Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАНОЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА, КОБАЛЬТА, МЕДИ НА ИХ БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ'

ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАНОЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА, КОБАЛЬТА, МЕДИ НА ИХ БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

CC BY
97
24
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ / НАНОПОРОШКИ ЖЕЛЕЗА / КОБАЛЬТА / МЕДИ / СКАНИРУЮЩАЯ МИКРОСКОПИЯ

Аннотация научной статьи по биотехнологиям в медицине, автор научной работы — Чурилов Дмитрий Геннадьевич, Назарова Анна Анатольевна, Чурилова Вероника Вячеславовна, Полищук Светлана Дмитриевна, Чурилов Геннадий Иванович

Цель выполненного эксперимента заключалась в определении биологической активности нанопорошков металлов железа, кобальта и меди, которая зависит от способа их получения, размеров, физико-химических характеристик. Порошки получены методом химического осаждения гидроксидов металлов из растворов солей, с последующим низкотемпературным восстановлением их в токе водорода Удельная поверхность полученных нанопорошков металлов измерялась методом низкотемпературной адсорбции азота по БЭТ, с использованием анализатора «Quantachrome NOVA 1200e». Изучение дисперсности и морфологии проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа «Tescan» «Vega 3». Отличительной особенностью нанопорошков металлов является отсутствие токсичности и способность активизировать физиологические и биохимические процессы растений. В качестве тест-культуры выбран рис. Микродозы нанопорошков, применяемые для обработки семян, приводящие к положительным результатам, позволяют говорить о простоте и эффективности их использования для усиления процессов роста растений. Высокая поверхностная энергия усиливает адсорбционную способность и восстановительную активность наночастиц, повышая сродство к воде и способствует электрохимической ионизации атомов металлов с накоплением ионов водорода. Мы предполагали прямую зависимость между увеличением количества протонов и энергией, производимой в клетках, которая используется для прорастания семян. Энергия прорастания, лабораторная всхожесть, сила роста и другие показатели возрастают, отражая уровень обменных процессов, протекающих в семенах и проростках. Результат сканирующей микроскопии и элементного анализа проростков риса при действии наночастиц меди и кобальта размером 30-60 нм, практически не определяет в тканях накопления данных элементов. В отношении содержания остальных элементов отклонений от контрольных значений не зафиксировано.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биотехнологиям в медицине , автор научной работы — Чурилов Дмитрий Геннадьевич, Назарова Анна Анатольевна, Чурилова Вероника Вячеславовна, Полищук Светлана Дмитриевна, Чурилов Геннадий Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE INFLUENCE OF PHYSICOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF IRON, COBALT, COPPER NANOPARTICLES ON THEIR BIOLOGICAL ACTIVITY

The aim of the experiment was to determine the biological activity of nanoparticles of iron, cobalt and copper, which depends on the method of their production, size and physico-chemical characteristics. The particles were obtained by chemical precipitation of metal hydroxides from salt solutions, followed by their low-temperature reduction in a stream of hydrogen. The specific surface of the obtained metal nanoparticles was measured by the BET method of low-temperature nitrogen adsorption using the Quantachrome NOVA 1200e analyzer. The study of the dispersion and morphology was carried out using a scanning electron microscope "Tescan""Vega 3".A distinctive feature of metal nanoparticles is the lack of toxicity and the ability to activate the physiological and biochemical processes of plants. Rice was selected as a test crop. Micro doses of nanoparticles used for seed treatment, which lead to positive results, suggest the simplicity and effectiveness of their use to enhance the processes of plants. High surface energy enhances the adsorption capacity and reducing activity of nanoparticles, increasing affinity for water and contributes to the electrochemical ionization of metal atoms with the accumulation of hydrogen ions. We assumed a direct relationship between the increase in the number of protons and the energy produced in cells, which is used for seed germination. Germination energy, laboratory germination, growth power and other indicators increase, reflecting the level of metabolic processes occurring in seeds and seedlings. The result of scanning microscopy and elemental analysis of rice seedlings under the action of copper and cobalt nanoparticles with a size of 30-60 nm, practically does not determine the accumulation of these elements in tissues. Regarding the content of the remaining elements, no deviations from the control values were recorded.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАНОЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА, КОБАЛЬТА, МЕДИ НА ИХ БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ»

УДК 620.3:579.64

ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАНОЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА, КОБАЛЬТА, МЕДИ НА ИХ БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ

ЧУРИЛОВ Дмитрий Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент кафедры технологии металлов и ремонта машин, [email protected]

НАЗАРОВА Анна Анатольевна, канд. биол. наук, доцент кафедры лесного дела, агрохимии и экологии, [email protected]

ЧУРИЛОВА Вероника Вячеславовна, аспирант кафедры лесного дела, агрохимии и экологии, [email protected]

ПОЛИЩУК Светлана Дмитриевна, д-р техн. наук, профессор кафедры лесного дела, агрохимии и экологии, [email protected]

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева ЧУРИЛОВ Геннадий Иванович, д-р биол. наук, профессор кафедры общей и фармацевтической химии, Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова,[email protected]

ОБИДИНА Инна Вячеславовна, ассистент кафедры общей и фармацевтической химии, Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Цель выполненного эксперимента заключалась в определении биологической активности нанопо-рошков металлов железа, кобальта и меди, которая зависит от способа их получения, размеров, физико-химических характеристик. Порошки получены методом химического осаждения гидрок-сидов металлов из растворов солей, с последующим низкотемпературным восстановлением их в токе водорода Удельная поверхность полученных нанопорошков металлов измерялась методом низкотемпературной адсорбции азота по БЭТ, с использованием анализатора «Quantachrome NOVA 1200e». Изучение дисперсности и морфологии проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа «Tescan» «Vega 3». Отличительной особенностью нанопорошков металлов является отсутствие токсичности и способность активизировать физиологические и биохимические процессы растений. В качестве тест-культуры выбран рис. Микродозы нанопорошков, применяемые для обработки семян, приводящие к положительным результатам, позволяют говорить о простоте и эффективности их использования для усиления процессов роста растений. Высокая поверхностная энергия усиливает адсорбционную способность и восстановительную активность наноча-стиц, повышая сродство к воде и способствует электрохимической ионизации атомов металлов с накоплением ионов водорода. Мы предполагали прямую зависимость между увеличением количества протонов и энергией, производимой в клетках, которая используется для прорастания семян. Энергия прорастания, лабораторная всхожесть, сила роста и другие показатели возрастают, отражая уровень обменных процессов, протекающих в семенах и проростках. Результат сканирующей микроскопии и элементного анализа проростков риса при действии наночастиц меди и кобальта размером 30-60 нм, практически не определяет в тканях накопления данных элементов. В отношении содержания остальных элементов отклонений от контрольных значений не зафиксировано.

Ключевые слова: физико-химических характеристики, нанопорошки железа, кобальта, меди, сканирующая микроскопия.

Введение

Рис - зерновая культура, которая дает высокие и устойчивые урожаи на орошаемых землях. Для получения высокого и качественного урожая наиболее эффективной считается предпосевная обработка семян препаратами - стимуляторами роста и развития, повышающими всхожесть семян. Предпосевная обработка регуляторами роста и микроэлементами усиливает защитные функции растений, повышает урожайность и устойчивость к неблагоприятным факторам, Высокую эффективность в растениеводстве показали микроэлементы в виде порошков металлов (НП), таких как железо, медь, кобальт, молибден, серебро и другие [1,2,3]. На протяжении последних десятилетий они являются объектом изучения научно-исследовательских учреждений сельскохозяйственного и медицинского профиля. НП обладают уникальны-

ми свойствами, отличными от ранее используемых форм микродобавок: они экологически безопасны, высокоэффективны и экономически выгодны, а также способствуют реализации генетического потенциала сельскохозяйственных растений [4,5,6].

Железо необходимо для реализации многих физиологических и биохимических процессов, например, фотосинтеза, дыхания растений [7,8]. Особенно интенсивно железо транспортируется к активно развивающимся молодым тканям, образуя комплексные соединения и транспортируется растением в виде цитрата железа. Железо так же необходимо для образования хлорофилла. При недостатке железа затруднено образование некоторых компонентов хлоропластов: цитохромов, ферредоксинов. Отсутствуют условия синтеза ряда ферментов, в состав которых входит железо в негемовой форме.

© Чурилов Д. Г., Назарова А. А., Чурилова В. В., Полищук С. Д., Чурилов Г И., Обидина И. В., 2019 г

Медь и ее соединения участвуют в окислительно-восстановительных процессах, усиливая дыхание, повышая белковый и углеводный и обмен, накопление биополимеров, аскорбиновой кислоты, снижают заболеваемость растений различными болезнями [9]. Большая часть меди (около 70%) локализована в хлоропластах, участвуя в ферментативных процессах фотосинтеза [10]. Известны медьсодержащие оксидазы, ферменты, способные переносить атом водорода на молекулярный кислород. К ним относятся полифенолок-сидаза и оксидаза аскорбиновой кислоты.

Кобальт способствует образованию хлорофилла, уменьшая его распад в темное время суток [11], усиливает накопление углеводов, азотсодержащих соединений веществ в растениях, стимулируя их отток из вегетативных органов в генеративные. Кобальт увеличивает общее содержание воды в растениях, особенно - в засуху, повышает активность ферментов, способствует нормальному обмену веществ. Его содержание в составе витамина В12 около 4,5% [12].

Материал и методика исследований Биологическая активность нанопорошков металлов зависит от способа их получения, размеров, физико-химических характеристик. Нанопо-рошки железа, кобальта, меди получены методом химического осаждения гидроксидов метолов из растворов солей в присутствии ПАВ, с последующим низкотемпературным восстановлением их в токе водорода [13].

Фазовый состав нанопорошков определяли с помощью рентгенофазового анализа (РФА) по методу порошка на дифрактометре XRD-7000 (Shimadzu) (табл. 1).

Таблица 1 - Фазовый состав НП металлов при 800° С

Нано-порошок Фазовый состав, %

Fe Fe (6%), Fe3O4 (94%)

Co Co (12%), Co3O4 (67%), СоО (21%)

Cu Cu (58%), Cu2O (36%), CuO (6%)

По данным термогравиметрии остаточное содержание кислорода при восстановлении до 800° С составляет 12,6; 15,6; 16,2 и 11,6% для НП Fe, Cu и Со, Zn соответственно.

Удельная поверхность полученных нанопорошков металлов измерялась методом низкотемпературной адсорбции азота по БЭТ, с использованием анализатора «Quantachrome NOVA 1200e». Результаты измерения удельной поверхности представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Значения удельной поверхности НП металлов

Нано-порошок Удельная поверхность, м2/г

Fe 45.7

Co 52.1

Cu 6.5

Точность измерений составляла 0,20 м2/г. Полученное значение удельной поверхности использовали для вычисления условного средне поверхностного размера частиц d, считая, что все частицы одного диаметра и их форма сферическая, по экспериментальной формуле:

где d - средне поверхностный диаметр, м; р -плотность вещества; S - площадь удельной поверхности порошков, м^кг.

Изучение дисперсности и морфологии полученных нанопорошков металлов проводилось с использованием сканирующего электронного микроскопа «Tescan» «Vega 3». На рисунках 1 и 3 представлены микрофотографии частиц нано-порошков металлов. Они имеют форму, близкую к сферической.

Рис. 1 - Микрофотографии нанопорошков Cu

10 100 J, rtih

Рис.2 - Функция распределения наночастиц меди на основе СЭМ-изображений

100С

Рис. 3 - Микрофотографии нанопорошков Со

Суспензии нанопорошков металлов готовили согласно ТУ 931800-4270760-96 в ультразвуковой ванне (модель Град 13-35). Средний размер частиц составил 30-50 нм. Ранее была определена оптимальная концентрация НП для проявления их биологической активности, которая составляет 0,02 г ультрадисперсного порошка на 100 мл би-дистиллированной воды. Диспергированные суспензии каждого металла были исследованы рН-метром с целью определения концентрации ионов водорода.

При проведении анализа и распределения металлов в тканях растений и электронно-микроскопических исследований использовали сканирующий электронный микроскоп Neon 40 и Merlin (Carl Zeiss, Германия) [14].

Для проведении эксперимента готовили три партии по 1000 семян риса (SL 8H GS 9 Вьетнам). Первую обработали НП железа, вторую НП меди, третью НП кобальта из расчета 0,02г порошка металла на 100 мл бидистилированной воды. Каждая партия семян была выдержана в растворе 15 мин. и помещена в грунт, состоящий из смеси глины и дерновоподзолистой почвы в соотношении 3:1. Лотки с высеянными семенами заливали водой, которая покрывала семена на 1-3 мм, помещали в термостат с температурой 30o С. На третий день определяли энергию прорастания в каждой партии. Через 7 дней лотки были извлечены из термостата, подсчитано количество проростков и

» № 40 № М 70 А ЯМ

Рис.4 - Функции распределения размеров наночастиц кобальта на основе СЭМ-изображений определена всхожесть. Проведенные измерения подтвердили, что повышение концентрации ионов водорода пропорционально повышению энергии прорастания семян и их всхожести.

Диспергированные суспензии каждого металла были исследованы рН-метром с целью определения концентрации ионов водорода. Мы предполагали прямую зависимость между увеличением количества протонов и энергией, производимой в клетках, которая используется для прорастания семян. Процессы, вызывающие изменение величины рН, связаны с более активным взаимодействием наночастиц с водой в сравнении с обычным металлом, так как они обладают большей удельной поверхностью. Высокая поверхностная энергия усиливает адсорбционную способность, восстановительную активность, повышая сродство к воде. Адсорбированные молекул воды способствуют электрохимической ионизации атомов металлов [15] с накоплением ионов водорода. Измеренная величина рН позволяет вычислить концентрацию и количество ионов водорода (Н+). Концентрацию рассчитывали по формуле:

рН = -1д [Н+] (2)

Количество Н+в 100 мл раствора, которым были обработаны семена, определяли по формуле [Н+]= Ст х N3 (3)

где Ст - молярная концентрация ионов водорода, N - число Авогадро, Ы=6,02х1023. Произве-

денные вычисления представлены в таблице 3. Таблица 3 - Соотношение концентрации ионов водорода и количества семян

в исследуемых растворах

7 --НП Измерения ---------- Fe Cu Co

рН раствора 5,95 6,79 6,22

[Н+], моль/л 1,4125* 10-6 1,6218 * Ю-7 6,0256 * Ю-7

Количество Н+ 6,7556*1016 9,7633*1015 3,6274*1016

Масса зерен, обработанных НП металла 31,95г 30,70г 31,12г

Количество Н+, приходящееся на одно зерно 5,28*1013 7,95*1012 2,91*1013

Переносчиками протонов водорода являются НАДН и ФАДН2. Восстановленные формы этих кофакторов способны переносить водород, ионы водорода и электроны к дыхательной цепи митохондрий или к другим энерго-сопрягающим мембранам [16, 17], что увеличивает рост и развитие растений.

Проведенные измерения подтвердили, что

повышение концентрации ионов водорода пропорционально повышению энергии прорастания семян и их всхожести (табл. 3). На 3-е сутки проростки были извлечены из почвы, отделена корневая (подземная) часть от надземной (ростков) и проведены биометрические измерения. Полученные результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Витальные и морфофизиологические показатели ростков риса при взаимодействии с суспензией НП металлов (0,02г порошка металла на 100 мл воды)

Варианты Энергия прорастания, % Всхожесть, % Длина проростка, мм Длина корней, мм Масса надземного ростка, г Масса подземного ростка, г

Контроль 95,1±0,1 96,2±0,3 14,9±0,4 9,2±0,3 23,79±0,09 96,72±0,07

НП Fe 94,2±0,3 97,1±0,2* 19,6±0,6 12,4±0,3* 40,3±0,05 131,26±0,05*

НП Си 94,8±0,2 95,5±0,2 19,2±0,6* 14,0±0,4 39,47±0,06 128,32±0,08

НП Со 93,2±0,3 94,0±0,4 22,8±0,7 16,7±0,5 56,22±0,07* 132,75±0,04

Примечание: * - Р < 0,05

Наблюдения за развитием проростков свидетельствуют, что, несмотря на меньшую всхожесть семян, обработанных наночастицами кобальта, развитие их шло быстрее (рис.5). Они по визуальным данным превысили густоту и высоту контрольных посевов и растений(рис 6), обработанных суспензиями нанопорошков меди и железа.

Видимо, уже на ранних этапах прорастания семян НП металлов, адсорбированные на поверхности оболочек, обладая высокой диффузионной способностью, проникают во внутриклеточные структуры проростков. Определяемые нами энергия прорастания, лабораторная всхожесть, сила роста и другие показатели отражают уровень обменных процессов, протекающих в семенах и проростках. Изучение закономерностей, связанных с ответной реакцией семян на предпосевную обработку нанопорошками, позволяет оценить эффективность их действия.

Рис. 5 - Опытные партии, обработанные НП кобальта и меди

Рис. 6 - Контрольная партия проростков риса

•I

Элемент Весовой % Атомный%

С 55.73 63.62

О 40.63 34.83

Мд 0.44 0.25

Р 1.14 0.51

Б 0.92 0.39

С1 0.13 0.05

К 0.87 0.31

Са 0.11 0.04

Со 0.02 0.01

Рис. 7 - Результат сканирующей микроскопии и элементного анализа корней риса при действии наночастиц Со 60 нм, в количестве 0,02г порошка металла на 100 мл воды

é 0 Сп«тр2

i i н

i Äffe

О 2 4 6 ft 10 псршя идщ гисг Яш Кур«р оэсс

12

U

15

и

ей

Элемент Весовой % Атомный%

C 56.53 64.29

O 40.20 34.32

Mg 0.05 0.03

P 0.32 0.18

S 0.74 0.33

Cl 1.39 0.59

K 0.53 0.19

Ca 0.14 0.05

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Co 0.09 0.02

Рис. 8 - Результат сканирующей микроскопии наночастиц Си 50 нм, в количестве 0

Элементный анализ образца гомогената проростков растений группы, экспонированной нано-частицами Со и Си размерами 50-60 нм, практически не определяет в тканях накопление данных элементов (рисунки 7, 8). На диаграммах имеются характерные для Со пики, но лишь на уровне фона. В отношении содержания остальных элементов отклонений от контрольных значений не зафиксировано.

Заключение

Повышение ионов водорода в суспензиях НП металлов, которые использовались для замачивания семян, привело к увеличению активности АТФ-синтазы, катализирующей образование молекул АТФ - основной «энергетической валюты» живой клетки. АТФ-синтазный комплекс работает как энергопреобразующая макромолекулярная машина, которая приводится в действие за счет трансмембранной разности электрохимических потенциалов ионов водорода. Механизм биологического воздействия нанопорошков на развитие растений из обработанных семян связан с проникновением микрочастиц порошка в микропоры семенных оболочек. В дальнейшем постепенное растворение частиц, удерживаемых в порах, обеспечивает распределенное во времени поступление необходимых для жизнедеятельности и метаболизма элементов питания для формирующегося растения. Отсутствие в проростках кобальта, меди и железа в дозах, превышающих допустимые концентрации, позволяет применять данную методику предпосевной обработки семян в промышленных масштабах.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-33-00510.

Список литературы

1. Чурилов, Д.Г. Особенности роста и развития кукурузы и подсолнечника при обработке семян наночастицами кобальта / Д.Г. Чурилов,М.Н.Горохова, Г.И.Бударина, С.Д. По-лищук, И.В. Бакунин // Труды Г0СНИТИ.-2011.-Т.107.-№2.-С. 46-48.

2. Назарова, А.А. Нанобиопрепараты в технологии производства яровой и озимой пшеницы / А.А. Назарова, С.Д.Полищук, Д.Г.Чурилов, Ю.В.

и элементного анализа корней риса при действии ,02г порошка металла на 100 мл воды

Доронкин// Сахар. -2016.- №12.- С. 22-26.

3. Голубева, Н.И. Токсичность различных нано-материалов при обработке семян яровой пшеницы / Н.И. Голубева, С.Д. Полищук // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А.Костычева. -2012.-№4(16). С.21-24.

4. Чурилов, Г.И. Влияние ультрадисперсного порошка кобальта на биологическую активность полисахаридов Poligonum aviculare (горца птичьего) / Г.И.Чурилов, Ю.Н.Иванычева, С.Д. Полищук // Медико-биологический вестник. - 2009. - №1. - С.26-32.

5. Полищук, С.Д. Изменение лабораторной всхожести семян яровой пшеницы под воздействием обработки их ультрадисперсными материалами/ С.Д. Полищук, Н.И. Голубева// Вестник Рязанского государственного агротехнологическо-го университета им. П.А.Костычева. -2010.-№3(7). С.38-39.

6. 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.

7. Арора, С. К. «Химия и биохимия бобовых растений» /С.К. Арора, Д.К. Сэлук, С.К. Сейте и др.; Пер. с англ. К.С. Спектрова, под ред. М.Н. За-прометова// - М.: Агропромиздат, 1986. - 337 с.

8. Dungarwal, H.S. Effect of foliar spray of sulphurie and in the prevention of chlorosis in peanut. (Arachis hypogaea L.) /H.S. Dungarwal, P.N. Mathur, H.G. Singh //Comm. Soil Sci. Plant Anal.- 1974- P.331 —339.

9. Пейве, Я.В. «Биохимия почв»/ Пейве Я.В. Биохимия почв// М.: Сельхозгиз- 1961

10. Окунцов, М.М. «Физиологическое значение меди для растений и влияние ее на урожай» / Микроэлементы в жизни растений и животных// Москва-АН СССР-1952. - С. 371- 380.

11. Ягодин Б.А. Агрономия/Б.А. Ягодин, Ю.П. Жуков, В.И. Кобзаренко//-М: Колос-2002-548с.

12. Ягодин Б.А.«Кобальт и метаболизм растений»/ Ягодин Б. А., Троицкая Г. Е., Генерозова И. П.,

Савич М. С., Овчаренко Г. А. // М.:Наука-1974-438

13. 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

14. Ma X. Phytotoxicity and uptake of nanoscale zero-valent iron (nZVI) by two plant species / X. Ma, A. Gurung, Y. Deng // Science of the Total Environment. - 2013. - 443. Р. 844-849.

15. Подобаев, А.Н. Адсорбционное взаимодействие воды с металлами и его роль в процессах

электрохимической коррозии/А.Н. Подобаев// Автореферат. - Москва. -2008.

16. Скулачев, В.П. «Энергетика биологических мембран» / Скулачев В.П. «Биологические и технические мембраны» // Москва. -Наука. -1989.

17. Скулачев, В.П. Законы биоэнергетики/ Скулачев В.П. // Соросовский Образовательный Жур-нал.-1997.-№ 1.-С. 9-14.

18. Романовский, Ю.М. Молекулярные преобразователи живой клетки. Протонная АТФ-синтаза - вращающийся мотор/ Ю.М.Романовский, А.Н. Тихонов //Успехи физических наук. - 2010. - Том 180. - №9. - С 932-956.

THE INFLUENCE OF PHYSICOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF IRON, COBALT, COPPER NANOPARTICLES ON THEIR BIOLOGICAL ACTIVITY

Churilov Dmitriy G., Candidate of Technical Science, Associate Professor of the Department of Metals Technology and Cars Repair, [email protected]

Nazarova Anna A. Candidate of Biological Science, Associate Professor of the Department of Forestry, Agrochemistry and Ecology, [email protected]

Churilova Veronika V., Aspirant of the Department of Forestry, Agrochemistry and Ecology, veronicka. [email protected]

Polischuk Svetlana D., Doctor of Technical Science, Full Professor of the Department of Forestry, Agrochemistry and Ecology, [email protected].

Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev

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, [email protected]

Obidina Inna V., Assistant of the Department of General and Pharmaceutical Chemistry, Ryazan State Medical University Named after Academician I.P. Pavlov

The aim of the experiment was to determine the biological activity of nanoparticles of iron, cobalt and copper, which depends on the method of their production, size and physico-chemical characteristics. The particles were obtained by chemical precipitation of metal hydroxides from salt solutions, followed by their low-temperature reduction in a stream of hydrogen. The specific surface of the obtained metal nanoparticles was measured by the BET method of low-temperature nitrogen adsorption using the Quantachrome NOVA 1200e analyzer. The study of the dispersion and morphology was carried out using a scanning electron microscope "Tescan" "Vega 3".A distinctive feature of metal nanoparticles is the lack of toxicity and the ability to activate the physiological and biochemical processes of plants. Rice was selected as a test crop. Micro doses of nanoparticles used for seed treatment, which lead to positive results, suggest the simplicity and effectiveness of their use to enhance the processes of plants. High surface energy enhances the adsorption capacity and reducing activity of nanoparticles, increasing affinity for water and contributes to the electrochemical ionization of metal atoms with the accumulation of hydrogen ions. We assumed a direct relationship between the increase in the number of protons and the energy produced in cells, which is used for seed germination. Germination energy, laboratory germination, growth power and other indicators increase, reflecting the level of metabolic processes occurring in seeds and seedlings. The result of scanning microscopy and elemental analysis of rice seedlings under the action of copper and cobalt nanoparticles with a size of 30-60 nm, practically does not determine the accumulation of these elements in tissues. Regarding the content of the remaining elements, no deviations from the control values were recorded.

Key words: physical-chemical characteristics, nanoparticles of iron, cobalt and cuprum, scanning microscopy.

Literatura

1. Churilov, D.G. Osobennosti rosta i razvitiya kukuruzy i podsolnechnika pri obrabotke semyan nanochastitsami kobal'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.

2. 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.

3. Golubeva, N.I. Toksichnost' razlichnykh nanomaterialov pri obrabotke semyan yarovoy pshenitsy / N.I. Golubeva, S.D. Polishchuk // Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta im. P.A. Kostycheva. - 2012. - № 4(16). S. 21-24.

4. Churilov, G.I. Vliyaniye ul'tradispersnogo poroshka kobal'ta na biologicheskuyu aktivnost' polisakharidov Poligonumaviculare (gortsa ptich'yego) /G.I. Churilov, Yu.N. Ivanycheva, S.D. Polishchuk//Mediko-biologicheskiy vestnik. - 2009. - № 1. - S. 26-32.

5. 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.

6. Ivanycheva, Yu.N. Vliyaniye nanoporoshkov medi i oksida medi na aktivnost' fitogormonov vprorostkakh 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.

7. Arora, S.K. «Khimiya i biokhimiya bobovykh rasteniy» / S.K. Arora, D.K. Seluk, S.K. Seyte i dr.; Per. s angl. K.S. Spektrova, Pod red. M.N. Zaprometova //- M.: Agropromizdat, 1986. - 337 s.

8. Dungarwal, H.S. Effect of foliar spray of sulphurie and in the prevention of chlorosis in peanut. (Arachishypogaea L.) / H.S. Dungarwal, P.N. Mathur, H.G. Singh //Comm. Soil Sci. Plant Anal. - 1974 - P. 331-339.

9. Peyve, Ya.V. «Biokhimiya pochv» / Peyve Ya.V. Biokhimiya pochv // M.: Sel'khozgiz - 1961.

10. Okuntsov, M.M. «Fiziologicheskoye znacheniye medi dlya rasteniy i vliyaniye yeye na urozhay» / Mikroelementy v zhizni rasteniy i zhivotnykh //Moskva-AN SSSR - 1952. - S. 371- 380.

11. Yagodin B.A. Agronomiya /B.A. Yagodin, Yu.P. Zhukov, V.I. Kobzarenko //M: Kolos - 2002 - 548 s.

12. Yagodin B.A.«Kobal't imetabolizm rasteniy» / Yagodin B.A., Troitskaya G.Ye., Generozova I.P., Savich M.S., Ovcharenko G.A. //M.: Nauka - 1974 - 438 s.

13. 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. - 2004. - № 4. - S. 64-66.

14. Ma X. Phytotoxicity and uptake of nanoscale zero-valent iron (nZVI) by two plant species /X. Ma, A. Gurung, Y. Deng // Science of the Total Environment. - 2013. - 443. P. 844-849.

15. Podobayev, A.N. Adsorbtsionnoye vzaimodeystviye vody s metallami i yego rol' v protsessakh elektrokhimicheskoy korrozii/A.N. Podobayev//Avtoreferat. - Moskva. - 2008.

16. Skulachev, V.P. «Energetika biologicheskikh membran» / Skulachev V.P. «Biologicheskiye i tekhnicheskiye membrany» // Moskva. - Nauka. -1989.

17. Skulachev, V.P. Zakony bioenergetiki/Skulachev V.P. //Sorosovskiy Obrazovatel'nyy Zhurnal. - 1997. - № 1. - S. 9-14.

18. Romanovskiy, Yu.M. Molekulyarnyye preobrazovateli zhivoy kletki. Protonnaya ATF-sintaza -vrashchayushchiysya motor/ Yu.M. Romanovskiy, A.N. Tikhonov//Uspekhi fizicheskikh nauk. - 2010. - Tom 180. - № 9. - S. 932-956.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.