Oddziaływanie wybranych nanocząstek na rośliny wyższe - Eko-DOk

Oddziaływanie wybranych nanocząstek na rośliny wyższe - Eko-DOk

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 rozprzestrzeniania nanocząstek w środowisku. Z opublikowanych danych wynika, iż są one stabilne w wodzie, wysoce 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 toksyczność dwóch nanotlenków: nanoglinu (Al2O3) i nanocyrkonu (ZrO2) w stosunku do glebowych
roślin wyższych: Sorghum saccharatum, Sinapis alba i Lepidium sativum w teście Phytotoxkit. Badania 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 kiełkowania. Nie wpływały natomiast znacząco na kiełkowanie pozostałych roślin. S. saccharatum wykazywało również największą wrażliwość na działanie nanocząstek ZrO2 ograniczając wzrost łodygi, kiełkowanie 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 rośliny wynosiły: dla nanocząstek tlenku glinu odpowiednio: 1,36 mg/kg s.m. i 0,68 mg/kg s.m. (S. saccharatum), 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. saccharatum), 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. alba). Zarówno nanocząstki tlenku glinu jak i tlenku cyrkonu najbardziej ograniczały wzrost jednoliściennego 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.
112
N. CHRZANOWSKA, M. ZAŁĘSKA-RADZIWIŁŁ
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 suplementy 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 wyjątkowe 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, nanorurki 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 artykułów koncentruje się na cytotoksyczności nanomateriałów wobec ssaków lub wpływu nanocząstek na zwierzęta i bakterie. W literaturze natomiast jest niewiele doniesień na temat oddziaływania nanocząstek na organizmy roślinne. Rośliny od lat są
stosowane, jako biowskaźniki do oceny potencjalnego zagrożenia środowiska. Organizmy 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 antyoksydacyjnego(inne źródło) [20]. Lee i wsp. badając wpływ nanocząstek Al 2O3 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 przeprowadzone 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 roślin wyższych. Dostępne dane są jednak bardzo ograniczone, wyrywkowe i niewystarczające do oceny ryzyka wywołanego obecnością tych związków w środowisku. Stąd
też istnieje konieczność dalszych badan nanocząstek w kierunku ich potencjalnej ekotoksyczności. W niniejszej pracy, zbadano fitotoksyczność nanotlenków glinu i cyrkonu za pomocą testu Phytotoxkit z zastosowaniem nasion Sorghum saccharatum
(sorgo cukrowe), Lepidium sativum (rzeżucha) i Sinapis alba (gorczyca jasna). Zainteresowanie 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 katalizatorów.
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 sporządzano 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 nanoagregatów.
Tabela 1. Właściwości badanych nanozwiązków
Parametr
Wielkość cząsteczek
Powierzchnia właściwa (m2/g)
Nanotlenek
cyrkonu
< 100 nm
≥ 25 m2/g
Nanotlenek
glinu
< 50 nm
> 40 m2/g
114
N. CHRZANOWSKA, M. ZAŁĘSKA-RADZIWIŁŁ
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 producenta testu – firmę Microbiotest (Belgia) [15]. Standardową glebę wg OECD zanieczyszczano związkami w stężeniach 0,34 – 175 mg/kg s.m. gleby (przy ilorazie postępu geometrycznego szeregu rozcieńczeń q=2). Próby inkubowano w ciemności, przez
72h, w temperaturze 25°C. Po tym czasie, określono ilość kiełkujących nasion, długość korzeni i łodyg przy użyciu oprogramowania komputerowego do cyfrowej analizy obrazu UTHSCA ImageTool wersja 3.0.
3. PROCEDURY OBLICZENIOWE
 % inhibicji kiełkowania nasion, wzrostu korzenia i łodygi określono na podstawie równania:
%inhibicji 
A B
x100
A
(1)
gdzie,
A = średnia liczba nasion kiełkujących lub długości korzeni i łodygi w glebie kontrolnej,
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 jednoczynnikową 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
Oddziaływanie wybranych nanocząsteczek na rośliny wyższe
115
gleby obserwowano ponad 30 % zahamowanie kiełkowania (S. saccharatum). U pozostałych roślin wartości te wynosiły L. sativum – 25 %, S. alba – 10 % (tabela 3).
Nanotlenek cyrkonu najbardziej wpływał na procesy fizjologiczne Sorghum saccharatum. 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 kiełkowanie 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 korzenia 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 największą 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 najwyższym badanym stężeniu.
W przypadku L. sativum największy wpływ nanocząstki Al2O3 miały na wzrost łodygi 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. (nanocyrkon, S.alba). Jednoliścienne Sorghum saccharatum okazało się najbardziej
wrażliwe na badane nanozwiązki (tabela 4 i 5).
Rodzaj
próbki
33,3
22,2
11,1
11,1
11,1
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
87,5
43,75
21,87
10,93
5,46
2,73
1,36
0,68
0,34
kiełkowania
inhibicji
%
wzrostu
łodygi
wzrostu
korzenia
Nanotlenek ZrO2
3,9
14,
24,
24,9
25,
26,9
27,0
27,5
28,3
0,0
0,0
0,0
2,1
10,2
21,1
24,6
35,8
44,1
47,0
inhibicji
inhibicji
29,5
%
%
Sorghum saccharatum
175
Stężenie
(mg/kg
s.m.)
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
kiełkowania
inhibicji
%
0,8
2,0
3,8
4,3
6,0
6,7
6,7
7,8
8,9
13,7
korzenia
wzrostu
inhibicji
%
Sinapis alba
-46,6
-34,6
-30,3
-21,0
-20,2
-16,4
-16,5
-8,1
-2,1
26,4
łodygi
wzrostu
inhibicji
%
-25.0
-25.0
-12,5
-12,5
-12,5
-12,5
-12,5
0,0
0,0
25,0
kiełkowania
inhibicji
%
-42,1
-20,3
-18,9
-12,1
-5,3
-0,9
3,9
9,0
10,3
18,0
korzenia
wzrostu
inhibicji
%
Lepidium sativum
Tabela 2. Wpływ nanotlenku cyrkonu na inhibicję kiełkowania, wzrostu korzenia i łodygi roślin wyższych
-92,3
-60,0
-52,1
-16,2
-1,0
0,2
3,3
9,6
23,7
33,5
łodygi
wzrostu
inhibicji
%
116
N. CHRZANOWSKA, M. ZAŁĘSKA-RADZIWIŁŁ
Rodzaj
próbki
0,0
0,0
0,0
0,0
-28,6
-28,6
-28,6
-28,6
21,87
10,93
5,46
2,73
1,36
0,68
0,34
0,0
87,5
43,75
42,9
kiełkowania
inhibicji
%
175
Stężenie
(mg/kg
s.m.)
łodygi
korzenia
Nanotlenek Al2O3
13,5
14,85
15,5
17,55
22,1
26,35
32,95
33,65
34,35
0,0
0,0
0,0
0,0
2,4
3,7
3,8
4,1
15,2
22,8
wzrostu
wzrostu
39,8
%
inhibicji
%
inhibicji
Sorghum saccharatum
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
10,0
10,0
20,0
20,0
kiełkowania
inhibicji
%
0,0
0,0
0,0
6,6
13,1
14,4
15,7
16,0
19,8
21,9
korzenia
wzrostu
inhibicji
%
Sinapis alba
%
-52,5
-46,3
-36,9
-34,1
-26,0
-11,1
-,3,6
-0,5
7,7
10,8
łodygi
wzrostu
inhibicji
-25,0
-25,0
-25,0
-12,5
0,0
0,0
0,0
0,0
12,5
12,5
kiełkowania
inhibicji
%
-12,7
-5,25
-4,8
-4,4
2,3
7,7
10,55
12,9
13,5
24,7
korzenia
wzrostu
inhibicji
%
Lepidium sativum
Tabela 3. Wpływ nanotlenku glinu na inhibicję kiełkowania, wzrostu korzenia i łodygi roślin wyższych
%
-24,5
-23,8
-15,3
-9,3
-3,6
-1,8
0k2
5,0
20,9
32,8
łodygi
wzrostu
inhibicji
Oddziaływanie wybranych nanocząsteczek na rośliny wyższe
117
Rodzaj
próbki
31,65
25,80
24,00
17,95
13,50
8,85
2,50
1,95
21,87
10,93
5,46
2,73
1,36
0,68
0,34
36,20
87,5
43,75
38,25
%
inhibicji
całej
rośliny
175
Stężenie
(mg/kg
s.m.)
0,68
LOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
0,34
NOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
Sorghum saccharatum
Nanotlenek ZrO2
-22,90
-16,30
-13,25
-8,35
-7,10
-4,90
-4,85
-0,15
3,40
20,50
%
inhibicji
całej
rośliny
21,87
LOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
Sinapis alba
43,75
NOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
-67,20
-40,15
-35,50
-14,15
-3,15
-0,35
3,60
9,30
17,00
25,75
21,87
LOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
10,93
NOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
Lepidium sativum
%
inhibicji
całej
rośliny
Tabela 4. Wpływ nanotlenku cyrkonu w odniesieniu do wzrostu roślin wyższych
118
N. CHRZANOWSKA, M. ZAŁĘSKA-RADZIWIŁŁ
Rodzaj
próbki
15,02
12,2
8,77
1,80
-0,82
3,3
10,93
5,46
2,73
1,36
0,68
0,34
18,87
43,75
18,37
24,77
87,5
21,87
31,3
175
Stężenie
%
(mg/kg
Inhibicji
s.m.)
całej
rośliny
1,36
LOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
0,68
NOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
Sorghum saccharatum
Nanotlenek A2O3
-25,85
-22,15
-16,55
-14,90
-10,00
-2,20
1,65
3,65
8,30
12,25
%
inhibicji
całej
rośliny
43,75
LOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
Sinapis alba
21,87
NOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
-18,60
-14,525
-10,05
-6,85
-0,65
2,95
5,375
8,95
17,20
28,75
10,93
LOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
5,46
NOEC72 t
(mg/kg
s.m.)
Lepidium sativum
%
inhibicji
całej
rośliny
Tabela 5. Wpływ nanotlenku glinu w odniesieniu do wzrostu roślin wyższych
Oddziaływanie wybranych nanocząsteczek na rośliny wyższe
119
120
N. CHRZANOWSKA, M. ZAŁĘSKA-RADZIWIŁŁ
5. PODSUMOWANIE I WNIOSKI
Przeprowadzone badania ekotoksyczności dotyczące wpływu dwóch nanotlenków
cyrkonu (ZrO2) i glinu (Al2O3) na wzrost i kiełkowanie trzech gatunków roślin: jednoliściennego 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 Sorghum saccharatum zarówno w odniesieniu kiełkowania oraz wzrostu całej rośliny;
4. Uzyskane wartości NOEC dotyczące hamowania wzrostu całej rośliny były znacznie 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 glinu 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 oddziaływania nanocząstek na procesy fizjologiczne roślin wymaga dalszych kompleksowych
badań, w tym na poziomie molekularnym.
LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
BERTHOUEX P.M., BROWN L.C., Statistic for environmental engineers, Lewis Publishers,
C.R.C. Press Inc. 1994.
BRAR S.K, VERMA M., TYAGI R.D., SURAMPALLI R.Y., Engineered nanoparticles in wastewater and wastewater sludge – Evidence and impacts, Waste Management, 2008, Vol. 30, No. 3,
504–520.
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.
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.
Oddziaływanie wybranych nanocząsteczek na rośliny wyższe
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
121
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.
GHODAKE G., SEO Y.D., LEE D.S., Hazardous phytotoxic nature of cobalt and zinc oxide nanoparticles assessed using Allium cepa, Journal of Hazardous Materials, 2011, Vol. 186, No. 1, 952–
955.
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.
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.
ŁEBKOWSKA M., ZAŁĘSKA-RADZIWIŁŁ M., Występowanie i ekotoksyczność nanocząstek,
Ochrona Środowiska, 2011,Vol. 33, No. 4, 23–26.
LEE C.W, MAHENDRA S., ZODROW K., LI D., TSAI Y.C., BRAAM J., ALVAREZ P.J., Developmental phytotoxicity of metal oxide nanoparticles to Arabidopsis thaliana, Environmental toxicology and chemistry, 2010, Vol. 29, No. 3, 669–675.
LIN D., XING B., Phytotoxicity of nanoparticles: inhibition of seed germination and root growth,
Environmental pollution, Vol. 150, No. 2, 243–250.
LIU Q, ZHAO Y, WAN Y, ZHENG J, ZHANG X, WANG C, FANG X, LIN J., Study of the inhibitory effect of water-soluble fullerenes on plant growth at the cellular level, ACS nano, 2010, Vol.
4, No. 10, 5743–5748.
LU C.M., ZHANG C.Y., Wen J.Q., Wu G.R., Tao M.X., Research of the effect of nanometer materials on germination and growth enhancement of Glycine max and its mechanism, 2002, Soybean
Science, Vol. 21, No. 3, 168–171.
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.
PHITOTOKKIT TM- MicroBioTests Inc., Mariakerke (Gent), Belgia.
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.
YANG L., WATTS D.J. Particle surface characteristics may play an important role in phytotoxicity 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 nanoparticles 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 harmfulness 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
N. CHRZANOWSKA, M. ZAŁĘSKA-RADZIWIŁŁ
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. sativum), 43,75 mg/kg s.m. and 21,87 mg/kg s.m.(S. alba). Monocots Sorghum saccharatum was most limited by both the aluminum and zirconium nanooxides.