Влияние различных форм микроудобрений на основе меди на физиологические, биохимические и продуктивные показатели сельскохозяйственных растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ МИКРОУДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ МЕДИ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ, БИОХИМИЧЕСКИЕ И ПРОДУКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ

Чурилов Д.Г., Полищук С.Д.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева»

Реферат

Показан эффект сравнительного действия наночастиц и солей на рост и развитие семян пшеницы в лабораторных и промышленных опытах. В зависимости от концентрации изучено влияние наночастиц и солей на содержание хлорофилла, активность фитогормонов и ферментов антиоксидантной системы. Даны результаты практического применения одноразовой обработке семян перед посадкой на урожайность, накопление биополимеров, химический состав зерна.

Ключевые слова: наночастицы, пшеница, стимуляторы роста, энергия прорастания, всхожесть, активность ферментов, фитогормоны, состояние почвы, урожайность, качество зерна.

Summary

The article presents the effect of comparative effect of nanoparticles and salts on wheat seeds growth and development in lab and field experiments. Depending on the concentration the effect of nanoparticles and salts on chlorophyll, enzyme and antioxidant system ferments activity was studied. The effects of applying a single pre-plant treatment of seeds on yield, biopolymers accumulation and grain chemical composition are presented.

Keywords: nanoparticles, wheat, growth stimulators, germinating energy, viability, enzyme activity, phytohormones, soil status, yield, grain quality.

Введение

В агропромышленном комплексе страны в растениеводстве для увеличения урожайности культур применяют нанобиотехнологии, их используют в ветеринарии, животноводстве, птицеводстве, производстве кормов с целью повышения продуктивности и качества животноводческой продукции. Известно, что когда размер частиц мал и приближается к некоторым критическим значениям, созданные на их основе материалы начинают проявлять совершенно новые свойства, которые нельзя объяснить законами квантового мира молекул или привычного нам макромира газов, жидкостей и твердых тел. Для выявления биологических и экологических рисков нанотехнологий необходимо создание экспериментальной базы, позволяющей осуществлять синтез, селекцию, наработку и испытания биологической активности наноструктур методами высокопроизводительного экспериментального скрининга. В этом случае предметами исследования должны стать как пассивные или реакционные наночастицы, так и гибридные атомно-молекулярные наносистемы различной природы. Если учесть, что свойства наночастиц отличаются от свойств материала с тем же химическим составом, то наночастицы представляют собой новое состояние этих веществ, которое зависит от многих параметров: химический состав, размер и площадь поверхности частицы, характеристики покрытия, биосовместимость [1]. Перечисленные отличительные от макровеществ свойства наночастиц могут приводить к проявлению различных эффектов влияния на живые системы, в том числе и на растения [2,3,4]. Благодаря этому созданные с их использованием нанотехнологии могут быть направлены на повышение урожайности и создание индукторов стрессоустойчивости сельскохозяйственных растений к неблагоприятным факторам окружающей среды [5].

Медь имеет очень важное и специфическое значение в жизни растений. При ее отсутствии в питательной среде растения не развиваются и погибают вскоре после появления всходов [6,7]. Медь является частью важнейших окислительных ферментов - полифенолоксидазы, аскорбиноксидазы, каталазы и дегидрогеназы бутил-кофермента А, участвует в фотосинтезе, дыхании, обмене углеводов, восстановлении и фиксации азота, метаболизме протеинов и клеточных стенок. Она влияет на проницаемость сосудов ксилемы для воды и контролирует обмен влаги, образование ДНК и РНК, а ее дефицит заметно тормозит репродуцирование растений.

В сельском хозяйстве широкое применение нашли различные виды минеральных удобрений, содержащих медь. В резолюции III Всесоюзного совещания по микроэлементам, рекомендуется вносить сульфат меди как для допосевного внесения в почву в дозе 5-10 кг/га в зависимости от её состояния, так и для предпосевной обработки семян 100-500 г/га для зерновых для достижения существенных прибавок урожая.

Обработка урожая гербицидом совместно с 500 г/га CuSO₄ увеличила урожай зерна ячменя на 1,9 ц/га по сравнению с применением одного гербицида. Однако неоднократно было доказано токсическое влияние как катионов металлов, так и анионов на живой организм. Альтернативой данным препаратам являются микроудобрения на основе наночастиц биогенных металлов, которые благодаря своим малым размерам проявляют высокую биологическую активность, не влияя на экологическую обстановку биоценозов полей, а также пищевых цепей.

Объекты и методы исследования

В лабораторных условиях для исследования действия изучаемых препаратов на витальные и морфофизиологические показатели использовали семена яровой пшеницы сорта «Лада». Изучалось действие концентрации наночастиц меди в интервале от 0,1 г на гектарную норму высева семян до 1000 г/га. В сравнении рассматривалось действие сульфата меди в тех же интервалах концентраций.

Для предпосевной обработки семян использовали нанопорошки меди размерами от 25 до 45 нм, полученные низкотемпературной металлизацией гидроксидов соответствующих металлов в Национальном исследовательском технологическом университете “МИСиС”. Суспензию наночастиц готовили согласно ТУ 931800-4270760-96 в ультразвуковой ванне (модель ПСБ-5735-5).

Для анализа воздействия наноматериалов на растительные объекты в лабораторных условиях в качестве субстрата разработаны гелеобразные (на основе полисахаридов) культивационные среды. Гелеобразующим компонентом для получения агаризованных сред выбран полисахарид, полученный из морских водорослей (агар «Difco» или микробиологический агар отечественного производства). Некоторые химические параметры микробиологического агара: сульфаты ? 1 %; кальций ? 0,4 %; магний ? 0,2 %; общий азот ? 0,25 %; температура застывания ? 36°С; температура плавления 1,2 % геля ? 5°С; pH (1,2 % геля) меняется от ? 6,1 до ?5,7 после автоклавирования. Семена проращивали в условиях, предусмотренных ГОСТ 12038-84 с помощью термостата, обогреваемого ТСО-1М с диапазоном температур от 0 С° до 60 °С; допустимые колебания температуры ±1 °С.

Энергию прорастания и всхожесть определяли в соответствии с ГОСТ 12038-84. Длину ростков и корней определяли с помощью линейки, массу надземных и подземных проростков взвешиванием при помощи цифровых аналитических весов Ohaus Pioneer. Активность ферментов пероксидазы и супероксиддисмутазы - в лаборатории Рязанского ГАТУ спектрофотометрическим методом.

Определение цитокининов проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Условия хроматографирования: детектор ультрафиолетовый (модель BT 3030), длина волны 268 nm, колонка Lichrosorb RP-18, 6 mkm, 4x150. Подвижная фаза: ацетонитрил-вода-уксусная кислота (V/V - 55:44:1), скорость потока 0,8 мл/мин, время удерживания - 10 мин. Биологическую активность гиббереллинов определяли по методу Франкленда и Уоринга. Подвижная фаза - 40% -ный водный раствор метанола, скорость потока 0,5 мл/мин, время удерживания - 12 мин. Условия хроматографирования для определения абсцизовой кислоты (АБК): длина волны 254 nm, колонка Lichrosorb RP-18, 6 mkm, 4x150. Подвижная фаза - 40%-ный водный раствор метанола, скорость потока 0,6 мл/мин, время удерживания АБК - 12 мин. Для определения индолилуксусной кислот (ИУК) длина волны 350 nm. Минимальная регистрируемая концентрация ИУК как и остальных фитогормонов составила 2,0 нг в аликвоте пробы (20 мкл).

Полевые исследования проводились согласно методике Доспехова (1985) на агротехнологической станции ФГБОУ ВО РГАТУ на семенах яровой пшеницы сорта «Лада». Расположение делянок - систематическое, посевная площадь составила 54 м², уборочная - 48 м². Опыт однофакторный, фактор - предпосевная обработка семян яровой пшеницы. Повторность опыта - трехкратная. Предшественник - пар. Для яровой пшеницы вносились минеральные удобрения N₆₀P₄₀K₄₀, азот под предпосевную обработку, фосфорно-калийные удобрения - под основную обработку.

Обсуждение результатов

Витальные показатели проростков семян яровой пшеницы представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Энергия прорастания и всхожесть семян пшеницы при взаимодействии с нанопорошками меди и сульфата меди.

* различия достоверны для Р?0,95

микроудобрение медь пшеница

Наночастицы меди и сульфат меди по-разному влияли на витальные показатели проростков семян яровой пшеницы (табл. 1). Так низкие концентрации наночастиц способствовали стимуляции роста и развития проростков. При концентрации нанопорошка от 0,1 г/га до 10 г/га энергия прорастания семян превышала контроль на 6,7% - 9,3% соответственно. При концентрации наночастиц 500 г/га энергия прорастания была ниже контроля, при дальнейшем повышении концентрации наночастиц наблюдался угнетающий эффект.

Низкие концентрации сульфата меди так же способствовали повышению витальных показателей проростков яровой пшеницы. При концентрации активного вещества 1 г/га энергия прорастания была максимальной в данном варианте и превысила контроль на 8,9%. Стоит отметить, что повышение концентрации сульфата меди, начиная с концентрации 10 г/га сопровождалось незначительным угнетающим воздействием, а при концентрации 500 г/га, 1000 г/га прорастание семян практически отсутствовало. Лабораторная всхожесть при воздействии на семена пшеницы наночастиц меди практически во всех вариантах превысила контроль. Лишь при концентрации 1000 г/га данный показатель был ниже контроля на 9,32%. Низкие концентрации сульфата меди стимулировали всхожесть семян, однако с 10 г/га наблюдался угнетающий эффект.

Таким образом, влияние нанопорошка меди и сульфата меди на семена пшеницы различное. Существенное угнетение прорастания семян пшеницы при использовании нанопорошка меди было выявлено лишь при концентрации наночастиц 500 г/га. В случае использования сульфата достоверное угнетение наблюдалось уже при концентрации 100 г/га, энергия прорастания в данном варианте была ниже контроля на 2,0%. При дальнейшем увеличении концентрации сульфата меди происходило практически полное угнетение роста проростков яровой пшеницы. Так при концентрации сульфата 500 г/га семена практически не проросли, энергия прорастания в данном варианте ниже контроля на 82%. Такой характер развития свидетельствует о токсичном действии меди и сульфат ионов на биохимические процессы, связанные с развитием ростков.

При обработке нанопорошком меди снижение энергии прорастания семян пшеницы было выявлено при концентрации наночастиц 1000 г/га на 47,6%, что в 4 раза меньше, чем при обработке сульфатом меди той же концентрации. Обработка семян сульфатом меди привела к снижению всхожести, начиная с концентрации 100 г/га, на 1,6%, при 500 г/га на 61,6% относительно контроля. При концентрации 1000 г/га у семян практически не наблюдалось проростков, было нарушено развитие корневой системы, а ростки были аномально длинными и «мясистыми».

Рисунок 1. Сравнение действия на проростки семян яровой пшеницы сульфата меди наночастиц меди с контролем

Таблица 2 - Количество корней на одно растение, шт

Корневая система растений начинает развиваться на самых ранних стадиях проращивания, поэтому именно она является первичным индикатором развития растения. Для нормально развитого зерна пшеницы количество корней должно ровняться четырем. Как видно из таблицы 2, семена, обработанные нанопорошком меди в пределах концентраций препарата 0,1 - 500 г/га в среднем имели по 4 корня. Это говорит о нормальном развитии проростков, следовательно, нанопорошок меди вплоть до концентрации 500 г/га не способствует изменению в развитии проростков. Однако при концентрации 1000 г/га количество корней резко снизилось до 1,6 шт. Такое количество корней ведет к нарушению всасывающей функции, следовательно, к сокращению поступления минеральных веществ в растение.

Токсический эффект сульфата наблюдался, начиная с концентрации 100 г/га, выше которой наблюдали резкое снижение развития корневой системы, что подтверждает способность сульфата меди угнетать развитие проростков пшеницы при данных концентрациях. С увеличением концентрации сульфата меди, у большинства семян корневая система практически отсутствовала. Следовательно, концентрация сульфата меди 100 г/га является критической для растений, что выражается в замедленном и неполноценном развитии корневой системы.

Длина надземной части проростка практически во всем интервале концентраций нанопорошка меди оставалась выше контроля. При концентрации 0,1 г/га длина надземной части проростка превышала контроль на 47,97% и вплоть до концентрации 100 г/га длина надземной части проростка оставалась на 49% - 40% выше по сравнению с контролем. Такое развитие надземной части проростков свидетельствует о повышенной активности ростовых процессов, связанных с увеличением количества меди. Токсическое действие нанопорошка меди выявлено лишь при концентрации 1000 г/га, длина надземной части проростков была ниже контроля на 9,08%.

В случае применения сульфата меди угнетение роста надземной части наблюдалось уже при концентрации препарата 100 г/га. Длина надземной при 500 г/га была достоверно ниже контроля на 44,64%. С последующим повышением концентрации сульфата тенденция угнетения возрастала.

Под действием наночастиц меди и сульфата меди изменялись и масса проростков, увеличиваясь равномерно и с одинаковой тенденцией с обработкой и без, что подтвердило нормальный ход физиологических процессов. Однако масса подземной части проростков при обработке семян нанопорошком меди практически во всех вариантах была выше контроля. И только при концентрации наночастиц меди 1000 г/га масса корней ниже контроля на 17,68%. У растений, обработанных сульфатом меди, характер накопления массы проростков существенно отличался. Наблюдалось резкое повышение массы надземной части проростков в диапазоне концентраций 20-100 г/га. При концентрации сульфата 500 г/га накопление массы как надземной, так и подземной частей проростков практически отсутствует: масса ростков ниже контроля на 92,5%, а корней - на 91, 18%.

Ферменты антиоксидантной системы принимают участие в целом ряде биологических процессов, таких как фотосинтез, дыхание, белковый обмен. Данные ферменты обладают повышенной чувствительностью к внешним воздействиям, что позволяет использовать их активность в качестве тестовой характеристики для определения состояния растения. Колебания активности ферментов возможны в процессе роста, однако эти колебания не должны изменяться более чем на 30% от активности в отсутствии стрессового воздействия на растения внешних факторов. В большинстве случаев повышение активности ферментов антиоксидантной системы свидетельствует о включении механизма неспецифического ответа растения на стресс. Усиление активности ферментов антиоксидантной системы может привести к деактивации гормонов роста. Также возможна взаимная инактивация раздражителя и молекул ферментов за счет сорбционных или других химических взаимодействий. Это может служить объяснением понижения активности антиоксидантных ферментов, отмеченное в ряде вариантов [7, 8].

Изменение активности ферментов в проростках яровой пшеницы под влиянием различных форм медных микроудобрений показано в таблице 3.

Таблица 3 - Активность пероксидазы (в ед. опт. пл / г сырой ткани * сек) и супероксиддисмутазы (в усл.ед. акт. / г сырой ткани) яровой пшеницы.

Содержание пероксидазы (табл. 3) в корнях опытных образцов пшеницы яровой отличается от такового содержания в контрольной группе растений. При низких концентрациях нанопорошка меди до 10,0 г/га наблюдается увеличение активности пероксидазы на 13,9%, по отношению к контролю, а при более высоких концентрациях от 100 г до 1000 г активность фермента уменьшается на 0,2% и 7,2% соответственно. В ростках с увеличением содержания нанопорошка меди во всём интервале концентраций активность пероксидазы постепенно уменьшается от 10,9 % до 36,6 %. Активность пероксидазы по-разному изменяется как по месту определения, так и в зависимости от количества нанопорошка меди в питательной среде.

Для сульфата меди активность пероксидазы в корнях опытных образцах пшеницы яровой по сравнению с контрольной группой выше и с увеличением концентрации сульфата она возрастает на 13,4% (при CuSO₄ 0,1 г/га) и на 23,57% (при CuSO₄ 1000 г/га). В ростках также наблюдается иная зависимость пероксидазы от концентрации сульфата меди в отличие от нанопорошка меди. Активность пероксидазы постепенно уменьшается по отношению к контролю при увеличении концентраций сульфата на 30,6% (0,1 г/га) до - 44,9% (100 г/га).

При действии неблагоприятных факторов увеличивается образование активных форм кислорода, в том числе и радикалов супероксида. Активность СОД при этом изменяется разнонаправлено; в одних случаях отмечено ее увеличение, в других -- снижение, что зависит от напряженности действия стрессового фактора (интенсивности и длительности воздействия), а также от восприимчивости организма и стадии развития растения. Для нанопорошка меди активность фермента в корнях очень незначительно возрастает в пределах концентраций до 10 г/га на 1,86% и резко уменьшается при повышении содержания меди от 100 г/га до 1000 г/га на 6,2 % и 30,4 % соответственно. В среде сульфата меди активность супероксиддисмутазы в корнях пшеницы яровой уменьшается незначительно до 1,0 г/га и возрастает до 2,3 % при концентрации сульфата 100 г, а при 1000 г/га уменьшается на 1,0% (табл. 3).

В ростках пшеницы сульфат меди уменьшает активность супероксиддисмутазы по отношению к контролю на 9,4% (0,1 г/га), с увеличением количества CuSO₄ активность фермента возрастает, оставаясь ниже контроля (для 0,1г -9,4%, для 1,0 г/га -3,8%). Для более высоких концентрациях сульфата меди активность возрастает фермента возрастает до 11,7 %.

В ходе лабораторных исследований по поиску оптимальной концентрации наночастиц меди и сульфата меди с целью стимуляции роста и развития растений, был отмечено, что угнетение роста и развития проростков при обработке наночастицами меди начинается с концентрации 500 г/га, сульфата меди с концентрации 100 г/га. Поэтому применение сульфата меди в тех концентрациях, которые используются в хозяйствах (до 500 г/га) опасно. Избыток меди в поверхностно слое почвы угнетает развитие растений, в особенности замедляет прорастание зерен и развитие корневой системы. Распределение меди в растениях очень изменчиво. В корнях медь связана в основном с клеточными стенками и крайне малоподвижна. В ростках наибольшие концентрации меди обнаруживаются всегда в фазе интенсивного роста при оптимальном уровне ее поступления. Проявление токсичности меди выражается в появлении темно-зеленого окраса листьев, как при Fe-индуцированном хлорозе; толстых, коротких или похожих на колючую проволоку корней; угнетении образования побегов [8]. Наиболее оптимальная концентрация наночастиц меди до 1г/га.

Известно, что растения отвечают на механические воздействия и повреждения путем изменения морфологии или скорости роста. Это явление получило название тигмоморфогенеза. Тигмоморфогенетические изменения рассматриваются как процесс адаптации растений к стрессовым ситуациям, и важную роль в этом играют растительные гормоны [9]. При механическом стрессе повышается активность гормонов «стресса» растений и понижается активность гормонов роста, которые контролируют процессы морфогенеза и роста растений.

При определении биологической активности нанопорошков изучено действие меди на активность фитогормонов цитокинина (ЦК), гиббереллина (ГК), абсцизовой кислоты (АБК) и индолилуксусных кислот (ИУК) пшеницы, выращенных в песочном субстрате в течение месяца. Результаты активности фитогормонов для пшеницы яровой приведены на рисунке 8. Для яровой пшеницы отмечены незначительные колебания активности ИУК. При концентрации нанопорошка меди 1,0 г/га увеличивается содержание ЦК, ГК и ИУК. Количество АБК уменьшается на 9,1 %. Если учесть, что накопление АБК тормозит процессы роста и приводит к снижению фотосинтетического фосфорилирования и интенсивности фотосинтеза, то нанопорошки меди должны стимулировать развитие растения. Возрастание активности гиббереллин, который считают гормоном роста усиливается вытягивание стебля, увеличивается и накопление углеводов, что было подтверждено в дальнейшем полевыми испытаниями. Нанопорошки меди во всём интервале изменения концентраций увеличивают содержание ИУК в меньшей степени при 100 г/га, а известно, что под влиянием ИУК возрастает сопряженность окисления, фосфорилирования (коэффициент Р/О) и содержание в клетках АТФ. Это дает основание считать, что ИУК увеличивает энергетическую эффективность дыхания растений [36]. А даже небольшие сдвиги в энергетическом потенциале клетки приводят к заметным изменениям в скорости различных ферментативных реакций то нанопорошки меди должны усиливать передвижения питательных веществ и воды, что является одной из причин усиления роста растений. Значительно более высокая концентрация нанопорошка меди 100 г/га незначительно, в пределах 5-10%,уменьшает эти показатели, следовательно, использовать такие концентрации нецелесообразно.

Лабораторные исследования подтверждены полевыми испытаниями на агротехнологической станции ФГБОУ ВО РГАТУ. Изучено влияние суспензии наночастиц меди и растворов сульфата меди в концентрациях 0,1 г/га, 20,0 г/га, 100,0 г/га, 500,0 г/га.

Рисунок 2. Содержание фитогормонов в опытных образцах пшеницы яровой (нг/г).

Установлено, что наночастицы меди и сульфат меди при низких концентрациях стимулируют развитие и рост растений яровой пшеницы, что соответствует результатам лабораторных испытаний. Так наибольшая степень кущения из всех опытных вариантов была у растений, семена которых были обработаны наночастицами меди в концентрации 0,1 г/га, и превысила контроль на 31,8%. Угнетение кущения при использовании наночастиц меди было отмечено при концентрации 500 г/га - слабые всходы, растения были чахлыми и бледными. Токсический эффект сульфата меди стал заметен уже при концентрации 100 га/га, при данной концентрации степень кущения растений яровой пшеницы была ниже контроля на 22,5%. При концентрации сульфата меди 500 г/га всходы практически выявлены не были.

В процессе вегетации, а именно на стадии колошения, изучены такие показатели как высота растений и содержание хлорофилла в листьях (табл. 4).

Таблица 4 - Содержание хлорофилла в листьях яровой пшеницы сорта «Лада»

Применение наночастиц меди и сульфата меди повлияло на количество хлорофилла в листьях опытных растений, наибольшее количество пигмента содержалось в листьях растений, при концентрации наночастиц меди 0,1 -20 г/га и составило соответственно 2,74 мг/г и 2,76 мг/г, что превышает контроль на 9%. Угнетение наблюдалось лишь с концентрации 500 г/га, и разница с контролем составила -15,4%.

Сульфат меди способствовал негативному результату уже при концентрации активного вещества 20 г/га, разница с контролем была ниже 8,06 %. Максимальная концентрация сульфата меди (500 г/га) способствовала снижению содержания хлорофилла на 47,04% по сравнению с контролем. При концентрации сульфата 500 г/га массы тысячи семян существенно отличалась от контроля и была ниже на 14,11%. Такой разнообразный характер действия наночастиц меди и сульфата меди на растения предполагал и разную урожайность яровой пшеницы сорта «Лада».

Наночастицы меди доказали свою биологическую активность, вследствие чего практически во всех вариантах урожайность семян превышала контроль. Наибольший показатель урожайности был выявлен при концентрации нанопорошка меди 0,1 - 1,0 г/га и превысил контроль на 18,74% и 19,02% соответственно. Урожайность семян в вариантах применения наночастиц меди была выше контроля вплоть до концентрации 100г/га и только при концентрации 500 г/га - ниже контрольного значения на 8,25%.

Предпосевная обработка семян пшеницы сульфатом меди в концентрации 20 г/га способствовала повышению урожайности на 6,2%, что является максимальным значением среди рассматриваемых вариантов обработки сульфатом. При повышении концентрации сульфата меди урожайность семян яровой пшеницы была ниже контроль на - 18,15%, при концентрации 500 г/га разница с контролем составила -27,5%, что доказывает токсический эффект применения данного вещества в качестве микроудобрения.

Выводы

1.Наночастицы меди стимулируют рост и развитие сельскохозяйственных растений по витальным, морфофизиологическим и весовым показателям. Их применение способствовало повышению энергии прорастания семян яровой пшеницы в диапазоне концентраций 0,01 - 100 г на гекратную норму высева в среднем на 6%. Энергия прорастания при концентрациях 0,1- 500 г на гектарную норму высева была выше контроля на 4%. Длина надземной и подземной частей проростков при применении наночастиц меди возросла в среднем на 25,5%.

2. Соль меди (сульфат), применяемая в качестве микроудобрений, при низких концентрациях (0,1-10,0 г) стимулировали прорастание и развитие проростков яровой пшеницы. Начиная с концентрации 10 г на гектарную норму высева, наблюдался угнетающий эффект, снижение всхожести составило при концентрации 100 г/га, на 1,6%, при 500 г/га на 61,6% относительно контроля. Сульфат меди при концентрации 500 г и выше привел к полному угнетению прорастания и развития проростков.

3. Одноразовая обработка семян наночастицами меди увеличила полевую всхожесть на 12%, площадь листовой поверхности - на 13%, интенсивность фотосинтеза в среднем на 20%, урожайность на 18% выше контроля

4. Активность ферментов пероксидазы и супероксиддисмутазы по-разному изменяется в присутствие нанопорошка меди и сульфата меди, различается активность и по месту определения: корни, ростки при одинаковой концентрации наночастиц и соли. Изменения активности ферментов на присутствие нанопорошка меди относительно контроля, не превышают отклонения более 30%. Изменение активности ферментов свидетельствует о нормальном ходе биохимических процессов, связанным с энергетической активацией синтеза АТФ наночастицами.

Для сульфата меди при концентрациях 100 -1000г/га отклонения составляют более 40 - 44%, следовательно, данные концентрации могут быть опасны.

5. Показана зависимость изменения активности фитогормонов от концентрации наноматериалов. При концентрации нанопорошка меди до 10,0 г/га в вике и пшенице увеличивается содержание ЦК, ГК и ИУК. Количество АБК уменьшается на 9,1. С увеличением концентрации аналогичная зависимость достоверно сохраняется. Следовательно, нанопорошки меди достоверно повышают активность исследованных фитогормонов, стимулируя физиологические процессы из чего можно сделать вывод, что они обладают биологической активностью.

Литература

1. Глущенко H.H., Богословская O.A., Ольховская И.П. Физико-химические закономерности биологического действия высокодисперсных порошков металлов // Химическая физика. 2002. Т. 21(4). С. 79-85.

2. Churilov G.I. Action nanocrystalline metals on ecological and biological condition of the soil and the accumulation of biologically active compounds in plants. Bulletin Ros. Peoples' Friendship University. Series - Ecology and life safety. -2010.-№ 1, -P. 18 -23

3. Donald H. Atha, Huanhua Wang, Elijah J. Petersen, Danielle Cleveland, R. David Holbrook, Pawel Jaruga, Miral Dizdaroglu, Baoshan Xing, and Bryant C. Nelson, Copper Oxide Nanoparticle Mediated DNA Damage in Terrestrial Plant Models, Environ. Sci. Technol.- 2012, -№3 (46).-Р. 1819-1827, DOI: 10.1021/es202660k

4. Polishuk S.D., Nazarova A.A., Kutskir M.V., Churilov D.G., Ivanycheva Y.N., Kiryshin V.A., Churilov G.I. /Ecologic-Biological Effects of Cobalt, Cuprum, Copper Oxide Nano-Powders and Humic Acids on Wheat Seeds. // Modern Applied Science. -2015, vol.9, No.6.- pp 354-364.

5. Jae-Hwan Kim, Yongjik Lee, Eun-Ju Kim, Sungmin Gu, Eun Ju Sohn, Young Sook Seo, Hyun Joo An, and Yoon-Seok Chang, Exposure of Iron Nanoparticles to Arabidopsis thaliana Enhances Root Elongation by Triggering Cell Wall Loosening, Environ. Sci. Technol., -2014.-№ 6 (48). -Р 3477-3485, DOI: 10.1021/es4043462

6. Рекомендации по использованию ультрадисперсных порошков металлов (УДПМ) в сельскохозяйственном производстве. // Чурилов Г.И., Назарова А.А, Полищук С.Д., Сушилина М.М. Рязань, 2010. 51 с.

7. Назарова А.А., Полищук С.Д. Перспективы использования нанопорошков металлов в растениеводстве. // Труды Всероссийского совета молодых ученых и специалистов аграрных образовательных и научных учреждений «Актуальные проблемы развития АПК в научных исследованиях молодых ученых». - Москва, 2011. С 52-57.

8. Куцкир М.В., Назарова А.А. Изменение морфофизиологических показателей растений кукурузы при взаимодействии с биологически активными наночастицами металлов. // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству». - Чебоксары: ЧГСХА, 2011. - Ч.1 - с 67-69.

9. Аверьянов А.А. Активные формы кислорода и иммунитет растений // Успехи современной биологии. 1991. Т. 111. № 5. - С. 722-737.

10. Jiang M., Zhang J. Effect of abscisic acid on active oxygen species, antioxidative defense system and oxidative damage in leaves of maize seedlings. Plant Cell Physiol. 2001.V.42.P.1265--1273.

11. Hurst A., Grams T., Ratajczak R. Effects of salinity, high irradiance, ozone, and ethylene on mode of photosynthesis, oxidative stress and oxidative damage in the C3/CAM intermediate plant Mesembryanthemum crystallinum L. // Plant, Cell Envir. 2002. V. 27. P. 187--197.

Размещено на Allbest.ru