doi: 10.15389/agrobiology.2021.3.500rus
УДК 635.563:581.14:632.9:546.57:539.2
Работа выполнена при поддержке проекта повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров (Проект «5-100»).
О БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ АРАБИНОГАЛАКТАНОМ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В ОТНОШЕНИИ КРЕСС-САЛАТА Lepidium sativum L. Curled И ФИТОПАТОГЕННОГО МИКРОМИЦЕТА Fusarium sambucinum
О.И. ГУДКОВА1, Н.В. БОБКОВА1, Н.Б. ФЕЛЬДМАН1 ✉, А.Н. ЛУФЕРОВ1, Т.И. ГРОМОВЫХ1, И.А. САМЫЛИНА1, М.А. АНАНЯН2, С.В. ЛУЦЕНКО1
Применение в растениеводстве нанотехнологий, позволяющих получать наночастицы (НЧ) с ростостимулирующим эффектом, антигрибной, антибактериальной и инсектицидной активностью, пролонгированным высвобождением минеральных веществ и гербицидов, открывает перспективы повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Среди НЧ металлов, которые могут найти применение в сельском хозяйстве, наночастицы серебра (НЧ Ag) занимают особое место благодаря широкому спектру биологической активности. В настоящей работе нами впервые установлено, что предпосевная обработка семян кресс-салата (Lepidium sativum L.) сорта Curled наночастицами серебра, стабилизированными биополимером арабиногалактаном и диоктилсульфосукцинатом, влияют на энергию прорастания, всхожесть и некоторые анатомо-морфометрические показатели проростков. Также впервые показано, что НЧ Ag оказывают угнетающее действие на рост фитопатогенного гриба Fusarium sambucinum. Целью работы была оценка потенциала использования наночастиц серебра, стабилизированных арабиногалактаном и диоктилсульфосукцинатом, в качестве средства стимуляции роста кресс-салата сорта Curled, а также изучение антифунгального действия полученных наночастиц на фитопатогенный токсинообразующий микромицет Fusarium sambucinum ВКПМ F-900. Синтез наночастиц проводили методом восстановления из нитрата серебра в щелочной среде в присутствии арабиногалактана с последующим добавлением стабилизатора — диоктилсульфосукцината. Средний диаметр наночастиц составлял 11,40±3,96 нм; дзета-потенциал -24 мВ. Исследовали влияние НЧ Ag на энергию прорастания, всхожесть семян, рост гипокотиля и корня проростков кресс-салата. Семена инкубировали в течение 1 ч в золях наночастиц с концентрациями серебра 1,17; 2,34; 4,69; 9,38; 18,75; 37,5; 75 и 150 мкг/мл. Контрольные группы семян инкубировали в воде. Затем семена проращивали в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге в темноте при 20 °С. На 3-и сут определяли энергию прорастания семян, на 5-е сут — всхожесть, на 7-е сут — длину гипокотиля и главного корня проростков, а также проводили микроскопический анализ срезов корня проростков, обработанных золями со стимулирующей и ингибирующей концентрациями Ag (соответственно 4,69 и 18,75 мкг/мл). Антифунгальную активность золей Ag с концентрациями от 9,38 до 300 мкг/мл оценивали методом диффузии в агар. В качестве тест-культуры использовали микромицет Fusarium sambucinum FuckelВКПМ F-900. Контроль — стерильная вода. Продемонстрировано, что инкубация семян в золях с концентрацией Ag 2,34 и 4,69 мкг/мл оказывала стимулирующее действие на энергию прорастания и всхожесть семян Lepidium sativum. Доза Ag НЧ 4,69 мкг/мл повышала энергию прорастания на 13,5 %, всхожесть — на 11,7 % по сравнению с контролем. Кроме того, концентрации Ag от 1,17 до 4,69 мкг/мл проявляли значительное стимулирующее действие на рост корня (соответственно от 34,4 до 79,1 %) при некотором замедлении роста гипокотиля. Инкубация семян в золях с концентрацией серебра от 18,75 мкг/мл и выше приводила к значительному снижению энергии прорастания и всхожести, а также подавлению роста растений. Микроскопическое изучение срезов всасывающей зоны корня проростков показало, что НЧ Ag существенно влияют на формирование проводящей системы центрального осевого цилиндра. Число сосудов ксилемы в проростках, обработанных золем серебра в стимулирующей концентрации 4,69 мкг/мл, было значительно больше в сравнении с контролем, что обусловило более интенсивный рост корневой системы и растения в целом. Также НЧ Ag оказывали угнетающее действие на рост F. sambucinum. Диаметр зоны угнетения роста при максимальной концентрации золя 300 мкг/мл составлял 32,4±4,2 мм, при концентрации 150 мкг/мл — 28,4±3,9 мм. Минимальная концентрация, которая угнетала видимый рост тест-штамма F. sambucinum, составляла 18,75 мкг/мл (зона угнетения роста 11,7±0,8 мм). Представленные данные свидетельствуют о возможности применения золей, включающих стабилизированные наночастицы серебра, для стимуляции всхожести и роста растений, а также их защиты от фитопатогенов.
Ключевые слова: наночастицы серебра, рост растений, энергия прорастания, всхожесть семян, антифунгальная активность, Lepidium sativum, Fusarium sambucinum.
O.I. Gudkova1, N.V. Bobkova1, N.B. Feldman1 ✉, A.N. Luferov1,
T.I. Gromovykh1, I.A. Samylina1, M.A. Ananyan2, S.V. Lutsenko1
Metal nanoparticles (NPs) exhibiting growth-stimulating, antifungal, antibacterial, insecticidal effects and prolonged release of minerals and herbicides, opens up prospects for increasing the yield of crops. Among metal nanoparticles that can find application in agriculture, silver nanoparticles occupy a special place due to a wide spectrum of biological activity. In this work, we have established for the first time that the pre-sowing treatment of seeds of watercress Lepidium sativum L. cv. Curled by silver nanoparticles which are stabilized by the biopolymer arabinogalactan and dioctyl sulfosuccinate affects the germinative energy, laboratory seed germination and some anatomical and morphometric parameters of watercress seedlings. It was shown for the first time that silver nanoparticles have an inhibitory effect on the growth of the phytopathogenic fungus Fusarium sambucinum. This work aimed to assess both the stimulating effect of silver nanoparticles (Ag-NPs) stabilized with arabinogalactan and dioctyl sulfosuccinate on growth of watercress Lepidium sativum L. cv. Curled seedlings and the antifungal effect on a plant pathogenic toxin-producing micromycete Fusarium sambucinum VKPM F-900. The nanoparticles were synthesized by the reduction of silver nitrate in an alkaline medium in the presence of arabinogalactan followed by the addition of dioctyl sulfosuccinate as a stabilizer. The average nanoparticle diameter was 11.40±3.96 nm; zeta potential -24 mV. The effect of silver nanoparticles on germination energy, seed germination, growth of watercress seedling hypocotyl and root was investigated. Seeds were incubated in sols of nanoparticles with various silver concentrations (1.17, 2.34, 4.69, 9.38, 18.75. 37.5, 75, and 150 mg/ml). Control seeds were incubated in water. After incubation, the seeds were germinated in Petri dishes on a wet bed of filter paper in the dark at 20 °С. The seed germination energy was determined on day 3, the laboratory germination — on day 5, the lengths of the hypocotyl and the main root were measured on day 7, and also microscopic analysis of the root sections of seedling treated with sols with stimulating and inhibiting concentrations of Ag (4.69 and 18.75 mg/ml, respectively) was carried out. Antifungal activity of silver sols with concentrations from 9.38 to 300 mg/ml was assessed by the agar diffusion method. Micromycete Fusarium sambucinum Fuckel VKPM F-900 was used as a test culture to determine antifungal activity. Sterile water was used as a control. The incubation of seeds in sols with a silver concentration of 2.34 and 4.69 mg/ml had a stimulating effect on the germination energy and laboratory germination of L. sativum seeds. A dose of silver nanoparticles of 4.69 mg/ml increased the germination energy by 13.5 % and laboratory germination by 11.7 % compared to the control. In addition, the concentrations of silver from 1.17 to 4.69 mg/ml had a significant stimulating effect on root growth (from 34.4 to 79.1 %, respectively) with some deceleration of hypocotyl growth. Seed incubation in sols with a silver concentration of 18.75 mg/ml and higher led to a significant decrease in the germination energy and laboratory germination, as well as suppression of plant growth. Microscopic examination of sections of zone of maturation of the root of seedlings showed that silver sols significantly affect the conductive system of the central axial cylinder. The number of xylem vessels in seedlings treated with silver sol at a stimulating concentration of 4.69 mg/ml was significantly higher compared to the control, which led to a more intensive growth of the root system and the whole plant. Silver nanoparticles also inhibit the growth of F. sambucinum. The growth inhibition zone at a maximum sol concentration of 300 mg/ml was 32.4±4.2 mm in diameter, and at 150 mg/ml it was 28.4±3.9 mm. The minimum concentration inhibiting the visible growth of the test strain F. sambucinum was 18.75 mg/ml (growth inhibition zone 11.7±0.8 mm). The presented data indicate the possibility of using sols of stabilized silver nanoparticles to stimulate seed germination and plant growth and to protect plants against pathogens.
Keywords: silver nanoparticles, plant growth, germinative energy, seed germination, antifungal activity, Lepidium sativum, Fusarium sambucinum.
1ФГАОУ ВО Первый московский государственный |
Поступила в редакцию |
