Zeta-cypermethrın insektisitinin Chlamydomonas reinhardtii (mikro yeşil alg) ve Lemna minor (su mercimeği) üzerine fitotoksik etkilerinin araştırılması

Abstract

Modern tarımın tamamlayıcı bir bileşeni olan pestisitler çevreye uygulanan en zararlı kimyasallardandır. Pestisitler yerüstü sularında kirletici etki yapabilecek unsurlardan biridir. Karadeniz Bölgesi'nde en önemli tarımsal ürün olan fındıkta zararlılar ile mücadelede sentetik piretroid grubu insektisitler yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüzeysel sulara karışan kimyasal maddelerden ilk etkilenecek olan canlı grubu algler ve makrofitlerdir. Bu canlılar sucul ekosistemin sağlığı için biyoindikatördür, aynı zamanda suyu biyolojik yolla arıtırlar. Bu çalışmada, fındık kurdu (Curculio nucum L.) zararlısı ile mücadelede yaygın kullanılan sentetik piretroid grubu insektisit zeta-cypermethrinin mikroalglerden Chlamydomonas reinhardtii P.A. Dangeard (Chlorophyta, Chlorophyceae) ve yüzen yapraklı su bitkisi Lemna minor L. (Lemnaceae) türlerinin büyümesi üzerine etkisi ve biyoremediasyonu biyodeneylerle incelenmiştir. Pestisit üç farklı dozda (150 ppb, 300 ppb, 600 ppb) ve dört farklı zaman dilimi için (24, 48, 72, 96. saat) kontrollü olarak uygulanmıştır. Büyüme performansı sayım ve klorofil-a analizi ile kalıntı pestisit analizi sıvı kromatografisi- kütle/kütle spektrometresi (LC-MS/MS) ile ölçülmüştür. Türlerin morfolojik yapılarındaki değişiklikler ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gözlenmiştir. C. reinhardtii ve L. minor türlerinde düşük doz pestisit (150 ppb) nütrient etkisi yapmış (hormesis), ancak yüksek dozlarda (300-600 ppb) pestisit toksik etki göstererek gelişimi kısıtlamıştır. Analiz sonuçları, türlerdeki bozunma oranının ortama uygulanan pestisit konsantrasyonları ile korelasyonlu olduğunu göstermektedir. LC-MS/MS sonuçlarında, en yüksek pestisit absorbans değeri 300 ppb'lik test ortamında 96. saatte C. reinhardtii türünde hesaplanmıştır (% 98.2). L. minör türünde ise bu oranlar daha düşüktür (% 35.4-95.9). Yüksek doz pestisit uygulamasında da (600 ppb) benzer biçimde mikro yeşil algin pestisit uzaklaştırma kapasitesi su mercimeğine göre oldukça yüksektir (% 92.8-98.3). Sonuç olarak, büyüme performansı ve morfolojik yapıda pestisit konsantrasyonunun artışına bağlı olarak C. reinhardtii türünde dış çeperlerde parçalanma, hücre çapında azalma ve şekil bozuklukları; L. minor türünde ise yapraklarda küçülme, çeperde ve stomalarda parçalanma tespit edilmiştir. Düşük doz pestisit uygulamaları her iki türde de belirgin bir toksik etki göstermemiştir. Biyodeneyin ilk zaman diliminde absorblanan pestisitin bir kısmı ilerleyen zaman dilimlerinde tekrar ortama salınmıştır. Özellikle orta ve yüksek dozda pestisit uygulanan test gruplarında L. minor türünün pestisit salınım profili daha belirgindir.

Pesticides, an integral component of modern agriculture, are the most harmful chemicals applied to the environment and can pollute the surface waters. Synthetic pyrethroid insecticides are widely used in the hazelnuts which are the most important agricultural product in the Black Sea Region in Turkey. One of the first species that will be affected by the chemical substances in surface waters are algae and macrophytes. These species are bioindicators for the health of the aquatic ecosystem and they biologically purify the water. In this study, the effect of synthetic pyrethroid insecticide zeta-cypermethrin that is widely used in combating hazelnut (Curculio nucum L.) pests on the growth of a microalgae Chlamydomonas reinhardtii P.A. Dangeard (Chlorophyta, Chlorophyceae) and floating leafy water plant Lemna minor L. (Lemnaceae), and its bioremediation have been studied using bioassays. The pesticide was administered in three different doses (150, 300, and 600 ppb) and four different time zones (24, 48, 72, and 96 h). Growth performance was measured by counting, and chlorophyll-a analysis and residual pesticide analysis using liquid chromatography tandem-mass spectrometry (LC-MS/MS). Changes in the morphological structures of the species were observed by scanning electron microscopy (SEM). In C. reinhardtii and L. minor species, low dose pesticide (150 ppb) had a nutrient effect (hormesis), but at high doses (300-600 ppb) it had a toxic pesticide effect which restricted their development. The results of the analysis indicated that the rate of degradation in the species correlated with the pesticide concentrations applied to the species. In the LC-MS/MS results, the highest pesticide absorbance value was calculated (96.2 %) in the C. reinhardtii strain at 96 hours in the 300 ppb test medium. In L. minor, these rates were lower (35.4-95.9 %). In the case of high dose pesticide application (600 ppb), micro green algae pesticide removal capacity was quite high (92.8-98.3 %) compared to L. minor. As a result, we detected degradation in outer walls, decrease in cell size and deformities of C. reinhardtii species due to an increase in pesticide concentration. In L. minor species, shrinkage on leaves and fragmentation on walls and stomata were observed. Low dose pesticide applications did not indicate any significant toxic effect in both species. Some of the pesticide absorbed in the first period of biodegradation was re-released in the later periods. The pesticide release profile of the L. minor strain was more prominent in the test groups, especially in those with moderate and high doses of pesticide.