» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Август, 2017 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №5 2017

Автор: Ильясова Римма Рашитовна, Массалимов Исмаил Александрович, Мустафин Ахат Газизьянович, канд.хим.наук, доцент
Рубрика: Химические науки
Название статьи: Влияние наноразмерной серы в смеси с дигидрофосфатом кальция на содержание метионина в растительных тканях

Статья просмотрена: 277 раз

УДК 546.22.-121, 661.152, 631.8

 

ВЛИЯНИЕ НАНОРАЗМЕРНОЙ СЕРЫ В СМЕСИ С ДИГИДРОФОСФАТОМ КАЛЬЦИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ МЕТИОНИНА

В РАСТИТЕЛЬНЫХ ТКАНЯХ

 

Ильясова Римма Рашитовна,

Массалимов Исмаил Александрович

 Мустафин Ахат Газизьянович

К.х.н., доцент, РФ, г. Уфа

Д.т.н., профессор, РФ, г. Уфа

Д.х.н., профессор, РФ, г. Уфа

 

Аннотация. В  статье приведены результаты изучения влияния наноразмерной серы в смеси с дигидрофосфатом кальция Са(Н2РО4)2 на содержание незаменимой аминокислоты метионина в плодах фасоли различных сортов. Тема статьи актуальна, т.к. в последнее время одной из проблем сельского хозяйства является деградация почв РФ и как следствие потеря урожайности и качества сельхозкультур. Авторами предложено эффективное удобрение на основе смеси наноразмерной серы и дигидрофосфата кальция с целью оптимизации содержания незаменимой аминокислоты метионина в плодах фасоли, а также создания более благоприятных условий для роста и развития бобовых растений.

Ключевые слова: наночастицы,  метионин, сера.

 

В последнее время острой становится проблема, связанная с деградацией почв и растущим дефицитом минеральных веществ в почвах многих регионов мира с интенсивным земледелием, в том числе и РФ. Данный факт часто приводит к снижению урожая сельхозкультур и их качественных характеристик по содержанию питательных веществ.  При этом отечественные и зарубежные исследования показывают, что выращивание высоких и устойчивых урожаев растений с высококачественной по питательным свой­ствам растительной продукции возможно, если возмещать вымываемые из почвы пита­тельные вещества путем внесения удобрений различных видов, в том числе, минеральных в почвы [1 - 3]. Однако, как известно, многие широко используемые в сельском хозяйстве удобрения содержат примеси тяжелых металлов, токсических органических веществ, что при нерациональном использовании удобрений может оказать негативное влияние на окружающую среду, попасть в организм человека и животных, способствуя возникновению различных заболеваний. 

Дефицит  биогенных элементов в почвах России, а также растущие требования к качеству удобрений приводят к проблеме разработки новых, экологически безопасных и экономичных по стоимости удобрений. Решение данной проблемы может быть реализовано при использовании достижений нанотехнологий.

Материалы на основе наночастиц уже активно используются во  многих странах мира: в промышленности, энергетике, медицине, решения экологических, в том числе, в сельском хозяйстве  и т.д. Высокая биологическая активность наночастиц ряда простые веществ Au, Ag, Se, S, Fe, Zn и их соединений позволяет в ряде случаев создавать на их основе эффективные защитные и стимулирующие питательные смеси для культурных растений. Благодаря своим малым размерам наночастицы обладают избыточной энергией, что положительно влияет на биохимические процессы, протекающие в тканях растениях на клеточном уровне [4-8].

В настоящее время известно, что наночастицы менее токсичны по сравнению с их аналогами микрометрового размера: при  этом расходуясь постепенно, они создают постепенно включающиеся в биохимические реакции электроны и ионы, что обеспечивает возможность эффективного пролонгированного их воздействия в тканях растений. При этом малые дозы вносимых удобрений  позволяют не загрязнять окружающую среду. Таким образом, открываются возможности значительного увеличения эффективности земледелия при сохранении чистоты окружающей среды [4, 5].

Цель работы заключалась в разработке высокоэффективного удобрения на основе отходов синтеза наносеры из полисульфида кальция в смеси с дигидрофосфатом кальция по содержанию незаменимой аминокислоты метионина с целью повышения питательных свойств бобовых растений, а именно фасоли различных сортов, таких как, «инга», «масляный король», «сакса», «золотой нектар», «победитель», «пурпурная королева», «кидни», «прето».

Метионин - это альфа-аминокислота, которая используется в биосинтезе растительных белков. В качестве незаменимой аминокислоты, метионин не синтезируется в организме человека и животных, и поэтому его необходимо поглощать извне из метионин-содержащих продуктов растительного характера. Однако большинство фруктов, овощей содержат метионина очень мало. Недостаток метионина может привести к атеросклерозу, жировой дистрофии печени, анемии, нарушениям биохимических процессов в результате воздействия стресса [9].

Авторами изучена возможность применения смеси наноразмерной серы с размером частиц в 20-30 нм с дигидрофосфатом кальция Ca(H2PO4)2, исходя из того, что сера и фосфор усваиваются только в присутствии достаточного количества друг друга, для увеличения содержания метионина в пищевом продукте – плодах фасоли, а также для создания более благоприятных условий для развития и роста растений. В экспериментах использованы отходы  синтеза наноразмерной серы из полисульфида кальция, содержащие до 92% наноразмерной серы и предоставленные опытным предприятием НИИ гербицидов и регуляторов
роста растений АН РБ. 
Использование данного  вида отходов и внедрение безотходного технологического цикла может обеспечить максимально полное использование образующихся отходов предприятия с целью рационального использования отходов производства и охраны окружающей среды. Ежегодно таких отходов на опытном предприятии образуется до 15 тонн.

Эксперименты по исследованию влияния изучаемых удобрений на рост, развитие растений, а также на содержание метионина проводили в несколько этапов:

                  Внесение смеси наносеры и дигидрофосфата кальция в соотношениях 1:1, 1:2, 1:10, 1:50 в почву в несколько приемов, с периодичностью в три недели;

                  Пробоподготовка образцов - плодов фасоли до и после  проведения опыта по известной методике [10].

                  Идентификация и количественный анализ метионина методом тонкослойной хроматографии на пластинках  «сорбфил»

Для приготовления системы подвижных фаз применяли предварительно очищенные  пропанол, муравьиную кислоту, аммиак, ацетон. В качестве реагента для обнаружения исследуемых веществ в виде окрашенных соединений использовали нингидрин марки  «чда».

Для большей степени разделения перед хроматографированием отделили мешающие вещества - белки. Для отделения белков и выделения из плодов фасоли метионина использовали этанол и раствор серной кислоты. Подготовленную вытяжку использовали для качественного и количественного анализа плодов фасоли на содержание метионина.

Идентификацию аминокислоты проводили по значению коэффициента подвижности Rf, сравнивая Rf стандартных аминокислот «свидетелей» на хроматограмме с Rf анализируемой аминокислоты.

Количественный анализ аминокислот проводили по площади их пятен на хроматограмме с помощью компьютерной программы «Rossling medical» (при относительном стандартном отклонении Sr < 0.33).

В результате исследований установлено, что растения лучше развивались при внесении в почву смеси с соотношением основных компонентов наносера : дигидрофосфат кальция: 1:10, при этом длина побегов и листьев была наибольшей, плоды фасоли крупнее, цветение наступило раньше. Во всех остальных случаях растения развивались медленнее, наблюдалось меньшее  количество плодов.    

В таблице 1 приведены результаты количественного анализа метионина в плодах фасоли, полученные при различных условиях эксперимента. При этом Rf (метионина) = 0,35.

 

Таблица 1. Содержание метионина в вытяжке плодов фасоли в мкг/л

 

Исследуемые образцы

Содержание метионина в вытяжке плодов фасоли, мкг/л

1.                

Контрольные образцы плодов фасоли (до проведения опыта)

7,91±0,11

 

2.                

Образцы плодов фасоли без подкормки с выращиванием

6,23±0,14

 

3.                

Дигидрофосфат кальция

5,99 ±0,11

 

4.                

Наноразмерная сера

6,02±0,12

 

5.                

Образцы плодов фасоли с подкормкой

микронная сера : дигидрофосфат кальция в соотношении 1:10

8,52±0,11

 

6.                

Образцы плодов фасоли с подкормкой

наносера : дигидрофосфат кальция  в соотношении  1:1

9,58±0,12

 

7.                

Образцы плодов фасоли с подкормкой

наносера : дигидрофосфат кальция в соотношении 1:2

14,05±0,12

 

8.                

Образцы - с подкормкой

наносера : дигидрофосфат  кальция в соотношении 1:10

17,8±0,11

 

9.                

Образцы - с подкормкой

наносера : дигидрофосфат кальция в соотношении  1:50

8,82±0,20

 

 

Из приведенных в таблице значений видно, что применение в качестве удобрения смеси наноразмерная сера : дигидрофосфат кальция  в соотношении 1:10 привело к увеличению содержания метионина в плодах фасоли в 2-2,5 раза; при этом пятна аминокислоты на хроматограмме наблюдались четкие,  максимально большого размера.  

Наблюдаемый эффект можно объяснить следующим образом:

Во-первых, скорость биохимических превращений в растительных тканях увеличивается благодаря высокой активности частиц наноразмерной серы. Во-вторых, образующиеся в результате биохимических превращений соединения серы (IV) и (VI) способствуют большему усвоению из почвы микроэлементов (кобальта, марганца и т.д.)  - катализаторов биохимических превращений в тканях растений, что ускоряет протекание реакций в тканях и увеличивает количественно образование органических продуктов реакций, в частности, аминокислот.

В настоящее время разработанное смешанное удобрение апробировано и проходит испытания в Башкирском НИИ сельского хозяйства, Башкирском государственном аграрном университете

Таким образом:

§                 На основании результатов экспериментов можно рекомендовать использовать разработанное удобрение в качестве смешанного с целью создания более благоприятных условий для развития и роста фасоли, а также оптимизации питательных качеств фасоли по содержанию незаменимой аминокислоты метионина.

§                 Кроме того, перспективное в настоящее время внедрение в практическую деятельность технологий безотходного производства обеспечивает максимально полное использование образующихся отходов, в данном случае наноразмерной серы, полученной из полисульфида кальция.

 



Список литературы:

  1. Асатиани В.С. Химия нашего организма. Москва, «Наука», 1989 г.
  2. Денисова В.В. и др. Химия, Москва, «МарТ», 2003г.
  3. Ильясова Р.Р., Юнусова Ю.В., Массалимов И.А. Изучение влияния наноразмерного гетита на оптимизацию содержания глутаминовой кислоты в тканях растений. Сборник статей Международной научно-практической конференции «Научные исследования и разработки в эпоху глобализации», Киров, 2016, с. 21-23.
  4. Alexander Gogos, Katja Knauer, and Thomas D. Bucheli. Nanomaterials in Plant Protection and Fertilization: Current State, Foreseen Applications, and Research Priorities J. Agric. Food Chem., 2012, 60 (39), pp 9781–9792.
  5. Castiglione Monica, R. and R. Cremonini. 2009. Nanoparticles and higher plants. Caryologia, 62: 161-165.
  6. Priyanka Gajjar, Brian Pettee, David W Britt, Wenjie Huang, William P Johnson, Anne J Anderson. Antimicrobial activities of commercial nanoparticles against an environmental soil microbe, Pseudomonas putida KT2440. Journal of Biological Engineering Volume 3 p.9, doi:10.1186/1754-1611-3-9.
  7. N. C. J. Packia Lekshmi, S. Benarcin Sumi, S. Viveka, S. Jeeva and J. Raja Brindha Antibacterial activity of nanoparticles from Allium sp. J. Microbiol. Biotech. Res., 2012, 2 (1):115-119.
  8. Young-Ki Jo, Byung H. Kim, Geunhwa Jung, Antifungal Activity of Silver Ions and Nanoparticles on Phytopathogenic Fungi. Plant Disease. 2009. Vol. 93 No. 10 p.1037.
  9. http://www.nazdor.ru/topics/organism/physiology/current/477504.
  10. https://refdb.ru/look/2209794-p2.html.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: