ODDZIAŁYWANIE WYBRANYCH NANOCZĄSTEK NA ROŚLINY … · 2017-09-17 · Sorghum saccharatum (sorgo...

nanocząstki, nanotlenek glinu,

nanotlenek cyrkonu, fitotoksyczność

Nina CHRZANOWSKA, Monika ZAŁĘSKA-RADZIWIŁŁ*

ODDZIAŁYWANIE WYBRANYCH NANOCZĄSTEK

NA ROŚLINY WYŻSZE

Wzrost produkcji nanomateriałów oraz ich szerokie wykorzystanie przyczynia się do rozprzestrzenia-

nia nanocząstek w środowisku. Z opublikowanych danych wynika, iż są one stabilne w wodzie, wy-

soce reaktywne a ich niewielkie wymiary umożliwiają szybką penetrację do tkanek i narządów, stad

też mogą wywoływać szkodliwe efekty u organizmów wodnych i lądowych. W pracy zbadano tok-

syczność dwóch nanotlenków: nanoglinu (Al2O3) i nanocyrkonu (ZrO2) w stosunku do glebowych

roślin wyższych: Sorghum saccharatum, Sinapis alba i Lepidium sativum w teście Phytotoxkit. Bada-

nia przeprowadzono w zakresie stężeń od 175 mg/kg s.m. do 0,34 mg/kg s.m gleby. Nanocząstki

Al2O3 wykazywały największą szkodliwość w stosunku do S. saccharatum w odniesieniu do kiełko-

wania. Nie wpływały natomiast znacząco na kiełkowanie pozostałych roślin. S. saccharatum wykazy-

wało również największą wrażliwość na działanie nanocząstek ZrO2 ograniczając wzrost łodygi, kieł-

kowanie i wzrost korzenia w największym badanym stężeniu odpowiednio o 47%, 33% i 29,5%.

Wyznaczone wartości LOEC i NOEC dla bioindykatorów w odniesieniu do inhibicji wzrostu całej ro-

śliny wynosiły: dla nanocząstek tlenku glinu odpowiednio: 1,36 mg/kg s.m. i 0,68 mg/kg s.m. (S. sac-

charatum), 10,93 mg/kg s.m. i 5,46 mg/kg s.m. (L. sativum) oraz 43,75 mg/kg s.m. i 21,87 mg/kg s.m.

(S. alba), a dla nanotlenku cyrkonu kolejno wynosiły: 0,68 mg/kg s.m. i 0,34 mg/kg s.m. (S. sacchara-

tum), 21,87 mg/kg s.m. i 10,93 mg/kg s.m. (L. sativum), 43,75 mg/kg s.m. i 21,87 mg/kg s.m.(S. al-

ba). Zarówno nanocząstki tlenku glinu jak i tlenku cyrkonu najbardziej ograniczały wzrost jednoli-

ściennego Sorghum saccharatum.

1. WSTĘP

Nanocząstki – produkty nanotechnologii to drobiny o wymiarach poniżej 100 nm,

o wielkości cząstek koloidalnych, często mniejszych od komórek bakterii i komórek

eukariotycznych. Do nanocząsteczek inżynierskich (wytwarzanych przez człowieka)

__________

* Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zakład Biologii, ul. Nowowiejska 20,

00-653 Warszawa.

N. CHRZANOWSKA, M. ZAŁĘSKA-RADZIWIŁŁ

112

należą m.in. nanometale, nanotlenki, polimery, fulereny, nanorurki węglowe. Setki

produktów opartych na nanotechnologii jest obecnie stosowanych we wszystkich

działach gospodarki i w medycynie. Nanocząstki są stosowane w produkcji środków

antybakteryjnych, farb, opakowań do żywności, w medycynie, w mikroelektronice,

w oczyszczaniu wody (w postaci membran filtracyjnych), jako katalizatory, jako su-

plementy diety, oraz dodawane są do kosmetyków. Wchodzą także w skład rożnego

rodzaju kompozytów stosowanych w lotnictwie czy przemyśle samochodowym [2, 4].

Zwiększenie wykorzystania nanocząstek może prowadzić do ich uwalniania do

środowiska, a ich wpływ na ekosystem może stać się wielkim problemem. Ich wyjąt-

kowe właściwości fizyczne i chemiczne, (które różnią je od substancji macierzystych)

jak wysoki stosunek powierzchni do objętości, reaktywność chemiczna, zdolność do

tworzenia agregatów, dyfuzyjność, wytrzymałość mechaniczna, i dyslokacją atomów

mogą mieć negatywny wpływ na środowisko i jego żywe elementy [9]. Fulereny, na-

norurki węglowe, i tlenki metali działają toksycznie na wiele gatunków, w tym na

bakterie, glony, bezkręgowce, takie jak nicienie, skorupiaki i kręgowce, jak ryby

i gryzonie [5, 14, 18].Zaniepokojenie potencjalnym szkodliwym oddziaływaniem

nanocząstek na organizmy przyczyniło się do pojawienia nowej, unikalnej i znaczącej

dyscypliny badawczej – nanotoksykologii [10, 16]. Większość opublikowanych arty-

kułów koncentruje się na cytotoksyczności nanomateriałów wobec ssaków lub wpły-

wu nanocząstek na zwierzęta i bakterie. W literaturze natomiast jest niewiele donie-

sień na temat oddziaływania nanocząstek na organizmy roślinne. Rośliny od lat są

stosowane, jako biowskaźniki do oceny potencjalnego zagrożenia środowiska. Orga-

nizmy te mogą być zaangażowane w drogę transportu nanocząstek i przyczyną ich

bioakumulacji w łańcuchu pokarmowym [6, 18].

W ograniczonej liczbie publikacji odnośnie fitotoksyczności wykazano zarówno

stymulację oraz inhibicję procesów fizjologicznych roślin wyższych pod wpływem

różnych nanocząstek. Lu i wsp. zaobserwowali przyspieszenie kiełkowania i wzrostu

soi, pod wpływem mieszaniny nanokrzemu (SiO2) i ditlenku tytanu (TiO2) w niskich

stężeniach, które zwiększyły aktywności reduktazy azotanowej, a co za tym idzie

zdolność do absorbowania wody i nawozów, jak i stymulowanie systemu antyoksyda-

cyjnego(inne źródło) [20]. Lee i wsp. badając wpływ nanocząstek Al2O3 i ZnO na

wzrost rzodkiewnika (Arabidopsis thaliana), wykazali, że nawet stężenie 2000 mg/l

nanotlenku glinu nie spowodowało zahamowania wzrostu korzeni i rozwoju rośliny,

natomiast stężenie 4000 mg/l nanotlenku cynku spowodowało inhibicję kiełkowania o

94 % i całkowicie wstrzymało wydłużenie korzenia tej rośliny [10]. Z kolei Yang

i Watts stwierdzili, że stężenie 2000 mg/l nanotlenku glinu hamowało wzrost korzeni

pięciu gatunków roślin: kukurydzy, ogórka, soi, kapusty, marchwi [17]. Badania prze-

prowadzone przez Lin (2007) pokazały, iż nanotlenek cynku (ZnO) i nanocząstki Zn

przy stężeniu 2000 mg/l przyczyniają się do zahamowania wydłużania korzenia

u wszystkich badanych roślin (rzodkiew, rzepak, życica, sałata, kukurydza i ogórek).

Stężenie inhibicyjne (IC 50) dla nanotlenku cynku i nanocząstek cynku oszacowano

Oddziaływanie wybranych nanocząsteczek na rośliny wyższe

113

na 50 mg/l dla rzodkiewki i 20 mg/l dla życicy i rzepaku. Dodatkowo wskazano, iż

nanocząstki ZnO i Al2O3 przy stężeniu 2000 mg/l hamują kiełkowanie kukurydzy

[11]. Dane literaturowe wskazują także, że korzenie Allium cepa (cebula zwyczajna)

w obecności nanotlenku kobaltu wykazały znaczne zmniejszenie długości po 72 h [6].

Przytoczone wyniki badań, chociaż wyraźnie zróżnicowane wskazują na możliwość

negatywnego wpływu nanocząstek metali i ich tlenków ma procesy fizjologiczne ro-

ślin wyższych. Dostępne dane są jednak bardzo ograniczone, wyrywkowe i niewystar-

czające do oceny ryzyka wywołanego obecnością tych związków w środowisku. Stąd

też istnieje konieczność dalszych badan nanocząstek w kierunku ich potencjalnej eko-

toksyczności. W niniejszej pracy, zbadano fitotoksyczność nanotlenków glinu i cyr-

konu za pomocą testu Phytotoxkit z zastosowaniem nasion Sorghum saccharatum

(sorgo cukrowe), Lepidium sativum (rzeżucha) i Sinapis alba (gorczyca jasna). Zain-

teresowanie nanotlenkiem cyrkonu i nanotlenkiem glinu wynika między innymi

z faktu, iż ich wpływ na środowisko i jego elementy głównie rośliny jest praktycznie

nieznany. Nanocyrkon wykorzystywany jest do usuwania zanieczyszczeń z wodny

m.in. arsenu, jako katalizator i w bioinżynierii – do produkcji protez i implantów.

Nanotlenki glinu to element nanokompozytów w filtrach przeciwsłonecznych, do

produkcji szkła oporowego na zarysowania, materiałów ogniotrwałych i katalizato-

rów.

2. MATERIAŁY I METODY

2.1. BADANE ZWIĄZKI

Nanotlenek cyrkonu (nanoproszek < 100 nm) i nanotlenek glinu (nanoproszek

<50 nm) uzyskano z firmy Sigma-Aldrich. Właściwości badanych nanotlenków

przedstawiono w tabeli 1. Roztwory podstawowe nanocyrkonu i nanoglinu sporzą-

dzano w wodzie destylowanej. Ze względu na zdolność tworzenia agregatów przez

nanocząstki, uzyskane roztwory sonikowano przez 1 h za pomocą ultradźwiękowego

dezintegratora typu MDM-10 (0,4 kW z częstotliwością 20 kHZ) w celu rozbicia na-

noagregatów.

Tabela 1. Właściwości badanych nanozwiązków

Parametr Nanotlenek

cyrkonu

Nanotlenek

glinu

Wielkość cząsteczek < 100 nm < 50 nm

Powierzchnia właściwa (m2/g) ≥ 25 m2/g > 40 m2/g


114

2.2. BADANIE FITOTOKSYCZNOŚCI – TEST PHYTOTOXKIT

Test inhibicji wczesnego wzrostu roślin wyższych – Phytotoxkit z zastosowaniem

Sorghum saccharatum (sorgo cukrowe), Sinapis alba (gorczyca jasna) i Lepidium

sativum (pieprzyca siewna) wykonano zgodnie z metodyką dostarczoną przez produ-

centa testu – firmę Microbiotest (Belgia) [15]. Standardową glebę wg OECD zanie-

czyszczano związkami w stężeniach 0,34 – 175 mg/kg s.m. gleby (przy ilorazie postę-

pu geometrycznego szeregu rozcieńczeń q=2). Próby inkubowano w ciemności, przez

72h, w temperaturze 25°C. Po tym czasie, określono ilość kiełkujących nasion, dłu-

gość korzeni i łodyg przy użyciu oprogramowania komputerowego do cyfrowej anali-

zy obrazu UTHSCA ImageTool wersja 3.0.

3. PROCEDURY OBLICZENIOWE

% inhibicji kiełkowania nasion, wzrostu korzenia i łodygi określono na podsta-

wie równania:

100% xA

BAinhibicji

(1)

gdzie,

A = średnia liczba nasion kiełkujących lub długości korzeni i łodygi w glebie kontrol-

nej,

B = średnia liczba nasion kiełkujących lub długość korzeni i łodygi w glebie badanej.

Najniższe stężenie toksykanta wywołujące efekty szkodliwe LOEC i najwyższe

stężenia niewywołujące efektów szkodliwych NOEC wyznaczono stosując jedno-

czynnikową analizę wariancji i test Tukey’a [1].

4. WYNIKI BADAŃ

W badanym zakresie stężeń nanotlenki cyrkonu i glinu oddziaływały szkodliwie na

kiełkowanie, wzrost korzeni i łodyg Sorghum saccharatum, Sinapis alba i Lepidium

sativum (tabela 2 i 3). W przypadku nanotlenku glinu przy stężeniu 175 mg/kg s.m


115

gleby obserwowano ponad 30 % zahamowanie kiełkowania (S. saccharatum). U po-

zostałych roślin wartości te wynosiły L. sativum – 25 %, S. alba – 10 % (tabela 3).

Nanotlenek cyrkonu najbardziej wpływał na procesy fizjologiczne Sorghum sac-

charatum. Ograniczał wzrost łodygi w zakresie stężeń od 175 mg/kg s.m. gleby do

2,73 mg/kg s.m. gleby odpowiednio od 47% do 2,1 %, powodował inhibicję wzrostu

korzenia we wszystkich badanych stężeniach odpowiednio od 29,5 % w najwyższym

stężeniu do 3,9% w najniższym stężeniu, hamował również kiełkowanie tej rośliny

w stężeniach od 175 mg/kg s.m. gleby do 10,93 mg.kg s.m. gleby odpowiednio od

33,3% do 11,1% (tabela 2). Nanocząstki cyrkonu powodowały również około 10%

inhibicję kiełkowania Sinapis alba w stężeniach od 175 mg/kg s.m. gleby do

10,93 mg.kg s.m. gleby, inhibicje wzrostu korzenia w całym badanym zakresie stężeń

oraz inhibicję wzrostu łodygi tylko w najwyższym badanym stężeniu wynoszącą

26,4%. W odniesieniu do Lepidium sativum nanocząstki cyrkonu ograniczały kiełko-

wanie o 25% tylko w najwyższym stężeniu tego związku, powodowały inhibicję

wzrostu łodygi i korzeni w stężeniach od 175 mg/kg s.m. gleby do 21,81 mg/kg s.m.

gleby.

W przypadku roślin dwuliściennych gorczycy i rzeżuchy stwierdzono również

stymulację wzrostu łodygi (Sinapis alba) oraz stymulację kiełkowania, wzrostu ko-

rzenia i łodygi (Lepidium sativum) zwiększającą się wraz z malejącymi stężeniami

związków i wynoszą nawet 92,3% w przypadku wzrostu łodygi L. sativum (tabela 2).

Spośród wszystkich badanych roślin jednoliścienne sorgo wykazało również naj-

większą wrażliwość na działanie nanotlenku glinu. Związek ten ograniczał wzrost

korzenia w całym badanym zakresie stężeń od 29,8% do 13,5%, ograniczał również

wzrost łodygi w stężeniach od 175 mg/kg s.m. gleby do 5,46 mg/kg s.m. gleby.

W zakresie od 22,8% do 2,4%., oraz powodował 42,9% inhibicję kiełkowania w naj-

wyższym badanym stężeniu.

W przypadku L. sativum największy wpływ nanocząstki Al2O3 miały na wzrost ło-

dygi powodując 32,8% inhibicję w najwyższym stężeniu związku. Nanocząstki glinu

podobnie jak cyrkonu w niższych stężeniach stymulowały wzrost łodyg gorczycy,

oraz kiełkowanie, wzrost łodygi, korzenia u rzeżuchy (tabela 3).

Wyznaczone wartości LOEC-72t i NOEC-72t dla bioindykatorów w odniesieniu

do inhibicji wzrostu całej rośliny wahały się w zakresie odpowiednio: od 0,68 mg/kg

s.m. (nanocyrkon, Sorghum saccharatum) i 0,34 mg/kg s.m. (nanocyrkon, Sorghum

saccharatum) do 43,75 mg/kg s.m (nanotlenek glinu, S.alba) i 43,75 mg/kg s.m. (na-

nocyrkon, S.alba). Jednoliścienne Sorghum saccharatum okazało się najbardziej

wrażliwe na badane nanozwiązki (tabela 4 i 5).


116 T

abel

a 2

. W

pły

w n

ano

tlen

ku

cy

rko

nu

na

inh

ibic

ję k

iełk

ow

ania

, w

zro

stu

ko

rzen

ia i

ło

dy

gi

rośl

in w

yżs

zych

Lep

idiu

m s

ati

vum

%

inh

ibic

ji

wzr

ost

u

łod

yg

i

33

,5

23

,7

9,6

3,3

0,2

-1,0

-16

,2

-52

,1

-60

,0

-92

,3

%

in

hib

icji

wzr

ost

u

ko

rzen

ia

18

,0

10

,3

9,0

3,9

-0,9

-5,3

-12

,1

-18

,9

-20

,3

-42

,1

%

inh

ibic

ji

kie

łko

wan

ia

25

,0

0,0

0,0

-12

,5

-12

,5

-12

,5

-12

,5

-12

,5

-25

.0

-25

.0

Sin

ap

is a

lba

%

inh

ibic

ji

wzr

ost

u

łod

yg

i

26

,4

-2,1

-8,1

-16

,5

-16

,4

-20

,2

-21

,0

-30

,3

-34

,6

-46

,6

%

in

hib

icji

wzr

ost

u

ko

rzen

ia

13

,7

8,9

7,8

6,7

6,7

6,0

4,3

3,8

2,0

0,8

%

inh

ibic

ji

kie

łko

wan

ia

10

,0

10

,0

10

,0

10

,0

10

,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

So

rgh

um

sa

cch

ara

tum

%

inh

ibic

ji

wzr

ost

u

łod

yg

i

47

,0

44

,1

35

,8

24

,6

21

,1

10

,2

2,1

0,0

0,0

0,0

%

inh

ibic

ji

wzr

ost

u

ko

rzen

ia

29

,5

28

,3

27

,5

27

,0

26

,9

25

,

24

,9

24

,

14

,

3,9

%

inh

ibic

ji

kie

łko

wan

ia

33

,3

22

,2

11

,1

11

,1

11

,1

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

Stę

żen

ie

(mg

/kg

s.m

.)

17

5

87

,5

43

,75

21

,87

10

,93

5,4

6

2,7

3

1,3

6

0,6

8

0,3

4

Ro

dza

j

pró

bk

i

Nanotlenek ZrO2


117 T

abel

a 3

. W

pły

w n

ano

tlen

ku

gli

nu

na

inh

ibic

ję k

iełk

ow

ania

, w

zro

stu

ko

rzen

ia i

ło

dy

gi

rośl

in w

yżs

zych

Lep

idiu

m s

ati

vum

%

inh

ibic

ji

wzr

ost

u

łod

yg

i

32

,8

20

,9

5,0

0k

2

-1,8

-3,6

-9,3

-15

,3

-23

,8

-24

,5

%

in

hib

icji

wzr

ost

u

ko

rzen

ia

24

,7

13

,5

12

,9

10

,55

7,7

2,3

-4,4

-4,8

-5,2

5

-12

,7

%

inh

ibic

ji

kie

łko

wan

ia

12

,5

12

,5

0,0

0,0

0,0

0,0

-12

,5

-25

,0

-25

,0

-25

,0

Sin

ap

is a

lba

%

inh

ibic

ji

wzr

ost

u

łod

yg

i

10

,8

7,7

-0,5

-,3

,6

-11

,1

-26

,0

-34

,1

-36

,9

-46

,3

-52

,5

%

in

hib

icji

wzr

ost

u

ko

rzen

ia

21

,9

19

,8

16

,0

15

,7

14

,4

13

,1

6,6

0,0

0,0

0,0

%

inh

ibic

ji

kie

łko

wan

ia

20

,0

20

,0

10

,0

10

,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

So

rgh

um

sa

cch

ara

tum

%

inh

ibic

ji

wzr

ost

u

łod

yg

i

22

,8

15

,2

4,1

3,8

3,7

2,4

0,0

0,0

0,0

0,0

%

inh

ibic

ji

wzr

ost

u

ko

rzen

ia

39

,8

34

,35

33

,65

32

,95

26

,35

22

,1

17

,55

15

,5

14

,85

13

,5

%

inh

ibic

ji

kie

łko

wan

ia

42

,9

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

-28

,6

-28

,6

-28

,6

-28

,6

S

tęże

nie

(mg

/kg

s.m

.)

17

5

87

,5

43

,75

21

,87

10

,93

5,4

6

2,7

3

1,3

6

0,6

8

0,3

4

Ro

dza

j

pró

bk

i

Nanotlenek Al2O3


118 T

abel

a 4

. W

pły

w n

ano

tlen

ku

cy

rko

nu

w o

dn

iesi

eniu

do

wzr

ost

u r

ośl

in w

yżs

zych

Lep

idiu

m s

ati

vum

NO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

10

,93

LO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

21

,87

%

inh

ibic

ji

całe

j

rośl

iny

25

,75

17

,00

9,3

0

3,6

0

-0,3

5

-3,1

5

-14

,15

-35

,50

-40

,15

-67

,20

Sin

ap

is a

lba

NO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

43

,75

LO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

21

,87

%

inh

ibic

ji

całe

j

rośl

iny

20

,50

3,4

0

-0,1

5

-4,8

5

-4,9

0

-7,1

0

-8,3

5

-13

,25

-16

,30

-22

,90

So

rgh

um

sa

cch

ara

tum

NO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

0,3

4

LO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

0,6

8

%

inh

ibic

ji

całe

j

rośl

iny

38

,25

36

,20

31

,65

25

,80

24

,00

17

,95

13

,50

8,8

5

2,5

0

1,9

5

S

tęże

nie

(mg

/kg

s.m

.)

17

5

87

,5

43

,75

21

,87

10

,93

5,4

6

2,7

3

1,3

6

0,6

8

0,3

4

Ro

dza

j

pró

bk

i

Nanotlenek ZrO2


119 T

abel

a 5

. W

pły

w n

ano

tlen

ku

gli

nu

w o

dn

iesi

eniu

do

wzr

ost

u r

ośl

in w

yżs

zych

Lep

idiu

m s

ati

vum

NO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

5,4

6

LO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

10

,93

%

inh

ibic

ji

całe

j

rośl

iny

28

,75

17

,20

8,9

5

5,3

75

2,9

5

-0,6

5

-6,8

5

-10

,05

-14

,52

5

-18

,60

Sin

ap

is a

lba

NO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

21

,87

LO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

43

,75

%

inh

ibic

ji

całe

j

rośl

iny

12

,25

8,3

0

3,6

5

1,6

5

-2,2

0

-10

,00

-14

,90

-16

,55

-22

,15

-25

,85

So

rgh

um

sa

cch

ara

tum

NO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

0,6

8

LO

EC

-

72

t

(mg

/kg

s.m

.)

1,3

6

%

Inh

ibic

ji

cał

ej

rośl

iny

31

,3

24

,77

18

,87

18

,37

15

,02

12

,2

8,7

7

1,8

0

-0,8

2

3,3

S

tęże

nie

(mg

/kg

s.m

.)

17

5

87

,5

43

,75

21

,87

10

,93

5,4

6

2,7

3

1,3

6

0,6

8

0,3

4

Ro

dza

j

pró

bk

i

Nanotlenek A2O3


120

5. PODSUMOWANIE I WNIOSKI

Przeprowadzone badania ekotoksyczności dotyczące wpływu dwóch nanotlenków

cyrkonu (ZrO2) i glinu (Al2O3) na wzrost i kiełkowanie trzech gatunków roślin: jedno-

liściennego Sorghum saccharatum i dwuliściennych S. alba. i L. sativum pozwoliły na

sformułowanie następujących wniosków:

1. Zarówno nanotlenek cyrkonu i glinu wpływały na procesy fizjologiczne roślin

wyższych;

2. W wyższych stężeniach obserwowano inhibicje kiełkowania oraz wzrostu korzeni

i łodyg, w niższych natomiast stymulację tych procesów wzrastającą wraz ze

zmniejszaniem się stężeń;

3. Najbardziej wrażliwe na działanie obydwu nanotlenków było jednoliścienne Sor-

ghum saccharatum zarówno w odniesieniu kiełkowania oraz wzrostu całej rośliny;

4. Uzyskane wartości NOEC dotyczące hamowania wzrostu całej rośliny były znacz-

nie niższe od uzyskanych dla pozostałych bioindykatorów;

5. W badanym zakresie stężeń nie udało się wyznaczyć wartości EC50-72t (Effect

concetration, stężenie efektywne, hamujące w 50% dany proces fizjologiczny),

ponieważ w żadnym ocenianym parametrów nie uzyskano 50% inhibicji. Można

jedynie stwierdzić, że wartości te są > 175 mg/kg s.m. gleby;

Niniejsze badania potwierdziły dane z piśmiennictwa wskazujące na możliwość

inhibicji i stymulacji procesów fizjologicznych roślin wyższych przez nanotlenki gli-

nu i cyrkonu. Oddziaływanie nanocząstek na organizmy roślinne jest wiec procesem

skomplikowanym. Zależy nie tylko od stężenia, ale również od szeregu właściwości

nanozwiązków w tym m.in. od ich wielkości, zdolności tworzenia agregatów, sposobu

transportu i interakcji z komórkami roślin [9]. Wyjaśnienie mechanizmów oddziały-

wania nanocząstek na procesy fizjologiczne roślin wymaga dalszych kompleksowych

badań, w tym na poziomie molekularnym.

LITERATURA

[1] BERTHOUEX P.M., BROWN L.C., Statistic for environmental engineers, Lewis Publishers,

C.R.C. Press Inc. 1994.

[2] BRAR S.K, VERMA M., TYAGI R.D., SURAMPALLI R.Y., Engineered nanoparticles in waste-

water and wastewater sludge – Evidence and impacts, Waste Management, 2008, Vol. 30, No. 3,

504–520.

[3] BRUNNER T.J., WICK P., MANSER P., SPOHN P., GRASS R.N., LIMBACH L.K., BRUININK

A., STARK W.J., In vitro cytotoxicity of oxide nanoparticles: comparison to asbestos, silica, and

the effect of particle solubility, Environmental Science & Technology, 2006, Vol. 40, No. 14,

4374–4381.

[4] BYSTRZEJEWSKA-PIOTROWSKA G., GOLIMOWSKI J., URBAN P.L., Nanoparticles: Their

potential toxicity, waste and environmental management, Waste Management, 2009, Vol. 29, No.

9, 2587–2595.


121

[5] FABREGA J., LUOMA S.N., TYLER C.R., GALLOWAY T.S., LEAD J.R., Silver nanoparticles:

Behaviour and effects in the aquatic environment, Environment International, 2011, Vol. 37, No. 2,

517–531.

[6] GHODAKE G., SEO Y.D., LEE D.S., Hazardous phytotoxic nature of cobalt and zinc oxide nano-

particles assessed using Allium cepa, Journal of Hazardous Materials, 2011, Vol. 186, No. 1, 952–

955.

[7] HONG F.S., YANG F., LIU C., GAO Q.,WAN Z.,GU F., WU C., MA Z., ZHOU J., YANG P.,

Influence of nano-TiO2 on the chloroplast aging of spinach under light, Biological trace element

research, 2005, Vol. 104, No. 3, 249–260.

[8] LANGERUD B. R., SANDVIK M., Development of containerized Picea abies (L.) Karst. seedlings

grown with heavy watering on various peat, perlite and mineral wool mixtures, New Forest, 1987,

Vol. 1, No. 2, 89–99.

[9] ŁEBKOWSKA M., ZAŁĘSKA-RADZIWIŁŁ M., Występowanie i ekotoksyczność nanocząstek,

Ochrona Środowiska, 2011,Vol. 33, No. 4, 23–26.

[10] LEE C.W, MAHENDRA S., ZODROW K., LI D., TSAI Y.C., BRAAM J., ALVAREZ P.J., Deve-

lopmental phytotoxicity of metal oxide nanoparticles to Arabidopsis thaliana, Environmental toxi-

cology and chemistry, 2010, Vol. 29, No. 3, 669–675.

[11] LIN D., XING B., Phytotoxicity of nanoparticles: inhibition of seed germination and root growth,

Environmental pollution, Vol. 150, No. 2, 243–250.

[12] LIU Q, ZHAO Y, WAN Y, ZHENG J, ZHANG X, WANG C, FANG X, LIN J., Study of the inhi-

bitory effect of water-soluble fullerenes on plant growth at the cellular level, ACS nano, 2010, Vol.

4, No. 10, 5743–5748.

[13] LU C.M., ZHANG C.Y., Wen J.Q., Wu G.R., Tao M.X., Research of the effect of nanometer mate-

rials on germination and growth enhancement of Glycine max and its mechanism, 2002, Soybean

Science, Vol. 21, No. 3, 168–171.

[14] USENKO, C.Y., HARPER, S.L., AND TANGUAY, R.L., Fullerene C60 Exposure Elicits An

Oxidative Stress Response in Embryonic Zebrafish, Toxicology and Applied Pharmacology, 2008,

Vol. 229, No. 1, 44–55.

[15] PHITOTOKKIT TM- MicroBioTests Inc., Mariakerke (Gent), Belgia.

[16] WIESNER M.R., LOWRY G., ALVAREZ P.J.J., DIONYSIOU D., BISWAS P., Assessing the

risks of manufactured nanomaterials, Environmental science technology, 2006, Vol. 40, No. 14,

4336–4345.

[17] YANG L., WATTS D.J. Particle surface characteristics may play an important role in phytotoxici-

ty of alumina nanoparticles, Toxicology Letters, 2005, Vol. 158, No. 2158, 122–132.

THE EFFECT OF SELECTED NANOPARTICLES ON HIGHER PLANTS

Increased production of nanomaterials and their widespread use contributes to the spread of nanopar-

ticles in the environment. Published data indicate that, they are stable in water, chemical reactivity, and

their small dimensions allow their rapid penetration into tissues and organs. Therefore, harmful effects

may cause in aquatic and terrestrial organisms. This paper presents results of toxicological assessment of

two types of metal oxide nanoparticles: nanoaluminium (Al2O3) and nanozirconium (ZrO2) in relation to

higher terrestrial plants: Sorghum saccharatum, Lepidium sativum and Sinapis alba in phytotoxkit test.

Studies have been conducted in the concentration range 175–0,34 mg / kg s.m. soil. The highest harmful-

ness in relation to germination S. saccharatum was observed in zirconium nanooxide. However, tested

nanooxides did not influence significantly the germination of other plants. Sorghum saccharatum seems

to be more sensitive to Al2O3 nanooxides. They reducing stem elongation, germination and root growth


122

by 47%, 33% and 29,5% in the highest concentration tested. Designated NOEC and LOEC values in

relation to whole-plant growth inhibition of bioindicators for aluminum nanooxide was 1,36 mg/kg s.m.

and 0,68 mg/kg s.m. (S. saccharatum), 10,93 mg/kg s.m. and 5,46 mg/kg s.m. (L. sativum) also 43,75

mg/kg s.m. and 21,87 mg/kg s.m. (S. alba), respectively. For zirconium nanooxide NOEC and LOEC was

0,68 mg/kg s.m. and 0,34 mg/kg s.m. (S. saccharatum), 21,87 mg/kg s.m. and 10,93 mg/kg s.m. (L. sati-

vum), 43,75 mg/kg s.m. and 21,87 mg/kg s.m.(S. alba). Monocots Sorghum saccharatum was most li-

mited by both the aluminum and zirconium nanooxides.

ODDZIAŁYWANIE WYBRANYCH NANOCZĄSTEK NA ROŚLINY … · 2017-09-17 · Sorghum saccharatum (sorgo...

Documents

Transcript of ODDZIAŁYWANIE WYBRANYCH NANOCZĄSTEK NA ROŚLINY … · 2017-09-17 · Sorghum saccharatum (sorgo...