Ученые выявили, что фуллерен вдвое снижает токсичность меди в растениях огурца

10.09.2024
Удобрения
155
Биологи СПбГУ обнаружили, что наночастицы фуллерена вдвое снижают токсичность меди в растениях огурца

Биологи Санкт-Петербургского государственного университета, Ботанического института имени В. Л. Комарова РАН и Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета имени И. П. Павлова выяснили, что наночастицы фуллерена вдвое снижают токсичность меди в растениях огурца. Об этом сообщает пресс-служба СПбГУ.

Медь является необходимым элементом для нормально развития любой сельхозкультуры. При этом по своей атомной массе медь относится к группе тяжелых металлов, которые могут оказывать высокую токсичность по отношению к живым организмам. Поэтому необходимо строго контролировать содержание этого элемента в растениях. Допустимые концентрации зависят от видов растений и типов почв.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Plant Physiology and Biochemistry.

Завышенное содержание меди может снижать уровень хлорофилла, что ведет к пожелтению листьев (хлорозу), а также значительному отставанию растений в росте. Кроме того, токсичное воздействие меди может нарушать процессы снабжения железом растения. В частности, в клетках растений накапливаются активные формы кислорода (АФК), из-за чего происходит так называемый «окислительный взрыв», оставляющий после себя нарушенные «взрывной волной» мембраны и другие клеточные структуры.

Избыток меди снижает урожай и качество продукции. Важно также отметить, что в высоких концентрациях медь способна накапливаться в растениях, так как у них нет достаточных ресурсов, чтобы значительно ограничить поглощение меди в корень.

Но опасна медь в избытке и для человека, вызывая врожденные аномалии и другие патологии. В почвах высокие концентрации меди возникают из-за выбросов в атмосферу и отходов металлургических предприятий, использования сточных вод для полива, некоторых органических и минеральных удобрений, а также пестицидов.

Ученые Санкт-Петербургского университета предложили решить эту проблему с помощью наночастиц молекулярной формы углерода – фуллерена C60. В настоящее время многие ученые рассматривают фуллерены как перспективные элементы для использования в биомедицине и фармакологии. В качестве регуляторов устойчивости растений к избытку меди их ранее не использовали, но биологи СПбГУ считают, что они могут быть востребованы в этом качестве, поскольку могут связывать некоторые тяжелые металлы, переводя их в менее токсичную форму. Кроме того, фуллерены являются антиоксидантами, то есть могут нивелировать действие активных форм кислорода.

«В работе мы изучали два химических производных фуллерена С60, различающихся по составу функциональных групп периферической части этой молекулы: полигидроксилированный фуллерен (фуллеренол) и аргининовый аддукт C60. Эксперименты доказали, что производные фуллерена C60 способны снижать токсичность меди у растений огурца. Наиболее сильное защитное действие от избытка меди оказывал аддукт фуллерена C60, синтезированный путем присоединения аминокислоты аргинин. Под его влиянием токсичность меди снижалась более чем в два раза», – говорит заведующий кафедрой агрохимии СПбГУ, профессор СПбГУ Николай Битюцкий.

Исследования проводили в контролируемых условиях гидропоники, то есть в искусственных условиях без почвы. Сначала ученым надо было убедиться, что выбранные аддукты могут снижать фитотоксичность меди при непосредственном контакте с корнями растений, исключая побочные эффекты, вызываемые компонентами почвы. Состояние и реакцию растений отслеживали по изменению содержания хлорофилла в листьях, приросту сухой биомассы, изменениям в элементном составе и метаболитном отклике растений.

Также биологи Университета заметили, что фуллерен, связанный с аргинином, снизил в два раза концентрацию меди в ксилемном соке, который поступает из корней в надземные части растения. Как отмечают ученые, результаты проведенной работы будут полезны для синтеза новых наноматериалов, предназначенных для повышения устойчивости растений к избытку меди.

В Саратове придумали, как увеличить урожайность на 25% без удобрений

Две трети полей в мире имеют низкую урожайность из-за отсутствия опылителей