Вплив наночастинок СеО2 на проростання насіння та синтез фенолів у проростках ялини європейської

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.31548/forest2020.03.004

Анотація

Сучасні технології дозволяють отримувати наночастинки біогенних металів для їх використання в якості додаткового джерела мікроелементного живлення рослин. Але складність масового застосування нанорозмірних частинок металів та їхніх оксидів обумовлена суттєвою різницею фізико-хімічних властивостей нанокристалічних структур залежно від технології отримання, розмірів наночастинок, поверхневого заряду (z-потенціалу), способів стабілізації. Від цього залежить біосумісність і характер дії наночастинок на живі організми.

Відносно ефективності та доцільності використання наночасток діоксиду церію в практиці рослинництва не має однозначної думки. У зв'язку з актуальністю проблеми підготовки садивного матеріалу сіянців хвойних рослин, недостатньою є вивченість впливу нанокристалічного діоксиду церію на рослини. Метою наших досліджень було вивчення впливу нанокристалічного золю діоксиду церію на процеси проростання насіння ялини європейської та оцінка його дії на синтез фенолів як компонентів антиоксидантної системи проростків.

При проведені досліджень використані методи визначення енергії проростання та схожості насіння, методи визначення вмісту фенольних сполук, флавоноїдів і фенольних антиоксидантів.

Результати досліджень показали, що нанокристалічний діоксид церію в концентрації золю від 0,1 до 1,0 мг/мл стимулює процеси проростання насіння ялини європейської. Під впливом наночастинок за концентрації 0,1 мг/л у тканинах проростків ялини європейської збільшується вміст фенольних сполук. Підвищення антиоксидантної активності фенолів у тканинах проростків на фоні зменшення їхньої загальної кількості за концентрації нанокристалічного діоксиду церію від 0,5 до 1,0 мг/л, відбувається на фоні збільшення у загальному пулі частки флавоноїдів, які визначаються високою антиоксидантною активністю.

Нанокристалічний діоксид церію є перспективним матеріалом для стимуляції енергії проростання та схожості насіння ялини європейської.

Ключові слова: наночастинки, ялина європейської, насіння, феноли, флавоноїди, антиоксиданти

Посилання

Asati, A., et al. (2009). Oxidase-Like Activity of Polymer-Coated Cerium Oxide Nanoparticles. Angewandte Chemie, 121(13), 2344-2348. https://doi.org/10.1002/ange.200805279

Cornelis, G., et al. (2011). Solubility and batch retention of CeO2 nanoparticles in soils. Environmental Science & Technology, 45, 2777-2782. https://doi.org/10.1021/es103769k

Corral-Diaz, B., et al. (2014). Cerium oxide nanoparticles alter the antioxidant capacity but do notimpact tuber ionome in Raphanus sativus (L.). Plant Physiol. Biochem., 84, 277-285. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2014.09.018

Garcia, A., et al. (2011). Acute toxicity of cerium oxide, titanium oxide and iron oxide nanoparticles using standardized tests. Desalination, 269, 136-141. https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.10.052

Heckert, E. G., Karakoti, A. S., Seal, S., & Self, W. T. (2008). The role of cerium redox state in the SOD mimetic activity of nanoceria. Biomaterials, 29(18), 2705-2709. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.03.014

Ivanov, V.K., Usatenko, A.V., & Shcherbakov, A.B. (2009). Antioxidant activity of nanocrystalline ceria to anthocyanins. Journal of Inorganic Chemistry, 54 (10), 1522-1527 [in Russian]. https://doi.org/10.1134/S0036023609100039

Jabbari, M., & Gharib, F. (2012). Solvent dependence on antioxidant activity of some water-insoluble flavonoids and their cerium (IV) complexes. Journal of Molecular Liquids, 168, 36-41. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2012.02.001

Kalenska, S.M., et al. (2012). Scientific substantiation of the use of nanosized biogenic metals in the system of fertilizers for field crops: scientific and practical recommendations. Kyiv. [in Ukrainian].

Likhanov, A.F., Sereda, O.V., Klyachenko, O.L., Melnychuk, M.D. (2018). Influence of oxycoric and oxybenzoic acids on synthesis of plastid pigments and fenolic compounds in the leaves of common grape vine (Vitis vinifera) in vitro. Plant physiology and genetics, 50 (4), 331-343. https://doi.org/10.15407/frg2018.04.331 [in Ukrainian]

Majumdar, S., et al. (2014). Exposure of cerium oxide nanoparticles to kidney bean shows disturbance in the plant defense mechanisms. J. Hazard. Mater, 278, 279-287. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.06.009

Melnychuk, M.D., et al. (2013). Impact of prepearing plant materials on the adapatative potential of scots Pinus sylvestris L. Biological Resources and Nature Management, 5 (5-6), 92-98. [in Ukrainian].

Perez, J.M., Asati, A., Nath, S., & Kaittanis, A. (2008). Synthesis of biocompatible dextran coated nanoceria with pH dependent antioxidant properties. Small, 4, 552-556. https://doi.org/10.1002/smll.200700824

Pinchuk A.P., et al. (2017). The influence of cerium dioxide nanoparticles on germination of seeds and plastic exchange of pine seedlings (Pinus sylvestris L.). Biotechnologia Acta, 10(5), 63-71. https://doi.org/10.15407/biotech10.05.063 [in Ukrainian].

Rico, C. M., et al. (2013). Effect of cerium oxide nanoparticles on rice: a study involving the antioxidant defense system and in vivo fluorescence imaging. Environ. Sci. Technol., 47, 5635-5642. https://doi.org/10.1021/es401032m

Röhder, L.A., Brandt, T., Sigg, L., & Behra, R. (2014). Influence of agglomeration of cerium oxide nanoparticles and speciation of cerium (III) on short term effects to the green algae Chlamydomonas reinhardtii. Aquatic Toxicology. 152. 121-130. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2014.03.027

Schwabe, F., et al. (2013). Influence of two types of organic matter on interaction of CeO2 nanoparticles with plants in hydroponic culture. Chemosphere, 91, 512-520. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2012.12.025

Shcherbakov, А. B. et al. (2011). Nanomaterials based on the nanocrystalline ceria: properties and use perspectives in biology and medicine. Biotechnology, 4 (1), 9-28. [in Ukrainian].

Sibgatullina_G.V., et al. (2011). Methods for determining the redox status of cultured plant cells. Kazan: Kazan Federal University [in Russian].

Slimestad, R., et al. (1995). Syringetin 3-O-(6″-acetyl)-β-glucopyranoside and other flavonols from needles of norway spruce, Picea abies. Phytochemistry, 40(5). 1537-1542. https://doi.org/10.1016/0031-9422(95)00383-I

SSU 8558:2015 (2015). Seeds of trees and shrubs. Methods for seed testing (germination, viability, benign). Kyiv. [in Ukrainian].

Talankova-Sereda, Т.Ye. (2016). The influence of silicon nanoparticles on Mentha piperita rhizogenesis under in vitro conditions. Taurida Scientific Herald, 96, 112-119. [in Ukrainian].

Trujillo-Reyes, J., et al. (2013). Citric acid modifies surface properties of commercial CeO2 nanoparticles reducing their toxicity and cerium uptake in radish (Raphanus sativus) seedlings. Journal of Hazardous Materials, 263, 677-684. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.10.030

Valgimigli, L., Ingold, K.U., & Lusztyk, J. (1996). Antioxidant Activities of Vitamin E Analogues in Water and a Kamlet-Taft β-Value for Water. Journal of the American Chemical Society, 118(15), 3545-3549. https://doi.org/10.1021/ja954030r

Vincent, A., Inerbaev, T. M., & Babu, S. (2010). Tuning Hydrated Nanoceria Surfaces: Experimental/Theoretical Investigations of Ion Exchange and Implications in Organic and Inorganic Interactions. Langmuir, 26, 7188-7198. https://doi.org/10.1021/la904285g

Wang, Q., Ebbs, S.D., Chenc, Y., & Ma, X. (2013). Transgenerational impact of cerium oxide nanoparticles on tomato plants. Metallomics, 5, 753-759. https://doi.org/10.1039/c3mt00033h

Wang, Q., et al. (2012). The impact of cerium oxide nanoparticles on tomato (Solanum lycopersicum L.) and its implications for food safety. Metallomics, 4, 1105-1112. https://doi.org/10.1039/c2mt20149f

Xu, W., He, H., & Yu, Y., (2009). Deactivation of a Ce/TiO2 catalyst by SO2 in the selective catalytic reduction of NO by NH3. The Journal of Physical Chemistry, 113, 4426-4432. https://doi.org/10.1021/jp8088148

Zaprometov, M. N. (1993). Phenolic compounds. Distribution, metabolism and function in plants. Moskva: Nauka [in Russian]

Zhang Z., et al. (2011). Uptake and distribution of ceria nanoparticles in cucumber plants. Metallomics, 3(8), 816-822. https://doi.org/10.1039/c1mt00049g

Zhao, L., et al. (2012). Effect of surface coating and organic matter on the uptake of CeO2 NPs by corn plants grown in soil: Insight into the uptake mechanism. Journal of Hazardous Materials, 225. 131-138. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.05.008

Завантаження

Опубліковано

2020-09-30

Номер

Том 11 № 3 (2020)

Розділ

ЛІСОВЕ ГОСПОДАРСТВО

Ліцензія

Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).