Biochemical Potential of Conocarpus Lancifolius to Uptake of Carcinogenic Polyaromatic Hydrocarbons and Heavy Metals

ينتمي نبات كونوكاربس لانسيفوليوس إلى عائلة كومبريتيسي وينمو في المناطق الساحلية في اليمن والصومال. تم إدخال هذا النوع إلى دولة الكويت في التسعينات كجزء من "برنامج التخضير". وتميز النبات بقدرته على مقاومة درجات الحرارة العالية والتي تتجاوز أحياناً oC50 صيفاً، وكذلك مقاومة الملوحة والتربة الملوثة بالنفط وبالمعادن الثقيلة. والوقع أن مثل هذه البيئة القاسية والجرداء قد تؤثر على استدامة نمو هذا النبات رغم أهميته لمشاريع التخضير في دولة الكويت. يهدف هذا المشروع إلى فهم آليات التكيف في نبات الكونوكاربس لانسيفوليوس بما في ذلك دوره المحتمل في حل المشاكل البيئية في الكويت مثل التحلل البيولوجي للمواد الهيدروكربونية (PAH) وإزالة المعادن الثقيلة من التربة الملوثة. وقد قيست المعلمات، مثل معدل النقل الإلكترون (ETR) والأسفار الكلوروفيلي، ومعدلات التمثيل الضوئي وصبغات التمثيل الضوئي بما في ذلك الكلوروفيل و الكاروتين. وتبين أن جميع المعلمات تؤثر في عملية التمثيل الضوئي، بما في ذلك الانخفاض في كثافة الأسفار الكلوروفيلي في الورقة كمؤشر إلى تعرض جهاز التمثيل الضوئي الى تلف ناتج عن التعرض للمعادن الثقيلة لا سيما في التركيزات المرتفعة وكذلك بالمعادن المختلطة، حيث أثبتت المعادن المختلطة أنها أكثر سمية من المعادن الثقيلة الفردية في التركيز نفسه. ففي دراسة المعالجة النباتية (Phytoremediation) تتعرض نباتات كونوكاربس لانسيفوليوس للمعادن مفردة وكذلك تركيبة من ثلاثة معادن ثقيلة: الكادميوم والنيكل والرصاص بتركيز 25 و 50 ميكرومتر لمدة 30 يوما تحت ظروف إنبات محكمة. ومن أجل تحديدعوامل إزالة المعادن من التربة، والتراكم الأحيائي وعوامل الإزفاء، فقد تم دراسة تراكم هذه المعادن في جذور وأوراق النبات. تبين أن معلمات التمثيل الضوئي ظلت إلى حد كبير لم تتأثر في النباتات التى تعرضت لتركيز µM25، بينما في تركيز µM50، تناقصت كافة المعلمات بصورة كبيرة حتى 20 يوما ثم تبع ذلك بالإرتفاع حتى 30 يوما. وقد يشير هذا إلى بطء تكيف النبات للمعادن الثقيلة في التركيز المرتفع فضلا عن خليط من المعادن الثقيلة. كما أثبتت أن المعادن الثقيلة المختلطة أكثر سمية من المعادن الثقيلة الفردية في التركيز نفسه. وتبين النتائج التي توصلنا إليها أن كونوكاربس لانسيفوليوس يعتبر نبات مفرط التراكم (hyperaccumulator) للمعادن الثقيلة الفردية فضلا عن المختلطة. ومن أجل دراسة دور نبات كونوكاربس لانسيفوليوس في معالجة التربة الملوثة بالنفط، تعرضت النباتات إلى تركيزات مختلفة من الهيدروكربونات (فينانثرين, انثراسين, كريسين) لفترة 30 يوما تم بعدها قياس نواتج تحلل المواد الهيدروكربونية في جذور النباتات وأوراق الشجر. ومن بين البوليولات المحددة المستخلصة من جذور الكونوكاربس، وجد أن المانيتول يشكل المركب الرئيسي. زيادة ملحوظة في محتوى المانيتول ظهرت في جذور النباتات المتأثرة بالمعادن الثقيلة، مما يشير إلى دور أوسع للمانيتول في الاستجابة الى إلاجهاد استناداً إلى قدرتها على العمل كمادة مذيبة متوافقة. وتم أيضا دراسة تأثير المعادن على هرمونات النمو النباتية. فبعد 30 يوما من التعرض لتركيز 25 أو 50 µM، وجد أنه عندما تتعرض النباتات للمعادن المختلطة Cd/Cu في تركيز 25 ميكرومتر، كان يقاس زيادة خمسة أضعاف في إندول أسيتك أسيد (IAA) في الجذور. بينما بعد التعرض إلى خليط Cd/الزنك في 25 µM ، أدى إلى زيادة (IAA) بأربعة إضعاف ذلك. أجريت التحاليل والتسلسل لأجزاء من الحمض النووي أقل من 500 Base pairs في الطول. ثم تم التظخيم باستخدام تفاعل البوليميريز المتسلسل (PCR). أجزاء من الحمض النووي تم هضمها وتجزئتها بواسطة إنزيم التقييد هندIII، وحددت أحجام أجزاء الحمض النووي الناتجة باستخدام الاستشراد الهلامي (agarose gel electrophoresis).

Conocarpus lancifolius is an ever green plant introduced in Kuwait right after the Gulf war. The plant was selected for Kuwait greenery projects and it thrives well throughout the year on most of the main boulevards, landscapes and residential areas. We initiated a research project to investigate survival of Conocarpus lancifolius under a variety of stress conditions such as temperature, salinity, drought, UV-B irradiation and found that the plant has a good potential to endure these conditions. Lately, Kuwaiti public raised concern that this plant may cause harm to the human health or other living beings in contact or destruction to certain underground sanitary networks. We wish to undertake this study to show that Conocarpus lancifolius is not only a friendly plant but also may remedy environmental problems in Kuwait such as elimination of polyaromatic hydrocarbons ( PAH) and heavy metals from the soil. Many plants are known to be good accumulators of PAH and heavy metals. We are interested to find local solutions to local problems and show that C. lancifolius has a good potential as PAH and heavy metal elimination from the environment. C. lancifolius will be exposed to PAH in Hoagland solution and the PAH (Flurenthene, anthracene, phenantherene and pyrene) and after ten weeks of exposure the roots and green parts of the plant will be quantified by HPLC/MS and GC/MS for PAH and their modified derivates. Similarly C. lancifolius will be exposed to heavy metals (lead, chromium, vanadium, and nickel as nitrates) in Hoagland solution and their accumulation will be monitored by IPC. The cytogenetic properties of C. lancifolius treated with PAH and heavy metal will be studied by means of FISH and GISH techniques. The study will also investigate root development in C. lancifolius in relation to water moisture in the soil, proliferation properties of the root and its possible impact on the underground water and sanitation systems.