Abstract
Abstract Il progetto NANO 2-BEES ha affrontato il tema dell’esposizione e dell’ecotossicità dei nanomateriali bidimensionali nel sistema pianta–impollinatore, con particolare riferimento all’ossido di grafene (GO), materiale di crescente interesse tecnologico ma ancora poco caratterizzato per quanto riguarda il destino ambientale e gli effetti su organismi non target. L’aumento dell’impiego di nanomateriali avanzati rende infatti necessario comprendere se e come tali materiali possano disperdersi nell’ambiente, depositarsi su superfici biologiche, interferire con la riproduzione delle piante o raggiungere gli impollinatori attraverso risorse floreali, contatto diretto o aerosol. Il progetto si è concentrato su un sistema sperimentale costituito da piante entomofile, tra cui Brassica napus e Cucumis sativus, e dal bombo Bombus terrestris, specie modello per la valutazione del rischio sugli impollinatori. Nel corso del progetto sono stati sviluppati e ottimizzati protocolli per l’esposizione delle piante al GO per via radicale e per deposizione sugli organi riproduttivi, per l’esposizione orale, da contatto e aerea dei bombi, e per la rilevazione del nanomateriale in matrici biologiche complesse quali fiori, insetti e materiali del nido, adottando quindi un approccio interdisciplinare.
Risultati raggiunti
Le attività in ambito vegetale hanno evidenziato che la risposta al GO è specie-specifica e dipende dallo stadio di sviluppo e dalle condizioni di esposizione. In Brassica napus il GO ha influenzato alcuni parametri legati alla germinazione, allo sviluppo radicale e alla fenologia, con effetti più evidenti sull’architettura dell’apparato radicale e su alcuni tratti della riproduzione. In Cucumis sativus, invece, gli effetti sulle prime fasi di sviluppo sono risultati meno marcati, confermando che la sensibilità al nanomateriale può variare sensibilmente tra specie vegetali. Le prove in idroponica hanno consentito di approfondire questi aspetti, integrando il monitoraggio fenologico e fisiologico con analisi di performance riproduttiva (polline, stigma, nettare). Un risultato particolarmente rilevante riguarda la verifica della possibile traslocazione del GO somministrato per via radicale. Attraverso l’ottimizzazione di un protocollo di tracciamento basato sulla coniugazione del GO con Rhodamine B e successive osservazioni in fluorescenza, i dati ottenuti supportano l’ipotesi che, nelle condizioni sperimentali considerate, il nanomateriale non venga internalizzato in modo evidente a livello radicale né traslocato sistemicamente nei tessuti vegetali. Questo risultato suggerisce che la via radice–parte aerea–fiore non rappresenti, nel sistema testato, una via principale di trasferimento del GO verso gli impollinatori. Diversamente, il GO depositato direttamente sulle superfici stigmatiche si è dimostrato permanere per un intervallo compatibile con le prove di impollinazione. In Cucumis sativus, l’esposizione degli stigmi al GO non ha determinato alterazioni evidenti della morfometria dei frutti rispetto ai controlli procedurali. Le analisi sulla vitalità pollinica hanno inoltre indicato che, nelle condizioni testate, fattori ambientali quali umidità e durata dell’esposizione incidono sulla funzionalità del polline più chiaramente della presenza del GO stesso. Per quanto riguarda Bombus terrestris, il progetto ha permesso di valutare il GO attraverso diverse modalità di esposizione. Le prove di esposizione orale cronica e da contatto tramite polline contaminato non hanno evidenziato effetti letali significativi nelle condizioni sperimentali testate. Tuttavia, alcuni endpoint subletali, in particolare legati al consumo alimentare, hanno mostrato variazioni che suggeriscono la necessità di considerare parametri comportamentali e fisiologici più sensibili della sola mortalità. Le prove combinate con il pesticida sulfoxaflor non hanno evidenziato differenze significative nella sopravvivenza, ma hanno fornito un primo quadro utile per valutare possibili interazioni tra nanomateriali e altri contaminanti ambientali. È stato inoltre sviluppato un sistema di esposizione aerea controllata dei bombi al GO, basato su una camera in metacrilato e su procedure di aerosolizzazione ottimizzate per evitare eccessiva bagnatura degli insetti e garantire condizioni riproducibili. I campioni ottenuti hanno permesso di verificare l’adesione del GO agli insetti e il suo possibile trasferimento ai materiali del nido, completando la valutazione sperimentale dell’esposizione lungo la componente impollinatore–nido. Il progetto ha prodotto inoltre un avanzamento significativo sul piano analitico, validando la spettroscopia Raman come strumento chiave per la rilevazione qualitativa del GO in matrici biologiche complesse, quali fiori, bombi e materiali del nido. La microscopia elettronica a scansione ha permesso di localizzare il nanomateriale sul corpo degli insetti, evidenziandone l’accumulo preferenziale nelle aree ricche di setole, mentre la microscopia multifotonica è stata introdotta con successo per visualizzare il GO sulle superfici stigmatiche dei fiori. I risultati sopra descritti, insieme alla caratterizzazione aerodinamica, ha fornito informazioni essenziali per interpretare la possibile dispersione ambientale dei nanomateriali bidimensionali, contribuendo a definire scenari realistici di esposizione per fiori e impollinatori e chiarendo la capacità del materiale di disperdersi per via aerea e depositarsi su superfici biologiche. Nel complesso, NANO 2-BEES ha prodotto protocolli innovativi, dati sperimentali originali e una base conoscitiva utile alla valutazione del rischio ambientale dei nanomateriali bidimensionali. I risultati del progetto sono stati presentati e discussi in diversi contesti scientifici nazionali e internazionali, mentre le pubblicazioni scientifiche derivanti dal progetto sono attualmente in fase di preparazione e riguarderanno sia gli aspetti metodologici, sia i risultati sperimentali relativi agli effetti del GO sulle piante e sui bombi.Project details
Unibo Team Leader: Iris Aloisi
Unibo involved Department/s:
Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali
Coordinator:
Università degli Studi di TRIESTE(Italy)
Total Unibo Contribution: Euro (EUR) 44.000,00
Project Duration in months: 24
Start Date:
30/11/2023
End Date:
28/02/2026
