КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 22-74-00054
НазваниеОценка экотоксичности наночастиц серебра по состоянию биоты.
РуководительЦепина Наталья Игоревна, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет", Ростовская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2022 - 06.2024 |
Конкурс№70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-302 - Химическая экология
Ключевые словаСеребро, наночастицы, почвы, биота, наземные экосистемы, биотестирование, экотоксичность, прогнозирование, ферментативная активность, фитотоксичность, численность микроорганизмов, дождевые черви
Код ГРНТИ87.21.09 68.05.45 34.35.51
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Технофильность серебра за последние полвека растет по экспоненте и в ближайшие годы будет только увеличиваться. Благодаря своим уникальным свойствам наночастицы серебра, в последние годы, все чаще используются в различных отраслях промышленности, что приводит к увеличению загрязнения окружающей среды и почвенных экосистем. Однако экологические последствия загрязнения почв наночастицами серебра исследованы в значительно меньшей степени, чем других тяжелых металлов. Таким образом, актуальным является оценка экотоксичности наночастиц серебра разного размера по результатам их влияния на биоту (микроорганизмы, растения, животных, активность ферментов). Такое комплексное исследование позволит оценить экологические риски загрязнения почв и наземных экосистем наночастицами серебра и понять, какую именно опасность наночастицы серебра представляют для живых организмов, поскольку относительно данного вопроса существуют противоречивые мнения.
В результате исследования планируется решить следующие задачи:
1. Оценить и сравнить экотоксичность частиц серебра разного размера: наночастицы 10 и 100 нм и микрочастицы 1000 нм.
2. Выявить наиболее чувствительные и информативные тестовые живые организмы из широкого спектра показателей состояния биоты: метагеном бактериоценоза почв, показатели фитотоксичности (всхожесть и длина корней) растений (горох, редис, озимая пшеница), активность почвенных ферментов (активность инвертазы, фосфатазы, уреазы, ферриредуктаз, каталазы, дегидрогеназ, пероксидаз, полифенолоксидаз), выживаемость дождевых червей, общая численность бактерий, численность актиномицетов, аммонифицирующих и амилолитических бактерий, обилие бактерий рода Azotobacter.
3. Установить зависимость изменения состояния биоты от концентрации серебра в почве (0,1; 0,5; 1; 5; 10; 50 и 100 мг/кг) по выявленным наиболее чувствительным и информативным показателям состояния биоты.
4. Оценить влияние продолжительности воздействия (3, 10, 30, 90 и 180 суток) по выявленным наиболее чувствительным и информативным показателям состояния биоты.
Ожидаемые результаты
Впервые будет дана оценка экотоксичности наночастиц серебра 10 и 100 нм и микрочастиц 1000 нм по состоянию биоты (показатели фитотоксичности редиса (всхожесть и длина корней), общая численность бактерий, активность почвенных ферментов (активность каталазы, активность дегидрогеназ, активность уреазы). Впервые на основании выявленных эффектов экотоксического влияния на биоту (метагеном бактериоценоза почв, показатели фитотоксичности (всхожесть и длина корней) растений (горох, редис, озимая пшеница), активность почвенных ферментов (активность фосфатазы, инвертазы, ферриредуктаз, каталазы, дегидрогеназ, пероксидаз, полифенолоксидаз, уреазы), уровень выживаемости дождевых червей, общую численность микроорганизмов, обилие бактерий рода Azotobacter, а так же численность актиномицетов, аммонифицирующих и амилолитических бактерий) будут выявлены наиболее значимые тестовые живые организмы к загрязнению наночастицами серебра размером 10 нм в концентрации 10 мг/кг через 30 суток после загрязнения и будут построены ряды чувствительности и информативности. Впервые для наиболее значимых тестовых живых организмов будет установлен дозозависимый эффект влияния 0,1; 0,5; 1; 5; 10; 50 и 100 мг/кг наночастиц серебра размером 10 нм через 30 суток после загрязнения. Впервые будет дана оценка экотоксичности наночастиц серебра размером 10 нм в концентрации 1, 10 и 100 мг/кг по состоянию биоты (показатели фитотоксичности редиса (всхожесть и длина корней), общая численность бактерий, активность почвенных ферментов (активность каталазы, активность дегидрогеназ, активность уреазы) чернозема обыкновенного в зависимости от продолжительности воздействия (3, 10, 30, 90 и 180 дней). Мировые научные лидеры в области исследования загрязнения наночастицами серебра (Научный коллектив Lincoln University (USA) под руководством профессора Frieda Eivazi и ученые Environment and Climate Change Canada во главе с Ajith Dias Samarajeewa занимаются изучением влияния размера, концентрации, и времени воздействия наночастиц серебра на активность почвенных ферментов, активность и разнообразие микробных сообществ, что говорит о соответствие предполагаемых результатов мировому уровню исследований. Результаты данного исследования посвященного «Оценке экотоксичности наночастиц серебра по состоянию биоты» могут быть использованы при оценке риска загрязнения наземных и почвенных экосистем наночастицами серебра природоохранными и сельскохозяйственными организациями. На основании полученных результатов можно спрогнозировать возможные экологические риски загрязнения наночастицами и микрочастицами серебра наземных экосистем, почв, в том числе и сельскохозяйственных, и оценить их последствия для состояния биоты. Выявленные в ходе исследования наиболее чувствительные живые организмы в дальнейшем могут быть использованы при мониторинге и диагностики загрязнения наночастицами серебра наземных экосистем и почв, в том числе и сельскохозяйственных. Благодаря использованию полученных результатов будет гораздо быстрее и эффективнее переход к высокопродуктивному и экологически чистому сельскому хозяйству, получению конкурентно - способной экологически чистой сельскохозяйственной продукции, обеспечению продовольственной и экологической безопасности Российской Федерации.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За отчетный период (2022-2023 гг.) согласно плану исследования было проведено несколько модельных экспериментов включающих исследование наночастиц разных размеров: 10, 100 и 1000 нм, разных концентраций (0,1; 0,5; 1; 5; 10; 50 и 100 мг/кг ), начат эксперимент по исследованию экотоксичности наночастиц размера 10 нм в динамике ( 3, 10, 30, 90, 180 суток от момента загрязнения).
Проведено исследование влияния загрязнения наночастицами серебра (AgNPs) на эмиссию углекислого газа черноземом в остром экотоксикологическом эксперименте (первые 7 суток от момента загрязнения). Чернозем обыкновенный был загрязнен AgNPs разного размера (10, 100 и 1000 нм) в концентрациях 1, 10 и 100 мг/кг, а также Ag2O (для сравнения). В результате исследования установлено, что AgNPs размером 10 нм в первые сутки эксперимента по эмиссии СО2 менее токсичны, чем другие размеры, но через 7 суток эксперимента становятся наиболее токсичными. Чем больше концентрация AgNPs, тем больше токсическое воздействие на эмиссию СО2. Чем меньше размер наночастиц, тем больше токсическое воздействие. По степени экотоксичности наночастицы серебра образуют следующую последовательность: AgNPs (10 нм) > AgNPs (100 нм) > AgNPs (1000 нм).
Загрязнение чернозема обыкновенного наночастицами (10 и 100 нм) и микрочастицами (1000 нм) серебра ведет к снижению биологических показателей чернозема обыкновенного.
Представлена сравнительная оценка экотоксичности разных размеров наночастиц серебра (AgNPs) по показателям фитотоксичности (всхожесть и длина корней) редиса, озимой пшеницы и посевного гороха. Выявлено, что экотоксичность наночастиц серебра определяется их размером и содержанием в почве, а также зависит от вида растения. Чем больше концентрация AgNPs в почве, тем сильнее снижение всхожести и длины корней. Определено, что в большинстве случаев AgNPs размера 10 нм оказывали более сильное экотоксическое влияние на показатели фитотоксичности, а AgNPs размеров 100 и 1000 нм менее выраженное токсическое воздействие. Установлено, что загрязнение AgNPs любого размера сильнее воздействует на всхожесть озимой пшеницы выше, чем на всхожесть редиса и гороха. Ряд чувствительности тест-культур при загрязнении AgNPs размера 10 нм по всхожести: озимая пшеница > редис > горох; по длине корней: редис > горох > озимая пшеница. Результаты исследования возможно использовать при оценке экотоксичности почв, загрязненных наночастицами серебра разного размера.
Степень экотоксичности серебра зависит от концентрации металла в почве. Чем больше концентрация серебра в почве, тем сильнее снижение биологических показателей.
Степень экотоксичности серебра зависит от размера его частиц. В большинстве случаев наночастицы серебра размером 10 нм оказывали более сильное экотоксическое влияние на исследуемые биологические показатели, чем наночастицы серебра размером 100 нм и микрочастицы серебра размером 1000 нм. В зависимости от размера частиц серебра биологические показатели состояния чернозема проявили неодинаковую чувствительность и информативность, что следует учитывать при биомониторинге и биодиагностике загрязнения почв частицами серебра разного размера.
Публикации
1. Цепина Н.И., Колесников С.И., Минникова Т.В., Русева А.С., Труфанов Д.А. Влияние загрязнения AgNPs на эмиссию углекислого газа черноземом Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки., № 1. С. 142–147. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.18522/1026-2237-2023-1-142-147
2. - Серебряная угроза для экологии Деловая газета Город N, - (год публикации - )