Оценка биобезопасности наноструктурных минералов, разработанных для применения в качестве удобрений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Природные цеолиты эффективно используются в качестве удобрений, субстратов и носителей для пестицидов, а также сорбентов при восстановлении загрязненных почв. Поскольку наноструктурные минералы обладают уникальными физико-химическими свойствами, прежде чем использовать их на практике, они должны быть проверены на наличие токсичности и генотоксичности. Впервые нами проведена проверка мутагенных и антимутагенных свойств наноструктурной водно-цеолитной суспензии с использованием 2-х бактериальных тест-систем: теста Эймса и SOS-lux теста. Согласно полученным данным, наноструктурная водно-цеолитная суспензия не обладает мутагенной активностью в исследованном диапазоне концентраций (0,75–400 мкг/мл). Для оценки антимутагенной активности наноструктурной водно-цеолитной суспензии выбраны различные типы мутагенов: митомицин С, этилметансульфонат, 2,4-динитрофенилгидразин, а также ДНК-повреждающие агенты – офлоксацин и перекись водорода. Показан значительный антимутагенный эффект наноструктурной водно-цеолитной суспензии в концентрации 200 мкг/мл в отношении митомицина С в SOS-lux тесте (ингибирование мутагенной активности составило 50,0%) и 2,4-динитрофенилгидразина в тесте Эймса (ингибирование – 62,0%). Для остальных мутагенов отмечен слабый антимутагенный эффект (17,0% для этилметансульфоната), а в отношении офлоксацина и перекиси водорода антимутагенный эффект отсутствует. Различия в антимутагенном эффекте можно объяснить тем, что цеолиты отрицательно заряжены, поэтому могут захватывать только положительные (или нейтральные) молекулы. Следовательно, антимутагенный эффект наноструктурной водно-цеолитной суспензии будет зависеть от заряда молекулы мутагена. На основании полученных результатов можно считать наноструктурную водно-цеолитную суспензию безопасной для окружающей среды, что позволяет использовать ее по агропромышленному назначению в качестве удобрения при выращивании сельскохозяйственных культур.

Об авторах

И. А. Дегтярева

Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук»

Email: peace-1963@mail.ru

Э. В. Бабынин

Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук»

Email: edward.b67@mail.ru

Е. А. Прищепенко

Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук»

Email: pea77@list.ru

Список литературы

  1. Khan M. N., Mobin M., Abbas Z. K., AlMutairi K. A., Siddiqui Z. H. Role of nanomaterials in plants under challenging environments // Plant Physiology and Biochemistry. 2017. Vol. 110. P. 194-209. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2016.05.038.
  2. Usman M., Farooq M., Wakeel A., Nawaz A., Cheema S. A., Rehman H. U., et al. Nanotechnology in agriculture: current status, challenges and future opportunities // Science of the Total Environment. 2020. Vol. 721. P. 137778. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137778.
  3. Sanzari I., Leone A., Ambrosone A. Nanotechnology in plant science: to make a long story short // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2019. Vol. 7. https://doi.org/10.3389/fbioe.2019.00120.
  4. van Dijk M., Meijerink G. W. A review of food security scenario studies: gaps and ways forward. In: The food puzzle: pathways to securing food for all. Wageningen UR, 2014. P. 30-32.
  5. Manjaiah K. M., Mukhopadhyay R., Paul R., Datta S. C., Kumararaja P., Sarkar B. Clay minerals and zeolites for environmentally sustainable agriculture. In: Modified clay and zeolite nanocomposite materials. The Netherlands, 2019. P. 309-329. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814617-0.00008-6.
  6. Mumpton F. A. La roca magica: uses of natural zeolites in agriculture and industry // Proceedings of the National Academy of Sciences. 1999. Vol. 96, no. 7. P. 3463-3470. https://doi.org/10.1073/pnas.96.7.3463.
  7. Oliveira C. R., Rubio J. Adsorption of ions onto treated natural zeolite // Materials Research. 2007. Vol. 10, no. 4. https://doi.org/10.1590/S1516-14392007000400014.
  8. Chinnamuthu C. R., Boopathi P. M. Nanotechnology and agroecosystem // Madras Agricultural Journal. 2009. Vol. 96, no. 1-6. P. 17-31.
  9. Arora S., Rajwade J. M., Paknikar K. M. Nanotoxicology and in vitro studies: the need of the hour // Toxicology and Applied Pharmacology. 2012. Vol. 258, no. 2. P. 151-165. https://doi.org/10.1016/j.taap.2011.11.010.
  10. Lin D., Xing B. Root uptake and phytotoxicity of ZnO nanoparticles // Environmental Science and Technology. 2008. Vol. 42, no. 15. P. 5580-5585. https://doi.org/10.1021/es800422x.
  11. Petushkov A., Ndiege N., Salem A. K., Larsen S. C. Toxicity of silica nanomaterials: zeolites, mesoporous silica, and amorphous silica nanoparticles // Advances in Molecular Toxicology. 2010. Vol. 4. P. 223-266. https://doi.org/10.1016/S1872-0854(10)04007-5.
  12. Tarafdar J. C., Xiang Y., Wang W.-N., Dong Q., Biswas P. Standardization of size, shape and concentration of nanoparticle for plant application // Applied Biological Research. 2012. Vol. 14, no. 2. P. 138-144.
  13. Дегтярева И. А., Бабынин Э. В., Мотина Т. Ю., Давлетшина А. Я., Яппаров И. А. Оценка мутагенных и антимутагенных свойств наноструктурного фосфорита - компонента комплексного удобрения // Агрохимический вестник. 2019. N 1. С. 41-45. https://doi.org/10.24411/0235-2516-2019-10010.
  14. Degtyareva I. A., Ezhkova A. M., Yapparov A. Kh., Yapparov I. A., Ezhkov V. O., Babynin E. V., et al. Production of nano-bentonite and the study of its effect on mutagenesis in bacteria Salmonella typhimurium // Nanotechnologies in Russia. 2016. Vol. 11, no. 9-10. P. 663-670. https://doi.org/10.1134/S1995078016050050.
  15. Дурнев А. Д., Суслова Т. Б., Черемисина З. П., Дубовская О. Ю., Нигарова Э. А., Коркина Л. Г.. Исследование мутагенного действия пыли природных цеолитов и хризотил-асбеста // Экспериментальная онкология. 1990. Т. 12. N 2. С. 21-24.
  16. Ilgren E. B., Brena M. O., Larragoitia J. C., Navarrete G. L., Berna A. F., Krauss E., et al. A reconnaissance study of a potential emerging Mexican mesothelioma epidemic due to fibrous zeolite exposure // Indoor and Built Environment. 2008. Vol. 17, no. 6. P. 496-515. https://doi.org/10.1177/1420326X08096610.
  17. Pavelic K., Hadzija M. Medical applications of zeolites. In: Handbook of zeolite science and technology. New York, 2003. P. 1143-1174.
  18. Bunn W. B., Bender J. R., Hesterberg T. W., Chase G. R., Konzen J. L. Recent studies of manmade vitreous fibers. Chronic animal inhalation studies // Journal of Occupational Medicine. 1993. Vol. 35, no. 2. P. 101-113. https://doi.org/10.1097/00043764-199302000-00009.
  19. Maron D. M., Ames B. N. Revised methods for the Salmonella mutagenicity test // Mutation Research. 1983. Vol. 113, no. 3-4. P. 173-215. https://doi.org/10.1016/0165-1161(83)90010-9.
  20. Evandri M. G., Battinelli L., Daniele C., Mastrangelo S., Bolle P., Mazzanti G. The antimutagenic activity of Lavandula angustifolia (lavender) essential oil in the bacterial reverse mutation assay // Food and Chemical Toxicology. 2005. Vol. 43, no. 9. P. 1381-1387. https://doi.org/10.1016/j.fct.2005.03.013.
  21. Cooper D. L., Lovett S. T. Toxicity and tolerance mechanisms for azidothymidine, a replication gap-promoting agent, in Escherichia coli // DNA Repair (Amst). 2011. Vol. 10, no. 3. P. 260-270.
  22. Caldini G., Trotta F., Villarini M., Moretti M., Pasquini R., Scassellati-Sforzolini G., et al. Screening of potential lactobacilli antigenotoxicity by microbial and mammalian cell-based tests // International Journal of Food Microbiology. 2005. Vol. 102, no. 1. P. 37-47. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmi-cro.2004.11.015.
  23. Tagu D., Le Trionnaire G., Tanguy S., Gauthier J.-P., Huynh J.-R. EMS mutagenesis in the pea aphid Acyrthosiphon pisum // G3 Genes, Genomes, Genetics. 2014. Vol. 4, no. 4. P. 657-667. https://doi.org/10.1534/g3.113.009639.
  24. Abraham L. M., Selva D., Casson R., Leibovitch I. Mitomycin: clinical applications in ophthalmic practice // Drugs. 2006. Vol. 66, no. 3. P. 321-340. https://doi.org/10.2165/00003495-200666030-00005.
  25. Valverde M., Lozano-Salgado J., Fortini P., Rodriguez-Sastre M. A., Rojas E., Dogliotti E. Hydrogen peroxide-induced DNA damage and repair through the differentiation of human adipose-derived mesenchymal stem cells // Stem Cells International. 2018. P. 1615497. https://doi.org/10.1155/2018/1615497.
  26. Parodi S., De Flora S., Cavanna M., Pino A., Robbiano L., Bennicelli C., et al. DNA-damaging activity in vivo and bacterial mutagenicity of sixteen hydrazine derivatives as related quantitatively to their carcinogenicity // Cancer Research. 1981. Vol. 41, no. 4. P. 1469-1482.
  27. Amarh V., Arthur P. K. DNA double-strand break formation and repair as targets for novel antibiotic combination chemotherapy // Future Science OA. 2019. Vol. 5, no. 8. P. FSO411. https://doi.org/10.2144/fsoa-2019-0034.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


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».