Submerse Makrophyten wachsen unter Wasser und stellen eine Gruppe höherer Pflanzen dar, die an die aquatische Umgebung angepasst sind. Da sie im Wasser wachsen, unterscheidet sich die Aufnahme von anorganischem Kohlenstoff stark von der von Landpflanzen. Die Vielfalt und Häufigkeit submerser Makrophyten sind jedoch in den letzten Jahrzehnten zurückgegangen, und Schadstoffe, die in aquatische Ökosysteme eingeleitet werden, können einer der Hauptfaktoren sein.
Silber-Nanopartikel (AgNPs) sind aufgrund ihrer weltweiten Verwendung für die hervorragenden antibakteriellen Eigenschaften eines der aufstrebenden Kontaminanten geworden. Allerdings ist wenig über die Nebenwirkungen von AgNPs auf die Nutzung von photosynthetischem anorganischem Kohlenstoff in submersen Makrophyten bekannt.
Forscher des Botanischen Gartens Wuhan der Chinesischen Akademie der Wissenschaften untersuchten die Auswirkungen von AgNPs auf die Nutzung von anorganischem Kohlenstoff in untergetauchten Makrophyten mit Otttleila alismoides, dem einzigen untergetauchten Makrophyten mit drei CO2-Konzentrationsmechanismen.
Sie fanden heraus, dass, sobald die untergetauchten Makrophyten mit den freigesetzten AgNPs vor der Absorption in Kontakt kamen, die AgNPs sofort die Aktivität der externen Carboanhydrase hemmten, die sich im periplasmatischen Raum befindet, wodurch die Kapazität der Pflanze zur Verwendung von Bicarbonat verringert wurde.
Nach Aufnahme in die submersen Makrophyten aggregierten AgNPs hauptsächlich an der Zellwand und im Chloroplasten. Die internalisierten AgNPs hemmten dann signifikant die Aktivität der Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase-Oxygenase (Rubisco), um CO2 zu fixieren, wodurch der Calvin-Zyklus blockiert wurde.
Unterdessen störten die internalisierten AgNPs den C4- und Crassulacean-Säure-Metabolismus (CAM), indem sie die Aktivität von Phosphoenolpyruvat-Carboxylase (PEPC), Pyruvat-Phosphat-Dikinase (PPDK) und NAD-abhängigem Äpfelsäure-Enzym (NAD-ME) hemmten, um die intrazelluläre Malat-Biosynthese und -Decarboxylierung zu verändern.
Aufgrund der unterschiedlichen Reaktion auf AgNPs unter den anorganischen Kohlenstoffnutzungswegen (unterschiedliche Empfindlichkeit von externer Carboanhydrase, Rubisco, PEPC, PPDK und NAD-ME gegenüber AgNPs-Exposition) könnten die abgegebenen AgNPs das Gleichgewicht der Arten mit unterschiedlichem anorganischen Kohlenstoff stören Nutzungsstrategien, die die Artenzusammensetzung von Süßwasserpflanzengemeinschaften und den Kohlenstoffkreislauf in den aquatischen Systemen verändern können, insbesondere die festen Nutzer von CO2 und Bikarbonat.
Diese Störung kann die Artenzusammensetzung von Süßwasserpflanzengemeinschaften und den Kohlenstoffkreislauf in aquatischen Systemen verändern, was in zukünftigen Studien berücksichtigt werden sollte.
Die Ergebnisse mit dem Titel „Inorganic carbon usage: A target of silver nanoparticletoxicity on a submerged macrophyte“ wurden in veröffentlicht Umweltverschmutzung.
Mehr Informationen:
Wanwan Wang et al, Inorganic carbon usage: A target of silver nanoparticletoxicity on a submerged macrophyte, Umweltverschmutzung (2022). DOI: 10.1016/j.envpol.2022.120906