Биосинтез наночастиц металлов и их апробация на семенах льна-долгунца

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.

1. 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. Vol. 10, no. 6. P. 063011– 06321. http://doi.org/10.1149/2162-8777/ac07f8.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

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.

7. Иванищев В.В. Роль железа в биохимии растений // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. 2019. N 3. C. 149–159.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Муродова С.С., Давранов К.Д. Комплексные микробные препараты. Применение в сельскохозяйственной практике // Biotechnologia Acta. 2014. Т. 7. N 6. С. 92–101.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. Преч Э., Бюльман Ф., Аффольтер К. Определение строения органических соединений. Таблицы спектральных данных: монография / пер. с англ. М.: Мир, 2006. 439 с.

24. Сильверстейн Р., Вебстер Ф., Кимл Д. Спектрометрическая идентификация органических соединений: монография / пер. с англ. М.: Лаборатория знаний, 2011. 557 с.