Bitkilerde Ağır Metal Birikimi

Sucul sistemlerin fizikokimyasal ve biyolojik özellikleri; su kütlesinin bulunduğu bölge, evsel ve endüstriyel atık suların kullanımı ve civar bölgelerdeki yerel bölge halkının aktiviteleri ve miktarı gibi birçok faktöre göre belirlenmektedir.

Bunun sonucu olarak da sucul sistemde yüksek miktarda organik ve inorganik bileşiklerin bulunduğu bir durum açığa çıkmaktadır. Bu tatlısu ekosistemlerinde gelişen makrofitler, sistemde birincil üretici olarak rol oynar (Nimptsch vd., 2005).

Sucul sistemler için önemli bir yere sahip olan makrofitler, sucul omurgasızlar ve balıklar için yaşam alanı ve barınak oluştururken aynı zamanda besin kaynağı sağlarlar. Oksijen üreterek kapsamlı bir şekilde sistem fonksiyonlarının gerçekleşmesine yardımcı olurlar. Besin zincirinde ve sediment dengesinin sağlanmasında önemli rolleri bulunmaktadır. Makrofitler, sadece bu rolleri ile değil aynı zamanda ağır metallerin biriktirilmesinde etkili rolü ile sucul ekosistemin değişmez biyolojik filtreleri olarak sucul ekosistemin sürdürülebilirliğinde önemli bir

rol oynarlar ve ekolojik araştırmalarda su kalitesinin biyoindikatörü olarak değerlendirilmektedirler (Nimptsch vd., 2005, Vardavan ve Ingole, 2006). Birçok makrofit ideal biyomonitör organizma olarak çeşitli özelliklere sahiptir. Su sütunu içerisinde sabit olmaları, gözle görülebilir olmaları, toplamanın kolay olması, arazide teşhis etmenin kolaylığı ve çeşitli kısımlarında kirleticileri biriktirebilmeleri ve bu yolla çevresel kirliliği yansıtmaları bu özelliklerin başlıcalarını oluşturmaktadır (Nimptsch vd., 2005). Su kalitesinin değerlendirilmesinde sucul bitkilerin doğal bölgelerindeki biyomonitörler olarak kullanılması yıllardır yaygın bir şekilde gerçekleştirilmektedir. Fakat aynı zamanda askıda katı maddelerin, besin tuzlarının, ağır metallerin, toksik organik maddelerin atık sulardan, tarımsal alanlardan, sucul sistemlerden uzaklaştırılmasında da kullanılmaktadır (Lytle ve Lytle, 2001). Tarihsel olarak tatlısu bitkilerinin kimyasalara karşı sucul hayvan türlerinden daha fazla toleranslı oldukları düşünülmüştür. Bundan dolayı, amfibiler, balıklar ve omurgasızlar gibi hayvanların test organizması olarak kullanılması daha fazla yaygınlık göstermiştir (Mohan ve Hosetti, 1999). Bazı bitki türleri hücre içerisinde ağır metallerin toksik etkisinden kaçınmak için farklı stratejiler geliştirmişlerdir.

Buna göre bitkiler tarafından absorbe edilen ağır metaller bitkilerin metabolik olaylarda rol alan aktif kısımlarından uzakta depo edilebilirler (Memon vd., 2001).

Biyomonitör terimi; dokularında kirletici maddeleri biriktirme yeteneğine sahip olan ve bu özellikleriyle sucul sistemlerdeki kirleticilerin biyolojik olarak varlığının ve miktarının tespitinde aracı olarak rol oynayan organizmaları tanımlamak için kullanılmaktadır. Sediment ve sudan aldıkları ağır metalleri biriktirme özelliklerinden dolayı, köklü bitkilerin biyomonitör olarak kullanılması önemli hale gelmektedir. Biyolojik materyalleri indikatör olarak kullanarak çevre kirliliğinin tespit edilmesi klasik örnekleme metotlarına alternatif olarak kullanılan

ucuz, güvenilir ve basit bir metottur (Zurayk vd., 2001). Bu amaçla karayosunları, likenler, perifiton, balık, damarlı bitkiler gibi çok sayıda organizma başarılı bir şekilde biyomonitör olarak kullanılmıştır (Porvari, 1995; Lakatos vd., 2003; Birungi vd., 2007; Mendil vd., 2009). Sucul makrofitler oldukça yüksek miktarda metal biriktirme kapasitesine sahip olabilmeleri, suda ve sedimentte bulunan fazla miktardaki metal konsantrasyonunu tolere edebilmelerinden dolayı metal kontaminasyonu çalışmaları için doğal ortamında biyomonitörler olarak ideal olabilirler (Bonanno ve Giudice, 2010).

Çevresel kalite değişimlerinin izlenmesinde su ve sedimentte ağır metallerin tespit edilmesinin yanı sıra potansiyel etkilerin belirlenmesinde bitkilerin kullanılması konusunda bir çok çalışma yapılmıştır (Weis ve Weis, 2004; Aksoy vd., 2005; Kumar vd., 2006). Literatürde yapılan çalışmalarda, su altındaki, suda gelişen ve serbest yüzen sucul makrofitlerin ağır metalleri biriktirme yeteneğinde oldukları belirtilmiştir (Vesk ve Allaway, 1997; Khan vd., 2000). Sucul makrofitler sudan ve sedimentten ağır metalleri alarak çevrelerinden birkaç kat daha fazla miktarlarda iç konsantrasyonda dokularında biriktirebilirler (Prasad, 2001). Makrofitler önemli miktarda ağır metali dokularında biriktirebilmelerinden dolayı kirlilik tespitinde indikatör organizmalar olarak önerilmektedir (Zhulidov, 1996; Shine vd., 1998).

Sucul sistemlerde kirletici unsurlar kesintili olarak sisteme dahil olurlar ve çabuk bir şekilde seyreltilirler. Sucul makrofitlerin çeşitli kısımlarının analizi sistemin kalitesi hakkında zamanla bütünleşen bilgiler verir ve bitkilerin biyoakümülasyon özelliği su kitlelerinin izlenmesinde ve iyileştirilmesinde kullanılır (Dunhabin ve Bowner, 1992;

Whitton ve Kelley, 1995; Baldantoni vd., 2005).

Bitkilerin, iz elementlerden biyolojik olarak yararlanabilmesi çok sayıda çevresel faktör tarafından etkilenmektedir. Bunlar; çevrede bulunan iz elementlerin

konsantrasyonu, abiyotik faktörler, maruz kalma süresi, bitkinin yetişme şekli, absorbsiyon mekanizmasının şekli, iz elementlerin tutunma bölgelerine olan ilgisi, iz element türleri, örnekleme periyodu olarak belirtilmiştir (Mazej ve Germ, 2009).

Sucul bitkiler; kökleri aracılığıyla gözenek suyundan ya da sedimentten alarak yüksek miktarda depoladıkları iz elementleri, hem kökleri tarafından alma miktarı bakımından hem de bitkinin üst kısımlarına iletme oranları bakımından farklılık gösterir (Baldantoni vd., 2004). Guilizzoni (1991), bazı köklü su altı bitkilerinin iz elementleri, sedimentte alınabilir formda bulunmadığında ya da çevrede yüksek miktarda bulunduğunda doğrudan sudan alabildiklerini belirtmiştir.

Bitkilerde ağır metallerin birikme seviyeleri tür içerisinde ve türler arasında farklılık göstermektedir. Kirlenmiş ortamlardaki davranış şekillerine göre bitkiler metal “excluder” (dışlayıcı), indikatör ve akümülatör olmak üzere üç gruba ayrılmaktadır. Metal dışlayıcıları; hava ile temas eden kısımlarından metal girişini engeller ya da substrattaki metal konsantrasyonuna karşı düşük ve sabit metal konsantrasyonunu sürdürebilirler. Metalleri çoğunlukla kökleriyle sınırlandırırlar. Bu bitkiler membran geçirgenliğini, hücre duvarının metal bağlama kapasitesini değiştirebilirler. Metal indikatörü olan türler ise, aktif olarak hava ile temas eden dokularında metalleri biriktirirken genellikle dokularında biriken miktarlar topraktaki miktarlar ile doğru orantı gösterir (Ghosh ve Singh, 2005, Peralta-Videa vd., 2009).

Metal akümüle (biriktiren) eden hiperakümülatör bitki türleri kirleticilerin yüksek seviyelerine absorbe ederek kök, gövde ya da yapraklarında depo edebilirler (USEPA, 2000). Baker ve Brooks (1989)’a göre; hiperakümülatör olan bitkiler, kuru ağırlığında 1000 mg kg^-1 dan daha fazla arsenik, kurşun, bakır, nikel, kobalt ya da 10.000 mg kg^-1 dan daha fazla çinko ve manganez içerirler. Altın ve kadmiyum için ise bu değerler sırasıyla 1 mg kg^-1 ile 100 mg kg^-1 olarak belirtilmiştir. Dünya

çapında 400 den fazla hiperakümülatör bitki olduğu belirtilmesine rağmen (Reeves, 2003; Wei vd., 2008) her geçen gün bu sayıya yeni hiperakümülatör bitki türleri eklenmektedir. Örneğin Zhang vd., (2007) Leersia hexandra bitkisini Cr-hiperakkümülator, Mizuno vd., (2006) Chengiopanax sciadophylloides bitkisini Mn-hiperakümülatör, Qiu vd, (2006) Potentilla griffithii bitkisini Zn-Mn-hiperakümülatör, Tolra vd., (2006) Thlaspi praecox bitkisini Cd-hiperakümülatör olarak belirtmişlerdir. Yapılan çalışmalar göstermiştir ki bazı bitki türleri kendilerine spesifik olan ağır metalleri biriktirebilirler. Bununla birlikte, Ceratophyllum demersum, Spirodella polyrrhiza, Bacopa monnieri, Hygrorrhiza aristata, Vallisneria spiralis ave Alternathera sessilis gibi bazı bitki türleri ise, Pb, Cd, Cr, Mn, Fe ve Cu gibi farklı metallerin belirsiz biriktiricileri olabilirler (Carranza-Álvarezvd., 2008).

Ağır metal biriktirme kapasitesi, farklı bitki türlerinde ve bitkilerin değişik kısımlarında birbirinden farklılık gösterir. Bu nedenle en fazla ağır metal biriktirme kapasitesine sahip olan organların belirlenmesi faydalı olmaktadır (Baldantoni vd., 2004). Bazı türler iz elementleri köklerinde biriktirir ve kök akümülatörü olarak adlandırılırken diğerleri gövdelerinde biriktirerek gövde akümülatörü olarak tanımlanmaktadır (Aksoy vd., 2005). Armeria maritima halleri (Mill.) Willd. ve Agrostis kapillaris L. bitkilerinin Zn, Cu, Pb ve Cd için kök akümülatörü oldukları tespit edilmiştir (Dahmani-Muller vd., 2000). Gövde akümülatörleri kökten aldıkları elementleri gövdeye taşıyarak orada biriktirirler. Gövde akümülasyonu özelliği, Thlaspi goesingense (Hálácsy) bitkisinde Ni için gözlenmiştir (Krämer vd., 1997).

Demirezen ve Aksoy (2004) yaptıkları çalışmada; Sultan Sazlığında (Kayseri, Türkiye) bulunan Typha angustifolia (L.) ve Potamogeton pectinatus (L.) bitkilerinin köklerinde önemli miktarda kadmiyum biriktirdiklerini tespit etmişlerdir.