Cuo химические свойства: Химические свойства оксида меди.

Содержание

Новые свойства оксида меди CuO расширили представления ученых о возможностях мультиферроиков

Мультиферроики в определенном промежутке температур обладают магнитными и электрическими свойствами. Их можно использовать, например, в элементах памяти и датчиках для беспроводной передачи энергии электронным устройствам. В этих веществах магнитные моменты атомов ориентируются ферромагнитно, то есть параллельно друг другу, или антиферромагнитно, с противоположным направлением моментов в соседних атомах. При определенной температуре упорядочение в веществе меняется, и одна фаза переходит в другую. Если в мультиферроике обнаружить все фазы, будет проще управлять магнитными и электрическими свойствами. Сейчас ведутся поиски веществ, обладающих упорядочением при комнатной температуре. Для того, чтобы найти идеальное вещество, необходимо изучить свойства известных сейчас мультиферроиков.

В новом исследовании ученые провели нейтронографические исследования (основаны на рассеянии нейтронов) купрата меди CuO.

Это единственное бинарное соединение, которое обладает высокими для мультиферроиков температурами существования спонтанной поляризации в промежутке между -60 и -43 oC. С понижением температуры ниже -60 oC магнитная структура ионов меди трансформируется в антиферромагнитную, а при температуре выше -43 oC вещество переходит в парамагнитное параэлектрическое состояние, где магнитное упорядочение и электрическая поляризация исчезают. В других (низкотемпературных) мультиферроиках этот последний переход происходит через промежуточную фазу типа волны спиновой плотности, которая находится в температурном промежутке. Однако в CuO многими экспериментаторами и теоретиками до сих пор не было доказано существование промежуточной фазы и характер соответствующих переходов, поскольку используемые для этого традиционные методы нейтронографических исследований не могли уловить небольшие изменения в магнитной структуре этого вещества, ожидаемого в весьма узком интервале температур. Ученые считали, что вещество переходит в парамагнитное состояние только при температуре -43 oC, в так называемой точке Нееля.

«Для выявления неизвестной ранее фазы мы использовали сферическую нейтронную поляриметрию, которая позволяет измерять отношения интенсивности поляризованных нейтронов до и после их рассеяния в веществе, и определять так называемую поляризационную матрицу. По данным исследования, в обнаруженной нами фазе при температуре на один градус выше температуры Нееля, образуются сразу две волны спиновой плотности с перпендикулярными поляризациями, вдоль которых выстраиваются спины. Факт сосуществования двух волн спиновой плотности указывает на тонкий баланс различных магнитных взаимодействий в этом кристалле и позволяет рассматривать точку упорядочения как бикритическую», — отметил руководитель проекта Александр Мухин, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник 

Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН.

Одним из ключевых факторов в проведенном исследовании явилось использование сферической нейтронной поляриметрии, которая помогла обнаружить слабо проявляющиеся изменения магнитной структуры. Результаты исследования позволили полностью определить эволюцию магнитной структуры мультиферроика CuO при изменении температуры и выявить ее специфические особенности, которые важны для поиска новых мультиферроиков, перспективных для разработки более современных функциональных устройств.


Оксид меди — презентация онлайн

1. Сообщение про Оксид Сu

Омарова Диана 9П-11

2. История:

• Латинское название меди Cuprum
произошло от названия острова Кипр, где
уже в III в. до н. э. существовали медные
рудники и производилась выплавка меди.
Слова медь и медный встречаются в
древнейших русских литературных
памятниках. Русское слово «медь»
производят от греческого слова,
означающего рудник, копь.

3. Физические свойства:

• Медь — тяжелый розовокрасный металл, мягкий и
ковкий, плавится при
температуре 1083°С, очень
хорошо проводит элект
рический ток и теплоту:
электрическая проводимость
меди в 1,7 раза выше, чем
алюминия, в 6 раз выше железа
и лишь немного уступает
электрической проводимости
серебра.

4. Химические свойства:

• Оксид меди (II) разлагается при нагревании до
1100оС:2CuO=2Cu+O2.
— Окись меди реагирует с кислотами:
CuO+2HNO3=Cu(NO3)2+h3O;
CuO+h3SO4=CuSO4+h3O — получение медного купороса.
— При реакции с гидроксидами образуются купраты:
CuO+2NaOH=Na2CuO2+h3O.
— Реакции оксида меди (II) с углем, монооксидом углерода,
аммиаком и водородом являются реакциями
восстановления:
2CuO+C=2Cu+CO2.CuO+h3=Cu+h3O

5. Получение:


Получение оксида меди CuO возможно при нагревании соединений:
меди (II) нитрата 2Cu(NO3)2 → 4 NO2+ O2 + 2CuO;
меди (II) гидроксида Cu(OH)2 → h3O + CuO;
меди (II) карбоната CuCO3 → CO2 + CuO.
Cuprum (II) оксид является основным, поэтому он растворяется в минеральных
кислотах (соляной, серной и азотной) с получением соответствующей соли
двухвалентной Cu:
2HCl + CuO → CuCl2 + h3O; h3SO4 + CuO → CuSO4 + h3O; 2HNO3 + CuO →
Cu(NO3)2 + h3O.
Реагирует оксид меди (II) с концентрированной щелочью с образованием соли:
2 KOH + CuO + h3O → K2[Cu (OH)4].
Окисел также может быть восстановлен до металлической Cu при
взаимодействии с водородом или окисью углерода: h3 + CuO → Cu + h3O;
CO + CuO → Cu + CO2.

6. Применение:

• CuO используют при производстве стекла и
эмалей для придания им зелёной и синей
окраски. Кроме того, оксид меди применяют
в производстве медно-рубинового стекла.
• В лабораториях применяют для обнаружения
восстановительных свойств веществ.
Вещество восстанавливает оксид до
металлической меди, при этом чёрный цвет
оксида меди переходит в розовую окраску
меди.

7. Спасибо за просмотр 

Спасибо за просмотр

порошок оксида меди,свойства,применение,синтез,использование

введение нанооксида (cuo):

оксид нано-меди выглядит как коричневато-черный порошок. они могут быть уменьшены до металлической меди, когда подвергается воздействию водорода или монооксида углерода при высокой температуре. нерастворим в воде. медленно растворяются в спирте или растворе аммиака. растворимый в разбавленных кислотах, nh5cl, (nh5) 2co3, раствор цианистого калия. они классифицируются как вредные для окружающей среды с неблагоприятным воздействием на водную флору.

химические и физические свойства:

формула: соо

№ кат .: 1317-38-0

плотность 6,31 г / см3 0,227 фунта / дюйм3

молярная масса 79,55 г / моль

температура плавления 1201 ° C 2194 ° F

точка кипения 2000 ° C 3632 ° F

Внешний вид:


процесс производства оксида меди:

нанопорошок оксида меди может быть синтезирован с использованием водного метода осаждения. в этом способе медь ацетат используют в качестве предшественника и гидроксида натрия в качестве стабилизирующего агента.

применение оксида меди:

нанооксид меди является широко используемым материалом. он был применен к катализатору, сверхпроводящим материалам, термоэлектрическим материалам, чувствительным материалам, стеклу, керамике и другим областям.

как катализатор скорости горения в ракетном топливе. он может значительно улучшить скорость горения гомогенного топлива, более низкого давления, а также лучше работать в качестве катализатора для композитного метательного топлива могут быть применены к катализатору, сверхпроводящим материалам, термоэлектрическим материалам, чувствительным материалам, стеклу, керамики и других областях.

как датчики газа, с 1931 года, более смелые и другие обнаружили, что оксид меди чувствителен к сопоставлению влаги, оксид меди в датчике стал важным объектом исследования. Анодный оксид меди имеет высокую удельную площадь поверхности, высокоактивные, инородные тела и чрезвычайно малые и другие преимущества внешняя среда, такая как температура, свет, влажность и т. д., может значительно улучшить соответствующую скорость, чувствительность и селективность датчика.frietsch и т. д. наномерный оксид меди, нанесенный на поверхность других материалов. Поверхность результатов исследования, датчик покрытие 5-30 нанометровой оксидной пленки меди может значительно улучшить чувствительность датчика к селективности со и этанольного газа, обеспечить передовые средства для тестирования качества окружающей среды.

для получения дополнительной информации о порошке оксида меди, свяжитесь с нами по адресу [email protected]

Грин-синтез биметаллических наночастиц ZnO–CuO и их цитотоксические свойства

  • Whiteley, A. E. et al. Лейкемия: Модель метастатического заболевания. Нац. Преподобный Рак   21 , 461–475 (2021 г.).

    КАС пабмед Google ученый

  • Джамалипур Суфи, Г. и др. MXenes и материалы на основе MXene для диагностики рака: проблемы и возможности. комментариев Неорганическая хим.   41 (6), 1–34 (2021).

    Google ученый

  • Selvakumari, D. и др. Противораковая активность наночастиц ZnO на MCF7 (клетка рака молочной железы) и A549 (клетка рака легкого). ARPN Дж. Инж. заявл. Sci 10 (12), 5418–5421 (2015).

    Google ученый

  • Дуань, X. и др. Наночастицы оксида цинка, синтезированные из Cardiospermum halicacabum, и их противораковая активность в клетках меланомы человека (A375) посредством модуляции пути апоптоза. J. Photochem. Фотобиол. Б биол. 202 , 111718 (2020).

    Google ученый

  • Trayes, K.P. & Cokenakes, S.E. Лечение рака молочной железы. утра. фам. Врач 104 (2), 171–178 (2021).

    ПабМед Google ученый

  • Хамидиан, К. и др. Легированные и нелегированные наночастицы оксида церия: биосинтез, характеристика и цитотоксическое исследование. Керамика Интернешнл. 47 (10, часть А), 13895–13902 (2021).

    КАС Google ученый

  • Ченг З. и др. Наноматериалы для лечения рака: текущий прогресс и перспективы. J. Гематол. Онкол. 14 (1), 1–27 (2021).

    Google ученый

  • Сартадж, А., Бабута, С. и Али, Дж. Оценка комбинированных подходов фитокомпонентов с химиотерапией для лечения рака молочной железы, систематический обзор. Курс. фарм. Дез . 27 (45), 4630–4648 (2021).

    Google ученый

  • Лю, Х. и др. Задержание меди наночастицами серы ингибирует пролиферацию клеток злокачественной меланомы A375 и рака молочной железы MCF-7. Биохим. Биофиз. Рез. коммун. 477 (4), 1031–1037 (2016).

    КАС пабмед Google ученый

  • Мухтар М. и др. Применение нанотехнологий для чувствительного обнаружения малочисленных однонуклеотидных вариаций в геномной ДНК: обзор. Наноматериалы 11 (6), 1384 (2021).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Барани, М. и др. Оценка ниосом, нагруженных карумом, на клетках рака молочной железы: физико-химические свойства, цитотоксичность in vitro, проточная цитометрия, анализ фрагментации ДНК и миграции клеток. Науч. 9 (1), 1–10 (2019).

    MathSciNet КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Ван Ю.и Ван, Ф. Посттрансляционные модификации деубиквитинирующих ферментов: расширение кода убиквитина. Фронт. Фармакол. 12 , 1434 (2021).

    Google ученый

  • Вс, С. и др. BP4RNAseq: дополнительный пакет для ретроспективного и вновь созданного анализа данных секвенирования РНК с использованием как основанного на выравнивании, так и метода количественного определения без выравнивания. Биоинформатика 37 (9), 1319–1321 (2021).

    КАС пабмед Google ученый

  • Рахдар, А. и др. Биохимические, улучшающие и цитотоксические эффекты вновь синтезированных микроэмульсий куркумина: данные исследований in vitro и in vivo. Наноматериалы 11 (3), 817 (2021).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Торкзаде-Махани, М. и др. Комбинированное теоретическое и экспериментальное исследование по улучшению термостабильности рекомбинантной d-лактатдегидрогеназы, иммобилизованной на новом суперпарамагнитном Fe 3 O 4 [email protected]металлоорганический каркас. Заяв. Металлоорганические хим. 34 (5), e5581 (2020).

    КАС Google ученый

  • Сабир, Ф. и др. Интеллектуальный наноноситель на основе ДНК, реагирующий на стимулы, для диагностики и лечения рака: приложения и проблемы. Раки 13 (14), 3396 (2021).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Гаджизаде М.Р. и др. Анализ цитотоксичности ниосом d-лимонена in vitro: эффективный наноноситель для повышения растворимости растительных экстрактов. Рез. фарм. науч. 14 (5), 448 (2019).

    ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  • Барани, М. и др. Нагруженная Lawsone ниосома и ее противоопухолевое действие в клеточной линии рака молочной железы MCF-7: лечение рака нано-травами. ДАРУ Дж. Фарм. науч. 26 , 11–17 (2018).

    КАС Google ученый

  • Барани М. и др. Нанодиагностика и нанолечение колоректального рака: обзор. Дж. Нанопарт. Рез. 23 (1), 1–25 (2021).

    MathSciNet Google ученый

  • Барани, М. и др. Нанолечение и нанодиагностика рака предстательной железы: последние обновления. Наноматериалы 10 (9), 1696 (2020).

    КАС ПабМед Центральный Google ученый

  • Барани М. и др. Моделирование, оценки in vitro и in vivo цитотоксичности рН-чувствительных наноносителей, содержащих метотрексат. Полимеры 13 (18), 3153 (2021).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Сяо, Дж.-Х. и Чжун, Дж.-Дж. Вторичные метаболиты видов Cordyceps и исследования их противоопухолевой активности. Последний патент. Биотехнолог. 1 (2), 123–137 (2007).

    КАС пабмед Google ученый

  • Ji, X. и др. Структурная характеристика полисахарида плодов ююбы ( Ziziphus jujuba Mill.). Хим. биол. Технол. Агр. 8 (1), 1–7 (2021).

    Google ученый

  • Ji, X. и др. Метагеномный анализ модулирующего действия зизифуса на микробиоту кишечника ( Ziziphus jujuba Mill. ) полисахаридов в мышиной модели колоректального рака. Функц. 11 (1), 163–173 (2020).

    КАС пабмед Google ученый

  • Пиментел-Мораль, С. и др. Липидные наноносители для загрузки полифенолов — всесторонний обзор. Доп. Коллоидный интерфейс. науч. 260 , 85–94 (2018).

    КАС пабмед Google ученый

  • да Вольта Соареш, М. и др. Наноструктурированная система доставки фталоцианина цинка: подготовка, характеристика и исследование фототоксичности в отношении клеток аденокарциномы легкого человека A549. Междунар. Дж. Наномед. 6 , 227 (2011).

    Google ученый

  • Ли, Л. и др. Моделирование судьбы полимерных наночастиц in vivo, отслеживаемой красителем ближнего инфракрасного диапазона, реагирующим на окружающую среду: физиологически обоснованный подход к фармакокинетическому моделированию. Молекулы 26 (5), 1271 (2021).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Костов, У. и др. Монодисперсные наночастицы ядро-оболочка NaYF4:Yb3+/[email protected]:Nd3+-PEG-GGGRGDSGGGY-Nh3, возбудимые при 808 и 980 нм: дизайн, инженерия поверхности и применение в науках о жизни. Фронт. хим. 8 , 497 (2020).

    КАС пабмед ПабМед Центральный ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Костов, У. и др. Физико-химические характеристики, биосовместимость и МРТ-применимость новых монодисперсных модифицированных ПЭГ магнитных наночастиц Fe 3 O 4 &SiO 2 ядро-оболочка. RSC Adv. 7 (15), 8786–8797 (2017).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Цао, Ю. и др. Наноструктуры ZnO, легированные калием: биосинтез и паразитоцидное применение. Дж.Матер. Рез. Технол.   15 , 5445–5451 (2021 г.).

    КАС Google ученый

  • Сабир, Ф. и др. Нанодиагностика и нанолечение сердечно-сосудистых заболеваний: Обзор. Хемосенсоры 9 (4), 67 (2021).

    КАС Google ученый

  • Амири, М. С. и др. Применение камедей и слизей на растительной основе в фармакологии и наномедицине: обзор. Молекулы 26 (6), 1770 (2021).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Алиджани, штаб-квартира и др. Биосинтез нановискеров феррита никеля из шпинели и их биомедицинские применения. Науч. Респ. 11 (1), 17431 (2021).

    КАС пабмед ПабМед Центральный ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Kouhbanani, M.A.J. et al. Ингибирующая роль синтезированных наночастиц оксида никеля в отношении клеточных линий Hep-G2, MCF-7 и HT-29: Ингибирующая роль НЧ NiO в отношении клеточных линий Hep-G2, MCF-7 и HT-29. Зеленый хим.лат. Ред. 14 (3), 443–453 (2021).

    КАС Google ученый

  • Рахдар, А. и др. Плуроновые наномицеллы, нагруженные деферасироксом: синтез, характеристика, исследования in vitro и in vivo. Дж. Мол. жидкость 323 , 114605 (2021).

    КАС Google ученый

  • Саргази С. и др. Микроэмульсии F127/цисплатин: In vitro, in vivo и компьютерные исследования. Заяв. науч. 11 (7), 3006 (2021).

    КАС Google ученый

  • Цао, Ю. и др. Керамические магнито-ферритовые наноленты: экологически чистый синтез и их противогрибковая и паразитоцидная активность. Керамика Интернешнл.   48 , 1–7 (2021).

    Google ученый

  • Решми Р. и др. Нанобиокатализаторы: достижения и применение в технологии ферментов. Биоресурс. Технол.   337 , 125491 (2021 г.).

    КАС пабмед Google ученый

  • Алиджани, штаб-квартира и др. Биосинтез нановискеров феррита никеля из шпинели и их биомедицинские применения. Науч. 11 (1), 1–7 (2021).

    Google ученый

  • Хатами, М. и др. Зеленый синтез наночастиц серебра с помощью пырея и оценка их противораковой, противогрибковой и антибактериальной активности. Зеленый хим. лат. 11 (2), 125–134 (2018).

    КАС Google ученый

  • Назари-Ванани, Р. и др. Новый самонаноэмульгирующийся состав сунитиниба: оценка противоопухолевой эффективности. Коллоиды Серф. B Биоинтерфейсы 160 , 65–72 (2017).

    КАС пабмед Google ученый

  • Ломели-Маррокин, Д. и др. Крахмал-опосредованный синтез моно- и биметаллических наночастиц серебра/золота в качестве противомикробных и противоопухолевых средств. Междунар. Дж. Наномед. 14 , 2171 (2019).

    Google ученый

  • Гош, С. и др. Новые биметаллические наночастицы платина-палладий, синтезированные Dioscorea bulbifera : Противораковая и антиоксидантная активность. Междунар. Дж. Наномед. 10 , 7477 (2015).

    КАС Google ученый

  • Элемике, Э. Э. и др. Зеленый синтез биметаллических наночастиц Ag, Au и Ag-Au с использованием экстракта листьев Stigmaphyllon ovatum и их противоракового потенциала in vitro. Матер. лат. 243 , 148–152 (2019).

    КАС Google ученый

  • Trommenschlager, A. и др. Биметаллические комплексы золота (i)–BODIPY–имидазол как новые потенциальные противовоспалительные и противораковые отслеживаемые агенты. Далтон Транс. 46 (25), 8051–8056 (2017).

    КАС пабмед Google ученый

  • Шивамарути, Б.С. и др. Биогенный синтез биметаллических наночастиц серебра и палладия из экстракта плодов Terminalia chebula — Оценка противоопухолевой и противомикробной активности in vitro. Дж. Делив наркотиков. науч. Технол. 51 , 139–151 (2019).

    КАС Google ученый

  • Добрука Р. и др. Оценка действия биологически синтезированных наночастиц Au-CuO и CuO-ZnO на клетки и микроорганизмы глиомы. Саудовская Фарм. J. 27 (3), 373–383 (2019).

    ПабМед Google ученый

  • Элемике, Э. Э., Онвудиве, Д. К. и Сингх, М. Экологически безопасный синтез нанокомпозитов оксида меди, оксида цинка и оксида меди-оксида цинка и их противораковые применения. Дж. Неорг. Органомет. Полим Матер. 30 (2), 400–409 (2020).

    КАС Google ученый

  • Раджешкумар С. и др. Биосинтез наночастиц оксида цинка с использованием листьев Mangifera indica и оценка их антиоксидантных и цитотоксических свойств в клетках рака легкого (A549). Фермент микроб. Технол. 117 , 91–95 (2018).

    КАС пабмед Google ученый

  • Kalaiarasi, A. и др. Наночастицы оксида меди индуцируют противораковую активность в клетках рака легкого A549 путем ингибирования гистондеацетилазы. Биотехнология. лат. 40 (2), 249–256 (2018).

    КАС пабмед Google ученый

  • Chakraborty, R. & Basu, T. Наночастицы металлической меди вызывают апоптоз в клеточной линии меланомы кожи человека A-375. Нанотехнологии 28 (10), 105101 (2017).

    ПабМед ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Хусейн Б.Ю. и Мохаммед А.М. Зеленый синтез наночастиц ZnO в экстракте винограда: их применение в качестве противоракового и антибактериального средства. Матер. Сегодня проц.   42 (3), 18–26 (2021).

    Google ученый

  • Ахамед, М. и др. Генотоксический потенциал наночастиц оксида меди в эпителиальных клетках легких человека. Биохим. Биофиз. Рез. коммун. 396 (2), 578–583 (2010).

    КАС пабмед Google ученый

  • Мота А.Н. и др. Зеленый экстракт Sambucus nigra L. для потенциального применения в кожных наноносителях. Зеленый мэтр.   8 (4), 181–193 (2020).

    Google ученый

  • Васим, М. и др. Модификация поверхности бактериальной целлюлозы напылением меди и оксида цинка для придания устойчивости к ультрафиолетовому излучению/антистатических/антибактериальных свойств. Покрытия 10 (4), 364 (2020).

    КАС Google ученый

  • Хатами М. и др. Наночастицы оксида цинка прямоугольной формы: зеленый синтез стевии и его биомедицинская эффективность. Керам. Междунар. 44 (13), 15596–15602 (2018).

    КАС Google ученый

  • Зовчак М. и др. Анализ концентрации меди и цинка в сыворотке крови у онкологических больных. биол. Трейс Элем. Рез. 82 (1), 1–8 (2001).

    КАС пабмед Google ученый

  • Соетан К., Олайя К. и Ойеволе О. Важность минеральных элементов для человека, домашних животных и растений. Обзор. фр. Дж. Пищевая наука. 4 (5), 200–222 (2010).

    КАС Google ученый

  • Рос-Буллон, М., Санчес-Педрено, П. и Мартинес-Лиарте, Дж. Уровень цинка в сыворотке повышен у пациентов с меланомой. Меланома Рез. 8 (3), 273–277 (1998).

    КАС пабмед Google ученый

  • Заргами Н. и др. Корреляция между уровнями цинка и меди в сыворотке крови и экспрессией гена теломеразы у больных раком легких. Фарма. науч. 14 (4), 183–190 (2009).

    Google ученый

  • Границы | Негативное влияние наночастиц оксида меди на активность микробов круговорота углерода и азота в контрастных сельскохозяйственных почвах и в присутствии растений

    Введение

    Наночастицы меди все шире используются в различных коммерческих продуктах, включая агрохимикаты, краски, полупроводниковые соединения, датчики, катализаторы и антимикробные продукты, что приводит к их растущему выбросу в наземные и водные экосистемы (Keller et al. , 2017). Эти возникающие загрязнители могут проникать в почву в результате прямого внесения наноудобрений или нанопестицидов, содержащих наночастицы меди, или через твердые биодобавки при очистке сточных вод (Лазарева и Келлер, 2014; Ках, 2015). Следовательно, высокая реакционная способность медных наноматериалов и их установленные антимикробные свойства вызывают некоторую озабоченность по поводу возможных последствий для микробных процессов, определяющих плодородие почвы в агроэкосистемах.

    В последнее десятилетие были проведены обширные исследования для оценки воздействия нескольких металлических наночастиц на микробные сообщества почвы, особенно наночастиц серебра и диоксида титана (обзоры Simonin and Richaume, 2015; McKee and Filser, 2016).Однако эффекты наночастиц оксида меди (CuO-NPs) до сих пор плохо документированы. Насколько нам известно, CuO-NP изучали только в четырех исследованиях, и эти исследования проводились с использованием нереалистичных условий воздействия с высокими концентрациями CuO-NP в диапазоне от 100 мг/кг до 10 г/кг почвы (Ben-Moshe et al. , 2010; Rousk et al., 2012; Frenk et al., 2013; Xu et al., 2015), по сравнению с ожидаемыми концентрациями в почве в диапазоне от мкг/кг до низких мг/кг (Garner and Keller, 2014). Кроме того, эти исследования проводились на одной или двух модельных почвах с преимущественно супесчаным механическим составом.Как и любой другой загрязнитель, токсичность и биодоступность CuO-NP, вероятно, зависят от свойств почвы, таких как органическое вещество, pH, текстура или ионная сила, поэтому результаты, полученные для одного типа почвы, не следует распространять на другие почвы (Cornelis et al. ., 2014; Симонин и др., 2015). Например, характеристики почвы могут влиять на преобразование НЧ CuO посредством таких процессов, как растворение (Keller et al., 2017). Ионная форма Cu может быть как высокотоксичной для почвенных микроорганизмов (при высоких концентрациях), так и важным микроэлементом для биологического роста (при низких концентрациях, Arguello et al., 2013). Следовательно, трудно предсказать, в каких типах почв воздействие НЧ CuO будет наиболее неблагоприятным, в зависимости от наблюдаемых скоростей растворения и того, будут ли наночастицы CuO или ионная форма Cu оказывать большее пагубное воздействие на функции почвы. Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы оценить влияние реальных концентраций НЧ CuO на микробное функционирование в почвах, демонстрирующих контрастные физико-химические свойства.

    Кроме того, для надежной оценки воздействия загрязняющего вещества на микробные сообщества в почве необходимо учитывать влияние растений, особенно в контексте агроэкосистемы, где взаимодействия между растениями и микроорганизмами интенсивны (Philippot et al., 2013). Часто сообщается, что стрессор не оказывает прямого воздействия на микробные сообщества, но на микробные процессы воздействуют через косвенные эффекты, вызываемые растениями в контексте сильной обратной связи между растениями и почвой (Cantarel et al., 2015; Simonin et al., 2017; Поммье и др., 2018). Например, растения могут влиять на судьбу и биодоступность загрязняющих веществ в почвах за счет реструктуризации почвы корнями, изменения рН почвы и выделения органических соединений (Бравин и др., 2012).Также было показано, что присутствие растений увеличивает иммобилизацию и детоксикацию меди в почве (Römkens et al. , 1999; Chibuike and Obiora, 2014). Недавнее исследование показало, что НЧ CuO демонстрируют медленные скорости растворения в почве и что эти скорости модулируются ризосферой пшеницы из-за прямой ассоциации НЧ CuO с корнями, повышения pH почвы и экссудации малых органических кислот (Gao et al. др., 2018). Кроме того, поступление питательных ресурсов через экссудацию растений может придать микробным сообществам более высокую устойчивость и устойчивость к нарушениям (Griffiths and Philippot, 2013).Микробные сообщества, уже испытывающие стресс из-за низкой доступности питательных веществ в насыпных почвах, могут иметь меньше энергии, чтобы справиться с внешним стрессором, таким как НЧ CuO, по сравнению с ризосферными микробными сообществами, населяющими богатые питательными веществами места обитания (de Vries and Shade, 2013). Тем не менее, почвенные экотоксикологические анализы наноматериалов редко включают растения и в основном выполняются в течение коротких периодов времени (от 2 недель до 1 месяца), игнорируя обратные связи между растениями и почвой и косвенные эффекты, которые могут влиять на биодоступность и токсичность загрязняющих веществ в течение длительного периода времени (McKee). и Филсер, 2016).Очевидно, необходимы специальные исследования, направленные на оценку того, как растения модулируют токсичность НЧ для почвенных микроорганизмов.

    В этом исследовании мы провели два эксперимента, чтобы ответить на следующие вопросы: (1) Влияют ли CuO-NP на микробную функцию в контрастных почвах при соответствующих низких концентрациях? (2) Влияет ли присутствие растений на микробную реакцию на воздействие CuO-NP? Чтобы ответить на первый вопрос, мы провели эксперимент с почвенным микрокосмом в течение 90 дней, чтобы оценить влияние НЧ CuO при низких концентрациях (0.1, 1 и 100 мг/кг) на микробную активность почвы, связанную с циклами углерода и азота (N) (дыхание, нитрификация и денитрификация) в пяти контрастных сельскохозяйственных почвах. Эффекты CuO-NP сравнивали с эффектами контроля ионов Cu (заявка CuSO 4 ) для определения токсического потенциала формы наночастиц Cu по сравнению с ионной формой. Чтобы ответить на второй вопрос, мы провели дополнительный эксперимент в горшке для оценки влияния присутствия растений (озимая пшеница) на воздействие НЧ CuO на микробную активность в течение 50 дней в почве, которая наиболее сильно реагировала на CuO- НЧ в эксперименте почвенного микрокосма (суглинистая почва LCSA).

    Материалы и методы

    Почвы

    Для эксперимента «Микрокосм» были выбраны пять почв контрастного гранулометрического состава, подвергавшихся различным агроприемам: супесчаная, используемая для выращивания овощей (Brindas), суглинистая почва при кукурузно-пшеничном севообороте (LCSA), илисто-глинистая почва. при севооборотах рапс-пшеница-ячмень (Commarin), илисто-глинистой почве, используемой для выращивания кукурузы (Clessé-Maize), и илисто-глинистой почве с виноградника (Clessé-Vine). Эти почвы были собраны в регионах Бургундия и Овернь-Рона-Альпы (Франция).Более подробная информация о характеристиках почвы и местах отбора проб представлена ​​в Таблице 1А. Почвы были охарактеризованы Laboratoire d’Analyse des Sols (LAS, Аррас, Франция) по гранулометрическому составу (класс текстуры), содержанию органического вещества, pH, емкости катионного обмена (CEC) и концентрации Cu с использованием стандартизированных протоколов ISO. Мы смешали несколько килограммов верхнего слоя почвы (0–15 см), собранного в разных местах на каждом поле, чтобы получить репрезентативный составной образец почвы, и перевезли почвы обратно в лабораторию в холодильниках. Затем почвы просеивали через сито 2 мм и хранили при 4°C в течение < 1 недели до начала эксперимента.

    Таблица 1A . Основные физико-химические характеристики пяти почв, использованных в эксперименте «Микрокосм».

    Характеристики наночастиц

    Для экспериментов мы использовали промышленные порошкообразные наночастицы CuO, выпускаемые компанией Sigma-Aldrich. Согласно информации производителя, НЧ CuO имели номинальный размер <50 нм и удельную площадь поверхности 23 м2 г -1 .Собственный размер первичных частиц был проверен с использованием сканирующей электронной микроскопии ZEISS Ultra 55 с полевой эмиссией (SEM-FEG) и энергодисперсионной спектроскопии (EDS) с SDD-детектором (BRUKERAXS-30 мм 2 ). В среднем НЧ CuO имели размер 57,0 ± 18 нм. Кажущийся гидродинамический диаметр и дзета-потенциал НЧ CuO были охарактеризованы с помощью динамического рассеяния света (DLS) с NanoZS (Malvern Instruments, Великобритания, лазер с длиной волны 638 нм) в 50 мг НЧ CuO L -1 почвенного раствора. приготовлено по Симонину и соавт.(2015). Все суспензии CuO-NP были диспергированы с помощью ультразвука в течение 5 минут перед использованием для обеспечения гомогенности суспензии. Гидродинамические диаметры и дзета-потенциалы CuO-NP, измеренные в пяти почвенных растворах, представлены в таблице 1B. Растворение НЧ CuO оценивали в трех повторностях почвенных растворов с добавлением 50 мг L -1 НЧ CuO в течение 1, 7, 30 и 90 дней и инкубировали в темноте при 28°C в плазменных флаконах (150 мл). в тех же условиях, что и эксперимент с почвенным микрокосмом, описанный ниже.В каждую дату мы выделяли растворенную фракцию меди в почвенных растворах с помощью ультрафильтрационных пробирок (5 кДа), центрифугировали в течение 45 минут при 6000 g и определяли концентрацию меди с помощью ИСП-ОЭС (Varian 700-ES, Varian Inc. Scientific Instruments, Palo Альто, США). В пяти почвенных растворах мы наблюдали <2% кумулятивного растворения (таблица 1B) НЧ CuO в течение 90 дней инкубации.

    Таблица 1B . Характеристика CuO-NP (при 50 мг/л) в пяти почвенных растворах.

    Почвенный микрокосм Экспериментальный проект

    В эксперименте с микрокосмом мы подвергли почвы пяти обработкам, включая три концентрации НЧ CuO (0,1, 1 и 100 мг/кг), обработку сульфатом меди ионами меди (CuSO 4 ) при концентрации 100 мг/кг. кг и контрольную обработку, в которую не добавляли медь. Концентрации CuO-NP были выбраны так, чтобы охватить как диапазон низких реалистичных концентраций в диапазоне миллиардных долей (0,1 мг/кг, Keller et al., 2017), так и более высокие концентрации, соответствующие аварийному разливу (100 мг/кг).Для каждой обработки в 600 г (эквивалент сухой массы) каждой почвы добавляли обработанный ультразвуком раствор CuO-NP или CuSO 4 с концентрацией 0, 1,79, 17,9 или 1790 мг/л в сверхчистой воде для достижения требуемого конечные концентрации. Суспензии НЧ CuO гомогенно добавляли в почву с помощью многоканальной пипетки, после чего почвы тщательно перемешивали в течение 10 мин для обеспечения равномерного воздействия. Влажность почвы регулировали по водоудерживающей способности каждой почвы.Затем 50 г (эквивалент сухой массы) каждой внесенной почвы переносили в стеклянные сосуды для плазмы емкостью 150 мл, закрытые резиновыми пробками, для поддержания постоянной влажности почвы в течение всего эксперимента. Микрокосмы инкубировали в темноте при 28°С в течение 7 или 90 сут и еженедельно аэрировали в стерильной атмосфере в течение 5 мин для обновления атмосферы в колбе. Каждая обработка была воспроизведена в шести независимых микрокосмах, в результате чего было инкубировано и проанализировано 300 микрокосмов (6 повторов × 5 почв × 5 обработок × 2 даты).В конце каждого периода инкубации (7 или 90 дней) микрокосмы отбирали для измерения микробной активности (хранили при 4°C и анализировали в течение 3 дней), выделения ДНК и последующих измерений количественной ПЦР (хранили при -20°C). На оставшейся почве на 7-й день мы измерили рН почвы, используя протокол ISO 10390 для различных обработок. Различные обработки CuO-NP не вызывали значительных изменений pH в пяти исследованных почвах (данные не показаны).

    Горшечный эксперимент с

    Triticum aestivum

    Используя эксперимент с горшком в тепличных условиях, мы сравнили микробные реакции между растениями без растений и растениями с растениями в почве LCSA (таблица 1A), подвергнутой воздействию двух концентраций НЧ CuO (1 и 100 мг/кг) и без добавления Cu (контроль).Было использовано пять повторностей обработки, и все эксперименты проводились с использованием озимой пшеницы ( Triticum aestivum ), выращенной в горшках без подачи азота. Два семени, предварительно проросшие во влажной камере в течение 1 недели, высевали в горшок (12 × 12 × 12 см), содержащий 1,5 кг просеянной суглинистой почвы (< 2 мм), собранной в La Côte Saint-André (LCSA, таблица 1A). Растения выращивали в течение 50 дней в климатической камере (Фитоклима 10000 ЕН, АРАЛАБ) при 16-часовом освещении и 8-часовой ночи; дневная и ночная температура 21 и 18°С соответственно; CO 2 концентрация 350 частей на миллион; и относительной влажности воздуха в камере 70%. Каждый горшок поливают три раза в неделю. Через 50 дней инкубации определяли микробную активность и биомассу растений. Листовую и корневую системы высаженных горшков сушили при 105°C в течение 2 дней для измерения надземной, подземной и общей сухой массы растения (г сухого веса) и для оценки соотношения побегов и корней всего растения. pH определяли для каждого образца почвы, как описано в разделе «Почвы».

    Измерение микробной активности

    Индуцированное субстратом дыхание (SIR)

    Для измерения субстрат-индуцированного дыхания (SIR) в каждый момент времени 10 г (эквивалент сухой массы) свежей почвы помещали в новую стеклянную колбу для плазмы, в которую мы добавляли 0.5 мл раствора глюкозы (1,2 мг С-глюкозы г -1 сухой почвы) в качестве неограничивающего источника углерода для микробного дыхания (Patra et al., 2005). Колбы герметично закрывали резиновой пробкой и инкубировали при 28°С в течение 7 часов. Накопление CO 2 в колбе измеряли каждый час с помощью газового хроматографа (Micro GC R3000, SRA Instrument, Marcy L’Etoile, Франция).

    Активность фермента нитрификации (NEA)

    Для измерения активности нитрифицирующих ферментов (NEA) 3 г (эквивалент сухой массы) свежей почвы инкубировали с 6 мл раствора (NH 4 ) 2 SO 4 (50 мкг N-Nh5+ г −1 сухая почва) в новом сосуде для плазмы (Dassonville et al., 2011). К каждому образцу добавляли дистиллированную воду до достижения общего объема жидкости в колбах 24 мл. Колбы запечатывали Parafilm ® и инкубировали при 28°C при постоянном встряхивании (140 об/мин). Через 2, 4, 6, 8 и 10 ч инкубации отбирали 1,5 мл почвенной суспензии, фильтровали при 0,2 мкм и хранили во флаконах при -20°C до измерения концентраций NO2- и NO3- с помощью ионного хроматографа (ICS). 900, Dionex, Солт-Лейк-Сити, США).

    Активность фермента денитрификации (DEA)

    Для измерения активности фермента денитрификации (ДЭА) 10 г (эквивалент сухой массы) свежей почвы помещали в новый сосуд для плазмы, герметично закрытый резиновой пробкой (Bardon et al. , 2014). Атмосферу колб заменяли смесью 90% гелия и 10% ацетилена для получения анаэробных условий и ингибирования редуктазы закиси азота, которая катализирует конечную стадию денитрификации, превращая N 2 O в N 2 . Дистиллированная вода (1 мл), содержащая KNO 3 (50 мкг N-NO3- г -1 сухой почвы), глюкозу (500 мкг С-глюкозы г -1 сухой почвы) и глутаминовую кислоту (500 мкг С -глутаминовая кислота г -1 сухая почва) добавляли через резиновую пробку с помощью шприца для обеспечения неограниченных количеств углерода и NO3- для денитрифицирующей активности.Колбы инкубировали при 28°С в течение 8 часов. Через 2 ч концентрацию N 2 O в атмосфере колб измеряли каждый час с помощью газового хроматографа, описанного в разделе «Дыхание, индуцированное субстратом» (SIR).

    Измерение численности микробов

    ДНК почвы

    экстрагировали из 0,5 г замороженной почвы с использованием набора FastDNA ® Spin Kit for Soil (MPbio, Калифорния, США) в соответствии с инструкциями производителя. Количественную оценку ДНК проводили с использованием набора Qubit ® dsDNA BR Assay Kit на Qubit ® 2.0 флюорометр.

    Численность общего бактериального сообщества, нитрификаторов amoA (AOA и AOB) и денитрификаторов измеряли с помощью количественной ПЦР с использованием Lightcycler 480 (Roche Diagnostics, Meylan, France) в соответствии с протоколами, описанными в Simonin et al. (2015, 2016). Для определения общей численности бактерий мы амплифицировали ген rrs , кодирующий 16S рРНК, с использованием универсальных праймеров 519F и 907R, нацеленных на область V4-V5. Для нитрификаторов функциональный ген amoA амплифицировали с использованием генных праймеров amoA_1F и amoA_2R для AOB и CrenamoA616r и CrenamoA23f для AOA.Численность денитрификатора измеряли с помощью функционального гена nirS , кодирующего Cu-содержащую NO 2 редуктазу. Амплификацию проводили с использованием праймеров для генов nirSCd3aF и nirSR3cd. Все реакции проводили в двух повторностях с использованием 1X QuantiTectSybrGreen PCR Master Mix (Qiagen, Courtaboeuf, France) и включали серийные разведения стандартов ДНК для каждого гена (от 10 2 до 10 7 копий гена мкл -1 ).

    Статистический анализ

    Результаты представлены как средние значения (± стандартные ошибки).В эксперименте с горшком микробная активность, измеренная в посеянном состоянии, представлена ​​в виде процента по отношению к непосеянному состоянию при той же обработке Cu (контроль, 1 мг/кг CuO-NP или 100 мг/кг CuO-NP). Мы проверили влияние обработок CuO-NP и ионами Cu на микробные и растительные конечные точки для каждой тестируемой почвы с использованием обобщенной линейной модели с функцией glm (соответствующей гауссовскому или гамма-распределению вероятности) в две даты отбора проб. Затем мы выполнили апостериорных тестов с использованием пакета lsmeans в программном обеспечении R версии 2. 3.2 (Основная группа R, 2015 г.). Мы использовали порог значимости P <0,05. Линейная регрессия микробной активности и обилия была исследована и описана с помощью коэффициента корреляции Спирмена.

    Результаты

    Влияние НЧ CuO на микробную активность почвы в контрастных почвах — эксперимент «Почвенный микрокосм»

    В эксперименте с микрокосмом мы заметили, что эффекты CuO-NPs и CuSO 4 различались между пятью почвами (рис. 1). На 7-й день ни одна из обработок не изменила NEA, независимо от типа почвы (рис. 1B).SIR значительно снизился только в почве LCSA, подвергшейся воздействию 100 мг/кг НЧ CuO (-33%) или CuSO 4 (-29%). DEA снижалась только при обработке 100 мг/кг CuSO 4 во всех почвах (рис. 1C, от -26 до -40%), в то время как такая же концентрация CuO-NPs значительно снижала эту активность только в LCSA (-25% ) и коммаринских почв (-33%). 0,1 и 1 мг/кг CuO-NP не оказывали никакого влияния на ДЭА на 7-й день.

    Рисунок 1 . Влияние НЧ CuO и CuSO 4 на микробную активность в пяти почвах на 7 и 90 дни. (A) Индуцированное субстратом дыхание (SIR), (B) Активность фермента нитрификации (NEA) и (C) Активность фермента денитрификации (DEA). Символы представляют значительные эффекты обработок по сравнению с контролями: # P <0,06; * Р < 0,05; ** Р < 0,01; *** Р < 0,001. Обратите внимание, что масштаб оси Y различен для каждой почвы.

    На 90-й день SIR значительно снизился при всех обработках почвы Brindas (рис. 1A), включая 0.1 и 1 мг/кг дозы CuO-NP, которые привели к максимальному снижению (-45 и -47% соответственно). В других почвах активность SIR не изменилась, за исключением почвы Коммарин с 100 мг/кг CuSO 4 (-29%). NEA в почве Brindas была снижена только при обработке 100 мг/кг CuO-NP (-49%, рис. 1B), в то время как эта активность снижалась в почве LCSA при обработке 0,1 и 100 мг/кг CuO-NP (-37 и −54%). CuO-NP не влияли на NEA в трех других почвах, но обработка CuSO 4 привела к снижению NEA в почве Коммарин (-34%) и увеличению NEA в почвах Brindas (+58%) и Clessé-vine. (+131%).На 90-й день DEA все еще значительно подавлялся при обработке 100 мг/кг CuSO 4 во всех почвах (от -23 до -42%, рис. 1C). Одна и та же концентрация CuO-NP вызвала значительное снижение с -21 до -42% во всех почвах, кроме почвы Бриндас. Обработка 1 мг/кг CuO-NP значительно снижала DEA только в почве LCSA (-30%), но самая низкая концентрация (0,1 мг/кг) не влияла на этот микробный процесс.

    Влияние НЧ CuO на микробное обилие и корреляции с микробной активностью — эксперимент «Почвенный микрокосм»

    На 7-й день различные виды лечения не изменили численность микробов (данные не показаны) и оказали лишь ограниченное влияние на 90-й день (рис. S1).Обилие АОА уменьшилось при 100 мг/кг НЧ CuO в почве LCSA (рис. S1B, -57%). Такое же воздействие НЧ CuO и CuSO 4 в почве Коммарина привело к аналогичному снижению содержания АОБ (рис. S1C, -45 и -50% соответственно). Обилие денитрификаторов, несущих ген nirS , также было снижено при обработке 1 и 100 мг/кг CuO-NP в этой почве (-48 и -45%, рисунок S1D).

    Мы обнаружили, что SIR не имеет значительной корреляции с численностью бактерий в пяти исследованных почвах (рис. 2А).DEA положительно коррелировал с содержанием денитрификатора, содержащего nirS , в почвах LCSA и Clessé Vine (рис. 2B). NEA положительно коррелировал как с содержанием АОА, так и с содержанием АОБ в почве Бриндас (рис. 2C, D), а также с содержанием АОБ в почве Коммарин (рис. 2D). В почвах LCSA, Clessé-Maize и Clesse-Vine NEA не коррелировал с содержанием нитрификаторов.

    Рисунок 2 . Корреляция между микробной активностью и микробной численностью в пяти почвах на 90-й день. (A) SIR по сравнению с численностью бактерий, (B) DEA по сравнению с nirS , содержащим содержание денитрификатора, (C) NEA по сравнению с численностью AOA и (D) NEA по сравнению с численностью AOB. Когда корреляция значима, указываются значения R 2 и P , в противном случае отображается NS для незначимого.

    Влияние присутствия растений на влияние CuO-NP на микробную активность почвы в эксперименте LCSA «Почва — горшок»

    Сравнивая микробную активность в незасаженных и засаженных горшках, мы заметили, что присутствие растений оказывает положительное влияние на SIR и DEA [ F (1, 1) = 27.2, P < 0,0001 и F (1, 1) = 81,3, P < 0,0001 соответственно], но не на НЭА после 50 дней воздействия ( P = 0,39; рис. 3). Мы обнаружили, что эффекты обработки CuO-NP могут значительно различаться между незасаженными и засаженными почвами для DEA (значительное взаимодействие обработки медью и присутствием растений, F (1, 2) = 6,1, P = 0,007).

    Рисунок 3 . Влияние НЧ CuO на микробную активность, выраженное в процентах по отношению к такой же обработке в незасаженных почвах после 50 дней воздействия. Разные буквы указывают на значительную разницу между обработками для данной микробной активности.

    Для SIR положительный эффект растений (в среднем +53%) сводился на нет добавлением 1 и 100 мг/кг НЧ CuO (в среднем +13 и +20% соответственно; рис. 3). Точно так же стимуляция ДЭА, связанная с присутствием растений, уменьшалась в два раза, когда почва подвергалась воздействию 100 мг/кг НЧ CuO (в среднем +91% в контроле и +48% в 100 мг/кг НЧ CuO; рис. 3). Однако на NEA не влияло ни присутствие растений, ни обработка CuO-NP (рис. 3).

    Влияние CuO-NP на биомассу растений и рН почвы — эксперимент в горшке

    В эксперименте в горшках, проведенном с почвой LCSA, обработка CuO-NP значительно повлияла на рост пшеницы после 50 дней воздействия (рис. 4). Общая и корневая биомассы значительно увеличились при дозе CuO-NP 1 мг/кг по сравнению с контролем (+38% и +47% соответственно; рисунки 4A,B). Значительное увеличение соотношения побегов и корней наблюдалось при обработке 100 мг/кг CuO-NP по сравнению с обработкой 1 мг/кг CuO-NP (+38%; рис. 4C).Существенного влияния на биомассу побегов не наблюдалось. Никакого влияния обработки CuO-NP или присутствия растений на значения pH почвы не наблюдалось (рис. 4D).

    Рисунок 4 . Влияние НЧ CuO на общую биомассу растений пшеницы (A) , биомассу корней (B) и соотношение побегов и корней (C) . (D) рН в незасеянной и засаженной почве после 50 дней воздействия. Различные буквы указывают на значительную разницу между методами лечения для данной конечной точки.

    Корреляции между микробной активностью и биомассой растений или рН почвы — эксперимент в горшке

    SIR и NEA положительно коррелировали с биомассой корней [ R 2 = 0,23; F (1, 13) = 4,1, P = 0,066 и R 2 = 0,45; F (1, 13) = 10,7, P = 0,006 соответственно; Фигуры 5А,Б]. Мы также наблюдали положительную связь между DEA и биомассой корней, но корреляция была незначительно значимой [ R 2 = 0. 20; Ф (1, 13) = 3,3, Р = 0,09; Рисунок 5С]. Дальнейшее подтверждение влияния биомассы корней на микробную активность, мы обнаружили, что отношение побегов/корней отрицательно коррелирует с микробной активностью, связанной с азотным циклом [ R 2 = 0,57; F (1, 13) = 17,1, P = 0,00012 и R 2 = 0,48; F (1, 13) = 11,9, P = 0,004 соответственно для NEA и DEA], но не для SIR.

    Рисунок 5 . Корреляции между микробной активностью и биомассой корней после 50 дней воздействия. (A) SIR по сравнению с биомассой корней, (B) DEA по сравнению с биомассой корней и (C) NEA по сравнению с биомассой корней. Указаны значения R 2 и P .

    Растения также влияли на взаимосвязь между микробной активностью N-цикла в этом эксперименте. DEA положительно коррелировал с NEA в незасаженной и засеянной почве. Однако в незасеянной почве корреляция была сильнее [ R 2 = 0,49; F (1, 13) = 12,6, P = 0,0036], чем у посаженного [ R 2 = 0,34; F (1, 13) = 6,77, P = 0,022]. При рассмотрении всех обработок вместе микробная активность не имела значительной корреляции с pH почвы (SIR: P = 0,17; NEA: P = 0,84; DEA: P = 0,65). Корреляция между SIR и pH была обнаружена только для дозы 1 мг/кг CuO-NP [ R 2 = 0.42; F (1, 8) = 5,7, P = 0,043].

    Обсуждение

    Различное влияние НЧ CuO и ионной меди на микробную активность

    При измерении трех микробных активностей (DEA, NEA и SIR) загрязнение ионами Cu (CuSO 4 ) приводило либо к (i) аналогичному снижению по сравнению с добавлением CuO-NP (например, DEA на 90-й день), (ii ) более сильное снижение по сравнению с воздействием CuO-NP (например, при ДЭА на 7-й день) или (iii) увеличение микробной активности, в то время как воздействие CuO-NP не оказало эффекта или вызвало снижение (например,г. , СВА на 90-й день). Эти результаты свидетельствуют о том, что последствия CuO-NPs и ионной Cu для микробной активности почвы различны. В частности, НЧ CuO никогда не оказывали стимулирующего действия на измеренную активность, в то время как добавление CuSO 4 стимулировало NEA в двух разных почвах (Brindas и Clessé Vine) через 90 дней. Этот результат можно объяснить потребностью в Cu ферментов аммиачной монооксигеназы, катализирующих первую стадию NEA (Wagner et al., 2016). Следовательно, через 90 дней мы можем предположить, что ограничение биодоступной меди могло быть смягчено добавлением CuSO 4 , но не добавлением CuO-NP в этих двух почвах.В целом противоположные эффекты обработки НЧ CuO и ионами Cu на микробную активность, вероятно, объясняются очень низким растворением НЧ CuO в пяти почвах. Растворение НЧ CuO в пяти почвенных растворах через 90 дней составило менее 2%. Этот результат подтверждается исследованием Gao et al. (2018), который также показывает медленные скорости растворения НЧ CuO в сельскохозяйственной почве. В целом эти результаты показывают, что эффекты НЧ CuO, вероятно, были в основном обусловлены формой наночастиц Cu, а не ионной формой Cu.

    Ограниченное влияние НЧ CuO на микробную активность при низких концентрациях и сильном снижении ДЭА в большинстве почв

    Испытанные низкие концентрации CuO-NP (0,1 и 1 мг/кг) не оказали влияния на изучаемую микробную активность, за исключением снижения на 90-й день SIR в супесчаной почве Brindas и NEA и DEA в суглинке почва LCSA. Следовательно, результаты этого микрокосмического эксперимента показывают, что воздействие CuO-NP в низких и соответствующих концентрациях оказывает ограниченное влияние на микробную активность почвы, участвующую в циклах углерода и азота, но что почвы с грубой текстурой (низкое содержание глины) могут время от времени подвергаться воздействию.

    Наименьшая концентрация, проверенная ранее в литературе, составляла 100 мг/кг CuO-NP; эта концентрация привела к снижению активности различных микробных ферментов (уреазы, дегидрогеназы, фосфатазы) в затопленной рисовой почве (Xu et al. , 2015). Точно так же в нашем исследовании мы наблюдали, что 100 мг/кг CuO-NP вызывали значительное снижение DEA, NEA и SIR. В частности, было обнаружено, что DEA является наиболее чувствительным микробным процессом к воздействию CuO-NP в краткосрочной (7 дней) и долгосрочной перспективе (90 дней).На 90-й день четыре из пяти почв продемонстрировали значительное снижение DEA в диапазоне от 21 до 42% в присутствии 100 мг/кг CuO-NP. Почвы среднего и мелкого гранулометрического состава LCSA (суглинки) и Commarin (илисто-глинистые) оказались наиболее чувствительными почвами к действию ДЭА. SIR и NEA были менее подвержены воздействию CuO-NP, и значительное снижение наблюдалось только в двух почвах с грубой и средней текстурой (Brindas и LCSA). Эти результаты показывают, что НЧ CuO могут оказывать вредное воздействие при высокой концентрации (100 мг/кг) в сельскохозяйственных почвах с очень контрастными текстурами, содержанием органического вещества, рН и методами ведения сельского хозяйства.

    В отличие от других загрязнителей тяжелыми металлами, мы не наблюдали четких закономерностей, указывающих на более высокую токсичность НЧ CuO на ДЭА в почвах с грубой структурой (высокое содержание песка) и низким содержанием органического вещества, как обычно сообщается (Giller et al. , 1998). ; Куан и др., 2006; Чжан и др., 2016). В нескольких исследованиях сообщается, что токсичность NP сильно различается в зависимости от типов протестированных почв, но наблюдаемые закономерности, связанные с текстурой почвы, pH и содержанием органического вещества, различаются как в зависимости от тестируемого NP, так и между исследованиями (McKee and Filser, 2016).Необходима более глубокая характеристика преобразований, которым подвергаются НЧ CuO в различных почвах, и параметров почвы, влияющих на биодоступность и токсичность CuO-NP.

    Часто обнаруживается, что денитрификаторы нечувствительны ко многим токсикантам и даже увеличиваются в относительной численности на загрязненных участках, в то время как часто сообщается, что нитрификаторы очень чувствительны к загрязнению металлами (Bissett et al., 2013). Поэтому мы были удивлены, обнаружив, что DEA был наиболее чувствительным микробным процессом к CuO-NP в нашем эксперименте, особенно по сравнению с NEA.Денитрификаторы демонстрируют более высокое разнообразие и функциональную избыточность по сравнению с нитрификаторами, а также имеют большую ширину ниши (факультативные анаэробы, разнообразие органических субстратов), что делает DEA в целом более устойчивым и устойчивым к нарушениям (Griffiths and Philippot, 2013). Более того, поскольку нитрификация и денитрификация тесно связаны, снижение DEA часто является следствием снижения NEA. Таким образом, данное исследование показывает, что в отличие от других НЧ (Simonin et al., 2016) НЧ CuO оказывают более губительное воздействие на ДЭА, чем на НЭА, в краткосрочной и долгосрочной перспективе в различных почвах.

    Влияние НЧ CuO на микробную активность, по-видимому, не связано с сильным снижением численности различных микробных групп, управляющих этими процессами (общее количество бактерий, АОА, АОБ, денитрификаторы). Численность микробов оставалась в основном неизменной при обработках, а корреляции между микробной активностью и численностью наблюдались только в нескольких почвах. Наши результаты показывают, что ингибирование DEA в почвах Brindas и Clessé-Maize не было связано с изменениями содержания денитрификаторов, несущих nirS .Однако значимые корреляции между DEA и содержанием денитрификатора в почвах LCSA и Clesse-Vine указывают на то, что снижение скорости денитрификации было, по крайней мере, частично связано с уменьшением содержания денитрификатора. Потребуются дополнительные исследования, чтобы определить, могут ли CuO-NP влиять на синтез и функционирование ферментов или приводить к изменениям в структуре микробного сообщества с течением времени, что может привести к снижению ключевых микробных активностей, таких как денитрификация.

    Эффекты CuO-NP усиливаются со временем

    В соответствии со многими другими экотоксикологическими исследованиями, изучающими токсичность НЧ, мы заметили, что вредное воздействие НЧ CuO со временем усиливается (Simonin et al., 2015, 2016; Макки и Филсер, 2016 г.). В этом исследовании две трети значительных эффектов, наблюдаемых на микробной активности, произошли на 90-й день. Эти токсические эффекты, обнаруженные и/или усиливающиеся после более длительного воздействия, можно объяснить несколькими абиотическими факторами (например, pH, DOC, ионной силой), которые меняются во времени и могут трансформировать НЧ CuO в состаренную форму, более биодоступную или токсичную для микроорганизмов (Cornelis et al. , 2014). Изменение абиотических параметров почвы в процессе инкубации может повлиять не только на судьбу CuO-NP, но и на структуру микробного сообщества почвы.Временные изменения в составе микробного сообщества и потеря или снижение чувствительности таксонов к НЧ CuO с течением времени могут быть ключевым объяснением снижения микробной активности, наблюдаемого через 90 дней. В целом эти результаты подтверждают идею о том, что краткосрочные экотоксикологические анализы могут быть непригодны для оценки рисков, связанных с загрязнением почв НЧ, и могут привести к недооценке их экологических последствий.

    Стимуляция микробной активности присутствием растений не снижает токсичность CuO-NP

    В эксперименте с горшком мы обнаружили, что присутствие растений сильно стимулирует гетеротрофную микробную активность (т.e., SIR и DEA), вероятно, за счет поступления углерода в ризосферу, о чем свидетельствует положительная корреляция между микробной активностью и корневой биомассой (Smith and Tiedje, 1979; Klemedtsson et al. , 1987). Однако этот стимулирующий эффект пшеницы не нейтрализовал и не ослабил негативные эффекты НЧ CuO на SIR и DEA. Снижение микробной активности, подобное наблюдаемому в эксперименте с микрокосмом (от 30 до 40%), наблюдалось в горшках с растениями, подвергшихся воздействию НЧ CuO.В частности, SIR ингибировался обработкой как 1, так и 100 мг/кг CuO-NP в присутствии пшеницы, а DEA снижался при воздействии только самой высокой концентрации. Таким образом, в этом эксперименте увеличенные ресурсы углерода, обеспечиваемые растением, явно не придавали более высокой устойчивости к воздействию CuO-NP для двух измеренных видов активности гетеротрофных почвенных микробов.

    Снижение SIR при дозе 1 мг/кг было неожиданным, поскольку эта активность не изменялась при самых низких концентрациях в отсутствие растений и в целом была более устойчивой, чем DEA в эксперименте с микрокосмом.Этот результат свидетельствует о том, что присутствие пшеницы изменяет биодоступность и токсичность НЧ CuO, как было продемонстрировано ранее (например, растворение, прилипание к корням, поглощение, Gao et al. , 2018), или что микробное сообщество почвы под влиянием растения будет более чувствителен к этому загрязнителю, чем в незасеянной почве. Необходима дополнительная работа, чтобы определить, как экссудаты растений изменяют старение НЧ CuO в ризосфере и чувствительность микробного сообщества почвы к этому появляющемуся загрязнителю.

    NEA, хемоавтотрофная активность, характеризующаяся меньшей зависимостью от органического углерода, чем SIR и DEA, не подвергалась положительному влиянию присутствия растений и даже немного снижалась в почвах с растениями. Отсутствие стимуляции NEA в присутствии пшеницы можно объяснить сильной конкуренцией за аммиак между нитрификаторами и растениями (Cantarel et al., 2015). Это изменение цикла азота в присутствии растения также было подчеркнуто более сильной корреляцией, наблюдаемой между NEA и DEA в незасаженных почвах.Интересно, что обработка CuO-NP существенно не изменила NEA в эксперименте с горшком, что указывает на то, что конкуренция за ресурсы азота между нитрификаторами и растением не повышала их чувствительность к загрязнителю. Эти результаты показывают, что влияние присутствия растений на токсичность CuO-NP варьируется в зависимости от микробной активности и типа задействованного взаимодействия растений и микроорганизмов (комменсализм или конкуренция).

    В контексте потенциального использования НЧ CuO в агрохимических продуктах наши результаты показывают, что при низких концентрациях (1 мг/кг) внесение в почву НЧ CuO может привести к увеличению биомассы пшеницы.В нашем исследовании эти эффекты были связаны с более высоким выделением биомассы корням, чем листьям, что увеличивало общую биомассу растений. Стимулирующее действие НЧ CuO на корневую систему можно объяснить различными механизмами, такими как использование растворенных НЧ CuO в качестве микроэлементов растениями (как предложено Dimkpa et al., 2013), устранение фитопатогенов с помощью CuO -NPs (Hajipour et al., 2012) или реакция растений на стресс, приводящая к более высокому выделению энергии для роста корней, чтобы компенсировать затраты энергии, связанные с детоксикацией CuO-NP (Potters et al. , 2007). Чтобы определить потенциальную ценность применения НЧ CuO для посевов пшеницы, в будущих исследованиях необходимо определить влияние воздействия НЧ CuO на агроэкосистемы и их продуктивность (производство зерна, массу и качество), а также оценить долгосрочные последствия изменение микробной активности почвы на плодородие почвы.

    Заключение

    Эти два эксперимента показывают, что НЧ CuO могут оказывать пагубное воздействие на активность микробов в почве, но большинство эффектов наблюдалось при самой высокой испытанной концентрации (100 мг/кг).Как и в предыдущих исследованиях, мы заметили, что негативные эффекты НЧ CuO со временем усиливаются, что указывает на то, что краткосрочные исследования (часы, дни) могут недооценивать риски, связанные с этими загрязнителями. Эффекты различались между пятью исследованными почвами, но во всех почвах наблюдалось значительное снижение микробной активности. Наши результаты показали, что наиболее пострадавшей почвой была суглинистая почва с низким содержанием органического вещества (LCSA), хотя необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, какие биотические и абиотические характеристики являются основными факторами чувствительности этой почвы к НЧ CuO. Кроме того, эта работа демонстрирует, что присутствие растений влияет на реакцию микробов на воздействие CuO-NP, но не смягчает и не компенсирует эффекты. Например, значительное снижение активности гетеротрофных микробов наблюдалось в засаженных почвах даже при 1 мг/кг SIR. В целом, это исследование наглядно демонстрирует необходимость оценки воздействия наноматериалов на окружающую среду в реальных экспериментальных условиях для улучшения оценки риска этих новых загрязнителей.Будущие исследования в области нанотоксикологии должны систематически включать низкие концентрации (мкг/кг и низкий диапазон мг/кг) и учитывать биологическую сложность почвы и физико-химическое разнообразие в своих экспериментальных планах, чтобы получить комплексную оценку, полезную для регулирования.

    Вклад авторов

    MS, AAMC, AC, JM и AR разработали эксперименты. MS, AAMC, JG и AC провели эксперименты и выполнили измерения растений и микробов. MS, AAMC и AR написали статью, а все соавторы отредактировали рукопись.

    Финансирование

    Работа выполнена при поддержке французской национальной программы CNRS EC2CO-MicrobiEn и Ecodyn (RHIZONANO). Мари Симонин получила грант докторской степени от региона Рона-Альпы — ARC Environnement.

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Дополнительный материал

    Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2018.03102/full#supplementary-material

    Благодарности

    Мы благодарим платформу Serre et chambres climatiques (Université Lyon1, FR BioEnviS) за выращивание растений и платформу Activités Microbiennes dans l’Environnement (Université Lyon 1, UMR 5557) за микробный анализ. Мы благодарим Nadège Roche, Julia Sanchez и Elise Lacroix за их помощь в выращивании растений, сборе урожая и микробном анализе.

    Ссылки

    Бардон, К., Piola, F., Bellvert, F., Haichar, F.Z., Comte, G., et al. (2014). Доказательства ингибирования биологической денитрификации (BDI) вторичными метаболитами растений. Новый Фитол. 204, 620–630. doi: 10.1111/nph.12944

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Бен-Моше, Т., Дрор, И., и Берковиц, Б. (2010). Транспорт наночастиц оксидов металлов в насыщенных пористых средах. Хемосфера 81, 387–393. doi: 10.1016/j.chemosphere.2010.07.007

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Биссет, А., Браун, М.В., Сицилиано, С.Д., и Тралл, П.Х. (2013). Реакция микробного сообщества на антропогенное изменение окружающей среды: к системному подходу. Экол. лат. 16, 128–139. doi: 10.1111/ele.12109

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Бравен, М. Н., Гарнье, К., Ленобль, В., Жерар, Ф., Дюдаль, Ю., и Хинсингер, П. (2012). Вызванные корнями изменения pH и способности связывать растворенные органические вещества влияют на динамическое образование меди в ризосфере. Геохим. Космохим. Acta 84, 256–268. doi: 10.1016/j.gca.2012.01.031

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Кантарель, А. А., Поммье, Т., Декло-Тевенио, М., Дикелу, С., Дюмон, М., Грассейн, Ф., и др. (2015). Использование признаков растений для объяснения отношений между растениями и микробами, участвующих в поглощении азота. Экология 96, 788–799. дои: 10.1890/13-2107.1

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Чибуике, Г.У. и Обиора, Южная Каролина (2014). Загрязнение почв тяжелыми металлами: влияние на растения и методы биоремедиации. Заяв. Окружающая среда. Почвоведение . 2014:752708. дои: 10.1155/2014/752708

    Корнелис, Г., Хунд-Ринке, К., Кульбуш, Т., Бринк, Н., и ван ден, Никель, К. (2014). Судьба и биодоступность инженерных наночастиц в почвах: обзор. Критик. Преподобный Окружающая среда. науч. Технол. 44, 2720–2764. дои: 10.1080/10643389.2013.829767

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Дассонвиль, Н., Гийомо Н., Пиола Ф., Меертс П. и Поли Ф. (2011). Строительство ниш инвазивными горецами азиатскими (видовой комплекс Fallopia): влияние на активность, численность и структуру сообществ денитрификаторов и нитрификаторов. биол. Вторжения 13, 11:15–11:33. doi: 10.1007/s10530-011-9954-5

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Димкпа, К.О., Латта, Д.Е., Маклин, Дж.Е., Бритт, Д.В., Боянов, М.И., и Андерсон, А.Дж. (2013). Судьба нано- и микрочастиц CuO и ZnO в растительной среде. Окружающая среда. науч. Технол. 47, 4734–4742. дои: 10.1021/es304736y

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Френк С., Бен-Моше Т., Дрор И., Берковиц Б. и Минц Д. (2013). Влияние наночастиц оксидов металлов на структуру и функции микробного сообщества в двух разных типах почв. PLoS ONE 8:e84441. doi: 10.1371/journal.pone.0084441

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Гао, X., Авеллан, А., Лоутон, С., Вайдья, Р., Родригес, С.М., Касман, Э.А., и соавт. (2018). Растворение и токсичность наночастиц CuO для пшеницы ( Triticum aestivum ) в ризосферной почве. Окружающая среда. науч. Технол. 52, 2888–2897. doi: 10.1021/acs.est.7b05816

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Гарнер, К.Л., и Келлер, А.А. (2014). Новые модели для инженерных наноматериалов в окружающей среде: обзор исследований судьбы и токсичности. J. Рез. наночастиц. 16:2503. doi: 10.1007/s11051-014-2503-2

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Гиллер, К. Э., Виттер, Э., и Макграт, С. П. (1998). Токсичность тяжелых металлов к микроорганизмам и микробным процессам в сельскохозяйственных почвах: обзор. Почвенный биол. Биохим. 30, 1389–1414. doi: 10.1016/S0038-0717(97)00270-8

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Гриффитс, Б.С., и Филиппот, Л. (2013). Понимание устойчивости и устойчивости почвенного микробного сообщества. FEMS микробиол. Ред. 37, 112–129. doi: 10.1111/j.1574-6976.2012.00343.x

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Хаджипур, М.Дж., Фромм, К.М., Ашкарран, А.А., де Аберастури, Д.Дж., де Ларраменди, И.Р., Рохо, Т., и др. (2012). Антибактериальные свойства наночастиц. Тенденции биотехнологии. 30, 499–511. doi: 10.1016/j.tibtech.2012.06.004

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Ках, М.(2015). Нанопестициды и наноудобрения: возникающие загрязнители или возможности снижения рисков? Фронт. хим. 3:64. doi: 10.3389/fchem.2015.00064

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Келлер, А. А., Аделей, А. С., Конвей, Дж. Р., Гарнер, К. Л., Чжао, Л., Черр, Г. Н., и соавт. (2017). Сравнительная экологическая судьба и токсичность медных наноматериалов. NanoImpact 7, 28–40. doi: 10.1016/j.impact.2017.05.003

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Клемедтссон, Л., Свенссон, Б.Х., и Россвалл, Т. (1987). Азот и закись азота образуются в результате денитрификации и нитрификации в почве с растениями ячменя и без них. Почва для растений 99, 303–319. дои: 10.1007/BF02370877

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Куан, Х.Л., Халлетт, П.Д., Гриффитс, Б.С., Грегори, А.С., Уоттс, К.В., и Уитмор, А.П. (2006). Биологическая и физическая стабильность и устойчивость ряда шотландских почв к стрессам. евро.J. Почвоведение. 58, 811–821. doi: 10.1111/j.1365-2389.2006.00871.x

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Лазарева А. и Келлер А. А. (2014). Оценка потенциальных выбросов инженерных наноматериалов из очистных сооружений в течение жизненного цикла. ACS Сустейн. хим. англ. 2, 1656–1665. дои: 10.1021/sc500121w

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Макки, М.С., и Филсер, Дж. (2016). Воздействие инженерных наноматериалов на основе металлов на почвенные сообщества. Окружающая среда. науч. Нано 3, 506–533. DOI: 10.1039/C6EN00007J

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Патра, А., Аббади, Л., Клэйс-Жоссеран, А., Дегранж, В., Грейстон, С., и Луазо, П. (2005). Влияние выпаса скота на микробные функциональные группы, участвующие в динамике азота в почве. Экол. моногр. 75, 65–80 doi: 10.1890/03-0837

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Philippot, L., Raaijmakers, J.M., Lemanceau, P., and van der Putten, W.Х. (2013). Возвращаясь к корням: микробная экология ризосферы. Нац. Преподобный Микробиолог. 11, 789–799. DOI: 10.1038/nrmicro3109

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Pommier, T. , Cantarel, A.A., Grigulis, K., Lavorel, S., Legay, N., Baxendale, C., et al. (2018). Дополнительная ценность включения ключевых микробных признаков для определения связанных с азотом экосистемных услуг на управляемых пастбищах. J. Appl. Экол. 55, 49–58. дои: 10.1111/1365-2664.13010

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Поттерс Г., Пастернак Т. П., Гизез Ю., Пальме К. Дж. и Янсен М. А. (2007). Стресс-индуцированные морфогенные реакции: выход из неприятностей? Trends Plant Sci. 12, 98–105. doi: 10.1016/j.tplants.2007.01.004

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Основная группа

    R (2015 г.). R: Язык и среда для статистических вычислений. R Фонд статистических вычислений. Доступно на сайте: http://www.R-project.org/

    Рёмкенс, П.Ф.А.М., Боуман, Л.А., и Бун, Г.Т. (1999). Влияние роста растений на растворимость и видообразование меди в образцах почвенных растворов. Окружающая среда. Загрязнение 106, 315–321. doi: 10.1016/S0269-7491(99)00106-2

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Роуск, Дж., Акерманн, К., Керлинг, С.Ф., и Джонс, Д.Л. (2012). Сравнительная токсичность наночастиц CuO и ZnO для почвенных бактериальных сообществ. PLoS ONE 7:e34197. doi: 10.1371/journal.pone.0034197

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Симонин, М., Гийонне, Дж. П., Мартинс, Дж. М. Ф., Гино, М., и Ришом, А. (2015). Влияние свойств почвы на токсичность наночастиц TiO2 на минерализацию углерода и численность бактерий. Дж. Азар. Матер. 283, 529–535. doi: 10.1016/j.jhazmat.2014.10.004

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Симонин М., Нунан Н., Блур Дж. М., Путо В. и Нибойет А. (2017). Краткосрочные реакции и устойчивость структуры почвенного микробного сообщества к повышенным поступлениям CO2 и N в мезокосмы пастбищ. FEMS микробиол. лат. 1:364. doi: 10.1093/femsle/fnx077

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Симонин, М., и Ришом, А. (2015). Влияние инженерных наночастиц на активность, численность и разнообразие почвенных микробных сообществ: обзор. Окружающая среда. науч.Загрязн. Рез . 2015, 1–14. doi: 10.1007/s11356-015-4171-x

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Симонин, М., Ришом, А., Гийонне, Дж. П., Дубост, А., Мартинс, Дж. М. Ф., и Поммье, Т. (2016). Наночастицы диоксида титана сильно влияют на микробную функцию почвы, воздействуя на нитрификаторы архей. Науч. Респ. 6:33643. дои: 10.1038/srep33643

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Смит М. и Тидже Дж. (1979).Фазы денитрификации после истощения кислорода в почве. Почвенный биол. Биохим. 11, 261–267. дои: 10.1016/0038-0717(79)-3

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Вагнер, Ф. Б., Нильсен, П. Б., Бо-Хансен, Р., и Альбрехтсен, Х. Дж. (2016). Дефицит меди может ограничивать нитрификацию в биологических быстрых песчаных фильтрах для производства питьевой воды. Вода Res. 95, 280–288. doi: 10.1016/j.waters.2016.03.025

    Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Сюй, К., Peng, C., Sun, L., Zhang, S., Huang, H., Chen, Y., et al. (2015). Отличительные эффекты наночастиц TiO2 и CuO на почвенные микробы и структуры их сообществ в затопляемой рисовой почве. Почвенный биол. Биохим. 86, 24–33. doi: 10.1016/j.soilbio.2015.03.011

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Zhang, Y., Deng, H., Xue, H.-J., Chen, X.-Y., Cai, C., Deng, Y.-C., et al. (2016). Влияние микробных и физико-химических свойств почвы на устойчивость и устойчивость к воздействию меди в Китае. CATENA 147, 678–685. doi: 10.1016/j.catena.2016.08.031

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Влияние наночастиц CuO в качестве материала с фазовым переходом на химические, термические и механические свойства асфальтового вяжущего и смеси

    Нанопорошки оксида меди (Nano-CuO) в качестве материала с фазовым переходом (PCM), стирол-бутадиен-стирол (SBS) и углеродные нанотрубки (CNT) в качестве проводящего материала были добавлены по отдельности и вместе в пяти комбинированных конструкциях к горячей битумной смеси. (ХМА).Управление передачей тепловой энергии было достигнуто с помощью Nano-CuO. FTIR-анализ показал, что PCM устранил деструктивные связи, вызывающие краткосрочное и долгосрочное старение асфальтового вяжущего. По результатам испытаний DSR было установлено, что модифицированные битумные вяжущие соответствуют пределу сопротивления усталости. Было определено, что аккумулирование тепловой энергии (TES) в битумных вяжущих, модифицированных PCM, увеличилось, а также значительно улучшилась температура стеклования Tg, пиковая температура плавления Tpm была выше, чем у чистого битумного вяжущего, а пиковая температура кристаллизации Tpc снизилась на 7 °C. .Согласно результатам испытаний BBR, значения жесткости ползучести St и m для модифицированных битумных вяжущих соответствуют допустимым пределам при -6 °C. Битумные вяжущие, модифицированные нано-CuO, значительно увеличили удельную теплоемкость Cp асфальтовых вяжущих и снизили температуро- и влагочувствительность. В целом комбинация, включающая все три добавки, имела наиболее приемлемые свойства.

    • URL-адрес записи:
    • URL-адрес записи:
    • Наличие:
    • Дополнительные примечания:
      • © 2020 Опубликовано Elsevier Ltd.Аннотация перепечатана с разрешения Elsevier.
    • Авторов:
      • Амини, Нахид
      • Хаяти, Пархам
    • Дата публикации: 2020-8-10

    Язык

    Информация для СМИ

    Тема/указатель Термины

    Информация о подаче

    • Регистрационный номер: 01739789
    • Тип записи: Публикация
    • Файлы: ТРИС
    • Дата создания: 13 апр 2020 15:22

    CuO – химия твердого тела @Aalto

    1. 1 2 3 4 5 6 7 8

    Осбринк, С.и Норрби, Л.-Дж. .   Уточнение кристаллической структуры оксида меди(II) с обсуждением некоторых исключительных исследований, Институт неорганической и физической химии, 1970,
    Стокгольмский университет, , 104 05 Стокгольм 50, Швеция, Acta Кристалл . Б26, 8-15. Код коллекции ICSD 16025.

    2. 1 2

    Н.Брезе Э., О’Киф М., Рамакришна Б.Л., Низкотемпературные структуры CuO и AgO и их взаимосвязь со структурами MgO и PdO, Journal Of Solid State Chemistry 89 , 1990, с. 184-190.

    3. 1 2 3 4
    4. 1

    Будавари, С. (ред.). Индекс Merck — Энциклопедия химикатов, лекарств и биологических препаратов . Станция Уайтхаус, Нью-Джерси: Merck and Co., Inc., 1996., с. 446

    5. 1
    6. 1
    7. 1

    Гринвуд Н., Эрншоу А., Химия элементов , 2-е издание, Butterworth-Heinemann, 1997. ISBN 0-08-037941-9.

    8. 1

    Д.П. Дубал, Д.С. Дхавале, Р.Р. Салунхе, В.С. Джамдаде, К.Д. Лоханде, Изготовление многослойных нанолистов из оксида меди для применения в суперконденсаторах, Journal of Alloys and Compounds , том 492, выпуски 1–2, 4 марта 2010 г., страницы 26–30, ISSN 0925-8388, https://doi.org/ 10.1016/j.jallcom.2009.11.149.

    9. 1

    Токура, Ю. , Такаги, Х., Учида, С., Сверхпроводящее соединение оксида меди с электронами в качестве носителей заряда, , Nature Publishing Group , 1989/01/26/print http://dx.doi.org /10.1038/337345a0

    10. 1

    Nguyen Duc Hoa, Nguyen Van Quy, Hyuck Jung, Dojin Kim, Hyojin Kim, Soon-Ku Hong, Синтез пористых нанопроволок CuO и их применение для обнаружения водорода, Sensors and Actuators B: Chemical , Volume 146, Issue 1, 8 апреля 2010 г., страницы 266–272, ISSN 0925–4005, https://doi.org/10.1016/j.snb.2010.02.058.

    11. 1

    P. Samarasekara, N.T.R.N. Kumara, N.U.S. Yapa,   Напыленные тонкие пленки оксида меди (CuO) для газочувствительных устройств,  J. Phys.: Condensed Matter  18 no. 98, 2417, 2006.

    12. 1

    Сехар С. Рэй, Получение тонкой пленки оксида меди методом золь-гель-подобного погружения и исследование их структурных и оптических свойств, Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы, , том 68, выпуски 3–4, июнь 2001 г. , Страницы 307–312, ISSN 0927–0248, https://doi.org/10.1016/S0927-0248(00)00364-0.

    13. 1 2

    Гоган Рен, Давэй Ху, Эйлин В.К. Ченг, Мигель А. Варгас-Реус, Пол Рейп, Роберт П. Аллакер, Характеристика наночастиц оксида меди для антимикробных применений, International Journal of Antimicrobial Agents , том 33, выпуск 6, июнь 2009 г., страницы 587–590, ISSN 0924 -8579, https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2008.12.004.

    14. 1 2 3

    Синтез и определение характеристик нанопроволок CuO простым мокрым химическим методом | Nanoscale Research Letters

  • Patzke GR, Krumeich F, Nesper R: Оксидные нанотрубки и наностержни — анизотропные модули для будущих нанотехнологий. Angew Chem Int Ed 2002, 41: 2446–2461. 10.1002/1521-3773(20020715)41:14<2446::AID-ANIE2446>3. 0.CO;2-K

    Артикул Google ученый

  • Деккер С. Углеродные нанотрубки как молекулярные квантовые нити. Phys Today 1999, 52: 22.

    Статья Google ученый

  • Huang Y, Duan XF, Cui Y, Lauhon LJ, Kim KH, Lieber CM: Логические элементы и вычисления из собранных строительных блоков нанопроволоки. Наука 2001, 294: 1313–1317. 10.1126/наука.1066192

    Артикул Google ученый

  • Hu J, Odom TW, Lieber CM: Химия и физика в одном измерении: синтез и свойства нанопроводов и нанотрубок. Acc Chem Re 1999, 32: 435–445. 10.1021/ar9700365

    Артикул Google ученый

  • Мартель Р., Шмидт Т., Ши Х.Р., Хертель Т., Авурис П.: Полевые транзисторы с одно- и многостенными углеродными нанотрубками. Appl Phys Lett 1998, 73: 2447–2449. 10.1063/1.122477

    Артикул Google ученый

  • Марабелли Ф., Парравичини Г.Б., Сальгетти-Дриоли Ф.: Оптическая щель CuO. Phys Rev B 1995, 52: 1433–1436. 10.1103/PhysRevB.52.1433

    Артикул Google ученый

  • Fan H, Yang L, Hua W, Wu X, Wu Z, Xie S, Zou B: Контролируемый синтез монодисперсных нанокристаллов CuO. Нанотехнологии 2004, 15: 37–42. 10.1088/0957-4484/15/1/007

    Артикул Google ученый

  • Switzer JA, Kothari HM, Poizot P, Nakanishi S, Bohannan EW: Энантиоспецифическое электроосаждение хирального катализатора. Природа 2003, 425: 490–493. 10.1038/nature01990

    Артикул Google ученый

  • Anandan S, Wen X, Yang S: Рост массивов наностержней CuO на меди при комнатной температуре и их применение в качестве катода в солнечных элементах, сенсибилизированных красителем. Mater Chem Phys 2005, 93: 35–40. 10.1016/j.matchemphys.2005.02.002

    Статья Google ученый

  • Chowdhuri A, Sharma P, Gupta V, Sreenivas K, Rao KV: H 2 S Газочувствительный механизм пленок SnO 2 с ультратонкими точечными островками CuO. J Appl Phys 2002, 92: 2172–2180. 10.1063/1.14

    Артикул Google ученый

  • Bennici S, Gervasini A: Каталитическая активность дисперсных фаз CuO по отношению к оксидам азота (N 2 O, NO и NO 2 ). Appl Catal B 2006, 62: 336–344. 10.1016/j.apcatb.2005.09.001

    Артикул Google ученый

  • Гош С., Авастхи Д.К., Шах П., Ганесан В., Гупта А., Саранги Д., Бхаттачарья Р., Ассманн В.: Осаждение тонких пленок различных оксидов меди методом высокочастотного реактивного распыления и их характеристика. Вакуум 2000, 57: 377–385. 10.1016/S0042-207X(00)00151-2

    Артикул Google ученый

  • Hsieh CT, Chen JM, Lin HH, Shin HC: Полевая эмиссия различных наноструктур CuO. Appl Phys Lett 2003, 83: 3383–3385. 10.1063/1.1619229

    Артикул Google ученый

  • Gillingham DM, Müller C, Hong J, Wu RQ, Bland JAC: Доказательства спин-зависимых квантовых транспортных эффектов в нанопроволоках CuO. J Phys Cond Matter 2006, 18: 9135–9142. 10.1088/0953-8984/18/39/039

    Артикул Google ученый

  • Каур М., Муте К.П., Деспанде С.К., Чоудхури С., Сингх Дж.Б., Верма Н.: Рост и разветвление нанопроволок CuO путем термического окисления меди. J Cryst Growth 2006, 289: 670–675. 10.1016/j.jcrysgro.2005.11.111

    Артикул Google ученый

  • Wang WZ, Varghese OK, Ruan CM, Paulose M, Grimes CA: Синтез кристаллических нанопроволок CuO и Cu[sub 2]O с использованием шаблонов нанопроволок Cu(OH)[sub 2]. J Mater Res 2003, 18: 2756–2759. 10.1557/JMR.2003.0384

    Статья Google ученый

  • Xu C, Lin Y, Xu G, Wang G: Получение и характеристика наностержней CuO путем термического разложения предшественника CuC 2 O 4 . Mater Res Bull 2002, 37: 2365–2372. 10.1016/S0025-5408(02)00848-6

    Артикул Google ученый

  • Jiang XC, Herricks T, Xia YN: Нанопроволоки CuO можно синтезировать путем нагрева медных подложек на воздухе. Nano Lett 2002, 2: 1333–1338. 10.1021/nl0257519

    Артикул Google ученый

  • Zhang H, Yang D, Ji Y, Ma X, Xu J, Que D: Низкотемпературный синтез цветкообразных наноструктур ZnO с помощью гидротермального процесса с использованием бромида цетилтриметиламмония. J Phys Chem B 2004, 108: 3955–3958. 10.1021/jp036826f

    Артикул Google ученый

  • Gao X, Li X, Yu W: Наноструктуры ZnO в форме цветка посредством гермолиза цинк-этилендиаминового комплекса с помощью гексаметилентетрамина. Phys Chem B 2005, 109: 1155–1161. 10.1021/jp046267s

    Артикул Google ученый

  • Этирадж А.С., Хебалкар Н., Кулкарни С.К., Пасрича Р., Дем С., Шмитт М., Кифер В., Вейнхардт Л., Джоши С., Финк Р., Хеске С., Кумпф С., Умбах Е. Усиление фотолюминесценции в легированных марганцем Наночастицы ZnS за счет кремнеземной оболочки. J Chem Phys 2003, 118: 8945–8953. 10.1063/1.1566932

    Артикул Google ученый

  • Хосрави А.А., Кунду М.М., Курувилла Б.А., Шехават Г.С., Гупта Р.П., Шарма А.К., Вьяс П.Д., Кулкарни С.К.: Наночастицы сульфида цинка, легированные марганцем, водным методом. Appl Phys Lett 1995, 67: 2506–2508. 10.1063/1.114440

    Артикул Google ученый

  • Zhu J, Chen H, Liu H, Yang X, Lu L, Wang X: Игольчатые нанокристаллы CuO, полученные жидким гидролизом Cu(OAc) 2 . Mater Sci and Eng 2004, A 384: 172–176.

    Артикул Google ученый

  • Zhu J, Bi H, Wang Y, Wang X, Yang X, Lu L: Синтез цветкоподобных наноструктур CuO простым путем гидролиза. Mater Lett 2007, 61: 5236–5238. 10.1016/j.matlet.2007.04.037

    Артикул Google ученый

  • Nyquist RA, Kagel RO: Инфракрасные спектры неорганических соединений .Нью-Йорк и Лондон: Academic Press; 1997:220.

    Google ученый

  • Клихе К., Попович З.В. Спектроскопические исследования CuO в дальней инфракрасной области. Phys Rev B 1990, 42: 10060–10066. 10.1103/PhysRevB.42.10060

    Артикул Google ученый

  • Zheng L, Liu X: Синтез иерархических нанолистов CuO в фазе раствора при рН, близком к нейтральному, и температуре, близкой к комнатной. Mater Lett 2007, 61: 2222–2226. 10.1016/ж.матлет.2006.08.063

    Артикул Google ученый

  • Hong ZS, Cao Y, Deng JF: Удобный спиртотермический подход для низкотемпературного синтеза наночастиц CuO. Mater Lett 2002, 52: 34–38. 10.1016/S0167-577X(01)00361-5

    Артикул Google ученый

  • Zarate RA, Hevia F, Fuentes S, Fuenzalida VM, Zuniga A: Новый способ синтеза нанопластинок CuO. J Solid State Chem 2007, 180: 1464–1469. 10.1016/j.jssc.2007.01.040

    Статья Google ученый

  • Различия между наночастицами оксида меди (Cu2O) и оксида меди (CuO) | by Nanografi-Blografi

    Медь, которая представляет собой блочный элемент, называется медью или медью в зависимости от электронной конфигурации. Основное различие между медью и медью заключается в том, что медь представляет собой катион меди +1, тогда как медь представляет собой катион меди +2. При взаимодействии меди с кислородом образуются два устойчивых соединения Cu2O и CuO.

    Оксид меди — это неорганическое соединение с формулой CuO (рис. 1), также известное как «оксид меди». В этой форме Cu находится в форме Cu+2, и электронная конфигурация Cu изменяется с [Ar]3d104s1 на [Ar]3d94s0. Он известен как тенорит как минерал (рис. 2). CuO можно получить с помощью пирометаллургических процессов.

    Рисунок 1: Порошок оксида меди (CuO)

    Оксид меди – другое стабильное соединение меди с формулой Cu2O. В этой форме Cu находится в форме Cu+1. Его электронная конфигурация меняется с [Ar]3d104s1 на [Ar]3d104s0, поэтому он более стабилен по сравнению с оксидом меди(II). CuO (рис. 3) обычно получают путем окисления меди и могут иметь желтый или красный цвет. Cu2O разлагается до CuO во влажном воздухе. Этот продукт является ядовитым соединением и может вызвать острое отравление при воздействии в течение 1-2 часов, если присутствует в воздухе при содержании 0. 22–14 мг/мг3.

    Рисунок 2: Порошок Cu2O (оксид меди)

    Различия между нанопорошками оксида меди (CuO) и оксида меди (Cu2O)

    С точки зрения структуры, оксид меди имеет моноклинную кристаллическую структуру, где Cu координируется 4 атомы кислорода, тогда как закись меди имеет кубическую структуру, в которой атомы Cu размещены в подрешетке ГЦК, а атомы кислорода размещены в подрешетке ОЦК.

    Твердый Cu2O является диамагнитным, в то время как CuO проявляет антиферромагнитное упорядочение.

    Оба являются полупроводниками p-типа, но Cu2O имеет ширину запрещенной зоны 2 эВ, тогда как CuO имеет ширину запрещенной зоны 1,2 эВ — 1,9 эВ.

    Cu2O получают окислением металлической меди или восстановлением растворов меди(II) оксидом серы, тогда как CuO получают пирометаллургическими процессами, используемыми для извлечения меди из руд.

    Применение наночастиц оксида меди (CuO)

    • Многие средства для защиты древесины изготавливаются из меди.
    • Также используется в качестве пигмента для создания различных глазурей.
    • Используется при сварке медных сплавов.

    Применение наночастиц оксида меди (Cu2O)

    • Используется в качестве пигмента и средства против обрастания морских красок для уничтожения мелких морских животных.
    • Используется для окраски дна корабля.

    Легкий синтез наночастиц Cu2O и CuO с помощью сонохимического…: Ingenta Connect

    Справочная информация: В течение последних двух десятилетий функциональные наноматериалы привлекли большое внимание для многих технологических приложений, таких как катализ, энергетика, окружающая среда, медицина и датчики, благодаря их уникальным свойствам в наномасштабе.Однако наночастицы оксида меди (НЧ), такие как CuO и Cu2O наиболее широко исследованы для многих потенциальных применений из-за их широкой запрещенной зоны, высокой TC, высокого оптического поглощения и нетоксичности по своей природе. Физические и химические свойства НЧ CuO и Cu2O в решающей степени зависят от их размера, морфологии и фазовой чистоты. Следовательно, было предпринято много усилий для получения фазовых НЧ CuO и Cu2O различной морфологии и размера.
    Метод: синтез НЧ оксида меди (CuO) и оксида меди (Cu2O) с использованием ацетата меди в качестве прекурсора путем изменения восстановителей, таких как сульфат гидразина и гидрат гидразина. сонохимическим методом.Фазу, морфологию и кристаллическую структуру полученных НЧ CuO и Cu2O исследовали с помощью рентгеновской дифракции (XRD), инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR), сканирующей электронной микроскопии с полевой эмиссией (FESEM), энергодисперсионного рентгеновского излучения (EDS) и УФ-видимый диффузный спектроскопия отражения (DRS).
    Результаты: Фаза НЧ была настроена в зависимости от восстановителей. Рентгенограммы подтвердили образование чистой фазы кристаллических НЧ CuO и Cu2O. Пик FTIR при 621 см-1 подтвердил колебания Cu(I)-O, тогда как колебания CuO подтвердили присутствие двух пики при 536 и 586 см-1. Дальнейшее исследование было проведено с помощью комбинационного рассеяния, что ясно указывает на наличие пиков при 290, 336, 302 см-1 и 173, 241 см-1 для НЧ CuO и Cu2O соответственно. Изображения FESEM выявили стержнеобразную морфологию НЧ CuO, в то время как октаэдрическую форму для НЧ Cu2O. Присутствие элементарных Cu и O в стехиометрических соотношениях в спектрах ЭДС подтверждает образование НЧ как CuO, так и Cu2O.
    Заключение: Таким образом, НЧ CuO и Cu2O были успешно синтезированы сонохимическим методом с использованием ацетата меди в качестве прекурсора и различных восстановителей.Ширина запрещенной зоны НЧ CuO и Cu2O составила 2,38 и 1,82 соответственно. Кроме того, фазовая чистота критически зависит от восстановителей.

    Нет ссылок

    Нет ссылок

    Без дополнительных данных

    Нет статьи Носитель

    Нет показателей

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.

    2015-2019 © Игровая комната «Волшебный лес», Челябинск
    тел.:+7 351 724-05-51, +7 351 777-22-55 игровая комната челябинск, праздник детям челябинск