金属纳米颗粒对大豆作物产生影响

生物谷，2012-08-28

防晒霜、洗涤液和化妆品含有微小的金属纳米颗粒，而且这些纳米颗粒会在一天结束之时被冲进下水道。或者它们是在生产之后被排放出来的。这些纳米颗粒最终都出现在农业土壤之中，而根据一组环境科学家们最近对在两种人造纳米材料(manufactured nanomaterials, MNMs)所污染的土壤中种植的大豆所开展的第一项重要的研究，正是这点才是令人担忧的原因。这个研究小组是由来自美国加州大学圣塔芭芭拉分校布伦环境科学与管理学院的科学家们所领导的。相关研究结果刊登在PNAS期刊上。

论文通信作者、布伦环境科学与管理学院教授Patricia Holden说，“在过去几十年，我们的社会越来越具有环境意识。这就导致我们的政府和科学家们提出关于新类型化学成分安全性方面的问题。”她解释道，这项研究有助于发现包括纳米材料在内的一个新的行业所面临的潜在环境影响。Holden说，它的最终目标就是有助发现更多的环境兼容性的替代物。

这项研究是以大豆作为研究对象，这是因为这种作物容易受到人造纳米材料的影响。这些研究发现表明加入到土壤的人造纳米材料影响作物产量和质量。

在这项研究中，研究人员研究了两种常见性的纳米颗粒---氧化锌和二氧化铈(cerium oxide)---对种植在温室土壤中的大豆的影响。氧化锌被用在化妆品、洗涤液和防晒霜之中。二氧化铈被用作催化转化器中的一种组分以便使得一氧化碳产生最小化，而且也被用于燃料之中以便增加燃料燃烧。

氧化锌纳米颗粒可能会溶解，或者它们可能作为一种颗粒持续存在，或者它们再次形成颗粒，这是因为它们是在废水处理过程中进行加工的。在废水处理的最终阶段，存在一种被称作生物固体(biosolid)的固体材料。这种固体材料让土壤变得肥沃，而且在废水处理期间回收被捕获的氮和磷。而这也正是氧化锌和二氧化铈能够进入土壤的阶段。

科学家们注意到美国环境保护局要求开展预处理项目以便限制直接将工业金属排放到公有的废水处理厂。然而，研究人员认为人造纳米材料---尽管在废水处理厂系统，它是可以测量的---没有受到监控，也没有受到法律监管，对活性污泥细菌(activated sludge bacteria)拥有较高的亲和力，因而在生物固体中聚集。 研究人员指出大豆作物是利用化石燃料驱动的设备来进行种植的，因此人造纳米材料也能够通过尾气排放而被积累在土壤之中。

这项研究证实种植在含有氧化锌纳米颗粒的土壤之中的大豆植物富集锌：这种植物吸附锌到它们的茎部、叶子和豆子之中。根据Holden的说法，食物质量受到影响，但是如果锌在植物中以离子或盐形式存在的话，那么它可能对吃大豆的人们没有害处。对二氧化铈纳米颗粒而言，这种颗粒并不在大豆植物中富集，但是植物生长受到阻碍。大豆根瘤发生变化，其中共生菌通常在根瘤之中积累，并将空气中氮气转化为铵盐，从而为大豆提供营养。大豆根瘤中发生的变化表明对土壤中的人造纳米材料积累而言，更多地使用人造肥料可能是必需的。