Рентгеновские лучи раскрывают поглощение наночастиц растениями сои

Учёные впервые проследили за наночастицами, поглощёнными сельскохозяйственными растениями из почвы, и проанализировали химическое состояние их металлических элементов. Было показано, что цинк растворяется и накапливается во всём растении, тогда как элемент церий не растворялся в растительной ткани. Результаты вносят вклад в спорные дебаты о токсичности наночастиц для растений и о том, могут ли искусственные наночастицы попадать в пищевую цепь. Исследование было опубликовано 6 февраля 2013 года в журнале ACS Nano.

Международная команда под руководством Хорхе Гардеа-Торресдея из Техасского университета в Эль-Пасо сосредоточилась на растениях сои (glycine max) — пятой по величине культуре в мировом сельскохозяйственном производстве. Почву, в которой росли растения, смешали с наночастицами оксида цинка (ZnO) и диоксида церия (CeO₂, наноцерия), которые широко используются в промышленности.

После выращивания растений до зрелости в теплицах распределение цинка и церия в растениях изучили с помощью микроскопических синхротронных рентгеновских пучков в ESRF и SSRL. Это позволило определить химическую форму металлов: остались ли они частью наночастиц или растворились и связались с тканью растения.

Результаты:

• Церий был обнаружен не только в клубеньках у почвы, но и достиг стручков. Спектральный анализ показал, что церий в клубеньках и стручках находился в том же химическом состоянии, что и в наночастицах. Однако часть церия изменила степень окисления с Ce(IV) на Ce(III), что может изменять химическую реакционную способность наночастиц.
• Цинк был обнаружен в клубеньках, стеблях и стручках в концентрациях выше, чем в контрольной группе растений. Спектральный анализ не показал присутствия цинка в растениях в форме наночастиц ZnO, что означает биотрансформацию цинка. Спектры предполагают, что органические кислоты в растениях, такие как цитрат, являются вероятными лигандами для цинка.

Выводы и значение:

• Наночастицы CeO₂ могут поглощаться пищевыми культурами из почвы. Церий не имеет химического партнёра в растительной ткани и не биотрансформируется в сое, но всё же достигает пищевой цепи и следующего поколения растений сои.
• Попадание искусственных наночастиц в пищевую цепь — процесс накопительный. Допустимые уровни сегодня могут стать опасными завтра.
• Исследование вызывает обеспокоенность в связи с использованием очищенных сточных вод для орошения сельхозкультур по всему миру, что может стать путём попадания потенциально опасных частиц в организм, если содержание воды не контролируется жёстче.