Pazarsuyu deresi ağır metal kirliliğinin toksik etkilerine karşı likopenin koruyucu rolü: Fizyolojik, genetik, biyokimyasal ve anatomik değerlendirme
The protective role of lycopene against toxic effects of Pazarsuyu stream heavy metal pollution: Physiological, genetic, biochemical and anatomical evaluation
Yazar: MAHMUT DOĞAN
Danışman: PROF. DR. KÜLTİĞİN ÇAVUŞOĞLU
Giresun Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoloji = Biology ; Genetik = Genetics
Dizin: Allium cepa = Allium cepa ; Anatomik etkiler = Anatomic effects ; Antioksidan enzimler = Antioxidant enzymes ; Ağır metal kirliliği = Heavy metal pollution ; Fizyoloji = Physiology ; Ordu-Pazarsuyu = Ordu-Pazarsuyu

Özet:
Bu çalışmada, Giresun ili Pazarsuyu deresindeki ağır metal kirliliği, bu kirliliğin Allium cepa L.'da neden olduğu toksisite ve bu toksisiteye karşı likopenin koruyucu rolü araştırılmıştır. Çimlenme yüzdesi, kök uzunluğu ve canlı ağırlık toksisitenin fizyolojik; mitotik indeks (MI), mikronukleus (MN) ve kromozomal hasarlar toksisitenin genetik; malondialdehit (MDA) düzeyi, süperoksit dismutaz (SOD) ve katalaz (KAT) aktiviteleri toksisitenin biyokimyasal ve meristematik hücre hasarları ise toksisitenin anatomik belirteçleri olarak kullanılmıştır. A. cepa bulbları 1 kontrol ve 5 uygulama olarak, 6 gruba ayrılmıştır. Bulblar çeşme suyu, dere suyu ve likopenin 215 ve 430 mg/L dozları ile 72 saat çimlendirilmiştir. İndüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektrometrisi (ICP-MS) ile yapılan ölçümler sonucunda dere suyunda sırasıyla Fe>Sr>Ba>Be>Mo>Li şeklinde ağır metallere rastlanılmıştır. Dere suyunda belirlenen ağır metaller seçilen tüm fizyolojik parametrelerde azalışa ve biyokimyasal parametrelerde ise artışa neden olmuştur. Ayrıca dere suyundaki ağır metaller A. cepa kök ucu hücrelerinde MI'de azalmaya, MN ve kromozomal hasar sayılarında ise artışa neden olmuştur. Kök ucu hücrelerinde fragment, yapışkan kromozom, vagrant kromozom, kromatinin eşit olmayan dağılımı, köprü, düzensiz mitoz ve çok kutuplu anafaz şeklinde kromozomal hasarlar gözlenmiştir. Dere suyundaki ağır metaller kök ucu meristem hücrelerinde epidermis ve korteks hücre hasarı, korteks hücrelerinde bazı maddelerin birikimi yassılaşmış hücre çekirdeği ve iletim dokunun belirgin olmayan görünümü şeklinde hasarları da teşvik etmiştir. Dere suyu ile birlikte likopen eş zamanlı uygulanması ise ağır metallerin etkilerini azaltarak, incelenen tüm parametrelerde tekrar bir düzelmeye neden olmuştur. Bu bağlamda, incelenen fizyolojik parametreler ile MI'de tekrar bir artış, biyokimyasal ve genetik parametrelerde ise tekrar bir azalış tespit edilmiştir. Likopen dere suyundaki ağır metallerin kök ucu meristem hücrelerinde neden olduğu hasarların şiddetinde de azalmaya neden olmuştur. Likopenin tüm bu koruyucu rolünün 430 mg/L dozunda daha belirgin olduğu gözlenmiştir. Sonuç olarak, likopen ağır metal iyonları gibi çevresel ajanların biyolojik sistemlerdeki toksik etkilerini azaltma ve önleme de, biyolojik bir gıda takviyesi olarak kullanılabilir.

Abstract:
In this study, heavy metal pollution in Pazarsuyu stream of Giresun province, the toxicity caused by this pollution in Allium cepa L. and the protective role of lycopene against this toxicity were investigated. Germination percentage, root length and body weight as physiological markers of toxicity; mitotic index (MI), micronucleus (MN) and chromosomal damages as genetic markers of toxicity; malondialdehyde (MDA) level, superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) activities as biochemical markers of toxicity, and meristematic cell damages were used as anatomical markers of toxicity. A. cepa bulbs were divided into 6 groups as 1 control and 5 applications. Bulbs were germinated for 72 hours with 215 and 430 mg/L doses of lycopene, tap water and stream water. As a result of the measurements made by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS), heavy metals in the form of Fe>Sr>Ba>Be>Mo>Li were found in stream water, respectively. Heavy metals determined in the stream water caused a decrease in all selected physiological parameters and an increase in biochemical parameters. In addition, heavy metals in the stream water caused a decrease in MI in A. cepa root tip cells, and an increase in the number of MN and chromosomal damages. Chromosomal damages in the form of fragment, sticky chromosome, vagrant chromosome, unequal distribution of chromatin, bridge, irregular mitosis and multipolar anaphase were observed in root tip cells. Heavy metals in the stream water also promoted damage as the epidermis and cortex cell damage, accumulation of some substances in cortex cells, flattened cell nuclei and non-apparent appearance of conduction tissue in root tip meristem cells. Simultaneous application of lycopene with stream water, on the other hand, reduced the effects of heavy metals and resulted in an improvement in all parameters examined. In this context, an again increase in the investigated physiological parameters and MI and an again decrease in biochemical and genetic parameters were determined. Lycopene caused a decrease in the severity of the damage caused by the heavy metals in the stream water in the root tip meristem cells. It has been observed that all this protective role of lycopene is even more pronounced at a dose of 430 mg/L. As a result, lycopene can be used as a biological food supplement to reduce and prevent the toxic effects of environmental agents such as heavy metal ions in biological systems.