ВЛИЯНИЕ ОКСИДА ГРАФЕНА НА РАСТЕНИЯ-РЕГЕНЕРАНТЫ ГИБРИДА ТОПОЛЬ БЕЛЫЙ × ОСИНА

Н.С. Стрекалова, О.В. Захарова, П.А. Баранчиков, А.А. Гусев

Скачать

№ 2 (42)

Экология

Сведения об авторах

Стрекалова Наталия Сергеевна – старший преподаватель кафедры биохимии и фармакологии Медицинского института

ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина», ул. Интернациональная, 33, г. Тамбов, Российская Федерация, 392000

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-6723-3074

e-mail: kotova-ns@yandex.ru

Захарова Ольга Владимировна – кандидат биологических наук, заведующая лабораторией перспективных химических технологий НИИ экологии и биотехнологии

ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина», ул. Интернациональная, 33, г. Тамбов, Российская Федерация, 392000

ORCID: http://orcid.org/0000-0001-8590-2529

e-mail: olgazakharova1@mail.ru

Баранчиков Петр Александрович – магистрант Института естествознания

ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина», ул. Интернациональная, 33, г. Тамбов, Российская Федерация, 392000

ORCID: http://orcid.org/0000-0003-0565-3724

e-mail: petrovi4-98@yandex.ru

Гусев Александр Анатольевич – доктор биологических наук, директор НИИ экологии и биотехнологии

ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина», ул. Интернациональная, 33, г. Тамбов, Российская Федерация, 392000

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-8699-9112

e-mail: nanosecurity@mail.ru

 

Аннотация: 

В работе проведено исследование влияния оксида графена на регенеранты гибрида тополь белый × осина при переносе их в нестерильные тепличные условия при клональном микроразмножении. Показано, что суспензия наноматериала в концентрации 1,5 мкг/л стимулировала прирост высоты растений гибрида тополь белый × осина, но также увеличивала количество увядших листьев. Увеличение концентрации наноматериала до 3 мкг/л вызывало негативное влияние на проростки. Количество выживших побегов снизилось на 17 % относительно контроля, высота растений уменьшилась на 25 %. Также наблюдалось уменьшение числа листьев и адаптированных микроклонов – адаптировалось 15 % растений против 55 % в контроле. Общее состояние проростков данной группы оценивалось только на 3 балла из 5. Анализ бинакопления оксида графена в органах растений не показал выраженных очагов скопления наноматериала. Таким образом, оксид графена оказывал разнонаправленное действие на развитие проростков гибрида тополь белый × осина. Результаты исследования могут быть использованы в ходе оценки экологической безопасности графеноподобных материалов по отношению к растениям, а также для совершенствования биотехнологии клонального микроразмножения лесных культур.

 

Ключевые слова: 

оксид графена, биологическое воздействие, древесные культуры, гибрид тополь белый × осина, бионакопление

 

Для цитирования: 

Влияние оксида графена на растения-регенеранты гибрида тополь белый × осина / Н. С. Стрекалова, О. В. Захарова, П. А. Баранчиков, А. А. Гусев // Лесотехнический журнал. – 2021. – Т. 11. – № 2 (42). – С. 35–47. – Библиогр.: c. 42–46 (32 назв.). – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2021.2/4.

 

Литература: 
  1. Jahan S., Yusoff I. B., Alias Y. B., Bakar A. F. B. A. Reviews of the toxicity behavior of five potential engineered nanomaterials (ENMs) into the aquatic ecosystem. Toxicology Reports. 2017; 4: 211-220. DOI: 10.1016/j.toxrep.2017.04.001.
  2. Tolaymat T., El Badawy A., Genaidy A., Abdelraheem W., Sequeira R. Analysis of metallic and metal oxide nanomaterial environmental emissions. Journal of Cleaner Production. 2017; 143: 401-412. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.12.094.
  3. Ganguly S., Ray D., Das P., (et al.) Mechanically robust dual responsive water dispersible-graphene based conductive elastomeric hydrogel for tunable pulsatile drug release. Ultrasonics Sonochemistry. 2018; 42: 212-227. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2017.11.028.
  4. Goenka S., Sant V., Sant S. Graphene-based nanomaterials for drug delivery and tissue engineering. Journal of Controlled Release. 2014; 173: 75-88. DOI: 10.1016/j.jconrel.2013.10.017.
  5. Zhao C., Wang X., Wu L. (et al.) Nitrogen-doped carbon quantum dots as an antimicrobial agent against Staphylococcus for the treatment of infected wounds. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2019; 179: 17-27. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2019.03.042
  6. Joshi P., Mishra R., Narayan R. J. Biosensing applications of carbon-based materials. Current Opinion in Biomedical Engineering. 2021; 18: 100274. DOI: 10.1016/j.cobme.2021.100274.
  7. Wang Z., Huang P., Bhirde A. (et al.) A nanoscale graphene oxide-peptide biosensor for real-time specific biomarker detection on the cell surface. Chemical Communications. 2012; 48: 9768-9770. DOI: 10.1039/c2cc31974h.
  8. Li H-Y., Li D., Guo Y. (et al.) On-site chemosensing and quantification of Cr(VI) in industrial wastewater using one-step synthesized fluorescent carbon quantum dots. Sensors and Actuators B: Chemical. 2018; 277: 30-38. DOI: 10.1016/j.snb.2018.08.157.
  9. Fallah Z., Zare E. N., Ghomi M. (et al.) Toxicity and remediation of pharmaceuticals and pesticides using metal oxides and carbon nanomaterials. Chemosphere. 2021; 275: 130055. DOI:10.1016/j.chemosphere.2021.130055.
  10. Юрин В. М., Молчан О. В. Наноматериалы и растения: взгляд на проблему. Труды Белорусского государственного университета. Серия: Физиологические, биохимические и молекулярные основы функционирования биосистем. 2015; 10 (1): 9-21.
  11. Nair R., Mohamed M. S., Gao W. (et al.) Effect of carbon nanomaterials on the germination and growth of rice plants. Journal of nanoscience and nanotechnology. 2012; 12: 2212-2220. DOI: 10.1166/jnn.2012.5775.
  12. Liu S., Wei H., Li Z. (et al.) Effects of graphene on germination and seedling morphology in rice. Journal of nanoscience and nanotechnology. 2015; 15: 2695-2701. DOI: 10.1166/jnn.2015.9254.
  13. Zhang P., Zhang R., Fang X. (et al.) Toxic effects of graphene on the growth and nutritional levels of wheat (Triticum aestivum L.): Short-and longterm exposure studies. Journal of hazardous materials. 2016; 317: 543-551. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2016.06.019.
  14. Park S., Kim T., Gwon Y. (et al.) Graphene-Layered Eggshell Membrane as a Flexible and Functional Scaffold for Enhanced Proliferation and Differentiation of Stem Cells. ACS Applied Bio Materials. 2019; 2: 4242-4248. DOI: 10.1021/acsabm.9b00525.
  15. Chen L., Wang C., Yang S. (et al.) Chemical reduction of graphene enhances in vivo translocation and photosynthetic inhibition in pea plants. Environmental science. Nano. 2019; 6: 1077-1088. DOI: 10.1039/C8EN01426D.
  16. Wang J., Wei Y., Shi X., Gao H. Cellular entry of graphene nanosheets: The role of thickness, oxidation and surface adsorption. RSC Advances. 2013; 3: 15776-15782. DOI: 10.1039/C3RA40392K.
  17. Ratajczak K., Krazinski B. E., Kowalczyk A. E. (et al.) Ternary Interactions and Energy Transfer between Fluorescein Isothiocyanate, Adenosine Triphosphate, and Graphene Oxide Nanocarriers. Journal of Physical Chemistry. B 2017; 121: 6822-6830. DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b04295.
  18. Ratajczak K., Stobiecka M. Optical Biosensing System for the detection of survivin mRNA in colorectal cancer cells using a graphene oxide carrier-bound oligonucleotide beacon. Nanomaterials. 2018; 8: 510. DOI: 10.3390/nano8070510.
  19. Kim J., Choi K. S., Kim Y. (et al.) Bioactive effects of graphene oxide cell culture substratum on structure and function of human adipose-derived stem cells. Journal of biomedical materials research. Part A. 2013; 101: 3520-3530. DOI: 10.1002/jbm.a.34659.
  20. Hummers W. S., Offeman R. E. Preparation of graphitic oxide. Journal of the American Chemical Society. 1958; 1339. DOI: 10.1021/ja01539a017.
  21. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio-assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962; 15 (3): 473-497. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.
  22. Trigiano R. N., Gray D. J. Plant Development and Biotechnology. CRC Press LLC. 2005: 358 p.
  23. Lloyd G., McCown В. Commercially feasible micropropagation of mountain laurel, Kalmia latifolia, by shoot tip culture. Combined Proceedings, International Plant Propagators' Society. 1980; 30: 421-427.
  24. Zakharova O., Kolesnikova E., Muratov D. S. (et al.) Effects of graphene oxide on white poplar x aspen (Populus alba х Populus tremula) hybrid microsprouts at various growth stages. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019; 693: 012037. DOI: 10.1088/1757-899X/693/1/012037.
  25. Zakharova O., Kolesnikova E., Muratov D., Gusev A. Stimulating and toxic effects of graphene oxide on Betula pubescens microclones. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020; 595: 012010. DOI: 10.1088/1755-1315/595/1/012010.
  26. Muzyka R., Drewniak S., Pustelny T., Chrubasik M., Gryglewicz G. Characterization of Graphite Oxide and Reduced Graphene Oxide Obtained from Different Graphite Precursors and Oxidized by Different Methods Using Raman Spectroscopy. Materials. 2018; 11 (7): 1050. DOI: 10.3390/ma11071050.
  27. Rattana, Chaiyakun S., Wititanun N., Nuntawong N. (et al.) Preparation and characterization of graphene oxide nanosheets. Procedia Engineering. 2012; 32: 759-764. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.02.009.
  28. Oh W-Ch., Zhang F-J. Preparation and characterization of graphene oxide reduced from a mild chemical method. Asian Journal of Chemistry. 2011; 23 (2): 875-879.
  29. Sasidharan A., Panchakarla L. S., Chandran P. (et al.) Differential nano-bio interactions and toxicity effects of pristine versus functionalized grapheme. Nanoscale. 2011; 3 (6): 2461-2464. DOI: 10.1039/c1nr10172b.
  30. Anjum N. A., Singh N., Singh M. K. (et al.) Single-bilayer graphene oxide sheet impacts and underlying potential mechanism assessment in germinating faba bean (Vicia faba L.). Science of the Total Environment. 2014; 472: 834-841. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2013.11.018.
  31. Lee G., Kim B. S. Biological reduction of graphene oxide using plant leaf extracts. Biotechnology Progress. 2014; 30 (2): 463-469. DOI: 10.1002/btpr.1862.
  32. Ocsoy I., Paret M. L., Ocsoy M. A. Nanotechnology in plant disease management: DNA-directed silver nanoparticles on graphene oxide as an antibacterial against Xanthomonas perforans. ACS Nano. 2013; 7 (10): 8972-8980. DOI: 10.1021/nn4034794.