Wie Kupferoxid den Boden auf Ackerland beeinflusst
Untersuchungen deuten darauf hin, dass CuO NPs Böden beeinflussen, indem sie den Grad der Nitrifikation, Denitrifikation und Bodenatmung, die in ihnen geschieht, reduzieren. Dies hat Folgen für die Pflanzen, die für ihr Gedeihen von den Produkten dieser Prozesse abhängig sind.
Nitrifikation
Bei der Nitrifikation wird Das Bodenammoniak in Nitrate (NO2- ) und dann in Nitrite (NO3-) oxidiert, in einer zweistufigen Umwandlung mit verschiedenen Arten von Mikroorganismen. Die Umwandlung von Ammoniak in Nitrate erfolgt durch autotrophe Bakterien und Achaea, und die Umwandlung in Nitrite erfolgt durch Nitrobacter und Nitrospira.
Diese beiden Prozesse sind notwendig für die letztendliche Freisetzung von Stickstoff, mit dem Pflanzen Proteine produzieren, die für ihr Wachstum unerlässlich sind.
Wenn CuO NPs in signifikanten Mengen auf den Boden aufgebracht werden, könnten sie diesen Prozess hemmen und die Produktion lebenswichtiger Nitrate verringern. Dies scheint in groben und mittelstrukturierten Böden, in denen sich die Nanopartikel am giftigsten für nitrifizierende Bakterien erweisen, schwerer zu sein.
Denitrifikation
Heterotrophe Bakterien brechen auch Nitrate in molekularen Stickstoff in einem Prozess, der als Denitrifikation bekannt ist. Wie bereits oben erläutert, sind die Mittel auf Stickstoff angewiesen, um ihre Zellproteine herzustellen. Wenn Bakterien, die Stickstoff zur Verfügung stellen, durch CuO NPs beeinträchtigt werden, können auch die Pflanzen leiden, die von ihrer Stickstoffertragsaktivität profitieren.
Einige Forscher haben festgestellt, dass CuO NPs eine noch signifikantere hemmende Wirkung auf die Denitrifikation im Vergleich zur Nitrifikation haben. Eine 90-Tage-Studie berichtet von einer Verringerung der Bodendenitrifikationsraten zwischen 20 und 40 Prozent in Gegenwart von 100 mg/g CuO NP. Von den fünf in der Studie untersuchten Bodenarten erwiesen sich die schlammigen Lehmböden als die empfindlichsten für diese hemmende Wirkung.
Bodenatmung
Wenn Bodenmikroorganismen aufatmen, produzieren sie Kohlendioxid (CO2). DasCO2 wird in die Luft freigesetzt, von Pflanzen eingefangen und durch Photosynthese in organische Verbindungen umgewandelt. Pflanzen verwenden die Verbindungen entweder, um ihre Struktur aufzubauen oder geben energiefrei aus ihnen während der Atmung.
Auch respiratore Bodenorganismen sind von toxischen Mengen CuO NP betroffen. Mit ihren Aktionen, die durch diese Verbindung in den Niedergang gedrängt werden, wird wenigerCO2 aus dem Boden in die Luft freigesetzt, eine Situation, die das landwirtschaftliche Ökosystem mittel- bis langfristig beeinträchtigen kann.
Wie Pflanzen betroffen sind
Die verfügbaren Daten deuten darauf hin, dass Pflanzen durch ähnliche Mengen an Kupfer-Nanopartikeln unterschiedlich beeinflusst werden, zumindest in gewissem Umfang. Aber Folgen, die sich aus der Exposition gegenüber erheblichen Mengen der Verbindung, die relativ häufig zu vielen Kulturen von Forschern zu scheinen.
Pflanzen, die CuO NPs ausgesetzt sind, könnten Stunting, Zelltod und den Verlust der Blattfärbung erleiden. Eine Überbelichtung könnte auch zu einer Verbreiterung der Wurzeln und Stiele der Kulturen führen.
Erhöhte Toxizität
Eine Studie untersuchte die möglichen Ergebnisse eines direkten Expositionsszenarios. Etwa 10 oder 250 Milligramm Kupferoxid wurden täglich zwischen 5 und 15 Tagen auf Salat- und Kohlblätter aufgetragen.
Am Ende von 15 Tagen stellte sich heraus, dass der Salat mehr als das 300-fache der Menge der Verbindung absorbiert hatte als nicht exponierte Kontrollpflanzen, und Kohlpflanzen hatten mehr als das 400-fache der normalen Mengen aufgenommen, die in nicht exponierten Kulturen gefunden wurden. Ein Teil des Kupferoxids blieb zwar auf der Oberfläche der Blätter, aber ein großer Teil davon wurde durch ihre Stomata in die Pflanzen aufgenommen.
Diese großen Mengen können Folgen für die Menschen haben, die Ernten konsumieren, die den CuO NPs überbelichtet wurden. Langfristige Kupfervergiftung ist bekannt, um die menschliche Leber und Nieren zu schädigen.
Stunting
Es gibt spürbare Wachstumsbeeinträchtigungen für Pflanzen, die Kupferoxid ausgesetzt sind. Kupfer-Nanopartikel sollen das Pflanzenwachstum bei der Studie von Kohl und Salat, auf die zuvor Bezug genommen wurde, reduziert haben. Pflanzen verloren bis zu 60 Prozent ihres Wassergehalts.
In einer anderen Studie, die an Reis in Reisfeldern durchgeführtwurde, wurde entdeckt, dass die Exposition gegenüber CuO NP dazu führte, dass wurzeln verdickten und verkürzten. Die Autoren dieses Berichts legten nahe, dass dies häufiger bei Kulturen beobachtet wurde, die in lehmreichen Böden gepflanzt wurden.
Sämlinge, die in Böden mit einer ziemlichen Menge an CuO NPs wachsen, können viel langsamer wachsen als normal. In mindestens einem veröffentlichten Papier wurden Wachstumsraten von 20 Prozent gemeldet.
Kleine Mengen kupferfarbener Nanopartikel können jedoch zum Pflanzenwachstum beitragen. Auch das ist gut berücksichtigt. Und es ist nicht überraschend; Kupfer ist ein essentieller Mikronährstoff für Pflanzen.
Veränderungen in der Blattpigmentierung
Diese Veränderung ist nicht immer prominent, aber es ist trotzdem wichtig. Zum Beispiel können Kartoffelkulturen, die in Böden mit überschüssigem Kupfer angebaut werden, blasse oder weiße Bleichmittel um ihre Venen aufweisen. Einige Bereiche um die Venen können versunken sein, aber der größte Teil der betroffenen Blätter behält ihre normale Farbe.
Reduzierte Chlorophyllgehalte und Veränderungen der Chloroplastenstruktur von Pflanzen sind dafür bekannt, Pflanzen zu beeinflussen, die unter solchen Bedingungen angebaut werden (Kulturen wie Reis, Spinat und Weizen sind davon besonders betroffen). Da das überschüssige Kupfer den photosynthetischen Prozess einschränkt, verändert es das Pigment der Zellmembranen der Pflanze und verändert auch seine Proteinzusammensetzung. Einige dieser Transformationen können in Blättern beobachtet werden, die nach längerer Exposition gegenüber Kupfer-Nanopartikeln eine ungewöhnliche Farbe annehmen.
Mangel an anderen essentiellen Mikronährstoffen
Ein entscheidender Effekt überschüssiger Kupfer-Nanopartikel im Boden ist der begleitende Eisenmangel (Fe). Es gibt eine Tendenz für Kupfer, mit Eisen zu "konkurrieren", vor allem im Boden um Kulturen. In einer Studie mit Bohnenpflanzen folgte auf eine Verfünffachung der Kupfermengen im Boden eine vervierfachte Verringerung der Eisenmenge um dieselbe Bodenregion.
Diese Erschöpfung des Eisens kann dazu führen, dass die Blätter gelb werden. Dies geschieht aufgrund des Fehlens von Chlorophyll, das nicht ohne Eisen hergestellt werden kann.
Es gibt auch Hinweise darauf, dass das Vorhandensein beträchtlicher Kupfervorkommen in Reisfeldern verhindern kann, dass Reis, der in solchen Feldern gepflanzt wird, Zink absorbiert (Zn). Mangan (Mn) und Aluminium (Al) werden durch große Konzentrationen von Kupfer-Nanopartikeln in ähnlicher Weise beeinflusst.
Toleranzunterschiede für Kupfernanopartikel bei Pflanzen
Einige Pflanzen reagieren empfindlicher auf CuO-NPs als andere und können Symptome einer Überbelichtung bei sehr unterschiedlichen Kontaminationsgraden aufweisen.
Salat kann mehr Kupfer-Nanopartikel als Spinat sammeln. Alfalfa hat eine höhere Toleranz dafür als, sagen wir, Tomaten. Aber es gibt auch eine gewisse Abweichung in den Mengen in verschiedenen Pflanzenorganen angesammelt. Im Salat bleiben bis zu 80 Prozent des angesammelten Kupfers in den Wurzeln. Aber es ist fast gleichmäßig über die Pflanze in Spinat verteilt.
Du muss angemeldet sein, um einen Kommentar zu veröffentlichen.