| Tez Künye | Durumu | ||
| Mycoremediation of heavy metal contaminated soil using oyster mushroom: Pleurotus ostreatus / İstiridye mantarı: Pleurotus ostreatus kullanılarak mikoremediasyon yöntemi ile topraktan ağır metal giderimi Yazar:DİCLE ÜRÜNAY Danışman: DOÇ. DR. GİZEM DİNLER DOĞANAY ; PROF. DR. MUSTAFA SAİT YAZĞAN Yer Bilgisi: İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı Konu:Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering Dizin: | Onaylandı Yüksek Lisans İngilizce 2015 124 s. | ||
| Fosil kayıtlarına göre Funguslar 1.5 milyar yıl önce diğer yaşam formlarından ayrılmış ve büyük ihtimal ile Kambriyen Dönemi’nden beri Dünya üzerinde kolonize olmuş durumdadırlar. Fungusların Dünya üzerindeki varoluşları insan türünün yeryüzü üzerindeki evriminden çok daha uzun bir döneme işaret etmektedir. “Mikoloji” terimi kökenini Yunanca mantar anlamına gelen “mykes” kelimesinden alır ve funguslar üzerine çalışan yaşam bilimini niteler. Genel olarak mantarlar, organik moleküllerin ayrıştırılmasını ve besinlerin ekosisteme geri dönüşümünü sağlayarak yaşamın sürekliliğini sağlamaktadırlar. Fungusların ayrıştırıcı ve geri dönüştürücü özelliği “Mikoremediasyon” terimini ortaya çıkarmıştır. Artan insan popülasyonu ve kapitalist dünya ekonomisinin bilinçsiz tüketimi desteklemesi, yaşadığımız çevrenin ve doğal kaynakların sentetik bileşiklerle kirlenmesine ve bunun gün geçtikçe dünya çapında büyük bir probleme dönüşmesine sebep olmaktadır. Biosferde doğal olarak meydana gelmeyen bu sentetik bileşikler “ksenobiyotik” olarak adlandırılır. Sentetik bileşiklerin büyük bir kısmı doğal mikroflora ve fauna tarafından kolayca parçalanamazlar. Endüstriyel ve çevre biyoteknolojisindeki biyolojik yaklaşımlar; atık üretimin azaltılması, atıkların temizlenmesi, daha az zararlı, kullanılabilir ve kolay bozunur formlara dönüştürülmesi gibi “çevreci teknolojiler”i temel alır. Bahsi geçen çevreci yaklaşımlar canlılardaki metabolik yollarının kullanımına odaklanır. Bu biyolojik yöntemlerden biri de fungal remediasyon olarak bilinen mikoremediasyon yöntemidir. Mantarlar ve diğer funguslar çok sayıda atığın/kirleticinin ayrıştırılmasında ya da parçalanmasında görev alan enzimatik mekanizmalardır. Bazitli fungusların biyoremediasyon aracı olarak kullanımı ise gün geçtikte popülerlik kazanmaktadır. Filamentli funguslar bir ağacın dallarını andıran yapıları ile üzerinde büyüyüp geliştikleri substratı salgıladıkları hücre dışı sindirim enzimleri ile sindiren, potensiyel olarak iyi birer ayrıştırma ajanıdır. Odunsu dokuların hücre duvarlarında bulunan lignini parçalayabilme özelliğine sahip enzimatik özellikleri ile beyaz çürükçül mantarlar tüm fungus türleri arasında odunsu yapıları parçalayan ve/veya çürüten funguslar olarak bilinirler. Beyaz çürükçül mantarların çoklu aromatik hidrokarbonları, klorlu aromatik hidrokarbonları, polisiklik aromatikleri, poliklorlu bifenilleri, poliklorlu dibenzo(p)dioksinleri, pestisitleri, insektitistleri ve bazı azo boyalarını parçaladığı bilinmekte ve bu fungus türleri aynı zamanda toksik organik bileşiklerin parçalanması sonucu ortaya çıkan ağır metallerin biyolojik birikimlerinde ve kirlenmiş toprakların mineralleştirilmesi ya da nitratlaştırılması amacıyla da kullanılmaktadır. Phanerochaete chrysosporium, Pleurotus ostreatus, Pleurotus pulmonarius, Pleurotus tuber-regium, Lentinus squarrosulus ve benzeri beyaz çürükçül funguslar bu zamana dek biyoremediasyon araştırmalarında kullanılmış türlerdir. Beyaz çürükçül mantarlar kirlenmiş toprakların biyoremediasyonunda; madenleştirmeyi, biyolojik bozunumu, dönüştürümü, eş metabolizmayı içeren ve biyoakümülasyon olarak bilinen ağır metallerin biyolojik birikiminde kullanılır. Ağır metaller yer kabuğunu doğal bileşenleridir. Biyolojik ve ısı etkisiyle bozunur olmayan yapıları çevrede birikmelerine ve ağır metal kirliliğe sebep olur. Ağır metaller genellikle yoğunluğu 5’ten büyük, organizmalar üzerinde toksik etki gösteren yaklaşık olarak 65 metalik elementi kapsayan bir grup olarak tanımlanır. Çevrede bulunan ağır metaller, fungal hücre dışı enzimlerle direkt olarak etkileşim halindedir. Çevreden alınan ağır metaler beyaz çürükçül mantarların miselerinde birikir. Ağır metaller genel olarak enzimatik reaksiyonların inhibitörleridir. Metal iyonları hücre içerisine girdiğinde hücre dışı enzimlerin üretimini transkripsiyonel (yazılım) ve tranlasyonel (çevirimsel) düzeylerde etkiler. Esansiyel ağır metallerin düşük konsantrasyonları aynı zamanda lignolitik (lignin parçalayıcı) enzim sistemlerinin gelişimi için gereklidir. 1996 yılında U.S EPA tarafından yayınlanan raporda kirlenmiş alanlarda bulunan ağır metallerin bulunma miktarını Pb, Cr, As, Zn, Cd, Cu and Hg şeklinde sıralanmıştır. Biyolojik birikim ve biyoartış ile ürün veriminin azalmasına sebep olduğundan topraktaki metallerin miktarı önem taşımaktadır. Toprakta bulunan ağır metaller aynı zamanda yer üstü ve yeraltı su kaynakları için risk arz etmektedir. Kadmiyum, civa ve kurşun, organizmalar üzerinde tanımlanmış herhangi bir esansiyel rolü olmayan en zehirli üç ağır metaldir. Kadmiyumun toksisitesi, bitkiler ve hayvanlar için esansiyel bir mikroelement olan çinkoya olan benzerliğinden kaynaklanmaktadır. Kadmiyum ve kurşun genellikle Cd/Pb içeren pillerin, çeşitli elektronik eşyaların, kabloların ve benzeri ürünlerin üretiminde kullanılan ağır metallerdir ve bu ürünlerin geri dönüşümlerinin/geri kazanaımlarının sağlanmaması, evsel atıklarla birlikte çöplerde bulunması kadmiyum ve kurşun kirliliğine sebep olur. Civa kirliği ise daha çok kömür yanması sonucu ortaya çıkmaktadır. Bu çalışma; kurşun , kadmiyum ve civa ile üç farklı konsantrasyonda yapay olarak kirletilmiş topraktan, istiridye mantarı olarak bilinen Pleurotus ostreatus’u kullanılarak iki farklı inkübasyon dilimi için, ağır metallerin farklı zaman dilimlerindeki biyolojik birikimlerini araştırmak üzere planlanmıştır. Deney sonunda toprak ve misel örnekleri ayrı ayrı paketlenerek Bureau Veritas Mineral Laboratuvarları’na gönderilmiş ve analizleri yaptırılmıştır. Ağır metaller ICP-MS cihazı ile tayin edilmiştir. Toprakta hali hazırda kalan ve miseller tarafından biriktirilen ağır metal konsantrasyonları belirlenmiştir. Misele akümüle olan Pb, Cd, Hg inkübasyon süresinin uzamasıyla artmıştır. SET II’ye ait misellere akümüle olan kurşun, kadmiyum ve civa konsantrasyonları SET I’e ait misel örneklerine nazaran daha yüksektir. SET I misellerinde kurşunun artan konsantrasyonla birlikte miselde biriken Pb konsantrasyonu azalma gösterirken, SET II misellerinde kurşunun misele akümüle olan konsantrasyonu, artan kurşun konsantrasyonu ile birlikte önemli bir değişiklik göstermemiştir. SET I ve SET II içerisinde 2.5, 5 ve 10 ppm olarak artan Pb konsantrasyonları ile kurşunun bioakümülayon yüzdesinin azaldığı gözlemlenmiştir. Kadmiyumun SET I ve SET II de artan kadmiyum konsantrasyonlarına karşı cevabı ilginç bir tablo sergilemiştir. SET I ve SET II içersinde artan konsantrasyonla birlikte kadmiyumun miselde tayin edilen konsantrasyonu artarken, hem SET I hem de SET II için 2.5, 5 ve 10 ppm konsantrasyonlarında Cd bioakümülasyon yüzdesi İçerik I> İçerik III> İçerik II şeklindedir. Bioakümülasyon yüzdeleri incelenen ağır metaller içerisinde civa SET I ve SET II için en yüksek bioakümülasyon yüzdesini göstermiştir. 10 ppmlik civa konsansantrasyonu için SET I’de 54 % ve SET II’de 85 % bioakümülasyon yüzdesi hesaplanmıştır. Buna göre her iki inkübasyon süresi için misel tarafından en çok akümüle edilen ağır metalin civa olduğu, kurşunun ise en az akümüle edildiği belirlenmiştir. Misel örneklerine akümüle olan kurşun, kadmiyum ve civa konsantrasyonları çoktan aza sırasıyla Hg> Cd> Pb şeklindedir. | |||
| According to fossil records, fungi diverged from other life around 1.5 billion years ago and probably fungi colonised on Earth during the Cambrien, which is long before human beings evolved on it. The term “mycology” is derived from Greek word “mykes”, meaning mushroom which is a branch of life science that refers the study of fungi. In general, mushrooms are responsible for decomposing of organic molecules to provide continuance of life by recycling organic wastes and returning of nutrients back into the ecosystem. These features of fungi reveal a term called as “mycoremediation”. Increasing human population and supporting unconscious consumerism by a politics of capitalist world economy caused the pollution of the environment with synthetic compounds which has become a major problem all around the world. These synthetic compounds are called as xenobiotics which do not occur naturally in the biosphere so are not easily degraded by the natural microflora and fauna. Biological approaches based on the environmental biotechnology are focusing on the development of “environmentalist technologies”. Further, these clean technologies focus on the use of metabolic pathways of organisms for the remediation of waste. One such biological method is mycoremediation (fungal remediation). The mushrooms and other fungi act as enzymatic machinery for degradation of a wide variety of waste/pollutant. However mushrooms, basidiomycetous fungi, are becoming more popular nowadays for remediation purposes as a bioremediation tool. The white rot fungi in all the fungi species, are known to degrade polyaromatic hydrocarbons (PAHs), chlorinated aromatic hydrocarbons (CAHs), polycyclic aromatics, polychlorinated biphenyls, polychlorinated dibenzo(p)dioxins, the pesticides and some azo dyes. White-rot fungi are also used in bioremediation of polluted soils and accumulation of heavy metals and involved in mineralization, biodeterioration, biodegradation, transformation and co-metabolism. Phanerochaete chrysosporium, Pleurotus ostreatus, Pleurotus pulmonarius, Pleurotus tuber-regium, Lentinus squarrosulus etc. are white-rot fungi, so far used in bioremediation researches. Heavy metals are natural constituents of the earth crust. Their non- biodegradable, non-thermodegradable features contribute to environmental pollution mainly and show toxic effects on organisms. The most common heavy metals found at contaminated sites, in order of abundance are Pb, Cr, As, Zn, Cd, Cu and Hg. Those metals are important since they are capable of decreasing crop production due to the risk of bioaccumulation and biomagnification in the food chain. There is also the risk of superficial and groundwater contamination. Cadmium, mercury and lead can describe as three big poisinous metals which are not known essential role for living organisms. Cadmiums chemical similarity to Zn which is an essential micronutrient for plants and animals, probably responsible of its toxicity. Mercury, Hg, is the only liquid metal at standard temperature, and major source of Hg contamination is caused by coal combustion. Mostly Pb contamination in nature arises during the improper disposal of Pb storage batteries. The aim of this study is to remediate contaminated soils from three most toxic heavy metals using Pleurotus ostreatus mycelium. Soil and mycelium heavy metal analysis were performed by Bureau Veritas Mineral Laboratories, in Canada. Soil Pb and Cd analyses were performed using ICP-MS analysis. In this study, bioaccumulation percentage of was studied with three different concentration of Pb, Cd and Hg for two different incubation period. The results showed that bioaccumulation percentage increased by incubation period for lead, cadmium and mercury. While SET I mycelium analyses showed that increasing concentration of lead caused a decrease for its bioaccumulation, in SET II bioaccumulated concentration of Pb did not showed a significant difference for all concentrations. According to bioaccumulation percentage calculations for Pb, it showed a decrease in order of 2.5 ppm, 5 ppm and 10 ppm. Cadmium showed the lowest bioaccumulation percentage in Content 2, comparison to Content 1 and Content 3, both SET I and SET II. Heavy metal analyses of mycelium samples showed that the most bioaccumulated heavy metal by Pleurotus ostreatus was mercury. The mycelium samples belonged to 10 ppm mercury contained soil samples showed 54 % Hg bioaccumulation and 85 %, in SET I and SET II, respectively. The heavy metals which were used in this experiment in order of bioaccumulation percentages were Hg > Cd> Pb. | |||