Адаптивные реакции и пределы толерантности Triticum aestivum и Allium cepa L. к наночастицам меди и железа

• Автор: Дерябина, Татьяна Дмитриевна
• Шифр специальности: 03.02.01, 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Оренбург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

СОДЕРЖАНИИ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Е ДИСПЕРСИИ МЕТАЛЛОВ В ЕСТЕСТВЕННЫХ И ТЕХНОГЕННО-ИЗМЕНЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ. РЕАКЦИЯ РАСТЕНИЙ И МИКРООРГАНИЗМОВ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ

(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

Е1 Адаптация растений к условиям среды обитания с различным содержанием

минеральных веществ

Е2 Общие аспекты взаимодействия высокодисперсных веществ окружающей

среды и растений

1.3 Приспособление растений к воздействию техногенных наноматериалов.

Взаимодействие в системе «наночастицы - растения»

1.4. Резюме
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объекты исследования
1.1. Растительные и бактериальные гест - объекты
1.2. Наночастицы и другие соединения меди и железа
1.3. Ианочастицы и другие соединения меди железа
2 Методы исследования
2.1 Методы исследования с использованием растительных организмов
2.1.1 Культивирование растительных организмов в контакте с наночастицами меди и железа с оценкой их толерантности к подобному воздействию
2.2.1.2 Методы микроскопического исследования растительных организмов
2.2.1.3 Методы оценки накопления и распределения меди и железа в тканях растительных организмов
2.2.1.4 Метод анализа ДІ (К растительных организмов
2.2.2 Методы исследования с использованием люминесцирующих бактерий
2.2.2.1 Метод оценки токсичности соединений меди и железа в тесте тушения бакіериальной биолюминесценции
2.2.2.2 Метод оценки механизмов биоактивности соединений меди и железа
в тесте индукции бактериальной биолюминесценции
2.2.3 Статистическая обработка результатов
ГЛАВА 3. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ТОЛЕРАНТНОСТИ РАСТЕНИЙ (В ТЕСТЕ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН TRITICUM AESTIVUM) И МИКРООРГАНИЗМОВ (ТЕСТЕ ИНГИБИРОВАНИЯ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ SIIERICHIA COLI) ОЗДЕЙСТВИЮ НАПОЧАСТИЦ, МИКРОЧАСТИЦ И СОЛЕЙ ЖЕЛЕЗА И МЕДИ
3.1. Оценка безопасности ионов, нано- и микрочастиц Fe и Си в тесте прорастания семян Triticum aeslivum
3.2. Биологическая активность ионов, нано- и микрочастиц Си и Те в тесте
ингибирования бактериальной биолюминесценции
ГЛАВА 4. АДАПТИВНЫЕ РЕАКЦИИ РАСТЕНИЙ К ПРИСУТСТВИЮ В СРЕДЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ИАНОЧАСТИЦ МЕДИ
4.1. Анализ механизмов биологической активности наночастиц меди в тестах на Triticum aestivum и Allium сера
4.2. Исследование механизмов Д11К-повреждающего эффекта наночастиц меди в
тестах на люминесцируютцих штаммах Escherichia coli
ГЛАВА 5. АДАПТИВНЫЕ РЕАКЦИИ TRITICUM AESTIVUM К ПРИСУТСТВИЮ В СРЕДЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ИАНОЧАСТИЦ ЖНЦЕЗА..86 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛБЗОВА1 И ЮЙ ЛИ ТЕРАТУРЫ

Введение
Актуальность темы. Дисперсные системы, содержащие минеральные наночастицы, являются естественным компонентом большинства природных экосистем. О типичности подобной ситуации свидетельствуют данные, согласно которым 1 м3 атмосферного воздуха содержит до 1 млн взвешенных частиц диаметром от 0,001 до 1000 мкм, их концентрация в пресной и морской воде достигает 5-6 млн/дм3, а наиболее существенно дисперсные системы представлены в почве (Yushkin N.P. Mineralis mundi ct biosphere: mineral isorganiz-mobioz, biomineral interaction cocvolution // Acta IV International seminar «Mineralogy et vitam: Origin de biosphere et co-evolution of mineralis et biologicummundosbiomineral-ogiya». Syktyvkar. 2007. P. 5-7).
Кроме roio, ожидаемый рост производства и использования наночастиц создает дополнительные риски их поступления в антропогенно-измененные экосистемы (Gottschalk F., Sondcrer Г., Scholz R.W. Modeled environmental concentrations of engineering nanoparticles (ТЮ2, ZnO, Ag, CNT, fullerenes) for different regions // Fnviron. Sei. Tcchnol. 2009. Vol.43. P. 9216 - 9222). Однако, с позиций факториальной экологии, изучающей воздействие факторов окружающей среды на живые организмы, наночастицы оказываются еще относительно слабо охарактеризованными обз.сктами, интерес к исследованию которых в ближайшее время будет только возрастать. Таким образом, складывается ситуация, свидетельствующая об актуальности экологической аттестации наночастиц металлов, в том числе закономерностей их поступления, распределения и накопления в компонентах биоты, а 'также выявления разнообразия обусловленных этим биологических эффектов и механизмов их формирования.
Степень разработанности темы. Среди живых систем, потенциально подвергающихся воздействию наночастиц, важное место занимают растения, традиционно используемые в различных системах биоиндикации и биотестирования (Kahru A., Dubourguier H., Blinova 1. ct al. Biotests and biosensors for ccotoxicology of metal oxide nanoparticles: a minireview // Sensors. 2008. Vol. 8. P. 5153-5170). При этом особый интерес к растениям обусловлен их базовым

Фитотоксичность наночастиц карбида кремния по отношению к растениям различна и наиболее выражена для овса, ячменя и пшеницы (Голохваст К.С., Памирский И.Э., Бородин Е.Н., Рева Г.В. и др. Влияние микрочастиц минералов на работу физиологических и биологических сисчсм // Фундаментальные исследования. 2013. №6. С. 909-912).
Между тем адаптация растений к действию различных наночастиц одного и 4010 же элемента, равно как и различных его форм протекает различно. Это хорошо видно из результатов экспериментов с использованием сферических наночастиц железа FeO (d= 80 ± 5 нм), магнетича Fc.iOi (d=50-80 нм) и раствора сульфата железа (II) FeSO.» на всхожесть, длину листьев и содержание фотосинтетических пигментов хлорофилла, а, хлорофилла b и каротиноидов у проростков Triticiim vulgare Vitt. Наибольшая чувствительность проростков регистрировалась при увеличении концентрации сульфата железа (II) в среде, что проявлялось в снижении всхожести, ингибировании роста листьев и содержания ФП (Mtillcr L., Ricdiker М., Wick P., Mohr M. // J. R. Soc. Interface. 2010. V. 7. P. 27).
Адаптационные способности растений к воздействию наноформ железа неоднозначны для каждого изученного показателя: по показателю длины листьев проростков, растения наиболее восприимчивы к наночастицам железа; по содержанию общей суммы фотосинтетических пигментов токсичны наночастицы магнетита и железа. Максимальное содержание фотосинтетических пигментов зафиксировано при концентрациях 0,125 и 1*10"’ г/л наночастиц Fe°, 0,5 и I * 106 г/л наночастиц FcjQt и 1*10'3 г/л FeSO.t.
L3 эксперименте на модели салата-латук (Lact пса sativa) и люцерны (Medicago saliva) при культивировании в среде, содержащей наночастицы меди, оксид и гидроксид меди показано, что приспособление растений к наноформам вещества протекает наименее успешно. Вследствие воздействия наночастиц, длина корня снижалась у обоих растений. Кроме того, наблюдалось снижение содержание питательных веществ и активности ферментов. Имело место снижение активности каталазы в люцерне (корень и побег) и повышение