ارزیابی سم‌شناسی حشره‌کش اومتوات در پیاز.

افزایش تولید مواد غذایی برای تأمین نیازهای جمعیت جهان ضروری است. در این راستا، آفت‌کش‌ها بخش جدایی‌ناپذیری از شیوه‌های کشاورزی مدرن با هدف افزایش بازده محصولات هستند. نشان داده شده است که استفاده گسترده از آفت‌کش‌های مصنوعی در کشاورزی باعث آلودگی جدی محیط زیست و مشکلات سلامتی انسان می‌شود. آفت‌کش‌ها می‌توانند از طریق تماس مستقیم یا مصرف غذای آلوده، روی غشاهای سلولی انسان تجمع زیستی پیدا کرده و عملکرد انسان را مختل کنند که این امر از علل مهم مشکلات سلامتی است.
پارامترهای سیتوژنتیکی مورد استفاده در این مطالعه، الگوی ثابتی را نشان دادند که نشان می‌دهد اومتوات اثرات ژنوتوکسیک و سیتوتوکسیک بر مریستم‌های پیاز اعمال می‌کند. اگرچه هیچ مدرک روشنی از اثرات ژنوتوکسیک اومتوات بر پیاز در ادبیات موجود وجود ندارد، اما تعداد زیادی از مطالعات، اثرات ژنوتوکسیک اومتوات را بر سایر موجودات آزمایش بررسی کرده‌اند. دولارا و همکارانش نشان دادند که اومتوات باعث افزایش وابسته به دوز در تعداد تبادلات کروماتید خواهری در لنفوسیت‌های انسانی در شرایط آزمایشگاهی (in vitro) می‌شود. به طور مشابه، آرتیگا-گومز و همکارانش نشان دادند که اومتوات باعث کاهش زیست‌پذیری سلولی در کراتینوسیت‌های HaCaT و سلول‌های برونش انسانی NL-20 می‌شود و آسیب ژنوتوکسیک با استفاده از سنجش کامت ارزیابی شد. به طور مشابه، وانگ و همکارانش افزایش طول تلومر و افزایش حساسیت به سرطان را در کارگران در معرض اومتوات مشاهده کردند. علاوه بر این، در حمایت از مطالعه حاضر، اکونگ و همکارانش... نشان داد که اومتوات (آنالوگ اکسیژن اومتوات) باعث کاهش MI در A. cepa شده و باعث لیز سلولی، احتباس کروموزوم، قطعه قطعه شدن کروموزوم، طویل شدن هسته، فرسایش هسته، بلوغ زودرس کروموزوم، خوشه بندی متافاز، تراکم هسته، چسبندگی آنافاز و ناهنجاری‌های پل‌های c-متافاز و آنافاز می‌شود. کاهش مقادیر MI پس از درمان با اومتوات ممکن است به دلیل کند شدن تقسیم سلولی یا عدم موفقیت سلول‌ها در تکمیل چرخه میتوزی باشد. در مقابل، افزایش MN و ناهنجاری‌های کروموزومی و قطعه قطعه شدن DNA نشان داد که کاهش مقادیر MI مستقیماً با آسیب DNA مرتبط است. در میان ناهنجاری‌های کروموزومی شناسایی شده در مطالعه حاضر، کروموزوم‌های چسبنده شایع‌ترین بودند. این ناهنجاری خاص که بسیار سمی و برگشت‌ناپذیر است، در اثر چسبندگی فیزیکی پروتئین‌های کروموزومی یا اختلال در متابولیسم اسید نوکلئیک در سلول ایجاد می‌شود. از طرف دیگر، ممکن است در اثر انحلال پروتئین‌های کپسوله کننده DNA کروموزومی ایجاد شود که در نهایت ممکن است منجر به مرگ سلولی شود42. کروموزوم‌های آزاد احتمال آنیوپلوئیدی را مطرح می‌کنند43. علاوه بر این، پل‌های کروموزومی با شکستن و ادغام کروموزوم‌ها و کروماتیدها تشکیل می‌شوند. تشکیل قطعات مستقیماً منجر به تشکیل MN می‌شود که با نتایج سنجش کامت در مطالعه حاضر مطابقت دارد. توزیع ناهموار کروماتین به دلیل عدم جداسازی کروماتید در اواخر فاز میتوزی است که منجر به تشکیل کروموزوم‌های آزاد می‌شود44. مکانیسم دقیق سمیت ژنتیکی اومتوات مشخص نیست. با این حال، به عنوان یک آفت‌کش ارگانوفسفره، ممکن است با اجزای سلولی مانند نوکلئوبازها تعامل داشته باشد یا با تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS)45 باعث آسیب به DNA شود. بنابراین، آفت‌کش‌های ارگانوفسفره می‌توانند باعث تجمع رادیکال‌های آزاد بسیار واکنش‌پذیر از جمله O2−، H2O2 و OH− شوند که می‌توانند با بازهای DNA در موجودات زنده واکنش دهند و در نتیجه به طور مستقیم یا غیرمستقیم باعث آسیب به DNA شوند. همچنین نشان داده شده است که این ROSها به آنزیم‌ها و ساختارهای دخیل در تکثیر و ترمیم DNA آسیب می‌رسانند. در مقابل، پیشنهاد شده است که آفت‌کش‌های ارگانوفسفره پس از مصرف توسط انسان، یک فرآیند متابولیک پیچیده را طی می‌کنند و با آنزیم‌های متعددی تعامل دارند. آنها پیشنهاد می‌کنند که این تعامل منجر به دخالت آنزیم‌های مختلف و ژن‌های کدکننده این آنزیم‌ها در اثرات ژنوتوکسیک اومتوات می‌شود40. دینگ و همکاران46 گزارش دادند که کارگران در معرض اومتوات، طول تلومر افزایش یافته‌ای داشتند که با فعالیت تلومراز و پلی‌مورفیسم ژنتیکی مرتبط بود. با این حال، اگرچه ارتباط بین آنزیم‌های ترمیم DNA اومتوات و پلی‌مورفیسم ژنتیکی در انسان مشخص شده است، این سوال برای گیاهان همچنان حل نشده باقی مانده است.
مکانیسم‌های دفاعی سلولی در برابر گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) نه تنها توسط فرآیندهای آنتی‌اکسیدانی آنزیمی، بلکه توسط فرآیندهای آنتی‌اکسیدانی غیرآنزیمی نیز تقویت می‌شوند که از این میان، پرولین آزاد یک آنتی‌اکسیدان غیرآنزیمی مهم در گیاهان است. سطح پرولین تا 100 برابر بیشتر از مقادیر طبیعی در گیاهان تحت تنش مشاهده شد56. نتایج این مطالعه با نتایج33 که افزایش سطح پرولین را در نهال‌های گندم تیمار شده با اومتوات گزارش کردند، مطابقت دارد. به طور مشابه، سریواستاوا و سینگ57 نیز مشاهده کردند که حشره‌کش ارگانوفسفره مالاتیون سطح پرولین را در پیاز (A. cepa) افزایش داده و همچنین فعالیت‌های سوپراکسید دیسموتاز (SOD) و کاتالاز (CAT) را افزایش داده، یکپارچگی غشاء را کاهش داده و باعث آسیب به DNA می‌شود. پرولین یک اسید آمینه غیرضروری است که در مکانیسم‌های فیزیولوژیکی متنوعی از جمله تشکیل ساختار پروتئین، تعیین عملکرد پروتئین، حفظ هموستاز ردوکس سلولی، پاکسازی رادیکال‌های اکسیژن و هیدروکسیل، حفظ تعادل اسمزی و سیگنالینگ سلولی نقش دارد57. علاوه بر این، پرولین از آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان محافظت می‌کند و در نتیجه یکپارچگی ساختاری غشاهای سلولی را حفظ می‌کند58. افزایش سطح پرولین در پیاز پس از قرار گرفتن در معرض اومتوات نشان می‌دهد که بدن از پرولین به عنوان سوپراکسید دیسموتاز (SOD) و کاتالاز (CAT) برای محافظت در برابر سمیت ناشی از حشره‌کش‌ها استفاده می‌کند. با این حال، مشابه سیستم آنتی‌اکسیدانی آنزیمی، نشان داده شده است که پرولین برای محافظت از سلول‌های نوک ریشه پیاز در برابر آسیب حشره‌کش‌ها کافی نیست.
بررسی منابع نشان داد که هیچ مطالعه‌ای در مورد آسیب‌های آناتومیکی ریشه‌های گیاهان ناشی از حشره‌کش‌های اومتوات وجود ندارد. با این حال، نتایج مطالعات قبلی روی سایر حشره‌کش‌ها با نتایج این مطالعه مطابقت دارد. چاووش اوغلو و همکاران67 گزارش دادند که حشره‌کش‌های تیامتوکسام با طیف گسترده باعث آسیب‌های آناتومیکی در ریشه‌های پیاز مانند نکروز سلولی، بافت آوندی نامشخص، تغییر شکل سلول، لایه اپیدرمی نامشخص و شکل غیرطبیعی هسته‌های مریستم می‌شوند. توتونچو و همکاران68 نشان دادند که سه دوز مختلف حشره‌کش‌های متیوکارب باعث نکروز، آسیب سلول‌های اپیدرمی و ضخیم شدن دیواره سلولی قشری در ریشه‌های پیاز می‌شوند. در مطالعه دیگری، کالفتوغلو ماکار36 دریافت که استفاده از حشره‌کش‌های آورمکتین در دوزهای 0.025 میلی‌لیتر در لیتر، 0.050 میلی‌لیتر در لیتر و 0.100 میلی‌لیتر در لیتر باعث ایجاد بافت رسانای نامشخص، تغییر شکل سلول‌های اپیدرمی و آسیب هسته‌ای مسطح در ریشه‌های پیاز می‌شود. ریشه نقطه ورود مواد شیمیایی مضر برای ورود به گیاه است و همچنین محل اصلی مستعدترین مکان به اثرات سمی است. طبق نتایج MDA مطالعه ما، استرس اکسیداتیو می‌تواند منجر به آسیب غشای سلولی شود. از سوی دیگر، مهم است که بدانیم سیستم ریشه همچنین مکانیسم دفاعی اولیه در برابر چنین خطراتی است69. مطالعات نشان داده‌اند که آسیب مشاهده شده به سلول‌های مریستم ریشه ممکن است به دلیل مکانیسم دفاعی این سلول‌ها باشد که از جذب آفت‌کش‌ها جلوگیری می‌کند. افزایش سلول‌های اپیدرمی و قشری مشاهده شده در این مطالعه احتمالاً نتیجه کاهش جذب مواد شیمیایی توسط گیاه است. این افزایش ممکن است منجر به فشردگی فیزیکی و تغییر شکل سلول‌ها و هسته‌ها شود. علاوه بر این،70 پیشنهاد شده است که گیاهان ممکن است مواد شیمیایی خاصی را برای محدود کردن نفوذ آفت‌کش‌ها به سلول‌ها جمع کنند. این پدیده را می‌توان به عنوان یک تغییر تطبیقی ​​در سلول‌های بافت قشری و عروقی توضیح داد که در آن سلول‌ها دیواره‌های سلولی خود را با موادی مانند سلولز و سوبرین ضخیم می‌کنند تا از نفوذ اومتوات به ریشه‌ها جلوگیری کنند.71 علاوه بر این، آسیب هسته‌ای مسطح ممکن است نتیجه فشرده‌سازی فیزیکی سلول‌ها یا استرس اکسیداتیو مؤثر بر غشای هسته‌ای باشد، یا ممکن است به دلیل آسیب به ماده ژنتیکی ناشی از کاربرد اومتوات باشد.
اومتوات یک حشره‌کش بسیار مؤثر است که به طور گسترده، به ویژه در کشورهای در حال توسعه، مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، مانند بسیاری از آفت‌کش‌های ارگانوفسفره دیگر، نگرانی‌هایی در مورد تأثیر آن بر محیط زیست و سلامت انسان همچنان وجود دارد. این مطالعه با هدف پر کردن این شکاف اطلاعاتی با ارزیابی جامع اثرات مضر حشره‌کش‌های اومتوات بر روی یک گیاه رایج مورد آزمایش، A. cepa، انجام شد. در A. cepa، قرار گرفتن در معرض اومتوات منجر به کاهش رشد، اثرات ژنوتوکسیک، از بین رفتن یکپارچگی DNA، استرس اکسیداتیو و آسیب سلولی در مریستم ریشه شد. نتایج، تأثیرات منفی حشره‌کش‌های اومتوات بر موجودات غیرهدف را برجسته کرد. نتایج این مطالعه نشان دهنده نیاز به احتیاط بیشتر در استفاده از حشره‌کش‌های اومتوات، دوز دقیق‌تر، افزایش آگاهی در بین کشاورزان و مقررات سختگیرانه‌تر است. علاوه بر این، این نتایج نقطه شروع ارزشمندی برای تحقیقات در مورد اثرات حشره‌کش‌های اومتوات بر گونه‌های غیرهدف خواهد بود.
مطالعات تجربی و مطالعات میدانی گیاهان و اجزای آنها (پیاز)، از جمله جمع‌آوری مواد گیاهی، مطابق با هنجارها و مقررات مربوطه نهادی، ملی و بین‌المللی انجام شد.