Kadmiyumun Bitkiler Üzerine Etkileri

Abstract

Sanayileşmenin artması ve teknolojideki ilerlemeler, yaşamı kolaylaştırmakla birlikte çevresel kirlilik sorunlarını da beraberinde getirmiştir. Bu kirliliğe neden olan birçok unsur bulunmakla birlikte, ağır metaller bu unsurlar arasında önemli bir yer tutmaktadır. Günümüzde toprak, su ve hava gibi doğal ortamlarda giderek birikim gösteren ağır metaller, canlıların yaşamı üzerinde tehdit oluşturan ciddi çevresel problemlerden biri haline gelmiştir. Endüstriyel faaliyetler, motorlu taşıtların egzoz gazları, madencilik faaliyetleri, volkanik olaylar, tarımda kullanılan kimyasallar ve şehir atıkları gibi birçok kaynak, bu metallerin çevreye yayılmasına yol açmaktadır (Stresty ve Madhava Rao, 1999; Öktüren Asri ve Sönmez, 2006). Ağır metaller, atom numarası 20’den büyük olan, yoğunluğu 5 g/ cm³’den fazla olan ve düşük yoğunluklarda bile toksik etki gösterebilen elementler olarak tanımlanır. Kurşun (Pb), kadmiyum (Cd), krom (Cr), demir (Fe), kobalt (Co), bakır (Cu), nikel (Ni), cıva (Hg) ve çinko (Zn) elementleri bu grupta yer alır (Özkan, 2009). Insan eliyle üretilemeyen ve yok edilemeyen bu elementler; toprak, su ve hava gibi doğal kaynaklarda birikmeye eğilimlidir. Atmosfere farklı yollarla salınan bu metaller, yağışlar ve toz taşınımı yoluyla toprağa ve suya ulaşarak ekosistem üzerinde olumsuz etkilere yol açabilir. Ağır metallerin tümünün biyolojik olarak parçalanamadığı bilinmektedir. Bazıları bulunduğu ortamda hareketsiz kalarak çevresel olarak uzaklaştırılamaz iken, bazıları hareketli yapıları sayesinde bitki kökleri tarafından taşınabilir. Bu metaller, bitkiler açısından gerekli olup olmamalarına göre sınıflandırılabilir. Örneğin bakır, çinko, kobalt, mangan ve nikel enzim sistemleri için gerekli olup düşük yoğunluk düzeylerinde faydalı olabilirken; alüminyum, arsenik, kadmiyum, krom ve kurşun gibi elementler düşük yoğunluklarda dahi bitkiler için zararlıdır. Kadmiyum (Cd), kurşun (Pb) ve cıva (Hg) toksik etkileri en yüksek olan ağır metaller arasında yer almaktadır. Bitkilerin gelişim sürecinde ister gerekli ister gereksiz olsun bu metallerin dokularda birikmesi hem vejetatif hem de generatif gelişim üzerinde olumsuz etkilere yol açabilmektedir (Gür ve ark., 2004). Her metalin bitkide etkili olduğu bölge farklı olabileceğinden, gösterdikleri toksik etki de metale bağlı olarak değişkenlik gösterir. Toksisite derecesi; metalin yoğunluğu, kimyasal formu (iyon, kompleks vs.), maruz kalan bitki türü, uygulama süresi ve maruz kalınan çevresel koşullara göre farklılık gösterir. Bitkiler genellikle bu metaller nedeniyle geçici veya uzun süreli stres altında kalabilir. Bu stresin etkileri; bitki boyunda, çimlenme oranında, kök ve gövde uzunluğunda ya da biyokütle miktarında azalma olarak gözlemlenir (Phalsson, 1989). Bu nedenle, her bitki türü için ağır metale karşı tolerans sınırlarının bilinmesi oldukça önemlidir. Bu derleme çalışmada, ağır metallerden biri olan kadmiyumun bitkiler üzerindeki etkilerine değinilecektir.

Industrialization and technological advancements, while simplifying human life, have also brought about environmental pollution problems. Although there are many factors causing this pollution, heavy metals occupy a significant place among them. Today, heavy metals—which increasingly accumulate in natural environments such as soil, water, and air—have become one of the most critical environmental challenges threatening living organisms. Numerous sources—including industrial activities, motor vehicle exhaust gases, mining, volcanic events, agricultural chemicals, and urban waste—contribute to the release of these metals into the environment (Stresty & Madhava Rao, 1999; Öktüren Asri & Sönmez, 2006). Heavy metals are defined as elements with an atomic number greater than 20 and a density exceeding $5\text{ g/cm}^3$, capable of exhibiting toxic effects even at low concentrations. Elements such as lead (Pb), cadmium (Cd), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), nickel (Ni), mercury (Hg), and zinc (Zn) fall into this group (Özkan, 2009). These elements, which cannot be synthesized or destroyed by human activity, tend to accumulate in natural resources such as soil, water, and air. Released into the atmosphere through various pathways, these metals eventually reach soil and water via precipitation and dust transport, causing adverse effects on the ecosystem. It is known that heavy metals cannot be biologically degraded. While some remain immobile in their environment and cannot be environmentally removed, others—due to their mobile nature—can be taken up and transported by plant roots. These metals can be classified according to whether they are essential for plants. For instance, copper, zinc, cobalt, manganese, and nickel are required for enzyme systems and can be beneficial at low concentrations; however, elements such as aluminum, arsenic, cadmium, chromium, and lead are harmful to plants even at low levels. Cadmium (Cd), lead (Pb), and mercury (Hg) are among the heavy metals with the highest toxicity. Accumulation of these metals in plant tissues—whether essential or non-essential for growth—can lead to negative impacts on both vegetative and reproductive development (Gür et al., 2004). Because each metal may target different plant regions, the toxic effect varies depending on the specific metal. The degree of toxicity depends on the metal concentration, chemical form (e.g., ion, complex), plant species exposed, duration of exposure, and ambient environmental conditions. Plants often experience temporary or prolonged stress due to these metals. The effects of this stress manifest as reductions in plant height, germination rate, root and shoot length, or biomass accumulation (Phalsson, 1989). Therefore, understanding the tolerance thresholds of each plant species to heavy metals is of great importance. This review focuses on the effects of cadmium, one of the heavy metals, on plants.