Телефон: +7 (383)-235-94-57

ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ОГУРЦА

Опубликовано в журнале: Менделеев №3(7)

Автор(ы): Смирнова Анастасия Андреевна, Никифорова Татьяна Евгеньевна, Афонина Ирина Алексеевна, Петрова Мария Викторовна

Рубрика журнала: Органическая химия

Статус статьи: Опубликована 25 марта

DOI статьи: 10.32743/2658-6495.2020.3.7.267

Библиографическое описание

Смирнова А.А., Никифорова Т.Е., Афонина И.А., Петрова М.В. [и др.] ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ОГУРЦА // Менделеев: эл.научный журнал. –2020 – №3(7). URL: https://mendeleevjournal.ru/archive/7/267 (дата обращения: 12.07.2020). DOI: 10.32743/2658-6495.2020.3.7.267

Смирнова Анастасия Андреевна

студент 2-го курса магистратуры, Ивановский государственный химико-технологический университет,

РФ, г. Иваново

Никифорова Татьяна Евгеньевна

д-р хим. наук, проф., Ивановский государственный химико-технологический университет,

РФ, г. Иваново

Афонина Ирина Алексеевна

студент 4-го курса, Ивановский государственный химико-технологический университет,

РФ, г. Иваново

Петрова Мария Викторовна

инженер, Ивановский государственный химико-технологический университет,

РФ, г. Иваново

 

EFFECT OF SILVER NANOPARTICLES ON CUCUMBER SEED GERMINATION

 

Anastasia Smirnova

second-year master student at ISUCT,

Russia, Ivanovo

Tatiana Nikiforova

doctor of science, professor of ISUCT,

Russia, Ivanovo

Irina Afonina

fourth-year student at ISUCT,

Russia, Ivanovo

Maria Petrova

engineer of ISUCT,

Russia, Ivanovo

 

АННОТАЦИЯ

Синтезированы золи наночастиц серебра с аскорбиновой кислотой, экстрактом одуванчика и глюкозой. Биологическим методом с помощью фитотеста был осуществлен анализ всхожести семян огурца. Тест зафиксировал увеличение скорости прорастания семян в присутствии наночастиц серебра, а также интенсивность роста корней и побегов по сравнению с контрольным образцом (в питательной среде данного образца отсутствуют наночастицы). В ходе эксперимента были сняты спектры поглощения золей с использованием поливинилпирролидона как стабилизатора.

ABSTRACT

Silver nanoparticles ashes with ascorbic acid, dandelion extract and glucose are prepared. Analysis of cucumber seed germination by biological method using phytotest procedure was carried out. The test allows to observe an increase in seed germination in the presence of silver nanoparticles, as well as the growth of roots and shoots compared to the control sample that does not contain nanoparticles. In the course of the work, the absorption spectra of silver nanoparticles ashes using polyvinyl pyrrolidone as a stabilizer were obtained.

 

Ключевые слова: синтез наночастиц серебра, фитостимулирующий эффект, процедура фитотеста, биологический эффект.

Keywords: synthesis of silver nanoparticles, phyto-stimulating effect, phytotest procedure, biological effect.

 

В течение последних десяти лет развития научной сферы деятельности особое внимание было уделено нанотехнологии, а точнее синтезу и применению наночастиц (НЧ). Наночастицы– изолированные твердофазные объекты размером не более 100 нм хотя бы в одном измерении, отличающиеся уникальными физико-химическими и оптическими свойствами [2, с. 5].

Серебро – активный антимикробный агент, присутствует в качестве микроэлемента в живых организмах для их нормального функционирования. Наночастицы серебра отличаются от ионов серебра большой площадью поверхности, из-за чего бактерицидная и антивирусная характеристики ионов благородного металла во много раз уступают вышеперечисленным свойствам наноформ серебра [10, c. 201]. На сегодняшний день наночастицы серебра ежегодно производят в количестве более 800 тонн и активно применяют во многих областях производства, медицины и косметологии [5,c.607].

Исследования в области применения нанотехнологий для проращивания семян растений или генетической модификации активно ведутся до сих пор [12, с. 3]. Наночастицы характеризуются легкостью взаимодействия с растительными клетками именно за счет высокого отношения площади их поверхности к объему [13, с. 39].

При рассмотрении данной темы стоит учитывать различия влияния наночастиц серебра на развитие и метаболизм растений в зависимости от вида растений и характеристик действующего нанообъекта [12, c. 1167]. Накопление и воздействие наночастиц на растения сильно зависят от размера, формы, площади поверхности, концентрации, метода синтеза (химического, физического или биосинтеза), использования растворителей, а также стадии развития растений и химической среды растительной клетки [11, с. 32].

Высокая каталитическая активность наночастиц серебра способствует интенсификации активных форм кислорода (АФК), вызывающих окислительный стресс [3, c. 13]. Окислительный стресс в растительной клетке приводит к активации собственных антиоксидантных процессов. Большие концентрации высвобожденных ионов серебра из НЧ внутри растительной клетки могу привести к токсическому действия наноформ серебра на семена (предельно допустимая концентрация серебра — 0,05 мг/л).Поливинилпирролидон, выступая в качестве стабилизатора НЧ, снижает вероятность возникновения токсикоэффекта[14, с. 2].

Целью данной работы являлся синтез наночастиц серебра биологическим методом и оценка влияния наночастиц серебра на прорастание семян огурца.

Экспериментальная часть. Синтез наночастиц серебра был выполнен с использованием в качестве восстановителя аскорбиновой кислоты, экстракта одуванчика и раствора глюкозы. Для приготовления золя наночастиц серебра с концентрацией 500 мг/л готовили раствор AgNO3 (раствор А) с необходимой концентрацией ионов серебра, а также раствор аскорбиновой кислоты (раствор В), который раствором аммиака доводили до рН 10,5. Молярное отношение аскорбиновой кислоты к соли серебра составляло 1:5. Далее раствор А смешивали с раствором В, в качестве стабилизатора использовали поливинилпирролидон (ПВП). Все этапы были выполнены при комнатной температуре. Аналогичным образом получали золь наночастиц серебра с использованием экстракта одуванчика/раствора глюкозы (раствор В).Концентрация наночастиц серебра в полученных золях составляла 500 мг/л. Для оценки фитотоксичности раствор AgNO3 в количестве 500 мг/л разбавляли дистиллированной водой до концентрации 250 мг/л и 125 мг/л.

В каждую чашку Петри помещали губчатую подложку, на нее фильтровальную бумагу, добавляли 20 мл тестовой среды. После этого семена были размещены на фильтровальной бумаге с расстоянием между каждым семенем не менее 10 мм. Чашку Петри закрывали и помещали в темное место на 5 дней при температуре 25±1°С[9, с. 21].

Результаты и обсуждение. С целью изучения возможности применения нетрадиционных восстановителей, в работе был использован гидролизат корня одуванчика лекарственного, так как в состав его корней входят полисахариды, прежде всего, фруктозаны и инулин, а также фруктоза, сахароза, небольшие количества смол и слизей, различные флаваноиды, терпеноиды, фенольные кислоты [6, с. 207; 8, пат].

В ходе работы были сняты спектры поглощения золей наночастиц серебра, позволяющие оценить размеры получаемых наночастиц (рис. 1, табл. 1). 

 

Рисунок 1. Спектры поглощения золей наночастиц серебра с аскорбиновой кислотой (1), экстрактом одуванчика (2) и глюкозой (3)

 

На рис. 1 представлены спектры поглощения золей наночастиц серебра в интервале длин волн 350-500 нм. Спектры поглощения всех золей имеют интенсивные пики в области 420-450 нм. Известно, что при 420 нм поглощают частицы диаметром от 20 до 40 нм [8].

Кроме того, для наночастиц диаметром до 40 нм свойственна желтая окраска золя. При увеличении начальной концентрации нитрата серебра наблюдалось изменение окраски золя от светло-желтой до желтой. Данное изменение цвета связано с увеличением количества образующихся наночастиц серебра.

Таблица 1.

Влияние метода синтеза золя наночастиц Ag на рост корней огурца

Метод

Концентрация раствора AgNO3, мг/ л

Стимулирующий или ингибирующий эффект, %

Примечание

250

125

Средняя длина корня, мм

Биологический

(с аскорбиновой кислотой)

58,83

59,71

+ 8,82

Увеличение всхожести семян и увеличение длины корней растения

Биологический

(с экстрактом одуванчика)

56,26

57,11

+4,08

Увеличение всхожести семян и увеличение длины корней растения

Биологический

(с глюкозой)

42,38

43,96

- 19,88

Снижение всхожести семян

Контрольный (вода)

54,87

Наблюдается рост корней растения

 

Контрольный образец и образец, полученный в ходе процедуры фитотеста, с проросшими семенами огурца представлен на рис. 2 и 3.

 

Рисунок 2. Контрольный образец

Рисунок 3. Образец с проросшими семенами огурца

Оценка длины корней, выросших из семян при 7-дневной инкубации тестовых образцов, проводилась путем измерения в программе ImageJ. Было отмечено, что биологический метод получения наночастиц как с аскорбиновой кислотой, так и с экстрактом одуванчика, положительно влияет на рост корней огурца, в отличие от метода получения наночастиц с глюкозой[1, с. 15].

Нужно иметь ввиду, что прорастание семян и рост проростков зависят от количества воды в почве. Одним из главных факторов, влияющих на поступление воды в растение, является концентрация солей в растворе, а именно, разность между осмотическими давлениями клеточного сока и солевого раствора [4, с. 12].

Рост корней наблюдался при концентрации золей 125 и 250 мг/л, полученных с аскорбиновой кислотой и экстрактом одуванчика, однако, более интенсивный рост корней отмечался при концентрации золя 125 мг/л. В обоих случаях у образца появились листочки. Результаты исследования свидетельствуют о том, что суспензии наночастиц, полученные биологическим способом с аскорбиновой кислотой или с экстрактом одуванчика, благоприятно влияют на рост корня огурца.

Распределение наночастиц по размерам было определено методом динамического светорассеяния. Образование наночастиц серебра больших размеров является характерным для суспензий, полученных с использованием реагентов природного происхождения.

Графики распределения наночастиц по размерам представлены на рис. 4-6.

  1. Биологический метод синтеза наночастиц серебра с аскорбиновой кислотой

 

Рисунок 4. Распределение по размерам наночастиц серебра, полученных методом биологического синтеза с аскорбиновой кислотой

 

Гидродинамические средние радиусы наночастиц серебра, полученных методом биологического синтеза с аскорбиновой кислотой, измеренные методом динамического светорассеивания, составили 4.78 нм, 25.03 нм и 151.10нм. Следует отметить, что доминирующую рольв этом методе играют частицы диаметром 151.10 нм.

  1. Биологический метод синтеза наночастиц серебра с экстрактом одуванчика

 

Рисунок 5. Распределение по размерам наночастиц серебра, полученных методом биологического синтеза с экстрактом одуванчика

 

Гидродинамические средние размеры наночастиц серебра, полученных методом биологического синтеза с экстрактом одуванчика, измеренные методом динамического светорассеивания, составили 14.44 нм и 75.86 нм.

  1. Биологический метод синтеза наночастиц серебра с глюкозой

 

Рисунок 6. Распределение по размерам наночастиц серебра, полученных методом биологического синтеза с глюкозой

 

Гидродинамические средние размеры наночастиц серебра, полученных методом биологического синтеза с аскорбиновой кислотой, измеренные методом динамического светорассеивания, составили 36.95 нм и 389.10 нм.

При сравнении представленных гистограмм распределения наночастиц серебра по размерам, полученных методом биологического синтеза с использованием различных «зеленых» реагентов, было обнаружено, что наиболее крупные частицы серебра были получены при синтезе с глюкозой, а самые мелкие – с аскорбиновой кислотой. Размер наночастиц серебра оказывает влияние на цвет золей: золи с крупными частицами имеют темную, серо-коричневую окраску, а золи с мелкими размерами частиц - желтую.

Настоящее исследование продемонстрировало, что воздействие AgNPs оказывает фитостимулирующее действие на прорастание семян огурца. Влияние наночастиц серебра на рост корней и листьев растения зависит от размера и концентрации AgNPs, что следует учитывать при использовании золей наночастиц серебра для стимулирования прорастания семян.

 

Список литературы:

  1. Гордеева И.В. Влияние низких концентраций раствора NaCl на прорастание семян Ордеум Вульгаре. //Международный научно-исследовательский журнал. № 12 (54), ч. 1, - Екатеринбург, 2016 – 167 с.
  2. ГОСТ Р (проект, первая редакция) Нанотехнологии. Термины и определения. // Стандартинформ –Москва, 2009. – 30 с.
  3. Дымкан Л.А., Щёголев С.Ю. Взаимодействие растений с наночастицами благородных металлов // Сельскохозяйственная биотехнология. №1,- Саратов,2017 – С. 13-24.
  4. Касаткин М.Ю., Коробко В.В., Степанов С.А. Практикум по физиологии растений. //Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, 2015 – 62 с.
  5. Козлова Е.С., Никифорова Т.Е. Внедрение наночастиц серебра в целлюлозную матрицу для получения упаковочных материалов для пищевых продуктов // T. 88. Вып. 4.– ЖПХ, 2015 – С. 607-615.
  6. Никифорова Т.Е., Смирнова А.А., Воинова М.С. Использование наночастиц серебра при разработке полимерных упаковочных и текстильных материалов. //"Текстильная химия: традиции и новации – 2019". Мельниковские чтения. Сборник научных статей. ИГХТУ– Иваново, 2019 – 338 с.
  7. Пат. 2611520 РФ, МПК С 01 G 5/00, B 22 F 9/24, B 01 J 19/00, B 82Y 40/00. Способ получения наночастиц серебра / Никифорова Т.Е., Козлова Е.С.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №2015142753; заявл. 07.10.2015; опубл. 27.02.2017, Бюл. № 6.
  8. Пат. 2708051 РФ, МПК С 1 51, B 01 J 19/00, B 82 В 3/00. С 12 N 15/63, B 22 F 9/24. Способ получения наночастиц серебра / Никифорова Т.Е., Смирнова А.А., Воинова М.С.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №2019100844; заявл. 10.01.2019; опубл. 03.12.2019, Бюл. № 34.
  9. Смирнова А.А., Строганова Ю.И., Афонина И.А., Никифорова Т.Е. Фитостимулирующий эффект наночастиц серебра на прорастание семян огурца. //Актуальные вопросы современной науки. Сборник статей по материалам международной научно-практической конференции (20 ноября 2019 г., г. Уфа), – НИЦ Вестник наукиЧ.1, – Уфа, 2019 – 237 с.
  10. Balu S., Andra S., Kannan S., Vidyavathy M. S, Muthalagu M. Facile synthesis of silver nanoparticles with medicinal grass and its biological assessment // Materials Letters 259 (2020) 126900.
  11. Barbasz, A., Kreczmer, B., Oćwieja, M. How the surface properties affect nanocytotoxicity of silver? Study of the three types of nanosilver on two wheat varieties //ActaPhysiol,– Plant., 2018, – p. 31– 40.
  12. Singh A., Talat M., Singh D., Srivastava O.N. Biosynthesis of gold and silver nanoparticles by natural precursor clove and their functionalization with amine group / A. Singh, M. Talat, D. Singh, O. N. Srivastava // Journal of Nanoparticle Research. V. 12 (5),– 2010. –p. 1667 – 1675.
  13. Rani P.U., Yasur J., Loke K.S. Effect of synthetic and biosynthesized silver nanoparticles on growth, physiology and oxidative stress of water hyacinth: Eichhorniacrassipes (Mart) Solms. Acta Physiol. – Plant., 2016,– 38-58.
  14. Tymoszuk A, Miler N. Silver and gold nanoparticles impact on in vitro adventitious organogenesis in chrysanthemum, gerbera and Cape Primrose. // J. ScientiaHorticulturae 257, – 2019, – p. 1-10.