Ученые выявили, что фуллерен вдвое снижает 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.

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.