Çeşitli Siyanobakteriyel Türlerin Toplam Protein, Karbonhidrat ve

Transkript

Anadolu Doğa Bilimleri Dergisi 4(2): 19-27, 2013
(Journal of Anatolian Natural Sciences)
Araştırma Makalesi
Çeşitli Siyanobakteriyel Türlerin Toplam Protein,
Karbonhidrat ve Klorofil-a İçerikleri Üzerine Hekzavalent
Kromun Etkisi
Gülten ÖKMEN*, Onur TÜRKCAN, Pınar ERDAL
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi, Fen Fakültesi, Biyoloji Bölümü, 48000, Muğla, TÜRKİYE
*gultenokmen@gmail.com
Özet: Bu çalışmanın amacı, 5 siyanobakteriyal türün klorofil-a, toplam karbonhidrat ve protein içerikleri üzerine farklı krom
konsantrasyonlarının (1,25-80 mg/L) etkilerini araştırmaktır. Tüm siyanobakteriyal türlerin klorofil-a, toplam karbonhidrat ve
protein içerikleri spektrofotometrik metotla belirlenmiştir. Anabaena sp. G01, G03 ve Synechocystis sp. GO8’in fizyolojik
parametreleri düşük krom konsantrasyonunda (1,25-2,5 mg/L) stimüle olmuştur. Ancak, 40 mg/L’ nin üzerindeki krom
konsantrasyonlarında tüm kültürlerin klorofil-a ve diğer parametreleri tamamen inhibe olmuştur. Bu çalışma siyanobakterilerin
krom (VI)’a karşı toleransa sahip olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada, Synechocystis sp. GO8 en yüksek metal toleransına sahiptir.
Anahtar Kelimeler: Anabaena, Synechocystis, krom, protein, karbonhidrat, klorofil
Influence of Hexavalent Chromium on Total Protein, Carbohydrate and Chlorophylla Contents of Various Cyanobacterial Species
Abstract: The present study aimed to investigate the effects of various chromium concentrations (1.25 mg/L to 80 mg/L) on
chlorophyll-a, total carbohydrate and protein contents of 5 cyanobacterial species. Chlorophyll-a, protein and carbohydrate
contents in all of cyanobacterial species were measured by spectrophotometric method. The physiological parameters of
Anabaena sp. G01, G03 and Synechococcus sp. GO8 were stimulated at lower chromium concentrations (1.25- 2.5 mg/L). But, in
the high concentrations of chromium are more than 40 mg/L, chlorophyll-a and other parameters of all cultures were completely
reduced. This study demonstrated that the cyanobacteria have tolerance against Cr+6. In this study, Synechococcus sp. GO8 have
highest metal tolerance.
Key Words: Anabaena, Synechocystis, chromium, protein, carbohydrate, chlorophyll
Giriş
Son yıllarda ki sanayileşme ve nüfus artışı nedeniyle, ağır metaller de dahil olmak üzere kimyasalların
serbest bırakılması ve kullanımında önemli bir artış olmuştur. Krom, kurşun, arsenik, çinko, bakır, nikel gibi ağır
metaller, yüksek toksisiteye sahip olmaları nedeniyle çevre için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Krom çok sert
ve aşınmaya karşı dirençli olmasına karşın, toz hali oldukça aktiftir.
Kromun oksitlenmemesi ve dolayısı ile parlaklığını uzun süre koruması nedeni ile çeşitli ev aletlerinde,
mimaride kullanılan dekoratif amaçlı parçalarda, otomobil, bisiklet aksamlarında krom kaplanmış çeliklerden
faydalanılmaktadır. Deri tabakalanması yaygın olarak krom tuzları ile yapılmaktadır (Tezcan ve Tezcan, 2007).
Dünyada krom üretiminin %60-70’i metal alaşımlarında, %15’i kimyasal ve endüstriyel işlemlerde
kullanılmaktadır (Stern, 1982; Papp, 1985; McGrath ve Smith, 1990; Carlos ve ark., 2001).
Krom -2’den +6’ya farklı oksidasyon basamaklarına sahip olup, kararlılıkları nedeniyle Cr (III) ve Cr (VI) büyük
çevresel öneme sahiptir. Cr (VI) son derece zehirli, kanserojen ve mutajendir (Costa, 2003). Bitkiler genellikle
sadece krom (III) absorbe etmektedir (http://www.lenntech.com/periodic/elements/cr). Krom temelli biyositler
kullanıldığında hekzavalent krom mikroorganizmalar için toksiktir. Genelde, besi ortamının 0,05-5 mg/kg krom
aralığında çoğu mikroorganizma için toksisite meydana getirirler. Hekzavalent kromun düşük seviyelerinin
toksisitesi (1 mg/kg) nitrifikasyon gibi toprak mikrobiyal dönüşümlerini etkileyebilir (ECFR, 2002).
- 19 -
Siyanobakteriler havada ki serbest azotu fikse edebilen en önemli primer üreticilerdendir dolayısı ile kromdan
etkilenmeleri üzerine çalışmaların yapılması önemlidir ve bu konuda yeterince araştırma bulunmamaktadır.
Kromun balık vücudunda birikimi bilinmemekte, ancak yüksek konsantrasyonlarda ki krom, yüzey sularında
metal ürünlerinin imha edilmesi sonucunda, bu noktaya yakın yüzen balıkların solungaçlarına zarar
verebilmektedir (http://www.lenntech.com/periodic/elements/cr). Çeşitli akuatik ve karasal omurgasızlar için
letal krom seviyesinin 0,05 mg/ litre olduğu rapor edilmiştir. Cr (III) ve Cr (VI), hayvanlara yüksek seviyede
enjekte edildiğinde, embriyo üzerindeki etkileri gösterilmiş, krom (VI) krom (III)‘ den çok daha fazla embriyo
içinde birikmiştir. İnsan çalışmaları için bu durum rapor edilmemiştir (ECFR, 2002). Hayvanlarda krom, solunum
problemlerine, hastalıkla mücadelede düşük yeteneğe, doğum kusurlarına, kısırlığa ve tümör oluşumuna neden
olabilmektedir (http://www.lenntech.com/periodic/elements/cr).
Günümüzde bu metallerin kullanımı ile ağır metal iyonlarını içeren atık sular ortaya çıkmaktadır. Klasik
arıtım yöntemlerinin en önemli dezavantajları arıtımdan sonra büyük hacimde toksik çamurların oluşması,
enerji ihtiyacı ve fazla miktarda kimyasalın kullanılması ile işlem maliyetinin yüksek olmasıdır (Aksu, 2002).
Zararlı atık ürünler üretmeksizin çevreyi temizlemek için çevre dostu süreçlerin geliştirilmesine ihtiyaç
duyulmaktadır (Gardea-Torresdey ve ark., 1998). Atık sulardan ağır metal giderimi için kullanılan fizikokimyasal
yöntemlerin maliyetinin yüksek olması alternatif yöntem arayışına neden olmuştur (Kadirvelu ve ark., 2001;
Kadirvelu ve ark., 2002; Kiran ve ark., 2008). Ekonomik olarak uygun, yasal olarak kabul gören seviyelere ağır
metal konsantrasyonlarını çekebilmek için biyosorpsiyon ve/veya biyobirikim gibi çevre dostu teknolojilere
ihtiyaç duyulmaktadır (Çeribaşı ve Yetiş, 2001; Chen ve Pan, 2005; Kadukova ve Vircikova, 2005).
Mikroorganizmalar ağır metallerin biyosorpsiyonu ve biyobirikimi için kullanıldığında, her metal için her
suşun toleransının bilinmesi ve bu toleransın nasıl stabil olduğu önemlidir (Takamura ve ark., 1989).
Siyanobakteriler oksijenik, fotosentetik prokaryotlar olup, çoğu sucul ve karasal ortamlarda bulunabilirler
(Castenholz ve Waterbury, 1989). Farklı metal toleransına yönelik çalışmalar siyanobakterilerde de
bulunmaktadır. Siyanobakteriler üzerine yönelik çalışmalar şunlardır; büyüme (Chen ve Pan, 2005; Nalimova ve
ark., 2005; Zhou ve ark., 2006; Xuehui ve ark., 2010), kuru ağırlık (Paulsson ve ark., 2000; MacDonald ve ark.,
2007), klorofil içeriği (Zakaria, 2001; Surosz ve Palinska, 2004; Sabbagh, 2006), karoten (El-Sheekh ve ark.,
2005), fikosiyanin ve fikoeritrin (Debelius ve ark., 2010), solunum oranı (Surosz ve Palinska, 2004), toplam
protein (El-Sheekh ve ark., 2005).
Bu çalışmanın amacı çeşitli siyanobakterilerin klorofil-a, toplam karbonhidrat ve protein içerikleri üzerine
hekzavalent kromun etkisini araştırmaktır.
Malzeme ve Yöntem
Organizma
Araştırmada kullanılan siyanobakteriler Dr. Gülten Ökmen’ in (Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi, Biyoloji
Bölümü, Muğla, Türkiye) daha önceki çalışmalarından temin edilmiştir. Çalışmada Anabaena sp. GO1, GO2,
GO3, GO10 ve Synechocystis sp. GO8 cinsleri organizma kaynağı olarak kullanılmıştır.
Kültivasyon
Araştırmada kullanılan siyanobakteriler, 25 ml serum şişelerinde 10 ml azotsuz BG-11 besiyerlerine inoküle
°
edilmiş ve 600 lüks beyaz ışık altında, oda sıcaklığında (25± 2 C) ve pH’ı 8.0’a ayarlanmış ve 35 gün süre ile
inkübasyona bırakılmıştır. Tüm denemelerde pH değeri pH metre yardımı ile 1.0 N NaOH ve 1.0 N HCl
kullanılarak ayarlanmıştır (Thermo, USA). Kültivasyon kesikli kültürlerde ve logaritmik gelişim şartlarında
gerçekleştirilmiştir (Rippka ve ark., 1979). Araştırma süresince siyanobakteriyel cinslerin kültivasyonun da
azotsuz BG-11 besiyeri kullanılmıştır (Rippka, 1988).
- 20 -
Metal Stresi Ortamının Hazırlanması
Kültivasyon
Tüm kültürlerin metal toleranslarının belirlenmesi amacıyla içinde farklı konsantrasyonlarda krom (K 2 Cr 2 O 7 :
1,25; 2,5; 5; 10; 20; 40; 80 mg/ L) (Merck) içeren 25 ml serum şişelerindeki azot içermeyen 10 ml sıvı BG-11
besiyerlerine 100 µL aktif kültürlerden inoküle edilmiştir. Kültürler optimal şartlarda (35 gün süre ile 600 lüks
°
beyaz ışık altında, oda sıcaklığında 25±2 C) inkübasyona bırakılmıştır (Okmen ve ark., 2007). Araştırmada aktif
kültürler kullanılmıştır. Bakteriyel gelişim klorofil-a miktarının ölçümü ile takip edilmiştir. Farklı krom
konsantrasyonlarının klorofil-a, toplam şeker ve protein içeriği üzerine etkileri saptanmıştır. Denemeler,
birbirinden bağımsız 3 paralel olarak gerçekleştirilmiştir.
Klorofil – a, Toplam Protein ve Karbohidrat İçeriği Üzerine Kromun Etkisi
Farklı krom konsantrasyonları içeren 25 ml serum şişelerindeki azot içermeyen 10 ml sıvı BG-11
besiyerlerine 100 µL aktif kültürlerden inoküle edilmiştir. Kültürler 35 gün süre ile 600 lüks beyaz ışık altında,
°
oda sıcaklığında (25±2 C) ve pH 8’e ayarlanmış besiyerlerinde inkübasyona bırakılmıştır. İnkübasyon süresi
sonunda örneklemelere spektrofotometrik yöntem (Schimadzu UV-1201V, Japan) ile klorofil-a, protein ve
karbonhidrat tayinleri yapılmıştır. Farklı krom konsantrasyonları içeren (K 2 Cr 2 O 7 ) azot içermeyen sıvı BG-11
besiyerinde geliştirilen kültürlerin klorofil-a tayini Porra ve ark., (1989), protein tayini Gornall ve ark., (1949) ve
karbonhidrat tayini ise Dubois ve ark., (1956)’e göre belirlenmiştir.
Analiz Yöntemleri
Klorofil- a İçeriğinin Belirlenmesi
Araştırmada kullanılan kültürler 5000 rpm’de 5 dakika santrifüj edildikten sonra süpernatant ortamdan
uzaklaştırılmış ve kültür üzerine 8 ml aseton ilave edilerek ekstrakte edildikten sonra tekrar santrifüj edilmiş ve
elde edilen süpernatant alınarak 663.6 ve 646.6nm dalga boylarında optik yoğunlukları spektrofotometrede
okunmuştur. Elde edilen verilerin değerlendirilmesi Porra ve diğerlerine (1989) göre yapılmıştır. Tüm
denemeler üçlü paralel olarak yürütülmüş ve denemelerde tamponlanmış aseton çözeltisi şahit olarak
kullanılmıştır.
Toplam Protein İçeriğinin Belirlenmesi
Farklı krom konsantrasyonları içeren azot içermeyen sıvı BG-11 besiyerinde geliştirilen kültürlerin toplam
protein içerikleri biüret yöntemi ile saptanmıştır. Tüm denemelerdeki toplam protein içerikleri 540 nm dalga
boyunda spektrofotometre kullanılarak absorbans değerleri belirlenmiştir. Kalibrasyon eğrisi BSA (sığır serum
albumin) kullanılarak hazırlanmıştır. Elde edilen absorbans değerleri ile çizilen kalibrasyon eğrisinden yola
çıkılarak konsantrasyon hesaplamaları yapılmıştır (Gornall ve ark., 1949).
Toplam Karbonhidrat İçeriğinin Belirlenmesi
Azot içermeyen sıvı BG-11 besiyerleri farklı krom konsantrasyonlarında hazırlanıp inkübasyona bırakıldıktan
sonra inkübasyon süresi sonunda kültürlerin toplam karbonhidrat içerikleri fenol sülfirik asit yöntemi ile
saptanmıştır. Toplam karbonhidrat analizleri glikozun (0-150mg /mL) standart olarak kullanıldığı fenol-sülfirik
asit yöntemi ile yapılmıştır. Tüm denemelerdeki toplam karbonhidrat içerikleri 490 nm dalga boyunda
spektrofotometre kullanılarak absorbans değerleri belirlenmiştir. Glikoz standart eğrisinden yola çıkılarak
konsantrasyon hesaplamaları yapılmıştır (Dubois ve ark., 1956). Denemelerde fenol- sülfirik asit çözeltisi şahit
olarak kullanılmıştır.
- 21 -
İstatistiksel Analiz
Tüm denemeler birbirinden bağımsız üçlü paralel halinde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler Excel 2003
programı yardımı ile hesaplandıktan sonra ortalama ± standart sapma şeklinde ifade edilmiştir.
Bulgular
Bu çalışmada, farklı krom konsantrasyonlarının siyanobakteriler üzerindeki etkisi incelenmiş ve çalışmada
kullanılan cinslerin farklı şekilde etkilendiği gözlenmiştir. Farklı krom konsantrasyonlarının siyanobakteriyel
türler üzerindeki etkisi Tablo 1-5’de özetlenmiştir. Bu çalışmadan elde edilen veriler incelendiğinde, 4 cinsin 40
mg/L krom konsantrasyonuna kadar gelişebildiği, ancak bu gelişmenin çok düşük oranlarda gerçekleştiği
gözlenmiştir. Diğer 1 cins ise 20 mg/L krom konsantrasyonuna karşı tolerans göstermiştir (Tablo 1- 5) .
Anabaena sp. GO1’in krom tolerans çalışmaları sonucunda toplam protein ve karbonhidrat içerikleri ile
klorofil-a miktarları 40 mg/L krom konsantrasyonuna tolerans göstermiştir. Başlangıç krom
konsantrasyonlarında (1.25 mg/L) tüm metabolik aktivitelerde stimülasyon söz konusu iken, konsantrasyon
arttıkça metabolik faaliyetler de baskılanmıştır. Anabaena sp. GO1’in metabolik faaliyetleri 10 mg/L krom
konsantrasyonuna kadar artmış ve kontrolden yüksek değer göstermiştir. Krom konsantrasyonunun 80 mg/L
olduğu denemelerde ise tamamen baskılanma söz konusudur (Tablo 1).
Tablo 1. Anabaena sp. GO1’in toplam protein, karbonhidrat ve klorofil-a içerikleri üzerine kromun etkisi
Mikroorganizma
Konsantrasyon
(mg/ L)
Kontrol
1,25
2,5
5
Anabaena sp. GO1 10
20
40
80
Toplam Protein
(mg/mL)
0.016 ± 0,002
0.025 ± 0,004
0.025 ± 0,001
0.021 ± 0,008
0,017 ± 0,005
0,006 ± 0,005
0,0002 ± 0
0
Toplam Karbonhidrat
(mg/mL)
0,003 ± 0,006
0,006 ± 0,001
0,006 ± 0,0004
0,005 ± 0,002
0,004 ± 0,001
0,001 ± 0,001
0,0005 ± 0,001
0
Klorofil-a
(mg/mL)
0,006 ± 0,0008
0,008 ± 0,001
0,008 ± 0,0005
0,007 ± 0,002
0,005 ± 0,002
0,002 ± 0,002
0,0001 ± 0,001
0
Diğer tablolarda da sayılarda , yerine . eklenecek. Tablo 1 de olduğu gibiAnabaena sp. GO2’ e ait
veriler dikkate alındığında ise, krom toleransının 20 mg/L’de sonlandığı saptanmıştır. Bu cinsin tüm metabolik
faaliyetleri başlangıç krom konsantrasyonunda kontrole yakın değer göstermesine rağmen, artan krom
konsantrasyonlarından etkilenmiştir (Tablo 2).
Tablo 2. Anabaena sp. GO2’nin toplam protein, karbonhidrat ve klorofil-a içerikleri üzerine kromun etkisi
Mikroorganizma
Anabaena sp. GO2
Konsantrasyon
(mg/ L)
Kontrol
1.25
2.5
Toplam Protein
(mg/mL)
0,014 ± 0,001
0,013 ± 0,002
0,008 ± 0,0002
Toplam Karbonhidrat
(mg/mL)
0,003 ± 0,0003
0,003 ± 0,0004
0,002 ± 0,0005
Klorofil-a
(mg/mL)
0,001 ± 0,0001
0,001 ± 0,0001
0,0006 ± 0
20
0,001 ± 0,002
0,0003 ± 0,0004
0,0001 ± 0,0001
5
10
40
80
0,008 ± 0,005
0,004 ± 0,0002
0
0
0,002 ± 0,001
0,0007 ± 0,0004
0
0
0,0006± 0,0004
0,0002 ± 0
0
0
Anabaena sp. GO3’ün sonuçlarına göre ise, 5 mg/L krom konsantrasyonuna kadar metabolik aktivitelerde
kontrolden yüksek değerlere rastlanırken, daha yüksek konsantrasyonlarda ise baskılanma söz konusudur.
Anabaena sp. GO3 cinsi 40 mg/L krom konsantrasyonuna kadar tolerans göstermiştir (Tablo 3).
- 22 -
Tablo 3. Anabaena sp. GO3’ün toplam protein, karbonhidrat ve klorofil-a içerikleri üzerine kromun etkisi
Mikroorganizma
Anabaena sp. GO3
Konsantrasyon Toplam Protein Toplam Karbonhidrat Klorofil-a
(mg/ L)
(mg/mL)
(mg/mL)
(mg/mL)
Kontrol
1,25
2,5
5
0,031 ± 0,004
0,041 ± 0,0008
0,035 ± 0,006
0,033 ± 0,003
0,0005 ± 0,0007
0,0007 ± 0,0001
0,0006 ± 0,001
0,0006 ± 0,0006
0,003 ± 0,0003
0,003 ± 0
0,003 ± 0,0005
0,003 ± 0,0002
40
0,0006 ± 0,0004
0,0001 ± 0,0008
0
10
20
80
0,025 ± 0,003
0,017 ± 0,0009
0
0,0004 ± 0,0005
0,002 ± 0,0002
0,0003 ± 0,0002
0,001 ± 0
0
0
Synechocystis sp. GO8’e ait krom tolerans çalışmalarında ise, 20 mg/L’e krom konsantrasyonuna kadar tüm
metabolik aktiviteler stimüle olmuş ve kontrolden yüksek değerler saptanmıştır. Ancak 40 mg/L krom
konsantrasyonunda tüm aktiviteler şiddetli bir şekilde baskılanmıştır. 80 mg/L’de ise tamamen baskılanma
belirlenmiştir (Tablo 4).
Tablo 4. Synechocystis sp. GO8’in toplam protein, karbonhidrat ve klorofil-a içerikleri üzerine kromun etkisi
Mikroorganizma
Konsantrasyon
(mg/ L)
Kontrol
1,25
2,5
5
Synechocystis sp. GO8 10
20
40
80
Toplam Protein
(mg/mL)
0,025 ± 0,0008
0,042 ± 0,004
Toplam Karbonhidrat
(mg/mL)
0,001 ± 0,0004
0,002 ± 0,002
Klorofil-a
(mg/mL)
0,003 ± 0
0,004 ± 0,0003
0,041 ± 0,003
0,002 ± 0,002
0,004 ± 0,0004
0,048 ± 0,002
0,05 ± 0,002
0,035 ± 0,005
0,0001 ± 0
0
0,002 ± 0,0009
0,002 ± 0,001
0,001 ± 0,002
0,0005 ± 0
0
0,005 ± 0,0002
0,005 ± 0,0002
0,004 ± 0,0005
0
0
Anabaena sp. GO10’a ait çalışmalar sonucunda elde edilen veriler incelendiğinde ise, metabolik aktiviteler
başlangıç konsantrasyonlarında stimüle olmuş iken, 20 mg/L krom konsantrasyonundan ise kısmen baskılanarak
etkilenmiştir. 40 mg/L krom konsantrasyonunda ise şiddetli bir şekilde baskılanma saptanmıştır. En yüksek
krom konsantrasyonunda ise (80 mg/L) tamamen baskılanma belirlenmiştir (Tablo 5).
Tablo 5. Anabaena sp. GO10’un toplam protein, karbonhidrat ve klorofil-a içerikleri üzerine kromun etkisi
Mikroorganizma
Anabaena sp. GO10
Konsantrasyon Protein
(mg/ L)
(mg/mL)
Total Karbonhidrat Klorofil-a
(mg/mL)
(mg/mL)
Kontrol
0,03 ± 0,004
0,005 ± 0,0006
0,002 ± 0,0003
5
0,038 ± 0,01
0,006 ± 0,002
0,003 ± 0,001
1,25
2,5
10
20
40
80
0,03± 0,008
0,03 ± 0,005
0,036 ± 0,001
0,026 ± 0,02
0,003 ± 0,0006
0
0,005 ± 0,001
0,005 ± 0,0009
0,006 ± 0,0002
0,004 ± 0,003
0,0005 ± 0,0001
0
0,002 ± 0,001
0,002 ± 0,0005
0,003 ± 0,0001
0,002 ± 0,002
0,0002 ± 0
0
Tüm siyanobakteriyel cinslerin optimum değerleri dikkate alındığında ise, çoğu cinste 2.5 mg/L krom
konsantrasyonunun tüm metabolik aktiviteleri stimüle ettiği belirlenmiştir. Bu metabolik aktivitelerden en
yüksek değerin protein içeriklerine ait olduğu saptanmıştır. Oysaki klorofil-a ve karbonhidrat içerikleri ise düşük
bulunmuştur. En yüksek protein içeriği ise Synechocystis sp. GO8’e aittir (Şekil 1).
- 23 -
0,05
Metabolik aktivite (mg/L)
0,045
0,04
0,035
0,03
0,025
GO1
0,02
GO2
0,015
GO3
0,01
GO8
0,005
GO10
0
Protein içeriği
Klorofil-a içeriği Karbonhidrat içeriği
Krom konsantrasyonu (2,5 mg / L)
Şekil 1. Krom konsantrasyonunun (2.5 mg/L) tüm siyanobakteriyel türlerin metabolik aktiviteleri üzerine etkisi
Tartışma ve Sonuç
Siyanobakteriler birincil üretici olup, sucul sistemin önemli bir parçasıdırlar. Bu nedenle, siyanobakteri
kültürlerindeki potansiyel streslerle ilgili bu çalışma, biyokütlede bulunan ve karbon fiksasyonu yapabilen
hücrelerin fizyolojileri ile ilişkili olan protein, klorofil ve karbonhidrat bileşikleri üzerinde kromun etkisini
incelemeyi amaçlamıştır.
Mikroorganizmalarda metal direnci oldukça yaygındır (Nies ve Silver, 1995; Nies, 1999). Yüksek metal
konsantrasyonlarına adaptasyonu gösteren çalışmalar, fizyolojik veya biyokimyasal mekanizmaların ayarlanması
ile artan toleransı ele almıştır (Devars ve ark., 1998; Soldo ve Behra, 2000). Siyanobakteriler farklı çevresel
faktörlerden etkilenmekte olup bu etki gelişimleri ve diğer aktiviteleri üzerinedir. Metal ile kirlenmiş sucul
ortamlarda metal toksisitesine dirençli veya toleranslı olabilen organizmalardan siyanobakterileri de kapsayan
bazı organizmaların varlığı saptanmıştır (Khattar ve ark., 2004). Örneğin; Audholia ve arkadaşları (1993)
Phormidium uncinatum’ un Zn (II) ‘nun yüksek konsantrasyonunda (50 mg/L) geliştiğini bildirmişlerdir.
Bu çalışmada, Anabaena sp. GO2 hariç bütün cinslerin protein ve karbonhidrat içerikleri artan Cr (VI)
konsantrasyonlarından kısmen inhibe olacak şekilde etkilenmiştir (Tablo 2). Buna ilaveten, tüm kültürlerin
klorofil-a, toplam karbonhidrat ve protein içerikleri 80 mg/L krom (VI) konsantrasyonunda tamamen inhibe
olmuştur. Bunun nedeni yüksek metal konsantrasyonunda hücre zarı hasarı nedeni ile, elektrolitlerin veya diğer
yaşamsal iyonların salınımı veya alımının kontrolünü sağlayamaması sonucu gelişimin inhibisyonuna
bağlanabilmektedir (Stratton ve Corke, 1979).
Klorofil, alg ve siyanobakteriyel hücrelerde fotosentez için ışık enerjisinin toplanmasında önemli bir
pigmenttir (Van Baalen ve O’Donnel, 1978; Takamura ve ark., 1990). Çalışmada kullanılan Anabaena sp. GO1 ve
Synechocystis sp. GO8’ in klorofil içerikleri artan krom (VI) konsantrasyonları tarafından diğer cinslerle
karşılaştırıldığında daha az etkilenmiştir (Şekil 1). Mallick ve Rai (1989), ağır metal dirençliliği için olası
mekanizmalardan biri olarak, aktif hücre içi alıkoyma mekanizmasını bildirmişler, ayrıca hücre içinde metal
inklüzyonlarını gösteren raporlar da yayınlanmıştır (Ariskina ve ark., 2004).
- 24 -
Bu çalışmada Anabaena sp. GO1’ in klorofil-a içeriği 2.5 mg/L Cr (VI) konsantrasyonuna kadar stimüle olmuş,
oysaki yüksek Cr (VI) konsantrasyonları ile pigment içeriği baskılanmıştır (Tablo 1). Literatürden anlaşıldığı gibi,
düşük çinko konsantrasyonları (Scenedesmus obliquus için 1.5 mg/L, ve S. quadricauda için 0,5 mg/L) pigment
içeriklerinde artışa neden olmuştur (Visviki ve Rachlin, 1991). Diğer taraftan, fotosentez genellikle ağır
metallerle inhibe edilmiştir (Rai ve ark., 1991). Bunun nedenleri; 1) ışık depolayan pigmentlerin hasar görmesi
(De Filippis, 1989), 2) CO 2 fiksasyon çevrimindeki anahtar enzimlerin inhibisyonu (De Filippis ve Pallaghy, 1994),
3) fotosentetik zarın tahribi (Sicko-Goad, 1982; Mallick ve Rai, 1989) olduğu ileri sürülmüştür.
Tüm siyanobakteriyel türlerin karbonhidrat içerikleri dikkate alındığında, 5 mg/L krom konsantrasyonunun
metabolik faaliyetleri kısmen baskıladığı saptanmıştır (Tablo 1-5). Yüksek metal konsantrasyonuna adaptasyonu
gösteren çoğu çalışma, fizyolojik veya biyokimyasal mekanizmaların ayarlanması ile artan tolerans olarak ele
alınmıştır (Soldo ve Behra, 2000). De Filippis ve Pallaghy (1994) yaptıkları çalışma sonucunda, ağır metallerin
karbondioksit fiksasyonunda rol oynayan bazı anahtar enzimleri inhibe ettiğini dolayısı ile fotosentezin
baskılandığını rapor etmişlerdir.
Toplam protein içeriği çalışmalarımıza bakıldığında, Synechocystis sp. GO8’ in toplam protein içeriği 20 mg/L
Cr (VI) konsantrasyonuna kadar artmış, ancak artan krom konsantrasyonu ile baskılanmıştır (Tablo 4). Ayrıca
krom konsantrasyonlarında siyanobakterilerin protein içeriğinin arttığı belirlenmiştir (Şekil 1). Bunun nedeni,
siyanobakterilerde ağır metal toleransının antioksidant enzimlerden (Chadd ve ark., 1996) veya metal-bağlı
proteinlerden (Reddy ve Prasad, 1992) kaynaklanabileceği rapor edilmiştir. Synechococcus sp. den metal-bağlı
bir metalotionin protein izole edilmiştir (Olafson ve ark., 1979). Bir başka çalışmada düşük çinko
konsantrasyonunda arjinin, prolin ve sistein artışı bildirilmiştir (Omar, 2002). Buhl ve Stewart (1983) düşük Zn
(II) konsantrasyonunun test edilen mikroorganizmalarda aminoasitlerin miktarındaki artışı etkilediğini
bildirmiştir.
Alglerde ağır metal stresi yaygın olarak çalışılmasına rağmen, siyanobakterilerde metal toleransı üzerine
çalışmalar eksiktir. Mevcut çalışma siyanobakterilerin hekzavalent kroma karşı farklı toleransa sahip olduğunu
göstermiştir. Siyanobakterilerin birçoğu kroma karşı fazla direnç (40 mg/L krom) göstermiştir. Bu cinsler, orta
seviyede kontamine olmuş atık sulardan kromun giderimi için iyileştirme aracı olarak kullanılabilir. Her bir
siyanobakteriyel türlerin metal hassasiyetlerinin özelliklerini belirlemek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç
duyulmaktadır.
Kaynaklar
Aksu, Z. 2002. Determination of the Equilibrium, Kinetic and Thermodynamic Parameters of the Batch Biosorption of Nickel(II) Ions onto
Chlorella vulgaris. Process Biochemical. 38: 89-99.
Ariskina, E.V., Vatsurina, A.V., Suzina, N.E.,Gavrish, E.Y. 2004. Cobalt- and Chromium-Containing Inclusions in Bacterial Cells. Microbiology
(translated from Russian) 73: 159-162.
Audholia, S., Goyal, D.,Saxena, R.K. 1993. Zinc Tolerance in Phormidium uncinatum. Folia Microbiology. 38: 341-344.
Buhl, M.,Stewart, C. 1983. Effects of NaCl on Proline Synthesis and Utilization in Excised Barley Leaves. Plant Physiology. 72: 664-667.
Carlos, C., Jesus, C.G., Silvia, D., Felix, G.C., Herminia, L.T., Juan Carlos, T.G., Rafael, M.S. 2001. Interactions of Chromium with
Microorganisms and Plants. FEMS Microbiology Review. 25: 335-347.
Castenholz, R.W., Waterbury, J.B. 1989. Cyanobacteria. In Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, (Eds.). Krieg, N.R., Holt, J.G.,
Williams and Wilkins (pp. 1710- 1728). Baltimore.
Chadd, H.E., Newman, J., Man, N.H.,Carr, N.G. 1996. Identification of Iron Superoxide Dismutase and a Copper/zinc Superoxide Enzyme
Activity within Marine Cyanobacterium Synechococcus sp. WH 7803. FEMS Microbiology Letters. 138: 161-165.
Chen, H., Pan, S.S. 2005. Bioremediation Potential of Spirulina: Toxicity and Biosorption Studies of Lead. Journal Zhejiang University SCI
6B(3): 171-174.
Costa, M. 2003. Potential Hazards of Hexavalent Chromate in Our Drinking Water. Toxicology and Applied Pharmacology. 188: 1-5.
Çeribasi, I.H.,Yetiş, Ü. 2001. Biosorption of Ni (ii) and Pb (ii) by Phanerochaete Chrysosporium from a Binary Metal System Kinetics. Water
SA. 27(1): 15-20.
- 25 -
De Filippis, L.F., Pallaghy, C.K. 1994. Heavy Metals: Sources and Biological Effects. In: Rai L.C., Gaur J.P., Soeder C.J., (Eds.). Advances in
Limnology. Schweizeerbart’sche Verlagsbuchhandlung (pp. 31-77). Nagele U. Obermilles.
De Filippis, L.F. 1989. Toxicity and Resistance of Algae to Heavy Metals. In: Ozturk M.A. (Ed), Plants and Pollutants in Developed and
Developing Countries, Ege University Press, Izmir.
Debelius, B., Forja, J.M., Delvalls, A.,Lubian, L.M. 2010. Toxic Effect of Copper on Marine Phytoplancton Populations İsolated from Different
Geographic Locations. Advances in Marine Chemistry. December: 133-141.
Devars, S., Hernandez, R., Moreno-Sanchez, R. 1998. Enhanced Heavy Metal Tolerance in Two Strains of Photosynthetic Euglena gracilis by
preexposure to mercury or cadmium. Archiwum Environmental Contamination Toxicology. 34: 128-135.
Dubois, M., Gilles, K.A., Hamilton, J.K., Rebers, P.A., Smith, F. 1956. Colorimetric method for determination of sugars and related
substances. Analytical Chemistry. 28: 350–356.
ECFR (Europan Commission Final Report). 2002. Heavy Metals in Waste Project ENV E.3/ETU 2000/0058.
El-Sheekh, M., El-Shouny, W., Osman, M., El-Gammal, E. 2005. Growth and Heavy Metals Removal Efficiency of Nostoc muscorum and
Anabaena subcylinderica in Sewage and Industrial Wastewater Effluents. Environmental Toxicology and Pharmacology. 19: 357365.
Gardea-Torresdey, J.L., Arenas, J.L., Francisco, N.M.C., Tiemann, K.J., Webb, R. 1998. Ability of Immobilized Cyanobacteria to Remove Metal
Ions from Solution and Demonstration of the Presence of the Metallothionein Genes in Various Strains. Journal of Hazardous
Substrate Research. 1: 1-18.
Gornall, A.G., Bardawill, C.J., David, M.M. 1949. Determination of Serum Proteins by Means of the Biüret Reactin. Journal of Biological
Chemistery. 177: 751-766.
http://www.lenntech.com/periodic/elements/cr.htm, Ocak 2012.
Kadirvelu, K., Senthilkumar, P., Thamaraiselvi, K., Subburam, V. 2002. Activated Carbon Prepared from Biomass as Adsorbent: Elimination
of Ni (II) from Aqueous Solution. Bioresource Technology. 81: 87–90.
Kadirvelu, K., Thamaraiselvi, K., Namasivayam, C. 2001. Removal of Heavy Metals from Industrial Wastewaters by Adsorption onto
Activated Carbon Prepared From an Agricultural Solid Waste. Bioresource Technology. 76: 63–65.
Kadukova, J., Vircikova, E. 2005. Comparison of Differences Between Copper Bioaccumulation and Biosorption. Environmental
International. 31: 227-232.
Khattar, JIS., Sarma, T.A., Sharma, A. 2004. Effect of Cr6+ Stress on Photosynthetic Pigments and Certain Physiological Processes in the
Cyanobacterium Anacystis nidulans and Its Chromium Resistant Strain. Journal of Microbiology Biotechnology. 14(6): 1211-1216.
Kiran, B., Kaushik, A., Kaushik, C.P. 2008. Metal–salt co-tolerance and Metal Removal by Indigenous Cyanobacterial Strains. Process
Biochemistry. 43(6): 598-604.
MacDonald, C.A., Singh, B.K., Peck, J.A., van Schaik, A.P., Hunter, L.C., Horswell, J., Campbell, C.D., Speir, T.W. 2007. Long-term Exposure to
Zn-Spiked Sewage Sludge Alters Soil Community Structure. Soil Biology and Biochemistry. 39: 2576-2586.
Mallick, N., Rai, L.C. 1989. Response of Anabaena doliolum to Bimetallic Combinations of Cu, Ni and Fe with Special Reference to Sequential
Addition. Journal of Applied Physiology. 1: 301-306.
McGrath, S.P., Smith, S. 1990. Chromium and nickel. In: Alloway, B.J. (Ed.). Heavy Metals in Soils. Blackie (pp. 125-150). Glasgow.
Nalimova, A.A., Popova, V.V., Tsoglin, L.N., Pronina, N.A. 2005. The Effects of Copper and Zinc on Spirulina platensis Growth and Heavy
Metal Accumulation in Its Cells. Russian Journal of Plant Physiology. 52(2): 229–234.
Nies, D.H. 1999. Microbial Heavy-metal Resistance. Applied Microbiology and Biotechnology. 51: 730-750.
Nies, D.H., Silver, S. 1995. Ion Efflux Systems Involved in Bacterial Metal Resistances. Indian Journal of Microbiology. 14: 186-199.
Ökmen (Kurucuoğlu), G., Dönmez, G., Dönmez, S. 2007. Influence of Osmotic and Metal Stresses on Nitrogenase Activity of Cyanobacteria
Isolated from Paddy Fields. African Journal of Biotechnology. 6(15): 1828-1832.
Olafson, R.W., Abel, K., Sim, R.G. 1979. Prokaryotic Metallothionein: Preliminary Characterization of a Blue-green Alga Heavy Metal-binding
Protein. Biochemical and Biophysical Research Communications. 89(1): 36-43.
Omar, H.H. 2002. Adsorption of Zinc Ions by Scenedesmus obliquus and S. quadricauda and Its Effect on Growth and Metabolism. Biology
Plantarum. 45(2): 261-266.
Papp, J.F. 1985. Chromium Mineral Facts and Problems, Government Printing Office, Washington, D.C.
Paulsson, M., Nyström, B., Blanck, H. 2000. Long-term Toxicity of Zinc to Bacteria And Algae in Periphyton Communities from the River
Gota Alv, Based on a Microcosm Study. Aquatic Toxicology. 47: 243–257.
Porra, R.J., Thompson, W.A., Kriedemann, P.E. 1989. Determination of Accurate Extinction Coefficients and Simultaneous Equations for
Assaying Chlorophylls a and b Extracted with Four Different Solvents: Verification of the Concentration of Chlorophyll Standarts
by Atomic Absorption Spectroscopy. Biochimica et Biophysica Acta. 975: 384-394.
Rai, L.C., Singh, A.K., Mallick, N. 1991. Studies on Photosynthesis, the Associated Electron-transport System and Some Physiological
Variables of Chlorella vulgaris Under Copper Stress. Journal of Plant Physiology. 137: 419-424.
- 26 -
Reddy, G.N., Prasad, M.N.V. 1992. Characterization of Cadmium Binding Protein from Scenedesmus quardricauda and Cadmium Toxicity
Reversal by Phytochelatin Consisting Amino Acids and Citrate. Journal of Plant Physiology. 140: 156-162.
Rippka, R. 1988. Isolation and Purification of Cyanobacteria. Methods in Enzymology. 167: 3-27.
Rippka, R., DeReuelles, J., Waterbury, J.B., Herdman, M., Stanier, R.Y. 1979. Generic Assignments, Strain Histories and Properties of Pure
Cultures of Cyanobacteria. Journal of General Microbiology. 111: 1–61.
Sabbagh, A.A. 2006. Effects of Heavy Metals and Uranium on Chlorophyll, DNA, Protein Content and Ultrastructure of the Cyanobacterium,
Spirulina platensis. Ph.D. Thesis, King Saud University. 115s.
Sicko-Goad, L. 1982. A morphometric Analysis of Algal Response to Low Dose, Short-term Heavy Metal Exposure. Protoplasma. 110: 75-86.
Soldo, D., Behra, R. 2000. Long-term Effects of Copper on the Structure of Freshwater Periphyton Communities and Their Tolerance to
Copper, Zinc, Nickel and Silver. Aquatic Toxicology. 47: 181-189.
Stern, R.M. 1982. Chromium Compounds: Production and Occupational Exposure. In: Langård, S., (Ed.). Biological and Environmental
Aspects of Chromium. Elsevier (pp. 5-47). Amsterdam.
Stratton, G.W., Corke, C.T. 1979. The Effect of Nickel on the Growth Photosynthesis and Nitrogenase Activity of Anabaena inequalis.
Canadian Journal of Microbiology. 25: 1094-1099.
Surosz, W., Palinska, K.A. 2004. Effects of Heavy-Metal Stress on Cyanobacterium Anabaena flos-aquae. Archiwum Environmental
Contamination and Toxicology. 48: 40-48.
Takamura, N., Kasai, F., Watanabe, M.M. 1989. Effects of Cu, Cd and Zn on Photosynthesis of Freshwater Benthic Algae. Journal of Applied
Physiology. 1: 39-52.
Takamura, N., Kasai, F., Watanabe, M.M. 1990. Unique Response of Cyanophyceae to Copper. Journal of Applied Physiology. 2: 293-296.
Tezcan, R., Tezcan, H. 2007. Metaller Kimyası. Nobel Yayınevi. Ankara.
Van Baalen, C., O’Donnel, R. 1978. Isolation of Nickel Dependent Blue- green Alga. Journal of General Microbiology. 105: 351-353.
Visviki, I., Rachlin, J. 1991. Ultrasturctural Changes in Dunaliella minuta Following Acute and Chronic Exposure to Copper and Cadmium.
Archiwum Environmental Contamination and Toxicology. 23: 420-425.
Xuehui, X., Jin, F., Huiping, W., Jianshe, L. 2010. Heavy Metal Resistance by Two Bacteria Strains Isolated from a Copper Mine Tailing in
China. African Journal of Biotechnology. 9(26): 4056-4066.
Zakaria, A.M. 2001. Removal of Cadmium and Manganese by a Non-toxic Strain of the Freshwater Cyanobacterium Gleothece magna.
Water Research. 35(18): 4405-4409.
Zhou, W., Juneau, P., Qiu, B. 2006. Growth And Photosynthetic Responses of the Bloom-forming Cyanobacterium Microcystis aeruginosa to
Elevated Levels of Cadmium. Chemosphere. 65: 1738-1746.
- 27 -

Çeşitli Siyanobakteriyel Türlerin Toplam Protein, Karbonhidrat ve

Transkript

Benzer belgeler