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Wirkung von Silber-Nanopartikeln auf die Gemüsepflanze "Raphanus sativus" und deren Verteilung im Pflanzensubstrat
Fabian Lukas Marvin Dorn
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Chemie
Betreuer*in
Franz Jirsa
DOI
10.25365/thesis.73129
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20063.60494.832189-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Bei der Forschung nach alternativen Düngemitteln und Pestiziden steht unter anderem das antimikrobielle Schwermetall Silber, vor allem in nanopartikulärer Form, im Fokus. Das Verhalten und die Auswirkungen von Silber sowie Silber-Nanopartikeln (Ag-NP) im Boden und in Pflanzen sind jedoch noch nicht ausreichend erforscht. Bereits durchgeführte Studien haben gezeigt, dass das Verhalten und die Auswirkungen einerseits von den Eigenschaften der Nanopartikeln und andererseits von der Bodenzusammensetzung und der Pflanzenspezies abhängig sind. In dieser Studie wurden die Auswirkungen von zwei verschiedenen Ag-NPs sowie einem silberhaltigen Düngemittel auf die Gemüsepflanze Raphanus sativus untersucht. Für das Experiment wurden 12 Töpfe mit je drei Pflanzen unter konstanten Laborbedingungen über einen Zeitraum von 42 Tagen gezüchtet. Drei Töpfen wurden 51 ± 9 nm große PVP beschichtete Ag-NPs und drei Töpfen <100 nm große in PVP dispergierte Ag-NPs zugesetzt. Drei weiteren Töpfen wurde das silberhaltige Düngemittel (Silbergehalt 1 g/L) entsprechend der Herstellerangabe zugegeben. Die Exposition erfolgte über das Gießwasser an Tag 1, 8, 15 und 22 mit einer 1mg/kg Ag-NP Suspension bzw. 177 nL Düngemittel. Als Referenz wurden drei Töpfe mit je drei Pflanzen unter gleichen Bedingungen aber ohne Silberexposition gezogen. Am Ende des Experiments wurde die Frisch- (FM) und Trockenmasse (TM) der Wurzel, TM der Blätter, Länge der Wurzel sowie Länge und Umfang der Sprossknolle ermittelt. Weiterhin wurde der Silbergehalt in derWurzel und in den Blättern bestimmt. Über die Messung des Silbergehalts in vier verschiedenen Substrattiefen wurde das Retentionsverhalten der Ag-NPs bzw. des Düngemittels untersucht. Es erfolgte ein saurer Aufschluss der Proben für die Silbermessungen. Als Instrument zur Silbermessung wurde ein Graphitrohr-Atomabsorptionsspektrometer verwendet. Eine genaue Charakterisierung der Ag-NPs bzw. des Düngemittels erfolgte mit der dynamischen Lichtstreuung (DLS), dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) und der Rasterelektronenmikroskopie (SEM). Die elementare Zusammensetzung der Ag-NPs bzw. des Düngemittels erfolgte mit der Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie (EELS) als auch mit der energiedispersen Röntgenspektroskopie (EDX). Der Schädlingsbefall mit Trauermücken stellte einen nicht kalkulierbaren Einflussfaktor im Versuch dar. Allerdings schien das zugeführte Silber zu einem verminderten Befall in den entsprechenden Versuchsgruppen zu führen. Die gleichzeitige Exposition von Blättern und Wurzeln mit Ag-NPs führte bei den mit Ag-NPs behandelten Versuchsgruppen zu einer signifikanten Abnahme der Wurzel-FM, Wurzel und Blätter-TM um 33,7 - 66,1%. Die Länge der Wurzel und der Umfang der Sprossknolle nahm bei allen Versuchsgruppen zwischen 17,6% und 20,9% bzw. zwischen 33,7% und 40,0% ab. Die Länge der Sprossknolle zeigte keine signifikante Veränderung. Der Silbergehalt in der Wurzel erhöhte sich bei den Ag-NP Versuchsgruppen am stärksten und lag bei 0,692 ± 0,748mg/kg bzw. 0,591 ± 0,223mg/kg. Der berechnete Bioakkumulationsfaktor für die Ag-NPs lag bei 0,11 und für das Düngemittel bei 0,04. In den Blättern war der Silbergehalt in allen Versuchsgruppen stark erhöht, vermutlich aufgrund der direkten Silberexposition der Blätter und der daraus resultierenden Haftung der Ag-NPs auf den Blättern. Der in den Blättern höchste Silbergehalt wurde bei den in PVP dispergierten Ag-NPs gemessen und betrug 9,375 ± 4,195mg/kg. Die Auswertung des Tiefenprofils des Substrats ließ bei allen Versuchsgruppen einen Trend zur Retention des applizierten Silbers überwiegend in den obersten 3,75 cm erkennen.
Abstract
(Englisch)
Research into alternative fertilizers and pesticides focuses, among other things, on the antimicrobial heavy metal silver, especially in nanoparticulate form. However, the behaviour and effects of silver as well as silver nanoparticles (Ag-NP) in soil and plants have not yet been sufficiently researched. Previously conducted studies have shown that the behaviour and effects depend, on the one hand, on the properties of the nanoparticles and, on the other hand, on the soil composition and plant species. In this study, the effects of two different Ag-NPs as well as a fertilizer containing silver on the vegetable plant Raphanus sativus were investigated. For the experiment, 12 pots of 3 plants each were grown under constant laboratory conditions for a period of 42 days. Three pots were added 51 ± 9 nm large PVP-coated Ag-NPs and three pots were added <100 nm large Ag-NPs dispersed in PVP. To three other pots, the silver-containing fertilizer (silver content 1 g/L) was added according to the manufacturer’s instructions. Exposure was via the irrigation water on days 1, 8, 15, and 22 to 1mg/kg Ag-NP suspension and 177 nL fertilizer, respectively. Three pots of three plants each were grown under the same conditions but without silver exposure as a reference. At the end of the experiment, the fresh (FM) and dry (TM) mass of the root, TM of the leaves, length of the root, and length and circumference of the tuber were determined. Furthermore, the silver content in the root and leaves was determined. By measuring the silver content in four different substrate depths, the retention behavior of the Ag-NPs or fertilizer was investigated. Acid digestion of the samples for silver measurements was performed. A graphite furnace atomic absorption spectrometer was used as the instrument for silver measurement. A detailed characterization of the Ag-NPs or the fertilizer was carried out by dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscope (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The elemental composition of Ag-NPs or fertilizer medium was carried out by electron energy loss spectroscopy (EELS) as well as energy dispersed X-ray spectroscopy (EDX). The pest infestation with sciarid represented an incalculable influencing factor in the experiment. However, the added silver appeared to result in reduced infestations in the corresponding experimental groups. Simultaneous exposure of leaves and roots to Ag-NPs resulted in a significant decrease in root FM, root and leaf TM by 33.7 - 66.1% in the Ag-NP treated experimental groups. Root length and tuber circumference decreased between 17.6% and 20.9% and between 33.7% and 40.0%, respectively, in all experimental groups. Tuber length showed no significant change. The silver content in the root increased the most in the Ag-NP experimental groups and was 0.692 ± 0.748mg/kg and 0.591 ± 0.223mg/kg, respectively. The calculated bioaccumulation factor for the Ag-NPs was 0.11 and for the fertilizer was 0.04. In the leaves, the silver content was highly elevated in all experimental groups, presumably due to the direct silver exposure of the leaves and the resulting adhesion of the Ag-NPs to the leaves. The highest silver content measured in the leaves was for the Ag-NPs dispersed in PVP and was 9.375 ± 4.195mg/kg. Evaluation of the depth profile of the substrate indicated a trend toward retention of the applied silver predominantly in the uppermost 3.75 cm for all experimental groups.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Radieschen Raphanus sativus Silber-Nanopartikel Akkumulation Wurzelexposition Blattexposition Silbergehalt Düngemittel Aufnahme
Schlagwörter
(Englisch)
Radish Raphanus sativus Silver Nanoparticles Accumulation Root Exposure Leaf Exposure Silver Content Fertiliser Uptake
Autor*innen
Fabian Lukas Marvin Dorn
Haupttitel (Deutsch)
Wirkung von Silber-Nanopartikeln auf die Gemüsepflanze "Raphanus sativus" und deren Verteilung im Pflanzensubstrat
Paralleltitel (Englisch)
Effect of silver nanoparticles on the vegetable plant Raphanus sativus and their distribution in the plant substrate
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
V, 62 Seiten : Illustrationen
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Franz Jirsa
AC Nummer
AC16775513
Utheses ID
66084
Studienkennzahl
UA | 066 | 862 | |