Введение к работе
Актуальность темы. Современные нанотехнологии обладают огромным потенциалом и играют важную роль в развитии общества. Однако, применение наноматериалов ставит ряд задач, которые относятся, прежде всего, к проблеме воздействия их на окружающую среду, животный и растительный мир, качество сельскохозяйственной продукции. Наноматериалы, обладая малыми размерами, легче вступают в химические превращения и способны образовывать новые соединения с неизвестными ранее свойствами.
Абсорбирующие свойства наночастиц значительно выше, чем у других структур и появление таких наноматериалов в окружающей среде может способствовать активному поглощению загрязнителей и их широкому распространению. Актуальны исследования фитотоксичности наночастиц, где растения, как важнейшие продуценты, находятся в основании множества пищевых цепей. Появление в тканях растений наночастиц может привести к бионакоплению их в организме, расположенном на верхних ступенях пищевых пирамид, включая человека, что способно привести к самым негативным последствиям.
Проведенные в последние годы исследования Л.В. Коваленко (1994-2006гг.), Г.Э. Фолманиса (1999-2011гг.), Н.Н. Глущенко (2002), А.П. Райковой (2001-2006 гг.), С.Д. Полищук(2000-2011гг.), Г.И. Чурилова (2000-2011 гг.) показали эффективность применения нанопорошков металлов в растениеводстве, кормопроизводстве и животноводстве. Положительные результаты были получены в Подмосковье, Рязанской, Тульской, Белгородской области, Ставропольском и Краснодарском крае, в Белоруссии, Башкоркостане. Их использование позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур в среднем на 25%, а в результате усиления естественной резистентности животных снизить потери молодняка на 25-35%. При этом актуально изучение биологической совместимости и токсичности применяемых наноматериалов.
Цель и задачи исследований. Цель исследования: определить воздействие в зависимости от размеров и концентрации наночастиц кобальта, меди и оксида меди на биохимические показатели растительных объектов кормового назначения и влияние кормов на физиологическое состояние животных.
Для реализации поставленной цели предстояло определить:
- воздействие нанопорошков меди различной концентрации на растительные объекты по витальным и морфофизиологическим показателям;
- влияние размеров наночастиц меди на растительные объекты;
- воздействие наночастиц оксида меди в зависимости от концентрации на растительные объекты по витальным и морфофизиологическим показателям;
-степень воздействия наночастиц меди и оксида меди на растительные объекты по биохимическим показателям;
-влияние кормовых растений, семена которых перед посадкой обработаны нанопорошками на физиологические показатели кроликов;
- токсичность нанопорошков на животных.
А также показать эколого – биологическую безопасность растений, обработанных нанопорошками кобальта, меди и оксида меди в зависимости от их химического состава; разработать практические рекомендации.
Научная новизна. Впервые установлено, что неблагоприятные воздействия окружающей среды на растительные объекты снижаются при обработке их семян нанопорошками кобальта, меди и оксида меди. По отклонению показателей биохимического статуса растений определены оптимальные дозы нанопорошков. Показана возможность прогнозирования отдаленных токсических эффектов наночастиц на основе анализа методов световой и аналитической электронной микроскопии. Проведена оценка безопасности введения наночастиц кобальта, меди и оксида меди в организм животных, и показано, что токсичность и биологическая активность наночастиц характеризуется их различными физико-химическими свойствами. Определена максимальная доза нанопорошка, не оказывающая отрицательного воздействия на организм кроликов.
Практическая значимость работы. Впервые предложена методика оценки фитотоксичности нанопорошков по интегральным морфо - физиологическим и биохимическим параметрам, для чего не требуется дорогостоящего оборудования. Определены размеры и концентрации нанопорошков меди, которые рекомендуется использовать в качестве микроудобрений, способствующих повышению кормовой ценности растений. Доказано, что предельная концентрациия безопасного применения нанопорошка меди для вики и пшеницы составляет 100 г/га, оксида меди - 10,0 г/га, а оптимальная - 0,05 г/га.
Рекомендовано использовать урожай растений, семена которых обрабатывались нанопорошками кобальта и меди, для скармливания кроликам, что способствует ускорению их развития.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научных конференциях Рязанского государственного медицинского университета им. академика И.П.Павлова (2008-2012), научной конференции Рязанской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора П.А. Костычева (2008), Международной научно-практической конференции «Молодость, талант, знания – ветеринарной медицине и животноводству» (Троицк, 2010), международной научно-практической конференции молодых ученых Россельхозакадемии (Омск,2010), Четвертом Международном форуме по нанотехнологиям «RusNanoTech - 2011» (Москва, 2011), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых аспирантов и студентов «Молодежная наука 2012: технологии, инновации» (Пермь,2012).
Научные положения, выносимые на защиту:
- действие нанопорошков меди различной концентрации на пшеницу и вику по витальным и морфофизиологическим показателям и влияние размеров нанометаллов на данные показатели;
- действие нанопорошков оксида меди в зависимости от концентрации на пшеницу и вику по витальным и морфофизиологическим показателям;
-возможность прогнозирования отдаленных токсических эффектов наночастиц на основе анализа методов световой и аналитической электронной микроскопии;
- определение степени воздействия наночастиц меди и оксида меди на растительные объекты по биохимическим показателям: активностям антиоксидантных ферментов и фитогормонов;
- результаты полевых испытаний: воздействие нанопорошков кобальта, меди и оксида меди на витальные, морфофизиологические показатели, урожайность, накопление биологически активных соединений в опытных растениях;
- результаты влияния растений, выращенных с использованием нанопорошков, на физиологическое состояние кроликов (живую массу, плодовитость и сохранность потомства);
- токсичность наночастиц на животных;
- рекомендации по применению нанопорошков в зависимости от размеров и предельно допустимых концентраций для безопасного воздействия на биологические объекты.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для защиты кандидатских и докторских диссертаций.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 156 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов собственных исследований и их обсуждения, выводов и предложений. Содержит 48 рисунков, 49 таблиц. Список литературы включает 161 источник, в том числе 47 на иностранных языках.
Личный вклад и участие автора. Автору принадлежит разработка, постановка и выполнение научной работы. Отдельные элементы научных исследований выполнены совместно с соавторами, что нашло отражение в опубликованном в автореферате списке работ.
