МОРФОМЕТРИЧНІ ПОКАЗНИКИ ПШЕНИЦІ ОЗИМОЇ (TRITICUM AESTIVUM L.) ПІСЛЯ ОБРОБКИ ФУЛЕРЕНОМ С60
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2024.03.274Ключові слова:
фулерен С60, насіння, пшениця озима, морфометричні показникиАнотація
У роботі представлені дослідження впливу вуглецевих наночастинок фулерену C60 на морфометричні показники озимої пшениці. В сільському господарстві основні джерела надходження карбону в ґрунт мають органічне походження, разом з тим наночастинки є новими перспективними засобами, що можуть покращити засвоєння цього елементу, а зважаючи на його функції, і продуктивність рослин. Метою роботи було вивчення впливу колоїдного розчину фулерену С60 в різних концентраціях (0,1; 0,2; 0,5; 1,0 мкг/мл) на морфометричні показники проростків пшениці озимої (Triticum aestivum L. ). Фулерени С60 було синтезовано і охарактеризовано їх стабільність та структуру у водному колоїдному розчині в Інституті хімії і біотехнологій Технічного Університету м. Ільменау (Німеччина). В роботі було використано сертифіковане насіння озимої пшениці двох сортів Актер та Патрас від офіційного дистриб’ютора DSV (Німеччина) в Україні. Передпосівна обробка насіння пшениці дослідних груп включала його стерилізацію і замочування у колоїдних водних розчинах С60 фулерену у діапазоні концентрацій 0,1 мкг/мл, 0,2 мкг/мл, 0,5 мкг/мл, 1 мкг/мл впродовж 2 год 45 хв. Оцінювали наступні морфометричні показники: довжина пагонів, довжина коренів, загальна довжина та сира маса рослини.
Найбільш виражений ефект відмічено на довжині пагонів і коренів проростків пшениці сорту Актер після додавання фулерену С60 за концентрації 0,2 мкг/мл, про що свідчило статистично значуще збільшення цих показників на 27,0 % і 28,1 % відповідно у порівнянні з контрольними (не обробленими) рослинами. У рослин озимої пшениці сорту Патрас фулерен С60 за концентрації 0,2 мкг/мл також спричиняв найбільш виразні зміни морфометричних показників, які попри це не були аналогічними таким у сорту Актер. Довжина пагонів пшениці сорту Патрас, навпаки, зменшилась на 22,9 %, тоді як загальна довжина рослин та їх сира маса суттєво збільшились – на 38,9 % і 52,9 % відповідно порівняно з контрольною групою. Таким чином, можна стверджувати, що ефекти впливу фулерену С60 залежать не лише від дози і способу застосування, а й від індивідуальних характеристик рослин і зокрема їх сорту.
Посилання
1. Avanasi, R., Jackson, W. A., Sherwin, B., Mudge, J. F., Anderson, T. A. (2014). C60 fullerene soil sorption, biodegradation, and plant uptake. Environmental science & technology, 48 (5), 2792–2797. https://doi.org/10.1021/es405306w
2. Borišev, M, Borišev, I, Župunski, M, Arsenov, D, Pajević, S, Ćurčić, Ž, Vasin, J, Djordjevic, A. (2016). Drought impact is alleviated in sugar beets (Beta vulgaris L.) by foliar application of fullerenol nanoparticles. PloS one 11 (11): e0166248. https://doi.org/10.1371/ journal.pone.0166248
3. Castro, E., Hernandez Garcia, A., Zavala, G., Echegoyen, L. (2017). Fullerenes in Biology and Medicine. Journal of materials chemistry. B, 5(32), 6523–6535. https://doi.org/10.1039/C7TB00855D
4. El-Ramady H., Elbasiouny H., Elbehiry F., and Zia-ur- Rehman M. (2021). Nano-Nutrients for Carbon Sequestration: A Short Communication. Egypt. J. Soil Sci., 61 (4), 389–398. https://doi.org/10.21608/ejss.2021.107134.1480
5. Feduniak, І., Hurska, I. (2020). Development of grain production as a basis for food securityin conditions of globalism. Efektyvna ekonomika [Online], 5, available at: http://www.economy.nayka.com.ua/?op=1&z=7900 (Accessed 10 Jul 2024). https://doi.org/10.32702/2307-2105-2020.5.78
6. Haghighi, M., Teixeira da Silva, J. A. (2014). The effect of carbon nanotubes on the seed germination and seedling growth of four vegetable species. J. Crop Sci. Biotechnol, 17, 201–208. https://doi.org/10.1007/s12892-014-0057-6
7. Injac, R., Prijatelj, M., Strukelj, B. (2013). Fullerenol nanoparticles: toxicity and antioxidant activity. Methods in molecular biology, 1028, 75–100. https://doi.org/10.1007/978-1-62703-475-3_
8. Khodakovskaya, M. V., Kim, B. S., Kim, J. N., Alimohammadi, M., Dervishi, E., Mustafa, T., Cernigla, C. E. (2013). Carbon nanotubes as plant growth regulators: effects on tomato growth, reproductive system, and soil microbial community. Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany), 9 (1), 115–123. https://doi.org/10.1002/smll.201201225.
9. Mondal, A., Basu, R., Das, S., Nandy, P. (2011). Beneficial role of carbon nanotubes on mustard plant growth. J Nanopart Res. https://doi.org/10.1007/s11051-011-0406-z
10. Ozfidan-Konakci, C., Alp, F. N., Arikan, B., Elbasan, F., Cavusoglu, H., Yildiztugay, E. (2022). The biphasic responses of nanomaterial fullerene on stomatal movement, water status, chlorophyll a fluorescencetransient, radical scavenging system and aquaporinrelated gene expression in Zea mays under cobalt stress. Sci. Total Environ., 826, 154213. doi:10.1016/j.scitotenv.2022.154213
11. Prylutska, S. V., Tkachenko, T. A., Tkachenko, V. V. (2023). Application of Carbon Nanomaterials for the Regulation of Stress Resistance in Agricultural Plants. Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 21, 923-944. (in Ukrainian).
12. Prylutska, S.V., Franskevych, D.V., Yemets, A.I. (2022). Cellular Biological and Molecular Genetic Effects of Carbon Nanomaterials in Plants. Cytol. Genet., 56, 351–360. https://doi.org/10.3103/S0095452722040077
13. Sadenova, M., Kulenova, N., Gert, S., Beisekenov, N., Levin, E. (2023). Innovative Approaches for Improving the Quality and Resilience of Spring Barley Seeds: The Role of Nanotechnology and Phytopathological Analysis. Plants, 12, 3892. https://doi.org/10.3390/plants12223892
14. Schuetze, C, Ritter, U, Scharff, P, Bychko, A, Prylutska, S, Rybalchenko, V, Prylutskyy, Yu. (2011). Interaction of N-fluorescein-5-isothiocyanate pyrrolidine-C60 compound with a model bimolecular lipid membrane. Mater Sci Engineer, 31(5), 1148-1150. https://doi.org/10.1016/j.msec.2011.02.026
15. Taha, R. A., Hassan, M. M., Ibrahim, E. A. Abou Baker N. H., Shaaban E. A. (2016). Carbon nanotubes impact on date palm in vitro cultures. Plant Cell Tiss Organ Cult., 127, 525–534 https://doi.org/10.1007/s11240-016-1058-6
16. Wang, Ch., Zhang, H., Ruan, L., Chen, L., Li, H., Chang, X.-L., Zhang, X., Yang, S.-T. (2016). Bioaccumulation of 13C-fullerenol nanomaterials in wheat. Environ. Sci.: Nano, 4 (3), 799–805. https://doi.org/10.1039/C5EN00276A
17. Xiong, J. L., Li, J., Wang, H. C., Zhang, C. L., Naeem, M. S. (2018). Fullerol improves seed germination, biomass accumulation, photosynthesis and antioxidant system in Brassica napus L. under water stress. Plant physiology and biochemistry: PPB, 129, 130–140. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2018.05.026
18. Yadav, A., Yadav, K., Abd-Elsalam, K.A. (2023). Nanofertilizers: Types, Delivery and Advantages in Agricultural Sustainability. Agrochemicals, 2, 296-336. https://doi.org/10.3390/agrochemicals2020019
19. Yan, S., Zhao, L., Li, H., Zhang, Q., Tan, J., Huang, M., He, S., Li, L. (2013). Single-walled carbon nanotubes selectively influence maize root tissue development accompanied by the change in the related gene expression. Journal of hazardous materials, 246-247, 110–118. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.12.013
20. Кole, C., Kole, P., Randunu, K. M., Choudhary, P., Podila, R., Ke, P. C., Rao, A. M., Marcus, R. K. (2013). Nanobiotechnology can boost crop production and quality: first evidence from increased plant biomass, fruit yield and phytomedicine content in bitter melon (Momordica charantia). BMC biotechnology, 13, 37. https://doi.org/10.1186/1472-6750-13-37.
