Hiperakümülatör Bitkilerin Önemi

Günümüzde insan sağlığını olumsuz yönde etkileyen önemli faktörlerin başında çevresel kirlilikler gelmektedir. Dünyada ve ülkemizde son yıllarda ciddi bir problem olarak görülen toprak kirliliği, katı, sıvı ve radyoaktif atıkların, toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerini bozmasıdır. Bu bozulmaya neden olan önemli etkenlerin başında ağır metaller gelmektedir. Bu metaller, ekolojik dengenin bozulmasında, canlıların gelişimlerinde önemli rol oynayan ve çevre kirliliğine neden olan temel etkenlerin başında gelmektedir. Bakır (Cu), çinko (Zn), demir (Fe), manganez (Mn), molibden (Mo), nikel (Ni), kobalt (Co) gibi metaller hayvan ve bitkilerin büyüme ve gelişimlerinde önemli derecede rol oynayan mikro besin elementleridir. Bunun yanında arsenik (As), civa (Hg), kadmiyum (Cd) ve kurşun (Pb) gibi bazı ağır metaller ise canlıların gelişimi için önem arz etmeyen elementlerdir (Niess 1999).

Hayat standartlarının artması, kentlerdeki hızlı nüfus artışı ve bunun yanında sanayinin gelişmesi ile birlikte oluşan atıklar çevreyi olumsuz yönde etkilemektedir. Endüstriyel faaliyetler sonucunda çevreye yayılan kirleticilerin giderilmesi için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemlerin çoğunda ileri teknolojiler kullanılır. Bu ise yüksek yatırım ve işletme maliyetlerinin yanında yetişmiş eleman ihtiyacını da zorunlu kılar.

Ağır metaller küresel kirlilik faktörü olarak tüm canlılar üzerinde büyük tehlike oluşturmaktadır. Ağır metaller, insanlar tarafından maruz kalınan doz oranı, kişinin bağışıklık ve genel sağlık durumu gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak insanlarda başta kanser olmak üzere birçok hastalığın başlama ve ilerlemesinde etken olmaktadır (Kabata-Pendias ve Dudka 1991).

Ağır metallerle kirlenmiş alanların iyileştirilmesinde kullanılan pahalı ve daha fazla uğraş gerektiren geleneksel mühendislik yöntemleri olan remediasyon teknikleri (Salt vd. 1995; Glass 2000) yerine son yıllarda maliyeti daha düşük teknik, çevre dostu olan yeşil ıslah (fitoremediasyon) teknolojisi kullanılmaktadır (Arshad vd. 2008; Shi vd. 2009).

Fitoremediasyon tekniğinde genellikle hiperakümülatör bitkiler kullanılmaktır. Bu bitkiler; yaprak dal ve gövdelerinde toprakta bulunan metal oranından 50 ila 500 kat daha fazla metal biriktiren bitkilerdir (Clemens 2006). Diğer bir deyişle, bu bitkiler toprağın üstünde bulunan organları ile hiperakümülator olamayan bitkilere nazaran 100 ila 1000 kat daha fazla organik madde bulundurabilirler (Brooks 1998).

Bitkiler için gerekli besin elementleri olsun ya da olmasın ağır metallerin, doğada bulunma oranının belirlenen düzeyin üstüne çıkması durumunda önemli derecede sorunların oluştuğu bilinmektedir (Benavides 2005).
Aynı zamanda ağır metallerin toprakta bulunma yüzdesinin üzerine çıkması durumda toprak kalitesinde bozulma ve ürünlerin verim ve kalitelerinde azalmalar meydana gelmekte (Long vd. 2002) bunun sonucunda da insan ve diğer canlılar için ciddi problemler oluşmaktadır (Blaylock ve Huang 2000).
  
Hardal (Brassica juncea)

Gelişmiş ülkeler bu olumsuz koşulları dikkate alarak son yıllarda diğerlerine nazaran daha çevre dostu bir arıtma sistemi olan fitoremediasyonu (bitkisel ıslah sistemleri) geliştirmişlerdir. Bitkisel ıslah olarak da bilinen fitoremediasyon ortamda bulunan kirleticilerin giderilmesinde veya etkisiz hale getirilmesinde çeşitli bitkilerin kullanılması şeklinde tanımlanmaktadır. Çiçekli bitkilerin % 0.2’sini oluşturan hiperakümülatör bitkiler yaklaşık olarak 450 tanedir  (Baker ve Brooks 1989; Ellis ve Salt 2003; Reeves 2006; Milner ve Kochian 2008).

Fitoremediasyon tekniğinde çevresel kirleticiler kapsamında ağır metalleri absorbe eden, dokularında yüksek seviyelerde biriktirip çeşitli süreçlerden sonra etkisiz hale getirebilen hiperakümülatör bitkiler kullanılmaktadır. Son yıllarda birçok ülkede kullanımı yaygınlaşan fito-ıslah, ağır metallerle kirlenmiş toprakların temizlenmesinde pasif bir teknolojidir. Fitoremediasyon, çevredeki kirleticilerin alınmasında veya bu kirleticilerin etkisiz hale getirilmesinde hiperakümülatör bitkilerin kullanılması olarak tanımlanır (Raskin vd. 1997).

Farklı ıslah yöntemleriyle kıyaslandığında oldukça düşük masraflı, estetik olarak memnun edici olmasıyla beraber uygulama kolaylığı ve uygulama süresinin kısalığı gibi birçok avantaja sahiptir (Glass 1999). Yeşil ıslah, düşük ve orta risk grubundaki kirlenmiş yerlerin ıslah edilmesinde özellikle seçilmiş, genetik olarak ayarlanmış bitkiler kullanılarak etkili ve memnun edici bir ıslah yöntemi olarak kabul edilmektedir. Hardal (Brassica juncea), Kırmızı Yumak (Festuca rubra), Karahindiba (Taraxacum officinale) gibi hiperakümülatör bitkiler ağır metalleri bünyelerinde tutup gaz formuna dönüştürerek doğaya saldıkları bilinmektedir.


Taraxacum officinale, Fotoğraf Kaynağı; www.uniprot.org

Fitoremediasyon yöntemi ile kirleticilerin ıslahı yeni bir teknoloji olmakla birlikte birçok avantajı ve dezavantajı bulunmaktadır. Çevresel ıslah adı altında diğer ıslah yöntemleriyle kıyaslandığında bu etmenler daha da anlaşılır hale gelecektir.
  

Taraxacum officinale, Fotoğraf Kaynağı; www.uniprot.org; Festuca rubra L.; Fotoğraf Kaynağı; www.plantinfo.co.za
 

Fitoremediasyonun Avantajları;
  • Diğer ıslah teknolojilerine göre daha ekonomiktir.
  • Sahayı tekrar istila etmede yeni bir bitki topluğuna gerek duyulmaz.
  • Atık dökümü için ekstra bir sahaya ihtiyaç duyulmaz.
  • Diğer metotlarla kıyaslandığında halk tarafından da kabul gören estetik bir görünüm meydana gelir ve memnun edicidir.
  • Yerinde ıslah özelliği ile kirlenmiş alanın başka bir yere taşınmasına gerek kalmadan kirleticilerin yayılması engellemiş olur.
  • Tek tip kirleticinin dışında birçok kirleticiyle aynı anda mücadele edilerek alanın ıslahı sağlanabilir.
Fitoremediasyonun Dezavantajları;
  1. Başarıya ulaşma hızı alanda kullanılacak bitkilerin, alanın edafik ve biyotik faktörlerine uyum sağlamasıyla birlikte bitkinin kirleticiye olan direncine bağlıdır.
  2. Yapraklarda biriken kirleticiler sonbaharda yaprak dökümüyle beraber tekrar toprağa karışabilir.
  3. Yakacak odun olarak kullanılan bitkilerin dokularında kirletici birikmiş olabilir.
  4. Diğer ıslah metotlarıyla kıyaslandığında ıslah zamanı daha uzun sürebilir.
  5. Kirleticilerin çözünerek yıkanma sonucu toprağa karışma ihtimali artabilir (EPA 1995). 
Ağır metallerle kirlenmiş alanlarda kullanılan fito-ıslah metotları ile organik kirleticiler ile kirlenmiş sahaların iyileştirilmesi için kullanılan metotlar arasında bazı farklar bulunmaktadır. Metallerle kirlenmiş sahalarda bitkiler tarafından absorbe edilen ağır metaller ya toprakta birikerek sabit hale geçerler ya da topraktan uzaklaştırılırlar. Thlaspi, Urtica, Taraxacum officinale, Chenopodium, Polygonum aviculare L. ve Allyssim gibi bazı hiperakümülatör bitkiler kadmiyum, bakır, kurşun, nikel ve çinko gibi ağır metalleri bünyelerinde biriktirme yeteneklerine sahiptirler. Bu yüzden, söz konusu bitkilerin yetiştirilmesi kirlenmiş toprakların arıtılmasında dolaylı bir metot olarak kabul edilmektedir (EPA 1995).
  

Chenopodium, Fotoğraf Kaynağı; www.uniprot.org; Polygonum aviculare L., Fotoğraf Kaynağı; www.uniprot.org
 
Örneğin, doğada bulunan bitkilerin çoğu yaklaşık 100 ppm’lik bir çinko (Zn) birikimi yaptıkları halde, en yaygın hiperakümülatör bitki olarak bilinen Thlaspi caerulescens’ın 26000 ppm’in üzerinde bir birikim sağladığı farklı kaynaklarda ifade edilmektedir (Lasat 2000).


Thlaspi caerulescens, Fotoğraf Kaynağı; www.uniprot.org

Fitoremediasyon yöntemi ile hiperakümülatör bitkiler tarafından topraktan alınabilme potansiyeline sahip kirleticiler kendi aralarında; metaller (Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Zn), metalloidler (As, Se), radionükleidler (90Sr, 137Cs, 239Pu, 238U, 234U), ametaller (B) ve diğer organik bileşikler (TPH, PAHs, Pestisitler, PCBs) olmak üzere birçok maddeyi içermektedir. Ancak bitkiler tarafından organik kirleticiler veya ağır metallerin topraktan alınabilmesi için öncelikli olarak ekolojik şartların bitkiler için optimal düzeyde olması gerekmektedir. Bununla birlikte diğer edafik ve biyotik faktörlerin de uygun olması gerekir. Diğer taraftan topraktaki ağır metalleri alma gücü yüksek olan bitkilerin, genellikle lokal olarak yayılış gösterdikleri ve kendilerine has bir yaşam şartlarının olduğu belirlenmiştir (EPA 2000).

Brassica juncea, Fotoğraf Kaynağı; www.uniprot.org


Topraklarda ağır metal kirliliği fitoremediasyon tekniğiyle daha çevre dostu bir yaklaşımla çözülecek, hem de uygulamada ekonomik maliyetin düşüklüğü sebebiyle tercih edilmesi gereken bir ıslah yöntemi olacaktır. Ağır metal kirliliğinin olduğu topraklarda yetiştirilen hiperakümülatör bitkiler bünyesinde fazla miktarda ağır metali tolere edip canlılığını sürdürdüğü için topraktan fazla miktarda ağır metal katyonu kaldıracak, dolayısıyla topraktaki ağır metal konsantrasyonu önemli ölçüde azalacaktır.

Kaynaklar:
  1. Arshad M., Silvestre J., Pinelli E., Kallerhoff J., Kaemmerer M., Tarigo A., (2008), A field study of lead phytoextraction by various, Scented Pelargonium Cultivars, Chemosphere, 71, 2187-2192.
  2. Baker A.J.M., Brooks R.R., (1989), Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metallic elements–a review of their distribution, Ecology and Phytochemistry, Biorecovery, 1, 81-126.
  3. Benavides M.P., Gallego S.M., Tomaro M.L., (2005), Cadmium toxicity in plants, Brazilian Journal of Plant Physiology, 17(1), 2134.
  4. Blaylock M.J., Huang J.W., (2000), Phytoextraction of Metals, Phytoremediation of Toxic Metals: Using Plants to Clean-up the Environment’ın içinde, (Raskin I., Ensley B.D., Ed.), New York, Wiley, ss.53-70.
  5. Brooks R.R., (Ed.), (1998), Plants that hyperaccumulate heavy metals: their role in phytoremediation, microbiology, archaeology, mineral exploration and phytomining, CAB International, New York, 380ss.
  6. Clemens S., (2006), Toxic metal accumulation, responses to exposure and mechanisms of tolerance in plants, Biochimie, 88(11), 1707-1719.
  7. Ellis D.R., Salt D.E., (2003), Plants selenium and human health, Current Opinion in Plant Biology, 6, 273-279.
  8. EPA, (1995), Contaminants and remedial options at select metals-Contaminated Sites, EPA/540/R-95/512.6.
  9. EPA, (2000), Environmental Protection Agency, Introduction of phytoremediation, epa/600/R-99/107, Cincinati, Ohio, U.S.A2000: 72.
  10. Glass D.J., (1999), Economic patential of phytoremediation, Phyforemediation of Toxic Metals: Using Plants to Clean Up the Environment, (Raskin I., Ensley B.D., Eds.), John Wiley&Sans, New York, ss.15-31.
  11. Glass D.J., (2000), The 2000 Phytoremediation industr, Glass Associates, Needham, MA.
  12. Kabata-Pendias A., Dudka S., (1991), Trace metal contents of taraxacum officinale (Dandelion) As A Convenient Environmental   Indicator. Environ. Geochem. And Health. 13(2), 108-113.
  13. Lasat M.M., (2000), Phytoextraction of metals from contaminated soil: A review of   plant/soil/metal interaction and assessment of pertinent agronomic issues, Journal of Hazardous substance Research, 2(5), 1-25.
  14. Long X.X., Yang X.E., Ni W.Z., (2002), Current Status and perspective on phytoremediation of heavy metal polluted soils, Journal of Applied Ecology, 13, 757-762.
  15. Milner M.J., Kochian L.V., (2008), Investigating heavy-metal hyperaccumulation using thlaspi caerulescens as a model system, Annals of Botany, 102, 3-13.
  16. Niess D.H., (1999), Microbial heavy-metal resistance, Applied Microbiol. Biotech., 51, 730-750.
  17. Raskin I., Smith R.D., Salt D.E., (1997), Phytoremediation of metals using plants to remove pollutants from the environment, Curr. Opin. Birstechnol, 8, 221-226.
  18. Reeves R.D., (2006), Hyperaccumulation of trace elements by plants, Phytoremediation of metal-contaminated soils, NATO Science Series: IV: Earth and Environmental Sciences, (Morel J.L., Echevarria G., Goncharova N. Ed.), Springer, NY, ss.1-25.
  19. Salt D.E., Rauser W.E., (1995), MgATP-Dependent Transport of phytochelatins across the tonoplast of oat roots, Plant Physiology, 107, 1293-1301.
  20. (Brassica juncea, Chenopodium, Thlaspi caerulescens, Taraxacum officinale, Polygonum aviculare L. Fotoğraf Kaynağı; www.uniprot.org)
  21. (Festuca rubra L., Fotoğraf Kaynağı; www.plantinfo.co.za)
Görseller:
Yazara aittir.

YORUMLAR

Bu sayfalarda yer alan okur yorumları kişilerin kendi görüşleridir. Yazılanlardan apelasyon.com sorumlu tutulamaz.