obiecte
abstract
Aici prezentăm o evaluare cantitativă a efectelor AgNP asupra biomasei, a activității fotosintetice, a morfologiei celulare, a permeabilității membranei, a activității esterazice și a stresului oxidativ al unei alge reprezentative a solului Chlamydomonas reinhardtii 23 în sol. Această abordare ar putea oferi un mijloc eficient de evaluare a toxicității potențiale a nanomaterialelor pe baza răspunsului algelor din sol și a unei indicații cantitative a toxicității AgNP în sol.
metode
Specii de testare și precultură
Chlamydomonas reinhardtii a fost obținut de la Universitatea din Texas, Austin, SUA. Celulele algale au fost incubate în mediu tris-acetat-fosfat folosind flacoane de sticlă borosilicată de 250 ml cu dopuri permeabile la aer și subculturate la 24 ± 2 ° C, agitare la 100 r/min și 16: 8 h (lumină: întuneric) - o fotoperioadă furnizate de lămpi fluorescente de culoare albă strălucitoare (
reactivi
Pudră AgNP (17. Probele (1 g) de sol au fost transferate pe o microplacă cu fund plat cu 6 godeuri (diametru 35 mm, înălțime 22,5 mm pentru fiecare godeu)) s-a adăugat apă deionizată pentru a ajusta conținutul de umiditate al solului 90% din capacitatea sa de reținere a apei De îndată ce mediul de testare a fost saturat cu apă deionizată, 0,13 ml de C. reinhardtii în timpul creșterii exponențiale (adică o densitate inițială de 6,5x105 celule/g în mediul de testat) au fost inoculate pe suprafața solului 0,13 ml de apă deionizată (în loc de suspensie de alge) au fost adăugați în același mod pentru a corecta fluorescența de fond în analiza biomasei sau pentru a exclude efectele solidelor solului fin în citometria în flux. Microplăcile au fost incubate timp de șase zile în aceleași condiții de precultură în care C În plus, solurile netratate și soluțiile seriale de Ag ionic au fost adăugate la godeuri pentru a evalua toxicitatea Ag ionic în același mod ca și tratamentul. AgNP sau sol în vrac tratat cu Ag și AgNP. În mod similar, apa deionizată a fost utilizată în locul Ag ionic la controale.
Extragerea algelor solului din AgNP, Ag în vrac sau soluri ionice
Pentru a extrage C. reinhardtii intact crescut în fiecare mediu, s-au adăugat 5 ml de mediu bazal Bold (BBM) la fiecare probă de sol și placa de microtitrare a fost apoi agitată timp de 24 de ore în condiții de precultură. Supernatantul rezultat a fost utilizat pentru analiza biomasei, fotosinteza și citometria în flux după o perioadă de decantare de 5 minute.
Analiza biomasei
Pentru a extrage clorofila a din C. reinhardtii, suspensia de alge a fost amestecată cu etanol (raport 1: 4 alge: etanol) și agitată în întuneric timp de 3 ore în condiții de precultură. Fluorescența clorofilei a fost măsurată pentru cuantificarea biomasei algelor utilizând un cititor de microplacă fluorescentă (Gemeni; Molecular Devices, Sunnyvale, CA, SUA) la o lungime de undă de excitație de 420 nm și o lungime de undă de emisie de 671 nm24.
Analize fotosintetice
Pentru a analiza capacitatea fotosintetică a lui C. reinhardtii, suspensia de alge a fost lăsată să se adapteze la întuneric timp de 15 minute. Handy Plant Efficiency Analyzer (PEA; Hansatech Instruments Ltd., Kings Lynn, Norfolk, Marea Britanie) a fost apoi utilizat pentru a analiza parametrii sistemului Photosystem II: aria totală complementară (aria), randamentul cuantic maxim al fotochimiei primare (la t = 0) ( Fv/Fm), centrul de reacție pentru fluxul de absorbție (RC/ABS), centrul de reacție pentru fluxul de energie captată (la t = 0) (RC/TRo), fluxul de transport al electronilor la un centru de reacție (la t = 0) (ETo/RC) și un centru de reacție a fluxului de energie împrăștiat (la t = 0) (RC/Dio) 25, 26 .
Citometrie în flux
Analize microscopice
Analiza datelor
Procentul de biomasă, fotosinteză, dimensiunea celulei, granularitatea celulei, activitatea esterazei, stresul oxidativ și permeabilitatea membranei pentru fiecare concentrație de AgNP, Ag în vrac și Ag ionic au fost normalizate la grupul de control. Datele au fost analizate folosind testul Dunnett și diferențele la p 35 și AgNP 36 acoperit cu polimer .
Chlamydomonas reinhardtii biomasă după expunerea la nanoparticule de argint (AgNP) timp de șase zile. Barele reprezintă abaterea standard a mediei a șase replici. Asteriscurile (*) indică valori semnificativ diferite în comparație cu valorile martor (p 37, inactivarea centrului de reacție 38, 39 și contribuția la o reducere mai mare a QA la Q ° în fotosistemul II 39). Zona a fost cel mai sensibil punct final printre obiectivele fotosintetice (Tabel În timp ce fotosinteza algelor nu a fost evaluată în studiile anterioare pentru solurile tratate cu AgNP, unele studii au raportat inhibarea fotosintetică a C. reinhardtii ca răspuns la AgNP 1 acoperit cu dioxid de carbon, nouă tipuri acoperite cu AgNP 21 și altul AgNP 40, 41 în mediu lichid tratat cu AgNP.
Morfologia celulară (dimensiunea și granularitatea) Chlamydomonas reinhardtii după expunerea la nanoparticule de argint (AgNP) timp de șase zile. Barele reprezintă abaterea standard a mediei (n = 6-12). ( A ) Histograma de citometrie în flux și ( B ) Curba conturului de citometrie în flux. Asteriscurile (*) indică rezultate care sunt semnificativ diferite de rezultatele controlului (pag
Micrografii ușoare de Chlamydomonas reinhardtii după expunerea la nanoparticule de argint (AgNP) timp de șase zile. ( A ) C. reinhardtii adsorbit pe sol netratat, B ) C. reinhardtii adsorbit pe 50 mg sol tratat cu AgNP/kg, ( C ) C. reinhardtii suspendat în extracte de sol netratate, D ) C. reinhardtii suspendat în 50 mg AgNP/kg de extracte de sol tratate, E ) C. reinhardtii suspendat în extracte de sol netratate după colorarea nigrozinei și ( F ) C. reinhardtii suspendat în 50 mg AgNP/kg extracte de sol tratate după colorare cu nigrozină. Săgețile negre indică particule de sol. Săgețile albastre indică cazuri mucoase.
Imagine la dimensiune completă
Imagini cu microscop electronic cu emisii de câmp de Chlamydomonas reinhardtii după expunerea la nanoparticule de argint (AgNP) timp de șase zile. ( A ) C. reinhardtii adsorbit pe sol netratat, B ) C. reinhardtii adsorbit pe 20 mg sol tratat cu AgNP/kg, ( C ) C. reinhardtii adsorbit pe 50 mg sol tratat cu AgNP/kg, ( D ) C. reinhardtii suspendat în extracte de sol netratate, E ) C. reinhardtii suspendat în 20 mg AgNP/kg de extracte de sol tratate și ( F ) C. reinhardtii suspendat în 50 mg AgNP/kg extracte de sol tratate. Săgețile albastre indică învelișurile subțiri făcute din perete algal, iar săgețile roșii indică fragmente de învelișul subțire.
Imagine la dimensiune completă
Imagini cu micrografie electronică cu emisie de electroni (FE-TEM) și detectoare spectroscopice cu raze X dispersive de energie (EDX) ale imaginilor Chlamydomonas reinhardtii în sol tratat cu 50 mg AgNP/kg. ( A ) FE-TEM. ( B ) Imaginile EDX arată distribuția elementară a Ag, S, C, N și O într-un pătrat punctat roșu schițat de o micrografie FE-TEM extinsă din panoul A. ( C ) Spectrul EDX prezintă analize elementare (C, N, O, S și Ag așa cum este indicat de cercuri albastre deasupra vârfurilor galbene). Un dreptunghi punctat galben indică prezența Ag în C. reinhardtii .
Imagine la dimensiune completă
Efectele solurilor AgNP asupra permeabilității membranei algale, a activității esterazice și a stresului oxidativ
Permeabilitatea membranei celulare ( A A B ), activitate de esterază ( C A D ) și stresul oxidativ ( E A F ) Chlamydomonas reinhardtii după expunerea la nanoparticule de argint (AgNP) timp de șase zile. Barele reprezintă abaterea standard a mediei (n = 6-12). Asteriscurile (*) indică rezultate care sunt semnificativ diferite de rezultatele martorului (p AgNPs acoperite cu PVP> microparticule de particule Ag 58, 59. Au indicat că mecanismul de toxicitate este suprafața relativă și ionii de Ag dizolvați din Ag nano. În acest studiu, nicio dizolvare semnificativă a ionilor Ag din solul tratat cu AgNP și mucilagiul C. reinhardtii suspendat în extracte din sol de 50 mg Ag/kg și 30 mg Ag ion/kg, sensibilitatea la toxicitatea Ag ion a fost mai mare, în timp ce sensibilitatea la Ag în vrac toxicitatea a fost mai mică Prin urmare, concluzionăm că toxicitatea C. reinhardtii în solul tratat cu AgNP depinde exclusiv de mărimea particulelor (nano) și nu de Ag în general.
concluzii
În cele din urmă, există mai multe efecte măsurabile ale AgNP asupra algelor solului C. reinhardtii în mediul solului: (i) producerea învelișului mucos, (ii) inhibarea biomasei, (iii) inhibarea parțială a activității fotosintetice, (iv) creșterea dimensiunii celulelor, ( v) creșterea permeabilității membranei de dimensiune celulară și (vi) prezența Ag în celulele algale. Deoarece producția și consumul de AgNP continuă să crească, este important să se clarifice efectele posibile ale eliberării continue de AgNP în mediu. Astfel, prezentul studiu demonstrează o metodă nouă și eficientă pentru evaluarea toxicității nanomaterialelor asupra algelor solului.
Mulțumiri
Această cercetare a fost susținută de un program de cercetare științifică de bază prin Fundația Națională de Cercetare din Coreea (NRF) finanțat de Ministerul Științei, TIC și Planificarea Viitoare (2016R1A2B3010445). Această activitate a fost susținută și de Institutul Coreean de Mediu și Tehnologie (KEITI) prin „Proiectul de dezvoltare a prevenirii accidentelor chimice” finanțat de Ministerul Coreean al Mediului (MOE) (nr. Mulțumim Institutului Coreean de Știință (KBSI) pentru FE-TEM, analizor de suprafață, FE-SEM, EDX și ICP-MS. Mulțumiri speciale Miri Choi și Myeong Seon Jeong pentru ajutorul lor în analiza FE-TEM.
Material suplimentar electronic
Informatii suplimentare
Comentarii
Prin trimiterea unui comentariu, sunteți de acord să respectați Termenii și condițiile și Regulile comunității. Dacă considerați că acesta este un act ofensator care nu este conform cu termenii sau liniile directoare, vă rugăm să îl marcați ca fiind inadecvat.