Влияние стабилизированных хитозаном наночастиц серебра на физиолого-биохимическое состояние растений картофеля (Solanum tuberosum L.) в культуре in vitro

В статье рассматривается влияние нанокомпозитов (НК) на основе серебросодержащего хитозана, массовое соотношение хитозан-Ag 50:1 (Хит-Ag 50:1) и 100:1 (Хит-Ag 100:1), внесенных в питательную среду культивирования в разведениях 1:500 и 1:1000, на развитие микропобегов и микроклонов картофеля сорта Бриз (Solanum tuberosum L.). При клонировании растений-регенерантов картофеля и культивировании микропобегов непосредственно на модифицированных питательных средах выявлен ингибирующий эффект НК на развитие микроклонов, индукции ризогенеза не наблюдалось. При пересадке 3-недельных микроклонов картофеля с развитой корневой системой на питательные среды, модифицированные НК Хит-Ag 50:1, выявлено замедление роста и развития микроклонов по сравнению с контролем и при внесении хитозана. Включение Хит-Ag 100:1 в питательную среду не влияло на рост микроклонов по сравнению с контролем, однако биомасса корней снижалась по сравнению с таковой при внесении чистого хитозана. Сохранение содержания пролина на уровне контрольного варианта при снижении количества образующейся перекиси водорода свидетельствует об отсутствии стрессовой реакции сформированных микроклонов картофеля на исследуемые хитозан-Ag нанокомпозитные смеси. Вероятно, более плотная оболочка, образующаяся при увеличении массового содержания хитозана в НК, способствует замедлению генерации ионов серебра Ag+ и снижает их токсичность.

1. Камская, В. Е. Хитозан: структура, свойства и использование / В. Е. Камская // Науч. обозрение. Биол. науки. – 2016. – № 6. – С. 36–42.

2. Тютерев, С. Л. Экологически безопасные индукторы устойчивости растений к болезням и физиологическим стрессам / С. Л. Тютерев // Вестн. защиты растений. – 2015. – № 1 (83). – С. 3–13.

3. Evaluation of quaternary ammonium chitosan derivatives differing in the length of alkyl side-chain: Synthesis and antifungal activity / L. Wei [et al.] // Int. J. Biol. Macromol. – 2019. – Vol. 129. – P. 1127–1132. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.09.099

4. Хитин/хитозан и его производные: фундаментальные и прикладные аспекты / В. П. Варламов [и др.] // Успехи биол. химии. – 2020. – Т. 60. – С. 317–368.

5. Павлова, Н. А. Биологическая эффективность некоторых индукторов болезнеустойчивости в системе оздоровления и защиты картофеля от болезней в оригинальном семеноводстве / Н. А. Павлова // Вестн. защиты растений. – 2015. – № 3 (85). – С. 21–26.

6. Васюкова, Н. И. Индуцированная устойчивость растений и салициловая кислота / Н. И. Васюкова, О. Л. Озерецковская // Прикладная биохимия и микробиология. – 2007. – Т. 43, № 4. – С. 405–411.

7. Баданова, Е. Г. Препараты на основе хитозана для сельского хозяйства / Е. Г. Баданова, И. М. Давлетбаев, А. С. Сироткин // Вестн. технол. ун-та. – 2016. – Т. 19, № 16. – С. 89–95.

8. Chitosan as a growth stimulator in orchid tissue culture / K. L. Nge [et al.] // Plant Sci. – 2006. – Vol. 170, N 6. – P. 1185–1190. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2006.02.006

9. Asghari-Zakaria, R. Effect of in vitro chitosan application on growth and minituber yield of Solanum tuberosum L. // R. Asghari-Zakaria, B. Maleki-Zanjani, E. Sedghi // Plant Soil Environment. – 2009. – Vol. 55, N 6. – P. 252–256. https://doi. org/10.17221/1018-pse

10. Chitosan in plant protection / A. El Hadrami [et al.] // Marine Drugs. – 2010. – Vol. 8, N 4. – P. 968–987. https://doi.org/10.3390/md8040968

11. Chirkov, S. N. The antiviral activity of chitosan (review) / S. N. Chirkov // Appl. Biochem. Microbiol. – 2002. – Vol. 38, N 1. – P. 1–8. https://doi.org/10.1023/A:1013206517442

12. Differential phytotoxic responses of silver nitrate (AgNO3) and silver nanoparticles (AgNPs) in Cucumis sativus L. / A. Tripathi [et al.] // Plant Gene. – 2017. – Vol. 11, Pt. B. – P. 255–264. https://doi.org/10.1016/j.plgene.2017.07.005

13. Physiological and biochemical responses of pearl millet (Pennisetum glaucum L.) seedlings exposed to silver nitrate (AgNO3) and silver nanoparticles (AgNPs) / I. Khan [et al.] // Int. J. Environ. Res. Public Health. – 2019. – Vol. 16, N 13. – Art. 2261. https://doi.org/10.3390/ijerph16132261

14. Role of nanoparticles in plants / M. H. Siddiqui [et al.] // Nanotechnology and Plant Sciences / eds. : M. Siddiqui, M. Al-Whaibi, F. Mohammad. – Cham, 2015. – P. 19–35.

15. Препарат «Зерокс» на основе химически модифицированного высокодисперсного серебра как элемент эффективной борьбы с бактериальными и грибными эпифитотиями сельскохозяйственно значимых растений / П. М. Жеребин [и др.] // Защита картофеля. – 2014. – № 2. – С. 43–45.

16. Дыкман, Л. А. Взаимодействие растений с наночастицами благородных металлов / Л. А. Дыкман, С. Ю. Щёголев // Сельскохозяйств. биология. – 2017. – Т. 52, № 1. – С. 13–24.

17. Murashige, T. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures / T. Murashige, F. Skoog // Physiologia Plantarum. – 1962. – Vol. 15, N 3. – P. 473–497. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x

18. Шлык, А. А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев / А. А. Шлык // Биохимические методы в физиологии растений : сб. ст. / отв. ред. О. А. Павлинова. – М., 1971. – С. 154–170.

19. Extracellular H2O2 induced by Oligagalacturonides is not involved in the inhibition of the auxin-regulated roIB gene expression in tobacco leaf explants / D. Bellincampi [et al.] // Plant Physiol. – 2000. – Vol. 122, N 4. – P. 1379–1385. https://doi.org/10.1104/pp.122.4.1379

20. Bates, L. S. Rapid determination of free proline for water-stress studies / L. S. Bates, R. P. Waldren, J. D. Teare // Plant Soil. – 1973. – Vol. 39, N 1. – P. 205–207. https://doi.org/10.1007/bf00018060

21. Макеева, И. Ю. Физиолого-биохимические ответы Solanum tuberosum на действие кофейной кислоты : дис. … канд. биол. наук : 03.01.05 / И. Ю. Макеева. – Орел, 2017. – 122 л.

22. Влияние нанокомпозитов на основе серебросодержащего хитозана на развитие микроклонов растений картофеля / Н. А. Еловская [и др.] // Проблемы оценки, мониторинга и сохранения биоразнообразия : сб. материалов IV Респ. науч.-практ. экол. конф., Брест, 25 нояб. 2021 г. / Брест. гос. ун-т им. А. С. Пушкина ; редкол. : Н. М. Матусевич, Н. В. Шкуратова, М. В. Левковская. – Брест, 2021. – С. 121–125.

23. Эрастова, М. А. Изучение процесса ризогенеза растений картофеля in vitro / М. А. Эрастова, Ю. Н. Федорова // Вестн. Алтайск. гос. аграр. ун-та. – 2009. – № 5 (55). – С. 21–23.

24. Physiological analysis of silver nanoparticles and AgNO3 toxicity to Spirodela polyrhiza / H. Sh. Jiang [et al.] // Environ. Toxicol. Chem. – 2012. – Vol. 31, N 8. – P. 1880–1886. https://doi.org/10.1002/etc.1899

25. Engineered silver nanoparticles are sensed at the plasma membrane and dramatically modify the physiology of Arabidopsis thaliana plants / A. Sosan [et al.] // Plant J. – 2016. – Vol. 85, N 2. – P. 245–257. https://doi.org/10.1111/tpj.13105

26. Stampoulis, D. Assay-dependent phytotoxicity of nanoparticles to plants / D. Stampoulis, S. K. Sinha, J. C. White // Environ. Sci. Technol. – 2009. – Vol. 43, N 24. – P. 9473–9479. https://doi.org/10.1021/es901695c

27. О биологической активности стабилизированных арабиногалактаном наночастиц серебра в отношении кресссалата Lepidium sativum L. Curled и фитопатогенного микромицета Fusarium sambucinum / О. И. Гудкова [и др.] // Сельскохозяйств. биология. – 2021. – Т. 56, № 3. – С. 500–510.

28. Бугара, И. А. Особенности влияния композиций наносеребра на процессы морфогенеза в культуре картофеля in vitro / И. А. Бугара, С. Н. Жалдак, Р. В. Трускавецкий // Sci. Time. – 2015. – № 11 (23). – С. 87–91.

29. Almutairi, Z. M. Effect of silver nanoparticles on seed germination of crop plants / Z. M. Almutairi, A. A. Alharbi // J. Adv. Agricult. – 2015. – Vol. 4, N 1. – P. 280–285. https://doi.org/10.24297/jaa.v4i1.4295