Ebben az összefoglaló cikkben bemutatjuk, hogy a ma már széleskörűen alkal-mazott nanoméretű fém-oxidok milyen hatással lehetnek a talajban élő mikroorga-nizmusokra. A nanoméretű fém-oxidok felhasználásuk során közvetlenül és közve-tetten is bekerülhetnek a talajba.
A leginkább alkalmazott és ezért környezeti kockázat szempontjából is leggyak-rabban vizsgált fém-oxidok a nZnO, a nTiO2, a nSiO2, az nAl2O3 és a nCuO. A nanoanyagokat alkalmazhatják a mezőgazdaságban is, elsősorban növényvédelmi célból. A félvezető fém-oxidokat a peszticidek lebontására is használhatják a fotokatailitikus tulajdonságuk miatt.
A talajbaktériumokra kifejtett hatásokat számos közlemény vizsgálja. Jelentősé-gük nagy, mivel alapját képezik a táplálékhálózatnak és az elsődleges szereplői a globális biogeokémiai körforgalmaknak. A táplálékláncban betöltött helyzetük mi-att szerepük lehet a fém-oxidok felhalmozódásában is, tehát mindenképp jól alkal-mazhatóak tesztszervezettként toxikológiai vagy ökotoxikológiai vizsgálatokban. A kísérletek nagyon különböző eredményeket hozhatnak függően a tesztfajtól, a használt módszertől, illetve az anyag kémiai összetételétől, mivel a nanoanyagok vizsgálatára még nem születtek egységes tesztszabványok.
A vizsgált fém-oxidok általában a baktériumok közösségének összetételére és diverzitására gyakorolnak hatást. A nZnO bakteriosztatikus hatást fejt ki vizsgált baktérium fajokra, a legtöbb kísérletben erősebb hatása volt, mint nagyszemcsés megfelelőjének ugyanabban a koncentráció tartományban.
A nTiO2 hatását egyes irodalmi adatok szerint az UV fény jelenléte befolyásolta, ennek hiányában csökken az anyag toxicitása. Ezen felül a nTiO2 hatása a talaj pH-jától és szerves anyag tartalmától is függ. A titán-dioxid is bakteriosztatikus hatást fejt ki a baktérium közösségekre. A két anyag közül azonos koncentrációban alkal-mazva a nZnO toxikusabb. A nCuO ugyanakkor mind a nZnO-nál, mind a nTiO2-nál toxikusabbnak bizonyult a kísérletek alapján.
A talajban élő mikroszkopikus gombafajoknál nem egyértelmű a nanoszemcsés anyagok hatása, a tesztfajok különböző érzékenysége és a módszertani eltérések miatt az eredmények különbözőek. A nZnO-ra a legérzékenyebb faj a Penicillium expansum, 61–91%-os növekedés gátlással. Az arbuszkuláris mikorrhiza fajoknál a nagyobb dózisban (3,2 mg·kg−1) adott nFeO szignifikáns kolonizáció csökkenést okoz.
Az eddigi kutatási eredmények alapján megállapítható, hogy a talaj mikroorga-nizmusait nagyrészt negatívan befolyásolják a nanoméretű fém-oxidok és egyértel-műen toxikusak is lehetnek a különböző baktérium- és gombafajokra. Mindenképp érdemes azonban vizsgálni a talaj mikro-, mezo- és makrofaunájára gyakorolt hatá-sokat is, hogy ezeken keresztül teljes képet kapjunk a nanoméretű fém-oxidoknak a talaj közösségekre kifejtett toxicitásáról.
A nanoanyagok talajba jutó mennyisége előreláthatólag növekszik majd a jövő-ben, tekintettel arra, hogy ezek előállítása és felhasználása egy dinamikusan fejlődő ágazat. Mivel a nanoanyagok nem kizárólag a szennyvizekből és hulladékból kerül-hetnek a környezetbe, hanem közvetlen mezőgazdasági felhasználás révén is, fontos tudnunk, hogy milyen káros hatásokkal kell számolnunk, végső soron ezek a folya-matok közvetett módon az ember jólétét, a környezet és az élelmiszerlánc biztonsá-gát is befolyásolhatják.
ABBOTT, L. K. & MURPHY, D.V., 2003. Soil Biological Fertility: A Key to Sustainable Land Use in Agriculture. Kluwer Academic Publishers. Dordrecht.
ADAMS, L. K., LYON, D. Y. & ALVAREZ P. J. J., 2006. Comparative eco-toxicity of nanoscale TiO2, SiO2, and ZnO water suspensions. Water Research. 40. 3527–3532.
BAKONYI G. , 2014. Nanotechnológia a mezogazdaságban. Biokultúra. 6. 23–27.
BAKONYI G. , SERES A., RÉPÁSI V., JURIKOVÁ T., SZEKERES L. & BALLA I., 2009. Új irányok a talajállatok ökotoxikológiájában. Állattani Közlemények. 94. 3–17.
BANDYOPADHYAY, S., PLASCENCIA-VILLA, G., MUKHERJEE, A., RICO, C. M., JOSÉ-YACAMÁN, M., PERALTA-VIDEA, J. R. & GARDEA-TORRESDEY, J. L., 2015. Comparative phytotoxicity of ZnO NPs, bulk ZnO, and ionic zinc onto the alfalfa plants symbiotically associated with Sinorhizobium meliloti in soil. Science of the Total Environment. 515–516. 60–69.
BARUAH, S. & DUTTA, J., 2009. Nanotechnology applications in pollution sensing and degradation in agriculture: A review. Environmental Chemistry Letters. 7. 191–204.
BIRÓ, B., POSTA, K., FÜZY, A., KÁDÁR, I. & NÉMETH, T., 2005. Mycorrhizal functioning as part of the survival mechanisms of barley at long-term heavy metal stress. Acta Biologica Szegediensis. 49. 65–68.
BLOCK, S. S., SENG, V. P. & GOSWAMI, D. Y., 1997. Chemically enhancedsunlight for killing bacteria. Journal of Solar Energy Engineering. 119. 85–91.
BOUR, A., MOUCHET, F., SILVESTRE, J., GAUTHIER, L. & PINELLI, E., 2015. Environmentally relevant approaches to assess nanoparticles ecotoxicity: A review. Journal of Hazardous Materials. 283. 764–777.
CHANG, Y.-N., ZHANG, M., XIA, L., ZHANG, J. & XING, G., 2012. The Toxic Effects and Mechanisms of CuO and ZnO Nanoparticles. Materials. 5. 2850–2871.
CHEN, H. & YADA, R., 2011. Nanotechnologies in agriculture: New tools for sustainable development. Trends in Food Science & Technology. 22. 585–594.
DARAGÓ, Á., SZABÓ, M., HRÁCS, K., TAKÁCS, A. & NAGY, P., 2013. In vitro investigations on the biological control of Xiphinema index with Trichoderma species. Helminthologia. 50. 132–137.
DHANALAKSHMI, R., PANDIKUMAR, A., SUJATHA, K. & GUNASEKARAN, P., 2013. Photocatalytic and antimicrobial activities of functionalized silicate sol–gel embedded ZnO–TiO2 nanocomposite materials. Materials Express. 3. (4) 291–300.
DIMKPA, C. O., CALDER, A., BRITT, D. W., MCLEAN, J. E. & ANDERSON, A. J., 2011. Responses of a soil bacterium, Pseudomonas chlororaphis O6 to commercial me-tal oxide nanoparticles compared with responses to metal ions. Environmental Pollution. 159. 1749–1756.
DUBCHAK, S., OGAR, A., MIETELSKI J. W. & TURNAU, K., 2010. Influence of silver and titanium nanoparticles on arbuscular mycorrhiza colonization and accumulation of radiocaesium in Helianthus annuus. Spanish Journal of Agricultural Research. 8. (S1) S103–S108.
ELAD, Y., CHET, I. & KATAN, J., 1980. Trichoderma harzianum: A biocontrol agent effective against Sclerotium rolfsii and Rhizocionia solani. Phytopathology. 70. 119–121.
FAJARDO, C., SACCÀ, M. L., COSTA, G., NANDE, M. & MARTIN, M., 2014. Impact of Ag and Al2O3 nanoparticles on soil organisms: In vitro and soil experiments. Science of the Total Environment. 473–474. 254–261.
FANG, T., WATSON, J.-L., GOODMAN, J., DIMKPA, C. O., MARTINEAU, N., DAS, S., MCLEAN, J. E., BRITT, D.W. & ANDERSON, A. J., 2013. Does doping with aluminum alter the effects of ZnO nanoparticles on the metabolism of soil pseudomonads? Microbiological Research. 168. 91–98.
FENG, Y., CUI, X., HE, S., DONG, G., CHEN, M., WANG, J. & LIN, X., 2013. The Role of Metal nanoparticles in influencing arbuscular mycorrhizal fungi effects on plant growth. Environmental Science & Technology. 47. 9496–9504.
GAJJAR, P., PETTEE, B., BRITT, D. W., HUANG, W., JOHNSON, W. P. & ANDERSON, A. J., 2009. Antimicrobial activities of commercial nanoparticles against an environmental soil microbe, Pseudomonas putida KT2440. Journal of Biological Engineering. 3. 1183–1189.
GE, Y., SCHIMEL, Y. P. & HOLDEN, P. A., 2011. Evidence for negative effects of TiO2 and ZnO nanoparticles on soil bacterial communities. Environmental Science & Technology. 45. 1659–1664.
GILÁNYI T. , 2005. Kolloidkémia: Nanorendszerek és határfelületek. Egyetemi jegyzet. Eötvös Lóránd Tudomány Egyetem, Kolloidkémiai és KolloidtechnológiaiTanszék. Budapest.
GODWIN, H. A., CHOPRA, K., BRADLEY, K. A. & COHEN, Y., 2009. The University of California Center for the environmental implications of nanotechnology. Environmental Science & Technolology. 43. 6453–6457.
GONDIKAS, A. P., VON DER KAMMER, F., REED, R. B., WAGNER, S., RANVILLE J. F. & HOFMANN, T., 2014. Release of TiO2 nanoparticles from sunscreens into surface waters: a one-year survey at the old Danube recreational Lake.EnvironmentalScience & Technology. 48. 5415–5422.
GUNALAN, S., SIVARA, R. & RAJENDRAN, V., 2012. Green synthesized ZnO nanoparticles against bacterial and fungal pathogens. Natural Science: Materials International. 22. 693–700.
HE, L., LIU, Y., MUSTAPHA, A. & LIN, M., 2011. Antifungal activity of zinc oxide nanoparticles against Botrytis cinerea and Penicillium expansum. Microbiological Research. 166. 207–215.
HERNÁDI I. , MAGURNO F., SASVÁRI Z. & POSTA K., 2012. Mikorrhiza oltóanyag hatása két fuszerpaprika termesztésére és a helyi arbuszkuláris mikorrhiza gombaközös-ségre. Tájökológiai Lapok. 10. (2) 305–313.
JAYASEELAN, C., ABDUL RAHUMAN, A., VISHNU KIRTHI, A., MARIMUTHU, S., SANTHOSHKUMAR, T., BAGAVAN, A., GAURAV, K., KARTHIK, L. & BHASKARA RAO, K. V., 2012. Novel microbial route to synthesize ZnO nanoparticles using Aeromonas hydrophila and their activity against pathogenic bacteria and fungi. Spectrochimica Acta Part A. 90. 78–84.
JIANG, J., OBERDÖRSTER, G.; BISWAS, P., 2009a. Characterization of size, surface charge, and agglomeration state of nanoparticle dispersions for toxicological studies. Journal of Nanoparticle Research. 11. 77–89.
JIANG, W., MASHAYEKHI, H. & XING, B., 2009b. Bacterial toxicity comparison between nano- and micro-scaled oxide particles. Environmental Pollution. 157. 1619–1625.
JIANG, X., HERRICKS, T. & XIA, Y., 2002. CuO nanowires can be synthesized by heating copper substrates in air. Nano Letters. 2. 1333–1338.
KAHRU, A. & DUBOURGUIER, H.-C., 2009. From ecotoxicology to nano ecotoxicology. Toxicology. 269. 105–119.
KAHRU, A., DUBOURGUIER, H.-C., BLINOVA, I., IVASK, A. & KASEMETS, K., 2008. Biotests and Biosensors for Ecotoxicology of Metal Oxide Nanoparticles: A Minireview. Sensors. 8. 5153–5170.
KHOT, L. R., SANKARAN, S., MAJA, J. M., EHSANI, R. & SCHUSTER, E. W., 2012. Applications of nanomaterials in agricultural production and crop protection: A review. Crop Protection. 35. 64–70.
KISS, L. V., HRÁCS K., NAGY P. I. & SERES A., 2015. Különbözo szemcseméretu cink-oxid hatása talajlakó ugróvillás és fonálféreg tesztszervezetekre. Állattani Közle-mények. 100. (1–2) 77–88.
KLINGENFUSS, F. , 2014. Testing of TiO2 nanoparticles on wheat and microorganisms in a soil microcosm. University of Gothenburg, Department of biology and environmental sciences. Göteborg.
KUCHIBHATLA, S. V. N. T. , KARAKOTI, A. S., BERA, D. & SEAL, S., 2006. One dimensional nanostructured materials. Materials Science. 52. 699–913.
LAL, R. , 2007. Soil science and the carbon civilization. Soil Science Society of America Journal. 71. 1425–1437.
LAZARO, A., QUERCIA, G., BROUWERS, H. J. H. J. & GEUS, W., 2013. Synthesis of a Green Nano-Silica Material Using Beneficiated Waste Dunites and Its Application in Concrete. World Journal of Nano Science and Engineering. 3. 41–51.
LEE, J., LIM, G. & CHUNG, H., 2007. Nanoparticles for Crossing Biological Membranes. In: Nanotechnologies for the life science. Volume 2: Biological and Pharmaceutical Nanomaterials. (Ed.: KUMAR, C. S. S. R.) Wiley-VCH. Germany.
MA, H., WILLIAMS, P. L. & DIAMOND, S. A., 2013. Ecotoxicity of manufactured ZnO nanoparticles: A review. Environmental Pollution. 172. 76–85.
MARKOWSKA-SZCZUPAK, A., ULFIG, K., GRZMIL, B. & MORAWSKI, A. W., 2010. A preliminary study on antifungal effect of TiO-based paints in natural indoor light. Polish Journal of Chemical Technology. 12. 53–57.
MARTINEAU, N., MCLEAN, J. E., DIMKPA, C. O., BRITT, D. W. & ANDERSON, A. J., 2014. Components from wheat roots modify the bioactivity of ZnO and CuO nanoparticles in a soil bacterium. Environmental Pollution. 187. 65–72.
MOHAPATRA, M. & ANAND, S., 2010. Synthesis and applications of nano-structured iron oxides/hydroxides –a review. International Journal of Engineering, Science and Technology. 2. (8) 127–146.
MONTE, E. & LLOBELL, A., 2003. Trichoderma in organic agriculture. World Avocado Congress. Málaga, Spain. 19–24 October. 725–733.
NEL, A. E., MÄDLER, L., VELEGOL, D., XIA, T., HOEK, E. M., SOMASUNDARAN, P., KLAESSIG, F., CASTRANOVA, V. & THOMPSON, M., 2009. Understanding biophysicochemical interactions at the nano-bio interface. Nature Materials. 8. 543–557.
NOGUEIRA, V., LOPES, I., ROCHA-SANTOS, T., SANTOS, A. L., RASTEIRO, G. M., ANTUNES, F., GONÇALVES, F., SOARES, A. M. V. M., CUNHA, A., ALMEIDA, A., GOMES, N. N. C. M. & PEREIRA, R., 2012. Impact of organic and inorganic nanomaterials in the soil microbial community structure. Science of the Total Environment. 424. 344–350.
OBERDÖRSTER, G., MAYNARD, A., DONALDSON, K., CASTRANOVA, V., FITZPATRICK, J., AUSMAN, K., CARTER, J., KARN, B., KREYLING, W., LAI, D., OLIN, S., MONTEIRO-RIVIERE, N., WARHEIT, D., YANG, H. & A REPORT FROM THE ILSI RESEARCH FOUNDATION/RISK SCIENCE INSTITUTE NANOMATERIAL TOXICITY SCREENING WORKING GROUP, 2005. Principles for characterizing the potential human health effects from exposure to nanomaterials: elements of a screening strategy. Particle and Fibre Toxicology. 2. 8.
PÁNDICS T. , 2008. A nanorészecskék környezetegészségügyi hatásainak elemzése. Egészségtudomány. 52. (3) 5–20.
PAWLETT, M., RITZ, K., DOREY, R. A., ROCKS, S., RAMSDEN, J. & HARRIS, J. A., 2013. The impact of Zero-valent Iron Nanoparticles upon soil microbial communities is context dependent. Environmental Science and Pollution Research. 20. 1041–1049.
PETERSEN, E. J. , 2015. Control experiments to avoid artifacts and misinterpretations in nanoecotoxicology testing. Special Publication (NIST SP)–1200–11.
SCHAUMANN, G. E., PHILIPPE, A., BUNDSCHUH, M., METREVELI, G., KLITZKE, S., RAKCHEEV, D., GRÜN, A., KUMAHOR, S. K., KÜHN, M., BAUMANN, T., LANG, F., MANZ, W., SCHULZ, R. & VOGEL, H.-J., 2015. Understanding the fate and biological effects of Ag- and TiO2-nanoparticles in the environment: The quest for advanced analyticsand interdisciplinary concepts. Science of the Total Environment. 535. 3–19.
SEBOK F. , DOBOLYI C., MAGYAR D., BOBVOS J., SZOBOSZLAY S. & KRISZT B., 2013. Komposztálótelepek levegojének termofil gomba tartalma. Egészségtudomány. 57. (4) 37–54.
SERES A. & BAKONYI G., 2002. A talajlakó állatok és az endomikorrhiza-gombák közöt-ti kapcsolatok szerepe a növények tápanyagellátásában. Agrokémia és Talajtan. 51. 535–546.
SERES A. , BAKONYI G. & POSTA K., 2003. Ugróvillások (Collembola) szerepe a Glomus mosseae (Zygomycetes) arbuszkuláris mikorrhiza gomba terjesztésében. Állattani Közlemények. 88. 61–71.
SHARMA, D., RAJPUT, J., KAITH, B.S., KAUR, M. & SHARMA, S., 2010. Synthesis of ZnO nanoparticles and study of their antibacterial and antifungal properties. Thin Solid Films. 519. 1224–1229.
SIMONIN, M., GUYONNET, J. P., MARTINS, J. M. F., GINOT, M. & RICHAUME A., 2015. Influence of soil properties on the toxicity of TiO2 nanoparticles on carbon mineralization and bacterial abundance. Journal of Hazardous Materials. 283. 529–535.
SUN, P., ZHANG, K., FANG, J., LIN, D., WANG, M. & HAN, J., 2015. Transport of TiO2 nanoparticles in soil in the presence of surfactants. Science of the Total Environment. 527–528. 420–428.
SZÉCSY O. , UZINGER N., VILLÁNYI I., SZILI-KOVÁCS T. & ANTON A., 2011. Összefüggé-sek a króm, az ólom és a cink különbözo kioldási frakciói, illetve egyes talajmikrobiológiai és -biokémiai mutatók között lignittel kezelt nyírségi homokta-lajon. Agrokémia és Talajtan. 60. (2) 383–396.
TAKÁCS, T. & VÖRÖS, I., 2003. Effect of metal non-adapted arbuscular mycorrhizal fungi on Cd, Ni and Zn uptake by ryegrass. Acta Agronomica Hungarica. 51. (3) 347–354.
VÖRÖS, I., BIRÓ, B., TAKÁCS, T., KÖVES-PÉCHY, K. & BUJTÁS, K., 1998. Effect of arbuscular mycorrhizal fungi on heavy metal toxicity to Trifolium pratense in soils contaminated with Cd, Zn and Ni salts. Agrokémia és Talajtan. 47. (1–4) 277–288.
WANI, A. H. & SHAH, M. A., 2012. A unique and profound effect of MgO and ZnO nanoparticles on some plant pathogenic fungi. Journal of Applied Pharmaceutical Science. 2. (03) 40–44.
XIA, T., ROME, L. & NEL, A., 2008. Nanobiology: Particles slip cell security. Nature Materials. 7. 519–520.
XU, C., PENG, C., SUN, L., ZHANG, S., HUANG, H., CHEN, Y. & SHI, J., 2015. Distinctive effects of TiO2 and CuO nanoparticles on soil microbes and their community structures in flooded paddy soil. Soil Biology & Biochemistry. 86. 24–33.
ZHANG, P., CUI, H., ZHONG, X. & LI, L., 2007. Effects pf nano-TiO2 semiconductor sol on prevention from plant diseases. Nanoscience. 12. 1–6.
ZHENG, L.-Y., LAU, K.-T., ZHAO, L.-X., ZHANG, Y.-Q. & HUI, D., 2009. Mechanical and thermal properties of nano-Al2o3/Nylon 6 composites. Chemical Engineering Communications. 197. 343–351.