Оценка использования наноформ кремния и железа для предпосевной обработки семян Pisum sativum

   Актуальность. Современные технологии растениеводства связаны с использованием наноразмерных материалов для предпосевной обработки семян. В статье представлены результаты изучения влияния предпосевной обработки семян Pisum sativum растворами наночастиц оксидов железа и кремния на всхожесть, жизнеспособность и  урожайность растений в условиях Южного Урала.

   Методы. Для предпосевной обработки семян использовали растворы наночастиц SiO₂ и Fe₃O₄ в концентрациях 10^–2, 10^–3 и 10^–4 мг/л, а также раствор смеси двух оксидов. Жизнеспособность клеток оценивали по методу Vijayaraghavaraddy. Активность супероксиддисмутазы определяли по Гианнополитису и Райсу, каталазу, перекисное окисление липидов и содержание малонового диальдегида – по Heath и Packer, а фракционный состав белков в семенах – по Chen.

   Результаты. Определение всхожести P. sativum показало значительную стимуляцию прорастания семян в вариантах обработки 10^–3 мг/л Fe₃O₄ , 10^–3 и 10^–4 мг/л SiO₂ , а также Fe₃O₄ (10^–3 мг/л) с SiO₂ (10^–4 мг/л). Повышение активности каталазы наблюдали при обработке семян SiO₂ в двух концентрациях (до 83 % и 146 %), Fe₃O₄ (до 111 %) и Fe₃O₄ + SiO₂ (до 47 %). Отмечено снижение содержания малонового диальдегида в вариантах воздействия SiO₂ и его смеси с Fe₃O₄ (до 40 %). На фоне использования наночастиц для предпосевной обработки семян состав белкового комплекса изменился за счет увеличения пула альбуминов на 88 % и снижения содержания глобулинов до 9,8 %.

1. Давыдова Н. В. Показатели яровой пшеницы в ответ на обработку семян наночастицами металлов / Н. В. Давыдова [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2019. – Т. 14. – № 11-12. – 64–74. do: 10.21517/1992-7223-2019-11-12-64-74

2. Hoe P. T., Mai N. C., Lien L., Ban N., Van M., Chau N. H., Buu N. Q., Hien D. T. Germination responses of soybean seeds under Fe, ZnO, Cu and Co nanoparticle treatments. International Journal of Agriculture and Biology. 2018; 20 (7): 1562–1568. URL: https://www.researchgate.net/publication/326800576_Germination_responses_of_soybean_seeds_under_Fe_ZnO_Cu_and_Co_nanoparticle_treatments

3. Nile S. H., Thiruvengadam M., Wang Y., Samynathan R., Shariati M. A., Rebezov M., Nile A., Sun M., Venkidasamy B., Xiao J., Kai G. Nano-priming as emerging seed priming technology for sustainable agriculture-recent developments and future perspectives. Journal of nanobiotechnology. 2022; 20 (1): 254. doi: 10.1186/s12951-022-01423-8

4. Santo P. A. E., Oliveira H. C., Fraceto L. F., Santaella C. Nanotechnology potential in seed priming for sustainable agriculture. Nanomaterials. 2021; 11: 267. doi: 10.3390/nano11020267

5. Shelar A., Singh A. V., Maharjan R. S., Laux P., Luch A., Gemmati D., Tisato V., Singh S. P., Santilli M. F., Shelar A., Chaskar M., Patil R. Sustainable agriculture through multidisciplinary seed nanopriming: prospects of opportunities and challenges. Cells. 2021; 10 (9): 2428. doi: 10.3390/cells10092428

6. Mushtaq A., Rizwan S., Jamil N., Ishtiaq T., Irfan S., Ismail T., Malghani M. N., Shahwani M. N. Influence of silicon sources and controlled release fertilizer on the growth of wheat cultivars of Balochistan under salt stress. Pakistan Journal of Botany. 2019; 51: 1561–1567. doi: 10.30848/PJB2019-5(44)

7. Ahmad A., Hashmi S. S., Palma J. M., Corpas F. J. Influence of metallic, metallic oxide, and organic nanoparticles on plant physiology. Chemosphere. 2022; 290: 133329. doi: 10.1016/j.chemosphere.2021.133329

8. Khan M. R., Adam V., Rizvi T. F., Zhang B., Ahamad F., Jośko I., Zhu Y., Yang M., Mao C. Nanoparticle-plant interactions: two-way traffic. Small. 2019; 15 (37): 1613–6810. doi: 10.1002/smll.201901794

9. Palchoudhury S., Jungjohann K. L., Weerasena L., Arabshahi A., Gharge U., Albattah A., Miller J., Patel K., Holler R. A. Enhanced legume root growth with pre-soaking in α-Fe₂O₃ nanoparticle fertilizer. RSC Advances. 2018; 8 (43): 24075–24083. doi: 10.1039/c8ra04680h.

10. Verma K. K., Song X.-P., Joshi A., Tian D.-D., Rajput V. D., Singh M., Arora J., Minkina T., Li Y. R. Recent trends in nano-fertilizers for sustainable agriculture under climate change for global food security. Nanomaterials. 2022; 12 (1): 173. doi: 10.3390/nano12010173

11. Vijayaraghavareddy P., Vemanna R. S., Yin X., Struik P. C., Makarla U., Sreeman S. M. Acquired traits contribute more to drought tolerance in wheat than in rice. Plant Phenomics. 2020 (3): 1–16. doi: 10.34133/2020/5905371

12. Гавриш И. А. Влияние металлических наночастиц на физиолого-биохимические показатели Пшеницы мягкой / И. А. Гавриш [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. – 2019. – 81 (1): 263–268 doi: 10.20914/2310-1202-2019-1-263-268

13. Ehrhardt-Brocardo M. N. C., Coelho C. M. M., Souza C. A. Storage protein composition during germination and its association with physiological seed quality in common bean. Acta Scientiarum – Agronomy. 2022; 44 (1): e53434 doi: 10.4025/actasciagron.v44i1.53434

14. Nazaralian S., Majd A., Iranian S., Najafi F., Ghahremaninejad F., Landberg T., Greger M. Comparison of silicon nanoparticles and silicate treatments in fenugreek. Plant physiology and biochemistry. 2017; 115: 25–33. doi: 10.1016/j.plaphy.2017.03.009

15. Wang W., Peng H., Huang J., Cui K., Nie L. Effect of storage condition and duration on the detection of primed rice seed. Front Plant Sci. 2018; 172: 9–13. doi: 10.3389/fpls.2018.00172

16. Gong C., Wang L., Li X., Wang H., Jiang Y., Wang W. Responses of seed germination and shoot metabolic profiles of maize (Zea mays L.) to Y₂O₃ nanoparticle stress. RSC Advances. 2019; 9 (47): 27720–27731. doi: 10.1039/C9RA04672K