Диапазон резистентности водных организмов к контаминации среды искусственными наночастицами | Технологии безопасности жизнедеятельности. 2023. № 3. DOI: 10.17223/7783494/3/8

Диапазон резистентности водных организмов к контаминации среды искусственными наночастицами

Наряду с вопросами безопасности высокодисперсных материалов непосредственно для человека и сельскохозяйственных животных одинаково важным является их возможное влияние на более низкие звенья пищевых цепей, формирующих экосистему обеспечения трофической безопасности. Согласно закону равнозначности, все условия среды, необходимые для поддержания жизни, имеют равную роль. Поэтому нарушения в низших, обычно менее устойчивых элементах пищевых цепей могут критически ограничить существование человечества. В процессе жизненного цикла наноматериалов одним из наиболее массовых путей попадания в биосферу является перенос в виде аэрозолей с последующим осаждением на поверхностные воды или почву, либо непосредственный перенос почвенными водами из мест складирования или захоронения. Поэтому одними из первых звеньев, контактирующих с наночастицами, являются гидробионты. Проведена оценка экологических и биологических эффектов искусственных металлических и бинарных наночастиц (NPs) различной химической природы и структурных характеристик. На основе экспресс-методов оценки токсичности с использованием водных тест-организмов различных трофических уровней (Escherihia coli, Сhlorella vulgaris B., Paramecium caudatum, Daphnia magna S., Danio rerio) установлен диапазон резистентности к NPs никеля (nNi), платины (nPt), оксида цинка (nZnO) и оксида церия (nСeO2). Установлено, что тест-реакция на контаминацию водной среды NPs и развитие комплекса неблагоприятных последствий для фито- и зоопланктона зависит от физико-химических свойств NPs и чувствительности гидробионтов. Определены концентрации NPs, не вызывающие видимых изменений тест-реакций организмов. Выявлено, что наиболее чувствительным к контаминации среды NPs гидробионтом является одноклеточная зелёная водоросль Сhlorella vulgaris B., наиболее чувствительным параметром - содержание фотосинтетических пигментов: для nCeO2L(E)С10 = 0,0007 мг/л, для nNi L(E)С10 = 0,0015 мг/л, для nZnO L(E)С10 = 0,0048 мг/л, для nPt L(E)С10 = 0,033 мг/л. Наиболее устойчивы (L(E)С10 > 100 мг/л) к контаминации nPt оказались E. Coli, D. magna S., D. rerio, к контаминации nNi и nZnO - D. rerio, к контаминации nСeO2 - E. Coli, P. caudatum, D. rerio по показателю «эмбриотоксичность». Выявлены наиболее уязвимые звенья трофической структуры сообществ и возможность нарушения пищевой пирамиды водной экосистемы. Показано, что интегральной характеристикой воздействия NPs на экосистему может служить «диапазон резистентности» - диапазон концентраций, в рамках которого сохраняется резистентность биоты. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Скачать электронную версию публикации

Загружен, раз: 3

Ключевые слова

резистентность, наночастицы, гидробионты, тест-организм, тест-реакция, дисперсные системы

Авторы

ФИО	Организация	Дополнительно	E-mail
Моргалёв Юрий Николаевич	Томский государственный университет	кандидат биологических наук, инженер-исследователь Центра биотестирования безопасности нанотехнологий и наноматериалов	yu.morgalev@gmail.com
Моргалёв Сергей Юрьевич	Томский государственный университет	инженер-исследователь Центра биотестирования безопасности нанотехнологий и наноматериалов	s.morgalev2@gmail.com
Кондратова Оксана Владимировна	Томский государственный университет	старший лаборант Центра биотестирования безопасности нанотехнологий и наноматериалов	kov-2710@yandex.ru
Моргалёва Тамара Григорьевна	Томский государственный университет	кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Центра биотестирования безопасности нанотехнологий и наноматериалов	tg.morgaleva@gmail.com

Всего: 4

Ссылки

Brar S.K., Verma M., Tyagi R.D., Surampalli R.Y. Engineered nanoparticles in wastewater and wastewater sludge-Evidence and impacts // Waste management. 2010. Vol. 30 (3). P. 504-520.

Karakoti A.S., Munusamy P., Hostetler K., Kodali V., Kuchibhatla S., Orr G., Pounds J.G., Teeguarden J.G., Thrall B.D., Baer D.R. Preparation and characterization challenges to understanding environmental and biological impacts of ceria nanoparticles // Surface and Interface Analysis. 2012. Vol. 44 (8). P. 882-889.

Shah V., Shah S., Shah H., Rispoli F.J., McDonnell K.T., Workeneh S., Karakoti A.S., Kumar A., Seal S. Antibacterial activity of polymer coated cerium oxide nanoparticles // PLoS One. 2012. Vol. 7 (10). P. e47827.

Taylor N.S., Merrifield R., Williams T.D., Chipman J.K., Lead J.R., Viant M.R. Molecular toxicity of cerium oxide nanoparticles to the freshwater alga Chlamydomonas reinhardtii is associated with supra-environmental exposure concentrations // Nanotoxicology. 2016. Vol. 10 (1). P. 32-41.

Sounderya N., Zhang Y. Use of core/shell structured nanoparticles for biomedical applications // Recent Patents on Biomedical Engineering (Discontinued). 2008. Vol. 1 (1). P. 34-42.

Chiu W., Khiew P., Cloke M., Isa D. et al. Heterogeneous seeded growth: synthesis and characterization of bifunctional Fe3O4/ZnO core/shell nanocrystals // The Journal of Physical Chemistry C. 2010. Vol. 114 (18). P. 8212-8218.

Ahn K. Y., Kwon K., Huh J., Kim G. T. et al. A sensitive diagnostic assay of rheumatoid arthritis using three-dimensional ZnO nanorod structure // Biosensors and bioelectronics. 2011. Vol. 28 (1). P. 378-385.

Ovissipour M., Roopesh S.M., Rasco B.A., Sablani S.S. Engineered nanoparticles (ENPs): Applications, risk assessment, and risk man agement in the agriculture and food sectors // Food Chemical Hazard Detection: Development and Application of New Technologies. 2014. P. 207-247.

Dastjerdi R., Montazer M. A review on the application of inorganic nano-structured materials in the modification of textiles: focus on anti-microbial properties // Colloids and surfaces B: Biointerfaces. 2010. Vol. 79 (1). P. 5-18.

Song W., Zhang J., Guo J., Zhang J. et al. Role of the dissolved zinc ion and reactive oxygen species in cytotoxicity of ZnO nanoparticles // Toxicology letters. 2010. Vol. 199 (3). P. 389-397.

Maurer-Jones M.A., Gunsolus I.L., Murphy C.J., Haynes C.L. Toxicity of engineered nanoparticles in the environment // Analytical chemistry. 2013. Vol. 85 (6). P. 3036-3049.

МУ 1.2.2634-10. Микробиологическая и молекулярно-генетическая оценка воздействия наноматериалов на представителей микробиоценоза: методические указания. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2010. 58 с.

Моргалёв Ю.Н., Моргалёва Т.Г., Григорьев Ю.С. Методика определения индекса токсичности нанопорошков, изделий из наноматериалов, нанопокрытий, отходов и осадков сточных вод, содержащих наночастицы, по изменению оптической плотности тест-культуры водоросли хлорелла (Сhlorella vulgaris Beijer). ФР.1.39.2010.09103.

Walz H. Phytoplankton Analyzer Phyto-PAM and Phyto-Win software V 1.45, System Components and Principles of Operation. О Heinz Walz GmbH, Germany, 2003. 135 S.

Моргалев Ю.Н., Хоч Н.С., Моргалева Т.Г., Дунаевский Г.Е., Моргалев С.Ю. Безопасность методов биоанализа наночастиц и наноматериалов: методическое руководство. Томск, 2010. 56 с.

Моргалев Ю.Н., Моргалева Т.Г., Григорьев Ю.С. Методика определения индекса токсичности нанопорошков, изделий из наноматериалов, нанопокрытий, отходов и осадков сточных вод, содержащих наночастицы, по смертности тест-организма Daphnia magna Straus. ФР 1.39.2010.09102.

OECD, Test No. 202: Daphnia sp. Acute Immobilisation Test, OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 2. Paris: OECD Publishing, 2004.

СТО ТГУ 143-2015. Наноматериалы и сверхтонкие материалы, отходы производства и потребления, осадок сточных вод, содержащий наночастицы. Водные дисперсные системы. Тест на индекс токсичности - смертности организма Данио Рерио. Томск, 2015.

OECD, Test No. 236: Fish Embryo Acute Toxicity (FET) Test, OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 2. Paris: OECD Publishing, 2013.

Globally harmonized system of classification and labelling of chemicals (GHS). Eighth revised edition. United Nations, 2019. P. 227249.

Приказ МПР России № 511 от 15 июня 2001 г. "Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей среды".

Morgalev S.Y., Morgaleva T.G., Morgalev Y.N., Gosteva I.A. Stability of disperse systems during bioassay of nanoecotoxicity with use of aquatic organisms // Advanced Materials Research. 2015. Vol. 1085. P. 424-429.

Morgaleva T., Morgalev Yu., Gosteva I., Morgalev S., Nesterenya D. Embryotoxicity of poorly soluble nanoparticles at various stages of Zebrafish Development // AIP Conference Proceedings. 2017. Vol. 1899 (1). Art. nubmer 050004. P. 1-9.

Morgalev Y.N., Kurovsky A.V., Gosteva I.A., Morgaleva T.G., Morgalev S.Yu., Burenina A.A. Influence of Metal-Containing Nanoparticles on the Content of Photosynthetic Pigments of Unicellular Alga Chlorella vulgaris Baijer // Nano Hybrids and Composites. 2017. Vol. 13. P. 255-262.

Моргалёв Ю.Н., Моргалёва Т.Г., Моргалёв С.Ю. Передача маркерных наночастиц Pt в трехзвенной трофической цепи Chlorella Beijer-Daphnia magna Straus-Cyprinus carpio // Российские нанотехнологии. 2022. Т. 17, № 2. С. 225-233.

Hoecke K. V., Quik J.T., Mankiewicz-Boczek J., Schamphelaere K.A.D. et al. Fate and effects of CeO2 nanoparticles in aquatic ecotoxicity tests // Environmental science & technology. 2009. Vol. 43(12). P. 4537-4546.

Lopes S., Ribeiro F., Wojnarowicz J., Lojkowski W. et al. Zinc oxide nanoparticles toxicity to Daphnia magna: size dependent effects and dissolution // Environmental toxicology and chemistry. 2014. Vol. 33 (1). P. 190-198.

Liu J., Fan D., Wang L., Shi L.I.L.I., Ding J., Chen Y., Shen S. Effects of ZnO, CuO, Au, and TiO2 nanoparticles on Daphnia magna and early life stages of zebrafish Danio rerio // Environment Protection Engineering. 2014. Vol. 40 (1). P. 139-149.

Aruoja V., Pokhrel S., Sihtmae M., Mortimer M., Madler L., Kahru A. Toxicity of 12 metal-based nanoparticles to algae, bacteria and protozoa // Environmental Science: Nano. 2015. Vol. 2(6). P. 630-644.

Pendashte H., Shariati F., Keshavarz A., Ramzanpour Z. Toxicity of zinc oxide nanoparticles to Chlorella vulgaris and Scenedesmus dimorphus algae species // World Journal of Fish and Marine Sciences. 2013. Vol. 5 (5). P. 563-570.

Becaro A.A., Jonsson C.M., Puti F.C., Siqueira M.C. et al. Toxicity of PVA-stabilized silver nanoparticles to algae and microcrustaceans // Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management. 2015. Vol. 3. P. 22-29.

Pakrashi S., Dalai S., Prathna T.C., Trivedi S. et al. Cytotoxicity of aluminium oxide nanoparticles towards fresh water algal isolate at low exposure concentrations // Aquatic Toxicology. 2013. Vol. 132. P. 34-45.

Xin Q., Rotchell J.M., Cheng J., Yi J., Zhang Q. Silver nanoparticles affect the neural development of zebrafish embryos // Journal of Applied Toxicology. 2015. Vol. 35 (12). P. 1481-1492.

Gong N., Shao K., Feng W., Lin Z., Liang C., Sun Y. Biotoxicity of nickel oxide nanoparticles and bio-remediation by microalgae Chlorella vulgaris // Chemosphere. 2011. Vol. 83 (4). P. 510-516.

Griffitt R.J., Luo J., Gao J., Bonzongo J.C., Barber D.S. Effects of particle composition and species on toxicity of metallic nanomaterials in aquatic organisms // Environmental Toxicology and Chemistry: An International Journal. 2008. Vol. 27 (9). P. 1972-1978.

Kovriznych J.A., Sotnikova R., Zeljenkova D., Rollerova E., Szabova E. Long-term (30 days) toxicity of NiO nanoparticles for adult zebrafish Danio rerio // Interdisciplinary Toxicology. 2014. Vol. 7 (1). P. 23-26.

Mortimer M., Kasemets K., Kahru A. Toxicity of ZnO and CuO nanoparticles to ciliated protozoa Tetrahymena thermophila // Toxicology. 2010. Vol. 269 (2-3). P. 182-189.