Scientific Notes of V.I. Vernadsky Crimean Federal University. Biology. Chemistry Scientific Notes of V.I. Vernadsky Crimean Federal University. Biology. Chemistry Ученые записки Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского. Биология. Химия. 2413-1725 100787 10.29039/2413-1725-2025-11-1-179-188 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ BIOLOGICAL SCIENCES БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ REACTION OF OAT PLANTS TO THE PRESENCE OF ALUMINUM NANOPARTICLES IN THE NUTRIENT SUBSTRATE РЕАКЦИЯ ОВСА ПОСЕВНОГО НА ПРИСУТСТВИЕ НАНОЧАСТИЦ АЛЮМИНИЯ В ПИТАТЕЛЬНОМ СУБСТРАТЕ Сытников Д. М. Sytnikov D. M. Мусса А. Mussa A. Губарев Ф. А. Gubarev F. A. Севастопольский государственный университет Sevastopol State University Томский политехнический университет Tomsk Polytechnic university 01 07 2025 01 07 2025 11 1 179 188 01 07 2025 https://sn-biolchem.cfuv.ru/реакция-овса-посевного-на-присутстви/

В условиях вегетационного опыта изучена реакция овса посевного (Avеna sаtiva L.) на присутствие в субстрате выращивания растений наночастиц алюминия. Показано, что под действием наночастиц у овса изменяется содержание фотосинтетических пигментов в листьях, указывающее на перестройку адаптационных механизмов растения. При прохождении основных фаз развития, у овса, выращенного в присутствии возрастающих доз наночастиц (10, 100 и 1000 мг/кг), в листьях и корнях растений отмечается снижение активности каталазы и повышение активности пероксидазы, обусловленные реакцией растительного организма на стресс. Установлено, что содержание в субстрате выращивания овса посевного наночастиц в концентрации 1000 мг/кг приводит к снижению массы корней в фазу кущения, а также надземной массы растений в фазах кущения, колошения и молочной спелости. При этом высота растений, длина соцветий, количество и масса зёрен также снижаются, что свидетельствует об отрицательном воздействии высоких концентраций наночастиц алюминия на продукционный процесс.

Aluminum is widespread in the earth’s crust and is widely used in human economic activity, but its physiological functions in plants have not been fully clarified. The direction of the influence of various concentrations of aluminum nanoparticles on the growth and development of plants, as well as the features of physiological and biochemical processes in them, remain insufficiently studied. The reaction of common oat (Avena sativa L.) to the presence of aluminum nanoparticles in the plant growing substrate was studied under the conditions of a pot experiment. The introduction of aluminum nanoparticles into the substrate at concentrations of 100 and 1000 mg/kg reduces the content of chlorophylls a and b in the leaves at the early stages of plant development. At the same time, at the heading and milky ripeness stages, the amount of chlorophylls and carotenoids increases in the variants using nanoparticles. Changes in the content of photosynthetic pigments indicate a restructuring of the adaptive mechanisms of plants in the presence of aluminum nanoparticles. In the main stages of oat development (tillering, heading, milky ripeness), the chlorophyll ratio (a/b) was within 2.1–3.2, which indicates compensated work of the pigment complex in the presence of nanoparticles in the substrate. During the main development phases, oats grown in the presence of increasing doses of aluminum nanoparticles (10, 100 and 1000 mg/kg) showed a reliable decrease in catalase activity and an increase in peroxidase activity in the leaves and roots of plants. The identified trends in the change in the activity of antioxidant enzymes indicate the reaction of the plant organism to unfavorable environmental factors. The content of aluminum nanoparticles in the oat growing substrate at a concentration of 1000 mg/kg leads to a decrease in the root mass in the tillering phase, as well as the aboveground mass of plants in the tillering, heading and milk ripeness phases. The height of plants, the length of inflorescences, the number and weight of grains also decrease, which indicates a negative impact of high concentrations of aluminum nanoparticles on the production process.

 Avеna sаtiva L. наночастицы алюминия фотосинтетические пигменты антиоксидантные ферменты структура урожая продуктивность растений Avena sativa L. aluminum nanoparticles photosynthetic pigments antioxidant enzymes crop structure productivity.

Colman B. P. Low concentrations of silver nanoparticles in biosolids cause adverse ecosystem responses under realistic field scenario / B. P. Colman, C. L. Arnaout, S. Anciaux [et al.] // PLoS ONE. – 2013. – Vol. 8 Colman B. P. Low concentrations of silver nanoparticles in biosolids cause adverse ecosystem responses under realistic field scenario / B. P. Colman, C. L. Arnaout, S. Anciaux [et al.] // PLoS ONE. – 2013. – Vol. 8 Дыкман Л. А. Взаимодействие растений с наночастицами благородных металлов (обзор) / Л. А. Дыкман, С. Ю. Щёголев // Сельскохозяйственная биология. – 2017. – № 1. – С. 13–24. Dykman L. A. Vzaimodeystvie rasteniy s nanochasticami blagorodnyh metallov (obzor) / L. A. Dykman, S. Yu. Schegolev // Sel'skohozyaystvennaya biologiya. – 2017. – № 1. – S. 13–24. Schwab F. Barriers, pathways and processes for uptake, translocation and accumulation of nanomaterials in plants – Critical review / F. Schwab, G. Zhai, M. Kern [et al.] // Nanotoxicology. – 2016 – Vol. 10, Iss. 3. Schwab F. Barriers, pathways and processes for uptake, translocation and accumulation of nanomaterials in plants – Critical review / F. Schwab, G. Zhai, M. Kern [et al.] // Nanotoxicology. – 2016 – Vol. 10, Iss. 3. Стасова В. В. Фотосинтетические пигменты в листьях берёзы повислой при техногенном воздействии / В. В. Стасова, Л. Н. Скрипальщикова, Н. В. Астраханцева, А. П. Барченков // Известия вузов. Stasova V. V. Fotosinteticheskie pigmenty v list'yah berezy povisloy pri tehnogennom vozdeystvii / V. V. Stasova, L. N. Skripal'schikova, N. V. Astrahanceva, A. P. Barchenkov // Izvestiya vuzov. Khlebtsov N. G. Biodistribution and toxicity of engineered gold nanoparticles: A review of in vitro and in vivo studies / N. G. Khlebtsov, L. A. Dykman // Chem. Soc. Rev. – 2011. – Vol. 40, Iss. 3. – P. 1647–1671. Khlebtsov N. G. Biodistribution and toxicity of engineered gold nanoparticles: A review of in vitro and in vivo studies / N. G. Khlebtsov, L. A. Dykman // Chem. Soc. Rev. – 2011. – Vol. 40, Iss. 3. – P. 1647–1671. Yanık F. Toxic effects of aluminum oxide (Al2O3) nanoparticles on root growth and development in Triticum aestivum / F. Yanık, F. Vardar // Water, Air, and Soil Pollution. – 2015. – Vol. 226, Iss. 9. – P. 296. Yanık F. Toxic effects of aluminum oxide (Al2O3) nanoparticles on root growth and development in Triticum aestivum / F. Yanık, F. Vardar // Water, Air, and Soil Pollution. – 2015. – Vol. 226, Iss. 9. – P. 296. Odat N. Genotypic variation in germination and some growth parameters of wheat (Triticum turgidum spp. Durum) in response to the toxic effect of aluminum oxide (Al2O3) nanoparticles / N. Odat Odat N. Genotypic variation in germination and some growth parameters of wheat (Triticum turgidum spp. Durum) in response to the toxic effect of aluminum oxide (Al2O3) nanoparticles / N. Odat Burklew C. E. Effects of aluminum oxide nanoparticles on the growth, development, and microRNA expression of tobacco (Nicotiana tabacum) / C. E. Burklew, J. Ashlock, W. B. Winfrey, B. Zhang // PLoS Burklew C. E. Effects of aluminum oxide nanoparticles on the growth, development, and microRNA expression of tobacco (Nicotiana tabacum) / C. E. Burklew, J. Ashlock, W. B. Winfrey, B. Zhang // PLoS Методика выполнения измерений всхожести семян и длины корней проростков высших растений для определения токсичности техногенно-загрязненных почв. ФР 1.39.2006.02264. – СПб, 2009. Metodika vypolneniya izmereniy vshozhesti semyan i dliny korney prorostkov vysshih rasteniy dlya opredeleniya toksichnosti tehnogenno-zagryaznennyh pochv. FR 1.39.2006.02264. – SPb, 2009. Wellburn A. R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolutions / A. R. Wellburn//J. Plant Physiol.–1994. Wellburn A. R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolutions / A. R. Wellburn//J. Plant Physiol.–1994. Воскресенская О. Л. Большой практикум по биоэкологии. Ч. 1 : учеб. пособие / Мар. гос. ун-т; О. Л. Воскресенская, Е. А. Алябышева, М. Г. Половникова. – Йошкар-Ола, 2006. –107 с. – ISBN 5-94808-239-3 Voskresenskaya O. L. Bol'shoy praktikum po bioekologii. Ch. 1 : ucheb. posobie / Mar. gos. un-t; O. L. Voskresenskaya, E. A. Alyabysheva, M. G. Polovnikova. – Yoshkar-Ola, 2006. –107 s. – ISBN 5-94808-239-3 Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) : учебник [для студентов высших с.-х. учеб. заведений по агроном. спец.] Dospehov B. A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul'tatov issledovaniy) : uchebnik [dlya studentov vysshih s.-h. ucheb. zavedeniy po agronom. spec.] Шубина А. Г. Сочетанное влияние химических факторов внешней среды на содержание пигментов в проростках гороха посевного Pisum sativum / А. Г. Шубина, Л. В. Розенблюм, С. Е. Синютина Shubina A. G. Sochetannoe vliyanie himicheskih faktorov vneshney sredy na soderzhanie pigmentov v prorostkah goroha posevnogo Pisum sativum / A. G. Shubina, L. V. Rozenblyum, S. E. Sinyutina Дымова О. В. Фотосинтетические пигменты в растениях природной флоры таёжной зоны европейского северо-востока России / О. В. Дымова, Т. К. Головко // Физиология растений. – 2019. Dymova O. V. Fotosinteticheskie pigmenty v rasteniyah prirodnoy flory taezhnoy zony evropeyskogo severo-vostoka Rossii / O. V. Dymova, T. K. Golovko // Fiziologiya rasteniy. – 2019. Кавеленова Л. М. К методологии экофизиологических исследований листьев древесных растений / Л. М. Кавеленова, Е. В. Малыхина, С. А. Розно, Ю. В. Смирнов // Поволж. экол. журн. – 2008. – № 3. Kavelenova L. M. K metodologii ekofiziologicheskih issledovaniy list'ev drevesnyh rasteniy / L. M. Kavelenova, E. V. Malyhina, S. A. Rozno, Yu. V. Smirnov // Povolzh. ekol. zhurn. – 2008. – № 3. Wen Y. Co-exposure of silver nanoparticles and chiral herbicide imazethapyr to Arabidopsis thaliana: Enantioselective effects/Y. Wen, L. Zhang, Z. Chen [et al.] // Chemosphere. – 2016.–Vol.145 – Р. 207 Wen Y. Co-exposure of silver nanoparticles and chiral herbicide imazethapyr to Arabidopsis thaliana: Enantioselective effects/Y. Wen, L. Zhang, Z. Chen [et al.] // Chemosphere. – 2016.–Vol.145 – R. 207