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중금속 함유 파자르수유 하천수의 종합 독성 스크리닝과 라이코펜의 보호 역할

Jun 03, 2023Jun 03, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16615(2022) 이 기사 인용

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본 연구에서는 기레순(Giresun) 지방 파자르수유(Pazarsuyu) 하천의 중금속 오염과 이러한 오염으로 인한 독성에 대한 라이코펜의 보호 역할을 알리움(Allium) 테스트를 이용하여 조사하였다. 독성의 생리학적 지표로서 발아율, 뿌리 길이 및 체중 증가; 독성의 유전적 지표로서 유사분열 지수(MI), 소핵(MN) 및 염색체 이상(CA); 독성의 생화학적 지표인 말론디알데히드(MDA) 수준, 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD) 및 카탈라제(CAT) 활성 및 분열 조직 세포 손상이 해부학적 지표로 사용되었습니다. 이 목적을 위해 Allium cepa L. 구근을 6개 그룹으로 나누고 215mg/L 및 430mg/L 용량의 리코펜, 수돗물 및 하천수를 사용하여 72시간 동안 발아시켰습니다. 중금속 오염도는 ICP-MS로 분석하였고 Fe > Sr > Ba > Be > Mo > Li는 Pazarsuyu의 물 샘플에 존재하는 비율에 따라 결정되었습니다. 그 결과, 파자르수유 물 샘플로 발아한 구근의 발아 관련 매개변수와 분열 세포 증식이 크게 감소했습니다. 파자르수유 물 샘플을 처리한 그룹의 발아율, 뿌리 길이 및 체중 증가는 대조군에 비해 각각 50%, 73% 및 68% 감소했습니다. 또한, 유전독성 효과를 나타내는 MN 및 CAs 빈도가 증가했으며, 항산화/산화 균형 저하를 나타내는 MDA, SOD 및 CAT 수준에서 유의미한 이상이 검출되었습니다. 높은 빈도로 관찰되는 CA도 Comet 테스트를 통해 결정된 DNA 단편화를 통해 확인되었습니다. 하천수 적용은 표피 및 피질 세포 손상, 피질 세포의 일부 물질 축적, 편평한 세포핵 및 뿌리 끝 분열 조직 세포의 전도 조직의 불투명한 외관과 같은 해부학적 손상을 촉진했습니다. A. cepa 뿌리 끝 세포에서 관찰된 이러한 모든 이상은 물 샘플의 중금속 존재와 관련이 있습니다. 하천수와 리코펜을 동시에 적용하면 중금속의 영향이 감소하고 연구된 모든 매개변수에서 용량 의존적 개선이 나타났습니다. 리코펜 적용은 발아 매개변수 및 MI의 증가, MN 및 CA 빈도의 감소, MDA, SOD 및 CAT 활동의 개선을 제공함으로써 보호 역할을 보여주었습니다. 그 결과, 파자수유(Pazarsuyu) 하천의 물 샘플에서 검출된 중금속은 생물지시식물에 다양한 독성을 유발했으며, 리코펜은 이러한 독성을 감소시키고 보호 역할을 기록했습니다.

기후변화와 급속한 산업화는 수자원의 감소와 오염을 초래합니다. 물은 지속 가능한 농업 생산, 경제 발전 및 일반적인 복지를 위한 가장 중요한 재생 가능 자원 중 하나입니다. 또한 전환, 운송, 저장 및 재활용 능력으로 인해 가장 관리하기 쉬운 천연 자원 중 하나입니다. 지표수 및 지하수 자원은 농업, 수력 발전, 목축업, 산업 활동, 임업, 어업, 해양 및 레크리에이션과 같은 분야에서 매우 중요합니다. 이러한 중요한 중요성에도 불구하고 세계의 담수 생태계는 지구 표면의 0.5%만을 구성하고 있으며, 이 백분위수 내에서 강은 0.01%를 구성하며 매우 중요합니다1. 담수 자원의 보호는 인류에게 매우 중요하지만, 다양한 활동으로 인해 병원성 미생물, 방사성 물질, 산업 및 생활 폐기물, 유기 및 무기 물질에 의한 자연 수역의 오염은 수질에 부정적인 영향을 미칩니다. 생태계에 대한 수질 오염의 일반적인 결과에는 종의 죽음, 생물 다양성의 손실 및 생태계 서비스의 손실이 포함됩니다. 수질 오염의 가장 큰 원인은 인간 활동의 결과로 자연 수역으로 배출되는 화학 물질입니다. 이러한 유형의 오염의 가장 일반적인 예는 채광 활동에서 발생하는 Hg와 같은 중금속 이온, 농업에 사용되는 일부 질소 화합물, 하수 또는 수처리 공장에서 발생하는 염소화 유기 분자, 다양한 생산 활동의 결과로 생성되는 산입니다2.

 0.05). This result shows that lycopene application alone did not cause any abnormality in germination-related parameters. Stream water application caused a decrease in all investigated physiological parameters. Compared to Group I (control), the germination percentage decreased by half (50%), root length approximately 3.64 times (73%) and weight approximately 3.06 times (68%) in Group IV treated with stream water. These decreases were found to be statistically significant (p < 0.05). In Group V and Group VI, in which stream water and lycopene were applied together, lycopene decreased the effects of heavy metals in the stream water and again caused statistically significant (p < 0.05) increases in the investigated physiological parameter values. It was observed that these observed increases were more pronounced at the 430 mg/L dose of lycopene. Compared to Group IV treated with stream water, the percentage of germination increased by 25%, root length by 2 times (100%) and weight by approximately 1.97 times (98%) in Group VI treated with 430 mg/L dose of lycopene./p> 0.05). However, exposure to stream water caused statistically significant (p < 0.05) DNA damage in A. cepa root tip cells. While the mean DNA damage score was 11.33 ± 0.72 in the control group (Group I), there was a sharp increase in Group IV with stream water alone and the mean DNA damage score was 215.17 ± 8.91. In Group V, where stream water and 215 mg/L lycopene were given together, the DNA damage score decreased to 172.67 ± 12.89. In Group VI, where 430 mg/L lycopene was given together with stream water, the DNA damage score decreased further to 139.67 ± 13.03. The increase in DNA damage score due to stream water exposure indicates that heavy metal ions in stream water induce DNA double-strand breaks in A. cepa root tip cells. On the other hand, it was determined that there was a statistically significant (p < 0.05) difference between the DNA damage scores determined in Group IV exposed to stream water and in groups (Group V and VI) treated with lycopene together with stream water. The Comet test is a reliable test used to detect DNA single-strand breaks in all cell types. In the Comet test, damaged DNA displays a "comet" structure on electrophoresis, and the percentage of DNA in the tail is directly proportional to the damage40. The high DNA damage score in the stream water applied group indicates DNA fragmentation and DNA chain breaks. These damages also confirm the genotoxic effect detected by MN and CA tests. Similarly, Scalon et al.41 investigated the genotoxic effect of heavy metal-contaminated stream water application as a result of industrial discharges with the comet test in Hyphessobrycon luetkenii (Boulenger) and reported that water samples containing heavy metals had a genotoxic effect by causing DNA fragmentation./p> 0.05) difference between the control group and the lycopene-only groups in terms of the tested parameters. Significant changes were observed in the levels of MDA, SOD and CAT in the stream water applied group. Compared to the control group, MDA level increased by approximately 2.90-fold, SOD activity by 2.84-fold and CAT activity by 2.68-fold in Group IV treated with stream water. Co-administration of stream water and lycopene reduced the effects of heavy metals and caused a decrease in the levels of the investigated biochemical parameters. It was observed that this decrease was more pronounced at the 430 mg/L lycopene dose. In Group VI treated with 430 mg/L lycopene MDA level decreased approximately 1.82-fold, SOD activity 1.43-fold and CAT activity 1.39-fold compared to Group IV treated with stream water./p>