Producția și utilizarea nanoparticulelor de seleniu ca îngrășăminte
Serghei V. Gudkov
† Institutul de Fizică Generală Prokhorov RAS, strada Vavilova 38, Moscova 119991, Rusia
Georgy A. Shafeev
† Institutul de Fizică Generală Prokhorov RAS, strada Vavilova 38, Moscova 119991, Rusia
‡ Universitatea Națională de Cercetare Nucleară MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute), 31 Kashirskoe sh., Moscova 115409, Rusia
Alexey P. Glinushkin
§ Institutul de Cercetare pentru Fitopatologie All-Russia RAS, Big Vyazyomy, Regiunea Moscova 143050, Rusia
Alexey V. Shkirin
† Institutul de Fizică Generală Prokhorov RAS, strada Vavilova 38, Moscova 119991, Rusia
‡ Universitatea Națională de Cercetare Nucleară MEPhI (Institutul de Fizică Inginerie din Moscova), 31 Kashirskoe sh., Moscova 115409, Rusia
Ekaterina V. Barmina
† Institutul de Fizică Generală Prokhorov RAS, strada Vavilova 38, Moscova 119991, Rusia
Ignat I. Rakov
† Institutul de Fizică Generală Prokhorov RAS, strada Vavilova 38, Moscova 119991, Rusia
Alexandru V. Simakin
† Institutul de Fizică Generală Prokhorov RAS, strada Vavilova 38, Moscova 119991, Rusia
Anatoly V. Kislov
§ Institutul de Cercetare pentru Fitopatologie All-Russia RAS, Big Vyazyomy, Regiunea Moscova 143050, Rusia
Maxim E. Astashev
∥ Institutul de Biofizică Celulară RAS, str. Institutskaya 3, Pushchino, Regiunea Moscova 142290, Rusia
Vladimir A. Vodeneev
⊥ Institutul de Biologie și Biomedicină, Universitatea de Stat Lobachevsky din Nijni Novgorod, Prospekt Gagarina, 23 k.1, Nijni Novgorod 603950, Rusia
Valery P. Kalinitchenko
§ Institutul de Cercetare pentru Fitopatologie All-Russia RAS, Big Vyazyomy, Regiunea Moscova 143050, Rusia
# Institutul de Fertilitate al Solurilor din Rusia de Sud, str. Krivoshlykova, 2, Persianovka, Regiunea Rostov 346493, Rusia
Abstract
1. Introducere
Oligoelementul seleniu este indispensabil pentru funcționarea majorității creaturilor vii. 1 Se găsește în sol, apă, culturi, animale și alimente. 2 Conținutul de Se din sol variază foarte mult în întreaga lume. Conținutul de seleniu al solurilor variază foarte mult de la 0,005 la 1200 μg g –1 și cel mai frecvent între 0,1 și 10 μg g –1. 3−6 Concentrația de Se într-un organism viu individual depinde în mare măsură de consumul de Se. 7−9 Se nanoparticulele sporesc capacitatea de suprimare a bolii plantelor și manifestă proprietățile antifungice. 10.11
Se face parte din proteina mamiferelor, denumită în mod obișnuit selenoproteine. 12 Există 25 de selenoproteine cunoscute. Cel puțin 12 selenoproteine sunt enzime antioxidante implicate în mare parte în homeostazia redox a organismului împreună cu alți antioxidanți enzimatici. 13.14 Cele mai cunoscute proteine din acest gen sunt glutation peroxidaza (GSH-Pxs), tioredoxin reductaza (TrxR) și selenoproteina P (SePP). Ultima moleculă conține până la 10 atomi de Se. 15 Enzimele au o formă tetramerică și conțin o Se pe subunitate. 16 Selenoproteinele formează o barieră antioxidantă pentru protecția organismelor împotriva efectului dăunător al metabolismului celular produse nocive, inclusiv specii reactive de oxigen. 17,18 Enzimele descompun peroxidul de hidrogen și hidroperoxizii organici, protejând țesutul de deteriorarea oxidativă. 19 TrxR-urile sunt implicate în determinarea și semnalizarea potențialului redox celular. SePP este un antioxidant extracelular. 20 Activitatea selenoproteinei depinde de concentrația de Se în țesuturi.
Această lucrare este o dezvoltare a studiilor noastre anterioare. 26−29 S-a discutat despre tehnologia de producere a nanoparticulelor cu stare zero valentă. Nanoparticulele cu stare zero valentă au fost investigate ca îngrășăminte și antioxidanți. Se discută problema sinergiei care leagă nanoparticulele de Se și reducerea stresului oxidativ al plantelor. 15,30,31 Studiul are un accent sinergic. Acesta a deschis posibilitatea nu numai de a produce, ci și de a aplica nanoparticulele în stare zero valentă Se bazate pe metodologia Biogeosystem Technique (BGT *) pentru îmbunătățirea pe termen lung a sistemului solului și pentru o eficacitate agricolă mai mare a nanoparticulelor de Se. 32
Obiectivele cercetării sunt după cum urmează: Studiu cu starea zero-valentă a nanoparticulelor Se, tehnologia nanoparticulelor Se de ablație cu laser în dezvoltarea apei, studiul experimental al influenței nanoparticulelor Se asupra creșterii plantelor și aplicarea eficientă a nanoparticulelor Se prin intermediul BGT * metodologie.
2. Rezultate și discuții
2.1. Vezi Proprietățile nanoparticulelor
(a) Funcția de distribuție a masei particulelor de Se în funcție de timpul de fragmentare cu laser. Timpul de fragmentare este indicat în apropierea fiecărei curbe de distribuție, min; (b) Vedere TEM a nanoparticulelor Se după fragmentarea laserului, bară la scară 200 nm.
Modele de difracție cu raze X ale nanoparticulelor Se. (a) Se găsesc nanoparticule obținute direct după ablația cu laser și uscate la temperatura camerei în aerul atmosferic; (b) particule mari de Se sedimentate.
2.2. Vezi Efectul nanoparticulelor asupra plantelor
Efectul nanoparticulelor de Se la diferite concentrații asupra dezvoltării plantelor a fost studiat folosind camera climatică. S-a dezvăluit că nanoparticulele Se nu au afectat în mod semnificativ creșterea plantelor în condiții climatice artificiale neschimbate în primele 10 zile de organogeneză (Figura Figura 3). Creșterea și habitatul plantei au fost puțin mai bune cu o doză de nanoparticule de Se de 10 μg kg –1. Pentru o evaluare mai completă, am calculat suprafața plăcii frunzelor plantei utilizând software-ul Green Image. Cea mai mare diferență de indicatori a fost înregistrată într-un experiment realizat în a 30-a zi de la începutul creșterii plantelor. Suprafața plăcii frunzei plantei a fost de 30 ± 2 cm 2 în opțiunea de control a experimentului. Suprafața plăcii frunzei a plantelor crescute la o concentrație de nanoparticule Se de 1 μg kg –1 a fost de aproximativ 32 ± 3 cm 2 și în mod corespunzător suprafața plăcii frunzei pentru 5 μg kg –1 a fost de 37 ± 2 cm 2, 10 μg kg –1 a fost de 38 ± 3 cm 2 și 25 μg kg –1 a fost de 28 ± 4 cm 2 .
(a, b) Răsaduri de ridiche (Raphanus sativus var. sativus) și (c, d) răsaduri de rucola (Eruca sativa) cultivate pe sol intact (opțiune de control, mai întâi în stânga); sol suplimentat cu nanoparticule de Se la concentrații de 1 μg kg –1 (al doilea din stânga); 5 μg kg –1 (în mijloc); 10 μg kg –1 (al doilea din dreapta); și 25 μg kg –1 (prima dreapta); (a, c) 5 zile după plantare; (b, d) la 10 zile de la plantare.
Răsaduri de ridiche (Raphanus sativus var. Sativus) la 20 de zile de la plantare: (a) cultivate pe sol intact; (b) crescute pe sol cu nanoparticulele Se adăugate la o concentrație de 1 μg kg –1; (c) crescute pe sol cu nanoparticulele Se adăugate la o concentrație de 5 μg kg –1; (d) crescute pe sol cu nanoparticulele Se adăugate la o concentrație de 10 μg kg –1; și (e) crescute pe sol cu nanoparticulele Se adăugate la o concentrație de 25 μg kg –1 .