CC BY
7INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАДМИЙ МЕТОДОМ АТОМНО-АСОРБЦИОННЫЕ И АТОМНО-ЭМИССИОННЫЕ СПЕКТРОМЕТРЫ В МЕСТНОМ СОРТЕ
ПШЕНИЦЫ Джахангирова Гульноза Зинатуллаевна
Толибов Боситжон https://doi. org/10.5281/zenodo. 7442449 Аннотация. Недостаток железа приводит к ослаблению роста растений и снижению их урожайности. Перспективным решением этой проблемы является использование нанопорошков железа, оксидов железа в качестве биостимуляторов роста сельскохозяйственных растений. Однако, особые свойства наночастиц могут усиливать механизмы, связанные с токсичным действием на живые организмы, приводить к микроэлементозам. Реакция растений на воздействие же-леза весьма изменчива и зависит от их генотипа и вида. Литературных данных о влиянии мелкодисперсных частиц железа на элементный состав растения вида Triticum vulgare Vill (пше-ница мягкая) недостаточно, кроме того, практически не изучено взаимодействие этих частиц с природными сорбентами — гуминовыми кислотами, которые контролируют биодоступность и транспорт элементов в природных объектах.
В статье приведены данные по содержанию токсичных элементов (Cd) в надземной части растений пшеницы Triticum vulgare Vill, выращенных в почве при однократном инвазивном воздействии водных растворов сферических наночастиц
железа Fe0 (диаметром 80 ± 5 нм), магнетита Fe O (шириной 50—80 нм и высотой 4—10 нм), ионных форм двух- и трехвалентного сульфата железа с добавлением гуминовых кислот, выделенных из бурого угля Тюльганского месторождения.
При изучении динамики изменения содержания токсичных элементов установлено, что под воздействием наночастиц железа и магнетита наблюдается процесс замещения более ток-сичной ртути менее токсичным кадмием при постоянном их суммарном количестве, исполь-зование трехвалентного сульфата железа с концентрацией 0,0001 г/л для однократного по-лива пшеницы Triticum vulgare Vill приводит к наилучшему результату по снижению токсичных элементов (кадмия) в надземной части растения.
Ключевые слова: наночастицы, железо, кадмий, пшеница, гуми-новые кислоты. DETERMINATION OF CADMIUM BY THE METHOD OF ATOM-ASSORPTION AND ATOM-EMISSION SPECTROMETERS IN LOCAL
WHEAT VARIETY Abstract. Iron deficiency leads to a weakening of plant growth and a decrease in their yield. A promising solution to this problem is the use of iron nanopowders, iron oxides as biostimulants for the growth of agricultural plants. However, the special properties of nanoparticles can enhance the mechanisms associated with toxic effects on living organisms and lead to microelementoses. The response of plants to the effect of iron is highly variable and depends on their genotype and species. Literature data on the effect of finely dispersed iron particles on the
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
elemental composition of a plant of the species Triticum vulgare Vill (common wheat) are insufficient, in addition, the interaction of these particles with natural sorbents - humic acids, which control the bioavailability and transport of elements in natural objects, has not been practically studied.
The article presents data on the content of toxic elements (Cd) in the aerial parts of Triticum vulgare Vill wheat plants grown in the soil under a single invasive effect of aqueous solutions of spherical nanoparticles of iron Fe0 (diameter 80 ± 5 nm), magnetite FeO (width 50- 80 nm and height 4-10 nm), ionic forms of di- and trivalent iron sulfate with the addition of humic acids isolated from brown coal of the Tyulganskoe deposit.
When studying the dynamics of changes in the content of toxic elements, it was found that under the influence of iron and magnetite nanoparticles, the process of replacing more toxic mercury with less toxic cadmium is observed at a constant total amount, the use of ferric sulfate with a concentration of 0.0001 g/l for a single dose of -leaf of wheat Triticum vulgare Vill leads to the best result in reducing toxic elements (cadmium) in the aerial part of the plant.
Keywords: nanoparticles, iron, cadmium, wheat, humic acids
Введение
Железо является необходимым для растений элементом, оно входит в состав дыхательных ферментов, участвует в окислительно-восстановительных процессах. В
2 +
растение поступает через корни преимущественно в виде Fe2 . Недостаток
железа приводит к ослаблению роста растений и снижению их урожайности. Дефи-цит железа является проблемой для многих сельскохозяйственных культур, поскольку большая часть окультуренных почв отличается низким содержанием доступных для растений форм железа 1.
Кроме того, недостаточное поступление железа может привести к микроэле-ментозу, накоплению токсичных элементов в растениях, так как в результате загрязнения окружающей среды в почвах сельскохозяйственного назначения накапливаются токсичные элементы ( кадмий и др.), что в свою очередь приведет к снижению качества производимой сельскохозяйствен-ной продукции и впоследствии повлечет накопление токсичных веществ в орга-низме человека и животных 2.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Использование железа в ионном виде при железистой недостаточности не приводит к ожидаемому биологическому эффекту, так как оно быстро переходит в окисленную форму, недоступную для растений, и образует комплексы и хелаты с органическим веществом почвы 1.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
ZEEnit 700P 14/10/202218:20 Page 3/3
Operator: Adham Laboratory : Uz-Test
Line Mean SD RSD[%] CI Unit Яет.
1 Compute calib. Cd228 Date: 14/10/202218:0
Cd228
R2(adj.): 0.987264413 Slope: 0.06643 Abs./pg/L Char.conc.: 0.06563 ng/L/1%A Method SD: y=a+bx a=-.0082534 b=0.0664333
0.16950 pg/L
Перспективным является использование нанопорошков железа, оксидов же-леза в качестве биостимуляторов роста сельскохозяйственных растений 3—10. Эффективность их использования объясняется не только малыми размерами ча-стиц, которые способны проникать через биологические мембраны, но и тем, что в состав входит биогенный элемент, который участвует в окислительно-восста-новительных процессах и процессах элементного баланса 5. Однако особые свойства наночастиц могут усиливать механизмы, связанные с токсичным дей-ствием на живые организмы, приводить к микроэлементозам и оказывать нега-тивное влияние на окружающую среду 3; 6; 11; 12.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Реакция растений как на токсическое воздействие железа, так и на его недостаточность весьма изменчива и зависит от генотипа и вида 13.
Таким образом, влияние нанопорошков железа, оксидов железа на элементный состав сельскохозяйственных растений, а также взаимодействие этих частиц с природными сорбентами — гуминовыми кислотами, которые контролируют биодоступность и транспорт элементов в природных объектах, требует тщательного изучения.
Целью исследования является оценка изменения содержания токсичных элементов (Cd) в надземной части пшеницы Triticum vulgare Vill под воз-действием вносимой в почву водной суспензии гуминовых кислот с различными формами железа.
Материалы и методы
Семена пшеницы Triticum vulgare Vill, не обработанные протравителями, помещали в пластиковые контейнеры с почвой (чернозем южный) по 30 шт. на глубину 2—3 см и расстоянии 2 см друг от друга. Почву с семенами однократно
3 4
поливали водными растворами железа с различными концентрациями и гумино-выми кислотами (10 мл с концентрацией 1 г/л) в таком количестве, чтобы общая влагоемкость почвы составляла 75 %. Контейнеры взвешивались и по мере высыхания почвы поливались дистиллированной водой до прежней массы. При проведении исследования (узбекский гостстандарт при наеменование пищевой лабаратория «Уз-тест») использовали водные растворы сферических наночастиц
железа Fe0 (диаметром 80 ± 5 нм), сульфата железа (II) и сульфата железа (III), а также водные растворы синтезированных наночастиц магнетита Fe O , которые имеют слегка сплющенную шарообразную форму шириной от 50 до 80 нм и вы-сотой от 4 до 10 нм 16. Гуминовые кислоты были выделены из бурого угля 17.
Суспензию растворов наноформ железа готовили, растворяя определенную навеску в дистиллированной воде и обрабатывая их ультразвуком в течение 15 ми-нут. Более разбавленные растворы наноформ железа получали разбавлением дистиллированной водой. Концентрация приготовленных таким образом растворов составляла 0,0001, 0,001 и 0,01 г/л по железу. Водные растворы ионных форм железа с концентрациями 0,0001 и 0,001 г/л по железу готовили аналогично, рас-творяя определенную навеску соли в дистиллированной воде с последующей об-работкой ультразвуком в течение 15 минут.
Контрольные образцы растений выращивали в почве (казакиский и узбекский) без добавления железа. Подготовленные таким образом опытные и контрольные про-бы оставляли при комнатной температуре на проращивание. Повторность опы-та — трехкратная.
Определение токсичных элементов в надземной части растений проводили на двадцать первые сутки эксперимента, так как к этому времени заканчивается критический период фазы всходов пшеницы в нормальных условиях. Именно в этот период в жизни растений недостаток или избыток элементов питания при-водит к необратимым физиолого-биохимическим и морфологическим измене-ниям 16; 17.
Содержание кадмия определяли в ГУП «Уз-Тест» (г. Ташкент, ул. Фаробий
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
333А дом) методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП — МС) на квадрупольном масс-спектрометре ZEEnit 700P (Analytik Jena США). Статистическую обработку ре-зультатов проводили с использованием программы Analytik Jena.
Результаты исследований и обсуждение
При изучении динамики изменения токсичных элементов в побеговой части растения пшеницы Triticum vulgare Vill при воздействии водной суспензии нано-
частиц железа Fe0 с различными концентрациями установлено, что изменение количества свинца и мышьяка колеблется в пределах погрешности (рис. 1).
Химический анализ на содержание ртути и кадмия (рис. 2) в надземной части
растения пшеницы в зависимости от концентрации наноформ железа Fe0 показал, что суммарное количество ртути и кадмия остается постоянным 0,163 ± 0,015 мкг/г, причем сильно разбавленные растворы наночастиц железа способствуют умень-шению количества ртути на такое количество, на которое увеличивается содер-жание кадмия, т.е. наблюдается процесс вытеснения ртути кадмием. Что в прин-ципе неплохо, так как кадмий менее токсичен, чем ртуть 18, и многие авторы отмечают его положительное влияние на физиологические функции некоторых растений 1. Такая конкуренция связана с идентичностью геометрии ионов кад-мия и ртути и участков локализованного в мембране переносчика.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
ZEEnit 700P
Operator: Adhamjon
14/06/202218:12 Laboratory: UzTest
Page 1/4
Method Parameters Technique: Graphite furnace
Name: Cd_14_06_2022
Created: 14/06/202217:06
Comment: Lamp codes: Cd:28780
Version: Operator:
1
Adhamjon
Lines
Line Elem. Wavel. 1nmj Optic, mode Lamp Current Boost Slit [nm] Meas time. PMT [V] [mA] [mAJ [s]
Cd228 Cd 228.8 Single-beanMCL 2 - 0.8 2.5 300
Evaluation/Background correction
Line Background corr. int. mode AZDK Smooth D2 cur. [mA] HC/BC rat. FS max H limit std. /med[T]
Cd228 Zeeman 2-field mode
Area
off
strong
0.80/-
Graphite Furnace Parameters (Platform)
Furnace program Cd228 Meas start delay[s]:
Meas start delay [s]: 0
Step
Name Temp. [°cj Ramp rc/sl Hold [si Time [si Wash Add.gas Inj.
Drying 80 6 20 28.3 Max Stop
Drying 90 3 20 23.3 Max Stop
Drying 110 5 10 14.0 Max Stop
Pyrolysis 350 50 20 24.8 Max Stop
Pyrolysis 600 300 10 10.8 Max Stop
AZ" 600 0 6 6.0 Stop Stop
Atomize 1200 1500 3 3.4 Stop Stop
Clean 2450 500 4 6.5 Max Stop
1
2
3
4
5
6
7
8
Modifier
ft
Name
Vol.[pLJ
Pos
to Sample
Enrichment: Therm, pretreat.:
NH4H2P04 Off off
108
Sample Transport
Autosampler: Yes
none
Dilution if conc.
exceeded:
Wash:
Between runs Wash cycles:
Diluent position: 101
Calibration
Method:
std. cal.
Std. prep. :
dil.
ASpect LS 1.5.5.0
Analytik Jena
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Таким образом, наименьшее количество рассматриваемых токсичных элемен-тов в надземной части растения пшеницы Triticum vulgare Vill наблюдается под
воздействием водной суспензии наночастиц железа Fe0 с концентрацией 0,01 г/л. Количество кадмия в этом опыте уменьшается на 30 % по сравнению с контролем, содержание остальных токсичных элементов (свинца, мышьяка и ртути) не превышает их количества в контрольном образце.
Концентрация магнетита 0,001 г/л приводит к минимальному поглощению свинца (0,032 ± 0,003 мкг/г). Данное количество свинца на 25 % меньше по сравнению с контрольным опытом.
Количество мышьяка в побеговой части растения пшеницы при увеличении
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
концентрации наночастиц магнетита постепенно снижается, однако уменьшение концентрации данного токсичного элемента не превышает пределы погрешности эксперимента (10 %).
Зависимость изменения количества ртути под воздействием различных концентраций наночастиц магнетита аналогична изменению содержания свинца. Максимальное снижение ртути (0,046 ± 0,005 мкг/г) по сравнению с контролем на 40 % (0,082 ± 0,001 мкг/г) наблюдается в опытах с наночастицами магнетита при концентрации 0,001 г/л. Полив различными концентрациями наночастиц магнетита приводит к тому, что суммарное содержание ртути и кадмия остается постоянным 0,173 ± 0,001 мкг/г, как и в случае полива наночастицами железа. Установлено, что при невысоких концентрациях наночастиц магнетита кадмий вытесняет ртуть.
Таким образом, наилучший результат по снижению токсичных элементов при поливе водной суспензией наночастиц магнетита наблюдается в опытах с концентрацией 0,001 г/л. В этом случае количество свинца снижается на 25 %, количество мышьяка остается постоянным относительно контроля, сумма кадмия и ртути не изменяется, но содержание более токсичного элемента ртути снижа-ется на 40 %. блюдается при концентрации по железу 0,001 г/л (рис. 4). В этом опыте концентрация свинца уменьшается на 26 %, мышьяка на 28 %, ртути на 10 % и кадмия на 11 %. Снижение содержания ртути и кадмия незначительно и находится в преде-лах погрешности опыта, однако стоит отметить положительную тенденцию на уменьшение накопления данных токсичных элементов в побеговой части растения.
Использование разбавленных растворов водной суспензии наночастиц желе-за
Бе0 приводит к накоплению токсичных элементов (мышьяка, кадмия), увели-чение концентрации до 0,01 г/л приводит к положительной тенденции по сни-жению концентрации этих элементов в побеговой части растения.
Мы поговорим с вами о наличии тяжелых металлов в пшенице и ее умеренности.Мы знаем, что элемент кадмий содержится в пшенице, но попадая в организм человека, он может участвовать в метаболическом процессе и вызывать его срыв и привести к различным заболеваниям, норма специальных элементов не должна превышать 0,1 мг/кг, исходя из установленной нормы. В приведенной выше таблице были протестированы продукты из пшеницы, выращенной в странах Узбекистана и Казахстана, в результате чего содержание кадмия в обоих продуктах было в норме. В основных почвообразующих породах Узбекистана и Казахстана необходимо, чтобы в составе пшеницы не было тяжелого металлического элемента кадмия. (Таблица 1).
Таблица 1.
Зерно пшеница Содержание микроэлементов мг/кг Норма НД мг/кг не более (Постановление Кабинета Министров Республики Узбекистан, от
31.03.2016 г. № 99)
Узбекиский пшеница 0,02 0,1 соответствуют
Казахский пшеница 0,04 0,1 соответствуют
Заключение
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Максимальное снижение токсичных элементов (кадмия) в побеговой части
растения наблюдается при однократном поливе пше-ницы Triticum vulgare Vill
трехвалентным сульфатом железа с концентрацией 0,0001 г/л.
REFERENCES
1. Битюцкий Н. П. Микроэлементы и растение. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 1999. 232 с. 2 Салова Т. Ю., Громова Н. Ю. Техногенные системы и экологический риск // Междуна-родный журнал экспериментального образования. 2015. Т. 2. № 2. С. 295—296.
2. Анохина Т.О., Сиунова Т.В., Сизова О.И., Кочетков В.В., Боронин А.М. Свойства наночастиц оксидов железа и проблемы их применения в сельском хозяйстве // Агрохимия. 2017. № 11. С. 74—96.
3. Селиванов В.Н., Зорин Е.В., Сидорова Е. Н., Дзидзигури Э.Л., Фолманис Г. Э. Пролонгиро-ванное воздействие ультрадисперсных порошков металлов на семена злаковых культур // Перспективные материалы. 2001. С. 66—69.
4. Селиванов В.Н., Зорин Е.В., Фолманис Г.Э., Сидорова Е. Н. , Кузнецов Д.В. Ультрадисперсные порошки металлов для предпосадочной обработки клубней картофеля // Перспективные материалы. 2001. № 3. С. 48—52.
5. Чурилов Г.И. Влияние нанопорошков железа, меди, кобальта в системе почва — расте-ние // Вестник ОГУ. 2009. № 12. С. 148—15
6. Егоров Н.П., Шафронов О.Д., Егоров Д.Н., Сулейманов Е.В. Разработка и проведение экс- периментальной оценки эффективности применения в растениеводстве новых видов удобрений, полученных с использованием нанотехнологий // Вестник ННГУ. 2008. № 6. С. 94—99.
7. Чурилов Г.И., Сушилина М.М. Нанокристаллические металлы как экологически чистые микроудобрения // Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: сб. науч. тр. Вып. 3. Рязань, 2008. С. 84—86.
8. Коваленко Л.В., Фолманис Г.Э. Биологически активные нанопорошки железа // Перспек-тивные материалы. 2005. С. 39—43.
9. Паничкин П.А., Райкова А.В. Использование нанопорошков металлов для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур // Известия Тимирязевской сельскохо-зяйственной академии. 2009. № 1. С. 59—65.
10. Сизова Е.А., Нотова С.В., Лебедев С.В. , Дерябина Т.Д., Короткова А.М., Косян Д. Б. и др. Техногенные наноматериалы в агробиоценозах: перспективы и риски. М.: Университет, 2016. 248 с.
11. Короткова А.М., Лебедев С.В., Каюмов Ф.Г., Сизова Е.А. Морфофизиологические измене-ния у пшеницы (Triticum vulgare V.) под влиянием наночастиц металлов (Fe, Cu, Ni) и их оксидов (Fe3O4, CuO, NiO) // Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52. № 1. С. 172— 182. doi: 10.15389/agrobiology.2017.1.172rus
12. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
13. Гервальд А.Ю., Прокопов Н.И., Ширякина Ю.М. Синтез суперпарамагнитных наночастиц магнетита // Вестник МИТХТ. 2010. Т. 5. № 3. С. 45—49.
14. ГОСТ 9517—94 (ИСО 5073—85). Топливо твердое. Методы определения выхода гумино-вых кислот. М.: Издательство стандартов, 1996. 9 с.
15. Лихочвор В., Проць Р. Фазы роста и этапы органогенеза // Агротехнология. 2016. URL: http://agrotehnology.com/klassicheskaya/teoriya/fazy-rosta-i-etapy-organogeneza (дата об-ращения: 11.03.2018).
16. Михайлова Л.А. Агрохимия: курс лекций: в 3 ч. Ч. 1. Удобрения: виды, свойства, химиче-ский состав. Пермь: ИПЦ «Прокростъ», 2015. 426 с.
17. СанПиН 2.3.2.1078—01. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. 2002. URL: http://mibio.ru/docs/110/s anp i n_2.3.2.1078-01_ gigieniche skie_trebovaniy a_-bezopasnosti.pdf (дата обращения: 14.03.2018).
