Специалисты-биологи ЮФУ впервые дали оценку экотоксичности частиц серебра разного размера на основе широкого спектра представителей почвенной биоты, в том числе растений, микроорганизмов и др. Выяснилось, что в большинстве случаев частицы серебра размером 10 нм оказывают более сильное экотоксическое влияние на биологические показатели, чем частицы размером 100 и 1000 нм. Результаты работы позволят спрогнозировать риски загрязнения экосистем и использовать чувствительные организмы для мониторинга загрязнения сельскохозяйственных экосистем. Результаты также помогут ускорить переход к экологически чистому сельскому хозяйству в России.
С давних времен серебро славится своими антимикробными и регенерирующими свойствами: оно способно нейтрализовать вирусы, грибы и патогенные микробы, а также способствует быстрому заживлению ран. Сегодня этот ценный металл находит применение в противовирусных препаратах, косметической продукции, медицинских устройствах. Однако этот металл не всегда приносит пользу.
Так, в новом исследовании ученых Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ, поддержанном грантом Российского научного фонда (№ 22-74-00054), было выявлено, что, попадая в почву, серебро может навредить микроорганизмам, привести к гибели дождевых червей и даже испортить урожай. Преимущество проекта в том, что оценка экотоксичности частиц серебра разного размера на основе широкого спектра представителей почвенной биоты (растения, микроорганизмы, активность ферментов, почвенных беспозвоночных) дана впервые.
«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 наночастицами других тяжелых металлов. В связи с этим оценка экотоксичности наночастиц серебра разного размера по результатам их влияния на биоту является крайне актуальна сегодня», – рассказала руководитель гранта РНФ, к.б.н., старший научный сотрудник АБиБ ЮФУ Наталья Цепина.
Так, коллектив ученых Академии биологии и биотехнологии ЮФУ смоделировал в лабораторных условиях загрязнение серебром одной из самых плодородных почв в мире – чернозема обыкновенного. Чернозем был выбран неспроста, так как его состав напрямую влияет на безопасность продуктов питания и человека.
«Влияние наночастиц и микрочастиц серебра на почву мы изучали с помощью методов биотестирования. Исследовали отклик всхожести редиса, пшеницы и гороха, а также численности бактерий, разных ферментов (активность каталазы, дегидрогеназ, ферриредуктазы, уреазы, пероксидазы, полифенолоксидазы, инвертазы, фосфатазы), дыхания почв и выживаемости дождевых червей на загрязнение почвы наночастиц и микрочастиц серебра», – рассказала Наталья Цепина.
В ходе исследования было установлено, что экотоксичность частиц серебра зависит от их размера: в большинстве случаев частицы размером 10 нм оказывали более сильное экотоксическое влияние на биологические показатели, чем частицы размером 100 и 1000 нм. При этом различий в экотоксичности частиц серебра размером 100 и 1000 нм не было обнаружено. Однако с увеличением концентрации серебра в почве разница в воздействии частиц разного размера становилась более заметной. Так, чем выше концентрация Ag в почве (от 1 до 100 мг/кг), тем сильнее проявляется разница в экотоксичности между частицами Ag 10 нм и частицами 100 и 1000 нм.
Как подчеркивают ученые, меньшие наночастицы серебра (10 нм) оказывают более сильное экотоксическое влияние за счет того, что они обладают более выраженной способностью проникать через биологические барьеры организма, накапливаться в клетках и высвобождать ионы серебра под действием окислителей.
«Чем сильнее загрязнение почвы серебром, тем больше снижается ее плодородие. Семян проросло меньше, чем было посажено. При этом с увеличением дозы металла длина корней проросших растений (пшеница, горох, редис) уменьшалась. Это значит, что культура слабо сопротивляется загрязнению. Самой чувствительной к серебру оказалась пшеница. Изучая выживаемость дождевых червей в образцах, отмечено, что увеличение дозы серебра приводит к гибели особей», – отметила ученая.
По словам авторов, результаты данного исследования 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 диагностике 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 конкурентоспособной и экологически чистой сельскохозяйственной продукции, обеспечению продовольственной и экологической безопасности Российской Федерации.
Результаты исследования, выполненные при поддержке Российского научного фонда (проект №22-74-00054), приняты к публикации в ведущем научном журнале отрасли «Почвоведение» и будут опубликованы в 2024 году (№ 5) в статье «Оценка экотоксичности частиц серебра разного размера по биологическим показателям чернозема». Стоит отметить, что ученые продолжают работу по этому направлению и на данном этапе исследуют динамику (разные сроки от момента загрязнения) экотоксичности наночастиц серебра.
