بررسی اثرات جداگانه و همزمان نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم (TiO2) و نانو ذرات اکسید روی (ZnO) بر آسیب‌شناسی بافت آبشش ماهی کپور معمولی (Cyprinus carpio)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه شیلات، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

چکیده

اخیراً، با افزایش استفاده از نانو ذرات، نگرانی‌هایی در ارتباط با اثرات آن‌ها بر محیط زیست خصوصاً اکوسیستم‌های آبی ایجاد کرده است. از آن‌جا که آبشش ماهیان دارای موقعیت خارجی و دارای سطح تماس وسیع با آب است در نتیجه به‌طور مستقیم با آلاینده‌ها و سموم در تماس است. بدین‌منظور بررسی تغییرات ایجاد شده روی بافت آبشش شاخص مناسبی برای ارزیابی اثرات آلاینده‌ها به‌شمار می‌آید. در این پژوهش به‌منظور مطالعه اثرات مجزا و متقابل نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیوم (TiO2) و اکسید روی (ZnO) بر روی آسیب‌شناسی بافتی آبشش  ماهی کپور معمولی  (Cyprinus carpio) به‌‌اجرا درآمد. برای این تحقیق، ماهیان کپور معمولی انگشت قد با میانگین وزن 3±15 گرم به ۹ گروه (با سه تکرار) با تراکم ده قطعه در هر مخزن ۳۰۰ لیتری تقسیم شدند. براساس غلظت‌های تحت کشنده، تیمارها به‌صورت ۰ (تیمار شاهد)، 0/5، 1/5 و ۲ میلی‌گرم در لیتر نانو ذرات اکسید روی 3، 6 و 9 میلی‌گرم در لیتر دی‌اکسید تیتانیوم و غلظت‌های ترکیبی، غلظت‌های نانو ذرات اکسید روی و دی‌اکسید تیتانیوم به‌ترتیب 0/5 و 1/5، 3 و 2 ، 6 و ۹ میلی‌گرم از هر یک از این نانو ذرات در نظر گرفته شد. نمونه‌های بافت آبشش کپور ماهیان بعد از چهارده روز قرارگیری به‌صورت جداگانه و همزمان در معرض نانو ذرات اکسید روی، دی‌اکسید تیتانیوم برداشت شد. تغییرات بافت‌شناسی در بافت آبشش نمونه‌ها در مواجهه به‌طور جداگانه و همزمان نانو ذرات اکسید روی، دی‌اکسید تیتانیوم مشهود بود، در صورتی که تغییری در نمونه‌های شاهد مشاهده نشد. تغییرات مشاهده شده در نمونه‌های مواجه یافته با نانو ذرات اکسید روی شامل هایپرپلازی، جوش‌خوردگی رشته‌های آبششی، خمیدگی رشته آبششی، برآمدگی و پیچ خوردگی لایه اپیتلیال، ازهم‌گسیختگی لایه اپیتلیال، کوتاه شدگی رشته‌های آبششی ثانویه و همچنین تخریب رشته‌های آبششی ثانویه بود که با افزایش غلظت مصرفی این تغییرات بیشتر مشاهده شد. نمونه‌های مواجه شده با نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیوم پرخونی، ازدیاد سلول‌های اپیتلیال و تخریب رشته‌های آبششی ثانویه نشان داد. بافت آبشش در معرض نانو ذرات اکسید روی، آسیب بیشتری نسبت به نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیوم نشان داد. همچنین نمونه‌های که به‌طور همزمان در مواجه با نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیوم و اکسید روی قرار گرفتند تغییراتی از جمله پرخونی، هایپرپلازی، جوش‌خوردگی رشته‌های آبششی، خمیدگی رشته آبششی، برآمده شدن لایه اپیتلیال، از هم‌گسیختگی لایه اپیتلیال، کوتاه‌شدگی رشته‌های آبششی ثانویه و ازدیاد سلول‌های اپیتلیال را نشان دادند. با توجه به نتایج مشاهده شد که نانو ذرات اکسید روی دارای اثرات مخرب‌تری نسبت به نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیوم بوده است. در حالی که این آسیب‌های ایجاد شده به بافت آبشش در هنگام مواجه همزمان نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیوم و اکسید روی شدت بیشتری پیدا می‌کنند و دارای اثر متقابل هستند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of the effects of titanium dioxide (TiO2) and zinc oxide (ZnO) nanoparticles separately and in combination with histological indices of gill on the Common carp (Cyprinus carpio)

نویسندگان [English]

  • Hannaneh Rezaeian
  • Kamran Rezaei Tavabe
  • Alireza Mirvaghefi
Department of Fisheries, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده [English]

In the past years due to increasing use of nanoparticles, concerns have been raised worldwide regarding their environmental impacts. In aquatic animals, the gill has an external position and a wide contact surface with water, it directly comes into contact with pollutants. Therefore, examining the changes occurring in the gill tissue is an appropriate indicator for assessing the effects of pollutants. For this research, the common carp fingerling fish with 15±3 g weight were divided into 9 treatments (with three replicates) with a density of ten fish per 300-liter tank. Based on lethal concentrations, the concentrations were considered as 0 (control treatment), 0.5, 1.5, and 2 ppm for ZnO nanoparticles, and 3, 6, and 9 ppm for TiO2 nanoparticles, as well as combined concentrations. The concentrations of zinc oxide and titanium dioxide nanoparticles were 0.5 and 3, 1.5 and 6, and 2 and 9 ppm, respectively. Gill tissue samples of the examined carp were separately and simultaneously exposed to zinc oxide and titanium dioxide nanoparticles after 14 days. Histological changes in the gill tissues were evident in samples exposed to ZnO and TiO2 nanoparticles separately, while no changes were observed in the control samples. The observed changes in samples exposed to ZnO nanoparticles included hyperplasia, fusion of gill filaments, bending of gill filaments, protrusion and twisting of the epithelial layer, disintegration of the epithelial layer, shortening of secondary gill filaments, and destruction of secondary gill filaments, which were more pronounced with increasing concentrations. Samples exposed to TiO2 nanoparticles showed hemorrhage, increased epithelial cells, and destruction of secondary gill filaments. Gill tissue exposed to ZnO nanoparticles showed more damage compared to titanium dioxide nanoparticles. Furthermore, samples simultaneously exposed to TiO2 and ZnO nanoparticles exhibited changes such as hemorrhage, hyperplasia, fusion of gill filaments, bending of gill filaments, protrusion of the epithelial layer, disintegration of the epithelial layer, shortening of secondary gill filaments, and increased epithelial cells. According to the results obtained, it was observed that ZnO nanoparticles had more harmful effects compared to TiO2 nanoparticles. Moreover, these damages to the gill tissue intensify and have mutual effects when simultaneously exposed to TiO2 and ZnO nanoparticles.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Common carp
  • Histology
  • Nanoparticles
  • Titanium dioxide

مراجع

Aitken R.J., Chaudhry M.Q., Boxall A.B.A., Hull, M. 2006. Manufacture and use of nanomaterials: current status in the UK and global trends. Occupational Medicine 56(5), 300-306.
Al-Bairuty G.A., Shaw B.J., Handy R.D., Henry T.B. 2013. Histopathological effects of waterborne copper nanoparticles and copper sulphate on the organs of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Aquatic Toxicology 126, 104-115.
Arellano J.M., Storch V., Sarasquete C.J.E., Safety E. 1999. Histological changes and copper accumulation in liver and gills of the Senegales sole, Solea senegalensis. Ecotoxicology and Environmental Safety 44(1), 62-72.
Bais U.E., Lokhande M.V. 2012. Effect of cadmium chloride on histopathological changes in the freshwater fish Ophiocephalus striatus (Channa). International Journal of Zoological Research 8(1), 23.
Bello D., Isaacs J.A. 2010. Safety assessment of nanotechnology products. Comprehensive Toxicology (Second Edition). Elsevier Publishing, USA, pp. 53-64.
Boyle D., Al-Bairuty G.A., Henry T.B., Handy R.D. 2013. Critical comparison of intravenous injection of TiO2 nanoparticles with waterborne and dietary exposures concludes minimal environmentally-relevant toxicity in juvenile rainbow trout Oncorhynchus mykiss. Environmental Pollution 182, 70-79.
Cengiz E.I., Unlu E. 2006. Sublethal effects of commercial deltamethrin on the structure of the gill, liver and gut tissues of mosquitofish, Gambusia affinis: a microscopic study. Environmental Toxicology and Pharmacology 21(3), 246-253.
Ferguson H.W., Morrison D., Ostland V.E., Lumsden J., Byrne P. 1992. Responses of mucus-producing cells in gill disease of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Journal of Comparative Pathology 106(3), 255-265.
Hao L., Chen L. 2012. Oxidative stress responses in different organs of carp (Cyprinus carpio) with exposure to ZnO nanoparticles. Ecotoxicology and Environmental Safety 80, 103-110.
Heinlaan M., Ivask A., Blinova I., Dubourguier H.C., Kahru A. 2008. Toxicity of nanosized and bulk ZnO, CuO and TiO2 to bacteria Vibrio fischeri and crustaceans Daphnia magna and Thamnocephalus platyurus. Chemosphere 71(7), 1308-1316.
Kantham K.P.L., Richards R.H. 1995. Effect of buffers on the gill structure of common carp, Cyprinus carpio L., and rainbow trout, Oncorhynchus mykiss (Walbaum). Journal of Fish Diseases 18(5), 411-423.
Klaine S.J., Alvarez P.J., Batley G.E., Fernandes T.F., Handy R.D., Lyon D.Y., Lead J.R. 2008. Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects. Environmental Toxicology and Chemistry: An International Journal 27(9), 1825-1851.
Linhua H.A.O., Zhenyu W.A.N.G., Baoshan, X.I.N.G. 2009. Effect of sub-acute exposure to TiO2 nanoparticles on oxidative stress and histopathological changes in Juvenile Carp (Cyprinus carpio). Journal of Environmental Sciences 21(10), 1459-1466.
Mallatt, J. 1985. Fish gill structural changes induced by toxicants and other irritants: a statistical review. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 42(4), 630-648.
Martinez C.B.R., Nagae M.Y., Zaia C.T.B.V., Zaia D.A.M. 2004. Acute morphological and physiological effects of lead in the neotropical fish Prochilodus lineatus. Brazilian Journal of Biology 64, 797-807.
McKim J.M., Erickson R.J. 1991. Environmental impacts on the physiological mechanisms controlling xenobiotic transfer across fish gills. Physiological Zoology 64(1), 39-67.
Ogueji E.O., Usman I.B., Auta J. 2013. Histopathology of liver and gill of C. gariepinus-(Burchell 1822) with swollen abdomen following exposure to acute and sublethal concentrations of chlorpyrifos-ethyl. International Journal of Basic and Applied Sciences 2(3), 223.
Razmara P., Dorafshan S., Peykan Heyrati F., Talebi M., Ranjbar M. 2014. Effect of water-born colloidal silver nanoparticles and silver nitrate on gill histopathology of Rainbow catfish, Pangasianodon hypophthalmus. Journal of Aquatic Ecology 3(3), 18-10.
Revell P.A. 2006. The biological effects of nanoparticles. Collegium, 283 p.
Roberts R.J. 1989. Fish Pathology, Bailliere Tindall. London, UK.
Shaw B.J., Handy R.D. 2011. Physiological effects of nanoparticles on fish: a comparison of nanometals versus metal ions. Environment International 37(6), 1083-1097.
Song M.J., Hwang S.W., Whang D. 2010. Non-enzymatic electrochemical CuO nanoflowers sensor for hydrogen peroxide detection. Talanta 80(5), 1648-1652.
Takashima F., Hibiya T. 1995. An atlas of fish histology: normal and pathological features.
Wilson J.M., Laurent P. 2002. Fish gill morphology: inside out. Journal of Experimental Zoology 293(3), 192-213.
Wu Y., Zhou Q. 2013. Silver nanoparticles cause oxidative damage and histological changes in medaka (Oryzias latipes) after 14 days of exposure. Environmental Toxicology and Chemistry 32(1), 165-173.
مجله علوم آبزی پروری
دوره 11، شماره 2
مهر 1402
صفحه 1-13

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار