Toxicological ReviewToxicological ReviewТоксикологический вестник0869-7922Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman64102510.36946/0869-7922-2017-4-50-54ArticlesСтатьиTOXICITY ASSESSMENT OF ENGINEERED NANOPARTICLES USING ALGAE CHLORELLA VULGARISОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ НАНОЧАСТИЦ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОДОРОСЛИ CHLORELLA VULGARISAsanovaA. A.АсановаА. А.
Russian Federation
PolonskiyV. I.ПолонскийВ. И.
Russian Federation
GrigorievY. S.ГригорьевЮ. С.
Russian Federation
Krasnoyarsk State Agricultural UniversityФГБОУ ВО Красноярский государственный аграрный университет, Институт агроэкологических технологийSiberian Federal UniversityФГАОУ ВО Сибирский федеральный университет, Институт экологии и географии280820174505404112024Copyright ©; 2017, Asanova A.A., Polonskiy V.I., Grigoriev Y.S.Copyright ©; 2017, Асанова А.А., Полонский В.И., Григорьев Ю.С.2017Asanova A.A., Polonskiy V.I., Grigoriev Y.S.Асанова А.А., Полонский В.И., Григорьев Ю.С.https://journals.eco-vector.com/0869-7922/article/view/641025

The use of nanoparticles covers new spheres of production every year. Their release into the environment is possible at any stage of their lifespan: from the manufacturing process to the utilization in the final product; therefore potential risks they pose for various environmental objects should be evaluated. The purpose of this work was to assess the effect of technogenic nanoparticles on Chlorella vulgaris growth and photosynthetic activity. Toxic properties of three types of nanoparticles TiO2 with a size of 100 to 190 nm, SiO2 with dimensions of 10-15 nm and 100-120 nm have been studied. Chlorella vulgaris Beijer alga was used as test organism. The evaluation of nanoparticles toxicity was based on changes in the relative delayed fluorescence index (RDFI), which characterizes the photosynthetic activity of microalgae. The effect on the growth of the test culture was determined from the optical density (OD) of the algal suspension. It was found that the TiO2 nanoparticles slightly reduced the growth and activity of the cell photosynthetic apparatus. Large particles of SiO2 proved to be more toxic than smaller ones. For nanoparticles of 100-120 nm size , the EC50 value according to the OD index was 8 mg/dm3, while the particles measuring 10-15 nm did not show a significant effect on the growth of the culture. Large SiO2 particles also appeared more toxic than small particles, judging by RDFI parameter.

Применение наночастиц с каждым годом охватывает новые сферы производства. Их проникновение в окружающую среду возможно на любом этапе существования: от процесса изготовления до утилизации в составе конечного продукта, поэтому вероятные риски для различных объектов окружающей среды должны быть оценены. Целью настоящей работы является оценка влияния техногенных наночастиц на рост и фотосинтетическую активность Chlorella vulgaris. Исследованы токсические свойства трех видов наночастиц: TiO2 размером 100-190 нм, SiO2 размерами 10-15 нм и 100-120 нм. В качестве тест-организма использовали водоросль Chlorella vulgaris Beijer. Оценку токсичности наночастиц проводили по изменению относительного показателя замедленной флуоресценции (ОПЗФ), характеризующего фотосинтетическую активность микроводоросли. Воздействие на рост тест-культуры определяли по величине оптической плотности (ОП) водорослевой суспензии. Было установлено, что наночастицы TiO2 незначительно снижали рост и активность фотосинтетического аппарата клеток. Крупные частицы SiO2 оказались более токсичными, чем частицы меньшего размера. Для наночастиц 100- 120 нм величина ЕС50 по показателю ОП составила 8 мг/дм3, тогда как частицы размером 10-15 нм не проявляли заметного влияния на рост культуры. По параметру ОПЗФ крупные частицы SiO2 также оказались более токсичными, чем мелкие.

nanoparticlesnanotoxicityChlorella vulgarisbiotestingdelayed fluorescence of chlorophylloptical densityнаночастицынанотоксичностьChlorella vulgarisбиотестированиезамедленная флуоресценция хлорофиллаоптическая плотностьKessler R. Engineered nanoparticles in consumer products: understanding a new ingredient. Environ Health Perspect. 2011; 119 (3): A120-A1Contado C. Nanomaterials in consumer products: a challenging analytical problem. Frontiers in chemistry. 2015; 3: 1-Sun T., Gottschalk F., Hungerbuhler K., Nowack B. Comprehensive probabilistic modelling of environmental emissions of engineered nanomaterials. Environmental Pollution. 2014; 185: 69-Heinlaan M., Ivask A., Blinova I., Dubourguier H.-C., Kahru A. Toxicity of nanosized and bulk ZnO, CuO and TiO2 to bacteria Vibrio fischeri and crustaceans Daphnia magna and Thamnocephalus platyurus. Chemosphere. 2008; 71 (7): 1308-1316.Ribeiro F., Gallego-Urrea J., Jurkschat K., Crossley A., Hassellov M., Taylor C. et al. Silver nanoparticles and silver nitrate induce high toxicity to Pseudokirchneriella subcapitata, Daphnia magna and Danio rerio. Science of the Total Environment. 2014; 466: 232-2Hund-Rinke K., Baun A., Cupi D., Fernandes T., Handy R., Kinross J. et al. Regulatory ecotoxicity testing of nanomaterials proposed modifications of OECD test guidelines based on laboratory experience with silver and titanium dioxide nanoparticles. Nanotoxicology. 2016; 10 (10): 1442-1447.Planchon M., Ferrari R., Guyot F., Gelabert A., Menguy N., Chaneac C. et al. Interaction between Escherichia coli and TiO2 nanoparticles in natural and artificial waters. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2013; 102: 158-1Aruoja V., Dubourguier H.C., Kasemets K., Kahru A. Toxicity of nanoparticles of CuO, ZnO and TiO2 to microalgae Pseudokirchneriella subcapitata. Science of the total environment. 2009; 407 (4): 1461-1468.Angelstorf J.S., Ahlf W., Kammer F., Heise S. Impact of particle size and light exposure on the effects of TiO2 nanoparticles on Caenorhabditis elegans. Environmental Toxicology and Chemistry. 2014; 33 (10): 2288-2296.Juganson K., Ivask A., Blinova I., Mortimer M., Kahru A. Nano E-Tox: New and in-depth database concerning ecotoxicity of nanomaterials. Beilstein Journal of Nanotechnology. 2015; 6 (1): 1788-1804.ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10-04 / Т 16.1:2:2.3:3.7-Методика измерений оптической плотности культуры водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer) для определения токсичности питьевых, пресных природных и сточных вод, водных вытяжек из грунтов, почв, осадков сточных вод, отходов производства и потребления, М., 20ПНД Ф Т 14.1:2:4.16-09 / Т 16.1:2.3:3.14-Методика измерений относительного показателя замедленной флуоресценции культуры водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer) для определения токсичности питьевых, пресных природных и сточных вод, водных вытяжек из грунтов, почв, осадков сточных вод, отходов производства и потребления, М., 20Morgaleva T.G., Morgalev Y.N., Gosteva I.A., Morgalev S.Y. Range of Resistance of Hydrobionts to Medium Contamination with Manufactured Nanoparticles. Nano Hybrids and Composites. Trans Tech Publications. 2017; 13: 279-2ФР.1.39.2010.09103 Методика определения индекса токсичности нанопорошков, изделий из наноматериалов, нанопокрытий, отходов и осадков сточных вод, содержащих наночастицы, по изменению оптической плотности тест - культуры водоросли хлорелла (Сhlorella vulgaris Beijer).Григорьев Ю.С., Андреев А.А., Кравчук И.С., Гекк П.И. Способ биотестирования токсичности вод и водных растворов // Патент РФ на изобретение № 2482474, опубл. 20.05.20Бюл. №Sadiq I.M., Dalai S., Chandrasekaran N., Mukherjee A. Ecotoxicity study of titania (TiO2) NPs on two microalgae species: Scenedesmus sp and Chlorella sp. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2011; 74 (5): 1180-11Lin D., Ji J., Long Z., Yang K., Wu F. The influence of dissolved and surfacebound humic acid on the toxicity of TiO2 nanoparticles to Chlorella sp. Water Research. 2012; 46 (14): 4477-44Ji J., Long Z., Lin D. Toxicity of oxide nanoparticles to the green algae Chlorella sp. Chemistry Engeneering Journal. 2011; 170 (2–3): 525–5Clement L., Zenerino A., Hurel C., Amigoni S., Givenchy E., Guittard F. et al. Toxicity assessment of silica nanoparticles, functionalised silica nanoparticles, and HASE-grafted silica nanoparticles. Science of the Total Environment. 2013; 450: P. 120-128.Fujiwara K., Suematsu H., Kiyomiya E., Aoki M., Sato M., Moritoki N. Size-dependent toxicity of silica nanoparticles to Chlorella kessleri. Journal of Environmental Science and Health, Part A. 2008; 43 (10): 1167-1173.