ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ ЦИНКА НА РАЗВИТИЕ ПРОРОСТКОВ РАСТЕНИЙ AVENA SATIVA

INFLUENCE OF ZINC NANOPARTICLES ON THE DEVELOPMENT OF SPROUTS OF AVENA SATIVA PLANTS

Arailym Serikbai

master of technical sciences, PhD-student, E.A. Buketov Karaganda University,

Kazakhstan, Karaganda

Aydar Aitkulov

Candidate of Biological Science, associated professor of physiology department, E.A. Buketov Karaganda University,

Kazakhstan, Karaganda

Margarita Ishmuratova

Candidate of Biological Science, professor of botany department E.A. Buketov Karaganda University,

Kazakhstan, Karaganda

АННОТАЦИЯ

Целью исследования являлось изучение влияния наночастиц цинка на морфологические  показатели проростков однодольных растений (Avena sativa) при его накоплении в среде.

В условиях лабораторного эксперимента установлены особенности влияния различных концентраций наночастиц и макрочастиц цинка на показатели биологической активности растений. Выявлен разнонаправленный эффект макро-  и наночастиц цинка на скорость роста, массы надземной и подземной частей растений, показана видовая зависимость эффекта.

ABSTRACT

The aim of the study was to study the effect of zinc nanoparticles on the morphological parameters of seedlings of monocotyledonous plants (Avena sativa) during its accumulation in the environment.

In a laboratory experiment, the features of the effect of various concentrations of zinc nanoparticles and macroparticles on the indicators of the biological activity of plants were established. The multidirectional effect of macro- and nanoparticles of zinc on the growth rate, weight of the aboveground and underground parts of plants is revealed, and the species dependence of the effect is shown.

Ключевые слова: наночастицы, макрочастицы, цинк, растения, Avena sativa, морфологические показатели.

Keywords: nanoparticles, zinc, plants, Avena sativa, morphological indicators.

Имеется ограниченное количество исследований казахстанских авторов, связанных с изучением  физико-химических свойств наночастиц металлов [1], при этом физиологические свойства и токсический эффект этих ксенобиотиков на живые организмы практически не изучались.

В российских журналах и научных изданиях дальнего зарубежья имеется целый ряд работ, посвященных оценке влияния наночастиц металлов, как на растительные, так и животные организмы. Выявлено, что наночастицы оказывают как положительное, так и отрицательное влияние на эти объекты [2,3].

В связи с этим вопросы воздействия наночастиц металлов на биологические объекты остаются актуальной и практически значимой проблемой [4, 5].

Объекты и методы. Для опытов применяли взвеси частиц Zn различной концентрации 5, 10, 20, 200 мг на 100 мл дистиллированной воды. Размерность частиц составляла 80-100 нм (наночастицы) и 500-1000 нм (макрочастицы). 

В качестве тестовых организмов были выбраны сельскохозяйственные культуры однодольных - овес посевной (Avena sativa). Исследовали ростовые и весовые показатели проростков [6].

Работа проводилась  на базе Исследовательского парка биотехнологии и экомониторинга, наночастицы цинка были синтезированы в Научно-исследовательском центре ионоплазменных технологий и современного приборостроения Карагандинского университета им. академика Е.А. Букетова.

Результаты и их обсуждение. Наблюдения за биологическим развитием показало, что макро- и наночастицы цинка оказывали различное воздействие на проростки исследуемых культур [7].

Макрочастицы цинка оказывали угнетающее действие на проростки овса во всех опытных группах, что приводило к снижению длины корня по сравнению с контрольными показателями на 75,1 и 24,7, 7,6, 25,6 % соответственно (табл. 1).

Таблица 1.

Ростовые и весовые параметры проростков овса Avena sativa L.

При обработке наночастицами  в концентрациях 5, 10 и 200 мг отмечено увеличение данного показателя на 32,6, 13,4 и 7,1 % соотвественно.  В то же время при концентрации 20 мг/мл длина корня, уменьшилась на  29,1 % по сравнению с контрольными показателями.

Измерение длины надземной части проростков овса показало, что обработка макрочастицами  цинка в некоторых концентрациях угнетающе действует на их ростовые параметры, а наноразмерные частицы во всех концентрациях оказывают стимулирующий эффект (рисунок 1). По сравнению с контролем при обработке макрочастицами в концентрациях 5, 20 мг размеры листьев и стебля уменьшились на 57,6 , 13,2, % соответственно. В то же время при концентрации макрочастиц металла 10 мг отмечено увеличение данного показателя на 3,7 %. Обработка семян овса наночастицами во всех концентрациях, привела к увеличению показателей длины надземной части по сравнению с контрольными значениями на 23,6, 17,2, 8,2, 8,3%  соответственно.

А                                                  Б

Рисунок 1. Внешний вид проростков овса посевного в контроле (А) и на фоне наночастиц цинка (Б)

Сырая масса подземных органов овса, обработанного наночастицами цинка, имела схожие значения опытных и контрольной групп, в то время как масса корней проростков, обработанных взвесями макрочастиц 5 и 10 мг была ниже контрольных значений. Аналогичную картину выявило изучение показателей массы надземной части проростков.

Таким образом, эксперимент с обработкой семян овса взвесями цинка в воде показал зависимость биологический реакции растений от размерности частиц и концентрации металла во взвеси.

Взвеси наночастиц цинка в целом вызвали стимулирующий эффект на проростки овса, в то время как воздействие макрочастиц привело к снижению ряда морфологических показателей. Максимальные значения морфологических показателей проросков овса были вывлены при воздействии наночастиц цинка в концентрации 5 мг на 100 мл. Обратный эффект, проявляющийся в подавлении роста как подземной, так и надземной частей растений, вызывался воздействием макрочастиц в концентрации 5 мг на 100 мл.

Для выяснения механизмов, лежащих в основе реакции растений на действие макро- и наночастиц цинка, требуется более подробное изучение морфологического строения надземных и подземных органов, а также изменений биохимических процессов в них.

Список литературы:

1. Алтынбекова Д.Т., Масалимова Б.К.Синтез наночастиц металлов и их сплавов с использованием сверхкритических флюидов // Вестник казахстанско - британского технического университета. – 2020. - № 3 (54). - C. 12–21. 
2. Тимошенко А.Н.Оценка экотоксичности наночастиц тяжелых металлов (Cu, Zn, Ni, Fe) по биологическим показателям состояния почв Автореф. дис. канд. техн. наук. - Ростов-на-Дону, 2019. - 24 с.
3. Faizan M., Faraz A., Yusuf M., Khan S.T., Hayat S. Zinc oxide nanoparticle-mediated changes in photosynthetic efficiency and antioxidant system of tomato plants // Photosynthetica. - 2018. - Vol. 56, № 2. - P. 678-686.
4. Макаров В.В. «Зеленые» нанотехнологии: синтез металлических наночастиц с использованием растений // Actа Nаturаe. – 2014. - Т. 6, № 1 (20). - C. 37–47.
5. Егорова Е. М. Наночастицы металлов в растворах: биохимический синтез и применение / Е. М. Егорова // Нанотехника. - 2004. - № 1. - С. 15-26.
6. ГОСТ 12038-84. Межгосударственный стандарт «Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести». 
7. Буренина А.А. Оценка воздействия высокодисперсных материалов на структурно-функциональные параметры растений на разных этапах развития // Дис. канд. биол. наук. - Томск., 2019. - С. 525-555.