Исследование влияния предпосевной обработки семян пшеницы наночастицами диоксида марганца на солевой стресс

Актуальность. Засоление почв — глобальный стрессор, ограничивающий продуктивность пшеницы. Марганец участвует в фотосинтезе и антиоксидантной защите, однако эффективность его наноформ для повышения солеустойчивости изучена недостаточно. Целью работы являлась оценка влияния предпосевной обработки семян наночастицами MnO₂ на проростки пшеницы в условиях солевого стресса.

Методы. Наночастицы MnO₂ синтезированы с использованием алкилдиметиламиноксида в качестве стабилизатора. Фазовый состав оценивали с помощью рентгенофазового анализа. Энергетику взаимодействия оценивали квантово-химическим моделированием (B3LYP/6-31G*). Семена пшеницы обрабатывали суспензией MnO₂ (1 мг/л) и проращивали при 0,5–5,0% NaCl. Определяли морфометрические показатели и содержание фотосинтетических пигментов (спектрофотометрия). Данные обработаны двух факторным ANOVA (p < 0,05). 

Результаты. Рентгенофазовый анализ показал наличие аморфной фазы диоксида марганца с гексогональной решеткой. Моделирование подтвердило энергетическую выгодность связывания MnO₂ с N-оксидной группой стабилизатора (ΔE = 1299 ккал/моль). В контроле повышение NaCl до 1,0% снижало сумму пигмен тов с 0,087 до 0,032 мг/г, а 2,5% NaCl вызывало гибель проростков. Обработка MnO₂ обеспечила выживание при 2,5% NaCl (сумма пигментов 0,074 мг/г), что лишь незначительно уступает контролю при 0,5% NaCl. При 1,0% NaCl содержание пигментов в опытных образцах (0,078 мг/г) было сопоставимо с контролем при 0,5% NaCl, что свидетельствует о полном нивелировании стресса. Увеличение доли каротиноидов указывает на активацию антиоксидантной защиты. Наночастицы MnO₂ эффективно защищают фотосинтетический аппарат пшеницы при солевом стрессе, что открывает перспективы создания новых форм удобрений.

1. Салех С., Мурыгина Е.А., Боме Н.А. Оценка морфофизиологических параметров устойчивости различных сортов озимой ржи к хлоридному засолению в лабораторных условиях. Аграрная наука. 2024; (10): 134–138. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2024-387-10-134-138

2. Сафина Р.Р., Окунев Р.В., Рахманова Г.Ф., Гарафутдинова К.Р. Содержание аминокислот в растениях томата при применении препаратов «Глутамат натрия» и «Аминозол» в условиях солевого стресса. Аграрная наука. 2023; (12): 124–128. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2023-377-12-124-128

3. Газе В.Л., Голубова В.А., Яновская Н.В., Ковтунов В.В. Устойчивость разных видов сорго к осмотическому стрессу под действием NaСl. Аграрная наука. 2022; (10): 96–99. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2022-363-10-96-99

4. Negacz K., Malek Ž., de Vos A., Vellinga P. Saline soils worldwide: Identifying the most promising areas for saline agriculture. Journal of Arid Environments. 2022; 203: 104775. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2022.104775

5. Shrivastava P., Kumar R. Soil salinity: A serious environmental issue and plant growth promoting bacteria as one of the tools for its alleviation. Saudi Journal of Biological Sciences. 2015; 22(2): 123–131. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2014.12.001

6. Zenda T., Wang N., Dong A., Zhou Y., Duan H. Reproductive-Stage Heat Stress in Cereals: Impact, Plant Responses and Strategies for Tolerance Improvement. International Journal of Molecular Sciences. 2022; 23(13): 6929. https://doi.org/10.3390/ijms23136929

7. Rehman S. et al. Salt stress in wheat: A physiological and genetic perspective. Plant Stress. 2025; 16: 100832. https://doi.org/10.1016/j.stress.2025.100832

8. Urooj S., Rasheed R., Ashraf M.A., Ali S., Hussain I. Thiamine Regulated Osmolyte Accumulation, Nutrient Acquisition, and ROS Metabolism to Lessen Salinity Effects on Wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 2024; 24(2): 3560–3578. https://doi.org/10.1007/s42729-024-01776-z

9. Munns R., Tester M. Mechanisms of Salinity Tolerance. Annual Review of Plant Biology. 2008; 59: 651–681. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.59.032607.092911

10. Houmani H. et al. Revisiting the Potential of Seed Nutri-Priming to Improve Stress Resilience and Nutritive Value of Cereals in the Context of Current Global Challenges. Agronomy. 2024; 14(7): 1415. https://doi.org/10.3390/agronomy14071415

11. Liu H., Able A.J., Able J.A. Priming crops for the future: rewiring stress memory. Trends in Plant Science. 2022; 27(7): 699–716. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2021.11.015

12. Trejo-Téllez L.I., Gómez-Merino F.C. Editorial: Beneficial elements: novel players in plant biology for innovative crop production, volume II. Frontiers in Plant Science. 2023; 14: 1303462. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1303462

13. Nagdalian A.A. et al. Effect of selenium nanoparticles on biological and morphofunctional parameters of barley seeds (Hordéum vulgáre L.). Scientific Reports. 2023; 13: 6453. https://doi.org/10.1038/s41598-023-33581-6

14. Blinov A. et al. Effect of Mnx Oy Nanoparticles Stabilized with Methionine on Germination of Barley Seeds (Hordeum vulgare L.). Nanomaterials. 2023; 13(9): 1577. https://doi.org/10.3390/nano13091577

15. Lanza M.G.D.B., dos Reis A.R. Roles of selenium in mineral plant nutrition: ROS scavenging responses against abiotic stresses. Plant Physiology and Biochemistry. 2021; 164: 27–43. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2021.04.026

16. Jomova K. et al. Essential metals in health and disease. Chemico Biological Interactions. 2022; 367: 110173. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2022.110173

17. Rui M. et al. Metal oxide nanoparticles alter peanut (Arachis hypogaea L.) physiological response and reduce nutritional quality: a life cycle study. Environmental Science: Nano. 2018; 5(9): 2088–2102. https://doi.org/10.1039/C8EN00436F

18. Schmidt S.B., Husted S. The Biochemical Properties of Manganese in Plants. Plants. 2019; 8(10): 381. https://doi.org/10.3390/plants8100381

19. Alejandro S., Höller S., Meier B., Peiter E. Manganese in Plants: From Acquisition to Subcellular Allocation. Frontiers in Plant Science. 2020; 11: 300. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00300

20. Meier B., Mariani O., Peiter E. Manganese handling in plants: Advances in the mechanistic and functional understanding of transport pathways. Quantitative Plant Biology. 2025; 6: e16. https://doi.org/10.1017/qpb.2025.10012

21. Schmidt S.B., Eisenhut M., Schneider A. Chloroplast Transition Metal Regulation for Efficient Photosynthesis. Trends in Plant Science. 2020; 25(8): 817–828. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2020.03.003

22. Grujicic J., Allen A.R. Manganese Superoxide Dismutase: Structure, Function, and Implications in Human Disease. Antioxidants. 2025; 14(7): 848. https://doi.org/10.3390/antiox14070848

23. Rahman A., Hossain M.S., Mahmud J.-A., Nahar K., Has anuzzaman M., Fujita M. Manganese-induced salt stress tolerance in rice seedlings: regulation of ion homeostasis, antioxidant defense and glyoxalase systems. Physiology and Molecular Biology of Plants. 2016; 22(3): 291–306. https://doi.org/10.1007/s12298-016-0371-1

24. Михайлова О.П. Инновационные удобрения: влияние на про дуктивность сельскохозяйственных культур и экологические аспек ты. Рациональное использование природных ресурсов: теория, практика и региональные проблемы. Материалы V Всероссийской (национальной) конференции. Омск: Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина. 2025; 146–151. EDN PPDEVZ

25. Popova E.V., Tikhomirova V.E., Taliansky M.E., Kost O.A. Inorganic nano — and microparticles: methods for the preparation and possible applications in plant growing. Russian Chemical Bulletin. 2025; 74(10): 2947–2969. https://doi.org/10.1007/s11172-025-4777-1

26. Verma K.K. et al. Nanofertilizer Possibilities for Healthy Soil, Water, and Food in Future: An Overview. Frontiers in Plant Science. 2022; 13: 865048. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.865048

27. Shebl A., Hassan A.A., Salama D.M., Abd El-Aziz M.E., Abd Elwahed M.S.A. Green Synthesis of Nanofertilizers and Their Application as a Foliar for Cucurbita pepo L. Journal of Nanomaterials. 2019; 2019: 3476347. https://doi.org/10.1155/2019/3476347

28. Kasote D.M., Lee J.H.J., Jayaprakasha G.K., Patil B.S. Manganese Oxide Nanoparticles as Safer Seed Priming Agent to Improve Chlorophyll and Antioxidant Profiles in Watermelon Seedlings. Nanomaterials. 2021; 11(4): 1016. https://doi.org/10.3390/nano11041016

29. Kumar R., Jha A.K., Mandal N., Satdev, Kumari S. Synthesis, characterization and evaluation of novel manganese nanoclay polymer composite and nano-MnO₂ in wheat. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2024; 187(5): 653–667. https://doi.org/10.1002/jpln.202300159

30. Tahir K., Haroon U., Akbar M., Elahi M., Quraishi U.M. Tetragonal crystalline MnO nanoparticles alleviate Pb stress in wheat by modulating antioxidant enzymes in leaves. Physiology and Molecular Biology of Plants. 2024; 30(8): 1401–1411. https://doi.org/10.1007/s12298-024-01488-9

31. Шумейко С.А. Применение наночастиц цинка, марганца и меди в растениеводстве: обзор современных исследований. Оригинальные исследования. 2025; 15(9): 263–291. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.23502.32324

32. Нагдалян А.А. и др. Исследование процесса формирования наночастиц диоксида марганца, стабилизированных алкилдиметилбензиламмония хлоридом. Наноиндустрия. 2024; 17(3–4): 230–239. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.3-4.230.239