GİRİŞ
Ağır metaller yerkabuğunda doğal olarak bulunan, bozulmayan ve yok edilemeyen bileşiklerdir. Toprak, su ve havada değişik oranlarda bulu-nabilen ağır metaller belirli konsantrasyonun üzerinde kirliliğe yol açmak-tadır. Bazen mikro besinler (çinko, bakır, demir, manganez ve nikel) gibi gerekli olan yada bazen çevresel kirletici ( alüminyum, kurşun, civa, kad-miyum vs.) olan ağır metallerin çevrede yaygın bir şekilde birikmesi, tüm canlılar için boyutları giderek artan bir tehlike oluşturmaktadır [1,2]. Ağır metal kirliliğinin çeşitli nedenleri vardır. Bunlar insan kaynaklı yada doğal kaynaklı olabilir. Endüstriyel faaliyetler, motorlu taşıtların eksoz gazları, maden yatakları ve işletmeleri, volkanik faaliyetler, tarımda gübreleme ve ilaçlama gibi pek çok etken ağır metal kirliliğinin nedenleri arasında yer alabilir. Ağır metallerin yarattığı en önemli problem, bu metallerin besin zincirinde akümüle olarak insana kadar ulaşması ve doğada kalıcı olmalarıdır [3].
Sudaki insan kaynaklı ağır metaller çoğunlukla kömür madenciliği, maden cevherleri üretim ve imalatı ve kentsel atıklardır. Ağır metaller ta-rafından oluşturulan su kirliliği hem bu elementlerin jeokimyasal döngüsü hem de çevre sağlığı için önemli bir faktördür [4].
Bu metallerin bulundukları ortamdan uzaklaştırılması amacı ile çe-şitli teknikler geliştirilmiştir. Bu teknikler arasında redüksiyon, kimya-sal çöktürme, filtrasyon, elektrokimyakimya-sal muamele, havalandırma yer almaktadır. Bu tekniklerin kullanımı sınırlı olup, sekonder (ikincil) çev-re kirliliklerine yol açabilmektedirler. Tüm bu sebeplerden dolayı doğal sularda çeşitli elementlerle meydana gelen kirliliğin giderilmesinde bit-kilerin kullanılması çalışmaları son yıllarda giderek artmaktadır.
Fitoremediasyon, kirlenmiş toprak ve sudan bitkilerin kullanılarak kirleticilerin uzaklaştırılması işlemidir. pH, toprak yapısı, toprağın or-ganik madde içeriği ve katyon değişim kapasitesi gibi toprak faktörleri
bitkinin alacağı ağır metal oranına etki eder [5,6]. Bunun yanı sıra farklı bitki gruplarının ağır metalleri alma dereceleri birbirinden farklıdır ve bazı türler doku ve organlarında spesifik elementleri yüksek konsantras-yonda biriktirirler [7-9]. Biriktirilen ağır metal miktarındaki değişim ka-dar, elementin bitki tarafından sentezlenecek maddeler üzerindeki etki-leri türden türe ve elementin mobilitesine göre değişim göstermektedir. Ağır metallerin özellikle belirli dozlardan itibaren bitkilerdeki fizyo-lojik fonksiyonları ve biyokimyasal olayları direkt veya dolaylı etkilediği bilinmektedir. Bitki dokularında ağır metal birikimi fazla olursa mineral besin alınımı [10], transpirasyon[11], fotosentez [12], enzim aktivitesi [13], nükleik asit yapısı [14], klorofil biyosentezi [15], çimlenme [16], membranlarda hasar [17], hormon dengesinin bozulması ve su ilişkisi-nin değişmesi gibi fizyolojik olaylar gözlenir. Metallerin çoğu organizma içerisindeki organik moleküllere geri dönüşümsüz bir şekilde bağlandığı için toksiktir. Örneğin civa neredeyse tüm proteinlerde sülfidril gruplarına (- SH ) bağlı olarak bulunur ve böylece proteinleri ve onların hücresel fonksiyonlarını inaktive eder.
Ağır metal stresinin bitkilerdeki metabolik olayları nasıl etkilediğini açıklığa kavuşturmak, ayrıca bitkilerin bu kirleticilere karşı hangi tep-kiler verdiğini ve hangi uyum mekanizmaları geliştirdiğini belirlemek oldukça önemlidir. Problemin durumu ve boyutu daha iyi anlaşılabil-mesi ve alınacak önlemlerin ve gelecekle ilgili yapılacak planlamaların daha sağlıklı olmasını sağlar. Doğal sularda çeşitli etmenlerle olan kir-lenmenin giderilmesinde bitkilerin kullanılması çalışmaları son yıllarda giderek artmaktadır.
Çalışmamızda kullandığımız Lemna gibba ve Lemna minor atık su arıtılmasında kullanılan bitkiler arasında bulunmaktadır [18,19].
Lemna gibba ve Lemna minor Arales takımının Lemnaceae famil-yasındandır. Serbest yüzer veya su içine batık durumda çok küçük basit
Farklı pH Değerlerinin Lemna gibba L. ve Lemna minor L.’de Nikel Alınımı ve Klorofi l
Miktarına Etkisi
Kadriye URUÇ1* Dilek DEMİREZEN YILMAZ2 Hatice AKBULUT1
1 Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 38039 Kayseri, TÜRKİYE
2 Erciyes Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Biyoloji Bölümü, 38039 Kayseri, TÜRKİYE
Sorumlu Yazar Geliş Tarihi: 15 Mayıs 2008
e-posta: uruckadriye@gmail.com Kabul Tarihi: 23 Ağustos 2008 Özet
Bu çalışmada, farklı pH değerlerinin Lemna minor ve Lemna gibba’da nikel birikimi ve klorofi l a ve b miktarı üzerindeki etkisi laboratuar koşulları altında incelenmiştir. Yüksek pH değerinde (pH = 7), kla ve klb miktarının yükselen pH ile arrtığı gözlenmiştir. Ayrıca, nikel akümülasyon kapasitesi pH 4’de belirgin bir şekilde azalmıştır. Diğer bir ifade ile, düşen pH değeri nikel alınım kapasitesini teşvik etmektedir. Bunun yanı sıra, Lemna minor’ün nikel biriktirme kapasitesinin Lemna gibba’dan daha fazla olduğu belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Lemna gibba , Lemna minor, klorofi l, nikel, pH.
Effect of Different ph on Nickel Absorbtion and Amount of Chlorophyll of
Lemna gibbaL. and Lemna minor L.
Abstract
In this study, the effect of different pH on the nickel absorbtion capacity and amount of chlorophyll of Lemna minor and Lemna gibba was investigated under laboratory conditions.
At high pH value (pH = 7), we observed increasing amount of kla and klb with increasing pH. Additionally, nickel accumulation capacity was signifi cantly reduced at pH 4. It means, nickel absorbtion capacity was stimulated by an decrease in pH value. Furthermore, considerably higher accumulation of nickel were found in Lemna minor rather than in Lemna gibba.
Keywords: Lemna gibba , Lemna minor, chlorophyll, nickel, pH.
Biyoloji Bilimleri Araştırma Dergisi 1 (2): 13-15, 2008 ISSN:1308-3961, www.nobel.gen.tr
K. Uruç ve ark. / Bibad, 1 (2): 13-15, 2008
14
yapılı sucul bitkilerdir [20,21]. Üremeleri vejetatif yolla olmak-tadır. Lemna türleri dünyanın her yerine yayılmıştır.
Lemna gibba ötrifikasyona uğramış az oksijen ve fazla kar-bondioksit içeren, az ışıklı ve çok tuzlu pis sularda gelişimi-ni sürdürebilmektedir. Bu nedenle biyolojik indikatör özelliği taşımaktadır [22]. Bir araştırma sonucuna göre L. gibba’nın deterjanlı sularda yaşamını rahatlıkla sürdürdüğü belirtilmiştir [5]. L. minor azotlu bileşik ve fosfat absorbsiyonu bakımından önemli bir bitki olmakla birlikte sulardaki asılı madde miktarını azaltmaktadır [18].
MATERYAL VE METOD
Çalışma için gerekli Lemna gibba ve Lemna minor örnekle-ri Kayseörnekle-ri, Soysallı mevkiinden alınmıştır. Bu bitkiler deneysel çalışmalar için laboratuvar koşulları altında yetiştirilmiştir (23 0C ; 14 saat fotoperyot ; 350 μmolm2s-1; 20 mgL-1 Ni). Element analizi için her bir örnek deney sonunda 80°C de 24 saat etüv-de kurutulduktan sonra 10 ml HNO3 kullanılarak CEM-MARS marka mikrodalga da (çözme koşulları; maksimum güç:1200W, güç (%): 100, minimum 20 dakika, 180 (psi) basınç ve 210 oC`de) çözme işlemi yapılmıştır. Çözme işleminden sonra her bir örneğin hacmi çift deiyonize su kullanılarak 30 ml`e tamam-lanarak, örneklerin ağır metal biriktirme oranları ICP-OES ci-hazı ile ölçülmüştür [23].
Klorofil analizi için ise; 0.1 gr taze doku kullanılmıştır. Yap-rak dokuları üzerine % 100’lük aseton çözeltisi ilave edilmiştir ve son hacim 10 ml oluncaya kadar yapraklar yıkanmaya de-vam edilmiştir. Dördüncü günün sonunda spektrofotometrede 663 ve 645 nm`lerde ölçüm yapılmıştır. Deneysel hataları önle-mek için her örnek için ikişerli gruplarla çalışılmıştır. Klorofil miktarının hesaplanması için aşağıdaki formül kullanılmıştır.
mg kl a/g doku =[12.7 (D663)-2.69 (D645)]* (V/1000.A) mg kl b/g doku =[22.9 (D645)-4.68 (D663)]*(V/1000.A) D: dalga boyu, V:% 100 lük aseton son hacmi, A kullanılan yaprak dokusunun gram cinsinden ağırlığı [24].
BULGULAR
Suyun pH değerindeki artış bitkiler tarafından biriktirilen nikel konsantrasyonunda da artışa yol açmaktadır (Şekil 1). Nikel birikimi ortamdaki asitlik artıkça azalırken ortam pH’ı nötüre yaklaştıkça belirgin bir artış meydana gelmiştir (Şekil 2 ve Şekil 3). Lemna minor bitkisinde ki birikimin Lemna gibba bitkisindeki birikime göre daha fazla olduğu görülmektedir. En fazla nikel birikimi pH 7 de ve L. minor’de olmuştur.
Elde edilen sonuçlara göre, pH miktarı bitkilerin yapısında bulunan klorofil oranını etkilemektedir. Klorofil miktarı, or-tamdaki asitlik artıkça azalırken ortam pH’ı nötüre yaklaştıkça klorofil miktarlarında artış meydana geldiği (Şekil 2 ve Şekil 3) gözlenmiştir. Ni 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 pH 3 pH 4 pH 5 pH 6 pH 7 Uygulamalar Konsantrasyon (ppb) L. gibba L. minor
Şekil 1. Farklı pH`larda yetiştirilen Lemna gibba ve Lemna minor’e ait Ni konsantrasyonları Klorofil a 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 pH 3 pH 4 pH 5 pH 6 pH 7 Uygulamalar Konsantrasyon L. gibba L. minor
Şekil 2. Lemna gibba ve Lemna minor bitkilerinde farklı pH`larda kla miktarları Klorofil b 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 pH 3 pH 4 pH 5 pH 6 pH 7 Uygulamalar Konsantrasyon L. gibba L. minor
Şekil 3. Lemna gibba ve Lemna minor bitkilerinde farklı pH`larda klb miktarları
SONUÇ VE TARTIŞMA
Şekil 1`den de anlaşılacağı gibi Lemna gibba ve Lemna mi-nor ile yapılan denemelerde, maksimum nikel alınımı pH 7` de olmuştur. Bu durumda Lemna sp. türlerinde element alımı için en uygun pH değerinin 7 olduğu söylenebilir. Yapılan başka bir çalışmada Lemna türleri için en iyi gelişimin pH 4.5-7.5 aralı-ğında olduğu tespit edilmiştir [25]. Bitkinin yaşadığı ekolojik koşulların ne ölçüde optimum olduğu bitkinin gelişimi üze-rinde etkilidir. Bitkilerdeki bu gelişimle birlikte klorofil mik-tarında ve element alınımı arasında bir kolerasyon olabileceği düşünülmektedir.
Metal toksisitesi yumuşak ve asidik sularda oldukça büyük problem oluşturur, nötr pH metal toksisitesini çok az etkiler. Pagenkof (1986)’ya göre, pH 7.2`den pH` 5.4 e düştüğü zaman bakırın toksisitesi 2 kat artmaktadır [26]. Bunun yanı sıra, pH
K. Uruç ve ark. / Bibad, 1 (2): 13-15, 2008
15
değişimden aliminyumunda oldukça fazla etkilendiği, özellikle pH < 5.5 ile pH>8 aralığında oldukça toksik hale geldiği belir-lenmiştir [27]. Genellikle metaller yumusak ve asidik sularda fazla toksik, sert ve bazik sularda daha az toksik etki göster-mektedir.
Lemna gibba ve Lemna minor ülkemizde bulunan Lemna-ceae türlerindendir. Atık suların temizlenmesinde kullanılması nedeniyle önemi daha çok artmaktadır. Oldukça hızlı büyüme potansiyeline sahip olması ve kolay bulunabilir olması nede-niyle indikatör bitki durumundadır. Ülkemizde oldukça bol bu-lunması, akümülasyon kapasitesinin yüksek olması ve olumsuz koşullara karşı dayanıklı olması nedeniyle değerlendirilmesi gerektiği düşünülmektedir.
KAYNAKLAR
[1]. Nieboer, E., Richardson, D.H.S., 1980, The replacement of the nondescript term “heavy metals” by a biologically and chemically signifi cant classifi cation of metals ions., Environment Pollution, 1, 3-26.
[2]. Roesijadi, G., Robinson, WE., 1994, Metal regulation in aquatic animlas: mechanisms of uptake, accumulation, and release. In: Malins DC and Ostrander GK (eds.)., Aquatic Toxicology, Lewis Publishers (Boca Raton LA), 387-420.
[3]. Gadd, G. M., 2000, Bioremedial potential of microbial mechanisms of metal mobilization and immobilization, Current Opinion in Biotechnology, 271-279.
[4]. Salomon, S. W., Forstner, U., 1984, Metals in Hydrocycle, Springer-Verlag, New York, 349.
[5]. Anderson, A., 1977, Heavy metals in Swedish soils: On their retention, distribution and amounts, Swed. J. Agric. Res., 7, 7-20.
[6]. Lepp, N.W.(ed), 1981, Effect of metal pollution on plants, Volume. I., Effects of trace metals on plant function, Applied Science Publishers, London.
[7]. Demirezen, D., Aksoy, A., 2004, Accumulation of heavy metals in Typha angustifolia (L.) and Potamogeton pectinatus (L.) living in Sultan Marsh (Kayseri, Turkey), Chemosphere, 56, 685-696.
[8]. Demirezen, D., Aksoy, A., 2006, Common Hydrophytes as Bioindicators of Iron and Manganese Pollutions, Ecological Indicators, 6, 388-393.
[9]. Cha, J.W., Kim, B.W., 1975, Ecological studies of plants for the control of environmental pollution, IV. Growth of various plant species as infl uenced by soil-applied cadmium, Kor. J. Bot., 18,23-30.
[10]. Ouzounidou, G., Eleftheriou, E.P., Karataglis, S., 1992, Ecophysical and ultrastructural effects of copper in Thlaspi ochroleucum (Cruciferae), Canadian Journal of Botany. 70, 947-957.
[11]. Poschenrieder,C.H., Gunse, B., Barcelo, J., 1989, Infl uence of cadmium on water relations, stomatal resistance, and abscisic acid content in expanding bean leaves, Plant Physiology,190,1365-1371.
[12]. Lidon, F.C., Ramalho, J., Henriques, F.S., 1993, Copper inhibition of rice photosynthesis, Plant Physiology, 142, 12-17.
[13]. Nussbaum, S., Shemutz, D., Brunold,C., 1988, Regulation of assimilatory sulfate reduction by cadmium Zea mays L. Plant Physiology, 88, 1407.
[14]. Doncheva, S., Nicolov, B., Ogneva, V., 1996, Effect of copper excess on the morphology of the nucleus in maize root meristem cells, Physiology Plantarum, 96, 118-122. [15]. Somashekaraiah, B.V., Padmaja, K., Prasad, A.R.K.,
1992, Phytotoxicity of cadmium ions on germinating seedlings of mung bean (Phaseolus vulgaris) involvement of lipid peroxides in chlorophyll degradation, Physiology Plantarum, 85, 85-89.
[16]. Munzuroğlu, Ö., Geçkil, H., 2002, Effects of metals on seed germination, root elongation, and coleoptile and hypocotyl growth in Triticum aestivum and Cucumis sativus,Environ. Cont. And Toxi., 43, 203-213.
[17]. Kennedy, C.D., Gonsalves, F.A.N., 1987, The action of divalent zinc, cadmium, mercury, copper and lead on the trans-root potential and effl ux of excised roots, J. Exp. Bot., 38, 800-817.
[18]. Wolwerton, B.C., 1979, Engineering Design Data for Small Vascular Aquatic Plant Wastewater Treatment Systems. Aquaculture Systems for Wastewater Treatment Seminar Proceeding and Engineering Assessment, 179-191.
[19]. Saygıdeğer, S., 1989, Yüksek Yapılı Bitkilerin Atık suların Arıtılmasında Kullanılması, Çevre ve Ormancılık Dergisi Cilt 5, Sayı l.
[20]. Güner, H., 1985, Hidrobotanik, Ege Univ. Fen Fak. Yayınları, Seri No: 91 117 p., İzmir.
[21]. Haslam M., Sinker, C.A., Wolseley, P.A., 1975, British Water Plants Field Studies (1975) 4, 243-351.
[22]. Örencik, S., Karatüfenkçi, M., Güreşçi L.U., 1983, Bazı Kirleticilerin Su Mercimeklerinden (Lemnaceae) Lemna gibba’da Klorofi l Miktarına Etkisi, Atatürk Univ. Fen Fak. Dergisi Cilt l, Özel sayı 1: 461-467, Atatürk Univ. Yayınlan, Erzurum.
[23]. Demirezen, D., Aksoy, A., Uruç, K., 2006, Effect of population density on growth, biomass and nickel accumulation capacity of Lemna gibba ( Lemnaceae), Chemosphere, 66, 553-567.
[24]. Smith, I.K., Vierheller, T.L., Thorne, C.A., 1988, Assay of glutathione reductase in crude tissue homogenates using 5,5’- dithiobis(2-nitrobenzoic acid), Anal. Biochem. 175, 408-413.
[25]. Saygıdeğer, S., 1996, Lemna gibba L.ve Lemna minor L., (Lemnaceae)`nin morfolojik, anatomik, ekolojik ve fi zyolojik özellikleri, Ekoloji Çevre Dergisi, sayı 18, 8-11.
[26]. Pagenkof GK.,1986, Metal ion speciation and toxicity in aquatic systems, In: Sigel H (ed), Metal Ions in Biological Systems (Vol 20). Concepts on Metal Ion Toxicity, pp 101-118.
[27]. Gundersen, DT., Bustaman, S., Seim, WK., and Curtis, LR., 1994., pH, hardness, and humic acid infl uence aluminum toxicity to rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) in weakly alkaline waters. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 51: 1345-1355.
