Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Дисперсии металлов в естественных и техногенно-измененных экосистемах. реакция растений и микроорганизмов на воздействие наночастиц металлов (обзор литературы) 9
1.1 Адаптация растений к условиям среды обитания с различным содержанием минеральных веществ 9
1.2 Общие аспекты взаимодействия высокодисперсных веществ окружающей среды и растений 17
1.3 Приспособление растений к воздействию техногенных наноматериалов. Взаимодействие в системе «наночастицы - растения» 21
1.4. Резюме 36
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 38
2.1 Объекты исследования 38
2.1.1. Растительные и бактериальные тест - объекты 38
2.1.2. Наночастицы и другие соединения меди и железа 38
2.1.3. Наночастицы и другие соединения меди железа 39
2.2 Методы исследования 41
2.2.1 Методы исследования с использованием растительных организмов 41
2.2.1.1 Культивирование растительных организмов в контакте с наночастицами меди и железа с оценкой их толерантности к подобному воздействию 41
2.2.1.2 Методы микроскопического исследования растительных организмов 45
2.2.1.3 Методы оценки накопления и распределения меди и железа в тканях растительных организмов 46
2.2.1.4 Метод анализа ДНК растительных организмов 48
2.2.2 Методы исследования с использованием люминесцирующих бактерий 49
2.2.2.1 Метод оценки токсичности соединений меди и железа в тесте тушения бактериальной биолюминесценции 49
2.2.2.2 Метод оценки механизмов биоактивности соединений меди и железа в тесте индукции бактериальной биолюминесценции 51
2.2.3 Статистическая обработка результатов 52
ГЛАВА 3. Сравнительная оценка толерантности растений (в тесте прорастания семян triticum aestivum) и микроорганизмов (тесте ингибирования биолюминесценции sherichia coli) оздействию наночастиц, микрочастиц и солей железа и меди 53
3.1. Оценка безопасности ионов, нано- и микрочастиц Fe и Си в тесте прорастания семян Triticum aestivum 53
3.2. Биологическая активность ионов, нано- и микрочастиц Си и Fe в тесте ингибирования бактериальной биолюминесценции 57
ГЛАВА 4. Адаптивные реакции растений к присутствию в среде культивирования наночастиц меди 63
4.1. Анализ механизмов биологической активности наночастиц меди в тестах на Triticum aestivum и Allium сера 63
4.2. Исследование механизмов ДНК-повреждающего эффекта наночастиц меди в тестах на люминесцирующих штаммах Escherichia coli 75
ГЛАВА 5. Адаптивные реакции triticum aestivum к присутствию в среде культивирования наночастиц железа ..86
Заключение 92
Выводы 104
Список использованной литературы 1
- Общие аспекты взаимодействия высокодисперсных веществ окружающей среды и растений
- Растительные и бактериальные тест - объекты
- Биологическая активность ионов, нано- и микрочастиц Си и Fe в тесте ингибирования бактериальной биолюминесценции
- Исследование механизмов ДНК-повреждающего эффекта наночастиц меди в тестах на люминесцирующих штаммах Escherichia coli
Общие аспекты взаимодействия высокодисперсных веществ окружающей среды и растений
Очевидно, что на протяжении всей истории высших растений адаптация к трофическим факторам оказывала решающее влияние на их эволюцию, способствуя появлению или гибели отдельных видов, изменяя признаки существующих генераций. Это в полной мере относится и к такой важной составляющей этой группы факторов как минеральное питание (Veen B.W., Kleinendorst A. The role of nitrate in osmoregulation of Italian ryegrass II Plant and Soil. 1986. V.91. P.433-436; Трапезников B.K, Иванов И.И., Тельвинская Н.Г. Локальное питание растений. Уфа: Гилем, 1999. 260 с; Черкозьянова А.В. Координация роста побега и корня проростков пшеницы в условиях дефицита минерального питания: дис. канд. биол. наук. Уфа, 2005. 139 с).
Рост и развитие, равно как и адаптация растений невозможны без шестнадцати основных химических элементов (Glass A.D.M. Regulation of ion transport II Annu. Rev. Plant Physiol. -1983.- V.34. - P.311-326). Однако, существуют отдельные виды растений, жизнедеятельность которых невозможна без специфических элементов (Черкозьянова А.В. Координация роста побега и корня проростков пшеницы в условиях дефицита минерального питания: дис. канд. биол. наук. Уфа, 2005. 159 с).
Селен жизненно важен для морской водоросли Thalassiosira psendonana (Price N.M., Thomson P.A., Harrison P.J. Selenium: An essential element for growth of the coastal marine diatom Thalassiosira pseudonana II J. Phyol. V.23. P. 1-9); натрий 11 для Atriplex vesicaria; кремний - для диатомовых водорослей Eguisetum arvense и др. (Werner D., Roth R. Silica metabolism II Inorganic Plant Nutrition. Encyclopedia of Plant Physiology, New Series I Eds. A. Lauchli, R.L. Bieleski. Berlin: Spring-Verlag, 1983. V.15B.P.682-694).
В тоже время жизненная необходимость химических элементов для растений определяется их физиологическими функциями. Так, поступление азота, как составной части белка, регламентирует скорость и характер физиологических процессов в растениях, влияет на органообразование, количество и качество сухого вещества (Сабинин Д.А. Избранные труды по минеральному питанию. М.: Наука, 1971. 512 с; Трапезников В.К, Иванов И.И., Тельвинская Н.Г. Локальное питание растений. Уфа: Гилем. 1999. 260 с). В свою очередь, калий необходим для построения и «работы» более чем 50 ферментов (Evens H.J. Wildes R.A. Potassium and its role in enzyme activation II Potassium in Biochemistry and Physiology. Proc.8 Colloq. Int. Potash Inst. Bern. 1971. P.13-39); обеспечивает особую ионную среду для белкового синтеза (Leigh R.A., Wyn Jones R.G. An hypothesis relating critical potassium concentrations for growth to the distribution and functions of this ion in the plant cell II New Phytologist. 1984. V.97. P. 1-13); нормализует осмотическое давление (Haschke K.P., Luttge К. Interactions between IAA, potassium and malate accumulation and growth in Avena coleopite segments II Z. Pflanzenphysiol. 1975. V.76. P.450-455); необходим для открытия устьиц и для многих двигательных процессов растений (Satter R.L., Applewhite Р.В., Galston A.W. Rhythmic potassium flux in Allbizzia. Effect of aminophylline, cations and inhibitors of respiration and protein synthesis II Plant Physiology. V.54. P.280-285).
В виду того, что концентрация доступных химических элементов в почвах может сильно варьировать, высшие растения в ходе эволюции приобрели целый ряд адаптационных свойств, включающих механизмы аккумуляции, удаления и компартментации ионов, обеспечивающих создание уникальной химической среды, в которой могут протекать обменные процессы (Glass A.D.M. Regulation of ion transport// Annu. Rev. Plant Physiol. 1983. V.34. P.316). Адаптация растительных клеток к условиям среды с избыточным содержанием химических элементов в пределах толерантной зоны (нормы реакции), сопровождается изменением антиоксидантного статуса, активности ферментов (АТФ-аз, фосфатаз, гидролаз, липаз и др.), изменением жирнокислотного состава мембран, направленности энергетических процессов (Mehrle P.M., Bergmann H.L. Biomarkers: Biochemical, Physiological, Histological Markers of Anthropogenic Stress. Lewis: Boca Raton, FL, USA, 2002. P. 211-234). При хронических токсичных влияниях и высоких концентрациях веществ, когда исчерпываются базовые защитные ресурсы в клетке, происходит спонтанное протекание неспецифических явлений: неконтролируемая проницаемость мембран и деполяризация мембранного потенциала плазмалеммы (Веселова Т.В. Веселовский В.А., Чернавский Д.С. Стресс у растений (Биофизический подход). М.: РАН, 1993. 144 с), увеличение концентрации ионов кальция в цитоплазме, закисление цитоплазмы, активация микрофиламентов (Пахомова В.М. Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений // Цитология. 1995. Т. 37, Вып. 1-2. С. 66-87), увеличение затрат АТФ, хаотическое развитие свободнорадикальных процессов, усиление активности протонного насоса в плазмалемме с одновременным разобщением окисления и фосфорилирования и как следствие структурно-функциональные модификации белков и др. (Чиркова Т.В. Клеточные мембраны и устойчивость растений к стрессовым воздействиям // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 9. С. 12-17; Грубинко В.В., Костюк К.В. Структурные адаптации клеточных стенок водных растений к действию цинка и свинца // Біологічний вісник МДПУ. 2012. №2. С. 58-66).
Растительные и бактериальные тест - объекты
Учитывая, что наиболее активен контакт наноматериалов с высшими растениями через корневую систему, закономерно, что именно на этом этапе растения выработали механизмы защиты от негативного действия этих веществ. Это подтверждается исследованиями последних 5-7 лет.
В исследованиях по аккумуляции и распределению наночастиц платины в органах водных и почвенных культур одно- и двудольных растений - пшеницы и гороха установлено, что 10-дневные водные культуры накапливали наночастицы платины больше, чем почвенные, а корни - значительно больше, чем стебель и листья. У пшеницы водной культуры в большей степени выражена аккумулирующая способность, чем у аналогичных растений гороха, а пшеница почвенной культуры, наоборот, с меньшей интенсивностью накапливала (поглощала) наночастицы платины, чем почвенная культура гороха. При этом развитие адаптационной реакции растений на действие техногенных материалов может сопровождаться частичной или полной потерей корневой системы.
На различных видах растений при использовании хлорат калия (KAuCU), опосредованным наночастицами золота (Аи), выявлено, значительное снижение длины и падение активности меристемы корней. В исследованиях по оценке действия КАСІ4 в совокупности с железом на корни арабидопсиса {Arabidopsis thaliana) выявлен факт потери растениями корневой системы.
В тоже время подбором наночастиц и варьированием их дозировок можно добиться и совершенно иной адаптационной реакции растений. Проиллюстрировать это можно результатами исследований Г.Р. Кудояровой и др. (Кудоярова Г.Р., Трапеников В.К., Иванов И.И. Гидравлическая проводимость корней при гетерогенном распределении элементов минерального питания // Известия Уфимского научного центра РАН. 2013. №2. С. 33-37), которые констатировали факт стимулирующего действия наночастиц серебра в концентрации 0,01-1,0 мг/дм на развитие корневой системы. Между тем, размер наночастиц также оказывает влияние на поглощение их клетками: чем меньше частица, тем скорость поглощения ее выше (Fang С, Shi В, Pei Y.Y., Hong М.Н., Wu J., Chen H.Z. II Eur. J. Pharm. Sci. 2006. V. 27. № 1. P. 27; Lohbach C, Neumann D., Lehr СМ., Lamprecht A. II J. Nanosci. Nanotechnol. 2006. V. 6. № 9-10. P. 33). В соответствие с этим, относительно большая удельная поверхность наночастиц определяет большую реакционную способность, протекающую на границе «наноматериал и среда», что в отдельных случаях выражается и большей токсичностью. Генерация свободных радикалов и оксидитивный стресс являются одними из основных механизмов токсичности наноматериалов (Nel A., Xia Т., Madler L., Li N. II Science. 2006. V. 311. № 5761. P. 622). По O.A. Подколодной и др. (Подколодная О.А., Игнатьева Е.В., Подколодный Н.Л., Колчанов Н.А. Пути поступления наночастиц в организм млекопитающих, их биосовместимость и клеточные эффекты // Успехи современной биологии. 2012. №1. С. 3-15) в генерации свободных радикалов могут быть задействованы различные механизмы: формирование активных донорно-акцепторных групп, образование гидроксильных радикалов, генерация их под действием света. Однако, безусловно, что биологические эффекты наночастиц при воздействии на растение более разнообразны и не укладываются в рамки той или иной классификации. Следовательно, рассматривая подобные взаимодействия, необходимо детально изучать весь спектр возможных эффектов. Это в полной мере относится к любому исследованию по оценке адаптации растений к условиям среды, содержащей наночастицы. В этой связи, определенный интерес могут представлять исследования по сравнению наночастиц вещества с другими его формами - ионной, макроскопической и т.д., что, например, было сделано при оценке, влияния ионов меди и наночастиц оксидов меди на Elodeadensa Planch. Показано, что наночастицы более активно поглощались растениями элодеи. Обе формы меди активировали процессы перекисного окисления липидов (наночастицы - на 180%, ионы - на 120%). Активность каталазы и супероксиддисмутазы была повышенной (в 1,5 - 2,0 раза) в вариантах с наночастицами. Ионы меди подавляли фотосинтез при концентрации 0,5 мг/л, тогда как наночастицы - при 1,0 мг/л.
Закономерно, что невозможность адаптации растений к действию отдельных техногенных нанометериалов предъявляет новые требования к практике их использования и защите окружающей среды. В этой связи актуальными представляются исследования на стыке наук ботаники и экологии по определению пределов толерантности и оценке устойчивости растений к воздействию наноматериалов. Это направление в науке в последние десять лет получило значительное развитие.
Исследования толерантности кукурузы {Zeamays L.), редиса (Raphanussativus), рапса (Brassicanapusnapus), огурца (Cucumissativus) к возделыванию наночастиц цинка и его оксида показали, что их концентрация 2000 мг/л отрицательно действует на прорастание семян кукурузы и подавляет удлинение корней. Пятидесятипроцентная ингибиторная концентрация (IC50) для редьки составила 50 мг/л, рапса - 20 мг/л (Lin D. Phytotoxicity of nanoparticles: inhibition of seed germination and root growth II Environmental Pollutants 2007. Vol. 150. Iss. 2. P. 243-250).
Описаны хорошо выраженные межвидовые различия в адаптационных реакциях растений и их толерантности к действию наноматериалов.
Влияние водных суспензий наночастиц ТіОг (размером 5 нм) и АІ2О3 (размером 7 нм), в различных концентрациях, на растения фасоли обыкновенной, пшеницы мягкой яровой показало неоднозначное воздействие наночастиц на рост и развитие изученных растений, а также содержание хлорофиллов a, b и каротиноидов в листьях.
Установлено, что наиболее устойчивой культурой к действию данных наночастиц является фасоль. Растения пшеницы характеризуются выраженной избирательной чувствительностью к исследованным наночастицам, что определяет специфику изменений физиологических показателей, в том числе повышение урожайности у растений после воздействия суспензией наночастиц ТЮ2. Фитотоксичность наночастиц карбида кремния по отношению к растениям различна и наиболее выражена для овса, ячменя и пшеницы (Голохваст К.С, Памирский И.Э., Бородин Е.Н., Рева Г.В. и др. Влияние микрочастиц минералов на работу физиологических и биологических систем // Фундаментальные исследования. 2013. №6. С. 909-912).
Между тем адаптация растений к действию различных наночастиц одного и того же элемента, равно как и различных его форм протекает различно. Это хорошо видно из результатов экспериментов с использованием сферических наночастиц железа FeO (d= 80 ± 5 нм), магнетита БезС (d=50-80 нм) и раствора сульфата железа (II) FeSC 4 на всхожесть, длину листьев и содержание фотосинтетических пигментов хлорофилла, а, хлорофилла b и каротиноидов у проростков Triticum vulgare Vill. Наибольшая чувствительность проростков регистрировалась при увеличении концентрации сульфата железа (II) в среде, что проявлялось в снижении всхожести, ингибировании роста листьев и содержания ФП (Mtiller L., Riediker М., Wick P., Mohr M. II J. R. Soc. Interface. 2010. V. 7. P. 27).
Биологическая активность ионов, нано- и микрочастиц Си и Fe в тесте ингибирования бактериальной биолюминесценции
При этом в препаратах корней пшеницы, пророщенной в контакте с наночастицами меди, также обнаруживался ряд ультраструктурных проявлений клеточной гибели. Сказанное заключалось в существенной вакуолизации цитоплазмы: данные структуры увеличивались в размерах до 500-800 нм, а в их составе визуализировались остатки отдельных органелл, в т.ч. митохондрий (рисунок 8а). Интерес также представляла выявляемая в некоторых клетках конденсация ядерного хроматина с сопутствующим расширением перинуклеарного пространства и формированием инвагинаций (рисунок 86), что соответствует описанному выше процессу пикнотического разрушения ядра. Наконец крайним проявлением происходящих событий являлось полное разрушение клеток корня, остатки которых были представлены окруженным клеточной стенкой бесструктурным матриксом, включающим электронно-плотные образования, по своей форме и размеру соответствующие использованным наночастицам Си (рисунок 8в).
С целью выяснения природы регистрируемых явлений в отдельной серии экспериментов действие наночастиц меди было оценено в классическом варианте АШит-т&ста, подразумевающем контакт их суспензии с предварительно пророщенной корневой системой лука.
При этом электрофоретическое разделение ДНК, выделенной из концевых отрезков корней лука после 3-часовой инкубации в среде с наночастицами меди, позволило констатировать существенную и дозозависимую деградацию данного биополимера (рисунок 9).
Так, если электрофоретическая подвижность выделенной их контрольных образцов ДНК характеризовала ее как достаточно протяженные полимерные молекулы, основная доля которых представлена участками 10 тысяч н.п., то результатом воздействия наночастиц Си оказывалось существенное укорочение изолированных фрагментов ДНК. В частности, результатом воздействия максимальной (0,1 М) концентрации наночастиц меди являлась экстремально выраженная деградация ДНК с превращением 80 % данного биополимера в короткоцепочечные фрагменты 1000 н.п.
Электрофореграмма ДНК, выделенной из концевых отрезков корней Allium сера, инкубированных в контакте с наночастицами меди (слева) и основанный на этом расчет соотношения длинноцепочечных и короткоцепочечных фрагментов ДНК (справа). Обозначения: м - маркеры электрофоретической подвижности ДНК, стрелкой указано положение маркера 1000 н.п.; к - контроль; 1,2,3 - корни, инкубированные в контакте с наночастицами меди в концентрациях 0,1; 0,025 и 0,00625 М, соответственно; темная часть столбчатой диаграммы - доля фрагментов размером 1000 н.п., светлая часть - доля фрагментов размером 1000 н.п.
Снижение воздействующей концентрации наноСи до 0,025 М сохраняло до двух третей ДНК в длинноцепочечной форме, в то время как 35 % по-прежнему имели размер 1000 н.п. Наконец понижение присутствия наночастиц меди до 0,00625 М переводило в короткоцепочечную форму не более 10 % изолированных фрагментов ДНК.
Отдельным важным аспектом полученного результата является регистрация деградированной ДНК в виде единого трека, но не «лестницы» фрагментов (как следствия межнуклеосомальной ферментативной фрагментации данного биополимера), что является характерным для гибели растительных клеток по пути некроза, но не апоптоза (Ванюшин Б.Ф. Апоптоз у растений // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. С. 3-38). Ранее индуцируемое наночастицами меди повреждение ДНК было показано на проростках редиса (Raphanus sativus) и райграса (Lolium регеппе и Lolium rigidum), что сопровождалось накоплением в данном биополимере окисленных нуклеотидов: 7,8-дигидро-8-оксогуанина; 2,6-диаминор-4-гидрокси-5 формамидопиримидина и 4,6-диамино-5- формамидопиримидина (Atha D.H., Wang Н., Petersen E.J., Cleveland D., Holbrook R.D., Jaraga P., Dizdaroglu M., Xing В., Nelson B.C. Copper oxide nanoparticle mediated DNA damage in terrestrial plant models II Environ. Sci. Technol. 2012. Vol. 46. P. 1819-1827) и также вело к существенному подавлению роста модельных растений. Конечным же следствием происходящих событий является остановка растительных клеток в одной из точек контроля клеточного цикла (наиболее вероятно Gi-S), где обнаруживающий поврежденную ДНК механизм прекращает процесс деления.
Таким образом, проведенное исследование позволило продемонстрировать возможность поступления и идущего через систему межклеточных контактов распространения наночастиц меди в тканях модельных растений, а также обуславливаемое этим глубокое повреждение ДНК. Результатом подобного механизма биологической активности наночастиц является митотоксический эффект (подавление размножения растительных клеток до вхождения в митоз), а его итоговым проявлением - фитотоксический эффект, заключающийся в подавлении роста корней Triticum aestivum и Allium сера.
Тем самым полученные результаты явились основанием для постановки вопроса о механизмах ДНК-повреждающего действия наночастиц меди, детали которого были проанализированы на модели репортерных люминесцирующих биотестов.
Исследование механизмов биологической активности наночастиц меди в отношении бактериальных клеток было начато с выяснения причин, лежащих в основе взаимодействия между ними и по предварительным данным определяемых электростатическими (кулоновскими) силами. Так предварительное исследование поверхностного заряда / дзета-потенциала (Q и размерных характеристик наночастиц меди, проведенное с использованием технологии M3-PALS (переменного электрического поля с фазовым и частотным анализом рассеянного света), позволило определить ряд особенностей их существования в сформированной коллоидной системе. При этом было констатировано наличие у наночастиц Си положительного поверхностного заряда для 90.3 % проанализированных частиц, характеризуемого величиной = +15.9±8.63 мВ (рисунок 10а).
Исследование механизмов ДНК-повреждающего эффекта наночастиц меди в тестах на люминесцирующих штаммах Escherichia coli
В продолжение анализа распределения наночастиц меди в тканях модельных растений количественное содержание этого элемента с пересчетом на сухую биомассу Triticum aestivum было исследовано методом атомно-адсорбционной спектроскопии. Исследование непосредственных механизмов снижения адаптационной способности растений к среде содержащей наночастицы меди было проведено в модифицированном варианте АШит-т&ста. При этом проведенный анализ контрольных образцов позволил выявить типичную для меристематических тканей корня лука картину, характеризующуюся присутствием значительного количества клеток, находящихся на различных стадиях митоза.
В свою очередь микроскопическое исследование корней, пророщенных в контакте с наночастицами свидетельствовало о полном подавлении пролиферативной активности со стремящимися к нулю значениями митотического индекса, сохраняющем клетки в интерфазном состоянии и делающем технически невозможным регистрацию митоз-модифицирующих или мутагенных эффектов. Дополнительным проявлением подобного митотоксического эффекта наночастиц меди являлись деструкция и конденсация хроматина, что соответствовало процессу пикнотического разрушения ядра и являлось одним из признаков гибели растительных клеток.
С целью выяснения природы регистрируемых явлений в отдельной серии экспериментов действие наночастиц меди было оценено в оригинальном варианте АШит-т&ста, подразумевающем контакт их суспензии с предварительно пророщенной корневой системой лука. При этом электрофоретическое разделение ДНК, выделенной из концевых отрезков корней после 3-часовой инкубации в среде с наночастицами меди, позволило констатировать существенную и дозозависимую деградацию данного биополимера.
В качестве вероятной причины происходящих событий было выдвинуто предположение о взаимодействии наночастиц меди с внутриклеточными цепями переноса электронов, для проверки которого была проведена серия экспериментов с клетками Escherichia coli, являющимися близкими аналогами митохондрий эукариот. При этом в качестве объектов иследования в данной серии экспериментов выступали репортерные люминесцирующие штаммы на основе E.coli К12 MG1655, несущие плазмиды с генными слияниями pSoxSr.lux, pKatGr.lux или recA::lux, реагирующие развитием свечения при возникновении окислительного стресса или повреждения ДНК, соответственно.
Полученные результаты позволили констатировать, что контакт бактериальных клеток с наночастицами меди вел к образованию в них активных форм кислорода, регистрируемому на основе специфически запускаемой с промоторов PsoxS и PkatG транскрипции кассеты репортерных IUXCDABEGHOB как реакции на супероксиданион и перекись водорода соответственно. При этом более выраженная максимальная индукция генноинженерной конструкции soxS::lux по сравнению с katG::lux была интерпретирована нами как свидетельство первичности образования супероксиданиона, потенциально возникающего при переносе электрона через электропроводящую наночастицу меди на молекулярный кислород и в дальнейшем спонтанно дисмутирующего в перекись водорода.
В завершение данной серии экспериментов с использованием репортерного штамма E.coli pRecA::lux, отвечающего индукцией свечения при развитии SOS-ответа, установлено подобное следствие воздействия наночастиц меди на бактериальные клетки-мишени как результата повреждения их ДНК образующимися в процессе окислительного стресса активными формами кислорода. При этом развитие свечения регистрировалось в широком диапазоне концентраций и характеризовалось наиболее высокими кратностями индукции, что позволяло рассматривать ДНК-повреждающее действие в качестве ведущего механизма токсичности наночастиц меди.
Таким образом, полученные данные демонстрируют возможность поступления и идущего через систему межклеточных контактов распространения наночастиц меди в тканях модельных растений, а также обуславливаемое этим глубокое повреждение ДНК. С использованием бактериальных моделей показана индукция окислительного стресса в присутствии наночастиц, обуславливающих образование активных форм кислорода, которые, в свою очередь, повреждают ДНК. В свою очередь, низкая адаптивная способность растений к условиям среды культивирования со значительным содержаниями наночастиц меди обусловлена повреждением (фрагментацией) ДНК растительных клеток, следствием чего является митотоксический эффект (подавление размножения клеток до вхождения в митоз), а его итоговым проявлением - фитотоксический эффект, заключающийся в нарушении роста корневой системы .
Анализ полученного в исследованиях экспериментального материала позволяет предложить ряд решений по оптимизации использования растительных организмов в сельском хозяйстве и биотехнологии. Во-первых, при равной или сходной стоимости различных источников микроэлементов, при формировании питательных сред растений в практической гидропонике, более целесообразным может быть использование наночастиц этих металлов. Во-вторых, учитывая различную толерантность растений и микроорганизмов к действию наноматериалов, практика использования последних может быть расширена для целей дезинфекции и предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений.
