elemeket
absztrakt
Itt mutatjuk be az AgNP biomasszára, fotoszintetikus aktivitásra, sejtmorfológiára, membránáteresztő képességre, észterázaktivitásra és oxidatív stresszre gyakorolt hatásainak mennyiségi értékelését egy reprezentatív talajalgában, a Chlamydomonas reinhardtii 23 talajban. Ez a megközelítés hatékony módszert nyújthat a nanoanyagok potenciális toxicitásának értékelésére a talaj algaválasza és az AgNP toxicitás mennyiségi indikációja alapján a talajban.
mód
Vizsgálati fajok és előművelés
A Chlamydomonas reinhardtii-t a Texasi Egyetemről (Austin, USA) szereztük be. Az algasejteket trisz-acetát-foszfát táptalajban inkubáltuk, 250 ml boroszilikát üveg lombikban, légáteresztő dugókkal, majd 24 ± 2 ° C-on szubkultúráztuk, 100 fordulat/perc és 16: 8 óra (világos: sötét) rázással - fotoperiódus fényes fehér fénycsövek biztosítják (
reagensek
AgNP port (17. A mintákat (1 g) a talajból egy 6 üregű lapos fenekű mikrotányérra (35 mm átmérő, magasság 22,5 mm minden kútnál)) ioncserélt vizet adunk a teszt talaj nedvességtartalmának a Víztartóképességének 90% -a Amint a vizsgálati táptalajt ionmentes vízzel telítettük, az exponenciális növekedés során 0,13 ml C. reinhardtii-t (azaz 6,5x105 sejt/g kezdeti sűrűséget a vizsgálati közegben) oltottunk be a talaj felszínére. Három mintából 0,13 ml ionmentes vizet adtunk (algaszuszpenzió helyett) ugyanúgy, hogy korrigáljuk a biomassza-elemzés háttérfluoreszcenciáját, vagy kizárjuk a finom talajszilárd anyagok hatásait az áramlási citometriában. A mikrotányérokat hat napig inkubáltuk. ugyanazon előtenyésztési körülmények között, amelyek mellett C Ezenkívül kezeletlen talajokat és ionos Ag soros oldatokat adtak a kutakhoz, hogy az ionos Ag toxicitását ugyanúgy értékeljék, mint a kezelést. AgNP vagy Ag és AgNP-vel kezelt ömlesztett talaj. Ehhez hasonlóan ionmentes vizet használtunk ionos Ag helyett a kontrollokban.
Talajalgák kivonása AgNP-ből, ömlesztett Ag- vagy ionos talajokból
Az egyes talajokban megtermett ép C. reinhardtii kivonásához minden talajmintához 5 ml Bold bazális táptalajt (BBM) adtunk, majd a mikrotiter lemezt 24 órán át rázattuk előtenyésztési körülmények között. A kapott felülúszót biomassza-analízishez, fotoszintézishez és áramlási citometriához használtuk 5 perces ülepítési periódus után.
Biomassza elemzés
A klorofill C. reinhardtii-ből való kivonásához az algaszuszpenziót etanollal (1: 4 algák: etanol arányban) kevertük, és sötétben rázattuk 3 órán át előtenyésztési körülmények között. A klorofill fluoreszcenciát algák biomassza mennyiségi meghatározásához fluoreszcens mikrolemez-olvasóval (Gemini; Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA) mértük 420 nm gerjesztési hullámhosszon és 671 nm emissziós hullámhosszon24.
Fotoszintetikus elemzések
A C. reinhardtii fotoszintetikus kapacitásának elemzéséhez az algaszuszpenziót 15 percig hagyták sötétbe állítani. Ezután a Handy Plant Efficiency Analyzer-t (PEA; Hansatech Instruments Ltd., Kings Lynn, Norfolk, Egyesült Királyság) használták a Photosystem II rendszer paramétereinek elemzésére: teljes komplementer terület (terület), az elsődleges fotokémia maximális kvantumhozama (t = 0-nál) ( Fv/Fm), az abszorpciós fluxus reakcióközpontja (RC/ABS), a rögzített energiaáramlás reakcióközpontja (t = 0-nál) (RC/TRo), elektrontranszport-áramlás egy reakcióközpontonként (t = 0-nál) (ETo/RC) és egy szétszórt energiaáramlás reakcióközpont (t = 0-nál) (RC/Dio) 25, 26 .
Áramlási citometria
Mikroszkópos elemzések
Adatelemzés
A biomassza százalékos arányát, a fotoszintézist, a sejtméretet, a sejtek szemcsézettségét, az észteráz aktivitást, az oxidatív stresszt és a membrán permeabilitását az AgNP, a tömeges Ag és az ionos Ag minden koncentrációjára normalizáltuk a kontroll csoportra. Az adatokat Dunnett-teszt és a p 35-ös, valamint a polimerrel bevont AgNP 36-os különbségek felhasználásával elemeztük .
A Chlamydomonas reinhardtii biomassza hatnapos ezüst nanorészecskék (AgNP) expozíció után. A sávok hat ismétlés átlagának szórását jelentik. A csillagok (*) szignifikánsan eltérő értékeket jeleznek a kontrollértékekhez képest (p 37, a 38, 39 reakcióközpont inaktiválása és hozzájárulás a QA nagyobb Q-csökkenéshez a II fotoszisztémában 39). A terület volt a legérzékenyebb végpont a fotoszintetikus végpontok között (táblázat: Míg az algák fotoszintézisét az AgNP-vel kezelt talajokra vonatkozó korábbi vizsgálatokban nem értékelték, néhány tanulmány a C. reinhardtii fotoszintetikus gátlásáról számolt be szén-dioxiddal bevont AgNP 1, kilenc AgNP bevonatú 21 típusú és más AgNP válaszként 40, 41 folyékony közegben.
A Chlamydomonas reinhardtii sejtmorfológiája (mérete és szemcsézete) hat napig tartó ezüst nanorészecskéknek (AgNP) való kitettség után. A sávok az átlag szórását jelentik (n = 6-12). ( A ) Áramlási citometriás hisztogram és ( B ) Áramlási citometria kontúr görbe. A csillagok (*) olyan eredményeket jeleznek, amelyek jelentősen eltérnek a kontroll eredményeitől (p
A Chlamydomonas reinhardtii fénymikroszkópos felvételei hat napig tartó ezüst nanorészecskéknek (AgNP) való kitettség után. ( A ) C. reinhardtii kezeletlen talajon adszorbeálva, B ) A C. reinhardtii 50 mg AgNP-vel kezelt talajon/kg, C ) A C. reinhardtii kezeletlen talajkivonatokban szuszpendálva, D ) C. reinhardtii 50 mg AgNP-ben/kg kezelt talajkivonatban szuszpendálva, E ) C. reinhardtii kezeletlen talajkivonatokban szuszpendálva nigrosin festés után és ( F ) C. reinhardtii 50 mg AgNP/kg kezelt talajkivonatban szuszpendálva nigrosin festés után. A fekete nyilak a talaj részecskéit jelzik. A kék nyilak nyálkás eseteket jeleznek.
Teljes méretű kép
Elektronmikroszkóp képek Chlamydomonas reinhardtii terepi emissziójával hat napig tartó ezüst nanorészecskék (AgNP) expozíció után. ( A ) C. reinhardtii kezeletlen talajon adszorbeálva, B ) C. reinhardtii adszorbeálva 20 mg AgNP-vel kezelt talajon/kg, ( C ) A C. reinhardtii 50 mg AgNP-vel kezelt talajon/kg, D ) A C. reinhardtii kezeletlen talajkivonatokban szuszpendálva, E ) A C. reinhardtii 20 mg AgNP-ben/kg kezelt talajkivonatban szuszpendálva és ( F ) A C. reinhardtii 50 mg AgNP/kg kezelt talajkivonatban szuszpendálva. A kék nyilak az algafalból készült nyálkás hüvelyeket, a vörös nyilak pedig a nyálkás hüvely töredékeit jelzik.
Teljes méretű kép
A Chlamydomonas reinhardtii képek elektronemissziós elektronmikroszkópos (FE-TEM) képei és energia-diszperzív röntgenspektroszkópos detektorai (EDX) 50 mg AgNP/kg-mal kezelt talajban. ( A ) FE-TEM. ( B ) Az EDX képek Ag, S, C, N és O elemi eloszlását mutatják egy piros pontozott négyzetben, amelyet az A panel kibővített FE-TEM mikrográfja rajzolt. C ) Az EDX spektrum elemanalízist mutat (C, N, O, S és Ag, a sárga csúcsok fölött kék körökkel jelezve). Sárga pontozott téglalap jelzi az Ag jelenlétét C. reinhardtii-ben .
Teljes méretű kép
Az AgNP talajok hatása az algamembrán permeabilitására, az észteráz aktivitására és az oxidatív stresszre
Sejtmembrán permeabilitás ( A a B ), észteráz aktivitás ( C a D ) és oxidatív stressz ( E a F ) Chlamydomonas reinhardtii hat napos ezüst nanorészecskéknek (AgNP) való expozíció után. A sávok az átlag szórását jelentik (n = 6-12). A csillagok (*) olyan eredményeket jeleznek, amelyek jelentősen eltérnek a kontroll eredményeitől (p PVP-vel bevont AgNP-k> Ag részecskék mikrorészecskék 58, 59. Jelezték, hogy a toxicitás mechanizmusa az Ag nano-ból oldott relatív felület és Ag-ionok., az AgNP-vel kezelt talaj és az 50 mg Ag/kg és 30 mg Ag ion/kg talajkivonatokban szuszpendált C. reinhardtii nyálkahártya nem oldódott fel szignifikánsan, az Ag ion-toxicitásra való érzékenység magasabb volt, míg az Ag-tömeggel szembeni érzékenység nagyobb volt A toxicitás alacsonyabb volt. Ezért arra a következtetésre jutunk, hogy a C. reinhardtii toxicitása az AgNP-vel kezelt talajban kizárólag a részecskemérettől (nano) és általában nem az Ag-tól függ.
következtetések
Végül az AgNP számos mérhető hatással rendelkezik a C. reinhardtii talajalgákra a talajközegben: (i) nyálkahártya-termelés, (ii) biomassza-gátlás, (iii) a fotoszintetikus aktivitás részleges gátlása, (iv) a sejtméret növekedése, ( v) a sejtméret membránáteresztő képességének növekedése és (vi) Ag jelenléte az algasejtekben. Mivel az AgNP termelése és fogyasztása folyamatosan növekszik, fontos tisztázni az AgNP folyamatos környezetbe történő kibocsátásának lehetséges következményeit. Így a jelen tanulmány egy új és hatékony módszert mutat be a nanoanyagok talajalgákra gyakorolt toxicitásának értékelésére.
köszönöm
Ezt a kutatást egy tudományos alapkutatási program támogatta a Koreai Nemzeti Kutatási Alapítvány (NRF) révén, amelyet a Tudományos, IKT- és Jövőtervezési Minisztérium finanszírozott (2016R1A2B3010445). Ezt a munkát a Koreai Környezetvédelmi és Technológiai Intézet (KEITI) is támogatta a Koreai Környezetvédelmi Minisztérium (MOE) által finanszírozott "Kémiai balesetek megelőzésének fejlesztési projektje" révén (2016001970001 sz.). Köszönetet mondunk a Koreai Tudományos Intézetnek (KBSI) az FE-TEM, a felületi elemző, az FE-SEM, az EDX és az ICP-MS elemzésekért. Külön köszönet Miri Choi-nak és Myeong Seon Jeong-nak az FE-TEM elemzésében nyújtott segítségükért.
Elektronikus kiegészítő anyag
További információ
Hozzászólások
Megjegyzés beküldésével vállalja, hogy betartja Általános Szerződési Feltételeinket és közösségi irányelveinket. Ha ezt sértő cselekedetnek találja, amely nem felel meg feltételeinknek vagy irányelveinknek, kérjük, jelölje meg nem megfelelőnek.