CC BY
28УДК 631.811.94
Сравнительная оценка токсического действия нанопорошка меди и сульфата меди на семенах и проростках кукурузы
A.A. НАЗАРОВА (e-mail.ru: nanocentr-apk@yandex.ru)
С.Д. ПОЛИЩУК, д-р техн. наук, руководитель Наноцентра для АПК
В настоящее время в связи с усиливающейся интенсификацией агропроизводства всё большее значение приобретают дополнительные элементы технологий — использование микроудобрений и стимуляторов роста. Традиционно в качестве источников микроэлементов (медь, кобальт, молибден, марганец, бор и др.) используют минеральные соли — сульфаты, хлориды, карбонаты, нитраты. Но эти соединения проявляют свои положительные свойства при небольших, точно установленных для каждого элемента дозах, а их избыток не только не даёт положительного результата, но может привести к снижению и даже гибели урожая.
Медь имеет важное значение в жизни растений. При её отсутствии растения не развиваются и погибают вскоре после появления всходов [1]. Признаки медной недостаточности определяются степенью медного голодания и биологическими особенностями. Данное состояние называют «болезнь обработки», «белая чума», «болезнь верещатников». На зерновых культурах заболевание начинается с внезапного по-беления и высыхания кончиков листовой пластинки. Дефицит меди отражается как на физиологических процессах, так и на продуктивности растений [8].
Медь является частью важнейших окислительных ферментов — полифенолоксидазы, аскорбино-ксидазы, лакказы и дегидрогеназы
бутил-кофермента А. Она необходима для фотосинтеза, дыхания, обмена углеводов, восстановления и фиксации азота, метаболизма протеинов и клеточных стенок. Ячмень, кукуруза, озимая и яровая пшеница очень чувствительны к её недостатку [1].
Однако и переизбыток этого элемента в растениях ведёт к нарушениям развития. Несмотря на расхождения в опубликованных уровнях токсичности [6, 7], можно констатировать, что наиболее ядовитыми для высших растений являются Си, №, РЬ, Со, Cd. Проявление токсичности Си выражается в тёмно-зелёном окрасе листьев; толстых, коротких или «проволокообразных» корнях; угнетении образования побегов [2]. Избыток меди в поверхностном слое почвы замедляет также прорастание семян и развитие корневой системы.
В сельском хозяйстве широкое применение нашли различные виды удобрений, содержащих медь. Основными являются пи-ритные огарки (сульфиды) и сульфат меди. Последний используют как для внесения в почву в дозе 5—10 кг/га, так и для предпосевной обработки семян 100—500 г/т для зерновых.
Активное изучение эффективности нанопорошков микроэлементов в технологии возделывания сельскохозяйственных культур [3, 4, 5, 9] и возможность замены традиционных микроудобрений наноматериалами ставит
задачу — определить токсичность данных препаратов и провести сравнительную оценку воздействия различных концентраций на основные культуры.
Целью проведённых исследований стал поиск токсической концентрации нанопорошка меди и сульфата меди при обработке семян кукурузы на основе витальных и морфофизиологических показателей семян и проростков.
В исследовании использовались семена кукурузы гибрида «Катерина СВ». Семена закладывались в чашки Петри по 50 семян в каждой, в четырёхкратной повторно-сти, затем помещались в термостат для прорастания при постоянной температуре 23 °С. Энергию прорастания и всхожесть определяли в соответствии с ГОСТ 12038-84. Длину ростков и корней каждого растения измеряли линейкой, массу надземных и подземных частей проростков определяли с помощью цифровых аналитических весов Ohaus.
Схема опыта включала в себя следующие варианты.
1. Контроль — семена, обработанные дистиллированной водой.
2. Семена, обработанные суспензией нанопорошка меди (НП Си) в дозе 0,1 г/гектарную норму высева (0,1 г/г.н.в.)
3. Семена, обработанные НП Си
- 20,0 г/г.н.в.
4. Семена, обработанные НП Си
- 100,0 г/г.н.в.
5. Семена, обработанные НП Си
- 500,0 г/г.н.в.
6. Семена, обработанные НП Си
- 2 000,0 г/г.н.в.
7. Семена, обработанные НП Си
- 5 000,0 г/г.н.в.
8. Семена, обработанные раствором сульфата меди С^04 в концентрации 0,1 г/г.н.в.
9. Семена, обработанные раствором С^04 - 20,0 г/г.н.в.
10. Семена, обработанные раствором С^04 - 100,0 г/г.н.в.
11. Семена, обработанные раствором С^04 - 500,0 г/г.н.в.
12. Семена, обработанные раствором С^04 - 2 000,0 г/г.н.в.
13. Семена, обработанные раствором С^04 - 5 000,0 г/г.н.в.
Витальные показатели семян кукурузы были определены на 3-й и 7-й день после закладки на опыт (табл. 1).
Снижение энергии прорастания семян кукурузы при использовании НП меди началось с концентрации 500 г/г.н.в., и с повышением дозы этот показатель существенно уменьшался, достигнув минимального значения при НП Си 5 000 г/г.н.в. - на 46,5% ниже относительно контроля. Всхожесть семян кукурузы при НП меди снизилась относительно контроля только при концентрациях 2 000 и 5 000 г/г.н.в. -на 15,0 и 24,0% соответственно.
В случае использования сульфата меди существенное угнетение энергии прорастания наблюдалось уже при концентрации 100 г/г.н.в. (-4,0%). Стоит отметить, что с дальнейшим увеличением концентрации веществ происходит практически полное угнетение прорастания кукурузы. Так, при концентрации сульфата 5 000 г/г.н.в. семена практически не проросли, энергия прорастания на данном варианте ниже контроля на 79,0%. Похожая тенденция наблюдалась и при влиянии сульфата меди на всхожесть. Такой характер развития является аномальным, что говорит о токсичном действии ионов меди и сульфат-ионов на биохимические
процессы, связанные с развитием ростков.
После изучения витальных показателей на 7-й день были определены длина и масса проростков кукурузы (табл. 2).
Результаты показали, что длина надземной части проростка кукурузы с НП меди в диапазоне концентраций 0,1-500 г/г.н.в. была выше контроля, максимально на варианте 0,1 г/г.н.в. (+10,4%). Токсическое действие нанопо-рошка меди выявлено лишь в концентрациях 2 000-5 000 г/г.н.в., когда длина надземной части снизилась на 24,6-44,1%.
В случае применения сульфата меди угнетение роста надземной части наблюдалось уже при концентрации препарата 100 г/г.н.в. (-21,9%). С последующим повышением концентрации тенденция угнетения сохранялась.
Корневая система проростков семян кукурузы развивалась аналогично росткам, как в отношении НП меди, так и сульфата.
Анализ влияния исследуемых препаратов на массу проростков кукурузы показал следующие результаты. Масса и надземной, и подземной части проростков меняется равномерно, с одинаковой
Таблица 1. Энергия прорастания и всхожесть семян кукурузы
Варианты Энергия прорастания, % Отношение к контролю % Всхожесть, % Отношение к контролю, %
Контроль 83,0 - 92,0 -
НП Си 0,1 91,3 +8,3 97,0 +5,0
НП Си 20 84,9 +1,9 94,5 +2,5
НП Си 100 83,5 +0,5 94,1 +2,1
НП Си 500 75,6 -7,4 94,5 +2,5
НП Си 2 000 50,7 -32,3 77,0 -15,0
НП Си 5 000 36,5 -46,5 68,0 -24,0
С^о4 0,1 89,2 +6,2 96,0 +4,0
С^о4 20 83,7 +0,7 94,5 +2,5
С^о4 100 79,0 -4,0 90,4 -1,6
С^о4 500 18,0 -65,0 69,5 -22,5
С^о4 2 000 9,5 -73,5 54,0 -38,0
С^о4 5 000 4,0 -79,0 6,5 -85,5
НСР05 2,5% - 2,8% -
Таблица 2. Длина и масса ростков и корней кукурузы
Вариант Длина проростков, мм Масса проростков, г
Надземная часть Подземная часть Надземная часть Подземная часть
Контроль 28,8 41,3 0,0587 0,0850
НП Си 0,1 31,8 45,5 0,0727 0,0988
НП Си 20 31,1 42,9 0,0766 0,0895
НП Си 100 29,5 42,5 0,0682 0,0899
НП Си 500 31,4 45,3 0,0598 0,0931
НП Си 2 000 21,7 41,5 0,0510 0,0624
НП Си 5 000 16,1 31,7 0,0422 0,0588
С^о4 0,1 30,2 44,8 0,0670 0,0925
С^о4 20 29,3 45,1 0,0663 0,0911
С^о4 100 22,5 40,4 0,0516 0,0802
С^о4 500 18,4 35,2 0,0468 0,0731
С^о4 2000 14,9 31,6 0,0411 0,0678
С^о4 5000 12,5 29,9 0,0364 0,0423
НСР05 1,4 1,7 0,0045 0,0029
№ 7 • 2017 САХАР 51
тенденцией, что говорит о нормальном ходе физиологических процессов. Так, нанопорошок меди стимулирует накопление массы проростков плоть до концентрации 500 г/г.н.в. Масса подземной части проростков при обработке семян НП меди практически во всех вариантах также выше контроля. Лишь при концентрации 5 000 г/г.н.в. масса корней ниже контроля на 23,2%.
У проростков семян, обработанных сульфатом меди, характер накопления массы проростков существенно отличается. При 100 г/г.н.в. масса ростков ниже контроля на 12,1%. А при концентрации сульфата 5 000 г/г.н.в. накопление массы как надземной, так и подземной части проростков снижено по сравнению с контролем практически в два раза.
Выводы
В результате анализа витальных и морфофизиологических показателей кукурузы выявлено, что низкие концентрации суспензии нанопорошка меди в диапазоне 0,1-20 г/г.н.в. обладают стимулирующим действием на прорастание семян и развитие проростков; токсический эффект НП меди по сумме показателей наблюдался начиная с 500 г/г.н.в. семян.
Изучение влияния раствора сульфата меди на витальные и морфофизиологические показатели кукурузы показало, что токсический эффект для данного препарата начинается с концентрации 100 г/г.н.в. семян и приводит к более сильному угнетению процессов прорастания по сравнению с теми же концентрациями НП меди.
Результаты исследования говорят о том, что сульфат меди, который повсеместно применяется как микроудобрение в сельском хозяйстве, является более токсичным по сравнению с нанопорош-ком меди в пять раз.
Список литературы
1. Каталымов, М.В. Микроэлементы и микроудобрения / М.В. Каталымов. - М. : Химия, 1965. -332 с.
2. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. -М. : Мир, 1989. - 439 с.
3. Полищук, С.Д. Урожайность и биохимический состав подсолнечника при обработке семян наноча-стицами меди [Текст] / С.Д. Полищук, А.А. Назарова, М.В. Куцкир // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета. - № 2 (18). - 2013. - С. 104-106.
4. Полищук, С.Д. Витальные и морфофизиологические показатели проростков семян масличных культур при взаимодействии с углеродными нанотрубками [Текст]
/ С.Д. Полищук, А.А. Назарова, М.В. Куцкир // Вестник Рязанского государственного агротехноло-гического университета. — № 3. — 2012. - С. 68-72.
5. Полищук, С.Д. Биологическая эффективность нанопорошков и коллоидов [Текст] / С.Д. Полищук [и др.] // Нанотехника. — № 4 (36).
- 2013. — С. 69—70.
6. Bowen, H.J. Environmental Chemistry of elements / H.J. Bowen.
— Academic press.: NY, 1979. — Р. 333.
7. Foy, C.D. The physiology and metal toxicity in plants / C.D. Foy, R.L. Chaney, M.C. White. — Annu. Rev.: Physiology, 1978. — Р. 154.
8. Loneragan, J.F. Distribution and movement of copper in plants / J.F. Lonegaran, A.D. Robson, R.D. Graham // ^pper in soils and Plants. — NY. : eds. Academic Press, 1981. — Р. 165.
9. Polishuk, S.D. Ecologic-Biologi-cal Effects of Cobalt, Cuprum, Copper Oxide Nano-Powders and Humic Acids on Wheat Seeds [Text] / S.D. Polishuk, A.A. Nazarova, M.V. Kutskir [etc.] // Modern Applied Science. — 2015. — Т. 9. — № 6. — С. 354—364.
Аннотация. В данной работе показано влияние различных концентраций препаратов нанопорошка меди и сульфата меди на семена и проростки кукурузы гибрида «Катерина СВ». Изучено влияние препаратов на энергию прорастания, лабораторную всхожесть, длину и массу ростков и корней проростков кукурузы. На основе исследований определена токсическая концентрация для препаратов на основе меди и проведена сравнительная оценка их действия.
Ключевые слова: кукуруза, семена и проростки, нанопорошок меди, сульфат меди. Summary. This paper shows the effect of different concentrations of preparations of nanopowder of copper and copper sulfate for seeds and seedlings of maize hybrid «Catherine». We studied the effect of drugs on the energy of germination, laboratory germination, length and mass of shoots and roots of seedlings of maize. Based on the research determined the toxic concentration of drugs based on copper and conducted a comparative evaluation of their validity.
Keywords: corn, seeds and seedlings, copper nanopowder, copper sulfate.
