Виробництво та використання наночастинок селену як добрив

Гудков Сергій Васильович

† Інститут загальної фізики імені Прохорова РАН, вул. Вавілова, 38, Москва 119991, Росія

Георгій Олександрович Шафєєв

† Інститут загальної фізики імені Прохорова РАН, вул. Вавілова, 38, Москва 119991, Росія

‡ Національний дослідницький ядерний університет МІФІ (Московський інженерно-фізичний інститут), 31 Каширське ш., Москва 115409, Росія

Олексій Петрович Глінушкін

§ Всеросійський науково-дослідний інститут фітопатології РАН, Великі Вязьоми, Московська область 143050, Росія

Олексій Васильович Шкірін

† Інститут загальної фізики імені Прохорова РАН, вул. Вавілова, 38, Москва 119991, Росія

Катерина В. Барміна

† Інститут загальної фізики імені Прохорова РАН, вул. Вавілова, 38, Москва 119991, Росія

Ігнат І. Раков

† Інститут загальної фізики імені Прохорова РАН, вул. Вавілова, 38, Москва 119991, Росія

Олександр Васильович Сімакін

† Інститут загальної фізики імені Прохорова РАН, вул. Вавілова, 38, Москва 119991, Росія

Кислов Анатолій Васильович

§ Всеросійський науково-дослідний інститут фітопатології РАН, Великі Вязьоми, Московська область 143050, Росія

Максим Є. Асташев

∥ Інститут клітинної біофізики РАН, вул. Інститутська, 3, м. Пущино, Московська область 142290, Росія

Володимир Олександрович Водєнєв

⊥ Інститут біології та біомедицини, Нижній Новгородський державний університет імені Лобачевського, проспект Гагаріна, 23 к.1, Нижній Новгород 603950, Росія

Калінітченко Валерій Петрович

§ Всеросійський науково-дослідний інститут фітопатології РАН, Великі Вязьоми, Московська область 143050, Росія

# Інститут родючості ґрунтів Південної Росії, вул. Кривошликова, 2, Персіанівка, Ростовська область 346493, Росія

Анотація

1. Вступ

Мікроелемент селен незамінний для функціонування більшості живих істот. 1 Se міститься в ґрунті, воді, посівах, тваринах та продуктах харчування. 2 Вміст Se в грунті сильно відрізняється у всьому світі. Вміст селену в ґрунтах сильно коливається від 0,005 до 1200 мкг г –1 і найчастіше від 0,1 до 10 мкг г –1. 3−6 Концентрація Se в окремому живому організмі сильно залежить від споживання Se. Наночастинки 7−9 Se посилюють здатність придушувати хвороби рослин і виявляють протигрибкові властивості. 10,11

Se є частиною білка ссавців, який зазвичай називають селенопротеїнами. 12 Відомо 25 селенопротеїнів. Щонайменше 12 селенопротеїдів є антиоксидантними ферментами, які в основному беруть участь у окисно-відновному гомеостазі організму разом з іншими ферментними антиоксидантами. 13,14 Найвідомішими білками цього виду є глутатіонпероксидаза (GSH-Pxs), тіоредоксинредуктаза (TrxR) та селенопротеїн Р (SePP). Остання молекула містить до 10 атомів Se. 15 Ферменти мають тетрамерну форму і містять по одному Se на субодиницю. 16 Селенопротеїни утворюють антиоксидантний бар’єр для захисту організмів від згубної дії шкідливих продуктів клітинного метаболізму, включаючи активні форми кисню. 17,18 Ферменти розкладають пероксид водню та органічні гідропероксиди, захищаючи тканину від окисних пошкоджень. 19 TrxR беруть участь у визначенні та сигналізації окисно-відновного потенціалу клітини. SePP - позаклітинний антиоксидант. 20 Активність селенопротеїну залежить від концентрації Se в тканинах.

Цей документ є розвитком наших попередніх досліджень. 26-29 Обговорено технологію отримання наночастинок з нульовим валентним станом Se. Наночастинки Se з нульовим валентним станом досліджувались як добрива та антиоксиданти. Обговорюється проблема синергії, яка пов'язує наночастинки Se та зменшення окисного стресу рослин. 15,30,31 Дослідження має синергетичну спрямованість. Це відкрило можливість не тільки виробляти, але й застосовувати наночастинки з нульовим валентним станом Se на основі методології Біогеосистемна техніка (BGT *) для довгострокового вдосконалення ґрунтової системи та підвищення сільськогосподарської ефективності наночастинок Se. 32

Цілі дослідження полягають у наступному: дослідження нульового валентного стану наночастинок Se, технологія наночастинок Se лазерної абляції при розробці води, експериментальне вивчення впливу наночастинок Se на ріст рослин та ефективне сільськогосподарське застосування наночастинок Se за допомогою BGT * методологія.

2. Результати та обговорення

2.1. Se Властивості наночастинок

(а) Функція розподілу маси частинок Se як функція часу лазерної фрагментації. Час фрагментації вказується біля кожної кривої розподілу, хв; (b) Вигляд ТЕМ наночастинок Se після лазерної фрагментації, шкала шкали 200 нм.

Картини рентгенівської дифракції наночастинок Se. (a) наночастинки Se, отримані безпосередньо після лазерної абляції і висушені при кімнатній температурі в атмосферному повітрі; (б) великі осілі частинки Se.

2.2. Вплив наночастинок на рослини

Вплив наночастинок Se при різних концентраціях на розвиток рослин вивчали за допомогою кліматичної камери. Було виявлено, що наночастинки Se не впливали дуже сильно на ріст рослини за незмінного штучного клімату протягом перших 10 днів органогенезу (рис. Рис. 3 3). Ріст рослини та середовище існування були дещо кращими з дозою наночастинок Se 10 мкг кг –1. Для більш повної оцінки ми розрахували поверхню листкової пластини рослини за допомогою програмного забезпечення Green Image. Найбільша різниця в показниках була зареєстрована в експерименті, проведеному на 30-й день після початку росту рослини. Площа поверхні листкової пластини рослини становила 30 ± 2 см 2 у контрольному варіанті експерименту. Площа листкової пластини рослин, вирощених при концентрації наночастинок Se 1 мкг кг –1, становила близько 32 ± 3 см 2, і відповідно площа пластинки листків для 5 мкг кг –1 становила 37 ± 2 см 2, 10 мкг кг –1 становила 38 ± 3 см 2, а 25 мкг кг –1 становило 28 ± 4 см 2 .

(a, b) Саджанці редьки (Raphanus sativus var. sativus) та (c, d) саджанці руколи (Eruca sativa), вирощені на інтактному ґрунті (варіант контролю, спочатку ліворуч); ґрунт із добавками наночастинок Se у концентраціях 1 мкг кг –1 (друга зліва); 5 мкг кг –1 (посередині); 10 мкг кг –1 (друга справа); і 25 мкг кг –1 (перший праворуч); (а, в) через 5 днів після посадки; (b, d) через 10 днів після посадки.

Саджанці редьки (Raphanus sativus var. Sativus) через 20 днів після посадки: (а) вирощені на недоторканому грунті; (b) вирощені на ґрунті з додаванням наночастинок Se у концентрації 1 мкг кг –1; (c) вирощені на ґрунті з додаванням наночастинок Se у концентрації 5 мкг кг –1; (d) вирощені на ґрунті з додаванням наночастинок Se у концентрації 10 мкг кг –1; та (e) вирощені на ґрунті з додаванням наночастинок Se у концентрації 25 мкг кг –1 .