Forskere sporer nanopartikler fra planter til larver

I en af ​​de mest omfattende laboratorieundersøgelser af sin art, Rice University-forskere sporede optagelsen og akkumuleringen af ​​kvanteprik-nanopartikler fra vand til planterødder, planteblade og bladædende larver.

Studiet, en af ​​de første til at undersøge, hvordan nanopartikler bevæger sig gennem menneskerelevante fødekæder, fandt, at ophobning af nanopartikler i både planter og dyr varierede betydeligt afhængigt af typen af ​​overfladebelægning påført partiklerne. Forskningen er tilgængelig online i American Chemical Societys tidsskrift Miljøvidenskab og -teknologi .

"Med industriel brug af nanopartikler i stigning, der er stigende spørgsmål om, hvordan de bevæger sig gennem miljøet, og om de kan ophobes i høje niveauer i planter og dyr, som mennesker spiser, " sagde undersøgelsens medforfatter Janet Braam, professor og formand for Institut for BioSciences på Rice.

Braam og kolleger undersøgte optagelsen af ​​fluorescerende kvanteprikker ved Arabidopsis thaliana , en ofte undersøgt planteart, der er en slægtning til sennep, broccoli og grønkål. I særdeleshed, holdet så på, hvordan forskellige overfladebelægninger påvirkede, hvordan kvanteprikker bevægede sig fra rødder til blade, samt hvordan partiklerne akkumulerede i blade. Holdet undersøgte også, hvordan kvanteprikker opførte sig, når larver kaldte kålsløjfer ( Trichoplusia ni ) fodret med planteblade indeholdende kvanteprikker.

"Indvirkningen af ​​nanopartikeloptagelse på planterne selv og på planteædere, der lever af dem, er et åbent spørgsmål, " sagde undersøgelsens første forfatter Yeonjong Koo, en postdoc-forsker i Braams laboratorium. "Meget lidt arbejde er blevet gjort på dette område, især i landplanter, som er hjørnestenen i menneskelige fødenet."

Nogle toksiner, som kviksølv og DDT, har tendens til at akkumulere i højere koncentrationer, når de bevæger sig op i fødekæden fra planter til dyr. Det er uvist, om nanopartikler også kan være genstand for denne proces, kendt som biomagnifikation.

Mens der er hundredvis af typer af nanopartikler i brug, Koo valgte at studere kvanteprikker, submikroskopiske bidder af halvledere, der lyser stærkt under ultraviolet lys. De fluorescerende partikler - som indeholdt cadmium, selen, zink og svovl - kunne nemt måles og afbildes i testene. Ud over, holdet behandlede overfladen af ​​kvanteprikkerne med tre forskellige polymerbelægninger - en positivt ladet, en negativt ladet og en neutral.

"I industrielle applikationer, nanopartikler er ofte belagt med en polymer for at øge opløseligheden, forbedre stabiliteten, forbedre egenskaber og af andre årsager, " sagde undersøgelsens medforfatter Pedro Alvarez, professor og formand for Rice's Institut for Byggeri og Miljø. "Vi forventer, at overfladebelægninger spiller en væsentlig rolle i, om og hvordan nanomaterialer kan akkumuleres i fødevæv."

Tidligere laboratorieundersøgelser havde antydet, at de neutrale belægninger kunne få nanopartiklerne til at samle sig og danne klumper, der var så store, at de ikke let ville flytte fra en plantes rødder til dens blade. Eksperimenterne bar det ud. Af de tre partikeltyper, kun dem med ladede belægninger bevægede sig let gennem planterne, og kun de negativt ladede partikler undgik helt at klumpe. Undersøgelsen fandt også, at typen af ​​belægning påvirkede planternes evne til at nedbryde biologisk, eller bryde sammen, kvanteprikkerne.

Koo og kolleger fandt, at larver, der fodrede på planter, der indeholdt kvanteprikker, tog mindre på i vægt og voksede langsommere end larver, der fodrede med ubesmittede blade. Ved at undersøge larvens ekskrementer, forskerne var også i stand til at vurdere, om cadmium, selen og intakte kvanteprikker kan ophobes i dyrene. Igen, belægningen spillede en vigtig rolle.

"Vores test var ikke specifikt designet til at måle bioakkumulation i larver, men de data, vi indsamlede, tyder på, at partikler med positivt ladede belægninger kan akkumulere i celler og udgøre en risiko for bioakkumulering, " sagde Koo. "Baseret på vores resultater, flere tests bør udføres for at bestemme omfanget af denne risiko under et bredere sæt af økologiske forhold."