Øget fødevareproduktion er nødvendig for at imødekomme verdens befolknings behov. I den henseende er pesticider en integreret del af moderne landbrugspraksis, der sigter mod at øge afgrødeudbyttet. Den udbredte brug af syntetiske pesticider i landbruget har vist sig at forårsage alvorlig miljøforurening og menneskers sundhedsproblemer. Pesticider kan bioakkumulere på menneskelige cellemembraner og forringe menneskelige funktioner gennem direkte kontakt eller indtagelse af forurenede fødevarer, hvilket er en vigtig årsag til sundhedsproblemer.
De cytogenetiske parametre, der blev anvendt i denne undersøgelse, viste et konsistent mønster, der indikerede, at omethoat udøver genotoksiske og cytotoksiske effekter på løgmeristemer. Selvom der ikke er klare beviser for omethoats genotoksiske effekter på løg i den eksisterende litteratur, har et stort antal undersøgelser undersøgt omethoats genotoksiske effekter på andre testorganismer. Dolara et al. demonstrerede, at omethoat inducerede en dosisafhængig stigning i antallet af søsterkromatidudvekslinger i humane lymfocytter in vitro. Tilsvarende demonstrerede Arteaga-Gómez et al., at omethoat reducerede cellelevedygtigheden i HaCaT-keratinocytter og NL-20 humane bronkialceller, og genotoksisk skade blev vurderet ved hjælp af et kometassay. Tilsvarende observerede Wang et al. øget telomerlængde og øget kræftmodtagelighed hos omethoat-eksponerede arbejdere. Ydermere, til støtte for den foreliggende undersøgelse, har Ekong et al. viste, at omethoat (oxygenanalogen til omethoat) forårsagede et fald i MI i A. cepa og forårsagede cellelyse, kromosomretention, kromosomfragmentering, nuklear forlængelse, nuklear erosion, for tidlig kromosommodning, metafaseklynger, nuklear kondensation, anafaseklæbrighed og abnormiteter i c-metafase- og anafasebroer. Faldet i MI-værdier efter omethoatbehandling kan skyldes en afmatning i celledeling eller cellernes manglende evne til at fuldføre den mitotiske cyklus. I modsætning hertil indikerede stigningen i MN og kromosomafvigelser samt DNA-fragmentering, at faldet i MI-værdier var direkte relateret til DNA-skade. Blandt de kromosomafvigelser, der blev påvist i den foreliggende undersøgelse, var klæbrige kromosomer de mest almindelige. Denne særlige abnormitet, som er meget giftig og irreversibel, er forårsaget af fysisk adhæsion af kromosomale proteiner eller forstyrrelse af nukleinsyremetabolismen i cellen. Alternativt kan det være forårsaget af opløsning af proteiner, der indkapsler kromosomalt DNA, hvilket i sidste ende kan føre til celledød42. Frie kromosomer antyder muligheden for aneuploidi43. Derudover dannes kromosomale broer ved brud og fusion af kromosomer og kromatider. Dannelsen af fragmenter fører direkte til dannelsen af MN, hvilket er i overensstemmelse med resultaterne af comet-assayet i den foreliggende undersøgelse. Den ujævne fordeling af kromatin skyldes manglende kromatidseparation i den sene mitotiske fase, hvilket fører til dannelsen af frie kromosomer44. Den nøjagtige mekanisme for omethoats genotoksicitet er ikke klar; som et organofosforpesticid kan det dog interagere med cellulære komponenter såsom nukleobaser eller forårsage DNA-skade ved at generere reaktive iltarter (ROS)45. Organofosforpesticider kan således forårsage akkumulering af stærkt reaktive frie radikaler, herunder O2−, H2O2 og OH−, som kan reagere med DNA-baser i organismer og derved forårsage DNA-skade direkte eller indirekte. Disse ROS har også vist sig at beskadige enzymer og strukturer involveret i DNA-replikation og reparation. I modsætning hertil er det blevet foreslået, at organofosforpesticider gennemgår en kompleks metabolisk proces efter indtagelse af mennesker, hvor de interagerer med flere enzymer. De foreslår, at denne interaktion resulterer i involvering af forskellige enzymer og de gener, der koder for disse enzymer, i de genotoksiske virkninger af omethoat40. Ding et al.46 rapporterede, at arbejdere, der var udsat for omethoat, havde øget telomerlængde, hvilket var forbundet med telomeraseaktivitet og genetisk polymorfi. Selvom sammenhængen mellem omethoat-DNA-reparationsenzymer og genetisk polymorfi er blevet belyst hos mennesker, forbliver dette spørgsmål uafklaret for planter.
Cellulære forsvarsmekanismer mod reaktive iltarter (ROS) forstærkes ikke kun af enzymatiske antioxidantprocesser, men også af ikke-enzymatiske antioxidantprocesser, hvoraf frit prolin er en vigtig ikke-enzymatisk antioxidant i planter. Prolinniveauer op til 100 gange højere end normale værdier blev observeret i stressede planter56. Resultaterne af denne undersøgelse er i overensstemmelse med resultaterne33, der rapporterede forhøjede prolinniveauer i omethoatbehandlede hvedeplanter. Tilsvarende observerede Srivastava og Singh57 også, at organofosfatinsekticidet malathion øgede prolinniveauerne i løg (A. cepa) og også øgede superoxiddismutase (SOD) og katalase (CAT) aktiviteter, hvilket reducerede membranintegriteten og forårsagede DNA-skade. Prolin er en ikke-essentiel aminosyre, der er involveret i en række fysiologiske mekanismer, herunder dannelse af proteinstruktur, bestemmelse af proteinfunktion, vedligeholdelse af cellulær redoxhomeostase, singlet oxygen- og hydroxylradikalfjernelse, vedligeholdelse af osmotisk balance og cellesignalering57. Derudover beskytter prolin antioxidantenzymer og opretholder derved cellemembranernes strukturelle integritet58. Stigningen i prolinniveauer i løg efter eksponering for omethoat tyder på, at kroppen bruger prolin som superoxiddismutase (SOD) og katalase (CAT) til at beskytte mod insekticidinduceret toksicitet. Imidlertid har prolin, ligesom det enzymatiske antioxidantsystem, vist sig at være utilstrækkeligt til at beskytte løgrodspidsceller mod insekticidskader.
En litteraturgennemgang viste, at der ikke findes undersøgelser af anatomisk skade på planterødder forårsaget af omethoatinsekticider. Resultaterne af tidligere undersøgelser af andre insekticider er dog i overensstemmelse med resultaterne af denne undersøgelse. Çavuşoğlu et al.67 rapporterede, at bredspektrede thiamethoxam-insekticider forårsagede anatomisk skade i løgrødder, såsom cellenekrose, uklart vaskulært væv, celledeformation, uklart epidermalt lag og unormal form af meristemkerner. Tütüncü et al.68 indikerede, at tre forskellige doser af metiocarbinsekticider forårsagede nekrose, epidermal celleskade og fortykkelse af kortikale cellevægge i løgrødder. I en anden undersøgelse fandt Kalefetoglu Makar36, at anvendelse af avermectin-insekticider i doser på 0,025 ml/L, 0,050 ml/L og 0,100 ml/L forårsagede udefineret ledende væv, epidermal celledeformation og fladtrykt kerneskade i løgrødder. Roden er indgangspunktet for skadelige kemikalier, der kan trænge ind i planten, og er også det primære sted, der er mest modtageligt for toksiske virkninger. Ifølge MDA-resultaterne af vores undersøgelse kan oxidativ stress føre til cellemembranskader. På den anden side er det vigtigt at erkende, at rodsystemet også er den indledende forsvarsmekanisme mod sådanne farer69. Undersøgelser har vist, at den observerede skade på rodmeristemceller kan skyldes disse cellers forsvarsmekanisme, der forhindrer pesticidoptagelse. Stigningen i epidermale og kortikale celler, der observeres i denne undersøgelse, er sandsynligvis et resultat af, at planten reducerer kemisk optagelse. Denne stigning kan resultere i fysisk kompression og deformation af celler og kerner. Derudover70 er det blevet foreslået, at planter kan akkumulere visse kemikalier for at begrænse pesticidernes indtrængen i celler. Dette fænomen kan forklares som en adaptiv ændring i kortikale og vaskulære vævsceller, hvor celler fortykker deres cellevægge med stoffer som cellulose og suberin for at forhindre omethoat i at trænge ind i rødderne.71 Desuden kan den udfladede kerneskade være et resultat af fysisk kompression af celler eller oxidativ stress, der påvirker kernemembranen, eller det kan skyldes skade på det genetiske materiale forårsaget af omethoatpåføring.
Omethoat er et yderst effektivt insekticid, der er meget udbredt, især i udviklingslande. Som med mange andre organofosfatpesticider er der dog fortsat bekymring over dets indvirkning på miljøet og menneskers sundhed. Denne undersøgelse havde til formål at udfylde dette informationshul ved en omfattende vurdering af de skadelige virkninger af omethoat-insekticider på en almindeligt testet plante, A. cepa. Hos A. cepa resulterede eksponering for omethoat i væksthæmning, genotoksiske virkninger, tab af DNA-integritet, oxidativ stress og celleskader i rodmeristemet. Resultaterne fremhævede de negative virkninger af omethoat-insekticider på ikke-målorganismer. Resultaterne af denne undersøgelse indikerer behovet for større forsigtighed i brugen af omethoat-insekticider, mere præcis dosering, øget bevidsthed blandt landmænd og strengere regler. Desuden vil disse resultater give et værdifuldt udgangspunkt for forskning, der undersøger virkningerne af omethoat-insekticider på ikke-målarter.
Eksperimentelle undersøgelser og feltstudier af planter og deres dele (løg), herunder indsamling af plantemateriale, blev udført i overensstemmelse med relevante institutionelle, nationale og internationale normer og regler.
Opslagstidspunkt: 4. juni 2025