ekipЭкология и промышленность РоссииEcology and Industry of Russia1816-03952413-6042ООО "Калвис"10.18412/1816-0395-2021-4-61-65ekip-1775Research ArticleАНАЛИЗ. МЕТОДИКИ. ПРОГНОЗЫANALYSIS. METHODS. PROGNOSISOценка экотоксичности наночастиц медиAssessment of Ecotoxicity of Copper NanoparticlesТимошенкоА.Н.TimoshenkoA.N.

канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

Cand. Sci. (Biol.), Senior Research Fellow

podpiska@kalvis.ruКолесниковС.И.KolesnikovS.I.

д-р с.-х. наук, профессор

podpiska@kalvis.ruВардуниВ.М.VarduniV.M.

аспирант

Post-graduate Student

podpiska@kalvis.ruТер-МисакянцТ.А.Ter-MisakyantsT.A.

канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

Cand. Sci. (Biol.), Senior Research Fellow

podpiska@kalvis.ruНеведомаяЕ.Н.NevedomayaE.N.

канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

Cand. Sci. (Biol.), Senior Research Fellow

podpiska@kalvis.ruКазеевК.Ш.KazeevK.Sh.

д-р геогр. наук, профессор

Dr. Sci. (Geogr.), Professor

podpiska@kalvis.ruАкадемия биологии и биотехнологий Южного федерального университетаРоссияAcademy of Biology and Biotechnology D.I. Ivanovsky Southern Federal UniversityRussian Federation2021160420212546165Copyright © ООО "Калвис", 20212021ООО "Калвис"ООО "Калвис"https://www.ecology-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.ecology-kalvis.ru/jour/article/view/1775

Представлена оценка экотоксичности наночастиц Cu и CuO по биологическим показателям состояния почвы как центрального биогеохимического звена наземных экосистем. Исследовали почвы, существенно различающиеся по свойствам, определяющим их устойчивость к загрязнению тяжелыми металлами: чернозем обыкновенный, серопески и бурую лесную почву. Загрязнение наночастицами Cu и CuO приводило к ухудшению биологических свойств почв. Наблюдалось достоверное снижение всех исследованных биологических показателей. Достоверных случаев гормезиса зафиксировано не было. Наночастицы CuO меди проявили большую экотоксичность, чем микрочастицы CuO. По степени устойчивости к загрязнению наночастицами Cu исследованные почвы образовали следующий ряд: чернозем обыкновенный > бурые лесные почвы > серопески. Легкий гранулометрический состав серопесков и кислая реакция среды бурых лесных почв, а также низкое содержание в этих почвах органического вещества способствуют высокой подвижности, а, следовательно, и высокой экотоксичности меди в этих почвах. Наночастицы CuO в меньшей степени повлияли на биологическое состояние чернозема обыкновенного, чем наночастицы Cu.

An assessment of the ecotoxicity of Cu nanoparticles and CuO was carried out on biological indicators of soil condition as the central biogeochemical link of terrestrial ecosystems. They studied soils that differ significantly in the properties that determine their resistance to pollution by heavy metals: common chernozem, seropesky and brown forest soil. Contamination with Cu and CuO nanoparticles led to a deterioration in the biological properties of soils. There was a significant decrease in all the biological indicators studied. No reliable cases of gormesis were recorded. Nanoparticles of CuO of copper showed big ecotoxicity, than CuO microparticles. According to the degree of resistance to contamination with Cu nanoparticles, the studied soils formed the following series: common chernozem > brown forest soils > seropesky. The light particle size distribution of seropescus and the acidic reaction of the environment of brown forest soils, as well as the low content of organic matter in these soils, contribute to the high mobility, and therefore high ecotoxicity, of copper in these soils. CuO nanoparticles affected the biological state of common chernozem to a lesser extent than Cu nanoparticles.

наночастицызагрязнениемедьбиотестированиенормированиеустойчивостьпочвыnanoparticlescontaminationcopperbiotestingrationingstabilitysoilsReferencesBondarenko O., Juganson K., Ivask A., Kasemets K., Mortimer M., Kahru A. Toxicity of Ag, CuO and ZnO nanopar-ticles to selected environmentally relevant test organisms and mammalian cells in vitro: a critical review. Arch. Toxicol. 2013. Vol. 87. P. 1181—1200.Bondarenko O., Juganson K., Ivask A., Kasemets K., Mortimer M., Kahru A. Toxicity of Ag, CuO and ZnO nanopar-ticles to selected environmentally relevant test organisms and mammalian cells in vitro: a critical review. Arch. Toxicol. 2013. Vol. 87. P. 1181—1200.Колесников С.И., Тимошенко А.Н., Казеев К.Ш., Акименко Ю.В., Мясникова М.А. Оценка экотоксичности наночастиц меди, никеля и цинка по биологическим показателям чернозема. Почвоведение. 2019. № 8. С. 986—992.Колесников С.И., Тимошенко А.Н., Казеев К.Ш., Акименко Ю.В., Мясникова М.А. Оценка экотоксичности наночастиц меди, никеля и цинка по биологическим показателям чернозема. Почвоведение. 2019. № 8. С. 986—992.Zhao S., Su X., Wang Y., Yang X., Bi M., He Q., Chen Y. Copper Oxide Nanoparticles Inhibited Denitrifying Enzymes and Electron Transport System Activities to Influence Soil Denitrification and N2O Emission. Chemosphere. 2020. № 245. P. 125394. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.125394.Zhao S., Su X., Wang Y., Yang X., Bi M., He Q., Chen Y. Copper Oxide Nanoparticles Inhibited Denitrifying Enzymes and Electron Transport System Activities to Influence Soil Denitrification and N2O Emission. Chemosphere. 2020. № 245. P. 125394. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.125394.Ingle A.P., Duran N., Rai M. Bioactivity, mechanism of action, and cytotoxicity of copper-based nanoparticles: a review. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2014. No. 98. P. 1001—1009.Ingle A.P., Duran N., Rai M. Bioactivity, mechanism of action, and cytotoxicity of copper-based nanoparticles: a review. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2014. No. 98. P. 1001—1009.Simonin M., Richaume A. Impact of engineered nanoparticles on the activity, abundance, and diversity of soil microbial communities: a review. Environmental Science and Pollution Research. 2015. Vol. 22. No. 18. P. 13710—13723.Simonin M., Richaume A. Impact of engineered nanoparticles on the activity, abundance, and diversity of soil microbial communities: a review. Environmental Science and Pollution Research. 2015. Vol. 22. No. 18. P. 13710—13723.Tanha E.Y., Fallah S., Rostamnejadi A., Lok P. Particle size and concentration dependent toxicity of copper oxide nanoparticles (CuONPs) on seed yield and antioxidant defense system in soil grown soybean (Glycine max cv. Kowsar). Science of The Total Environment. 2020. No. 9. DOI: 10.1016/j.scitotenv. 2020.136994.Tanha E.Y., Fallah S., Rostamnejadi A., Lok P. Particle size and concentration dependent toxicity of copper oxide nanoparticles (CuONPs) on seed yield and antioxidant defense system in soil grown soybean (Glycine max cv. Kowsar). Science of The Total Environment. 2020. No. 9. DOI: 10.1016/j.scitotenv. 2020.136994.Kolesnikov S.I., Kazeev K.S., Akimenko Y.V. Development of regional standards for pollutants in the soil using biological parameters. Environmental Monitoring and Assessment. 2019. V. 191. No. 9. Article number 544.Kolesnikov S.I., Kazeev K.S., Akimenko Y.V. Development of regional standards for pollutants in the soil using biological parameters. Environmental Monitoring and Assessment. 2019. V. 191. No. 9. Article number 544.Kolesnikov S.I., Timoshenko A.N., Kazeev K.S., Akimenko Y.V., Soldatov A.V. Comparison of ecotoxicity of nickel and iron oxides and their nanoforms. Rasayan Journal of Chemistry. 2019. Vol. 12. No. 2. P. 549—553. DOI: 10.31788/RJC.2019.1225058.Kolesnikov S.I., Timoshenko A.N., Kazeev K.S., Akimenko Y.V., Soldatov A.V. Comparison of ecotoxicity of nickel and iron oxides and their nanoforms. Rasayan Journal of Chemistry. 2019. Vol. 12. No. 2. P. 549—553. DOI: 10.31788/RJC.2019.1225058.Колесников С.И., Тлехас З.Р., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Изменение биологических свойств почв Адыгеи при химическом загрязнении. Почвоведение. 2009. № 12. С. 1499—1505.Колесников С.И., Тлехас З.Р., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Изменение биологических свойств почв Адыгеи при химическом загрязнении. Почвоведение. 2009. № 12. С. 1499—1505.Jin L., Son Y., DeForest J.L., Kang Y.J., Kim W., Chung H. Single-walled carbon nanotubes alter soil microbial community composition. Sci. Total Environ. 2014. Vol. 466. P. 533—538.Jin L., Son Y., DeForest J.L., Kang Y.J., Kim W., Chung H. Single-walled carbon nanotubes alter soil microbial community composition. Sci. Total Environ. 2014. Vol. 466. P. 533—538.Dimkpa C.O., McLean J.E., Britt D.W., Johnson W.P., Arey B., Lea A.S., Anderson A.J. Nanospecific inhibition of pyoverdine siderophore production in Pseudomonas chlororaphis O6 by CuO nanoparticles. Chem. Res. Toxicol. 2012. Vol. 25. No. 5. P. 1066—1074.Dimkpa C.O., McLean J.E., Britt D.W., Johnson W.P., Arey B., Lea A.S., Anderson A.J. Nanospecific inhibition of pyoverdine siderophore production in Pseudomonas chlororaphis O6 by CuO nanoparticles. Chem. Res. Toxicol. 2012. Vol. 25. No. 5. P. 1066—1074.Li X., Yang Y., Jia L., Chen H., Wei X. Zinc-induced oxidative damage, antioxidant enzyme response and proline metabolism in roots and leaves of wheat plants. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2013. No. 89. Р. 150—157.Li X., Yang Y., Jia L., Chen H., Wei X. Zinc-induced oxidative damage, antioxidant enzyme response and proline metabolism in roots and leaves of wheat plants. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2013. No. 89. Р. 150—157.Levard C., Hotze E.M., Lowry G.V., Brown G.E., Jr. Environmental transformations of silver nanoparticles: impact on stability and toxicity. Environ Sci Technol. 2012. Vol. 46. No. 13. P. 6900—6914.Levard C., Hotze E.M., Lowry G.V., Brown G.E., Jr. Environmental transformations of silver nanoparticles: impact on stability and toxicity. Environ Sci Technol. 2012. Vol. 46. No. 13. P. 6900—6914.Yadav G., Shrivastava P.K., Singh V.P., Prasad S.M. The intensity of light changes the degree of arsenic toxicity in seedlings Helianthus annuus L. Biological Trace Element Research. 2014. No. 158. P. 410—421.Yadav G., Shrivastava P.K., Singh V.P., Prasad S.M. The intensity of light changes the degree of arsenic toxicity in seedlings Helianthus annuus L. Biological Trace Element Research. 2014. No. 158. P. 410—421.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.