Effect of nanoparticles of titanium dioxide and aluminum oxide on some morphophysiological characteristics of plants.pdf В настоящее время в связи с развитием и внедрением нанотехнологийособую остроту приобретают проблемы, связанные с возможным воздействи-ем техногенных наночастиц на жизнедеятельность живых организмов, в томчисле растений. В первых экспериментальных исследованиях, связанных сбиотестированием наночастиц, предпочтение растениям было отдано не слу-чайно [1-3]. Растительные организмы являются разнообразными и доступнымиобъектами, использование которых в скрининг-исследованиях дает возмож-ность оценить как специфичность воздействия наночастиц, так и их дозозави-симые эффекты, т.е. чувствительность растений можно рассматривать как ин-дикатор экотоксичности наноматериалов. Кроме того, растения представляютинтерес для исследователя и как высокоинформативные экспериментальныемодели, позволяющие проанализировать большие объемы биологического ма-териала в течение вегетационного опыта в полевых условиях.Имеющиеся доступные немногочисленные литературные сведения побиотестированию опасности наночастиц не дают четких представлений обих воздействии на растительный организм. Они либо крайне противоречи-вы относительно влияния наноматериалов на скорость прорастания семян,рост корней и надземной части растений, либо трудно сопоставимы как подозам и размерности наночастиц, так и по видам растений [1-5] и ограни-чены в основном попытками оценить чувствительность растений по изме-нению морфологических показателей. Экспериментальных данных, связан-ных с изучением влияния наночастиц на биохимические и физиологическиепроцессы в листьях растений, практически нет. Однако необходимость иважность таких исследований определяются тем, что именно растения яв-ляются основанием «пищевой пирамиды» на нашей планете, и сохранениеоптимальной экологии полноценной «пищевой цепочки», включая челове-ка, является актуальной задачей современной науки и природопользования[1-3].Цель данного исследования заключалась в изучении действия наночастицдиоксида титана и оксида алюминия на морфологические параметры расте-ний, содержание в листьях фотосинтетических пигментов и амарантина в ла-бораторно-полевом опыте.Материалы и методики исследованияОбъектами исследования служили растения: фасоль обыкновенная, Phaseolusvulgaris L., сорт Бийчанка; пшеница мягкая яровая, Triticum aestivum L.,сорт Новосибирская 29; амарант багрянец, Amaranthus cruentus L., сорт Чер-гинский. Семена растений высевалиУ 21-дневных контрольных и опытных растений измеряли высоту стебля:у пшеницы - в фазе кущения, у фасоли - в фазе первого настоящего листа и уамаранта - в фазе второго настоящего листа. В возрасте 30 дней у всех расте-ний определяли содержание зеленых и желтых пигментов, а у амаранта, до-полнительно, содержание амарантина. У пшеницы после созревания измеря-ли длину и массу колоса, количество и массу зерен в колосе и оценивалиурожайность.Для определения количества пигментов пробу свежего растительного ма-териала фиксировали 96%-ным этиловым спиртом. Вытяжки разводили та-ким образом, чтобы величина оптической плотности конечного раствора непревышала 0,6 ед. Содержание пигментов определяли спектрофотометриче-ски (Spectrophotometer UV-1601PC Shimadzu, Япония) по величине оптиче-ской плотности при 665, 649 и 440 нм с последующим расчетом концентра-ции по формулам Вернона [7]. Количество амарантина в листьях амарантаопределяли по методике [8].Характеристики наночастиц диоксида титана (метод электровзрыва) и ок-сида алюминия (плазмохимический метод) верифицировали с помощью элек-тронной микроскопии в проходящем свете на микроскопе «JEM-100CX2»,методом динамического светорассеяния (dynamic light scattering - DLS) с по-мощью анализатора размеров диспергированных частиц «Zetasizer Nano ZS»,методом БЭТ (прибор TriStar 3000) для измерения удельной поверхности иметодом рентгеноструктурного анализа фазового состава и структурных ха-рактеристик (рентгеновский дифрактометр Shimadzu XRD-6000) [9].Данные, полученные в ходе экспериментов, обрабатывались с помощьюпакета Statistica for Windows, версия 6.0.Результаты исследования и обсуждениеКак показали результаты измерений высоты у 21-дневных растений, зама-чивание семян и последующая однократная обработка растений суспензияминаночастиц оксидов титана и алюминия не оказали влияния на скорость ростарастений фасоли и пшеницы на начальной стадии их развития по сравнениюс контрольными растениями (табл. 1). У растений амаранта при воздействиисуспензией наночастиц оксида алюминия наблюдалось замедление роста посравнению не только с контрольными (на 20%), но и опытными растениями,обработанными наночастицами TiO2 (на 15%). Более высокая токсичностьнаночастиц алюминия, наблюдаемая у амаранта в данном эксперименте, под-тверждается исследованиями, в которых установлен ряд токсичности наноча-стиц металлов, в том числе и алюминия [5, 10].Физиологические возможности растений определяются как структурной,так и биохимической организацией пигментного аппарата. Известно, что хло-рофиллы a, b и каротиноиды играют ключевую роль в фотосинтетических про-цессах, а изменение их концентрации и соотношения в пигментном комплексеявляется индикатором экологического неблагополучия [11]. Поэтому былипроведены исследования, связанные с изучением влияния наночастиц диоксидатитана и оксида алюминия на содержание пигментов в листьях растений.Т а б л и ц а 1Высота 21-дневных растений после первого опрыскиванияих суспензией наночастиц, смВид растенийВариантопыта Фасоль(фаза I настоящего листа)Пшеница(фаза кущения)Амарант(фаза двух настоящихлистьев)Контроль 10,6 ±0,2 30,6 ±0,8 4,16 ±0,2TiO2 10,9± 0,1 31,5 ± 0,8 3,9 ± 0,2Al2O3 10,5± 0,2 30,2 ± 0,7 3,3 ± 0,2;р

Скачать электронную версию публикации