Zwiększenie produkcji żywności jest niezbędne, aby zaspokoić potrzeby światowej populacji. W związku z tym pestycydy stanowią integralną część nowoczesnych praktyk rolniczych, mających na celu zwiększenie plonów. Wykazano, że powszechne stosowanie syntetycznych pestycydów w rolnictwie powoduje poważne zanieczyszczenie środowiska i problemy zdrowotne ludzi. Pestycydy mogą ulegać bioakumulacji na błonach komórkowych człowieka i upośledzać funkcje życiowe poprzez bezpośredni kontakt lub spożycie skażonej żywności, co stanowi istotną przyczynę problemów zdrowotnych.
Parametry cytogenetyczne zastosowane w tym badaniu wykazały spójny wzorzec wskazujący na genotoksyczne i cytotoksyczne działanie ometoatu na merystemy cebuli. Chociaż w dostępnej literaturze brak jednoznacznych dowodów na genotoksyczne działanie ometoatu na cebulę, wiele badań badało genotoksyczne działanie ometoatu na inne organizmy testowe. Dolara i wsp. wykazali, że ometoat indukował zależny od dawki wzrost liczby wymian chromatyd siostrzanych w ludzkich limfocytach in vitro. Podobnie, Arteaga-Gómez i wsp. wykazali, że ometoat zmniejszał żywotność komórek w keratynocytach HaCaT i ludzkich komórkach oskrzeli NL-20, a uszkodzenia genotoksyczne oceniano za pomocą testu kometowego. Podobnie, Wang i wsp. zaobserwowali wydłużenie telomerów i zwiększoną podatność na raka u pracowników narażonych na ometoat. Ponadto, na poparcie niniejszego badania, Ekong i wsp. Wykazano, że ometoat (tlenowy analog ometoatu) powodował spadek MI u A. cepa i powodował lizę komórek, retencję chromosomów, fragmentację chromosomów, elongację jąder, erozję jąder, przedwczesne dojrzewanie chromosomów, klastrowanie metafazy, kondensację jąder, lepkość anafazy oraz nieprawidłowości mostków c-metafazy i anafazy. Spadek wartości MI po leczeniu ometoatem może być spowodowany spowolnieniem podziału komórek lub niezdolnością komórek do ukończenia cyklu mitotycznego. Natomiast wzrost MN, nieprawidłowości chromosomowych i fragmentacji DNA wskazywał, że spadek wartości MI był bezpośrednio związany z uszkodzeniem DNA. Wśród nieprawidłowości chromosomalnych wykrytych w niniejszym badaniu najczęstsze były lepkie chromosomy. Ta konkretna nieprawidłowość, która jest wysoce toksyczna i nieodwracalna, jest spowodowana fizyczną adhezją białek chromosomowych lub zaburzeniem metabolizmu kwasów nukleinowych w komórce. Alternatywnie, może być spowodowana rozpuszczeniem białek otaczających chromosomalne DNA, co może ostatecznie prowadzić do śmierci komórki42. Obecność wolnych chromosomów sugeruje możliwość aneuploidii43. Ponadto mostki chromosomowe powstają w wyniku pękania i fuzji chromosomów i chromatyd. Powstawanie fragmentów bezpośrednio prowadzi do powstania MN, co jest zgodne z wynikami testu kometowego w niniejszym badaniu. Nierównomierny rozkład chromatyny wynika z braku rozdziału chromatyd w późnej fazie mitozy, co prowadzi do powstania wolnych chromosomów44. Dokładny mechanizm genotoksyczności ometoatu nie jest jasny; jednak jako pestycyd fosforoorganiczny może on oddziaływać ze składnikami komórkowymi, takimi jak zasady nukleinowe, lub powodować uszkodzenia DNA poprzez generowanie reaktywnych form tlenu (ROS)45. Zatem pestycydy fosforoorganiczne mogą powodować akumulację wysoce reaktywnych wolnych rodników, w tym O2−, H2O2 i OH−, które mogą reagować z zasadami DNA w organizmach, powodując w ten sposób uszkodzenia DNA bezpośrednio lub pośrednio. Wykazano również, że te ROS uszkadzają enzymy i struktury zaangażowane w replikację i naprawę DNA. Z kolei sugeruje się, że pestycydy fosforoorganiczne przechodzą złożony proces metaboliczny po spożyciu przez ludzi, wchodząc w interakcje z wieloma enzymami. Sugerują oni, że ta interakcja powoduje zaangażowanie różnych enzymów i genów kodujących te enzymy w genotoksyczne działanie ometoatu40. Ding i in.46 donieśli, że u pracowników narażonych na ometoat wydłużenie telomerów było związane z aktywnością telomerazy i polimorfizmem genetycznym. Jednakże, chociaż związek między enzymami naprawy DNA ometoatu a polimorfizmem genetycznym został wyjaśniony u ludzi, kwestia ta pozostaje nierozstrzygnięta w przypadku roślin.
Mechanizmy obronne komórek przed reaktywnymi formami tlenu (ROS) są wzmacniane nie tylko przez enzymatyczne procesy antyoksydacyjne, ale również przez nieenzymatyczne procesy antyoksydacyjne, z których wolna prolina jest ważnym nieenzymatycznym przeciwutleniaczem w roślinach. W roślinach poddanych stresowi obserwowano poziomy proliny nawet 100-krotnie wyższe niż wartości normalne56. Wyniki tego badania są zgodne z wynikami33, które wykazały podwyższony poziom proliny w siewkach pszenicy traktowanych ometoatem. Podobnie, Srivastava i Singh57 zaobserwowali, że insektycyd fosforoorganiczny malation zwiększa poziom proliny w cebuli (A. cepa), a także zwiększa aktywność dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) i katalazy (CAT), zmniejszając integralność błon komórkowych i powodując uszkodzenia DNA. Prolina jest aminokwasem endogennym, który uczestniczy w wielu mechanizmach fizjologicznych, w tym w tworzeniu struktury białek, określaniu funkcji białek, utrzymaniu homeostazy redoks w komórce, usuwaniu tlenu singletowego i rodników hydroksylowych, utrzymaniu równowagi osmotycznej oraz sygnalizacji komórkowej57. Ponadto prolina chroni enzymy antyoksydacyjne, utrzymując w ten sposób integralność strukturalną błon komórkowych. Wzrost poziomu proliny w cebuli po ekspozycji na ometoat sugeruje, że organizm wykorzystuje prolinę jako dysmutazę ponadtlenkową (SOD) i katalazę (CAT) w celu ochrony przed toksycznością insektycydów. Jednak, podobnie jak w przypadku enzymatycznego układu antyoksydacyjnego, wykazano, że prolina nie jest wystarczająca do ochrony komórek wierzchołków korzeni cebuli przed uszkodzeniem przez insektycydy.
Przegląd literatury wykazał, że nie ma badań dotyczących uszkodzeń anatomicznych korzeni roślin powodowanych przez insektycydy ometoatowe. Jednak wyniki wcześniejszych badań nad innymi insektycydami są spójne z wynikami niniejszego badania. Çavuşoğlu i in. [67] donieśli, że insektycydy tiametoksamowe o szerokim spektrum działania powodowały uszkodzenia anatomiczne korzeni cebuli, takie jak martwica komórek, niejasność tkanki przewodzącej, deformacja komórek, niejasność warstwy epidermy oraz nieprawidłowy kształt jąder merystemu. Tütüncü i in. [68] wykazali, że trzy różne dawki insektycydów metiokarbowych powodowały martwicę, uszkodzenie komórek epidermy oraz pogrubienie ścian komórkowych kory korzeniowej cebuli. W innym badaniu Kalefetoglu Makar36 odkrył, że stosowanie insektycydów awermektynowych w dawkach 0,025 ml/l, 0,050 ml/l i 0,100 ml/l spowodowało nieokreśloną tkankę przewodzącą, deformację komórek naskórka i spłaszczone uszkodzenia jąder w korzeniach cebuli. Korzeń jest punktem wejścia szkodliwych substancji chemicznych do rośliny i jest również głównym miejscem najbardziej podatnym na działanie toksyczne. Zgodnie z wynikami MDA naszego badania, stres oksydacyjny może prowadzić do uszkodzenia błony komórkowej. Z drugiej strony, ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że system korzeniowy jest również początkowym mechanizmem obronnym przed takimi zagrożeniami69. Badania wykazały, że obserwowane uszkodzenia komórek merystemu korzeniowego mogą być spowodowane mechanizmem obronnym tych komórek zapobiegającym pobieraniu pestycydów. Wzrost komórek naskórka i kory obserwowany w tym badaniu jest prawdopodobnie wynikiem zmniejszenia pobierania substancji chemicznych przez roślinę. Ten wzrost może skutkować fizyczną kompresją i deformacją komórek i jąder. Ponadto70 zasugerowano, że rośliny mogą akumulować pewne substancje chemiczne, aby ograniczyć przenikanie pestycydów do komórek. Zjawisko to można wyjaśnić adaptacyjną zmianą w komórkach kory mózgowej i tkanki naczyniowej, w której komórki pogrubiają swoje ściany komórkowe substancjami takimi jak celuloza i suberyna, aby zapobiec przenikaniu ometoatu do korzeni.71 Ponadto, spłaszczone uszkodzenie jądra komórkowego może być wynikiem fizycznej kompresji komórek lub stresu oksydacyjnego wpływającego na błonę jądrową, albo może być spowodowane uszkodzeniem materiału genetycznego spowodowanym przez zastosowanie ometoatu.
Ometoat to wysoce skuteczny insektycyd, szeroko stosowany zwłaszcza w krajach rozwijających się. Jednak, podobnie jak w przypadku wielu innych pestycydów fosforoorganicznych, nadal istnieją obawy dotyczące jego wpływu na środowisko i zdrowie ludzi. Celem niniejszego badania było wypełnienie tej luki informacyjnej poprzez kompleksową ocenę szkodliwego wpływu insektycydów ometoatowych na powszechnie badaną roślinę, A. cepa. U A. cepa ekspozycja na ometoat powodowała zahamowanie wzrostu, działanie genotoksyczne, utratę integralności DNA, stres oksydacyjny i uszkodzenie komórek w merystemie korzeniowym. Wyniki podkreśliły negatywny wpływ insektycydów ometoatowych na organizmy niebędące przedmiotem zwalczania. Wyniki niniejszego badania wskazują na potrzebę większej ostrożności w stosowaniu insektycydów ometoatowych, dokładniejszego dawkowania, zwiększenia świadomości rolników oraz wprowadzenia surowszych przepisów. Ponadto, wyniki te będą stanowić cenny punkt wyjścia do badań nad wpływem insektycydów ometoatowych na gatunki niebędące przedmiotem zwalczania.
Badania eksperymentalne i terenowe roślin i ich części (cebul cebulowych), łącznie ze zbieraniem materiału roślinnego, przeprowadzono zgodnie z odpowiednimi normami i przepisami instytucjonalnymi, krajowymi i międzynarodowymi.
Czas publikacji: 04-06-2025