مقايسه سميت ذرات اكسيد روي نانو و بالك بر رشد گياه شنبليله (Trigonella foenum-graceum) در شرايط گلخانه

Comparison between toxicity effects of ZnO nanoparticles and their bulk on fenugreek (Trigonella foenum-graceum) growth under greenhouse environment

سابقه و هدف: كاربرد گسترده نانوذرات در زمينه‌هاي مختلف امكان ورود آن‌ها به محيط زيست را افزايش مي‌دهد. بنابراين، خاك مي‌تواند يك مخزن مهمي از نانوذرات آزاد شده به محيط باشد. با توجه به ويژگي‌هاي نانوذرات ممكن است اين تركيبات با اجزاي اكوسيستم‌ها از جمله گياهان و اجتماعات همزيست آن‌ها برهمكنش داشته باشند. بنابراين از يك طرف درك رفتار نانوذرات در خاك و گياه براي كاهش خطرات بالقوه براي محيط زيست و سلامت انسان‌ها نقش خواهد داشت و از طرف ديگر در مطالعات سميت‌شناسي نانوذرات فلزي به دليل حلاليت آن‌ها در خاك، ارزيابي مقايسه‌اي سميت آن‌ها با ساير تركيبات غير از نانو لازم است. مواد و روشها: بنابراين براي بررسي اين برهمكنش در مطالعه حاضر گياه شنبليله با غلظت‌هاي مختلف نانو ذرات اكسيد روي (125، 250، 375 و 500 ميليگرم بر كيلوگرم) در بستر شن+پرليت تيمار شدند. براي ارزيابي مقايسهاي نيز از بالك اكسيد روي نيز در غلظت‌هاي متناظر با نانو اكسيد روي استفاده شد. عدم استفاده از نانو و بالك در بستر كشت به عنوان شاهد براي هر دو آزمايش در نظرگرفته شد. هر دو آزمايش به صورت طرح كاملاً تصادفي اجرا و آناليز گرديد. از مقايسات ارتوگونال براي مقايسه تأثير نانو اكسيد روي با بالك آن استفاده شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه افزايش غلظت نانو و بالك اكسيد روي تأثير منفي بر تعداد و وزن گره‌هاي ريزوبيومي شنبليله داشته است (P<0.05). به طور واضح اثر بازدارندگي نانو اكسيد روي بر وزن گره ريزوبيومي بيشتر از بالك آن بود (P< 0.05). افزايش غلظت نانو و بالك اكسيد روي باعث افزايش غلظت روي و كاهش غلظت فسفر در ريشه و اندام هوايي شنبليله گرديد. گروه نانو اكسيد روي در مقايسه با بالك آن غلظت فسفر ريشه را به ميزان بيشتري كاهش داد. غلظت 125 ميليگرم بر كيلوگرم نانو اكسيد باعث افزايش طول ساقه ولي غلظت 375 و 500 ميليگرم بر كيلوگرم باعث كاهش طول ساقه گرديد. طول ساقه در همه غلظت‌هاي بالك كاهش نشان داد (P< 0.05). وزن خشك ريشه در غلظت 375 و 500 ميليگرم بر كيلوگرم نانو اكسيد روي و فقط در غلظت 500 ميليگرم بر كيلوگرم بالك كاهش نشان داد. بر اساس مقايسه گروهي نانو در مقابل بالك از نظر وزن خشك ريشه اختلافي مشاهده نشد، با وجود اين‌كه غلظت روي ريشه گروه نانو بيشتر از گروه بالك بود. وزن خشك اندام هوايي در غلظت 250 ميليگرم در كيلوگرم و بالاتر نانو اكسيد روي و در تمام غلظت‌هاي بالك كاهش يافت. وزن خشك اندام هوايي در گروه تيمار بالك كمتر از تيمار نانو بود و بر عكس غلظت روي اندام هوايي تيمار بالك اكسيد روي بيش‌تر از تيمار نانو اكسيد روي بود. نتيجه‌گيري: به طور كلي نتايج نشان داد برخلاف آنچه انتظار مي‌رفت سميت نانو اكسيد روي براي رشد گياه شنبليله مشابه ذرات بالك اين عنصر بود اما براي گرههاي ريزوبيومي و غلظت فسفر ريشه گياه، سميت نانوذرات اكسيد روي بيشتر از ذرات بالك بود و اين مسئله نگراني اثرات نانوذرات در اكوسيستمهاي كشاورزي را افزايش مي‌دهد.

Backgrounds and objectives: Widespread use of nanoparticles increases their release to the environment. Soil may be a major sink for released nanoparticles to the environment. These nanoparticles interact with ecosystem component specially plants and their symbiosis. Therefore understanding nanoparticles behavior in the soil and plants is essential to restrict potentially toxic effects of nanoparticles. On the other hand, due to metal nanoparticle solubility, their toxicology studies are need to comparative evaluation of their toxicity with non-nanoparticles. Material and methods: Thus we designed an experiment to investigate effect of different zinc oxide nanoparticles concentration (125, 250, 375 and 500 mg/kg) on fenugreek as a nitrogen-fixing plants that form symbiotic relationship with Sinorhizobium melliloti. For comparison between nano and bulk, the same concentrations of zinc oxide and bulk nanoparticles were applied. Control treatment for both experiment had neither zinc oxide nanoparticles and their bulk. Both experiments were conducted based on completely randomized design. Contrasts were used for comparison between nano and bulk means. Results: Results showed that increase in zinc oxide nanoparticles and their bulk had negative effect in rhizobium nodule biomass (P˂ 0.05). Apparently, inhibition effect of zinc oxide nanoparticles on rhizobium nodule biomass was more than zinc oxide bulk (P˂ 0.05). Increase in zinc oxide particles and their bulk increased Zn concentration in the root and shoot and decreased P concentration in the root and shoot (P˂ 0.05). Nano group decreased P concentration in the root more than bulk group (P˂ 0.05). Level of 125 mg/kg zinc oxide nanoparticles increased shoot length, however level of 375 and 500 mg/kg zinc oxide nanoparticles decreased shoot length (P˂ 0.05). Shoot length decreased at all level of zinc oxide bulk compared to control. Root dry weight showed reduction at level 375 and 500 mg/kg zinc oxide nanoparticles and only at level 500 mg/kg zinc oxide bulk. Contrast between nano and bulk showed that there is no significant difference, though Zn concentration in the root was more than Zn concentration in the shoot. Shoot dry weight decreased at level up to 250 mg/kg zinc oxide nanoparticles and at all level of zinc oxide bulk. Shoot dry weight at nano group was more than that of bulk group, and Zn concentration of shoot at bulk group was more than that of nano group. Conclusion: In summary, the phytotoxicity of zinc oxide particles was similar in the nano and bulk forms, but we find more toxicity of zinc oxide nano particles than their bulk for rhizobium nodules in the fenugreek plant and P concentration in the root, and this increase concerns about effects nanoparticles in agricultural ecosystems.