Биологические эффекты золотых и серебряных наночастиц

В настоящее время стало очевидным значение низкомолекулярных регуляторов в индукции системной устойчивости у растений. При этом центральная роль отводится салициловой кислоте, способной повышать устойчивость растений как к биотическим, так и к абиотическим стрессам в концентрации 10−3-10−5 М [11].

Стимуляторы роста растений в настоящее время приобретают все большую популярность. Они способствуют приросту урожайности различных сельскохозяйственных культур, повышению качества сельхозпродукции. В качестве стимуляторов роста в сельском хозяйстве используют как индивидуальные соединения, так и композиции, содержащие в своем составе ростостимулирующие вещества.

Одним из наиболее распространенных стимуляторов роста растений является янтарная кислота, которую используют в виде водного раствора оптимальной концентрации 10−4-10−5 М. Уменьшение концентрации до 10−6-10−7 М снижает ростостимулирующую способность янтарной кислоты до уровня контрольных опытов.

Для повышения устойчивости растений к болезням применяется композиция на основе водных растворов хитозана, в которой в качестве регуляторов роста растений содержатся гетероауксин, янтарная и молочная кислоты или их смесь с глутаминовой кислотой в концентрации 10−7-5Ч10−7 и 4Ч10−7-0.5Ч10−4 М, соответственно.

Имеется средство, одновременно стимулирующее рост растений и повышение их устойчивости к засухе, которое включает янтарную, малеиновую, фумаровую и муравьиные кислоты, 2(5Н) — фуранон и в-формилакриловую кислоту. Данное средство используют в виде водных растворов с оптимальной концентрацией — 10−7 М. Показан способ стимулирования проращивания огурцов, в котором используют водный раствор фракции эфирорастворимых веществ отбельных сточных вод сульфатцеллюлозного производства в концентрации 10−2-10−7 М [17].

Широким спектром действия на различные растения обладает препарат фуролан-(2-фурил-2)-1,3-диоксалан в концентрации 4−6 г на гектар [11]. Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б) используется в качестве стимулятора роста льна и томатов с оптимальной концентрацией 10−11−10−15 М [17].

Наряду с этими, и некоторым другими, уже давно и широко применяемым стимуляторам роста растений, в последнее время начинают использовать ЗНЧ и СНЧ.

В работе Arora с соавт. [20] изучали влияние ЗНЧ на рост и урожайность горчицы сарептской (Brassica juncea (L.)) в полевом эксперименте. Растения опрыскивали растворами с различной концентрацией ЗНЧ. Наличие ЗНЧ в тканях растения определяли с помощью атомно-абсорбционной спектроскопии. Авторы отмечают, что такой способ применения ЗНЧ положительно сказался на ростовых характеристиках (высота и диаметр стебля, количество листьев и побегов) и урожайности горчицы в целом.

При исследовании влияния на ранние стадии онтогенеза рапса (Brassica napus (L.)) было установлено, что СНЧ существенно стимулировали нарастание массы корней и стеблей, при этом было отмечено некоторое снижение энергии прорастания и всхожести семян [5]. В то же время, показано заметное ускорение прорастания и роста саженцев при обработке СНЧ семян Boswellia ovalifoliolata (N.P. Balakr & A.N. Henry) [77].

Интересные данные представлены в работе Judy с соавт. [47], в которой методами масс-спектрометрии и рентгеновской флуоресценции исследовали проникновение ЗНЧ различных размеров (5, 10 и 15 нм) в ткани табака (Nicotiana tabacum L. cv Xanthi). Было показано присутствие ЗНЧ в листьях табака, более того, наночастицы были обнаружены в тканях табачного бражника (Manduca sexta), питающегося листьями этого растения. Табак (Nicotiana xanthi) был использован Sabo-Attwood с соавт. [75] для изучения проникновения ЗНЧ в различные ткани растения и их возможной токсичности. С помощью синхротронного рентгеновского микроанализа и трансмиссионной электронной микроскопии высокого разрешения авторы показали, что 3.5-нм ЗНЧ проникают в растения через корни и перемещаются по сосудистой системе. Агрегаты 18-нм ЗНЧ были обнаружены только в цитоплазме клеток корня. Через 14 дней воздействия 3.5-нм ЗНЧ на растения авторы наблюдали некротические повреждения листьев.

Взаимодействию наночастиц с высшими растениями посвящены недавние обзоры [26, 35, 78, 88, 89], с водорослями — [61, 69]. Оказалось, что водоросли (особенно одноклеточные, в частности, Dunaliella salina (Teod.)) представляются удобным модельным объектом для изучения воздействия ЗНЧ и СНЧ на живые клетки [3, 40].

Syu с соавт. [85] продемонстрировали влияние формы и размера СНЧ на экспрессию генов фитогормонов и развитие проростков арабидопсиса, причем эффект был концентрационно-зависимым. СНЧ индуцировали экспрессию гена ауксин-зависимого фактора транскрипции, гена одного из ключевых ферментов синтеза абсцизовой кислоты. Кроме того, СНЧ «выключали» эффект предшественника синтеза этилена (АЦК, аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты) на ингибирование роста корней у проростков арабидопсиса, а также уменьшали экспрессию гена синтеза АЦК (ACS7) и его конверсии в этилен (ACO2). Авторы [85] сделали вывод, что СНЧ работают на уровне рецепции этилена и отрицательно влияют на его биосинтез. Известно, что ионы серебра эффективно ингибируют биосинтез этилена — фитогормона, регулирующего процессы стресса, старения (созревания) и др., в то время как ионы золота не влияют на биосинтез и сигналинг этилена [27, 54].

Данные о влиянии металлических наночастиц на различные растения систематизированы в таблице. Противоречивые (зачастую противоположные) данные, приведенные в таблице, объясняются на наш взгляд, различными условиями экспериментов: размерами и зарядами наночастиц, вводимыми дозами, длительностью наблюдения и др.