Bakırla Kirlenmiş Toprakların Xanthium strumarium L. Bitkisi Kullanılarak Fitoremediasyonu

Abstract

Antropojenik aktivite sonucu çevreye dâhil olan ağır metaller, toprak kirliliğine ve toprak kalitesinin düşmesine neden olmaktadırlar. Ağır metallerin topraktan temizlenmesi için en uygun yöntemlerden biri olan fitoremediasyon yöntemi çevre dostu ve ekonomik bir yöntemdir. Bu çalışma, yapay olarak bakır (Cu) ile kirlenmiş topraktan, Xanthium strumarium L. (pıtrak) bitkisinin, fitoekstraksiyon etkinliğini belirlemek amacıyla yapılmıştır. Farklı dozlarda (0, 100, 200, 400 ve 800 mg Cu kg-1) Cu uygulanan toprakta 45 gün boyunca sera koşullarında pıtrak (Xanthium strumarium L.) bitkisi yetiştirilmiştir. Bitkilerin başta Cu konsantrasyonu olmak üzere klorofil içeriği, biyokütle üretimi, indirgenmiş glutatyon (GSH), bazı makro [azot (N), fosfor (P), potasyum (K), kalsiyum (Ca) ve magnezyum (Mg)] ve mikro [demir (Fe), çinko (Zn) ve manganez (Mn)] besin elementi konsantrasyonları ölçülmüştür. Bakır uygulanmış bitkiler kontrol (0 mg Cu kg-1) bitkisi ile karşılaştırılmıştır. Artan dozda Cu uygulamaları, Cu ve GSH konsantrasyonları hariç diğer ölçülen parametrelerde bir azalmaya neden olmuştur. Sonuçlar, pıtrak bitkisinin, Cu ile kirlenmiş toprakların temizlenmesi için kullanılabileceğini ve fitoremediasyon yöntemine uygun olduğunu göstermiştir.

Keywords

• fitoremediasyon,toprak kirliliği,ağır metal,Bakır,Xanthium strumarium L.

Phytoremediation of Copper Contaminated Soil Using Xanthium strumarium L. Plant

Abstract

The heavy metals introduced into the environment by anthropogenic activity cause soil pollution and a decrease in soil quality. The phytoremediation method, which is one of the most suitable methods for removing heavy metals from the soil, is an environmentally friendly and economical method. This study was conducted to determine the effectiveness of Xanthium strumarium L. plants for phytoextraction of copper (Cu) from the artificially contaminated soil. The cocklebur (Xanthium strumarium L.) plant was grown in copper (Cu) contaminated soil (0, 100, 200, 400 and 800 mg Cu kg-1) under greenhouse conditions for 45 days. Copper concentration, chlorophyll content, biomass production, reduced glutathione (GSH), some macro [nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca) and magnesium (Mg)] and micro [iron (Fe), zinc (Zn) and manganese (Mn)] nutrient concentrations of the plants were measured. The Cu applied plants were compared with the control (0 mg Cu kg-1) plant. Increasing doses of Cu have caused a reduction in other measured parameters, except Cu and GSH concentrations. The results show that the cocklebur plant can be used to clean Cu-contaminated soils and is suitable for the phytoremediation method.

Keywords

• phytoremediation,soil pollution,heavy metal,Copper,Xanthium strumarium L.

References

1. Alloway, B.J., 1995. Heavy Metals in Soils. New York City: Wiley.
2. Alpaslan, M., Güneş, A., İnal, A., 1998. Deneme Tekniği. Ankara Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Yayın No:1502, 455s.
3. Anonymous, 1951. Soil Survey Staff, Soil Survey Manual. U.S. Department of Agriculture, Handbook No: 18, U.S Goverment Print Office, Washington.
4. Bek, Y., 1986. Araştırma ve Deneme Metotları. Çukurova Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Ders Notu, Yayın No: 92, Adana.
5. Bouyoucus, G.J., 1952. A recalibration of hydrometer for making mechanical analysis of soils. Agronomy Journal, 43: 434-438.
6. Bremner, J.M., 1965. Methods of soil analysis part 2. chemical and microbiological properties. in ed. American Society of Agronomy, Inc. Pub. Argon Series, No.9, Madison, Wisconsin, U.S.A.
7. Cesur, C., Şenkal, B.C., 2016. Pıtrak (Xanthium strumarium L.) bitkisinin kültüre alınma potansiyelinin incelenmesi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Doğa Bilimleri Dergisi, 19(1): 72-75.
8. Çakmak, İ., Marschner, H., 1992. Magnesium deficiency and high light intensity enhance activities of superoxide dismutase, ascorbate peroxidase and glutathione reductase in bean leaves. Plant Physiology, 98: 1222-1227.

9. Daghan, H., Uygur, V., Arslan, M., Koleli, N., 2012. Copper removal by ScMTII transgenic and wild type tobacco in hydroponic system-a comparative study. Revista de Chimie, 63(12): 1193-1197.
10. Dağhan, H., Uygur, V., Köleli, N., Arslan, M., Eren, A., 2013. Transgenik ve transgenik olmayan tütün bitkilerinde ağır metal uygulamalarının azot, fosfor ve potasyum alımına etkisi. Tarım Bilimleri Dergisi, 19: 129-139.
11. Dağhan, H., 2016. Tagetes patula L. bitkisinin fitoremediasyon amaçlı kullanım potansiyelinin su kültürü koşullarında araştırılması. Toprak Su Dergisi, 5(2): 25-31.
12. Demirevska-Kepova, K., Simova-Stoilova, L., Stoyanova, Z., Hölzer, R., Feller, U., 2004. Biochemical changes in barely plants after excessive supply of copper and manganese. Environmental and Experimental Botany, 52: 253-266.
13. Galant, A., Preuss, M.L., Cameron, J.C, Jez, J.M., 2011. Plant glutathione biosynthesis: Diversity in biochemical regulation and reaction products. Frontiers in Plant Science, 2: 45.
14. Güler, Ç., Çobanoğlu, Z., 1997. Toprak Kirliliği. TC Sağlık Bakanlığı Çevre Sağlığı Temel Kaynak Dizisi, 40.
15. Hasanuzzaman, M., Nahar, K., Anee, T.I., Fujita, M., 2017. Glutathione in plants: biosynthesis and physiological role in environmental stress tolerance. Physiology and Molecular Biology of Plants, 23(2): 249-268.
16. Hou, W., Chen, X., Song, G., Wang, Q., Chang, C.C., 2007. Effects of copper and cadmium on heavy metal pollut waterbody restoration by duckweed (Lemna minor). Plant Physiology and Biochemistry, 45: 62-69.
17. Jadia, C.D., Fulekar, M.H., 2008. Phytoremediation: The application of vermicompost to remove zinc, cadmium, copper, nickel and lead by sunflower plant. Environmental Engineering & Management Journal, 7(5): 547-558. Kabata, A., Pendias, H., 2001. Trace elements in soil and plants. Boca Raton, FL: CRC Press.
18. Kacar, B., 1995. Bitki ve Toprağın Kimyasal Analizleri, III. Toprak Analizleri. Ankara Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Eğitim, Araştırma ve Geliştirme Vakfı Yayınları No: 3, Ankara, 704s.
19. Kahvecioğlu, Ö., Kartal, G., Güven, A., Timur, S., 2003. Metallerin çevresel etkileri-I. Metalurji Dergisi, 136: 47-53.
20. Khatun, S., Ali, M.B., Hahn, E.J., Paek, K.Y., 2008. Copper toxicity in Withania somnifera: Growth and antioxidant enzymes responses of in vitro grown plants. Environmental and Experimental Botany, 64(3): 279-285.
21. Kılıç, Ş., Ağca, N., Karanlık, S., Şenol, S., Aydın, M., Yalçın, M., Çelik, İ., Evren dilek, F., Uygur, V., Doğan, K., Aslan, S., Çullu., M.A., 2008. Amik ovasının detaylı toprak etütleri, verimlilik çalışması ve arazi kullanım planlaması. Devlet Planlama Teşkilatı (DPT) Projesi, Proje no: DPT- 2002K120480, Hatay.
22. Lindsay, W.L., Norvell, W.A., 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper1. Soil science society of America journal, 42(3): 421-428.
23. Loeppert, R.H., Suarez, D.L., 1996. Carbonate and gypsum. In Methods of soil analysis. Part 3. Chemical Methods, p.437-474. Edited by D.L. Spark. Madison, Wisconsin, USA.
24. Lothe, A.G., Hansda, A., Kumar, V., 2016. Phytoremediation of copper-contaminated soil using Helianthus annuus, Brassica nigra, and Lycopersicon esculentum Mill.: A pot scale study. Environmental Quality Management, 25(4):63-70.
25. Megateli, S., Semsari, S., Couderchet, M., 2009. Toxicity and removal of heavy metals (cadmium, copper, and zinc) by Lemna gibba. Ecotoxicology and Environmental Safety, 72(6): 1774-1780.
26. Munzuroğlu, Ö., Gür, N., 2000. Ağır metallerin elma (Malus sylvestris Miller cv. Golden)’da polen çimlenmesi ve polen tüpü gelişimi üzerine etkileri. Turkish Journal of Biology, 24(3): 677-684.
27. Olsen, S.R., Cole, C.V., Watanabe, F.S., Dean, L.A., 1954. Estimation of available phosphorus in soils by extraction with sodium bicarbonate. US Department of Agriculture Circular No: 939, Washinton, p. 1-19.
28. Richards, L.A., 1954. Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. United States Department of Agriculture Handbook 60, 94.
29. Sun, L.N., Zhang, Y.F., He, L.Y., Chen, Z.J., Wang, Q.Y., Qian, M., Sheng, X.F., 2010. Genetic diversity and characterization of heavy metal-resistant- endophytic bacteria from two copper-tolerant plant species on copper mine wasteland. Bioresource Technology, 101(2): 501-509.
30. Terzi, H., Yıldız, M., 2011. Ağır metaller ve fitoremediasyon: Fizyolojik ve moleküler mekanizmalar. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 11(1): 1-22.
31. Yadav, S.K., 2010. Heavy metals toxicity in plants: An overview on the role of glutathione and phytochelatins in heavy metal stress tolerance of plants. South African Journal of Botany,76(2): 167- 179.
32. Zeng, F., Ali, S., Zhang, H., Ouyang, Y., Qiu, B., Wu, F., Zhang, G., 2011. The influence of pH and organic matter content in paddy soil on heavy metal availability and their uptake by rice plants. Environmental Pollution, 159(1): 84-91.