Alglere ağır metal ve mikroplastik etkisinin araştırılması = Investigation of heavy metal and microplastic effects on algae

Abstract

Ağır metal ve mikroplastik kirliliğinin çevresel ekosistemlere verdiği zarar canlı yaşamını tehdit eder olup özellikle sucul ekosistemlerde varlığını sürdüren organizmalar, ağır metallerin suda çözünmesi sebebiyle daha fazla risk altına girmektedir. Sucul ekosistemleri tehdit etmesi ve fotosentez kapasitesini düşürmesi sebebiyle özellikle mikroalgler üzerinde stres koşulları oluşturması olası görülmektedir. Bu çalışmada Chlorella vulgaris yeşil alg'i ve Microcystis aeruginosa, Arthrospira platensis mavi-yeşil alglerinin üç farklı ağır metale ve bunların konsantrasyonlarına, farklı tür ve çaptaki mikroplastiklere maruziyeti sonucu oluşan etkiler incelenmiştir. Yapılan çalışmada mikroalgler'in metal ve mikroplastik maruziyetine verdiği tepkileri anlamak için OD560 değerleri, klorofil-a, askıda katı madde, hücre sayımı, Malondialdehit ve hidrojen peroksit miktarları incelenmiştir. Yürütülen çalışmada Chlorella vulgaris, Microcystis aeruginosa ve Arthrospira platensis ağır metallere maruz bırakılmış olup Chlorella vulgaris için kurşun, bakır ve kadmiyum; Microcystis aeruginosa ve Arthrospira platensis için kadmiyum ağır metallerinin farklı konsantrasyonları (0.5-1-2.5-5-10 mg/L) seçilmiştir. Deney süresi boyunca en yüksek konsantrasyonda (10 mg/L) metal maruziyeti etkisinde olan kültürde klorofil-a miktarı, OD 560 değerleri ciddi düşüşler göstermiş alg hücrelerinde büyüme ve gelişim yavaşlamış ölümler başlamıştır. Toksik etkinin fazla olması sebebiyle yapılan analizlerde en yüksek konsantrasyona maruz bırakılan kültürlerde malondialdehit ve hidrojen peroksit miktarları yüksek çıkmıştır. Malondialdehit ve hidrojen peroksit miktarlarının yüksek olması ağır metal konsantrasyonlarının artmasına bağlı olarak hücredeki toksik etkinin ve yıkımın fazla olduğunun bir göstergesi olarak kabul edilebilir. Başka bir deney setinde Chlorella vulgaris yeşil alg'i bakır ve kurşun ağır metallerinin farklı konsantrasyonları (0.5-1-2.5 mg/L) ile 100 μm den küçük çapa sahip polipropilen, polivinilklorür ve polistiren mikroplastikleri nin etkisi altına bırakılmış olup zamana bağlı olarak Chlorella vulgaris hücrelerindeki büyüme ve gelişim incelenmiştir. Ağır metal toksikliği ve mikroplastik etkisin mikroalg hücreleri üzerinde büyüme ve gelişmeyi yavaşlattığı, ölümlere sebebiyet verdiği tespit edilmiştir. 2.5 mg/L metal ve polivinilklorür mikroplastiği ilavesi yapılan kültürde klorofil-a ve OD 560 değerlerinde azalmalar tespit edilmiş olup aynı kültürün enzim aktivitesi sonucu oluşan malondialdehit ve hidrojen peroksit miktarında artışlar tespit edilmiştir. Yürütülen başka bir sette Chlorella vulgaris farklı tür ve çaptaki mikroplastiklere maruz bırakılmış olup mikroplastik türü ve çapı olarak Polipropilen, polivinilklorür mikroplastikleri için 100 μm nin altında ve üstünde, polistiren mikroplastiği için 1μm çap seçilmiştir. Zamana bağlı olarak yapılan bu incelemede bütün kültürler kendi arasında kıyaslandığında en iyi klorofil-a artışı 1μm boyutlu polistiren mikroplastiği 'nin eklendiği kültürde tespit edilmiştir. En az klorofil-a miktarı ise 100 μm nin üstünde çapa sahip polivinilklorür mikroplastiğinde tespit edilmiştir. Hidrojen peroksit ve malondialdehit miktarı analiz edilen klorofil-a değerleri ile uyumlu tespit edilmiştir. Yapılan bütün çalışmada yürütülen setlerin tamamında saf kültürden oluşan kontrol grubu oluşturulmuştur. Sonuç olarak Ağır metal ve mikroplastiklerin sucul ekosistemlere, bu ekosistemlerde yaşayan organizmalara ciddi zararlar vermekte olduğu anlaşılmaktadır. Ekosistemlerde yaşayan canlıların ağır metal veya mikroplastik kirliliğine maruz kalması, canlılıklarının son bulması maruz kalınan toksik etkinin besin zincirinin üst basamaklarına taşınmasına sebebiyet verecektir.

The damage caused by heavy metal and microplastic pollution to environmental ecosystems threatens living life, and especially organisms that survive in aquatic ecosystems are more at risk due to the dissolution of heavy metals in water. Since it threatens aquatic ecosystems and reduces photosynthesis capacity, it is likely to create stress conditions especially on microalgae. In this study, the effects of Chlorella vulgaris green algae and Microcystis aeruginosa, Arthrospira platensis blue-green algae on three different heavy metals and their concentrations as a result of exposure to microplastics of different types and diameters were investigated. In the study, OD560 values, chlorophyll-a, suspended solids, cell count, malondialdehyde and hydrogen peroxide amounts were analysed to understand the responses of microalgae to metal and microplastic exposure. In the present study, Chlorella vulgaris, Microcystis aeruginosa and Arthrospira platensis were exposed to heavy metals and different concentrations (0.5-1-2.5-5-10 mg/L) of lead, copper and cadmium heavy metals were selected for Chlorella vulgaris and cadmium heavy metals for Microcystis aeruginosa and Arthrospira platensis. During the experimental period, chlorophyll-a content, OD 560 values showed serious decreases in the culture exposed to metal exposure at the highest concentration (10 mg/L), growth and development of algal cells slowed down and deaths started. Malondialdehyde and hydrogen peroxide amounts were found to be high in the cultures exposed to the highest concentration in the analyses performed due to the high toxic effect. The high amounts of malondialdehyde and hydrogen peroxide can be considered as an indication of the toxic effect and destruction in the cell due to the increase in heavy metal concentrations. In another set of experiments, Chlorella vulgaris green algae was exposed to different concentrations of copper and lead heavy metals (0.5-1-2.5 mg/L) and polypropylene, polyvinylchloride and polystyrene microplastics with diameters smaller than 100 μm. It was determined that heavy metal toxicity and microplastic effect slowed down the growth and development of microalgae cells and caused death. In the culture to which 2.5 mg/L metal and polyvinylchloride microplastics were added, decreases in chlorophyll-a and OD 560 values were determined and increases in the amount of malondialdehyde and hydrogen peroxide formed as a result of enzyme activity of the same culture were determined. In another set, Chlorella vulgaris was exposed to microplastics of different types and diameters. The microplastic type and diameter were selected as polypropylene, polyvinylchloride microplastics below and above 100 μm and 1 μm diameter for polystyrene microplastic. In this time-dependent analysis, when all cultures were compared among themselves, the best chlorophyll-a increase was detected in the culture to which 1μm sized polystyrene microplastic was added. The lowest amount of chlorophyll-a was detected in polyvinylchloride microplastic with a diameter above 100 μm. The amount of hydrogen peroxide and malondialdehyde was found to be consistent with the chlorophyll-a values analysed. A control group consisting of pure culture was formed in all of the sets carried out in the whole study. In conclusion, it is understood that heavy metals and microplastics cause serious damage to aquatic ecosystems and organisms living in these ecosystems. Exposure of organisms living in ecosystems to heavy metal or microplastic pollution and the termination of their vitality will cause the toxic effect to be carried to the upper steps of the food chain.