Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzen unter Silberstress

14.11.2012
Mit Nanosilber wachsen Feuchtpflanzen schlechter – egal ob diese in Petrischalen oder im Boden kultiviert werden. Manche Pflanzen verkraften eine Silberbelastung besser als andere. Abhängig ist die Reaktion auch von der Partikelart und der Bodenstruktur.

Ist Nanosilber (AgNP) eine Gefahr für die Ökosysteme? Nanosilber zählt zu den am häufigsten verwendeten synthetisch hergestellten Nanopartikeln. Wegen seiner antimikrobiellen Eigenschaften wird es in vielen Konsumprodukten eingesetzt und gelangt so auch in die Umwelt. Laborstudien mit Reinkulturen zeigen, dass Nanomaterialien Mikroben-, Pflanzen- und Tierzellen schädigen können.


Unterschiedliche Pflanzenarten verkraften eine Silberbelastung also unterschiedlich gut. Abhängig ist diese Reaktion auch von der Partikelart und dem Entwicklungsstadium der Pflanze (Quelle: © Fredlyfish4 / wikipedia.de).

Reinkulturen sind Zellpopulationen, die durch Vermehrung einer einzelnen Zelle bzw. eines einzelnen Mikroorganismus unter Laborbedingungen erzeugt werden – unter Ausschluss jeglicher Individuen anderer Arten. Ob sich diese Ergebnisse auch auf das natürliche Ökosystem übertragen lassen, haben Forscher nun mit zwei Experimenten untersucht. Sie beobachteten die Reaktionen von 11 Feuchtpflanzenspezies auf Nanosilber in einer Reinkultur (Experiment 1) und in Töpfen mit Erde (Experiment 2).

In der Reinkultur: Effekte auf Keimung und Wachstum

Im Reinkultur-Experiment untersuchten die Forscher, wie sich Nanosilber in unterschiedlichen Formen und Mengen auf die Keimung und das Wachstum der Pflanzen auswirkte. Hierzu ließen sie Samen jeder Spezies entweder in reinem Wasser (Kontrolle) oder in einer Nanosilberlösung quellen und kultivierten diese dann in Petrischalen. Die Nanosilberlösung enthielt Silbernitrat (AgNO3), Polymer beschichtete (PVP-AgNPs) oder Gummi arabicum beschichtete Nanosilberpartikel (GAAgNP). Auch Konzentration der Lösung wurde variiert. Nach 20 Tagen verglichen die Forscher die Keimungsrate (Verhältnis der gekeimten Samen zur Gesamtzahl) sowie die Wurzel- und Sprosslänge der untersuchten Arten.

3 von 11 Arten keimten schlechter, wenn sie mit Gummi beschichteten Nanosilberpartikeln behandelt wurden. Demgegenüber verbesserte Silbernitrat die Keimungsrate von 5 der 11 Arten. Die Polymer beschichteten Partikel hatten keinen Einfluss auf die Keimung. Einige Pflanzen reagierten auf eine Silberbelastung mit einem reduzierten Blattwachstum. Nur eine Pflanze, Carex lurida, wuchs besser. Die drei Formen von Nanosilber riefen je nach Konzentration und Spezies zudem unterschiedliche Effekte hervor: So wuchs Carex lurida nur dann besonders gut, wenn sie entweder mit Polymer beschichteten Partikeln in hoher, Gummi beschichteten Partikel in niedriger oder Silbernitratpartikeln in mittlerer Konzentration behandelt wurde. Mit wenigen Ausnahmen hatten Pflanzen unter Silberbelastung auch deutlich kürzere Wurzeln als Pflanzen der Kontrollgruppe. Besonders groß war dieser Unterschied bei Pflanzen, die mit Gummi beschichteten Partikeln behandelt wurden. Zwei Arten hatte längere Wurzeln unter Silberbelastung – warum? Die Forscher vermuten, dass das Silber den Auxintransport in der Wurzel stört und damit zu einem unkontrollierten Wurzelwachstum führt. Die langen Wurzeln könnten jedoch auch auf eine spezielle Bewältigungsstrategie hinweisen, mit der einige Pflanzenspezies versuchen, einem kontaminiertem Umfeld auszuweichen.

Im Boden: Effekte auf das Wachstum

In einem zweiten Experiment säten die Forscher Samen von je 7 Arten in Töpfe mit homogenisierter Erde. Die Erde besprühten sie entweder mit den unterschiedlichen Silberpartikeln oder mit reinem Wasser. Nach 7 Wochen wurde die Blattbiomasse getrocknet und für jede Spezies gewogen.

Während die Nanopartikel im Boden die Keimung der meisten Arten nicht beeinflussten, zeigten sich deutliche Effekte auf das Wurzel- und Sprosswachstum: Pflanzen, die mit Gummi beschichteten Partikeln behandelt wurden, waren deutlich kleiner als alle anderen Pflanzengruppen – mit einer Ausnahme: das Italienische Weidelgras (Lolium multiflorum) wuchs besser.

Interaktion Pflanze – Nanopartikel

Unterschiedliche Pflanzenarten verkraften eine Silberbelastung also unterschiedlich gut. Abhängig ist diese Reaktion auch von der Partikelart und dem Entwicklungsstadium der Pflanze. Silbernitrat begünstigte die Keimung der Pflanzen in Petrischale und Boden, während die Polymer beschichteten Partikel kaum Effekte hatten. Die Gummi beschichteten Partikel jedoch wirkten sich sowohl auf die Keimung als auch auf das Wurzel- und Blattwachstum negativ aus. Frühere Studien haben gezeigt, dass beschichtete Nanopartikel im Vergleich zu gelöstem Silber in Silbernitrat pflanzliche Zellen schädigen können. Da die Gummi beschichteten Partikel (6 nm) deutlich kleiner sind als die Polymer beschichteten (21nm), können sie die wenige Nanometer großen Poren pflanzlicher Zellen einfacher überwinden – sie reichern sich leichter an und sind toxischer. Auch die Art der Partikelhülle und die Oberflächenspannung könnten die Toxizität beeinflussen. Das vorhandene Silber-Ion verbessert die Bioverfügbarkeit von Nanosilberpartikeln. Physikalisch-chemische Prozesse im Boden und auch Interaktionen mit anderen Pflanzen können diese Bioverfügbarkeit und damit die Anreicherung von Silberpartikeln in Pflanzen jedoch beeinflussen.

Die Wurzel ist das Tor zur Pflanze

Samen sind durch ihre Schale vor schädlichen Substanzen besser geschützt als die Wurzeln und Blätter eines Keimlings. Schädliche Stoffe im Boden erreichen zuerst die Wurzeln, sie werden daher auch schneller geschädigt. Silber wird vor allem in der Wurzel angereichert, der Transport in andere Pflanzengewebe ist gering. Dies könnte erklären, warum sich Nanosilber stärker auf das Wurzelwachstum auswirkt aus auf das Blattwachstum.

Strategie: Flucht oder Ertragen

Warum reagieren Pflanzen, die im selben Boden wachsen, so unterschiedlich auf Nanosilber? Die Forscher vermuten, dass Spezies unterschiedliche Strategien entwickelt haben, um auf hohe Silberkonzentrationen zu reagieren. Während einige Arten versuchen, dem kontaminierten Boden mit langen Wurzeln zu entkommen (Flucht-Strategie), müssten Arten ohne solche Strategien diesen Stress ertragen. Bisher kann aber noch kein klarer Zusammenhang zwischen der Taxonomie und der verfolgten Anpassungsstrategie ausgemacht werden. Die Studie liefert neue Erkenntnisse zum Transport und Verbleib von Nanopartikeln in Boden kultivierten Pflanzen, zu Wechselwirkungen zwischen Pflanze und Nanopartikel sowie zum Einfluss gemischter Pflanzengesellschaften auf die Toxizität von Nanopartikeln. Für die Forschung bleibt aber noch viel zu tun. Prinzipiell lässt sich daraus schließen, dass für technische Substanzen im Rahmen einer Risikobewertung überprüft werden, wie sich diese auf den Menschen und auf natürliche Systeme auswirken.
Quelle:

Yin, Liyan et al. (2012): Effects of Silver Nanoparticle Exposure on Germination and Early Growth of Eleven Wetland Plants. PLoS ONE 7(10): e47674. doi:10.1371/journal.pone.0047674.

Yin, Liyan et al. | Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.Pflanzenforschung.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Besserer Schutz vor invasiven Arten
15.11.2016 | Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

nachricht Enzian oder Spitzwegerich – wer gewinnt in den Alpen, wenn es wärmer wird?
04.11.2016 | Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie