CC BY
17shersti baranov-proizvoditeley//Sbornik nauchnykh trudov FGBNU VNIIOK. Stavropol', 2003. T.1.№1-1. S.62-65.
3. Inter'yernyye osobennosti molodnyaka ovets kalmytskoy kurdyuchnoy porody i ikh pomesey s ba-ranami porody dorper / V.A. Pogodayev, N.V. Sergeyeva, B.K. Aduchiyev.,A.N. Arilov // Sel'skokhozyay-stvennyy zhurnal - 2018. №1 (11) . S 61-66.
4. Ob"yektivnaya otsenka osnovnykh svoystv shersti novogo tatarstanskogo tipa ovets / G.V. Zavgo-rodnyaya, I.I. Dmitrik, KH.M. Arayev, KH.KH. Arayev // Sbornik nauchnykh trudov Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta ovtsevodstva i kozovodstva. 2012. T. 1.№5. S. 123-126
5. Sergeyeva, N.V. Dorper - perspektivnaya myasnaya poroda ovets // Zhivotnovodstvo Yuga Ros-sii.2016.№ 7(17).S.19 - 21.
6. Kharakteristika shersti baranchikov porody dorper / V.A. Pogodayev, A.N. Arilov, B.K. Aduchi-yev, N V.Sergeyeva // Izvestiya Gorskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. Vladikavkaz, 2017. Tom 54. Chast' 1. S.73-77.
7. Shkaly kompleksnoy otsenki run tonkorunnykh porod ovets / G, V. Zavgorodnyaya, I.I. Dmitrik, M.I. Pavlova i dr.//Shkaly. Stavropol'. 2016. 13s.
УДК 620.3:633.352
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ НАНОЧАСТИЦ КОБАЛЬТА И ОКСИДА ЦИНКА И ИХ БИОАККУМУЛЯЦИЯ НА ПРИМЕРЕ ВИКИ
СТЕПАНОВА Ирина Анатольевна, научный сотрудник ЗАО «НПФ «Экопром», IrinkaStepanova@yandex.ru
ПОЛИЩУК Светлана Дмитриевна, д-р техн. наук, профессор кафедры лесного дела, агрохимии и экологии, svpolishuk@mail.ru
ЧУРИЛОВ Дмитрий Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент кафедры технологии металлов и ремонта машин, churilov.dmitry@yandex.ru
ЧУРИЛОВА Вероника Вячеславовна, аспирант кафедры лесного дела, агрохимии и экологии, veronicka.churilova@yandex.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева ОБИДИНА Инна Вячеславовна, ассистент кафедры общей и фармацевтической химии Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова, inna.obidina@mail.ru ЧУРИЛОВ Геннадий Иванович, д-р биолог. наук, профессор кафедры общей и фармацевтической химии, Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова,genchurilov@yandex.ru
Цель работы - сравнить возможность биоакуммуляции и биологическую активность биогенного металла кобальта и оксида цинка, изучив морфофизиологические и биологические показатели их воздействия на семена и проростки вики в диапазоне концентраций наночастиц 0,01-1000 грамм на тонну семян. Наночастицы кобальта и оксида цинка с данными физико-химическими характеристиками показали разную по направленности, но хорошую динамику изменения морфофизиологических показателей роста и развития семян вики в зависимости от их концентрации. В процессе исследований для наночастиц кобальта (Со) наблюдали периодичное возрастание энергии прорастания (пики отмечены при 0,5 и 5,0 г/т и всхожести - максимально при 0,1 и 5,0 г/т). Начиная с концентрации 100,0 г/т, оба показателя значительно снизились, то есть высокие концентрации угнетают рост и развитие семян вики.Наночастицы кобальта с данными физико-химическими характеристиками показали хорошую динамику изменения морфофизиологических показателей роста и развития семян вики в зависимости от их концентрации Наночастицы оксида цинка ^пО) уменьшали относительно контроля энергию прорастания и всхожесть во всем интервале концентраций. По изменениям активности антиоксидантных ферментов определены условия токсического воздействия наночастиц. Отклонение биохимических показателей растений от нормы может быть сигналом о возможности токсического действия наноматериалов. С использованием метода динамического рассеяния света в опытных суспензиях определены степень диспергирования и (-потенциал исследуемых наночастиц. Большая удельная поверхность определяет их высокую активность, а достаточно высокие значения (-потенциала наночастиц кобальта и оксида цинка свидетельствуют об их устойчивости в полученных суспензиях. При помощи электронной просвечивающей микроскопии
© Степанова И. А., Полищук С. Д., Чурилов Д. Г., Чурилова В .В., Обидина И. В., Чурилов Г. И., 2019 г
было выявлено, что исследуемое растение - вика поглощало наночастицы оксида цинка из питательной среды, а накопления наночастиц кобальта обнаружено не было.
Ключевые слова: наночастицы, биологическая активность, биоакуммуляция, зависимость «доза-эффект»
Введение
В 1974 году Норио Танигути ввел термин «на-нотехнология» относительно производства веществ размером несколько нанометров. Дальнейшее развитие данного направления показало, что если взять очень маленькую частицу вещества, то она будет иметь совершенно иные свойства, например оптические, электрические, каталитические, адсорбционные. Значительно увеличивается удельная поверхность металлов в нанокристалли-ческом состоянии. Наночастицы (НЧ) или ультрадисперсные порошки (УДП) имеют размерность от 1 до 100 нм. В таком состоянии металлы легко вступают в химические реакции и образуют комплексные соединения с различными органическими соединениями, в том числе белками, следовательно, активизируют ферментативные системы. УДПМ в чистом виде не являются активаторами биологических процессов - их подвергают процессу диспергирования, в результате которого образуются дисперсные системы, суспензии, эмульсии, аэрозоли. Диспергирование осуществляется с помощью специальных установок: гомогенизаторов, коллоидных мельниц, ультразвуковых дис-пергаторов [1].
В последнее время возрос интерес к использованию нанопорошков металлов в сельском хозяйстве. Долгие годы необходимые элементы питания растений вносили в почву в виде солей, которые при растворении в виде ионов поступают в клетки растений. Применение нанопорошков для микроэлементного воздействия на клетки живых организмов исключает отрицательное влияние анионов солей на биологическую деятельность организмов. При этом наблюдается повышение урожайности и качества сельскохозяйственных культур, снижается заболеваемость, обеспечивается сбалансированный рацион кормления животных. Одноразовая предпосевная обработка водной суспензией нанопорошков железа, кобальта, меди семян сельскохозяйственных культур повышает их урожайность по сравнению с контрольными образцами до 20% [2,3,4]. В растениях, кроме того, наблюдаются качественные изменения содержания питательных веществ, в частности, аминокислот, белков, углеводов, витаминов [5,6,7].
Для определения влияния наночастиц кобальта и оксида цинка на рост и развитие, а также на возможное проявление токсичности, использовали вику посевную. Вика является одной из наиболее ценных бобовых культур для кормопроизводства. Ареал ее распространения широк, к тому же она обладает разнообразными ценными качествами, запашка зеленых растений вики в период их наилучшего развития позволяет оздоровить почву для выращивания зерновых культур.
Опытными образцами для исследований были выбраны биогенный элемент кобальт в ультрадисперсном состоянии и оксид цинка. Кобальт может стимулировать клеточную репродукцию листьев растений, способствует увеличению толщины и объема мезофилла в листьях, числа и размера
клеток столбчатой и губчатой ткани листа. Этот элемент участвует в синтезе боковых цепей хлорофилла [8,9], может окислять каротиноиды и, тем самым, вовлекать их в окислительно-восстановительные реакции. Стимуляция роста растений кобальтом объясняется участием микроэлемента в регуляции баланса фитогормонов: ауксина и этилена [10].
Цинк - один из восьми микроэлементов, необходимых для нормального здорового роста и размножения растений и животных. Однако цинк легко адсорбируется как минеральными, так и органическими компонентами, поэтому в большинстве типов почв наблюдается его аккумуляция в поверхностных слоях, и происходит его поглощение растениями. Нанопорошок оксида цинка имеет средние размеры частиц 25 нм, обладает специфическими функциями, такими как экранирование и поглощение ультрафиолетовых лучей, стерилизация, изоляция тепла или холода. Наночастицы оксида цинка являются весьма перспективными для разработки антибактериальных средств. Имея небольшой размер, они способны проникать через мембраны плазмы и транспортироваться в ткани и органы.
Материал и методика исследований
В исследованиях использовались сертифицированные семена вики, одного года урожая, соответствующие первому классу, не обработанные протравителями. Проращивание семян проводилось на гелеобразной культивационной среде (микробиологическом агаре отечественного производства). Семена проращивались в чашках Петри при температуре 20+2° С. Освещение помещения искусственное. По истечении времени экспозиции чашки Петри достали из термостата и проводили фиксацию проростков. Энергию прорастания определяли на 3-й день, всхожесть семян - на 7-й день закладки опыта.
Навески исследуемых образцов нанокристал-лического кобальта и оксида цинка диспергировали в определённом объеме дистиллированной воды для получения нужных концентраций растворов. Суспензии обрабатывали в ультразвуковой ванне (Град 13-35) 15 мин при максимальной мощности для повышения дисперсности пробы. Полученную взвесь добавляли в чашку Петри, заполненную 20-ю мл незастывшего полисахарид-ного субстрата, тщательно перемешивали. Для изучения биологической активности изучалось действие нанопорошков в интервале концентраций 0,001-1000 г на тонну семян вики. Физико-химическая активность наночастиц зависит от состава и морфологии частиц, толщины и состава оксидной пленки на поверхности, а также от метода получения [11,12].
Использование метода динамического рассеяния света (ДРС) [13] позволило определить степень диспергирования и Z-потенциал Нч кобальта и оксида цинка. Измерения проводили на приборе ZetasizerNano (Malvern, Великобритания). С помощью анализатора частиц SALD-7101 (Shimadzu),
были получены результаты объёмного распределения частиц по размерам и определен средне-поверхностный диаметр частиц в полученных суспензиях.
В биологических экспериментах использовались суспензии наночастиц концентрацей 0,0011000 г/т семян. Определение активности перок-
сидазы и супероксиддиссмутазы осуществлялось фотометрическим методом при помощи спектрофотометра СФ-2000 (ЗАО «ОКБ СПЕКТР», Россия) [14,15].
Результаты исследований
В таблице представлены некоторые физико-химические характеристики наночастиц.
Таблица - Физико-химические характеристики наночастиц кобальта и оксида цинка
НЧ Ха рактеристика НЧ Z-потенциал, мВ
Syq, м2/г Среднеповерхностный диаметр частиц 10г/га 100г/га
Co 52.1 20,1±2,4 24,7±0,2 21,2±0,3
ZnO 37,9 28,4±2,4 17,6±0,3 13±0,5
Большая удельная поверхность определяет их высокую активность, а достаточно высокие значения потенциала НЧ кобальта и оксида цинка свидетельствуют об их устойчивости.
Действительно, наночастицы кобальта и оксида цинка с данными физико-химическими характеристиками показали хорошую динамику изменения морфофизиологических показателей роста и развития семян вики в зависимости от их концентрации.
В диапазоне концентраций наночастиц 0,011000 г/т семян для НЧ кобальта (Со) наблюдали периодичное возрастание энергии прорастания (пики отмечены при 0,5 и 5,0 г/т и всхожести (рис. 1) - максимально при 0,1 и 5,0 г/т. Начиная с концентрации 100,0 г/т оба показателя значитель-
Энергия прорастания
100
80 60 40 20 0
lililí
min lili
Ii
i
ICo ZnO
л
о о.
X
о
а:
iH LTI
о о о" о"
lo
о"
о о о о гч о о с iH lo с
но снизились, то есть высокие концентрации угнетают рост и развитие семян вики. Наночастицы оксида цинка ^пО) уменьшали относительно контроля и энергию прорастания, и всхожесть.
Длина надземного ростка и корешка вики под действием наночастиц кобальта изменяются волнообразно, показывая зависимость доза-эффект: первый скачок длины ростка наблюдается при 0,01-0,1 г/т, второй - при 0,5-5,0 г/т, максимум показателя зафиксирован при 5,0 г/т (+200%). Начиная с концентрации 10,0 г/т происходит резкое сокращение и далее, с повышением концентрации наночастиц кобальта в питательной среде, длина надземных ростков и корешков незначительно отличается от контроля (рис. 2).
Всхожесть
100 80 60
I I I I I I I I
ПИШИ
lo о о о о iH о о о
Н 1Л о
Рис. 1 - Энергия прорастания и всхожесть семян вики, обработанных суспензией наночастиц кобальта и оксида цинка различной концентрации
Длина корней
20 15 10 5 0
Co ZnO
Длина надземного ростка
25 20 15 10 5 0
ith
Co
7пП
Рис. 2 - Длина трехдневных проростков вики, обработанных суспензией наночастиц кобальта и
оксида цинка различной концентрации
Рис. 3 - Масса трехдневных проростков вики, обработанных суспензией наночастиц кобальта и
оксида цинка различной концентрации
Аналогичная зависимость наблюдается для массы проростков (рис. 3) при воздействии наночастиц кобальта. Масса трехневного проростка (ростка и корешка) была максимальной при 0,05 и 5,0 г/т (+80-90%). Таким образом, в пределе концентраций 0,01-5,0 г/т наблюдается прямая зависимость активности наночастиц кобальта и их концентраций. Пик активности наночастиц наблюдался при их концентрации 5 г/т. При более высоких концентрациях зависимость «доза-эффект» исчезает.
Для наночастиц ZnO также наблюдается волнообразная зависимость длины ростка и корешка вики от концентрации (рис. 2), однако размеры ростков и корешков ниже контроля, исключая концентрации 0,1 и 1,0 г/т, где показатели достигали своего максимума. Зивисимость массы проростка (надземного ростка и корешка) во всем интервале концентраций остаются ниже контроля. Следовательно, наночастицы оксида цинка в целом угнетают развитие проростков вики. При этом наночастицы оксида цинка накапливаются в проростках вики.
Как видно из представленных фотографий микроструктуры - изображения наночастицы в вершках вики, проращенной в среде, содержащей наночастицы оксида цинка (рис. 5), в целом совпадает с изображениями аналогичных нано-частиц, нанесенных искусственно (рис. 4), и, следовательно, нанопорошки оксида цинка накапливаются в вике и могут влиять на экологическую безопасность и развитие растений.
При помощи электронной просвечивающей микроскопии было выявлено, что исследуемое растение вика поглощала нанодисперсные материалы оксида цинка из питательной среды. Накопления наночастиц кобальта обнаружено не было.
Примером механизма токсического действия наночастиц может служить развитие мембранных нарушений, разрушение органов и тканей из-за их проникновения внутрь клетки. Все это приводит к угнетению физиологического статуса многоклеточного растительного организма [16]. Диагностика фитотоксичности наноматериалов требует дорогостоящей материальной базы для проведения молекулярно-клеточного анализа. Мы считаем, что одним из важнейших критериев адаптивной устойчивости растения является его биохимический статус. В клетках присутствует равновесие
динамическое - между образованием активных форм кислорода (АФК) и их ликвидацией. Основными антиоксидантами растений, непосредственно обезвреживающими АФК, являются суперок-сиддисмутаза, пероксидаза, каталаза [17,18,19]. Изменение их активности можно использовать для оценки степени устойчивости растений к действию стрессовых факторов.
Изменение активности пероксидазы и суперок-сиддисмутазы в корнях и ростках вики под воздействием нанопорошка кобальта (Со) представлены на рисунках 6 и 7.
Рис. 4 - Фотографии тест-объекта (вики) с искусственно нанесенными наночастицами ZnO
Рис. 5 - Фотографии вершков пророщенной вики с видимыми включениями частицам ZnO
Рис. 6 - Активность пероксидазы (в ед.опт.пл / г сырой ткани • сек) в корнях и надземных ростках вики под воздействием наночастиц кобальта (Со)
Содержание пероксидазы в корнях опытных образцов вики возрастало по отношению к контролю с увеличением концентраций наночастиц кобальта. В вегетативной части надземного проростка вики с увеличением содержания наночастиц кобальта в питательной среде во всём интервале концентраций активность пероксидазы также постепенно возрастает от 11,27% до 19,2% (100 г/т). Таким образом, активность пероксидазы одинаково реагирует на присутствие в питательной среде нанопорошка кобальта, возрастая как в надземной части проростка, так и в корневой, но отличается по величине (рис. 6). Активность супероксиддис-мутазы в опытных образцах в надземной и в корневой частях проростков вики также возрастает
Рис. 7- Активность супероксиддисмутазы (в усл.ед.акт. / г сырой ткани) в корнях и надземных ростках вики под воздействием наночастиц кобальта (Со)
максимально на 29% при концентрации наночастиц кобальта 100 г/т. Однако, при концентрациях выше 100 г/т изменения активностей ферментов выше 30%, следовательно, данные концентрации могут быть опасными.
Для наночастиц оксида цинка изменения активностей ферментов пероксидазы и супероксиддисмутазы выше 30% при концентрации наночастиц выше 10,0 г/т (рис. 8;9), что доказывает затухание ростовых процессов вики при этих концентрациях наночастиц оксида цинка. Следовательно, отклонение биохимических показателей растений от нормы может быть сигналом о возможности токсического действия наноматериалов.
Рис.8 - Активность пероксидазы (в ед.опт.пл / г сырой ткани • сек)) корнях и надземных ростках вики под воздействием наночастиц оксида цинка £пО)
Рис. 9 - Активность супероксиддисмутазы в корнях и надземных ростках вики под воздействием наночастиц оксида цинка ^пО).
Заключение
Таким образом, в пределах концентраций 0,01-5,0 г/т наблюдается прямая зависимость активности наночастиц кобальта от их концентраций. Пик активности наночастиц наблюдался при их концентрации 5 г/т. При более высоких концентрациях - больше 10 г/т - зависимость «доза-эффект» исчезает. Для наночастиц ZnO также наблюдается волнообразная зависимость морфофизиологи-ческих характеристик проростков вики от концентрации, однако размеры ростков и корешков ниже контроля, исключая концентрации 0,1 и 1,0 г/т, где
показатели достигали своего максимума. Масса проростка (надземного ростка и корешка) во всем интервале концентраций остается ниже контроля. Следовательно, наночастицы оксида цинка в целом угнетают развитие проростков вики. При этом наночастицы оксида цинка, согласно данным электронной просвечивающей микроскопии, накапливаются в проростках вики.
Значительные колебания концентрации важнейших антиоксидантных ферментов, показываемые наночастицами при концентрациях 100 г/т и выше, отражают негативное влияние на гомеостаз
растительного организма.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-33-00510.
Список литературы
1. Арсентьева, И.П. Закономерности строения и биологическая активность нанопорошков железа/ И.П. Арсентьева, Э.Л.Дзидзигури, Н.Д. Захаров, Г.В.Павлов, Б.К. Ушаков, Г.Э.Фолманис, А.А.Арсентьев// Перспективные материалы. -2004.- 2004.-№4.- С.64-66
2. Чурилов, Д.Г. Особенности роста и развития кукурузы и подсолнечника при обработке семян наночастицами кобальта / Д.Г. Чурилов^.Н.Горохова, Г.И.Бударина, С.Д. По-лищук, И.В. Бакунин // Труды ГОСНИТИ.-2011.-Т.107.-№2.-С. 46-48.
3. Назарова, А.А. Нанобиопрепараты в технологии производства яровой и озимой пшеницы / А.А. Назарова, С.Д.Полищук, Д.Г.Чурилов, Ю.В. Доронкин// Сахар. -2016.- №12.- С. 22-26.
4. Полищук, С.Д. Изменение лабораторной всхожести семян яровой пшеницы под воздействии обработки их ультрадисперсными материалами/ С.Д. Полищук, Н.И. Голубева// Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А.Костычева.-2010.-№3(7). С.38-39.
5. Иванычева, Ю.Н. Влияние нанопорошков меди и оксида меди на активность фитогормонов в проростках вики и яровой пшеницы/ Ю.Н. Ива-нычева, Т.В. Жеглова, С.Д. Полищук// Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А.Костычева.-2012.-№1 (13). С.12-14.
6 Churilov, G.I.Agro ecological grounding for the application of metal anopowders in agriculture/ G.I. Churilov, S.D. Polischuk, Denis Kuznetsov, S.N.Borychev, N.V. Byshov, D.G. Churilov //Int. J. Nanotechnol..- 2018 - Vol. 15. -Nos. 4/5. -Р. 258-279.
7. Чурилов, Г.И. Эколого-биологическое влияние нанопорошков меди и оксида меди на фито-гормоны вики и пшеницы яровой/ Г.И. Чурилов, Ю.Н.Иванычева, С.Д.Полищук, Назарова А.А., Д.Г. Чурилов // Нанотехника. 2013. № 4 (36). С. 43-46.
8. Курсанов, А.Л. Внутренняя организация фи-
зиологических процессов у растений / А.Л. Курсанов // Ученый и аудитория. - М: Наука, 1982. - С. 145-161 с.
9. Макроносов, А.Т. Интеграция функций роста и фотосинтеза/ А.Т. Макроносов // Физиология растений. 1983.- Вып. 5.- Т.30- С. 868-880.
10. Курапов, П.Б. Гормональный баланс. Методы его изучения и регулирования: Автореф. дис. ... д-ра. биол. наук. - М., 1996. - 47 с.
11. Feng, Y. The role of metal nanoparticles in influencing arbuscular mycorrhizal fungi effects on plant growth/ Y Feng, X Cui, S He, G Dong, M Chen, and J Wang// Environ Sci Technol. - 2013. Vol. 47.- P. 9496-9504.
12. Godymchuk, A.Yu. Dissolution of Copper Nanopowders in Inorganic Biological Media/ A.Yu. Godymchuk, G.G. SavePev, D.V. Gorbatenko // Russian Journal of General Chemistry - 2010. V.80. - No.5. - Р.881-888
13. Векилова, Г.В. Дифракционные и микроскопические методы и приборы для анализа
наночастици наноматериалов/ Г.В. Векилова, А.Н. Иванов, Ю.Д. Ягодкин: Москва,
МИСиС. - 2009. - 145 с.
14. Бояркин А.Н. Быстрый метод определения активности пероксидазы // Биохимия. - 1951. - Т. 16, Вып. 4. -С. 352.
15. Ермаков, А.И. Методы биохимического исследования растений/ А.И.Ермаков, В.В. Арасимо-вич, Н.П Ярош., Ю.В.Перуанский, Г.А.Луковникова, М.И. Иконникова. - Л.: Агропромиздат, 1987. - С. 43-44.
16. Аверьянов, А.А. Активные формы кислорода и иммунитет растений/ А.А. Аверьянов // Успехи современной биологии.- 1991. -Т. 111. - № 5. - С. 722-737.
17. Кулаева, О.Н. Гормональная регуляция физиологических процессов у растений на уровне РНК и белка /О.Н Кулаева, - М: Наука, 1982.- 351 с.
18. Фермент пероксидаза: Участие в защитном механизме растений / В. А. Андреева. — М.: Наука. - 1988.— 128 с
19. Kuk, Y I. Antioxidative enzymes offer protection from chilling damage in rice plants/ //Crop Sci. - 2003.-Vol 43/- P. 2109-2117
BIOLOGICAL ACTIVITY OF COBALT AND ZINC OXIDE NANOPARTICLES AND THEIR BIOACCUMULATION ON THE EXAMPLE OF VETCH
Stepanova Irina A., Researcher, ZAO NPF Ekoprom, Moscow, IrinkaStepanova@yandex.ru Polischuk Svetlana D., Doctor of Technical Science, Full Professor of the Department of Forestry, Agrochemistry and Ecology, svpolishuk@mail.ru
Churilov Dmitriy G., Candidate of Technical Science, Associate Professor of the Department of Metals Technology and Cars Repair, churilov.dmitry@yandex.ru
Churilova Veronika V., Aspirant of the Department of Forestry, Agrochemistry and Ecology, veronicka. churilova@yandex.ru
Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev
Obidina Inna V., Assistant of the Department of General and Pharmaceutical Chemistry, yazan State Medical University Named after Academician I.P. Pavlov, inna.obidina@mail.ru
Churilov Gennadiy I., Doctor of Biological Science, Full Professor of the Department of General and Pharmaceutical Chemistry, Ryazan State Medical University Named after Academician I.P. Pavlov, genchurilov@yandex.ru
The aim of the work is to compare the bioaccumulation potential and the biological activity of cobalt and zinc oxide biogenic metal by examining the morphophysiological and biological indicators of their effects on eeds and vetch seedlings in the range of nanoparticle concentrations of 0.01-1000 g/per ton of seeds. Nanoparticles of cobalt and zinc oxide with these physico-chemical characteristics showed different directions, but good dynamics of changes in morphological and physiological indicators of growth and development of vetch seeds depending on their concentration. For cobalt nanoparticles (Co), a periodic increase in germination energy (peaks are marked at 0.5 and 5.0 g/1 and viability - maximum at 0.1 and 5.0 g/1 was observed. Starting from a concentration of 100.0 g, both indicators dropped significantly, that is, high concentrations oppressed vetch seeds growth and development. Zinc oxide nanoparticles (ZnO) decreased relative to control and germination energy and viability throughout the concentration range. The changes in the activity of antioxidant enzymes determined the toxic effects of nanoparticles. Deviation of biochemical parameters of plants from the norm can be a signal of the possibility of toxic action of nanomaterials. Using the method of dynamic light scattering in prepared suspensions, the degree of dispersion and Z-potential of the studied nanoparticles were determined. The high specific surface area determines their high activity, and rather high values of the Z-potential of cobalt and zinc oxide nanoparticles indicate their stability in the suspensions obtained. Using electronic transmission microscopy, it was found that the studied vetch absorbed nanodispersed zinc oxide materials from the nutrient medium, and no cobalt nanopowder was found to accumulate.
Key words: nanoparticles, biological activity, bioaccumulation, "dose-effect" dependence.
Literatura
1. Arsent'yeva, I.P. Zakonomernosti stroyeniya i biologicheskaya aktivnost' nanoporoshkov zheleza / I.P. Arsent'yeva, E.L.Dzidziguri, N.D. Zakharov, G.V. Pavlov, B.K. Ushakov, G.E. Folmanis, A.A. Arsent'yev // Perspektivnyye materialy. 2004.- № 4.- S.64-66
2. Churilov, D.G. Osobennosti rosta i razvitiya kukuruzy i podsolnechnika pri obrabotke semyan nanochastitsamikobal'ta/D.G. Churilov, M.N. Gorokhova, G.I. Budarina, S.D. Polishchuk, I.V. Bakunin//Trudy GOSNITI. - 2011. - T. 107. - № 2. - S. 46-48.
3. Nazarova, A.A. Nanobiopreparaty v tekhnologii proizvodstva yarovoy i ozimoy pshenitsy/A.A. Nazarova, S.D. Polishchuk, D.G. Churilov, Yu.V. Doronkin//Sakhar. - 2016. - № 12. - S. 22-26.
4. Polishchuk, S.D. Izmeneniye laboratornoy vskhozhesti semyan yarovoy pshenitsy pod vozdeystvii obrabotki ikh ul'tradispersnymi materialami / S.D. Polishchuk, N.I. Golubeva // Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta im. P.A.Kostycheva. - 2010. - № 3(7). S. 38-39.
5. Ivanycheva, Yu.N. Vliyaniye nanoporoshkov medi i oksida medi na aktivnost' fitogormonov v prorostkakh viki i yarovoy pshenitsy / Yu.N. Ivanycheva, T.V. Zheglova, S.D. Polishchuk // Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta im. P.A. Kostycheva. - 2012. - № 1 (13). S. 12-14.
6.Churilov, G.I.Agro ecological grounding for the application of metal anopowders in agriculture/ G.I. Churilov, S.D. Polischuk, Denis Kuznetsov, S.N.Borychev, N.V. Byshov, D.G. Churilov //Int. J. Nanotechnol..-2018 - Vol. 15. -Nos. 4/5. -Р. 258-279.
7. Churilov, G.I. Ekologo-biologicheskoye vliyaniye nanoporoshkov medi i oksida medi na fitogormony viki i pshenitsy yarovoy /G.I. Churilov, Yu.N. Ivanycheva, S.D. Polishchuk, A.A. Nazarova, D.G. Churilov // Nanotekhnika. 2013. № 4 (36). S. 43-46.
8. Kursanov, A.L. Vnutrennyaya organizatsiya fiziologicheskikh protsessov u rasteniy / A.L. Kursanov // Uchenyy i auditoriya. - M: Nauka, 1982. - S. 145-161 s.
9. Makronosov, A.T. Integratsiya funktsiy rosta i fotosinteza/A.T. Makronosov//Fiziologiya rasteniy. 1983. - Vyp. 5. - T. 30 - S. 868-880.
10. Kurapov, P.B. Gormonal'nyy balans. Metody yego izucheniya iregulirovaniya: Avtoref. dis. ... d-ra. biol. nauk. - M., 1996. - 47 s.
11. Feng, Y. The role of metal nanoparticles in influencing arbuscular mycorrhizal fungi effects on plant growth/ Y Feng, X Cui, S He, G Dong, M Chen, and J Wang// Environ Sci Technol. - 2013. Vol. 47.- P. 94969504.
12.Godymchuk, A.Yu. Dissolution of Copper Nanopowders in Inorganic Biological Media/A.Yu. Godymchuk, G.G. Savel'ev, D.V. Gorbatenko // Russian Journal of General Chemistry - 2010. V.80. - No.5. - Р.881-888
13. Vekilova, G.V. Difraktsionnyye i mikroskopicheskiye metody i pribory dlya analiza nanochastitsi nanomaterialov/G.V. Vekilova, A.N. Ivanov, Yu.D. Yagodkin: Moskva, MISiS. - 2009. - 145 s.
14. Boyarkin A.N. Bystryy metod opredeleniya aktivnosti peroksidazy //A.N. Biokhimiya. - 1951. - T. 16, Vyp. 4. - S. 352.
15. Yermakov, A.I, Metody biokhimicheskogo issledovaniya rasteniy/. A.I.Yermakov, V.V. Arasimovich, N.P.Yarosh, Yu.V. Peruanskiy, G.A. Lukovnikova, M.I. Ikonnikova - L.: Agropromizdat, 1987. - S. 43-44.
16.Aver'yanov, A.A. Aktivnyye formykisloroda iimmunitetrasteniy/A.A. Aver'yanov//Uspekhi sovremennoy biologii. -1991. - T. 111. - № 5. - S. 722-737.
Kulayeva, O.N. Gormonal'naya regulyatsiya fiziologicheskikh protsessov u rasteniy na urovne RNK i belka /O.N Kulayeva, - M: Nauka, 1982.-351 s.
18. Ferment peroksidaza: Uchastiye v zashchitnom mekhanizme rasteniy / V.A. Andreyeva. — M.: Nauka, 1988. - 128 s.
19. Kuk, Y. I. Antioxidative enzymes offer protection from chilling damage in rice plants // Crop Sci. 2003. -Vol 43 - P. 2109-2117.
