пїњ

¬Ћ»яЌ»≈ –ј«Ћ»„Ќџ’ ‘ќ–ћ ∆≈Ћ≈«ј Ќј ѕ–ќ–ј—“јЌ»≈ —≈ћяЌ TRITICUM AESTIVUM L

 удр€вцева ≈.ј., јнилова Ћ.¬.,  узьмин —.Ќ., Ўарыгина ћ.¬.
ќренбургский государственный университет E-mail: anilova.osu@mail.ru
¬Ћ»яЌ»≈ –ј«Ћ»„Ќџ’ ‘ќ–ћ ∆≈Ћ≈«ј Ќј ѕ–ќ–ј—“јЌ»≈ —≈ћяЌ TRITICUM AESTIVUM L.
—тать€ посв€щена исследованию вли€ни€ различных форм железа на прорастание сем€н Triticum aestivum L. ¬ы€влено вли€ние наночастиц магнетита на всхожесть, длину побегов и количество корней пшеницы.
 лючевые слова: железо, наночастицы, посевные качества сем€н.
∆елезо - один из самых распространенных в природе элементов. ¬ земной коре его массова€ дол€ составл€ет 5,1 %, и оно уступает лишь кислороду, кремнию и алюминию. ∆елезо входит в состав растени€ в количестве 0,08%. ќно поступает в растени€ в виде Fe3+, а транспортируетс€ в листь€ по ксилеме в виде цитрата железа (III). –оль железа в большинстве случаев св€зана с его способностью переходить из окисленной формы ^е3+) в восстановленную ^е2+) и обратно.
Ќаножелезо обладает высокой степенью биодоступности, что свидетельствует о его альтернативном использовании на живых системах [1, 2, 3]. ∆елезо входит в состав каталитических центров многих окислительновосстановительных ферментов. ¬ виде геми-новой группировки оно входит в состав таких ферментов, как цитохромы, цитохромоксида-за, нитратредуктаза, нитритредуктаза, легге-моглобин, каталаза и пероксидаза. ÷итохром-на€ система €вл€етс€ необходимым компонентом дыхательной и фотосинтетической элек-тронтранспортной цепи. ¬ силу этого при недостатке железа тормоз€тс€ оба этих важнейших процесса [4].
∆елезо так же необходимо дл€ образовани€ хлорофилла. ѕри этом железо катализирует образование предшественников хлорофилла 5-аминолевулиновой кислоты и протопор-фиринов. ѕредполагают, что железо играет роль в образовании белков хлоропластов. ѕри недостатке железа нет условий дл€ образовани€ таких важнейших компонентов хлороплас-тов, как цитохромы, ферредоксин и некоторые другие. ¬озможно, это вли€ет на образование хлорофилла.  роме того, целый р€д ферментов содержит железо в негемовой форме. ¬ хлоропластах железо в негемовой форме входит в состав реакционных центров фотосистем I и II.
—одержание железа в почвах варьирует в пределах 2-3 % от ее массы. ќднако больша€ часть минеральных соединений железа находитс€ в почвах в недоступной форме.
¬несение железа в почву не приводит к ожидаемому биологическому эффекту, что св€зано с быстрым его переходом в окисленную форму - недоступную дл€ растений. ¬ св€зи с вы€вленной биологической активностью соединений железа наиболее эффективными методами повышени€ урожайности культурных растений €вл€етс€ фолиарна€ подкормка растворами органических (в основном хелатов) или неорганических соединений железа. ¬ насто€щее врем€ актуальным вопросом €вл€етс€ использование различных форм железа (наноформа и ионна€) дл€ улучшени€ посевных качеств сем€н и повышени€ урожайности [5].
÷елью нашего исследовани€ €вилось сравнительное изучение биологической активности различных форм железа в тесте прорастани€ сем€н пшеницы “пйспт ав^иыт №.
ќбъекты и методы исследовани€
ќбъектом воздействи€ различных форм железа €вл€лись семена €ровой м€гкой пшеницы “пйспт ав^тыт №., не обработанные протравител€ми. ѕредназначенные дл€ проращивани€ семена предварительно прогревали при температуре 34 ∞— в течение 7 суток в термостате.
ѕри проведении исследовани€ использовали водные растворы наночастиц железа Fe0, сульфата железа (II) и сульфата железа (III), а также водные растворы синтезированных наночастиц магнетита Fe3O4, полученных действием гидрата аммиака на водный раствор смеси солей хлорида железа (III) и сульфата железа (II) при интенсивном перемешивании [6]. ѕолученную магнитную дисперсию центрифугировали при 2700 об/мин в течение 10
минут. ѕосле центрифугировани€ сливали супернатант и промывали осадок магнетита дистиллированной водой до отрицательной качественной реакции на сульфат ион с хлоридом бари€ и на хлорид ион с нитратом серебра.
ќпределение размера полученных частиц осуществл€ли в ÷ентре коллективного пользовани€ приборным оборудованием »нститута микро- и нанотехнологий ќ√”. ƒл€ этого водную суспензию полученных частиц, обработанную ультразвуком частотой 35 к√ц в источнике ванного типа Ђ—апфир ““÷ї (Ђ—апфирї, –осси€) помещали на подложку из слюды и исследовали на сканирующем атомно-силовом микроскопе ЂSMM-2000ї («јќ ѕротон-ћ»Ё“, –осси€) в режиме посто€нного контакта. ¬ процессе сканировани€ использовались стандартные кантилеверы дл€ контактной моды MSCT-AUNM (Park Scientific, —Ўј), жесткость используемых кантилеверов 0,03 N/m, толщина балок 0,6 мкм, ширина - 20 мкм, высота игл - 3 мкм, радиус закруглени€ игл - 10 нм.
ѕолученные частицы имеют слегка сплющенную шарообразную форму шириной от 50 до 80 нм и высотой от 4 до 10 нм (рисунок 1).
—успензию растворов наночастиц железа и магнетита с концентрацией по железу 2 г/л готовили, раствор€€ определенную навеску в дистиллированной воде и обрабатыва€ их ультразвуком в течение 15 минут. Ѕолее разбавленные растворы получали разбавлением дистиллированной водой. “аким образом, получали растворы с концентрацией по железу от 2 г/л до 0,125 г/л. –астворы сульфатов железа (II) и (III) готовили аналогично.
ѕодготовленные таким образом опытные и контрольные пробы оставл€ли при комнатной температуре на проращивание. ѕовторность опыта п€тикратна€. Ќа седьмые сутки смотрели всхожесть зерновых культур, проводили оценку сформированности побегов и корневых систем растений, рассчитыва€ средние значени€ высоты побегов, длины и количества корней дл€ каждого варианта опыта.
–езультаты исследовани€
»нкубаци€ сем€н Triticum aestivum в растворе сульфата железа (II) с концентрацией 1 г/л по железу приводит к снижению процессов роста, однако, концентраци€ 0,5 г/л приводит к увеличению всхожести сем€н на 10%, а при
0,125 г/л до 70 %. ¬ растворе сульфата железа (III) наблюдалось только снижение всхожести сем€н до 2,5 - 12,5% в зависимости от концентрации железа.
“аким образом, в среде сульфата трехвалентного железа всхожесть сем€н Triticum aestivum наименьша€.
ѕри воздействии наноформ железа всхожесть сем€н достигала своего максимума 95% и 90% при воздействии растворов 0,125 г/л Fe3O4 и 0,5 г/л Fe0 соответственно.
»зучение вли€ни€ различных форм и концентраций железа на морфометрические показатели проростков пшеницы показали сходную с всхожестью сем€н закономерность: сульфаты железа (II) и (III) в исследуемых концентраци€х подавл€ют развитие корневых систем и побегов.
ѕри этом максимальное подавление наблюдалось в варианте с раствором FeSO4 (0,125 г/ л). Ѕолее чем на 92,1% снизилась длина корней относительно контрольного варианта, на 76,2% количество корней, а длина побега на 51,2 %. Ќеобходимо отметить, что воздействие этого раствора FeSO4 на Triticum aestivum обеспечило наибольшую среди растворов с ионной формой железа всхожесть сем€н (70 %). ƒальнейшие наблюдени€ за проростками Triticum aestivum, контактирующими с раствором FeSO4 (0,125 г/л), показали замедление и прекращение роста на седьмые сутки эксперимента.
Ќаночастицы железа во всех исследуемых концентраци€х стимулировали развитие корневой системы и побегов Triticum aestivum. ћаксимальное увеличение значений морфометри-
/ € * jf v *
J JP' г ' J
$~ћ г
# ' # # р р
f
* р # * - ≥
ѓ 1 м
л 1 * #
1 pi г -≥-l JL 50Cl нэл
–исунок 1. Ёлектронна€ микрофотографи€ наночастиц магнетита, полученна€ на сканирующем атомно-силовом микроскопе <^ћћ-2000ї в режиме посто€нного контакта
ческих показателей было отмечено дл€ наночастиц магнетита Fe3O4 в концентраци€х 0,25 г/л (увеличение длины побега на 23,3 %) и 0,125 г/ л (увеличение длины коней растений на 68,6% и количества корней на 9,5 %). Ќаночастицы железа Fe0 не про€вл€ли столь значительного эффекта стимулировани€ роста и развити€ растений, так увеличение длины корн€ составило не более 33,4%, их количества - 19 %, а длины побегов не более чем на 17,4%.
¬ыводы
ѕолученные результаты исследовани€ позволили вы€вить два пол€рных эффекта воз-
действи€ растворов железа в зависимости от его формы и концентрации: фитотоксический и эффект стимулировани€ прорастани€ сем€н “пйсит ав^тит. —ульфаты железа (II) и (III) подавл€ют развитие организма растени€, снижа€ всхожесть сем€н и их морфометрические показатели. ѕри этом наноформы железа стимулируют процессы прорастани€ сем€н, что выразилось в увеличении морфометрических показателей и всхожести по сравнению с контрольным вариантом. Ќеобходимо отметить, что наночастицы магнетита Fe3O4 обладают большим стимулирующим воздействием по сравнению частицами наножелеза Fe0.
3.09.2012
–абота выполнена в рамках √осударственного задани€ ћинистерства образовани€ и науки –оссийской ‘едерации на проведение научно-исследовательских работ (Ўифр за€вки є 4.2979.2011 г.)
—писок литературы:
1. —ипайлова, ќ. ё. ¬ли€ние высокодисперсного порошка железа на морфофункциональное состо€ние селезенки (экспериментальное исследование) / ќ. ё. —ипайлова, —. ¬. Ћебедев, ≈. ј. —изова // ¬опросы биологической медицинской и фармацевтической химии. - 2011. - є 8. - —. 43-46.
2. Ћебедев —. ¬. —одержание т€желых металлов в кормовых культурах ќренбургской области / √. Ѕ. –одионова, ≈.
B.—альникова, ≈. ј.  удр€вцева // ћеждународное научное издание Ђ—овременные фундаментальные и прикладные исследовани€ї. - 2011. - є3. - —. 54-57.
3. —ипайлова ќ.ё. ћорфофункциональна€ характеристика печени крыс при интраперитонеальном введении наночастиц железа / ќ.ё.—ипайлова, √.». орнеев, ≈.ј. —изова // ћеждународное научное издание Ђ—овременные фундаментальные и прикладные исследовани€ї. - 2012. - є2. - 17-21.
4.  оваленко, Ћ.¬. Ѕиологически активные нанопорошки железа / Ћ.¬.  оваленко, √.Ё. ‘олманис. - ћ.: Ќаука. - 2006. -124 с.
5. James, T. Driessen Characterization and Properties of Metallic Iron Nanoparticles: Spectroscopy, Electrochemistry, and Kinetics /James T. Nurmi, Paul G. Tratnyek, Vaishnavi Sarathy, Donald R. Baer, James E. Amonette, Klaus Pecher, Chongmin Wang, John
C. Linehan, Dean W. Matson, R. Lee Penn, and Michelle D. - Department of Environmental and Biomolecular Systems, Oregon Health & Science University. - 2004.
6. √ервальд, ј.ё. —интез суперпарамагнитных наночастиц магнетита/ ј.ё. √ервальд, Ќ.». ѕрокопов, ё.ћ. Ўир€кина / / ¬естник ћ»“’“, 2010. - “. 5, - є3, - —. 45- 49.
—ведени€ об авторах:
Ўарыгина ћари€ ¬алерьевна, студентка кафедры общей биологии химико-биологического факультета ќренбургского государственного университета, e-mail: abigasha@mail.ru јнилова Ћюдмила ¬€чеславовна, доцент кафедры общей биологии химико-биологического факультета ќренбургского государственного университета, кандидат биологических наук,
e-mail: anilova.osu@mail.ru 460018, г. ќренбург, пр-т ѕобеды 13, ауд. 16214, тел. (3532) 372480  удр€вцева ≈лена јлександровна, преподаватель кафедры химии химико-биологического факультета ќренбургского государственного университета, e-mail: kudryavceva.elen@mail.ru  узьмин —ергей Ќиколаевич, студент кафедры химии химико-биологического факультета ќренбургского государственного университета, e-mail: alhimik-1990@mail.ru 460018, г. ќренбург, пр. ѕобеды, 13, ауд. 3334, тел. (3532) 372485
UDC 546.72
Sharygina M.V, Anilova L.V., Kudryavceva E.A., Kuzmin S.N.
Orenburg state university, е-mail: anilova.osu@mail.ru
INFLUENCE OF VARIOUS FORMS OF IRON ON GERMINATION OF SEEDS OF TRITICUM AESTIVUM
Article is devoted to research of influence of various forms of iron on germination and germination seeds, length of escapes and Triticum A wheat roots. Influence nano - and iron microparticles on these indicators is revealed and expediency of carrying out preseeding processing of seeds is shown by these solutions.
Key words: iron, nanoparticles, sowing qualities of seeds.

пїњ