vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2023-13-2-263-271DWIKEUvuzbiochemi-1020Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYБиосинтез наночастиц металлов и их апробация на семенах льна-долгунцаBiosynthesis of metal nanoparticles and their testing on flax seedshttps://orcid.org/0000-0002-5831-5000ЛюбимоваН. А.LyubimovaN. A.

Любимова Надежда Андреевна - кандидат химических наук, научный сотрудник.

170530, Тверская обл., п. Эммаусс, 27

Nadezhda A. Lyubimova - Cand. Sci. (Сhemistry), Researcher.

27, Emmauss Village, Tver Region, 170530

n.nemygina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5060-6241РабиновичГ. Ю.RabinovichG. Yu.

Рабинович Галина Юрьевна - доктор биологических наук, профессор, заведующая отделом биотехнологий.

170530, Тверская обл., п. Эммаусс, 27

Galina Yu. Rabinovich - Dr. Sci. (Biology), Professor, Director.

27, Emmauss Village, Tver Region, 170530

2016vniimz-noo@list.ruФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева»РоссияFRC V.V. Dokuchaev Soil Science InstituteRussian Federation202302072023132263271Copyright © Любимова Н.А., Рабинович Г.Ю., 20232023Любимова Н.А., Рабинович Г.Ю.Lyubimova N.A., Rabinovich G.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/1020

В данной работе представлены результаты исследования биопрепарата, основой для которого послужил микробный биопрепарат ЖФБ (жидкофазное биосредство), в который были добавлены наночастицы меди или железа, синтезированные методом зеленого синтеза. Полученные наночастицы были исследованы методом ИК-спектроскопии диффузного отражения и вводились в ЖФБ на этапе его дозревания в объемном соотношении ЖФБ:раствор частиц 50:1. В результате получено два новых биопрепарата ЖФБ-Fe и ЖФБ-Cu. Все биопрепараты, а также наночастицы железа (Fe НЧ) и меди (Cu НЧ) были протестированы в лабораторном эксперименте на семенах льна сорта Тверской. Наночастицы железа или меди в составе биопрепаратов положительно повлияли на всхожесть семян. В варианте ЖФБ-Fe всхожесть семян составила 86–91%, что на 3–12% больше по сравнению с контролем. В случае использования ЖФБ-Cu всхожесть семян варьировалась от 86 до 93%, что на 3–11% больше по сравнению с контролем. Однако максимальная средняя длина одного проростка в этих вариантах составила 14,5–14,8 см. Тогда как на среднюю длину одного проростка существенно повлиял полив семян раствором, содержащим только наночастицы железа, т.к. в данном варианте было отмечено максимальное значение данного параметра (16,1±1,2 см). Полученные результаты показали, что данное исследование весьма перспективно, но требует дополнительных экспериментов по варьированию концентрации наночастиц в биопрепарате ЖФБ.

This work sets out to investigate a green-synthesized biopreparation produced by introducing iron or copper nanoparticles into a microbial liquid-phase biological product (LBP). The obtained nanoparticles were analyzed by diffuse reflectance IR spectroscopy and introduced into the LPB at the stage of its ripening in the LPB:particle solution volume ratio of 50:1. As a result, two new biopreparations – LPB-Fe and LPB-Cu – were obtained. All LPB samples, as well as iron and copper nanoparticles, underwent laboratory testing on flax seeds of Tverskaya variety. Iron or copper nanoparticles in the composition of biological preparations were found to affect positively the process of seed germination. In the LPB-Fe variant, seed germination ranged between 86–91%, which exceeded that in the control by 3–12%. In the LPB-Cu variant, seed germination ranged between 86–93%, which exceeded that in the control by 3–11%. However, in the latter variant, the maximum average length per seedling was 14.5–14.8 cm. The average length per seedling was significantly affected by watering the seeds with a solution containing only iron nanoparticles, with the maximum value of this parameter reaching 16.1±1.2 cm. According to the results obtained, this research direction has good prospects and requires additional experiments by varying the nanoparticle concentration in LBPs.

наночастицы железананочастицы медибиопрепарат ЖФБвсхожесть семянлен-долгунецбиометрические параметры Финансированиеiron nanoparticlescopper nanoparticlesbiopreparation LPBseed germinationlong-stalked flaxbiometric parametersРабота выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 22-76-00016.The work was financially supported by the Russian Scientific Foundation (project no. 22-76-00016)ReferencesBhagat M., Anand R., Sharma P., Rajput P., Sharma N., Singh K. Review – multifunctional copper nanoparticles: synthesis and applications // ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2021. Vol. 10, no. 6. P. 063011– 06321. http://doi.org/10.1149/2162-8777/ac07f8.Bhagat M., Anand R., Sharma P., Rajput P., Sharma N., Singh K. Review – multifunctional copper nanoparticles: synthesis and applications. ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2021;10(6):06301106321. http://doi.org/10.1149/2162-8777/ac07f8.Siddiqi K.S., Husen A. Current status of plant metabolite-based fabrication of copper/copper oxide nanoparticles and their applications: a review // Biomaterials Research. 2020. Vol. 24. P. 11–25. http://doi.org/10.1186/s40824-020-00188-1.Siddiqi K.S., Husen A. Current status of plant metabolite-based fabrication of copper/copper oxide nanoparticles and their applications: a review. Biomaterials Research. 2020;24:11-25. http://doi.org/10.1186/s40824-020-00188-1.Iqbal A., Iqbal K., Li B., Gong D., Qin W. Recent advances in iron nanoparticles: preparation, properties, biologicaland environmental application // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2017. Vol. 17. P. 4386–4409. http://doi.org/10.1166/jnn.2017.14196.Iqbal A., Iqbal K., Li B., Gong D., Qin W. Recent advances in iron nanoparticles: preparation, properties, biologicaland environmental application. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2017;17:4386-4409. http://doi.org/10.1166/jnn.2017.14196.Wee J.L., Law M.C., Chan Y.S., Choy S.Y., Tiong A.N.T. The potential of Fe-based magnetic nanomaterials for the agriculture sector // Chemistry Select. 2022. Vol. 7, no. 17. P. e202104603–e202104633. http://doi.org/10.1002/slct.202104603.Wee J.L., Law M.C., Chan Y.S., Choy S.Y., Tiong A.N.T. The potential of Fe-based magnetic nanomaterials for the agriculture sector. Chemistry Select. 2022;7(17):e202104603-e202104633. http://doi.org/10.1002/slct.202104603.Satdev, Mandal N. A review on effect of copper and iron nanoparticle on agricultural crop // International Journal if Inclusive Development. 2020. Vol. 6, no. 1. P. 31–36. http://doi.org/10.30954/24544132.1.2020.6.Satdev, Mandal N. A review on effect of copper and iron nanoparticle on agricultural crop. International Journal if Inclusive Development. 2020;6(1):31-36. http:// doi.org/10.30954/2454-4132.1.2020.6.Laporte D., Rodríguez F., González A., Zuniga A., Casto-Nallar E., Saez C.A., et al. Copper-induced concomitant increases in photosynthesis, respiration, and C, N and S assimilation revealed by transcriptomic analyses in Ulva compressa (Chlorophyta) // BMC Plant Biology. 2020. Vol. 20. P. 25–41. https://doi.org/10.1186/s12870-019-2229-5.Laporte D., Rodríguez F., González A., Zuniga A., Casto-Nallar E., Saez C.A., et al. Copper-induced concomitant increases in photosynthesis, respiration, and C, N and S assimilation revealed by transcriptomic analyses in Ulva compressa (Chlorophyta). BMC Plant Biology. 2020;20:25-41. https://doi.org/10.1186/s12870019-2229-5.Иванищев В.В. Роль железа в биохимии растений // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. 2019. N 3. C. 149–159.Ivanishchev V.V. Role of iron in plant biochemistry. Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Estestvennye nauki = Izvestiya Tula State University. 2019;(3):149-159. (In Russian).Nguyen D.V., Nguyen H.M., Le N.T., Nguyen K.N., Le H.M., Nguyen A.T., et al. Copper nanoparticle application enhances plant growth and grain yield in maize under drought stress conditions // Journal of Plant Growth Regulation. 2022. Vol. 41. P. 364–375. http://doi.org/10.1007/s00344-021-10301-w.Nguyen D.V., Nguyen H.M., Le N.T., Nguyen K.N., Le H.M., Nguyen A.T., et al. Copper nanoparticle application enhances plant growth and grain yield in maize under drought stress conditions. Journal of Plant Growth Regulation. 2022;41:364-375. http://doi.org/10.1007/s00344-021-10301-w.Lopez-Vargas E.R., Ortega-Ortiz H., Cadenas-Pliego G., Romenus K.A., de la Fuente M.C., Benavides-Mendoza A., et al. Foliar application of copper nanoparticles increases the fruit quality and the content of bioactive compounds in tomatoes // Applied Sciences. 2018. Vol. 8, no. 7. P. 1020–1035. http://doi.org/10.3390/app8071020.Lopez-Vargas E.R., Ortega-Ortiz H., CadenasPliego G., Romenus K.A., de la Fuente M.C., Benavides-Mendoza A., et al. Foliar application of copper nanoparticles increases the fruit quality and the content of bioactive compounds in tomatoes. Applied Sciences. 2018;8(7):1020-1035. http://doi.org/10.3390/app8071020.Thiruvengadam S., Ganesan M., Varadharajaperumal P. Impact on foliar application of copper nanoparticles for the growth in Zea mays // Bioscience Biotechnology Research Communications. 2021. Vol. 14, no. 3. P. 1248–1255. http://dx.doi.org/10.21786/bbrc/14.3.50.Thiruvengadam S., Ganesan M., Varadharajaperumal P. Impact on foliar application of copper nanoparticles for the growth in Zea mays. Bioscience Biotechnology Research Communications. 2021;14(3):12481255. http://dx.doi.org/10.21786/bbrc/14.3.50.Shende S., Rathod D., Gade A., Rai M. Biogenic copper nanoparticles promote the growth of pigeon pea (Cajanus cajan L.) // IET Nanobiotechnology. 2017. Vol. 11, no. 7. P. 773–781. http://doi.org/10.1049/ietnbt.2016.0179.Shende S., Rathod D., Gade A., Rai M. Biogenic copper nanoparticles promote the growth of pigeon pea (Cajanus cajan L.). IET Nanobiotechnology. 2017;11(7):773-781. http://doi.org/10.1049/ietnbt.2016.0179.Sheykhbaglou R., Sedghi M., Fathi-Achachlouie B. The effect of ferrous nano-oxide particles on physiological traits and nutritional compounds of soybean (Glycine max L.) seed // Anais da Academia Brasileira de Ciências (Annals of the Brazilian Academy of Sciences). 2018. Vol. 90, no. 1. P. 485–494. http://doi.org/10.1590/0001-3765201820160251.Sheykhbaglou R., Sedghi M., Fathi-Achachlouie B. The effect of ferrous nano-oxide particles on physiological traits and nutritional compounds of soybean (Glycine max L.) seed. Anais da Academia Brasileira de Ciências (Annals of the Brazilian Academy of Sciences). 2018;90(1):485-494. http://doi.org/10.1590/0001-3765201820160251.Yoon H., Kang Y.-G., Chang Y.-S., Kim J.-H. Effects of zerovalent iron nanoparticles on photosynthesis and biochemical adaptation of soil-grown Arabidopsis thaliana // Nanomaterials. 2019. Vol. 9, no. 11. P. 1543–1545. http://doi.org/10.3390/nano9111543.Yoon H., Kang Y.-G., Chang Y.-S., Kim J.-H. Effects of zerovalent iron nanoparticles on photosynthesis and biochemical adaptation of soil-grown Arabidopsis thaliana. Nanomaterials. 2019;9(11):1543-1545. http://doi.org/10.3390/nano9111543.Haydar M.S., Ghosh S., Manda l.P. Application of iron oxide nanoparticles as micronutrient fertilizer in mulberry propagation // Journal of Plant Growth Regulation. 2022. Vol. 41. P. 1726–1746. https://doi.org/10.1007/s00344-021-10413-3.Haydar M.S., Ghosh S., Manda l.P. Application of iron oxide nanoparticles as micronutrient fertilizer in mulberry propagation. Journal of Plant Growth Regulation. 2022;41:1726-1746. https://doi.org/10.1007/s00344-021-10413-3.Rui M., Ma C., Hao Y., Guo J., Rui Yu., Tanget X., et al. Iron oxide nanoparticles as a potential iron fertilizer for peanut (Arachis hypogaea) // Frontiers in Plant Science. 2016. Vol. 7. P. 1–10. http://doi.org/10.3389/fpls.2016.00815.Rui M., Ma C., Hao Y., Guo J., Rui Yu., Tanget X., et al. Iron oxide nanoparticles as a potential iron fertilizer for peanut (Arachis hypogaea). Frontiers in Plant Science. 2016;7:1-10. http://doi.org/10.3389/fpls.2016.00815.Муродова С.С., Давранов К.Д. Комплексные микробные препараты. Применение в сельскохозяйственной практике // Biotechnologia Acta. 2014. Т. 7. N 6. С. 92–101.Murodova S.S., Davranov K.D. Complex microbial preparations. The application in agricultural practice. Biotechnologia Acta. 2014;7(6):92-101.Петрова С.Н., Парахин Н.В. Микробные препараты как способ формирования эффективных растительно-микробных систем // Зернобобовые и крупяные культуры. 2013. N 2. С. 86–91.Petrova S.N., Parakhin N.V. Microbial biofertilysers – the way of formation of effective plant-microbial systems. Zernobobovye i krupyanye kul’tury = Legumes and Groat Crops. 2013;2:86-91. (In Russian).Пат. N 2428405, Российская Федерация, C05F 11/02. Способ получения жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия / Г.Ю. Рабинович, Н.В. Фомичева, Ю.Д. Смирнова; заявитель и патентообладатель Государственное научно-исследовательское учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования мелиорированных земель. Заявл. 10.02.2010; опубл. 10.09.2011. Бюл. N 25.Rabinovich G.J., Fomicheva N.V., Tikhomirova D.V. Method of producing liquid-phase biological agent for crop growing and agriculture. Patent RF, no. 2428405; 2011. (In Russian).Любимова Н.А., Рабинович Г.Ю. Влияние магнийсодержащего биосредства на всхожесть и биометрические параметры проростков льна-долгунца // Достижения науки и техники АПК. 2022. Т. 36. N 9. С. 37–42. http://doi.org/10.53859/02352451_2022_36_9_37.Lyubimova N.A., Rabinovich G.Yu. Influence of a magnesium-containing biological product on the germination and biometric parameters of fibre flax seedlings. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology in Agro-Industrial Complex. 2022;36(9):37-42. (In Russian). http://doi.org/10.53859/02352451_2022_36_9_37.Kuang Y., Wang Q., Chen Z., Megharaj M., Naidu R. Heterogeneous Fenton-like oxidation of monochlorobenzene using green synthesis of iron nanoparticles // Journal of Colloid and Interface Science. 2013. Vol. 410. P. 67–73. http://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.08.020.Kuang Y., Wang Q., Chen Z., Megharaj M., Naidu R. Heterogeneous Fenton-like oxidation of monochlorobenzene using green synthesis of iron nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science. 2013;410:6773. http://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.08.020.Anu Y., Vijay M.D. Camellia sinensis mediated synthesis of iron nanoparticles and its encapsulation for decolorization of dyes // BioChemistry: An Indian Journal. 2016. Vol. 10, no. 1. P. 20–29.Anu Y., Vijay M.D. Camellia sinensis mediated synthesis of iron nanoparticles and its encapsulation for decolorization of dyes. BioChemistry: An Indian Journal. 2016;10(1):20-29.Asghar M.A., Zahir E., Shahid S.M., Khan M.N., Asghar M.A., Iqbal J., et al. Iron, copper and silver nanoparticles: green synthesis using green and black tea leaves extracts and evaluation of antibacterial, antifungal and aflatoxin B1 adsorption activity // LWT – Food Science and Technology. 2018. Vol. 90. P. 98– 107. http://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.12.009.Asghar M.A., Zahir E., Shahid S.M., Khan M.N., Asghar M.A., Iqbal J., et al. Iron, copper and silver nanoparticles: green synthesis using green and black tea leaves extracts and evaluation of antibacterial, antifungal and aflatoxin B1 adsorption activity. LWT – Food Science and Technology. 2018;90:98-107. http://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.12.009.Преч Э., Бюльман Ф., Аффольтер К. Определение строения органических соединений. Таблицы спектральных данных: монография / пер. с англ. М.: Мир, 2006. 439 с.Pretsch E., Bühlmann P., Affolter Ch. Structure determination of organic compounds. Tables of spectral data; 2000. 421 p. (Russ. ed.: Prech E., Byul’man F., Affol’ter K. Opredelenie stroeniya organicheskikh soedinenii. Tablitsy spektral’nykh dannykh: monografiya. Moscow: Mir; 2006. 439 p.).Сильверстейн Р., Вебстер Ф., Кимл Д. Спектрометрическая идентификация органических соединений: монография / пер. с англ. М.: Лаборатория знаний, 2011. 557 с.Silverstein R., Webster F., Kiml D. Spectrometric identification of organic compounds; 1996. 482 p. (Russ. ed.: Sil’verstein R., Vebster F., Kiml D. Spektrometricheskaya identifikatsiya organicheskikh soedinenii: monografiya. Moscow: Laboratoriya znanii; 2011. 557 p.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.