel de phytoremédiation du maïs, le rôle du chrome (Cr) et du plomb (Pb) sur la santé des cultures et des sols a été étudié. Méthodes Deux variétés de maïs, Pak-Afgoi et Neelem, ont été cultivées sous des concentrations variables de Cr (50–300 ppm) et de Pb (30–300 ppm) et différents paramètres de croissance, à savoir la germination des graines, la taille/le nombre des feuilles, la circonférence de la tige, la hauteur de la plante, la biomasse, la teneur en chlorophylle, le taux de croissance relatif (RGR) et le taux d'assimilation net (NAR) ont été étudiés sous stress de Cr et de Pb. De même, l'effet des métaux a également été évalué sur différentes caractéristiques du sol, notamment la texture du sol, le pH, la CE, la matière organique du sol, l'activité de l'uréase et les nutriments. Résultats Les caractéristiques des plantes étudiées ont été affectées négativement par la toxicité des métaux lourds. Les valeurs affectées de RGR et de NAR ont montré une corrélation linéaire avec la croissance affectée et le rendement en matière sèche du maïs. Les métaux lourds ont eu un impact sur différents paramètres du sol, y compris la performance microbienne du sol, et ont révélé une tendance à la baisse par rapport au sol témoin. Les variétés de maïs ont montré un potentiel de phytoremédiation significatif, c'est-à-dire que l'absorption de Cr et de Pb était de 33% et 22% chez Pak-Afgoi, tandis que Neelem a montré 38% et 24% à 300 ppm, respectivement. Les données concernant le facteur de translocation des métaux (TF), le facteur de bioaccumulation (ACF) et le rapport de bioamplification (BMR) ont révélé de manière significative le potentiel des variétés de maïs dans l'élimination des métaux Cr et Pb des sols affectés. Cependant, l'accumulation de Cr était plus élevée dans les pousses et le Pb accumulé dans les racines des plantes montrait un comportement différentiel de translocation du métal et d'affinité avec les variétés. Ces variétés de maïs peuvent être recommandées pour la culture générale dans les zones contaminées par le Cr et le Pb.

Translated Description (Spanish)

Antecedentes La contaminación por metales pesados se ha convertido en un problema ambiental mundial. Los metales pesados están contaminando los suelos agrícolas, los cultivos y las verduras a través de diferentes prácticas agrícolas. En este estudio, además del potencial de fitorremediación del maíz, se ha investigado el papel del cromo (Cr) y el plomo (Pb) en la salud de los cultivos y el suelo. Métodos Dos variedades de maíz, Pak-Afgoi y Neelem, se cultivaron bajo concentraciones variables de Cr (50–300 ppm) y Pb (30–300 ppm) y se estudiaron diferentes parámetros de crecimiento, es decir , germinación de semillas, tamaño/número de hojas, circunferencia del tallo, altura de la planta, biomasa, contenido de clorofila, tasa de crecimiento relativo (RGR) y tasa de asimilación neta (NAR) bajo estrés de Cr y Pb. Del mismo modo, también se evaluó el efecto de los metales en diferentes características del suelo, incluida la textura del suelo, el pH, la CE, la materia orgánica del suelo, la actividad de la ureasa y los nutrientes. Resultados Los atributos de las plantas estudiadas se vieron afectados negativamente por la toxicidad de los metales pesados. Los valores afectados de RGR y NAR mostraron una correlación lineal con el crecimiento afectado y el rendimiento de materia seca del maíz. Los metales pesados afectaron a diferentes parámetros del suelo, incluido el rendimiento microbiano del suelo, y revelaron una tendencia a la baja en comparación con el suelo de control. Las variedades de maíz mostraron un potencial de fitorremediación significativo, es decir , la absorción de Cr y Pb fue del 33% y del 22% en Pak-Afgoi, mientras que Neelem mostró un 38% y un 24% a 300 ppm, respectivamente. Los datos sobre el factor de translocación de metales (TF), el factor de bioacumulación (ACF) y la relación de biomagnificación (BMR) revelaron significativamente el potencial de las variedades de maíz en la eliminación de metales Cr y Pb de los suelos afectados. Sin embargo, la acumulación de Cr fue mayor en los brotes, y el Pb acumulado en las raíces de las plantas mostró un comportamiento diferencial de translocación de metales y afinidad con las variedades. Estas variedades de maíz pueden recomendarse para el cultivo general en las zonas contaminadas con Cr y Pb.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقييم تأثير المعادن الثقيلة على نمو الذرة (<i>Zea mays</i> L.) وخصائص التربة: النباتات - الآثار المترتبة على المعالجة النباتية
Translated title (French)
Évaluation de l'effet des métaux lourds sur la croissance et les caractéristiques du sol du maïs (<i>Zea mays</i> L.)&nbsp;: implications des plantes pour la phytoremédiation
Translated title (Spanish)
Evaluación del efecto de los metales pesados en el crecimiento del maíz (<i>Zea mays</i> L.) y las características del suelo: implicaciones de las plantas para la fitorremediación

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4387455485
DOI
10.7717/peerj.16067

Is supplement to
https://openalex.org/W4299637837 (Other)
https://openalex.org/W4212878477 (Other)
https://openalex.org/W3101019655 (Other)
https://openalex.org/W2804349502 (Other)
https://openalex.org/W2385457462 (Other)
https://openalex.org/W2379547919 (Other)
https://openalex.org/W2103705195 (Other)
https://openalex.org/W2008721383 (Other)
https://openalex.org/W1999011268 (Other)
https://openalex.org/W1946307946 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W142515809
  • https://openalex.org/W1512952934
  • https://openalex.org/W1969858950
  • https://openalex.org/W1974330899
  • https://openalex.org/W1975915296
  • https://openalex.org/W1981369235
  • https://openalex.org/W1999658423
  • https://openalex.org/W1999914670
  • https://openalex.org/W2000401929
  • https://openalex.org/W2009521094
  • https://openalex.org/W2010893529
  • https://openalex.org/W2011107767
  • https://openalex.org/W2011353765
  • https://openalex.org/W2016610986
  • https://openalex.org/W2016614383
  • https://openalex.org/W2016654116
  • https://openalex.org/W2016933999
  • https://openalex.org/W2019200990
  • https://openalex.org/W2019692872
  • https://openalex.org/W2022037977
  • https://openalex.org/W2023889836
  • https://openalex.org/W2033584807
  • https://openalex.org/W2037069555
  • https://openalex.org/W2037188021
  • https://openalex.org/W2037999466
  • https://openalex.org/W2039652278
  • https://openalex.org/W2041305657
  • https://openalex.org/W2047480481
  • https://openalex.org/W2048375308
  • https://openalex.org/W2051477558
  • https://openalex.org/W2052480614
  • https://openalex.org/W2074370472
  • https://openalex.org/W2088494299
  • https://openalex.org/W2091125566
  • https://openalex.org/W2091160252
  • https://openalex.org/W2091761592
  • https://openalex.org/W2092672758
  • https://openalex.org/W2109313969
  • https://openalex.org/W2112925009
  • https://openalex.org/W2126164548
  • https://openalex.org/W2131405648
  • https://openalex.org/W2139653737
  • https://openalex.org/W2144288260
  • https://openalex.org/W2150344205
  • https://openalex.org/W2171979944
  • https://openalex.org/W2183300902
  • https://openalex.org/W2184792425
  • https://openalex.org/W2187862278
  • https://openalex.org/W2295482244
  • https://openalex.org/W2343993998
  • https://openalex.org/W2387347476
  • https://openalex.org/W2419260210
  • https://openalex.org/W2481995524
  • https://openalex.org/W2482033634
  • https://openalex.org/W2520676852
  • https://openalex.org/W2532920368
  • https://openalex.org/W2559933753
  • https://openalex.org/W2769949550
  • https://openalex.org/W2770668785
  • https://openalex.org/W2775334783
  • https://openalex.org/W2782306032
  • https://openalex.org/W2795390579
  • https://openalex.org/W2896523020
  • https://openalex.org/W2943939358
  • https://openalex.org/W296513991
  • https://openalex.org/W2966429562
  • https://openalex.org/W2971169717
  • https://openalex.org/W2979828675
  • https://openalex.org/W2980677394
  • https://openalex.org/W2990351533
  • https://openalex.org/W3002829931
  • https://openalex.org/W3007657314
  • https://openalex.org/W3023535864
  • https://openalex.org/W3041942346
  • https://openalex.org/W3046014324
  • https://openalex.org/W3092169820
  • https://openalex.org/W3129448977
  • https://openalex.org/W3192059484
  • https://openalex.org/W3194846859
  • https://openalex.org/W4231660374
  • https://openalex.org/W4302766938
  • https://openalex.org/W4316362867
  • https://openalex.org/W4322503071
  • https://openalex.org/W4379051882