ArticlePDF Available

Wpływ zawartości wybranych pierwiastków w glebach winnic na ich występowanie w owocach winorośli

Authors:

Abstract

Relationship between the occurrence of selected metals in vineyard soil and their concentrations in fruits of the grapevine cultivated on this soil were studied. That issue is weakly recognized up to now. The methods used for analyzing this relation, which are aimed at determination of optimal mineral and chemical fertilizer doses, still need development. On the basis of the obtained results it was found that analyzed grapes cultivars (Aurora and Rondo) show tendency to accumulate potassium and magnesium in higher concentrations than zinc. The results of such analysis could allow determining the nutrient demand of grapevine that can result in its enhanced suitability for wine production. It should be emphasized that such kind of analyses should be realized regularly and be applied to broader spectrum of elements and heavy metals.
20 PRZEMYSŁ FERMENTACYJNY I OWOCOWO-WARZYWNY 9/2011
Słowa kluczowe: winogrona, gleba, składniki mineralne, nawożenie
Key words: grape, soil, mineral compounds, fertilization
Influence of the occurrence of selected elements in vineyard soil on their concentration
in grape
Relationship between the occurrence of selected metals in vineyard soil and their concentra-
tions in fruits of the grapevine cultivated on this soil were studied. That issue is weakly
recognized up to now. The methods used for analyzing this relation, which are aimed at
determination of optimal mineral and chemical fertilizer doses, still need development. On
the basis of the obtained results it was found that analyzed grapes cultivars (Aurora and
Rondo) showtendency to accumulate potassium and magnesium in higher concentrations
than zinc. The results of such analysis could allow determining the nutrient demand of
grapevine that can result in its enhanced suitability for wine production. It should be empha-
sized that such kind of analyses should be realized regularly and be applied to broader
spectrum of elements and heavy metals.
Badano związek pomiędzy występowaniem wybranych metali w glebie winnicy a ich zawar-
tością w owocach uprawianej tam winorośli. Problematyka ta jest dotychczas mało rozpo-
znana, a metody stosowane do oceny tej relacji, mające na celu określenie dawek nawozów
sztucznych i mineralnych, wymagają dalszego opracowania. Na podstawie otrzymanych
wyników stwierdzono, że badane winogrona odmian ‘Aurora’ i ‘Rondo’ wykazują tendencję
do akumulacji większych stężeń potasu i magnezu niż cynku. Otrzymane wyniki mogą
pozwolić na określenie zapotrzebowania pokarmowego krzewów, co pośrednio wpłynie na
zwiększenie ich przydatności w procesie produkcji wina. Należy jednak podkreślić, że tego
typu analizy powinny być prowadzone regularnie i obejmować szersze spektrum pierwiast-
ków (w tym też innych metali ciężkich).
Winorośl jest uznawana za roślinę o stosunkowo niewielkim zapotrzebowaniu na
składniki mineralne gleby. W związku z tym należy w bardzo przemyślany i zrównowa-
żony sposób prowadzić jej nawożenie, gdyż niewłaściwa gospodarka nawozami może
mieć negatywny wpływ na stan fizjologiczny krzewów, jakość jagód, a także wina i innych
produktów pozyskanych z tych owoców (dżemy, soki). Głównym źródłem pierwiast-
ków dla roślin jest gleba, dlatego jej analiza pod względem składu mineralnego stano-
wi adekwatny sposób na dobór dawek odpowiednich nawozów.
W glebie występują metale korzystne z punktu widzenia wzrostu i rozwoju krze-
wów oraz owoców, jak również szkodliwe. Do korzystnych zaliczyć można m.in.
potas, odpowiadający za zwiększenie odporności roślin na niską temperaturę i za
barwę jagód, oraz cynk determinujący osiągnięcie dojrzałości technologicznej owo-
ców i formowanie nasion [9]. Negatywnie oddziałują pierwiastki z grupy metali cięż-
kich, mogące stanowić zagrożenie dla konsumentów oraz powodujące problemy ze
stabilizacją win [2]. Należy również pamiętać o tym, że zbyt duże zawartości Zn(II) czy
Fe(III) w owocach nie są korzystne z uwagi na bezpieczeństwo spożycia jagód i pro-
duktów powstałych z ich udziałem [5, 11]. Mimo że głównym źródłem zanieczyszcze-
nia win metalami ciężkimi są procesy pofermentacyjne [2], to zbyt duża zawartość
tych pierwiastków w stosowanych owocach może znacząco spowolnić, a w skraj-
nych przypadkach całkowicie zatrzymać przebieg fermentacji.
Zachowanie odpowiednich ilości i proporcji składników mineralnych jest również
istotne ze względu na prawidłowy wzrost i rozwój krzewów winorośli. Niedobór potasu,
którego występowanie stwierdza się stosunkowo rzadko, uwidacznia się w postaci
zwiniętych blaszek liściowych, odbarwień liści czy przedwczesnego ich opadania. Z kolei
nadmiar tego pierwiastka w owocach jest poważnym problemem w przemyśle winiar-
skim, gdyż występuje on głównie w postaci soli kwasów organicznych, co wpływa na
obniżenie jakości win. Stąd problem prowadzenia zrównoważonego nawożenia pota-
sem jest bardzo istotny i zawartość tego metalu powinna być kontrolowana zarówno
w glebie, jak i owocach winorośli [9]. W przypadku cynku zwykle nie stwierdza się
problemów z jego nadmiarem w tkankach owoców, ponieważ akumuluje się on głównie
WINIARSTWO
Wpływ zawartości
wybranych pierwiastków w glebach winnic
na ich występowanie w owocach winorośli
w liściach, dzięki czemu jest usuwany wraz z ich opadaniem. Natomiast niedobory
Zn(II) są widoczne m.in. w postaci chlorozy liści i słabego wzrostu jagód [9].
Okazuje się jednak, że ilość poszczególnych pierwiastków w tkankach roślin
często znacznie przewyższa ich zawartość w glebie, co powoduje, że niejednokrotnie
trudno sformułować jednoznaczne istnienie korelacji pomiędzy składem mineralnym
gleby a stanem fizjologicznym rośliny. Dlatego za najlepszą metodę oceny zapotrzebo-
wania winorośli na nawozy uznaje się tzw. analizę tkankową, która w większości
przypadków polega na pomiarze zawar tości poszczególnych pierwiastków w szypuł-
kach kwiatostanów [9]. Nie jest to jednak metoda w pełni określająca zapotrzebowanie
pokarmowe roślin, raczej szacuje ona jakość późniejszych owoców przeznaczonych
dla przemysłu winiarskiego. W związku z tym istnieje potrzeba opracowania nowej,
lepszej metodyki postępowania, w celu określenia zdolności akumulacji pierwiastków
przez krzewy i jagody winorośli.
W pracy przeprowadzono analizę porównawczą zawartości wybranych metali
w glebie winnicy i owocach uzyskanych z tej winnicy. Zaproponowano nową metodę
oznaczenia zapotrzebowania roślin na związki mineralne poprzez pomiar ich zawar to-
ści w owocach.
Materiał i metody
Pomiar zawartości metali w owocach
Winogrona odmian Aurora’ i ‘Rondo’ zebrano w pierwszej połowie października
w podkarpackiej winnicy doświadczalnej. Owoce liofilizowano i rozdrabniano (młynek
laboratoryjny IKA, 2 × 12 s). Następnie do teflonowych probówek odważano po 1,00 g
liofilizatu, dodawano 5 ml stężonego kwasu azotowego(V) i mineralizowano (piec mikro-
falowy Mars Xpress). Zawartość potasu, magnezu, cynku(II) oraz wapnia mierzono przy
użyciu absorpcyjnego spektrometru atomowego (VARIAN AA 240 FS z atomizacją w pło-
mieniu), a wyniki wyrażano w mg poszczególnych jonów na 100 g s.m. owoców.
Pomiar zawartości metali w glebie
Próbki gleby pobrano bezpośrednio spod krzewów, z których pobierano jagody.
Poddano je oczyszczeniu, mieszaniu oraz rozdrabnianiu, usunięto resztki roślinne i za-
nieczyszczenia stałe. Próbki suszono do stanu powietrznie suchego i przesiano przez
sito o średnicy oczek wynoszącej 1 mm. Następnie, po odpowiednim przygotowaniu,
oznaczano zawartość magnezu, cynku i potasu, a wyniki wyrażano w mg/kg gleby.
W celu oznaczenia zawartości magnezu w glebie do kolby stożkowej o pojemno-
ści 100 ml odważano 5 g próbki gleby, dodawano 50 ml roztworu chlorku wapnia
(0,023 M) i mieszano przez 2 h. Zawiesinę przesączano, a w uzyskanym przesączu
mierzono zawartość metalu metodą ASA.
W celu oznaczenia zawartości potasu do butelek ekstrakcyjnych o pojemności
500 ml odważano 5 g badanej próbki gleby, dodawano 250 ml roztworu siarczanu(VI)
wapnia i mieszano przez 1,5 h. Zawiesinę przesączano i dodawano roztworu kwasu
szczawiowego (10%) w celu usunięcia nadmiaru wapnia. Tak przygotowaną próbkę
pozostawiano na 24 h i w klarownym przesączu oznaczano zawartość potasu wo-
bec wzorca. Wzorzec ten przygotowywano poprzez rozpuszczenie 1,917 g KH2PO4
i 0,534 g KCl w kolbie miarowej o pojemności 1 l w obecności 2 kropel formaliny. Z tak
przygotowanego roztworu pobrano 0,25 ml do kolby miarowej o pojemności 500 ml,
uzupełniono wodą destylowaną do kreski i wymieszano. Pomiarów dokonywano
z wykorzystaniem ASA, a wyniki wyrażano w mg K2O/kg gleby.
Zawartość cynku oznaczano poprzez odważenie do butelek ekstrakcyjnych (250
ml) po 10 g przygotowanej próbki gleby, dodanie 100 ml 1M HCl i mieszanie przez 1 h.
dr inż. Tomasz Tarko, mgr inż. Łukasz Wajda, dr Aleksandra Duda-Chodak, mgr inż. Iga Gojniczek
Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej, Wydział Technologii Żywności, Uniwersytet Rolniczy, Kraków
21
PRZEMYSŁ FERMENTACYJNY I OWOCOWO-WARZYWNY 9/2011
WINIARSTWO
Zawiesinę sączono i w tak przygotowanym roztworze mierzono zawartość cynku
(metoda ASA).
Wyniki i dyskusja
Wyniki pomiaru zawar tości wybranych pierwiastków w owocach winorośli
odmiany ‘Aurora’ i ‘Rondo’ oraz gleby pobranej bezpośrednio spod ich krzewów
przedstawiono w tabelach 1 i 2.
Z analizy danych z tabel wynika, że ilość poszczególnych metali w jagodach
obydwu odmian nie różniła się zasadniczo między sobą. Nieznacznie większe stężenia
odnotowano w owocach odmiany 'Rondo', szczególnie w przypadku potasu i wapnia.
Również zawartości poszczególnych pierwiastków w glebie pochodzącej spod krze-
wów obydwu odmian winogron były zbliżone. Stężenie cynku w owocach winogron
było ok. 20-krotnie mniejsze niż w podłożu, natomiast pozostałe pierwiastki występo-
wały w owocach w stężeniach znacznie większych niż w glebie.
Z analizy danych literaturowych wynika, że wapń akumuluje się w owocach do
momentu zmiany zabarwienia jagód, natomiast potas jest transportowany do owoców
aż do osiągnięcia ostatecznego ich rozmiaru [8]. Następnie dochodzi do zwiększenia
stężenia wszystkich składników suchej masy jagód wskutek utraty wody. Dzięki
pomiarowi zawartości tych pierwiastków w momencie osiągnięcia pełnej dojrzałości
winogron (pierwsza połowa października) można dokonać prognoz dotyczących
zapotrzebowania krzewów na odpowiednie składniki mineralne. Odpowiednie nawoże-
nie potasowe ma duże znaczenie z uwagi na fakt, że nadmiar tego metalu w winie
powoduje wady smaku i aromatu [9]. Co ciekawe, w przypadku wapnia niedobory
w tkankach roślinnych obserwuje się nawet na glebach wapiennych, skutkują one
m.in. poparzeniem skórki, pękaniem owoców czy nawet gniciem [1]. W związku z tym
monitoring jego akumulacji i zapotrzebowania przez krzewy winorośli staje się wręcz
niezbędny. W przypadku niedoborów wapnia, skuteczną metodą na jego niwelację
może stać się spryskiwanie owoców roztworami chlorku wapnia, zaproponowane
przez Amiri [1] podczas XVI kolokwium dotyczącego nawożenia roślin.
Zawartość cynku w analizowanych w niniejszej pracy owocach winorośli była
mała (0,13–0,19 mg/100 g s.m.), mimo że stężenie tego metalu w glebie osiągało
względne duże wartości (ok. 29 mg/kg). Oznacza to, że zwłaszcza w przypadku tego
metalu należy kontrolować jego zawartość w glebie i owocach. Zgodnie z wynikami
otrzymanymi przez De Nicola i in. [4] zawartość cynku w moszczu powinna mieścić
się w zakresie 1,5–2,5 ppm, podczas gdy w owocach analizowanych odmian jest ona
istotnie mniejsza. Może to znacząco wpłynąć na tempo i wydajność procesu fermen-
tacji oraz na szybkość wzrostu i rozwoju drożdży winiarskich, m.in. ze względu na
udział jonów Zn2+ w strukturze polimerazy RNA [6]. W celu uniknięcia problemów
z niedoborem tego pierwiastka potencjalnym rozwiązaniem mogłoby stać się nawoże-
nie gleb winnicy obornikiem pochodzącym z hodowli bydła, gdyż według Ramos
i Lňpez-Acevedo [7] zawartość Zn(II) w tego typu nawozie może przekraczać nawet
100 mg/kg. Należy jednak uwzględnić fakt, że obornik zawiera także inne metale
(w tym metale ciężkie), których obecność może być niepożądana. W związku z tym
zawartość jonów Zn(II) we wszystkich typach stosowanych nawozów powinna być
monitorowana.
Magnez jest pierwiastkiem o nieco mniejszym znaczeniu z punktu widzenia
zapotrzebowania fizjologicznego krzewów winorośli. Ogrywa jednak niezwykle ważną
rolę w rozwoju i wzroście drożdży, gdyż bierze udział w procesach podziału komórek
oraz biochemicznych przemian związanych z fermentacją [10]. Ponadto stwierdzono,
że jego obecność sprzyja syntezie białek wspomagających termooporność komórek
drożdży, a także zwiększa odporność komórek na większe stężenia etanolu [3].
Dlatego zapewnienie odpowiedniej ilości magnezu w owocach, a następnie w mosz-
czu gronowym jest bardzo istotnym zagadnieniem. W przypadku analizy danych
dotyczących owoców odmian ‘Aurora’ i ‘Rondo’ można stwierdzić, że zawartość tego
metalu może nie być wystarczająca dla prawidłowego przebiegu fermentacji. Średnie
stężenie tego pierwiastka w owocach winogron jest dwukrotnie więsze [12].
Wnioski
Na podstawie przedstawionych w pracy wyników stwierdzono, że owoce odmian
Aurora’ i ‘Rondo’ charakteryzują się małą zawartością cynku, co może negatywnie
wpłynąć na przebieg procesu fermentacji. Ponadto stwierdzono, że zdolność wykorzy-
stania i akumulacji wybranych pierwiastków nie różni się zasadniczo pomiędzy krzewa-
mi roślin z wyjątkiem poboru potasu, który jest nieco większy w przypadku jagód
odmiany ‘Rondo’. Jednak biorąc pod uwagę straty składników mineralnych występujące
w procesie produkcji wina, można wnioskować, że zawartość analizowanych metali
może okazać się niewystarczająca dla takiego zastosowania owoców obydwu odmian.
Związek pomiędzy zawartością składników mineralnych w podłożu winnicy a ich
obecnością w jagodach jest stosunkowo mało rozpoznany. W celu jego określenia
stosuje się tzw. analizę tkankową, która nie wydaje się być najbardziej skutecznym
narzędziem oceny zapotrzebowań pokarmowych roślin. Badanie tych relacji poprzez
analizę zawartości pierwiastków w owocach wydaje się być metodą znacznie sku-
teczniejszą, jednak wymaga ona dopracowania. Szczególnie ważne jest zaplanowanie
odpowiedniego czasu poboru próbek, tak by uwzględniono zapotrzebowanie fizjolo-
giczne krzewów winorośli, jak i optymalną jakość jagód przeznaczonych do przemysłu
winiarskiego. Ponadto, w tego typu analizach istotne jest dokonanie badań składu
i innych cech fizykochemicznych gleby danej winnicy, ponieważ zdolność roślin do
akumulacji składników mineralnych może się różnić w zależności od regionu upraw.
Tabela 1. Zawartość wybranych pierwiastków w jagodach winorośli z odmiany ‘Aurora’
i ‘Rondo’ (n = 3, średnia arytmetyczna ± SD)
Pierwiastek Odmiana 'Aurora' Odmiana 'Rondo'
[mg/100 g s.m.]
K176,21 ± 10,17 a 194,08 ± 6,27 a
Mg 13,65 ± 0,34 a13,65 ± 0,2 a
Zn 0,13 ± 0,011 a0,19 ± 0,01 a
Ca 14,41 ± 0,57 a17,45 ± 0,75 b
a,b – te same liter y świadczą o braku różnic istotnych statystycznie w obrębie danego pierwiastka (p<0,05)
Tabela 2. Zawartość wybranych pierwiastków w glebie winnicy (n = 3, średnia arytmetyczna
± SD)
Pierwiastek Gleba spod krzewu odmiany
Aurora’
Gleba spod krzewu odmiany ‘Rondo’
[mg/kg]
K2O546,5 ± 4,95 a578,5 ± 3,53 b
Mg 12,9 ± 0 a11,4 ± 0 a
Zn 29,55 ± 0,07 a29,65 ± 0,64 a
a,b – te same liter y świadczą o braku różnic istotnych statystycznie w obrębie danego pierwiastka (p<0,05)
Literatura
[1] Amiri M. E.: 2009. Accumulation of calcium by ripening berries on grape (Vitis vinifera L.
cv. Asgari). The Proceedings of the International Plant Nutrition Colloquium XVI.
Department of Plant Sciences, UC Davis.
[2] Banović M., Kirin J., Ćurko Ć., Kovaćević-Ganić K.: 2009. Influence of vintage on Cu, Fe,
Zn and Pb content in some Croatian red wines. Czech Journal of Food Science, 27, 401–
403, Special Issue.
[3] Birch R. M., Walker G. M.: 2000. Influence of magnesium ions on heat shock and ethanol
stress responses of Saccharomyces cerevisiae. Enzyme and Microbial Technology, 26,
678–687.
[4] De Nicola R., Hall N., Bollag T., Thermogiannis G., Walker G. M.: 2009. Zinc accumulation
and utilization by wine yeasts. International Journal of Wine Research, 1, 85–94.
[5] Eide D.: 1997. Molecular biology of iron and zinc uptake in eukaryotes. Current Opinion in
Cell Biology, 9, 573–577.
[6] Mayalagu S., Patturajn M., Chatterji D.: 1997. The presence of two tightly bound Zn2+ ions
is essential for the structural and functional integrity of RNA polymerase II. Gene, 190,
77–85.
[7] Ramos M. C., L
ň
pez-Acevedo M.: 2004. Zinc levels in vineyard soils from the Alt Pened
è
s-
Anoia region (NE Spain) after compost application. Advances in Environmental Research,
8, 687–696.
[8] Rogiers S. Y., Keller M., Holzapfel B. P., Virgona J. M.: 2000. Accumulation of potassium
and calcium by ripening berries on field vines of Vitis vinifera (L) cv. Shiraz. Australian
Journal of Grape and Wine Research 6, 240–243.
[9] Seyedbagheri M. M., McCammon T., Fallahi E.: 2009. Nutrient management in Idaho grape
production. University of Idaho extention, CIS 1171, 1–4.
[10] Walker G. M., Maynard A. I.: 1996. Magnesium – limited growth of Saccharomyces cere-
visiae. Enzyme and Microbial Technology, 18, 455–459.
[11] Winge D. R., Jensen L. T., Srinivasan C.: 1998. Metal-ion regulation of gene expression in
yeast. Current Opinion in Chemical Biology, 2, 216–221.
[12] Źródło internetowe 1: National Food Institute’s Food Composition Databank www.food-
comp.dk/v7/fcdb_details.asp?FoodId=0329
ResearchGate has not been able to resolve any citations for this publication.
Article
The present study has focused on the accumulation of zinc by wine yeast strains of Saccharomyces cerevisiae during fermentation of both grape juice and chemically defined medium with different carbohydrates and at varying levels of zinc. The results have shown that zinc accumulation by wine yeast was very rapid with all zinc being removed from the medium by yeast cells within the first two hours. Zinc uptake was stimulated by the presence of sucrose. Zinc affected fermentation progress at defined levels, with optimal concentrations at 1.5-2.5 ppm, depending on yeast strain and zinc bioavailability. The bioavailability of metal ions in grape must and the roles of metals in wine yeast physiology are aspects poorly understood by enologists. In brewing, it has long been recognized that malt wort may be zinc deficient and brewers often carry out zinc supplementations to avoid sluggish and incomplete fermentations. In winemaking, zinc levels in grape musts may be compromised depending on the bioavailability of zinc ions in vineyard soils as well as treatments with fertilizers and fungicides during grape growing. As a consequence, sub-optimal zinc levels in grape musts may negatively influence the fermentative performance of yeasts. We believe that optimization of metal ion bioavailability will improve yeast fermentation performance in industrial processes and this study addresses some issues relating to zinc in enology. © 2009 De Nicola et al, publisher and licensee Dove Medical Press Ltd.
Article
Knowledge of the content of heavy metals is important because of their impact on the wine stability or on the health of the consumers. The presence of heavy metals in wines is a consequence of an action of various factors such as conditions of the cultivation and processing of grapes and production, stabilisation or storage of wine. In this work determination of heavy metals (Cu, Fe, Zn and Pb) content in red wines was carried out. Selected wine was Plavac mali, Croatian autochthonous sort, produced by various producers during the three consecutive vintages. The aim of this work was to examine whether the wines produced in different vintage, and by various producers, vary according to the content of heavy metals. For the determination of heavy metals content, the atomic absorption spectrometry (AAS) was used. Content of heavy metals ranged between 0.235-1.122 mg Cu/l, 0.809-6.202 mg Fe/l, 0.266-2.434 mg Zn/l and 0.107-0.3355 mg Pb/l. Data analysis showed statistically significant differences only between producers for iron and copper content.
Article
The mechanization of fields that is taking place in some Mediterranean areas is generating soils with poor structure and lack of nutrients. The application of organic wastes for improving soil properties is becoming a frequent practice, but with the risk of producing a negative impact, because of the presence of metals. This application is carried out without any additional checks using the same rates in disturbed and in non-disturbed soils. In the present study, the influence of composted cattle manure application in vineyard soils from the NE of Spain was evaluated. The study focuses on the changes of soil total Zn content in both disturbed and undisturbed soils. The same treatments and practices were applied in both plots. The area has a Mediterranean climate and the main type of soil is Typic Calcixerept. Total levels (digestion with aqua regia) and plant available fractions (extraction with (NH4)OAc-EDTA and CaCl2-DTPA) of Zn, the main metal component of the applied organic wastes, were analysed and compared with those existing in the untreated soils. Zinc levels rose to 130 mg kg−1, which implies increases ranging between 60 and 100% in some parts of the plots. Significant increases were observed in the treated soil samples. The available fraction represents, on average, 30% for Zn extracted with EDTA and 10.8% when it was extracted using DTPA. Significant differences were found between disturbed and undisturbed soils. The organic matter content was the soil characteristic that showed a higher influence on the Zn total levels and on the available fraction, although it was different for the two methods used. The analysis points out the importance of an analysis previous to the application of any waste at general scale. This practice, which is common in the area and repeated in each plot every 3 or 4 years implies a risk of soil pollution in a very short time period.
Article
Ripening berries of Vitis vinifera (L) cv. Shiraz can show pre-harvest weight loss at sub-optimal sugar content (shrinkage). This later-age decline in berry weight implies that water loss from mature berries has begun to exceed water inflow from the parent grapevine. Such decrease in net inflow has been attributed to a cessation of xylem flow subsequent to veraison, followed by a cessation of phloem flow into berries during later stages of ripening. We address this issue in this present paper, and show a continuing increase in berry content of both potassium and calcium throughout ripening. We measured changes in berry fresh weight and berry content of potassium (phloem mobile) and calcium (phloem immobile) in fruit on field vines sampled from set to harvest. Berry fresh weight reached a plateau between 81 and 95 days after flowering, then declined to 75% of maximum fresh weight by 115 days. Dry weight maximum occurred 14 days after the onset of the fresh weight plateau. Potassium accumulation was slow pre-veraison, increased 3.5-fold post-veraison, and continued during berry shrinkage. Calcium content per berry also showed a linear increase throughout fruit enlargement and ripening phases. Assuming both potassium and calcium were entering berries via vascular conduits, our results imply a continuing connection between parent grapevine and ripening berries. Moreover, an abrupt change (increase) in the ratio of potassium/calcium content per berry subsequent to veraison implies that phloem inflow has increased relative to xylem inflow during post-veraison enlargement.
Article
Metal-responsive transcription factors exist in yeast to modulate expression of genes that encode proteins involved in cellular uptake of copper, iron and zinc ions. These signal transduction pathways function in the cellular regulation of the intracellular concentration of free metal ions. A second component of metal homeostasis is the regulation of metal-ion binding through protein-mediated metallation. Copper-specific chaperones exist in yeast that route copper ions to the site of biosynthesis of copper-metalloenzymes.
Article
The growth response of Saccharomyces cerevisiae to magnesium limitation when propagated aerobically in batch culture under conditions of glucose repression was hyperbolic, thus indicating a Monod relationship. The saturation coefficient, Ks, was 36 μ magnesium, and exogenous magnesium requirements for optimal yeast growth rate were established in minimal medium. An investigation into growth and metabolism of S. cerevisiae over a range of growth rates using a magnesium-limited chemostat revealed that at growth rates less than μmax, cells exhibited a physiological state characteristic of non-carbon-limited growth. This was exemplified by an increase in the biomass yield from increased magnesium availability and alterations in the relative contributions of fermentation and respiration to the overall respirofermentative activity as the growth rate increased toward μmax. Studies on the growth behaviour of S. cerevisiae when cells were released from magnesium limitation within a chemostat suggested that magnesium primarily exerts its influence on cell division cycle progression in this yeast.
Article
DNA-dependent RNA polymerases (RNApol) are Zn2+ metalloproteins where the Zn2+ ion plays both catalytic and structural roles. Although the ubiquitous presence of Zn2+ with the RNApol from eukaryotes had already been established, the exact stoichiometry of Zn2+ ion(s) per mole enzyme is not well documented, and its role in enzymatic function remains elusive. We show here that RNApolII from Saccharomyces cerevisiae has two Zn2+ ions tightly associated with it which are necessary for its transcriptional activity. Upon prolonged dialysis against 10 mM EDTA for 4-5 h, the enzyme loses one Zn2+, as well as partial activity. However, Zn2+ can be added back to the enzyme, but without recovering its total activity. 5 mM orthophenanthroline (OP) removes one Zn2+ within 2 h; the enzyme, however, cannot be reconstituted back with Zn2+. Circular dichroism (CD) studies showed that the conformation of the native enzyme is unique and cannot be reproduced with Zn2+-reconstituted RNApolII. Similarly, the rate of abortive synthesis of a dinucleotide product over a non-specific template is faster when catalyzed by two Zn2+-native enzymes. Zn2+-reconstituted RNApolII or one Zn2+-RNApolII showed a slower abortive synthesis rate. 65Zn2+-blotting experiments indicated that the removal of one Zn2+ from the enzyme destroys the Zn2+-binding ability of the larger subunits of yeast RNApolII. In order to check whether the presence of Zn2+ ions has any effect on substrate recognition, we followed the binding of (gamma-AmNS)UTP, a fluorescent substrate analog to RNApolII. It was observed that OP-treated enzyme showed non-specific substrate recognition, whereas two Zn2+-native RNApol binds substrate at a single site.
Article
Recent studies of iron uptake in Saccharomyces cerevisiae have provided insights into the role of multicopper oxidases in eukaryotic metal transport. These studies have also led to the identification of a novel iron transporter in plants and the recognition of a new family of transporter proteins that may participate in metal uptake in a diverse array of eukaryotic species.
Article
This study has highlighted the role of magnesium ions in the amelioration of the detrimental effects of ethanol toxicity and temperature shock in a winemaking strain of Saccharomyces cerevisiae. Specifically, results based on measurements of cellular viability and heat shock protein synthesis together with scanning electron microscopy have shown that, by increasing the bioavailability of magnesium ions, physiological protection is conferred on yeast cells. Elevating magnesium levels in the growth medium from 2 to 20 mM results in repression of certain heat shock proteins following a typical heat shock regime (30-42 degrees C shift). Seed inocula cultures prepropagated in elevated levels of magnesium (i.e. 'preconditioned') also conferred thermotolerance on cells and repressed the biosynthesis of heat shock proteins. Similar results were observed in response to ethanol stress. Extra- and intracellular magnesium may both act in the physiological stress protection of yeast cells and this approach offers potential benefits in alcoholic fermentation processes. The working hypothesis based on our findings is that magnesium protects yeast cells by preventing increases in cell membrane permeability elicited by ethanol and temperature-induced stress.