مقایسه سمیت ذرات اکسید روی نانو و بالک بر رشد گیاه شنبلیله (Trigonella Foenumgraceum) در شرایط گلخانه

سابقه و هدف: کاربرد گسترده نانوذرات در زمینه‌های مختلف امکان ورود آن‌ها به محیط زیست را افزایش می‌دهد. بنابراین، خاک می‌تواند یک مخزن مهمی از نانوذرات آزاد شده به محیط باشد. با توجه به ویژگی‌های نانوذرات ممکن است این ترکیبات با اجزای اکوسیستم‌ها از جمله گیاهان و اجتماعات همزیست آن‌ها برهمکنش داشته باشند. بنابراین از یک طرف درک رفتار نانوذرات در خاک و گیاه برای کاهش خطرات بالقوه برای محیط زیست و سلامت انسان‌ها نقش خواهد داشت و از طرف دیگر در مطالعات سمیت‌شناسی نانوذرات فلزی به دلیل حلالیت آن‌ها در خاک، ارزیابی مقایسه‌ای سمیت آن‌ها با سایر ترکیبات غیر از نانو لازم است. مواد و روش‎ها: بنابراین برای بررسی این برهمکنش در مطالعه حاضر گیاه شنبلیله با غلظت‌های مختلف نانو ذرات اکسید روی (125، 250، 375 و 500 میلی‎گرم بر کیلوگرم) در بستر شن+پرلیت تیمار شدند. برای ارزیابی مقایسه‎ای نیز از بالک اکسید روی نیز در غلظت‌های متناظر با نانو اکسید روی استفاده شد. عدم استفاده از نانو و بالک در بستر کشت به عنوان شاهد برای هر دو آزمایش در نظرگرفته شد. هر دو آزمایش به صورت طرح کاملاً تصادفی اجرا و آنالیز گردید. از مقایسات ارتوگونال برای مقایسه تاثیر نانو اکسید روی با بالک آن استفاده شد. یافته‌ها: نتایج نشان داد که افزایش غلظت نانو و بالک اکسید روی تاثیر منفی بر تعداد و وزن گره‌های ریزوبیومی شنبلیله داشته است (p˂0.05). به طور واضح اثر بازدارندگی نانو اکسید روی بر وزن گره ریزوبیومی بیشتر از بالک آن بود (p˂ 0.05). افزایش غلظت نانو و بالک اکسید روی باعث افزایش غلظت روی و کاهش غلظت فسفر در ریشه و اندام هوایی شنبلیله گردید. گروه نانو اکسید روی در مقایسه با بالک آن غلظت فسفر ریشه را به میزان بیشتری کاهش داد. غلظت 125 میلی‎گرم بر کیلوگرم نانو اکسید باعث افزایش طول ساقه ولی غلظت 375 و 500 میلی‎گرم بر کیلوگرم باعث کاهش طول ساقه گردید. طول ساقه در همه غلظت‌های بالک کاهش نشان داد (p˂ 0.05). وزن خشک ریشه در غلظت 375 و 500 میلی‎گرم بر کیلوگرم نانو اکسید روی و فقط در غلظت 500 میلی‎گرم بر کیلوگرم بالک کاهش نشان داد. بر اساس مقایسه گروهی نانو در مقابل بالک از نظر وزن خشک ریشه اختلافی مشاهده نشد، با وجود این‌که غلظت روی ریشه گروه نانو بیشتر از گروه بالک بود. وزن خشک اندام هوایی در غلظت 250 میلی‎گرم در کیلوگرم و بالاتر نانو اکسید روی و در تمام غلظت‌های بالک کاهش یافت. وزن خشک اندام هوایی در گروه تیمار بالک کمتر از تیمار نانو بود و بر عکس غلظت روی اندام هوایی تیمار بالک اکسید روی بیش‌تر از تیمار نانو اکسید روی بود. نتیجه‌گیری: به طور کلی نتایج نشان داد برخلاف آنچه انتظار می‌رفت سمیت نانو اکسید روی برای رشد گیاه شنبلیله مشابه ذرات بالک این عنصر بود اما برای گره‎های ریزوبیومی و غلظت فسفر ریشه گیاه، سمیت نانوذرات اکسید روی بیشتر از ذرات بالک بود و این مسئله نگرانی اثرات نانوذرات در اکوسیستم‎های کشاورزی را افزایش می‌دهد.

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

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 nonnanoparticles. 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 nitrogenfixing 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.