CC BY
53
(Зестпиіч%расТЛ<У- 2011. №11
УДК 632.9 Е.П. Ланкина, Д.И. Шевелёв, С.В. Хижняк, ЮЛ. Гуревич
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИТОКСИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИОГЕННЫХ НАНОЧАСТИЦ ГИДРОКСИДА ЖЕЛЕЗА В ОТНОШЕНИИ ТИАБЕНДА30Л-ТЕБУК0НА30Л0ВЫХ ФУНГИЦИДОВ*
В статье представлены результаты исследования влияния наночастиц гидроксида железа на фитотоксические свойства тиабендазол-тебуконазоловых препаратов, широко применяемых в качестве протравителей.
Ключевые слова: гидроксид железа, биогенные наночастицы, фунгициды, пшеница, антитоксический эффект.
E.P. Lankina, D.I. Shevelev, S.V. Khizhnyak, Yu.L. Gurevich
RESEARCH OF THE ANTITOXIC PROPERTIES OF THE IRON HYDROXIDE BIOGENE NANOPARTICLES CONCERNING THIABENDAZOLE-TEBUCONAZOLE FUNGICIDES
The research results of the iron hydroxide nanoparticle influence on the phytotoxic properties of the thiaben-dazole-tebuconazole preparations that are widely used as protectants are given in the article.
Key words: iron hydroxide, biogenic nanoparticles, fungicides, wheat, antitoxic effect.
В последние десятилетия все более остро встает проблема загрязнения окружающей среды пестицидами [1, 9]. Многочисленными исследованиями показаны следующие негативные эффекты пестицидов: нарушение функционирования почвенного микробного комплекса [4-8]; снижение численности таких играющих ключевую роль в поддержании плодородия почвы беспозвоночных, как дождевые черви [13]; снижение общего биологического разнообразия наземных экосистем [2]; аккумуляция пестицидов в почвенной мезофау-не с последующим попаданием по трофическим цепям в организм позвоночных [3]; нарушение функционирования водных экосистем в результате хронического загрязнения водоемов и водотоков пестицидами [1012]. Существуют теоретические основания полагать, что наноразмерные частицы на основе железа могут способствовать детоксикации органических загрязнителей благодаря своей сорбционной и каталитической активности. В этой связи представляет интерес проверка возможности использования подобных частиц для детоксикации остаточных количеств пестицидов в воде и почве.
Цель исследования состояла в проверке влияния наночастиц гидроксида железа на фитотоксические свойства тиабендазол-тебуконазоловых препаратов, широко применяемых в качестве протравителей семян.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования служила суспензия биогенных наночастиц гидроксида железа (1,6 г действующего вещества на 1 л) и протравитель "Виал-ТТ" (тиабендазол 80 г/л + тебуконазол 60 г/л). Для обеспечения фитотоксического эффекта "Виал-ТТ" применяли в дозе, в 20 раз превышающей рекомендованную к применению для протравливания семян зерновых культур. Доза внесения наночастиц гидроксида железа составляла 1 г/кг зерна и 5 г/кг зерна в пересчете на действующее вещество. В качестве тест-объекта использовали зерно ячменя сорта Кедр производства ОПХ "Минино". Исследования проводили методом рулонной культуры согласно следующей схеме (табл. 1).
Таблица 1
Схема эксперимента по изучению влияния наночастиц гидроксида железа на фитотоксические свойства препарата "Виал-ТТ"
Фунгицид Препарат наночастиц гидроксид а железа
Нет 1 г/кг 5 г/кг
Нет + + +
Есть + + +
В каждом варианте эксперимента было по три повторности по 25 семян на повторность. Учет результатов проводили через 7 суток культивирования. Статистическую обработку данных проводили с помощью пакета анализа MS Excel.
Результаты исследования и их обсуждение. Установлено, что суспензия биогенных наночастиц гидроксида железа в изученных дозах не оказывает статистически значимого воздействия на всхожесть семян и развитие проростков. Препарат "Виал-ТТ" в использованной дозе оказывает статистически значимое
* Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 10-08-01278).
(р<0,05) ингибирующее действие на развитие тест-культуры, проявляющееся в уменьшении длины надземной части и корневой системы проростков, а также в уменьшении сухого веса проростков по сравнению с контрольным вариантом. Внесение наночастиц гидроксида железа статистически значимо (р<0,05) снижает ингибирующий эффект фунгицида в отношении проростков, что проявляется в увеличении всхожести семян и увеличении таких биометрических показателей проростков, как сухая масса проростков, длина надземной части, длина корневой системы и общая длина проростков.
Максимальный антитоксический эффект наночастиц проявляется в отношении корневой системы проростков. Практически полное устранение действия фунгицида на развитие корневой системы отмечается уже при дозе наночастиц 1 г/кг семян (рис. 1).
100
90 -
О
V
Д
а
о
«
сЗ
70
Контроль ВиалТТ ВиалТТ+Fel ВиалТТ+Те5 Вариант
Рис. 1. Влияние обработки семян тест-культуры высокой дозой препарата "Виал-ТТ" в сочетании с внесением наночастиц гидроксида железа на длину корневой системы проростков: контроль - семена обработаны водой; "Виал-ТТ" - семена обработаны препаратом "Виал-ТТ"; "Виал-TT+Fel" - семена обработаны препаратом "Виал-ТТ" в сочетании с 1 г/кг наночастиц гидроксида железа; "Buan-TT+Fe5" -семена обработаны препаратом "Виал-ТТ" в сочетании с 5 г/кг наночастиц гидроксида железа
В то же время полного устранения ингибирующего эффекта фунгицида в отношении надземной части проростков не наблюдается даже при внесении высокой (5 мг/кг) дозы наночастиц гидроксида железа (рис. 2). Кривая "эффект-доза" для всех показателей носит нелинейный характер, что может свидетельствовать в пользу не столько сорбционного, сколько каталитического механизма действия наночастиц на компоненты препарата "Виал-ТТ" (рис. 3).
140
120
О
X
100
60
40
Контроль ВиалТТ ВиалТТ+Fel BnanTT+Fe5 Вариант
Рис. 2. Влияние обработки семян тест-культуры высокой дозой препарата "Виал-ТТ" в сочетании с внесением наночастиц гидроксида железа на длину надземной части проростков (обозначения см. рис. 1)
Рис. 3. Влияние дозы наночастиц гидроксида железа на длину проростков на фоне применения препарата "Виал-ТТ": контролем служили семена, не подвергавшиеся обработке наночастицами и фунгицидом
Анализ распределения проростков по биометрическим показателям дает основания предполагать, что в отношении корневой системы и надземной части действуют разные механизмы снижения токсического эффекта. Так, увеличение длины корней в присутствии наночастиц происходит за счет статистически значимого (р<0,05 по критерию х2) сдвига гистограммы распределения вправо (рис. 4).
Длина, мм
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Виал-ТТ
-----Г-----ТГ-----Т------Т-------ТГ-----ТГ------------Т--------1------
0 15 30 45 60 75 90 105 120 Еще
Длина, мм
Рис. 4. Влияние обработки семян тест-культуры высокой дозой препарата "Виал-ТТ" в сочетании с внесением наночастиц гидроксида железа на распределение проростков по длине корней
(обозначения см. рис. 1)
В то же время увеличение средней дины надземной части проростков практически не сопровождается соответствующим сдвигом распределения и достигается главным образом за счет снижения доли малоразмерных проростков (рис. 5).
Рис. 5. Влияние обработки семян тест-культуры высокой дозой препарата "Виал-ТТ" в сочетании с внесением наночастиц гидроксида железа на распределение проростков по длине надземной части
(обозначения см. рис. 1)
Выводы
1. Биогенные наночастицы гидроксида железа статистически значимо снижают фитотоксический эффект высоких доз тиабендазол-тебуканазолового фунгицида "Виал-ТТ" в отношении проростков пшеницы.
2. Максимальный антитоксический эффект наночастиц проявляется в отношении корневой системы проростков. Практически полное устранение ингибирующего действия фунгицида на развитие корневой системы отмечается уже при дозе наночастиц 1 г/кг семян.
3. Кривая "эффект-доза" при внесении наночастиц носит нелинейный характер, что свидетельство-вует в пользу каталитического механизма действия наночастиц на фитотоксичные компоненты фунгицида.
Литература
1. Пестициды в экосистемах: Проблемы и перспективы: Аналитический обзор. - Новосибирск: СО РАН, ГПНТБ, 1994.- 142 с.
2. Frampton G.K., Dome J.L.C.M. The effects on terrestrial invertebrates of reducing pesticide inputs in arable crop edges: a meta-analysis. Journal of Applied Ecology. -2007. -44(2). - P. 362-373.
3. Gevao B., Mordaunt C., Semple K.T., Piearce T.G., Jones K.C. Bioavailability of Nonextractable (Bound) Pesticide Residues to Earthworms II Environmental Science & Technology. - 2000. - 35(3). - P. 501-507.
4. Jansa J., Wiemken A., Frossard E. The effects of agricultural practices on arbuscular mycorrhizal fungi // Geological Society. - London: Special Publications. - 2006. - 266(1). - P. 89-115.
5. Kinney C.A., Mandernack K.W., Mosier A.R. (2005): Laboratory investigations into the effects of the pesticides mancozeb, chlorothalonil, and prosulfuron on nitrous oxide and nitric oxide production in fertilized soil // Soil Biology and Biochemistry. - 37(5). - P. 837-850.
6. Lang M., Cai Z. Effects of chlorothalonil and carbendazim on nitrification and denitrification in soils // Journal of Environmental Sciences. - 2009. - 21 (4). - P. 458-467.
7. Liebich J., Schaffer A., Burauel P. Structural and functional approach to studying pesticide side-effects on specific soil functions II Environmental Toxicology and Chemistry. - 2003. - 22(4). - P. 784-790.
8. Pal R., Chakrabarti K., Chakraborty A., Chowdhury A. Pencycuron application to soils: Degradation and effect on microbiological parameters II Chemosphere. - 2005. - 60(11). - P. 1513-1522.
9. Pimentel D. Environmental and socio-economic costs of pesticide use / D. Pimentel and A. Greiner // In: Pimentel, D. ed. Techniques for reducing pesticide use: economic and environmental benefits. - Wiley: Chichester, 1997.-P. 51-78.
10. Relyea R.A. The impact of insecticides and herbicides on the biodiversity and productivity of aquatic communities II Ecological Applications. - 2005. -15(2). - P. 618-627.
11. Relyea R.A., Diecks N. An unforeseen chain of events: lethal effects of pesticides on frogs at sublethal concentrations II Ecological Applications. -2008. -18(7). - P. 1728-1742.
12. Relyea R.A., Hoverman J.T. Interactive effects of predators and a pesticide on aquatic communities // Oikos -2008.-117(11).-P. 1647-1658.
13. Shahla, Y., D'Souza, D. Effects of Pesticides on the Growth and Reproduction of Earthworm: A Review // Applied and Environmental Soil Science. -2010. - P. Article ID 678360, 9 pages.
УДК 579.690 М.И. Теремова, С.В. Воробьёва, А.С. Романченко,
А.Г. Кучкин, С.В. Хижняк УГЛЕВОДОРОДОКИСЛЯЮЩИЕ БАКТЕРИИ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ДЕСТРУКТОРЫ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ*
В работе представлены результаты оценки способности углеводородокисляющих бактерий, а также бактерий, способных к росту в глубинной культуре на среде с жидким полиэтиленом, к сорбции на поверхности полиэтилена высокого давления и к его биологической деструкции.
Ключевые слова: полиэтилен, биодеструкция, углеводородокисляющие бактерии.
M.I. Teremova, S.V. Vorobyeva, A.S. Romanchenko, A.G. Kuchkin, S.V. Khizhnyak HYDROCARBON-OXIDIZING BACTERIA AS THE POTENTIAL DESTRUCTORS OF HIGH-PRESSURE POLYETHYLENE
The estimation results of the ability of the hydrocarbon-oxidizing bacteria and the bacteria that can grow in the batch culture on the medium with liquid polyethylene to sorption on the high pressure polyethylene surface and to biological destruction are given in the article.
Key words: polyethylene, biological destruction, hydrocarbon-oxidizing bacteria.
В настоящее время производство полиэтилена в мире достигает 80 млн т в год [7]. Значительное количество его перерабатывается в пленочные материалы. Отработанная полиэтиленовая пленка наносит вред окружающей среде, замусоривая землю и препятствуя росту растений из-за нарушения воздухо- и вла-
* Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 10-08-91157-ГФЕН_а)
