Dynamics of Phytotoxicity Indicators of Ordinary Chernozem when it is Contaminated with Silver Nanoparticles

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The dynamics of phytotoxicity indicators (germination and length of radish roots) of ordinary chernozem when contaminated with silver nanoparticles was studied. In laboratory conditions, ordinary chernozem was contaminated with silver nanoparticles (1, 10 and 100 mg/kg) for 3, 10, 30, 90 and 180 days. It was found that the more silver nanoparticles were introduced into the soil, the greater the decrease in germination and length of radish roots. There was no restoration of germination and length of radish roots with an increase in the period from the moment of contamination. In this study, the maximum toxic period from the moment of contamination for each indicator was identified by its sensitivity to silver nanoparticles and informativeness. The maximum toxicity of silver nanoparticles in relation to the root length and germination of radishes was noted on the 10th and 30th days, respectively. The results can be used to assess the phytotoxicity of soils contaminated with silver nanoparticles.

Full Text

Restricted Access

About the authors

N. I. Tsepina

Southern Federal University, Academy of Biology and Biotechnology

Email: loko261008@yandex.ru
Russian Federation, prodp. Stachki 194/1, Rostov-on-Don 344090

S. I. Kolesnikov

Southern Federal University, Academy of Biology and Biotechnology

Email: loko261008@yandex.ru
Russian Federation, prodp. Stachki 194/1, Rostov-on-Don 344090

T. V. Minnikova

Southern Federal University, Academy of Biology and Biotechnology

Author for correspondence.
Email: loko261008@yandex.ru
Russian Federation, prodp. Stachki 194/1, Rostov-on-Don 344090

A. S. Ruseva

Southern Federal University, Academy of Biology and Biotechnology

Email: loko261008@yandex.ru
Russian Federation, prodp. Stachki 194/1, Rostov-on-Don 344090

References

  1. Khanna V.K. Nanomaterials and their properties // Integrated Nanoelectronics. New Delhi: Springer, 2016. P. 25–41.
  2. Oliveira C.R.S., Silva Júnior A.H., Immich A.P.S., Fiates J. Use of advanced materials in smart textile manufacturing mater // Lett. 2022. V. 316. 132047. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132047
  3. Bhattacharyya A., Duraisamy P., Govindarajan M., Buhroo A.A., Prasad R. Nano-biofungicides: emerging trend in insect pest control // Adv. Applicat. Fungal Nanobiotechnol. 2016. P. 307–319. https://doi.org/10.1007/978–3–319–42990–8_15
  4. Júniora J.A.H.S., Oliveira M.P.V., Oliveira C.R.S., Júnior F.W. Reichert impacts of metallic nanoparticles application on the agricultural soils microbiota // J. Hazard. Mater. Adv. 2022. V. 7. 100103. https://doi.org/10.1016/j.hazadv.2022.100103
  5. Kaningini A.G., Nelwamondo A.M., Azizi S., Maaza M., Mohale K.C. Metal nanoparticles in agriculture: A Review of possible use // Coatings. 2022. V. 12. 1586. https://doi.org/10.3390/coatings12101586
  6. Ahmadov I.S., Ramazanov M.A., Gasimov E.K., Rzayev F.H., Veliyeva S.B. The migration study of nanoparticles from soil to the leaves of plants // Biointerface Res. Appl. Chem. 2020. V. 10. P. 6101–6111. https://doi.org/10.33263/BRIAC105.61016111
  7. Kabata-Pendias A. Trace elements in soils and plants. 4th Ed. Boca Raton, FL: Crc Pressрр, 2010. 548 p.
  8. Huang Y.N., Qian T.T., Dang F., Yin Y.G., Li M., Zhou D.M. Significant contribution of metastable particulate organic matter to natural formation of silver nanoparticles in soils // Nat. Commun. 2019. V. 10. P. 4–11. https://doi.org/10.1038/s41467-019-11643-6
  9. Yildirim D., Sasmaz A. Phytoremediation of As, Ag, and Pb in contaminated soils using terrestrial plants grown on Gumuskoy mining area (Kutahya Turkey) // J. Geochem. Explor. 2017. V. 182. P. 228–234. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2016.11.005
  10. Forstner C., Orton T.G., Wang P., Kopittke P.M., Dennis P.G. Soil chloride content influences the response of bacterial but not fungal diversity to silver nanoparticles entering soil via wastewater treatment processing // Environ. Pollut. 2019. V. 255. 113274. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113274
  11. Grün A., Straskraba S., Schulz S., Schloter M., Emmerling C. Long-term effects of environmentally relevant concentrations of silver nanoparticles on microbial biomass, enzyme activity, and functional genes involved in the nitrogen cycle of loamysoil // J. Environ. Sci. 2018. V. 69. P. 12–22. https://doi.org/10.1016/j.jes.2018.04.013
  12. Tsepina N., Kolesnikov S., Minnikova T., Timoshenko А., Kazeev K. Soil contamination by silver and assessment of its ecotoxicity // Rev. Agricult. Sci. 2022. V. 10. P. 186–205. https://doi.org/10.7831/ras.10.0_186
  13. Makama S., Piella J., Undas A. Dimmers W.J., Peters R., Puntes V.F., van den Brink N.W. Properties of silver nanoparticles influencing their uptake in and toxicity to the earthworm Lumbricus rubellus following exposure in soil // Environ. Pollut. 2016. V. 218. Р. 870–878. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.08.016
  14. Kolesnikov S., Tsepina N., Minnikova T., Kazeev K., Mandzhieva S., Sushkova S., Minkina T., Mazarji M., Singh R.K., Rajput V.D. Influence of silver nanoparticles on the biological indicators of Haplic Chernozem // Plants. 2021. V. 10. 1022. https://doi.org/ 10.3390/plants10051022
  15. Cvjetko P., Milošić A., Domijan A.-M., Vinković Vrček I., Tolić S., Peharec Štefanić P., Letofsky-Papst I., Tkalec M., Balen B. Toxicity of silver ions and differently coated silver nanoparticles in Allium cepa roots // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2017. V. 137. P. 8–28. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.11.009
  16. Thuesombat P., Hannongbua S., Akasit S., Chadchawan S. Effect of silver nanoparticles on rice (Oryza sativa L. cv. KDML 105) seed germination and seedling growth // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2014. V. 104. P. 302–309. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2014.03.022
  17. Vannini C., Domingo G., Onelli E., De Mattia F., Bruni I., Marsoni M., Bracale M. Phytotoxic and genotoxic effects of silver nanoparticles exposure on germinating wheat seedlings // J. Plant Physiol. 2014. V. 171. P. 1142–1148. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2014.05.002
  18. Yan C., Huang J., Cao C., Li R., Ma Y., Wang Y. Effects of PVP-coated silver nanoparticles on enzyme activity, bacterial and archaeal community structure and function in a yellow-brown loam soil // Environ. Sci. Pollut. Res. 2020. V. 27. P. 8058–8070. https://doi.org/10.1007/s11356-019-07347-5
  19. Ottoni C.A., Lima Neto M.C., Leo P., Ortolan B.D., Barbieri E., De Souza A.O. Environmental impact of biogenic silver nanoparticles in soil and aquatic organisms // Chemosphere. 2020. V. 239. 124698. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124698
  20. Eivazi F., Afrasiabi Z., Jose E. Pedosphere effects of silver nanoparticles on the activities of soil enzymes involved in carbon and nutrient cycling // Pedosphere. 2018. V. 28. P. 209–214. https://doi.org/10.1016/S1002-7
  21. World Reference Base for Soil Resources 2022. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th ed. International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, Austria, ISBN 979-8-9862451-1-9
  22. Michels C., Perazzoli S., Soares M. Inhibition of the enriched culture of ammonium-oxidizing bacteria by two different nanoparticles: silver and magnetite // Common. Environ. Sci. 2017. V. 586. Р. 995–1002. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.02.080
  23. Aznar R., Barahona F., Geiss O., Ponti J., Luis T.J., Barrero-Moreno J. Quantification and size characterisation of silver nanoparticles in environmental aqueous samples and consumer products by single particle-ICPMS // Talanta. 2017. V. 175. P. 200–208. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2017.07.048
  24. Kolesnikov S.I., Tsepina N.I., Sudina L.V., Minnikova T.V., Kazeev K. Sh., Akimenko Yu.V. Silver ecotoxicity estimation by the soils state biological indicators // Appl. Environ. Soil Sci. 2020. Р. 1–9. https://doi.org/10.1155/2020/1207210
  25. Дикарев А.В., Дикарев В.Г., Дикарева Н.С. Исследование фитотоксичности свинца для растений редиса и салата при выращивании на разных типах почв // Агрохимия. 2019. № 6. С. 72–80. https://doi.org/10.1134/S0002188119030050
  26. Минникова Т.В., Русева А.С., Колесников С.И., Ревина С.Ю., Гайворонский В.Г. Влияние биочара на экологическое состояние чернозема обыкновенного при загрязнении нефтью, бензином и мазутом // Агрохимия. 2022. № 9. С. 84–93. https://doi.org/10.31857/S0002188122090095
  27. Минникова Т.В., Минин Н.С., Колесников С.И., Горовцов А.В., Чистяков В.А. Оценка фитотоксичности чернозема обыкновенного при применении Bacillus sp. и биочара для стимуляции разложения пожнивных остатков озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) // Агрохимия. 2023. № 5. С. 60–69. https://doi.org/10.31857/S0002188123050058
  28. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983. 248 с.
  29. Kolesnikov S.I., Yaroslavtsev M.V., Spivakova N.A., Kazeev K.Sh. Comparative assessment of the biological tolerance of chernozems in the South of Russia towards contamination with Cr, Cu, Ni, and Pb in a model experiment // Euras. Soil Sci. 2013.V. 46. № 2. Р. 176–181.
  30. Цепина Н.И., Колесников С.И., Минникова Т.В., Русева А.С. Сравнительная оценка фитотоксичности наночастиц серебра разного размера // Агрохим. вестн. 2023. № 3. С. 80–85. https://doi.org/10.24412/1029-2551-2023-3-017
  31. Lahuta L.B., Szablinska-Piernik J., Stałanowska K., Głowacka K., Horbowicz M. The Size-Dependent effects of silver nanoparticles on germination, early seedling development and polar metabolite profile of wheat (Triticum aestivum L.) // Inter. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. Р. 13255. https://doi.org/10.3390/ijms232113255
  32. Венжик Ю.В., Мошков И.Е., Дыкман Л.А. Влияние наночастиц металлов и их оксидов на фотосинтетический аппарат растений // Изв. РАН. Сер. биол. 2021. № 2. С. 137–152. https://doi.org/10.31857/S0002332921020144
  33. Дыкман Л.А., Богатырёв В.А., Соколов О.И., Плотников В.К., Репко Н.В., Салфетников А.А. Взаимодействие наночастиц золота, серебра и магния с растительными объектами // Политемат. сетев. электр. научн. журн. Кубан. ГАУ. 2016. Т. 120. С. 675–705.
  34. Pereira S.P.P., Jesus F., Aguiar S., de Oliveira R., Fernandes M., Ranville J., Nogueira A.J.A. Phytotoxicity of silver nanoparticles to Lemna minor: Surface coating and exposure period-related effects // Sci. Total Environ. 2018. V. 618. P. 1389–1399. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.09.275
  35. Falco W.F., Scherer M.D., Oliveira S.L., Wender H., Colbeck I., Lawson T., Caires A.R.L. Phytotoxicity of silver nanoparticles on Vicia faba: Evaluation of particle size effects on photosynthetic performance and leaf gas exchange // Sci. Total Environ. 2020. V. 701. P. 134816. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134816
  36. Асанова А.А., Полонский В.И. Воздействие наночастиц серебра на фотосинтезирующие организмы // Достиж. науки и техн. АПК. 2017. Т. 31. № 8. С. 12–15.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».