Нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур
Кремнеземы и композитные системы, созданные на их основе, способны оказывать положительное влияние на энергию прорастания и всхожесть семян овощей. Однако для томатов величина эффекта зависит от вида и гибрида. Самым эффективным препаратом для обработки семян гибрида белокочанной капусты ‘‘Gallican’...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Поверхность |
|---|---|
| Datum: | 2017 |
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України
2017
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148781 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур / Ю. Янкаускене, В. Залаторюс, Р. Старкуте, О. Бундинене, Т.В. Крупская, А.П. Головань, В.В. Туров, P. Jovaisas, R. Bieliauskiene // Поверхность. — 2017. — Вип. 9 (24). — С. 199-210. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-148781 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Янкаускене, Ю. Залаторюс, В. Старкуте, Р. Бундинене, О. Крупская, Т.В. Головань, А.П. Туров, В.В. Jovaisas, P. Bieliauskiene, R. 2019-02-18T19:00:14Z 2019-02-18T19:00:14Z 2017 Нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур / Ю. Янкаускене, В. Залаторюс, Р. Старкуте, О. Бундинене, Т.В. Крупская, А.П. Головань, В.В. Туров, P. Jovaisas, R. Bieliauskiene // Поверхность. — 2017. — Вип. 9 (24). — С. 199-210. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 2617-5975 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148781 544.7:631.8 Кремнеземы и композитные системы, созданные на их основе, способны оказывать положительное влияние на энергию прорастания и всхожесть семян овощей. Однако для томатов величина эффекта зависит от вида и гибрида. Самым эффективным препаратом для обработки семян гибрида белокочанной капусты ‘‘Gallican’’ оказался гидрофобный кремнезем с иммобилизованной на его поверхности сбалансированной смесью микро- и макроэлементов без бора. Самые длинные корни ростков моркови получены после обработки семян гидрофильным кремнеземом с препаратом Delfan Plus. Несмотря на присутствие гидрофобной компоненты в нанокомпозитных системах, они остаются проницаемыми для воды. Слабоассоциированные формы воды формируются на границе раздела фаз с гидрофобными веществами. The composite systems basis on silicas and initial silicas are able to exert a positive effect on the germination energy and the germination of vegetable seeds. However, for tomatoes, the value of the effect depends on the species and the hybrid. The most effective preparation for treatment of the white cabbage hybrid '' Gallican '' seeds was hydrophobic silica with a balanced mixture of micro- and macronutrients without boron immobilized on its surface. The longest roots of the carrot sprouts were obtained after the seeds treatment with hydrophilic silica with Delfan Plus. Although the presence of a hydrophobic component in nanocomposite systems, its stay permeable to water. Weakly associated forms of water create itself at the interface between phases with hydrophobic substances. Кремнеземи та композитні системи, створені на їх основі, здатні позитивно впливати на энергію проростання та схожість насіння овочів. Але для томатів величина ефекту залежить від виду та гібриду. Самим ефективним препаратом для обробки насіння гібриду білокачанної капусти ‘‘Gallican’’ виявився гідрофобний кремнезем з імобілізованою на його поверхні збалансованою сумішшю мікро- та макроелементів без бору. Найбільш довгі корінці ростків моркви були отримані після обробки насіння гідрофільним кремнеземом з препаратом Delfan Plus. Не дивлячись на присутність гідрофобної компоненти в нанокомпозитних системах, вони залишаються проникними для води. Слабоасоційовані форми води формуються на межі розділу фаз з гідрофобними речовинами. Публикация содержит результаты исследований, проведенных при грантовой поддержке Министерства образования и науки Украины по конкурсному украино- молдавскому проекту (NoМ/51) ru Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Поверхность Медико-биологические проблемы поверхности Нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур Nanocomposite systems on the basis of nanosilicas for germination some types of vegetable crops Нанокомпозитні системи на основі кремнеземів для пророщування деяких типів овочевих культур Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур |
| spellingShingle |
Нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур Янкаускене, Ю. Залаторюс, В. Старкуте, Р. Бундинене, О. Крупская, Т.В. Головань, А.П. Туров, В.В. Jovaisas, P. Bieliauskiene, R. Медико-биологические проблемы поверхности |
| title_short |
Нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур |
| title_full |
Нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур |
| title_fullStr |
Нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур |
| title_full_unstemmed |
Нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур |
| title_sort |
нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур |
| author |
Янкаускене, Ю. Залаторюс, В. Старкуте, Р. Бундинене, О. Крупская, Т.В. Головань, А.П. Туров, В.В. Jovaisas, P. Bieliauskiene, R. |
| author_facet |
Янкаускене, Ю. Залаторюс, В. Старкуте, Р. Бундинене, О. Крупская, Т.В. Головань, А.П. Туров, В.В. Jovaisas, P. Bieliauskiene, R. |
| topic |
Медико-биологические проблемы поверхности |
| topic_facet |
Медико-биологические проблемы поверхности |
| publishDate |
2017 |
| language |
Russian |
| container_title |
Поверхность |
| publisher |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Nanocomposite systems on the basis of nanosilicas for germination some types of vegetable crops Нанокомпозитні системи на основі кремнеземів для пророщування деяких типів овочевих культур |
| description |
Кремнеземы и композитные системы, созданные на их основе, способны оказывать положительное влияние на энергию прорастания и всхожесть семян овощей. Однако для томатов величина эффекта зависит от вида и гибрида. Самым эффективным препаратом для обработки семян гибрида белокочанной капусты ‘‘Gallican’’ оказался гидрофобный кремнезем с иммобилизованной на его поверхности сбалансированной смесью микро- и макроэлементов без бора. Самые длинные корни ростков моркови получены после обработки семян гидрофильным кремнеземом с препаратом Delfan Plus. Несмотря на присутствие гидрофобной компоненты в нанокомпозитных системах, они остаются проницаемыми для воды. Слабоассоциированные формы воды формируются на границе раздела фаз с гидрофобными веществами.
The composite systems basis on silicas and initial silicas are able to exert a positive effect on the germination energy and the germination of vegetable seeds. However, for tomatoes, the value of the effect depends on the species and the hybrid. The most effective preparation for treatment of the white cabbage hybrid '' Gallican '' seeds was hydrophobic silica with a balanced mixture of micro- and macronutrients without boron immobilized on its surface. The longest roots of the carrot sprouts were obtained after the seeds treatment with hydrophilic silica with Delfan Plus. Although the presence of a hydrophobic component in nanocomposite systems, its stay permeable to water. Weakly associated forms of water create itself at the interface between phases with hydrophobic substances.
Кремнеземи та композитні системи, створені на їх основі, здатні позитивно впливати на энергію проростання та схожість насіння овочів. Але для томатів величина ефекту залежить від виду та гібриду. Самим ефективним препаратом для обробки насіння гібриду білокачанної капусти ‘‘Gallican’’ виявився гідрофобний кремнезем з імобілізованою на його поверхні збалансованою сумішшю мікро- та макроелементів без бору. Найбільш довгі корінці ростків моркви були отримані після обробки насіння гідрофільним кремнеземом з препаратом Delfan Plus. Не дивлячись на присутність гідрофобної компоненти в нанокомпозитних системах, вони залишаються проникними для води. Слабоасоційовані форми води формуються на межі розділу фаз з гідрофобними речовинами.
|
| issn |
2617-5975 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148781 |
| citation_txt |
Нанокомпозитные системы на основе кремнеземов для проращивания некоторых типов овощных культур / Ю. Янкаускене, В. Залаторюс, Р. Старкуте, О. Бундинене, Т.В. Крупская, А.П. Головань, В.В. Туров, P. Jovaisas, R. Bieliauskiene // Поверхность. — 2017. — Вип. 9 (24). — С. 199-210. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT ânkauskeneû nanokompozitnyesistemynaosnovekremnezemovdlâproraŝivaniânekotoryhtipovovoŝnyhkulʹtur AT zalatorûsv nanokompozitnyesistemynaosnovekremnezemovdlâproraŝivaniânekotoryhtipovovoŝnyhkulʹtur AT starkuter nanokompozitnyesistemynaosnovekremnezemovdlâproraŝivaniânekotoryhtipovovoŝnyhkulʹtur AT bundineneo nanokompozitnyesistemynaosnovekremnezemovdlâproraŝivaniânekotoryhtipovovoŝnyhkulʹtur AT krupskaâtv nanokompozitnyesistemynaosnovekremnezemovdlâproraŝivaniânekotoryhtipovovoŝnyhkulʹtur AT golovanʹap nanokompozitnyesistemynaosnovekremnezemovdlâproraŝivaniânekotoryhtipovovoŝnyhkulʹtur AT turovvv nanokompozitnyesistemynaosnovekremnezemovdlâproraŝivaniânekotoryhtipovovoŝnyhkulʹtur AT jovaisasp nanokompozitnyesistemynaosnovekremnezemovdlâproraŝivaniânekotoryhtipovovoŝnyhkulʹtur AT bieliauskiener nanokompozitnyesistemynaosnovekremnezemovdlâproraŝivaniânekotoryhtipovovoŝnyhkulʹtur AT ânkauskeneû nanocompositesystemsonthebasisofnanosilicasforgerminationsometypesofvegetablecrops AT zalatorûsv nanocompositesystemsonthebasisofnanosilicasforgerminationsometypesofvegetablecrops AT starkuter nanocompositesystemsonthebasisofnanosilicasforgerminationsometypesofvegetablecrops AT bundineneo nanocompositesystemsonthebasisofnanosilicasforgerminationsometypesofvegetablecrops AT krupskaâtv nanocompositesystemsonthebasisofnanosilicasforgerminationsometypesofvegetablecrops AT golovanʹap nanocompositesystemsonthebasisofnanosilicasforgerminationsometypesofvegetablecrops AT turovvv nanocompositesystemsonthebasisofnanosilicasforgerminationsometypesofvegetablecrops AT jovaisasp nanocompositesystemsonthebasisofnanosilicasforgerminationsometypesofvegetablecrops AT bieliauskiener nanocompositesystemsonthebasisofnanosilicasforgerminationsometypesofvegetablecrops AT ânkauskeneû nanokompozitnísisteminaosnovíkremnezemívdlâproroŝuvannâdeâkihtipívovočevihkulʹtur AT zalatorûsv nanokompozitnísisteminaosnovíkremnezemívdlâproroŝuvannâdeâkihtipívovočevihkulʹtur AT starkuter nanokompozitnísisteminaosnovíkremnezemívdlâproroŝuvannâdeâkihtipívovočevihkulʹtur AT bundineneo nanokompozitnísisteminaosnovíkremnezemívdlâproroŝuvannâdeâkihtipívovočevihkulʹtur AT krupskaâtv nanokompozitnísisteminaosnovíkremnezemívdlâproroŝuvannâdeâkihtipívovočevihkulʹtur AT golovanʹap nanokompozitnísisteminaosnovíkremnezemívdlâproroŝuvannâdeâkihtipívovočevihkulʹtur AT turovvv nanokompozitnísisteminaosnovíkremnezemívdlâproroŝuvannâdeâkihtipívovočevihkulʹtur AT jovaisasp nanokompozitnísisteminaosnovíkremnezemívdlâproroŝuvannâdeâkihtipívovočevihkulʹtur AT bieliauskiener nanokompozitnísisteminaosnovíkremnezemívdlâproroŝuvannâdeâkihtipívovočevihkulʹtur |
| first_indexed |
2025-11-25T01:49:07Z |
| last_indexed |
2025-11-25T01:49:07Z |
| _version_ |
1850504070604783616 |
| fulltext |
Поверхность. 2017. Вып. 9(24). С. 199–210 199
УДК 544.7:631.8
НАНОКОМПОЗИТНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ
КРЕМНЕЗЕМОВ ДЛЯ ПРОРАЩИВАНИЯ НЕКОТОРЫХ
ТИПОВ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР
Ю. Янкаускене1, В. Залаторюс1, Р. Старкуте1, О. Бундинене1, Т.В. Крупская2,
А.П. Головань2, В.В. Туров2, P. Jovaisas 3, R. Bieliauskiene3
1Институт плодоовощеводства, филиал центра аграрных и лесных наук Литвы
Каунасский р-н, Бабтай, ул. Каунас 30, LT-54333.
2Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко, НАН Украины,
Киев, 03064, ул. Генерала Наумова, 17, krupska@ukr.net
3UAB Silicio Biotechnologijos, Antakalnio, 17, Vilnius, Lithuania
Кремнеземы и композитные системы, созданные на их основе, способны оказывать
положительное влияние на энергию прорастания и всхожесть семян овощей. Однако для
томатов величина эффекта зависит от вида и гибрида. Самым эффективным препаратом для
обработки семян гибрида белокочанной капусты ‘‘Gallican’’ оказался гидрофобный кремнезем с
иммобилизованной на его поверхности сбалансированной смесью микро- и макроэлементов без
бора. Самые длинные корни ростков моркови получены после обработки семян гидрофильным
кремнеземом с препаратом Delfan Plus. Несмотря на присутствие гидрофобной компоненты в
нанокомпозитных системах, они остаются проницаемыми для воды. Слабоассоциированные
формы воды формируются на границе раздела фаз с гидрофобными веществами.
Введение
Почва служит главным источником продуктов питания, благодаря чему является
основным средством сельскохозяйственного производства. Проблемы ее загрязнения в
результате использования интенсивных методов хозяйствования хорошо известны [1, 2]. В
практике земледелия бесполезно теряется от 30 до 50 % всех вносимых минеральных
удобрений. Например, в полевых условиях растениями усваивается лишь около 40% от
общего объема вносимого азота. При этом часть азота остается в почве и может служить
базой для следующего урожая. В то же время 10–30 % его улетучивается в виде различных
газообразных соединений, что влечет за собой не только экономические потери, но и
способствует разрушению озонового слоя. Большое количество фосфатов ежегодно
поступает в природные воды вследствие смыва фосфорных удобрений с полей под
воздействием орошения и эрозионных процессов. В результате вредные вещества по
биологическим цепочкам попадают в организм человека и могут отрицательно влиять на
его здоровье.
Таким образом, минеральные удобрения и пестициды загрязняют почву
несвойственными для неё соединениями, понижают её биологическую активность,
порождают опасность нарушения состава популяций биоценозов и угнетения полезной
фауны почв. Поэтому имеющиеся технологии сельскохозяйственного производства
нуждаются в существенной модернизации и использовании современных методов, в
частности нанотехнологий [3–5], главным приложением использования которых может
стать комплексная предпосевная обработка семян сельскохозяйственных культур,
200
способствующая созданию условий для наиболее быстрого прорастания семян, их защиты
от болезней и неблагоприятных условий на протяжении всего срока вегетации.
Основой создания нанокомпозитных систем для предпосевной обработки семян
послужили систематические исследования, выполненные в Институте химии поверхности
им. А.А. Чуйко НАН Украины [6–8]. В результате на основе гидрофобного кремнезема,
минеральных удобрений и микроэлементов были созданы защитно-стимулирующие сос-
тавы, зарегистрированные под торговой маркой «Экостим» [8], способные оказывать
положительное влияние на прорастание разных типов семян, что приводит к приросту
урожая на 10–30 %. Измерения, выполненные преимущественно методом низкотемпера-
турной ЯМР-спектроскопии [9, 10], позволили установить, что нанокомпозит формирует
на поверхности семян пленку, толщиной несколько микрон, активно влияющую на
процесс прорастания семян. Механизм такого воздействия состоит в длительном
удерживании частицами гидрофобного кремнезема вносимых вместе с ним удобрений и
микроэлементов вблизи поверхности семян, не давая им диффундировать в окружающую
среду, что существенно повышает процент усвоения вносимых питательных веществ.
Кроме того, в зоне прорастания наночастицы создают условия для формирования
слабоструктурированных слоев воды [7], которые, благодаря низкому значению
диэлектрической проницаемости, способны растворять не только полярные, но и
слабополярные вещества, способствуя их массообмену между зоной роста и окружающей
средой. Это улучшает усвоение растениями гуминовых кислот и необходимых для
быстрого роста продуктов метаболизма присутствующей в грунте микрофлоры.
Одним из направлений создания новых типов защитно-стимулирующих наноком-
позитов на основе кремнезема является разработка комплексных наносистем, в состав
которых входят преимущественно органические удобрения, природные стимуляторы
роста, микроэлементы и средства борьбы с заболеваниями растений. Такими природными
нутриентами могут служить органические удобрения, бактериальные культуры, полифе-
нолы, аминокислоты и некоторые другие органические вещества. Целью настоящей
работы являлось изучение воздействия некоторых из перечисленных веществ на процесс
прорастания семян томата, белокочанной капусты и морковки.
Экспериментальная часть
Объектами исследований служили гибриды томата ‘‘Mаmоru’’, ‘‘Evolution’’,
‘‘Mоnika’’, гибрид белокочанной капусты ‘‘Gallican’’ и гибрид моркови ‘‘Soprano’’. Семе-
на гибрида томата ‘‘Evolution’’ обрабатывали кремнеземными препаратами, cодержащими
гидрофобный или гидрофильный кремнеземы, а также сбалансированные по составу
минеральные вещества и (или) органические нутриенты. Семена высевались в торфяном
субстрате в небольших полимерных коробках, потом сеянцы с одним-двумя листочками
пересаживались в полимерные горшочки. Семена гибрида белокочанной капусты
‘‘Gallican’’, гибрида моркови ‘‘Soprano’’, гибридов томата ‘‘Mоnika’’ и ‘‘Mаmoru’’
проращивали в чашках Петри, которые выдерживались в термостате при температуре
27 °С.
В период исследований измеряли следующие параметры: энергию прорастания
семян томата и моркови определяли после 7 дней проращивания, всхожесть – после
14 дней. Энергию прорастания семян капусты – после 3 дней, всхожесть – после 10 дней.
Биометрические наблюдения пророщенных ростков состояли в измерении длины корня и
стебля. При этом для рассады гибрида томата измерения проводили перед посадкой на
201
постоянное место. Измеряли высоту рассады, длину подсемядольного колена, диаметр
стебля, подсчитывали число листьев, взвешивали сырую массу корней рассады, площадь
листовой поверхности определяли прибором CI-202 (CIDInc., USA), индех хлорофилла в
листьях рассады – прибором Dualex ® 4 (Scientific, USA).
Для приготовления нанокомпозитных систем использовали гидрофильный
пирогенный кремнезем марки А-300 и гидрофобный – АМ1-300 (удельные поверхности по
азоту равны 285 и 265 м2/г, соответственно) (Калушский опытно-экспериментальный завод
ИХП им. А.А. Чуйко НАНУ). Композитные системы получали в фарфоровой шаровой
мельнице, где ингредиенты подвергались механохимической обработке в течение 1–5 ч в
зависимости от типа материалов и скорости их превращения в мелкодисперсное
состояние. В результате получали однородную смесь, в которой минеральные или
органические вещества формировали композитную систему, связанную молекулярными
взаимодействиями.
Нанокомпозиты наносили на поверхность семян путем опудривания. При этом
расход композита не превышал 0,5 % от массы семян. В опытах с гибридами томата
‘‘Мamoru’’, ‘‘Evolution’’ готовили следующие варианты нанокомпозитных систем:
1. Контроль – семена необработаны (Contr).
2. Семена обработаны гидрофобным кремнеземом (MeSiO2).
3. Семена обработаны композитом на основе MeSiO2, содержащего на поверхности
биоактивный комплекс из гуминовых кислот с фитогормонами с добавкой
микроэлементов – Cu; Mo; Mn; Na (MeSiO2Gum).
4. Семена обработаны композитом, содержащим в поверхностном слое MeSiO2
бактериальный препарат «Биоспорин» (MeSiO2 BSPOR).
5. Семена обработаны композитом на основе MeSiO2, и смеси микро- и
макроэлементов: Cu; Mo; Mn; Zn; K; Ca; Mg; N; P (MeSiO2Compl).
6. Семена обработаны композитом на основе MeSiO2, и смеси микро- и
макроэлементов: B+ ; Mo; Mn; Zn; K; Ca; Mg; N; P (MeSiO2Comp2).
Опыты с гибридом белокочанной капусты‘‘Gallican’’, гибридом моркови ‘‘Soprano’’,
гибридом томата ‘‘Mоnika’’:
1. Контроль – семена необработаны (Contr).
2. Семена обработаны гидрофобным кремнеземом (MeSiO2).
3. Семена обработаны композитом на основе MeSiO2 и смеси микро- и
макроэлементов: B+; Mo; Mn; Zn; K; Ca; Mg; N; P (MeSiO2Comp2).
4. Семена обработаны гидрофильным кремнеземом (SiO2).
5. Семена обработаны SiO2 с добавкой биостимулятора со свободными L-α
аминокислотами Delfan Plus (SiO2DelPlus).
6. Семена обработаны кремнием (Si) hydrophilic + hidrophobic + биостимулятор со
свободными L-α аминокислотами Delfan Plus (SiO2+MeSiO2DelPlus).
7. Семена обработаны композитом на основе MeSiO2 и смеси микро- и
макроэлементов: Cu; Mo; Mn; Zn; K; Ca; Mg; N; P (MeSiO2Compl).
8. Семена обработаны композитом, содержащим в поверхностном слое MeSiO2
бактериальный препарат «Биоспорин» (MeSiO2BSPOR).
9. Семена обработаны композитом на основе MeSiO2, содержащего на поверхности
биоактивный комплекс из гуминовых кислот с фитогормонами, добавкой
микроэлементов - Cu; Mo; Mn; Na (MeSiO2Gum).
202
Для одного из композитов, содержащего бактериальные культуры, методом
низкотемпературной 1Н ЯМР-спектроскопии измеряли характеристики связанной воды.
Спектры ЯМР снимали на ЯМР-спектрометре высокого разрешения (Varian “Mercury”) с
рабочей частотой 400 МГц. Использовали восемь 60˚ зондирующих импульсов,
длительностью 1 мкс при ширине полосы 20 кГц. Температура в датчике регулировалась
термоприставкой Bruker VT-1000 с точностью ±1 град. Интенсивности сигналов
определялись путем измерения площади пиков с использованием процедуры разложения
сигнала на его составляющие в предположении гауссовской формы сигнала и оптимизации
нулевой линии и фазы с точностью, которая для хорошо разрешенных сигналов была не
ниже 5 %, а для перекрывающихся сигналов ±10 %. Для предотвращения переохлаждения
воды в исследуемых объектах, измерения концентрации незамерзающей воды проводили
при нагревании образцов, предварительно охлажденных до температуры 210 К.
Температурные зависимости интенсивности сигналов ЯМР проводили в
автоматизированном цикле, когда время выдерживания образца при постоянной
температуре составляло 9 мин, а время измерения 1 мин.
Результаты и обсуждение.
Энергия прорастания и всхожесть семян гибрида томата ‘‘Mаmoru’’ после
обработки гидрофобным кремнеземом и композитными системами на его основе была
лучше по сравнению с энергией прорастания и всхожестью необработанных семян (рис.
1а). Всхожесть семян, обработанных нанокомпозитом, созданным на основе гидрофобного
кремнезема, содержащего на поверхности смесь макро- и микроэлементов или
бактериальным препаратом Биоспорин, была одинакова. Несколько меньшие значения
параметров прорастания получены в случае обработки семян чистым гидрофобным
кремнеземом.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
%
Энергия прорастания
Всхожесть
Contr MeSiO
2
MeSiO
2
MeSiO
2
MeSiO
2
MeSiO
2
Gum BSPOR Comp1 Comp2
(а)
0
20
40
60
80
100
1 - Contr
2 - MeSiO
2
3 - MeSiO
2
Comp2
4 - SiO
2
5 - SiO
2
DelPlus
6 - SiO
2
+MeSiO2 DelPlus
7 - MeSiO
2
Compl
8 - MeSiO
2
BSPOR
9 - MeSiO
2
Gum
%
Энергия прорастания
Всхожесть
1 2 3 4 5 6 7 8 9
(б)
Рис. 1. Влияние кремния и препаратов c кремнеземом на энергию прорастания и всхожесть
семян: а – томата гибрид ‘‘Mаmoru’’; б – томата гибрид “Моnika’’.
203
Обработка семян гибрида томата “Моnika’’ нанокомпозитными системами на осно-
ве кремнеземов имела выраженное положительное влияние как на энергию прорастания,
так и на всхожесть семян (рис. 1б). Наилучшая энергия прорастания наблюдалась для
семян, обработанных нанокомпозитными системами на основе гидрофильного кремнезема
(или смеси гидрофильного и гидрофобного кремнеземов, содержащих препарат Delfan
Plus). При этом всхожесть семян составила 100 %. Такая же всхожесть наблюдалась для
семян, обработанных нанокомпозитной системой на основе гидрофобного кремнезема и
комплекса сбалансированных по ионному составу минеральных веществ MeSiO2Compl.
На рис. 2 приведены результаты изучения влияния обработки нанокомпозитными
системами семян белокочанной капусты (гибрид “Gallican’’) и моркови (гибрид
“Soprano’’) на их параметры прорастания (энергия прорастания и всхожесть). Как видно из
этого, энергия прорастания была в среднем на 17,2 % выше (кроме варианта, в котором
семена обработаны SiO2DelPlus) по сравнению с энергией прорастания и всхожестью
необработанных семян. Семена капусты, обработанные композитом SiO2+MeSiO2DelPlus
не взошли. Максимальная энергия прорастания и всхожесть семян капусты наблюдалась
после их обработки наносистемами MeSiO2 и MeSiO2Compl. Для моркови наилучшая
энергия прорастания была в случае использования чистого гидрофильного кремнезема
(рис. 2а). Лучшие значения всхожести семян моркови получены при их обработке
композитом MeSiO2Gum, содержащим гуминовые кислоты и фитогормоны.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1 - Contr
2 - MeSiO
2
3 - MeSiO
2
Comp2
4 - SiO
2
5 - SiO
2
DelPlus
6 - SiO
2
+MeSiO2 DelPlus
7 - MeSiO
2
Compl
8 - MeSiO
2
BSPOR
9 - MeSiO
2
Gum
Энергия прорастания
Всхожесть
%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
капуста
(а)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Энергия прорастания
Всхожесть
%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
морковь
(б)
Рис. 2. Влияние нанокремнеземов и композитов на их основе на энергию прорастания и
всхожесть семян белокочанной капусты (гибрид “Gallican’’) (а) и моркови (гибрид
“Soprano’’) (б).
В таблицах 1, 2 приведены результаты измерения биометрических показателей
ростков томата. Самые длинные корни и стебли были у ростков томата, семена которых
обработаны кремнеземом с макро- и микроэлементами и с бором, несколько хуже
результаты для аналогичного композита без бора (табл. 1). Однако для остальных
композитных систем наблюдалось торможение роста стеблей и корней гибрида томата
“Маmoru’’, т.е. они были короче по сравнению с контрольными растениями.
204
Таблица 1. Биометрические данные рассады томата (гибрид “Маmoru’’), семена которых
обработаны гидрофобным нанокремнеземом и композитами на его основе
Варианты Длина корня, мм Длина стебля, мм
Contr 16,9 52,1
MeSiO2 6,0 27,8
MeSiO2Gum 12,9 39,5
MeSiO2BSPOR 10,2 34,5
MeSiO2Compl 27,7 45,7
MeSiO2Comp2 50,5 61,3
Тем не менее, гидрофильный кремнезем имел положительное влияние на длину
корня и стебля ростков гибрида томата “Моnika’’ (табл. 2). Они были самыми длинными
по сравнению с ростками, полученными при обработке семян другими композитными
системами. После обработки семян композитом MeSiO2Comp2 на основе гидрофобного
кремнезема с макро- и микроэлементами без бора корни и стебли ростков томата
оказались самыми короткими.
Таблица 2. Биометрические данные ростков томата (гибрид “Моnika’’), семена которых
обработаны кремнеземами и композитными системами, приготовленными на
их основе
Варианты Длина корня,
мм
Длина стебля,
мм
Contr 51,9 64,3
MeSiO2 59,0 62,6
MeSiO2Comp2 73,9 55,6
SiO2 92,2 83,3
SiO2DelPlus 71,9 60,2
SiO2+MeSiO2DelPlus 80,1 65,2
MeSiO2Compl 56,4 50,4
MeSiO2BSPOR 60,6 67,5
MeSiO2Gum 64,4 75,6
Самое большое положительное влияние на длину корня и стебля ростков капусты
имела обработка семян композитом MeSiO2Compl с макро и микроэлементами без бора
(табл. 3). После обработки семян композитами SiO2DelPlus и MeSiO2Gum корни и стебли
ростков капусты были короче по сравнению с ростками необработанных семян.
Кремний и препараты с кремнием имели положительное влияние на рост корней и
стеблей ростков моркови. Во всех вариантах, где семена обрабатывались кремнеземами и
композитами на их основе, стебли и корни ростков были длиннее по сравнению с ростками
необработанных семян.
Ростки гибрида томата ‘‘Evolution’’, семена которого обработаны кремнеземом с
микро- и макроэлементами и кремнеземом содержащим бактериальный препарат
Биоспорин, были значительно выше, ассимиляционная поверхность листьев - больше по
сравнению с рассадой, выращенной из необработанных семян (табл. 4). Наивысший
205
индекс хлорофилла зафиксирован в листьях рассады, выращенной из семян, обработанных
кремнием с микроэлементами без бора (MeSiO2Compl).
Таблица 3. Биометрические данные ростков гибрида белокочанной капусты ‘‘Gallican’’,
гибрида моркови ‘‘Soprano’’, семена которых обработаны кремнеземами и
композитами на их основе
Ростки капусты Ростки моркови
Варианты Длина
корня,
мм
Длина
стебля,
мм
Длина
корня,
мм
Длина
стебля,
мм
Contr 74,3 55,1 41,7 25,8
MeSiO2 81,3 58,7 56,7 36,7
MeSiO2Comp2 80,4 72,5 64,9 45,7
SiO2 78,2 82,9 66,3 33,0
SiO2DelPlus 27,7 18,3 58,7 50,5
SiO2+MeSiO2DelPlus 0 0 51,7 38,3
MeSiO2Compl 82,0 87,5 41,7 43,0
MeSiO2BSPOR 69,9 69,5 65,7 41,7
MeSiO2Gum 40,5 34,7 62,3 32,0
Таблица 4. Биометрические данные рассады гибрида томата ‘‘Evolution’’, семена которых
обработаны гидрофобным кремнеземом и композитами на его основе
Варианты
Высота
рас-
тений, cм
Длина
подсемя-
дольного
колена, cм
Диа-
метр
стеб-
ля, мм
Число
листь-
ев, шт.
Повех-
ность
листь-
ев, см2
Сырая
масса
корней,
г
Индех
хлоро-
филла
Contr 37,6 3,4 5,3 8,1 544,5 14,7 33,7
MeSiO2 38,9 3,0 5,0 8,2 633,4 13,0 35,8
MeSiO2Gum 46,8 3,2 5,4 8,5 669,7 21,3 34,6
MeSiO2BSPOR 42,9 2,7 5,6 8,3 659,4 17,5 34,5
MeSiO2Compl 41,1 3,3 5,8 8,3 594,9 13,3 35,2
MeSiO2Comp2 37,2 3,5 5,2 8,3 630,0 22,0 33,2
С целью определения особенностей удерживания воды композитными системами
на основе нанокремнеземов методом низкотемпературной 1Н ЯМР-спектроскопии изучено
состояние воды в композитной системе, приготовленной на основе гидрофобного
кремнезема и препарата Биоспорина. Измерения проводились в воздушной среде, среде
слабополярного органического растворителя – дейтерохлороформа и хлороформа с
добавкой дейтеротрифторуксусной кислоты (ТФУК). Дейтерированные аналоги
растворителей использовали для предотвращения появления в спектрах дополнительных
сигналов среды, интенсивность которых может быть больше интенсивности сигнала воды.
Слабополярная среда служила моделью гидрофобных участков поверхности семян,
обладающих высоким сродством к частицам гидрофобного кремнезема. В свою очередь,
присутствие кислоты позволяло определить, как изменяется строение водных агрегатов
206
внутри нанокомпозитных систем под влиянием кислотных агентов (например, гуминовых
кислот), поступающих в ростовую зону из почвы.
Метод ЯМР-спектроскопии является одним из немногих методов, позволяющих
судить о строении воды и водных агрегатов. Одним из главных параметров спектра ЯМР
является величина химического сдвига (δ), определяемая как средняя величина магнитного
экранирования ядра (в нашем случае протона). Чем выше степень экранирования, тем
меньше величина химического сдвига [11]. Поскольку вода относится к сильно
ассоциированным веществам, ее молекулы могут участвовать в формировании нескольких
водородных связей (двух за счет протонов и двух за счет неподеленных электронных пар
атома кислорода). Максимальная ассоциированность воды реализуется для льда, в котором
каждая молекула принимает участие в образовании четырех водородных связей. Для льда
химический сдвиг протонов составляет δН = 7 м.д. [12]. С другой стороны, химический
сдвиг протонов воды, не участвующей в формировании водородных связей (реализуется
для растворов в неполярных растворителях) составляет 1–1,5 м.д. [13]. Жидкая вода
характеризуется частично разрушенной сеткой водородных связей, благодаря чему для нее
характерны химические сдвиги протонов в диапазоне δН = 4,5–6 м.д.
На рис. 3 приведены снятые при разных температурах спектры 1Н ЯМР воды в
композите, содержащем 100 мг/г воды.
10 8 6 4 2 0
м.д.
285 K
273
271.5
267.3
262
250
245
240
233
208
(а)
10 8 6 4 2 0 -2
м.д.
285 K
272
270
267
263
247
244
240
227
202
SAW
WAW
(б)
14 12 10 8 6 4 2 0 -2
м.д.
285 K
274
272.8
270
266
260
251
240
227
202
(в)
Рис. 3. Снятые при разных температурах спектры 1Н ЯМР воды в композите на основе
смеси нанокремнеземов и бактериального препарата, содержащем 100 мг/г воды: а
– на воздухе; б – в среде CDCl3; в – в среде 5CDCl3+1TФУК.
В соответствии с данными рис. 3а, в воздушной среде в спектрах присутствует один
сигнал адсорбированной воды, химический сдвиг которого в зависимости от температуры
составляет δН = 5,5–6 м.д., что свидетельствует о несколько большей упорядоченности
сетки водородных связей по сравнению с жидкой водой. С понижением температуры
интенсивность сигнала уменьшается ввиду частичного замерзания воды в адсорбционном
слое. Тот факт, что вода в композите находится в связанном состоянии (замерзает при
температурах ниже 273 К) свидетельствует о хорошей способности композита поглощать
воду из окружающей среды, несмотря на присутствие в нем значительного количества
гидрофобного кремнезема. Принимая, что интенсивность сигнала воды при Т = 285 К
составляет СН2О = 100 мг/г можно рассчитать количество незамерзающей воды (Cuw) при
температурах T < 273 K (рис. 4а).
207
В слабополярной среде сигнал адсорбированной композитом воды распадается на
два сигнала с разными значениями химического сдвига (рис. 3б). Кроме сигнала
сильноассоциированной воды (SAW) c химическим сдвигом δН = 4,5–6 м.д., в спектрах
появляется примерно равный ему по интенсивности сигнал слабоассоциированной воды
(WAW) (δН = 1–2 м.д.). Этот тип межфазной воды относится к двумерной пленке
концентрированного раствора воды в слабополярной среде, стабилизированном
поверхностными взаимодействиями [13]. В присутствии кислоты (рис. 3в) сигнал SAW
смещается в область больших величин δН, что вызвано присутствием «кислых» протонов,
химический сдвиг которых достигает δН = 12 м.д. Одновременно происходит
перераспределение интенсивностей сигналов, относящихся к разным типам воды в
сторону стабилизации SAW (рис. 3в и рис 4а).
200 210 220 230 240 250 260 270 280 290
0
20
40
60
80
100
C
uw
(
м
г/
г)
Температура (K)
Среда Тип воды
Воздух SAW
CDCl
3
WAW
CDCl
3
SAW
5CDCl
3
+ WAW
1ТФУК
5CDCl
3
+ SAW
1ТФУК
(а)
1 10 100
5
10
15
20
25
C
(
О
тн
.е
д
.)
R (нм)
Среда
Воздух
CDCl
3
5CDCl
3
+1ТФУК
SAW
(б)
1 10 100
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
C
(
О
тн
.е
д
.)
R (нм)
Среда
CDCl
3
5CDCl
3
+1ТФУК
WAW
(в)
Рис. 4. Температурные зависимости
концентрации незамерзающей
воды (а) и распределения по
радиусам кластеров сильно- (б) и
слабоассоциированной (в) воды,
адсорбированных нанокомпозитом
на основе гидрофобного
кремнезема и бактериального
препарата.
По изменениям концентрации незамерзающей воды от температуры, в соответствии
с формулой Гиббса–Томсона, связывающим депрессию температуры замерзания и радиус
кластеров (нанокапель) воды R = k(ΔC) (где k = 50 град·нм [14]), могут быть рассчитаны
распределения по радиусам кластеров воды в адсорбционном слое нанокомпозита (рис. 4б
и 4в). В воздушной среде значительная часть сильноассоциированной воды входит в
208
состав кластеров, радиус которых находится в диапазоне 1 < R < 10 нм и R > 20 нм. В
среде CDCl3 большие кластеры исчезают, вероятно, трансформируясь в
слабоассоциированную воду (рис. 4в). В присутствии кислоты на распределениях по
радиусам кластеров обоих типов воды регистрируются два максимума при R = 1 и 10 нм.
Выводы
1. Кремнеземы и композитные системы, созданные на их основе, способны оказывать
положительное влияние на энергию прорастания и всхожесть семян, однако
величина эффекта зависит от вида и гибрида овощей.
2. Энергия прорастания и всхожесть семян гибрида томата ‘‘Мonika’’ была
максимальной после их обработки гидрофильным кремнеземом и препаратами
содержащими смесь гидрофобного и гидрофильного кремнеземов с препаратом
Delfan Plus; при этом стебли и корни ростков были самыми длинными. Композит на
основе гидрофобного кремнезема с макро- и микроэлементами (включая бор)
лучше всего влиял на энергию прорастания, всхожесть семян, длину стебля и
корней ростков гибрида томата ‘‘Маmoru’’. Обработка семян гибрида томата
‘‘Evolution’’ кремнеземом и композитными системами на его основе имела
положительное влияние на биометрические данные рассады.
3. Обработка семян гибрида белокочанной капусты ‘‘Gallican’’ кремнеземом и
композитами на его основе стимулировала прорастание семян и увеличила их
всхожесть (кроме варианта, где семена были обработаны гидрофильным (или
смесью гидрофильного и гидрофобного кремнеземов) с препаратом Delfan Plus.
Самым эффективным препаратом для обработки семян гибрида белокочанной
капусты ‘‘Gallican’’ был гидрофобный кремнезем с иммобилизованной на его
поверхности сбалансированной смесью микро- и макроэлементов без бора.
4. Препараты, содержащие кремнезем, имели положительное влияние на энергию
прорастания, всхожесть семян моркови, рост и развитие ее проростков. Наилучшая
энергия прорастания и всхожесть семян гибрида моркови ‘‘Soprano’’ была после их
обработки гидрофильным кремнеземом и гидрофобным кремнеземом, содержащим
на поверхности микроэлементы, гуминовые кислоты и фитогормоны. Самые
длинные корни ростков были после обработки семян гидрофильным кремнеземом с
препаратом Delfan Plus.
5. Несмотря на присутствие гидрофобной компоненты в нанокомпозитных системах,
они остаются проницаемыми для воды. Связанная композитами вода присутствует
в виде кластеров сильно- и слабоассоциированной воды, радиус которых может
составлять от единиц до десятков нанометров. Слабоассоциированные формы воды
формируются на границе раздела фаз с гидрофобными веществами. В реальных
системах, содержащих нанокомпозиты на поверхности семян, они могут
формироваться вблизи гидрофобных участков поверхности семян и отвечать за
улучшение массообмена между ростком и окружающей средой.
Публикация содержит результаты исследований, проведенных при грантовой поддержке
Министерства образования и науки Украины по конкурсному украино- молдавском
проекту (№ М/51)
209
Литература
1. Sorme L, Lagerkvist R. Sources of heavy metals in urban wastewater in Stockholm //Sci
Tot Environ. – 2002. – V. 298. – P. 131-145.
2. Williford C, Bricka R.M. Physical separation of metal-contaminated soils Environmental
Restoration of Metals-Contaminated Soils // 1st edn., CRC Press LLC, Boca Raton, FL. –
2000. – Р. 121-165.
3. Шабанова И.В., Цокур М.Н., Долотова М.С. Наноматериалы в сельском хозяйстве:
получение и применение // Науч. журнал КубГАУ. – 2007. – №27(3). – C.1-11.
4. Егоров М.А. Биорегуляторы с нанокомпонентами как перспективные биопрепараты
// Нанотехника. – 2006. – № 4. – С. 74-76.
5. Егоров Н.П., Шафронов О.Д., Егоров Д.Н., Сулейманов Е.В. Разработка и
проведение экспериментальной оценки эффективности применения в
растениеводстве новых видов удобрений, полученных с использованием
нанотехнологий // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. –
2008. – № 6. – С. 94–99.
6. Богомаз В.И. Синтез, свойства и применение новых видов модифицированных
пирогенных кремнеземов: Автореф. дис. … канд. хим. наук. 02.00.02. // ИФХ
им. Л.В. Писаржевского НАНУ. – Киев, 1982. – 21с.
7. Юхименко Е.В., Юхименко В.Д., Богатырев В.М., Туров В.В. Нанокремнеземы как
активные агенты в защитно-стмулирующих составах для предпосевной обработки
семян сельскохозяйственных культур // Наноматериалы и нанокомпозиты в
медицине, биологии, экологии /Под ред. А.П. Шпака, В.Ф. Чехуна. – Киев: Наукова
Думка, 2011. – С. 402-421.
8. Turov V.V., Krupskaya T.V., Barvinchenko V.M., Lipkovskaya N.O.,
Yukhymenko O.V., Kartel M.T., Suvorova L.A., Morozova I. The mechanism of
protective effect of nanocomposite system «Еkostim» for seed pre-treatment // European
Science Review Scientific journal. – 2015. – N. 2. – C.34-41.
9. Turov V.V., Krupskaya T.V., Barvinchenko V.M., Lipkovska N.O., Kartel M.T.,
Suvorova L.A. Peculiarities of watercluster formation on the surface of dispersed KCl:
The influence of hydrophobic silica and organic media // Colloids and Surfaces A:
Physicochemical and Engineering Aspects. – 2016. – V. 499. – P. 97-102.
10. Gun’ko V.M., Turov V.V., Bogatyrev V.M., Zarko V.I., Leboda R., Goncharuk E.V.,
Novza A.A., Turov A.V., Chuiko A.A. Unusual properties of water at
hydrophilic/hydrophobic Interfaces //Adv. Coll. Interf. Sci. – 2005. – V.118. – P. 125-
172.
11. Abragam A. The Principles of Nuclear Magnetism. – Oxford University Press, Oxford,
UK, 1961. – 599 p.
12. Kinney D.R., Chaung I-S., Maciel G.E. Water and the Silica Surface As Studied by
Variable Temperature High Resolution 1H NMR. // J. Am. Chem Soc. – 1993. – Vol. 115.
– P. 6786- 6794.
13. Gun'ko V.M., Turov V.V. Nuclear Magnetic Resonance Studies of Interfacial
Phenomena. – New York: Taylor & Francis, 2013. – 1070 p.
14. Petrov O.V., Furo I. NMR cryoporometry: Principles, application and potential // Progr.
NMR. – 2009. – V.54. – P. 97- 122.
210
НАНОКОМПОЗИТНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ
КРЕМНЕЗЕМІВ ДЛЯ ПРОРОЩУВАННЯ ДЕЯКИХ ТИПІВ
ОВОЧЕВИХ КУЛЬТУР
Ю. Янкаускене1, В. Залаторюс1, Р. Старкуте1, О. Бундінене1,
Т.В. Крупська2, А.П. Головань2, В.В. Туров2, П. Джоваісас3, Р. Біеліаускіене3
1Інститут плодоовочівництва, філіал центру аграрних та лісових наук Литви
Каунаський р-н, Бабтай, вул. Kаунас 30, LT-54333.
2Институт химии поверхности им. А.А.Чуйко Национальной академии наук Украины,
ул. Генерала. Наумова, 17, Киев,, 03164, Украина, krupska@ukr.net
3ОAБ Силіціо Біотехнології, Антакалніо, 17, Вільнюс, Литва.
Кремнеземи та композитні системи, створені на їх основі, здатні позитивно впливати на
энергію проростання та схожість насіння овочів. Але для томатів величина ефекту залежить від
виду та гібриду. Самим ефективним препаратом для обробки насіння гібриду білокачанної
капусти ‘‘Gallican’’ виявився гідрофобний кремнезем з імобілізованою на його поверхні
збалансованою сумішшю мікро- та макроелементів без бору. Найбільш довгі корінці ростків
моркви були отримані після обробки насіння гідрофільним кремнеземом з препаратом Delfan Plus.
Не дивлячись на присутність гідрофобної компоненти в нанокомпозитних системах, вони
залишаються проникними для води. Слабоасоційовані форми води формуються на межі розділу
фаз з гідрофобними речовинами.
NANOCOMPOSITE SYSTEMS ON THE BASIS OF
NANOSILICAS FOR GERMINATION SOME TYPES OF
VEGETABLE CROPS
Y. Jankauskiene1, V. Zalatorius1, R. Starkute1, O. Bundineene1, Т.V. Krupskaya2,
A.P. Golovan2, V.V. Turov2, P. Jovaisas3, R. Bieliauskiene3
1Institute of fruit and vegetable growing, branch of the Agricultural and Forestry Sciences Center
of Lithuania Kaunas st. 30, Babtai, LT-54333, Kaunas dist.
2Chuiko Institute of Surface Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine,
17 General Naumov Str. Kyiv, 03164, Ukraine krupska@ukr.net
3UAB Silicio Biotechnologijos, Antakalnio, 17, Vilnius, Lithuania.
The composite systems basis on silicas and initial silicas are able to exert a positive effect on the
germination energy and the germination of vegetable seeds. However, for tomatoes, the value of the effect
depends on the species and the hybrid. The most effective preparation for treatment of the white cabbage
hybrid '' Gallican '' seeds was hydrophobic silica with a balanced mixture of micro- and macronutrients
without boron immobilized on its surface. The longest roots of the carrot sprouts were obtained after the
seeds treatment with hydrophilic silica with Delfan Plus. Although the presence of a hydrophobic
component in nanocomposite systems, its stay permeable to water. Weakly associated forms of water
create itself at the interface between phases with hydrophobic substances.
|