В Воронежском государственном лесотехническом университете имени Г.Ф. Морозова подвели первые итоги двухлетнего проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, в котором изучается воздействие наночастиц на лесные растения, в частности на березу повислую. Самым неожиданным выводом стало то, что в малых концентрациях многостенные углеродные нанотрубки, а также наночастицы цинка и кремния не только не вредят растениям, но и ускоряют их рост. Однако при превышении определенного порога (более 100 мг на литр) наступает токсический эффект, а при экстремальных дозах семена перестают прорастать.
Лаборатория кафедры химии и биотехнологии ВГЛТУ стала местом проведения необычного эксперимента. Руководитель проекта, кандидат технических наук, старший преподаватель Константин Жужукин вместе с основным исполнителем Анной Корчагиной и студентами изучает, как наночастицы разной природы воздействуют на семена, проростки и взрослые растения берёзы повислой (Betula pendula). В работе используются три типа наночастиц: многостенные углеродные нанотрубки, а также наночастицы цинка и кремнийсодержащие частицы. Все они уже широко применяются в промышленности, доступны на маркетплейсах, и с каждым годом их концентрация в окружающей среде растёт.
Главная неожиданность ждала исследователей впереди. Оказалось, что в малых дозах наночастицы не только безвредны, но и стимулируют развитие растений. Как поясняет Константин Жужукин, механизм у разных частиц различается. Углеродные нанотрубки благодаря своей игольчатой структуре способны проникать через семенную оболочку и облегчать водопоглощение, то есть семя начинает впитывать больше влаги. Наночастицы цинка и кремния в низких концентрациях (1–10 миллиграммов на литр) также стимулируют развитие проростков. Однако при увеличении дозы выше 100 миллиграммов на литр наступает токсический эффект: снижается всхожесть, уменьшается длина побега и падает активность ферментов. При экстремально высоких концентрациях – около 1000 миллиграммов на литр – семена не прорастают вовсе.
Исследователи подходят к проблеме комплексно. Они оценивают всхожесть и морфометрические показатели, измеряют содержание фотосинтетических пигментов (хлорофиллов) и активность ферментов антиоксидантной защиты – каталазы и пероксидазы. Летом запланирован самый интересный этап: анализ экспрессии генов стрессоустойчивости методом ОТ-ПЦР в реальном времени. Ученые хотят выяснить, какие именно гены включаются у растения под воздействием наночастиц как стрессового фактора.
Откуда же наночастицы попадают в лес? По словам Жужукина, наночастицы металлов – это полностью продукт человеческой деятельности. Многостенные углеродные нанотрубки в небольших количествах встречаются в природе (при извержениях вулканов или лесных пожарах), но в промышленных объемах их способен создавать только человек. Основной источник загрязнения – не сами производства, а выщелачивание наночастиц из полимерных композитов и неправильная утилизация отходов. В воздухе их почти нет, они оседают в почве, где контактируют с корнями и семенами.
За первые два квартала ученые уже синтезировали и охарактеризовали наночастицы, провели биологический эксперимент и подготовили несколько научных статей. Как отметил ректор ВГЛТУ Михаил Драпалюк, проект относится к фундаментальной науке и работает на опережение.