Оренбургский государственный университет

Исследование прямых и отдаленных эффектов влияния наночастиц металлов на биологические системы, обеспечивающие разработку функциональных трофических субстратов

Госзадание № 4.2979.2011 (1.8.11)

Руководитель: д.б.н. Лебедев С.В.

1. Проведено сравнительное изучение биологической активности сферических наночастиц (НЧ) железа Fe⁰ (диаметром 80±5 нм), НЧ магнетита Fe₃O₄ (шириной 50–80 нм и высотой 4–10 нм) и сульфата железа (II) FeSO на витальные характеристики растений. Установлено максимальное подавление развития корневой системы в варианте с раствором FeSO₄ (0,125 г/л). Более чем на 92,1 % снизилась длина корней относительно контрольного варианта, на 76,2 % количество корней, а длина побега на 51,2 %. Наночастицы железа во всех исследуемых концентрациях стимулировали развитие корневой системы и побегов Triticum aestivum. Максимальное увеличение значений морфометрических показателей было отмечено для наночастиц магнетита Fe₃O₄ в концентрациях 0,25 г/л (увеличение длины побега на 23,3 %) и 0,125 г/л (увеличение длины коней растений на 68,6 % и количества корней на 9,5 %). Наночастицы железа Fe⁰ не проявляли столь значительного эффекта стимулирования роста и развития растений, так, увеличение длины корня составило не более 33,4 %, их количества — 19 %, а длины побегов не более чем на 17,4 %.
2. Установлено, что при максимальной концентрации (2 ПДК по меди) в обоих случаях значительно ухудшается рост и развитие растений. Однако, ион меди (II) более токсичен, чем НП, о чем свидетельствует накопление растительной биомассы. Небольшой стимулирующий эффект по гармоничному росту и развитию растений наблюдается при воздействии НП меди с концентрацией 1•10^–3 г/л и при 0,125 ПДК в ионной форме. При этих же концентрациях наблюдается и изменение фотосинтетической активности в пользу повышения её содержания.
3. Изучено влияние шести концентраций растворов сферических наночастиц (НЧ) железа Fe⁰ (диаметром 80±5 нм), НЧ магнетита Fe₃O₄ (шириной 50–80 нм и высотой 4–10 нм) и сульфата железа (II) FeSO₄ на содержание хлорофилла а (ХА), хлорофилла b (ХБ) и каротиноидов (К) в побегах Triticumvulgare Vill. Показано, что содержание фотосинтетических пигментов (ФП) в зависимости от вида экзогенного агента, его концентрации и времени экспозиции закономерно изменяется. Пигментный аппарат пшеницы мягкой характеризуется выраженной избирательной чувствительностью к исследованным соединениям в начальном периоде экспозиции, что определяет специфику изменений содержания ХА и ХБ в сторону его повышения с одновременным снижением К. Показано, что устойчивость пигментного аппарата убывает в ряду Fe⁰>Fe3О₄>FeSО₄. Установлено, что максимальное содержание ФП зафиксировано при концентрации 0,125–1•10^–4 г/л Fe⁰, 0,5 и 1•10^–6 г/л Fe₃О₄, 1•10^–3 и 1•10^–4 г/л FeSO₄.
4. Исследована чувствительность фотосинтетического аппарата пшеницы мягкой Triticumvulgare Vill. к воздействию различных концентраций растворов сферических наночастиц (НЧ) меди Cu⁰ (диаметром 84±5 нм) и сульфата меди (II) CuSO₄. Содержание фотосинтетических пигментов (ФП) зависит от вида экзогенного агента, его концентрации и времени экспозиции. Пигментный аппарат пшеницы характеризуется выраженной избирательной чувствительностью к исследованным соединениям. Показано, что устойчивость пигментного аппарата убывает в ряду Cu⁰>CuSО₄. Причем, наиболее чувствительны ФП к 0,1•10^–3, 0,01•10^–3, 3•10^–3 и 6•10^–3 г/л Cu⁰ и 0,375•10^–3, 0,75•10^–3, 3•10^–3 и 6•10^–3 г/л CuSО₄.
5. Опубликовано 6 статей, 2 из них в рецензируемых журналах, 1 учебное пособие, 3 тезиса; подготовлено к печати 3 статьи; 2 заявки на получение патента: "Способ повышения эффективности действия биологически активных веществ" № 2012149895 и "Способ содержания ртути, алюминия и свинца в организме птицы" № 2012149893. Одна заявка подготовлена к отправке: "Способ повышения морфофизиологических показателей у растений".