Влияние наночастиц меди на рост каллусной культуры, полученной из незрелых зародышей Triticum aestivum L.

  • Юлия Викторовна Кирисюк Брестский государственный университет им. А. С. Пушкина, бул. Космонавтов, 21, 224016, г. Брест, Республика Беларусь
  • Вадим Викторович Демидчик Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Республика Беларусь

Аннотация

Отмечено, что выброс металлсодержащих наночастиц в окружающую среду неуклонно растет, что связано с прогрессирующим их использованием в составе новых материалов и продуктов. По некоторым оценкам, в развитых странах мира концентрация отдельных металлсодержащих наночастиц может достигать 8–10 мг/л на 1 кг сырой почвы, а это обусловливает необходимость оценки их влияния на живые системы и в первую очередь на растения как доминирующую форму жизни на планете и важнейший восполняемый природный ресурс. Проанализировано влияние наночастиц меди, введенных в среду выращивания, на процессы каллусогенеза в незрелых зародышах Triticum aestivum L. Данная экспериментальная система позволяет протестировать воздействие наночастиц на рост регенеративных и защитных тканей растения. Определено, что введение в среду медных наночастиц в концентрации свыше 100 мг/л ингибирует формирование первичного каллуса и подавляет прорастание незрелых зародышей  пшеницы. Наночастицы меди значительно снижали удельную скорость роста и время удвоения биомассы каллусной культуры, данный эффект имел дозозависимый характер, усиливаясь при больших концентрациях их в среде. Макрочастицы меди вызывали меньшие по силе воздействия эффекты, чем наночастицы. Установлено, что наночастицы меди обладают высокой токсичностью и могут негативно влиять на развитие
регенеративных и защитных тканей растения.

Биографии авторов

Юлия Викторовна Кирисюк, Брестский государственный университет им. А. С. Пушкина, бул. Космонавтов, 21, 224016, г. Брест, Республика Беларусь

преподаватель кафедры зоологии и генетики биологического факультета.

Вадим Викторович Демидчик, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Республика Беларусь

доктор биологических наук, доцент; заведующий кафедрой клеточной биологии и биоинженерии растений биологического факультета.

Литература

  1. Lee W. M., An Y. J., Yoon H., et al. Toxicity and bioavailability of copper nanoparticles to the terrestrial plants mung bean (Phaseolus radiatus) and wheat (Triticum aestivum): plant agar test for water insoluble nanoparticles. Environ. Toxicol. Chem. 2008. Vol. 27, No. 9. P. 1915–1921.
  2. Mura S., Seddaiu G., Bacchini F., et al. Advances of nanotechnology in agro-environmental studies. IJA. 2013. DOI: 10.4081/ ija.2013.e18.
  3. Anjum N. A., Adam V., Kizek R., et al. Nanoscale copper in the soil-plant system – toxicity and underlying potential mechanisms. Environ. Res. 2015. Vol. 138. P. 306–325. DOI: 10.1016/j.envres.2015.02.019.
  4. Remedios C., Rosario F., Bastos V. Environmental nanoparticles interactions with plants: morphological, physiological, and genotoxic aspects. J. of Botany. 2012. ID 751686. DOI: 10.1155/2012/751686.
  5. Christian P., von der Kammer F., Baalousha M., et al. Nanoparticles: structure, properties, preparation and behaviour in environmental media. Ecotoxicology. 2008. Vol. 17, No. 5. P. 326–343.
  6. Gibaud S., Demoy M., Andreux J. P., et al. Cells involved in the capture of nanoparticles in hematopoietic organs. J. Pharm. Sci. 1996. Vol. 85. P. 944–950.
  7. Prabhu B. M., Ali S. F., Murdock R. C., et al. Copper nanoparticles exert size and concentration dependent toxicity on somatosensory neurons of rat. Nanotoxicology. 2010. Vol. 4, No. 2. P. 150–160.
  8. Atha D. H., Wang H., Petersen E. J., et al. Copper oxide nanoparticle mediated DNA damage in terrestrial plant models. Environ. Sci. Technol. 2012. Vol. 46, No. 3. P. 1819–1827.
  9. Gottschalk F., Nowack B. The release of engineered nanomaterials to the environment. J. Environ. Monitor. 2011. No. 13. P. 1145–1155. DOI: 10.1039/c0em00547a.
  10. Gottschalk F., Sonderer T., Scholz R. W., et al. Modeled environmental concentrations of engineered nanomaterials (TiO2, ZnO, Ag, CNT, fullerenes) for different regions. Environ. Sci. Technol. 2009. Vol. 43, No. 24. P. 9216–9222. DOI: 10.1021/es9015553.
  11. Gottschalk F., Sonderer T., Scholz R. W., et al. Possibilities and limitations of modeling environmental exposure to engineered nanomaterials by probabilistic material flow analysis. Environ. Toxicol. Chem. 2010. Vol. 29, No. 5. P. 1036–1048. DOI: 10.1002/ etc.135.
  12. Demidchik V. V., Sokolik A. I., Yurin V. M. The toxicity of excess copper and tolerance to it plants. Successes of modern biology. 2001. Vol. 12, No. 5. P. 511–525 (in Russ.).
  13. Marschner H. Mineral nutrition of higher plants. London, 1995.
  14. Bergmann W. Nutritional disorders of plants – development, visual and analytical diagnosis. Jena, 1992.
  15. Sukhanov V. M., Papazian N. D. Conditions for obtaining a callus and regenerated in the culture of immature embryos of wheat. Apomixis and cytoembryology plants. 1983. No. 5. P. 124–128 (in Russ.).
  16. Kruglova N. N., Katasonova A. A. Immature wheat embryo as the morphogenetically competent explant. Physiol. and biochem. of plants cult. 2009. Vol. 41, No. 2. P. 124–131 (in Russ.).
  17. Kruglova N. N. Periodization of wheat embryo germ for biotechnology research. Agrarian Russia. 2008. No. 3. P. 20–22 (in Russ.).
  18. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 1968. Vol. 15, No. 13. P. 473–497.
  19. Zagrebelnyi S. N. Biotechnology : in 2 parts. Novosibirsk, 2000. Part 1 : Cultivation of producers and cleaning products (in Russ.).
  20. Rokitsky P. F. Biological Statistics. Moscow, 1978 (in Russ.).
  21. Stampoulis D., Sinha S. K., White J. C. Assay-dependent phytotoxicity of nanoparticles to plants. Environ. Sci. Technol. 2009. Vol. 43, No. 24. P. 9473–9479.
  22. Santos A. R., Miguel A. S., Tomaz L., et al. The impact of CdSe/ZnS Quantum Dots in cells of Medicago sativa in suspension culture [Electronic resource]. 2010. URL: http://www.jnanobiotechnology.com/content/8/1/24 (date of access: 25.10.2016).
  23. Lin C., Fugetsu B., Su Y., et al. Studies on toxicity of multi-walled carbon nanotubes on Arabidopsis suspension cells. J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 170, No. 2/3. P. 578–583.
  24. Sosan A., Svistunenko D., Straltsova D., et al. Engineered silver nanoparticles are sensed at the plasma membrane and dramatically modify physiology of Arabidopsis thaliana plants. Plant J. 2016. Vol. 85, No. 2. P. 245–257.
Опубликован
2017-12-03
Ключевые слова: наночастицы меди, пшеница, незрелые зародыши, каллус
Поддерживающие организации Работа проводилась в рамках проектов «Установление роли запрограммированной клеточ- ной гибели в ответной реакции корня пшеницы на воздействие наночастиц меди» (2016–2018), № ГР 20163145 (научный руководитель – Ю. В. Кирисюк), и «Установление сигнальной роли экзогенного аскорбата в клетках корня высших растений» (2015–2017), № ГР 20151026 (научный руководитель – В. В. Демидчик), Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований. Работа также финансировалась Министерством об- разования Республики Беларусь и государственной программой научных исследований «Конвергенция-2020» в рамках подпрограммы «Объединение» (2016) по заданию «Разработка “зеленых” технологий синтеза наноча- стиц серебра на основе растительных экстрактов и тестирование их биоцидной активности» (научный руководи- тель – В. В. Демидчик).
Как цитировать
Кирисюк, Ю. В., & Демидчик, В. В. (2017). Влияние наночастиц меди на рост каллусной культуры, полученной из незрелых зародышей Triticum aestivum L. Экспериментальная биология и биотехнология, 1, 23-30. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/biology/article/view/2424
Выпуск
№ 1 (2017): Журнал Белорусского государственного университета. Биология
Раздел
Физиология и клеточная биология

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).