Influence of silver nanoparticles on photosynthetic organisms | Воздействие наночастиц серебра на фотосинтезирующие организмы

English. The purpose of this work was the toxicity assessment of silver nanoparticles using photosynthetic organisms that represent different levels of biological organization. In 2014–2017 we studied toxic properties of silver nanoparticles with a nominal particle size of 18 nm and of silver ions. We used alga Chlorella vulgaris Beijer and seeds of a higher plant Avena sativa L. as photosynthetic test-organisms. Algal bioassays were performed by looking at the change of the relative index of delayed fluorescence (RIDF) and optical density (OD). Phytotoxicity of nanoparticles for plants was estimated using the germination energy, the weight of the roots and seedlings, and the length of the longest root. The EC50 value, equal to the concentration of nanoparticles, at which the values of the studied parameters decreased by 50% with respect to the control, was used as the toxicity criterion. The EC50 values of silver nanoparticles were 0.05 and 0.11 mg/L for OD and RIDF, respectively, using algal bioassays. The EC50 values for oats were 20, 13, 7 and 7 mg/L for germination energy, root and seedling weight, longest root length, respectively. The effect of silver ions in comparison with nanoparticles was stronger by two orders of magnitude for algae and by one order - for plants. The optical density of algal suspension was the most sensitive to the impact of silver nanoparticles and ions. Root was the most sensitive organ of oat sprouts to silver nanoparticles. Single-celled chlorella algae are more vulnerable to silver nanoparticles than oats.

Russian. Цель работы – оценка токсичности наночастиц серебра с помощью фотосинтезирующих организмов, представляющих разные уровни биологической организации. В 2014-2017 гг. исследовали токсические свойства наночастиц серебра размером 18 нм и ионов серебра. В качестве фотосинтезирующих тест-организмов использовали водоросль Chlorella vulgaris Beijer и семена высшего растения Avena sativa L. Токсичность наночастиц для водоросли оценивали по величине оптической плотности (ОП) и изменению относительного показателя замедленной флуоресценции (ОПЗФ) водорослевой суспензии. Токсичности наночастиц для растений оценивали по изменению энергии прорастания, массы корней и проростков, длины самого большого корешка. В качестве критерия токсичности использовали значение ЕС50, равное концентрации наночастиц, при которой величина исследуемых показателей снижались по отношению к контролю на 50%. Величины ЕС50 наночастиц серебра для водорослей по показателям ОП и ОПЗФ составили 0,05 и 0,11 мг/л соответственно. Значения ЕС50 для овса по энергии прорастания, массе корней и проростков, длине максимального корешка составили 20, 13, 7 и 7 мг/л соответственно. Воздействие ионов серебра, по сравнению с наночастицами, по отношению к водорослям оказалось сильнее на 2 порядка, по отношению к растениям – на порядок. Наиболее чувствительным показателем к действию наночастиц серебра и его ионов была ОП суспензии водоросли, а самым чувствительным органом к воздействию наночастиц серебра у проростков овса – корень. Одноклеточные водоросли хлорелла более подвержены действию наночастиц, чем растения овса.