В клетках ячменя. Создана методология оценки рисков воздействия наночастиц тяжелых металлов

С помощью уникальной комбинации методов, включая применение высокотехнологичного оборудования класса «Mega-Science» НИЦ «Курчатовский институт», ученые из НИИ физики и Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ впервые детально изучили влияние оксида кадмия (CdO) в макро- и наноразмерных формах на поглощение, трансформацию, структурные и функциональные изменения, происходящие в клетках и тканях ярового ячменя.

В результате широкого применения в сельском хозяйстве фосфорных удобрений, гербицидов, ежегодного увеличения выбросов и накопления отходов промышленных, топливных и энергетических предприятий, химических заводов наблюдается повышение концентраций тяжелых металлов во всех экосистемах. В том числе кадмия, который является одним из наиболее токсичных металлов для всех живых организмов, включая растения.

Ученые АБиБ представили новую стратегию детального изучения видообразования кадмия и локализации в клетках и тканях ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) in situ («на месте», в естественной среде) с применением новейших физических методов, основанных на использовании синхротронного пучка.

«Впервые данное исследование объединяет технологические и аналитические инструментальные методы, включая синтез наночастиц CdO и их качественную и количественную оценку, для изучения трансформации, структурных и функциональных изменений соединений CdO в нано- и макроформах в тканях растения. Такой комбинированный подход может быть применен для оценки риска, связанного с воздействием наночастиц различных соединений металлов.

• Вишну Раджпут, основной исполнитель проекта, PhD, высококвалифицированный специалист АБиБ ЮФУ

Использованный учёными ЮФУ комплекс различных методов таких как инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR), динамическое рассеяние света (DLS), рентгенофлуоресцентный анализ (XRF), сканирующая электронная микроскопия (SEM-EDXMA и TEM), дифракция рентгеновских лучей (XRD) и экспериментальные методы XAFS-спектроскопии позволил выявить количественные различия в элементном химическом составе образцов корней и листьев ячменя.

«Согласно результатам рентгеноструктурного анализа, наночастицы CdO проникают глубоко в ткани растений ячменя, где накапливаются и образуют новые минеральные фазы. Было обнаружено, что токсичное воздействие наночастиц CdO существенно влияет на морфологию внутриклеточных структур, являющихся основными органеллами фотосинтеза, поэтому деструктивные изменения в них, очевидно, снижают уровень метаболических процессов, обеспечивающих рост растений. Это исследование дало возможность показать, как можно комбинировать некоторые инструментальные методы для изучения характеристики и поведения наночастиц в сложных матрицах живых организмов».

• Виктория Шуваева, руководитель проекта, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник НИИ физики ЮФУ

Исследование опубликовано в журнале Environmental Research при поддержке гранта Российского научного фонда № 21-77-20089 «Оценка состояния загрязненных почв и растений с использованием синхротронных методов».

Изображения: ЮФУ