Ruoantuotannon lisääminen on välttämätöntä maailman väestön tarpeiden tyydyttämiseksi. Tässä suhteessa torjunta-aineet ovat olennainen osa nykyaikaisia maatalouskäytäntöjä, joilla pyritään lisäämään satoa. Synteettisten torjunta-aineiden laajamittaisen käytön maataloudessa on osoitettu aiheuttavan vakavaa ympäristön saastumista ja ihmisten terveysongelmia. Torjunta-aineet voivat kertyä biokertymään ihmisen solukalvoille ja heikentää ihmisen toimintoja suoran kosketuksen tai saastuneen ruoan nauttimisen kautta, mikä on merkittävä terveysongelmien aiheuttaja.
Tässä tutkimuksessa käytetyt sytogeneettiset parametrit osoittivat johdonmukaista kuviota, joka viittaa siihen, että ometoaatilla on genotoksisia ja sytotoksisia vaikutuksia sipulin meristeemeihin. Vaikka olemassa olevassa kirjallisuudessa ei ole selviä todisteita ometoaatin genotoksisista vaikutuksista sipuliin, suuri määrä tutkimuksia on tutkinut ometoaatin genotoksisia vaikutuksia muihin koe-organismeihin. Dolara ym. osoittivat, että ometoaatti aiheutti annoksesta riippuvan sisarkromatidivaihtojen määrän kasvun ihmisen lymfosyyteissä in vitro. Vastaavasti Arteaga-Gómez ym. osoittivat, että ometoaatti vähensi solujen elinkykyä HaCaT-keratinosyyteissä ja NL-20-ihmisen keuhkoputkien soluissa, ja genotoksisia vaurioita arvioitiin komeettamäärityksellä. Vastaavasti Wang ym. havaitsivat telomeerien pituuden kasvua ja syöpäalttiuden lisääntymistä ometoaatille altistuneilla työntekijöillä. Lisäksi tämän tutkimuksen tueksi Ekong ym. osoitti, että ometoaatti (ometoaatin happianalogi) aiheutti MI:n laskua A. cepassa ja aiheutti solujen hajoamista, kromosomien säilymistä, kromosomien fragmentoitumista, tuman pidentymistä, tuman eroosiota, ennenaikaista kromosomien kypsymistä, metafaasiryppäitä, tuman tiivistymistä, anafaasin tahmeutta sekä c-metafaasi- ja anafaasisiltojen poikkeavuuksia. MI-arvojen lasku ometoaattihoidon jälkeen voi johtua solujen jakautumisen hidastumisesta tai solujen kyvyttömyydestä suorittaa mitoottista sykliä loppuun. Sitä vastoin MN:n lisääntyminen, kromosomipoikkeavuudet ja DNA:n fragmentoituminen osoittivat, että MI-arvojen lasku liittyi suoraan DNA-vaurioihin. Tässä tutkimuksessa havaituista kromosomipoikkeavuuksista tahmeat kromosomit olivat yleisimpiä. Tämä erityinen poikkeavuus, joka on erittäin myrkyllinen ja peruuttamaton, johtuu kromosomiproteiinien fyysisestä kiinnittymisestä tai solun nukleiinihappojen aineenvaihdunnan häiriintymisestä. Vaihtoehtoisesti se voi johtua kromosomi-DNA:ta kapseloivien proteiinien liukenemisesta, mikä voi lopulta johtaa solukuolemaan42. Vapaat kromosomit viittaavat aneuploidian mahdollisuuteen43. Lisäksi kromosomisiltoja muodostuu kromosomien ja kromatidien katkeamisesta ja fuusiosta. Fragmenttien muodostuminen johtaa suoraan MN:n muodostumiseen, mikä on yhdenmukaista tämän tutkimuksen komeettamäärityksen tulosten kanssa. Kromatiinin epätasainen jakautuminen johtuu kromatidien erottumisen epäonnistumisesta myöhäisessä mitoosivaiheessa, mikä johtaa vapaiden kromosomien muodostumiseen44. Ometoaatin genotoksisuuden tarkka mekanismi ei ole selvä; organofosforipitoisena torjunta-aineena se voi kuitenkin olla vuorovaikutuksessa solukomponenttien, kuten nukleoemästen, kanssa tai aiheuttaa DNA-vaurioita tuottamalla reaktiivisia happilajeja (ROS)45. Siten organofosforipitoiset torjunta-aineet voivat aiheuttaa erittäin reaktiivisten vapaiden radikaalien, kuten O2−, H2O2 ja OH−, kertymistä, jotka voivat reagoida DNA-emästen kanssa organismeissa ja aiheuttaa siten DNA-vaurioita suoraan tai epäsuorasti. Näiden ROS:ien on myös osoitettu vahingoittavan DNA:n replikaatioon ja korjaukseen osallistuvia entsyymejä ja rakenteita. Sitä vastoin on ehdotettu, että organofosforipitoiset torjunta-aineet käyvät läpi monimutkaisen aineenvaihduntaprosessin ihmisten nauttimisen jälkeen ja ovat vuorovaikutuksessa useiden entsyymien kanssa. He ehdottavat, että tämä vuorovaikutus johtaa useiden entsyymien ja näitä entsyymejä koodaavien geenien osallistumiseen ometoaatin genotoksisiin vaikutuksiin40. Ding ym.46 raportoivat, että ometoaatille altistuneilla työntekijöillä oli pidentynyt telomeerien pituus, mikä liittyi telomeraasiaktiivisuuteen ja geneettiseen polymorfismiin. Vaikka ometoaatin DNA:n korjausentsyymien ja geneettisen polymorfismin välinen yhteys on selvitetty ihmisillä, tämä kysymys on edelleen ratkaisematta kasvien kohdalla.
Solujen puolustusmekanismeja reaktiivisia happilajeja (ROS) vastaan tehostavat paitsi entsymaattiset antioksidanttiprosessit myös ei-entsymaattiset antioksidanttiprosessit, joista vapaa proliini on tärkeä ei-entsymaattinen antioksidantti kasveissa. Stressissä olevissa kasveissa havaittiin jopa 100 kertaa normaalia korkeampia proliinitasoja56. Tämän tutkimuksen tulokset ovat yhdenmukaisia tulosten33 kanssa, joissa raportoitiin kohonneita proliinitasoja metoaatilla käsitellyissä vehnän taimissa. Samoin Srivastava ja Singh57 havaitsivat, että organofosfaattihyönteismyrkky malationi lisäsi proliinitasoja sipulissa (A. cepa) ja lisäsi myös superoksididismutaasin (SOD) ja katalaasin (CAT) aktiivisuutta, heikentäen kalvojen eheyttä ja aiheuttaen DNA-vaurioita. Proliini on ei-välttämätön aminohappo, joka osallistuu useisiin fysiologisiin mekanismeihin, mukaan lukien proteiinirakenteen muodostuminen, proteiinien toiminnan määrittäminen, solujen redox-homeostaasin ylläpito, singlettihapen ja hydroksyyliradikaalien sieppaus, osmoottisen tasapainon ylläpito ja solusignalointi57. Lisäksi proliini suojaa antioksidanttientsyymejä ja ylläpitää siten solukalvojen rakenteellista eheyttä58. Sipulien proliinipitoisuuksien nousu ometoaatille altistumisen jälkeen viittaa siihen, että elimistö käyttää proliinia superoksididismutaasina (SOD) ja katalaasina (CAT) suojautuakseen hyönteismyrkkyjen aiheuttamalta myrkyllisyydeltä. Entsymaattisen antioksidanttijärjestelmän tavoin proliinin on kuitenkin osoitettu olevan riittämätön suojaamaan sipulin juuren kärjen soluja hyönteismyrkkyjen vaurioilta.
Kirjallisuuskatsaus osoitti, ettei ometoaatti-hyönteismyrkkyjen aiheuttamista kasvien juurien anatomisista vaurioista ole tutkimuksia. Aiempien muiden hyönteismyrkkyjen tutkimusten tulokset ovat kuitenkin yhdenmukaisia tämän tutkimuksen tulosten kanssa. Çavuşoğlu ym.67 raportoivat, että laajakirjoiset tiametoksaami-hyönteismyrkyt aiheuttivat sipulin juurille anatomisia vaurioita, kuten solunekroosia, epäselvää johtosolukkoa, solujen muodonmuutoksia, epäselvää epidermikerrosta ja meristeemitumakkeiden epänormaalia muotoa. Tütüncü ym.68 osoittivat, että kolme eri metiokarbi-hyönteismyrkkyannosta aiheuttivat nekroosia, epidermiksen soluvaurioita ja kortikaalisen soluseinän paksuuntumista sipulin juurissa. Toisessa tutkimuksessa Kalefetoglu Makar36 havaitsi, että avermektiini-hyönteismyrkkyjen käyttö annoksina 0,025 ml/l, 0,050 ml/l ja 0,100 ml/l aiheutti epäselvää johtavaa kudosta, epidermiksen solujen muodonmuutoksia ja litistyneitä ydinvaurioita sipulin juurissa. Juuri on haitallisten kemikaalien pääsy kasviin ja se on myös tärkein paikka, joka on alttiimpi myrkyllisille vaikutuksille. Tutkimuksemme MDA-tulosten mukaan oksidatiivinen stressi voi johtaa solukalvon vaurioitumiseen. Toisaalta on tärkeää huomata, että juuristo on myös ensimmäinen puolustusmekanismi tällaisia vaaroja vastaan69. Tutkimukset ovat osoittaneet, että havaitut juurimeristemisolujen vauriot voivat johtua näiden solujen puolustusmekanismista, joka estää torjunta-aineiden imeytymisen. Tässä tutkimuksessa havaittu epidermiksen ja kortikaalisten solujen lisääntyminen johtuu todennäköisesti siitä, että kasvi vähentää kemikaalien imeytymistä. Tämä lisääntyminen voi johtaa solujen ja tumien fyysiseen puristumiseen ja muodonmuutokseen. Lisäksi70 on ehdotettu, että kasvit voivat kerätä tiettyjä kemikaaleja rajoittaakseen torjunta-aineiden tunkeutumista soluihin. Tätä ilmiötä voidaan selittää kortikaalisen ja verisuonikudoksen solujen adaptiivisena muutoksena, jossa solut paksuntavat soluseiniään aineilla, kuten selluloosalla ja suberiinilla, estääkseen ometoaatin tunkeutumisen juuriin.71 Lisäksi litistynyt ydinvaurio voi johtua solujen fyysisestä puristumisesta tai tumakalvoon vaikuttavasta oksidatiivisesta stressistä, tai se voi johtua ometoaatin käytön aiheuttamista geneettisen materiaalin vaurioista.
Ometoaatti on erittäin tehokas hyönteismyrkky, jota käytetään laajalti, erityisesti kehitysmaissa. Kuten monien muidenkin organofosfaattipohjaisten torjunta-aineiden kohdalla, sen vaikutukset ympäristöön ja ihmisten terveyteen ovat kuitenkin edelleen huolenaihe. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli täyttää tämä tietoaukko arvioimalla kattavasti ometoaattipohjaisten hyönteismyrkkyjen haitallisia vaikutuksia yleisesti testattuun kasviin, A. cepa -kasviin. A. cepalla altistuminen ometoaatille johti kasvun hidastumiseen, genotoksisiin vaikutuksiin, DNA:n eheyden menetykseen, oksidatiiviseen stressiin ja soluvaurioihin juurimeristeemissä. Tulokset korostivat ometoaattipohjaisten hyönteismyrkkyjen kielteisiä vaikutuksia muihin kuin kohdelajeihin. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että ometoaattipohjaisten hyönteismyrkkyjen käytössä on oltava varovaisempia, annostelua on tarkempaa, viljelijöiden tietoisuutta on lisättävä ja säännöksiä on tiukennettava. Lisäksi nämä tulokset tarjoavat arvokkaan lähtökohdan tutkimukselle, jossa tutkitaan ometoaattipohjaisten hyönteismyrkkyjen vaikutuksia muihin kuin kohdelajeihin.
Kasvien ja niiden osien (sipulien) kokeelliset tutkimukset ja kenttätutkimukset, mukaan lukien kasvimateriaalin kerääminen, tehtiin asiaankuuluvien institutionaalisten, kansallisten ja kansainvälisten normien ja määräysten mukaisesti.
Julkaisun aika: 04.06.2025