Как сельскохозяйственные культуры впитывают в себя наночастицы

Впервые ученые отследили поглощение сельскохозяйственными культурами наночастиц из почвы и проанализировали химическое состояние их металлических элементов. Оказалось, что цинк растворяется и накапливается по всему растению, в то время как церий в тканях

        Впервые ученые отследили поглощение сельскохозяйственными культурами наночастиц из почвы и проанализировали химическое состояние их металлических элементов. Оказалось, что цинк растворяется и накапливается по всему растению, в то время как церий в тканях растения не растворяется. Эти результаты вносят свой вклад в противоречивые дебаты о токсичности наночастиц для растений и вероятности попадания искусственных наночастиц в пищевую цепочку. Исследование было опубликовано 6 февраля в журнале ACS Nano.

        Международную исследовательскую команду возглавил Jorge Gardea-Torresdey из Университета Техаса в Эль-Пасо. В нее вошли ученые из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре, Национальной лаборатории ускорителей SLAC в Стэндорде (Калифорния) и с Европейской установки синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле (Франция).

        "На рынке появляется все большее число товаров, содержащих искусственные наночастицы, которые в конечном итоге окажутся в воде, почве и воздухе. Вот почему очень важно изучать взаимодействие между сельскохозяйственными культурами и наночастицами, так как возможная транслокация последних в пищевую цепочку начинается здесь", - говорит Jorge Gardea-Torresdey, профессор и декан факультета химим Университета Техаса в Эль-Пасо.

        Ученые сосредоточили свое внимание на соевых бобах, пятой по величине культуре в мировом сельскохозяйственном производстве и второй в США. Почва, в которой росли растения, смешали с окисью цинка (ZnO) и двуокисью церия (CeO2, наноцерий) — наночастицами, являющимися одними из наиболее часто используемых в индустрии. ZnO широко применяется в солнцезащитных продуктах, в газовых сенсорах, антибактериальных агентах, оптических и электронных устройствах, а также в качестве красителя.

        Наноцерий — великолепный катализатор для внутреннего сгорания и крекирования нефти. Он также используется в газовых сенсорах, солнцезащитных товарах и косметических кремах. Когда соя в парниках поспела, ученые приступили к изучению распределения цинка и церия по растению. Использование микроскопических рентгеновских лучей в синхротроне на базе ESRF и Стэнфордского источника синхротронного излучения (SSRL) позволило исследователям определить химическую форму этих металлов, к примеру, были ли они по-прежнему связаны с наночастицами или растворились и образовали связи с тканями растения.

        Оказалось, что церий присутствует не только в узелках растения, близких к почве, но и в стручках. Детализированный спектральный анализ сигналов рентгенограммы показал, что церий в узелках и стручках — в том же химическом состоянии, что и в наночастицах. Однако часть церия изменила степень окисления с Ce(IV) до Ce(III), что может изменить химическую активность наночастиц.

        Цинк был обнаружен в узелках, стеблях и стручках в больших концентрациях, чем у контрольной группы. Спектральный анализ не показал присутствия в растениях цинка, связанного в виде ZnO наночастиц, что означает биотрансформацию цинка в наночастицах. Спектр позволяет предположить, что органические кислоты, такие как цитраты, являются возможными лигандами для цинка.

        "Поскольку цинк присутствует в большинстве растений, неудивительно, что цинк из наночастиц в почве способен проникнуть в ткань растений. Но растения способны усваивать более опасные элементы, такие как кадмий или мышьяк, которые, используясь в наночастицах, могут представлять реальную угрозу", - говорит Hiram Castillo.

        "Наши результаты также показали, что, если наноцерий CeO2 присутствует в почве, он может поглощаться пищевыми сельскохозяйственными культурами. У церия нет химического партнера в тканях растения, и он не биотрансформируется в соевых бобах, но он все равно достигает пищевой цепочки и следующего поколения сои", - добавляет Jorge Gardea-Torresdey.

        "Следует помнить, что как только искусственные наночастицы попадают в пищевую цепочку, процесс становится накопительным. Допустимые сегодня уровни завтра могут стать опасными. Поэтому важно изучать не только возможность поглощения синтетических наночастиц из почвы, но и то, как они биотрансформируются в растениях", - заключает ученый.