Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings
Aluminum (Al) nanoscales have been applied in many areas of production industries to produce cosmetic fillers, packaging materials, cutting tools, glass products, metal products, semiconductor materials, plastics, etc. Several studies have demonstrated the contradictory data for positive and negat...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2019 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150514 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings / O.E. Smirnov, L.A. Karpets, A.V. Zinchenko, M.S. Kovalenko, Ye.O. Konotop, V.V. Schwartau, N.Yu. Taran // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 2. — С. 90-95. — Бібліогр.: 14 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-150514 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Smirnov, O.E. Karpets, L.A. Zinchenko, A.V. Kovalenko, M.S. Konotop, Ye.O. Schwartau, V.V. Taran, N.Yu. 2019-04-08T16:50:00Z 2019-04-08T16:50:00Z 2019 Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings / O.E. Smirnov, L.A. Karpets, A.V. Zinchenko, M.S. Kovalenko, Ye.O. Konotop, V.V. Schwartau, N.Yu. Taran // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 2. — С. 90-95. — Бібліогр.: 14 назв. — англ. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2019.02.090 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150514 581.8/631.8 Aluminum (Al) nanoscales have been applied in many areas of production industries to produce cosmetic fillers, packaging materials, cutting tools, glass products, metal products, semiconductor materials, plastics, etc. Several studies have demonstrated the contradictory data for positive and negative effects of Al nanoscales on plants. The total length of seedlings grown for 21 days and the relative water content are used to determine the stimulating effects. In addition, the enhancement effect of Al nanoscales on photosynthetic pigments and the total phenolic and anthocyanin contents are determined. The growth stimulation and increase of the content of photosynthetic pigments are observed at the addition of 50 and 250 mg/L of Al nanoscales. Plant growth stimuli and the fixed beneficial action of Al nanoscales on morphofunctional traits at physiological and biochemical levels are interpreted as the hormesis phenomenon. Наночастинки алюмінію (Al) використовуються у багатьох сферах промислового виробництва для отримання косметичних наповнювачів, пакувальних матеріалів, різальних матеріалів, виробів зі скла, металевих виробів, матеріалів з напівпровідниковими властивостями, пластмас тощо. Існують суперечливі дані про позитивні та негативні ефекти наночастинок Al на рослини. Запропоновано для визначення стимулюючих ефектів наночастинок Al використовувати загальну довжину 21 добових проростків та відносну тургесцентність. Крім того, визначено позитивний вплив наночастинок Al на вміст фотосинтетичних пігментів, загальний вміст фенольних сполук та антоціанів. Додавання наночастинок Al у концентрації 50 та 250 мг/л спричиняє стимуляцію росту та збільшення вмісту фотосинтетичних пігментів. Стимуляція росту рослин і позитивний вплив наночастинок Al на морфофункціональні характеристики на фізіологічному та біохімічному рівнях інтерпретовані як феномен гормезису. Наночастицы алюминия (Al) используются во многих сферах промышленного производства для получения косметических наполнителей, упаковочных материалов, режущих материалов, изделий из стекла, металлических изделий, материалов с полупроводниковыми свойствами, пластмасс и т. п. Существуют противоречивые данные о положительных и отрицательных эффектах наночастиц Al на растения. Предложено для определения стимулирующих эффектов наночастиц Al использовать общую длину 21 суточных проростков и относительную тургесцентность. Кроме того, определено положительное влияние наночастиц Al на содержание фотосинтетических пигментов, общее содержание фенольных соединений и антоцианов. Добавление наночастиц Al в концентрации 50 и 250 мг/л приводит к стимуляции роста и увеличению содержания фотосинтетических пигментов. Стимуляция роста растений и положительное влияние наночастиц Al на морфофункциональные характеристики на физиологическом и биохимическом уровнях интерпретированы как феномен гормезиса. The publication contains the results of studies supported by President’s of Ukraine grant № F75/1702018 for competitive projects of the State Fund for Fundamental Research. en Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біологія Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings Наночастинки алюмінію як горметичні ефектори в проростках Fagopyrum Esculentum Наночастицы алюминия как горметические эффекторы в проростках Fagopyrum Esculentum Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings |
| spellingShingle |
Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings Smirnov, O.E. Karpets, L.A. Zinchenko, A.V. Kovalenko, M.S. Konotop, Ye.O. Schwartau, V.V. Taran, N.Yu. Біологія |
| title_short |
Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings |
| title_full |
Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings |
| title_fullStr |
Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings |
| title_full_unstemmed |
Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings |
| title_sort |
aluminum nanoscales as hormetic response effectors in fagopyrum esculentum seedlings |
| author |
Smirnov, O.E. Karpets, L.A. Zinchenko, A.V. Kovalenko, M.S. Konotop, Ye.O. Schwartau, V.V. Taran, N.Yu. |
| author_facet |
Smirnov, O.E. Karpets, L.A. Zinchenko, A.V. Kovalenko, M.S. Konotop, Ye.O. Schwartau, V.V. Taran, N.Yu. |
| topic |
Біологія |
| topic_facet |
Біологія |
| publishDate |
2019 |
| language |
English |
| container_title |
Доповіді НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Наночастинки алюмінію як горметичні ефектори в проростках Fagopyrum Esculentum Наночастицы алюминия как горметические эффекторы в проростках Fagopyrum Esculentum |
| description |
Aluminum (Al) nanoscales have been applied in many areas of production industries to produce cosmetic fillers,
packaging materials, cutting tools, glass products, metal products, semiconductor materials, plastics, etc. Several
studies have demonstrated the contradictory data for positive and negative effects of Al nanoscales on plants. The
total length of seedlings grown for 21 days and the relative water content are used to determine the stimulating
effects. In addition, the enhancement effect of Al nanoscales on photosynthetic pigments and the total phenolic
and anthocyanin contents are determined. The growth stimulation and increase of the content of photosynthetic
pigments are observed at the addition of 50 and 250 mg/L of Al nanoscales. Plant growth stimuli and the fixed beneficial action of Al nanoscales on morphofunctional traits at physiological and biochemical levels are interpreted
as the hormesis phenomenon.
Наночастинки алюмінію (Al) використовуються у багатьох сферах промислового виробництва для отримання косметичних наповнювачів, пакувальних матеріалів, різальних матеріалів, виробів зі скла, металевих виробів, матеріалів з напівпровідниковими властивостями, пластмас тощо. Існують суперечливі дані про позитивні та негативні ефекти наночастинок Al на рослини. Запропоновано для визначення
стимулюючих ефектів наночастинок Al використовувати загальну довжину 21
добових проростків та відносну тургесцентність. Крім того, визначено позитивний вплив наночастинок Al на вміст фотосинтетичних пігментів, загальний вміст фенольних сполук та антоціанів. Додавання наночастинок Al у концентрації 50 та 250 мг/л спричиняє стимуляцію росту та збільшення вмісту фотосинтетичних пігментів.
Стимуляція росту рослин і позитивний вплив наночастинок Al на морфофункціональні характеристики
на фізіологічному та біохімічному рівнях інтерпретовані як феномен гормезису.
Наночастицы алюминия (Al) используются во многих сферах промышленного производства для получения косметических наполнителей, упаковочных материалов, режущих материалов, изделий из стекла,
металлических изделий, материалов с полупроводниковыми свойствами, пластмасс и т. п. Существуют
противоречивые данные о положительных и отрицательных эффектах наночастиц Al на растения. Предложено для определения стимулирующих эффектов наночастиц Al использовать общую длину 21
суточных проростков и относительную тургесцентность. Кроме того, определено положительное влияние
наночастиц Al на содержание фотосинтетических пигментов, общее содержание фенольных соединений и
антоцианов. Добавление наночастиц Al в концентрации 50 и 250 мг/л приводит к стимуляции роста и
увеличению содержания фотосинтетических пигментов. Стимуляция роста растений и положительное
влияние наночастиц Al на морфофункциональные характеристики на физиологическом и биохимическом
уровнях интерпретированы как феномен гормезиса.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150514 |
| citation_txt |
Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings / O.E. Smirnov, L.A. Karpets, A.V. Zinchenko, M.S. Kovalenko, Ye.O. Konotop, V.V. Schwartau, N.Yu. Taran // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 2. — С. 90-95. — Бібліогр.: 14 назв. — англ. |
| work_keys_str_mv |
AT smirnovoe aluminumnanoscalesashormeticresponseeffectorsinfagopyrumesculentumseedlings AT karpetsla aluminumnanoscalesashormeticresponseeffectorsinfagopyrumesculentumseedlings AT zinchenkoav aluminumnanoscalesashormeticresponseeffectorsinfagopyrumesculentumseedlings AT kovalenkoms aluminumnanoscalesashormeticresponseeffectorsinfagopyrumesculentumseedlings AT konotopyeo aluminumnanoscalesashormeticresponseeffectorsinfagopyrumesculentumseedlings AT schwartauvv aluminumnanoscalesashormeticresponseeffectorsinfagopyrumesculentumseedlings AT tarannyu aluminumnanoscalesashormeticresponseeffectorsinfagopyrumesculentumseedlings AT smirnovoe nanočastinkialûmíníûâkgormetičníefektorivprorostkahfagopyrumesculentum AT karpetsla nanočastinkialûmíníûâkgormetičníefektorivprorostkahfagopyrumesculentum AT zinchenkoav nanočastinkialûmíníûâkgormetičníefektorivprorostkahfagopyrumesculentum AT kovalenkoms nanočastinkialûmíníûâkgormetičníefektorivprorostkahfagopyrumesculentum AT konotopyeo nanočastinkialûmíníûâkgormetičníefektorivprorostkahfagopyrumesculentum AT schwartauvv nanočastinkialûmíníûâkgormetičníefektorivprorostkahfagopyrumesculentum AT tarannyu nanočastinkialûmíníûâkgormetičníefektorivprorostkahfagopyrumesculentum AT smirnovoe nanočasticyalûminiâkakgormetičeskieéffektoryvprorostkahfagopyrumesculentum AT karpetsla nanočasticyalûminiâkakgormetičeskieéffektoryvprorostkahfagopyrumesculentum AT zinchenkoav nanočasticyalûminiâkakgormetičeskieéffektoryvprorostkahfagopyrumesculentum AT kovalenkoms nanočasticyalûminiâkakgormetičeskieéffektoryvprorostkahfagopyrumesculentum AT konotopyeo nanočasticyalûminiâkakgormetičeskieéffektoryvprorostkahfagopyrumesculentum AT schwartauvv nanočasticyalûminiâkakgormetičeskieéffektoryvprorostkahfagopyrumesculentum AT tarannyu nanočasticyalûminiâkakgormetičeskieéffektoryvprorostkahfagopyrumesculentum |
| first_indexed |
2025-11-25T21:23:19Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:23:19Z |
| _version_ |
1850557663842140160 |
| fulltext |
90 ISSN 10256415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 2
Metal and metal oxidebased nanoscales of titanium dioxide, silver, zinc oxide, cerium dioxide,
copper, copper oxide, aluminum, aluminum oxide, nickel, and iron are most commonly used in
industries and, therefore, are mostly studied for their influence on different biological objects
including plants [1]. Al nanoscales characterized by a high wearresistance, have good thermal
conductivity, resist to strong acids and alkalicontaining materials, are easily shaped, and have
high strength and stiffness. This makes them a prime material to use in making products that in
clude hightemperature electrical insulators, highvoltage insulators, thermometry sensors, wear
pads, ballistic armor, and grinding media [2]. There is no single opinion on the influence of Al
nanoscales on physiological and biochemical processes in plants in the literature available: po
sitive and negative effects are noted. The direct exposure of Al nanoscales leads to phytotoxic
and enhancement alterations in different plants at morphological, cellular, biochemical, and mo
lecular levels [3].
© O.E. Smirnov, L.A. Karpets, A.V. Zinchenko, M.S. Kovalenko, Ye.O. Konotop, V.V. Schwartau,
N.Yu. Taran, 2019
doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.02.090
UDC 581.8/631.8
O.E. Smirnov 1, L.A. Karpets 1, A.V. Zinchenko 1,
M.S. Kovalenko 1, Ye.O. Konotop 1, V.V. Schwartau 2, N.Yu. Taran 1
1 Institute of Biology and Medicine of Taras Shevchenko National University of Kiev
2 Institute of Plant Physiology and Genetics of the NAS of Ukraine, Kiev
Email: plantaphys@gmail.com
Aluminum nanoscales as hormetic response
effectors in Fagopyrum esculentum seedlings
Presented by Corresponding Member of the NAS of Ukraine V.V. Sсhwartau
Aluminum (Al) nanoscales have been applied in many areas of production industries to produce cosmetic fillers,
packaging materials, cutting tools, glass products, metal products, semiconductor materials, plastics, etc. Several
studies have demonstrated the contradictory data for positive and negative effects of Al nanoscales on plants. The
total length of seedlings grown for 21 days and the relative water content are used to determine the stimulating
effects. In addition, the enhancement effect of Al nanoscales on photosynthetic pigments and the total phenolic
and anthocyanin contents are determined. The growth stimulation and increase of the content of photosynthetic
pigments are observed at the addition of 50 and 250 mg/L of Al nanoscales. Plant growth stimuli and the fixed be
ne ficial action of Al nanoscales on morphofunctional traits at physiological and biochemical levels are interpreted
as the hormesis phenomenon.
Keywords: Al nanoscales, colloidal solution, hormesis, buckwheat seedlings.
91ISSN 10256415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 2
Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings
The aim of this study was to investigate the influence of Al nanoscales colloidal solutions on
buckwheat seedlings and to determine their dosedependent effects on Alresistant plant species.
Materials and methods. A colloidal solution of Al nanoscales was obtained by the elec
tricsparkle dispersing of an electricconductive layer in water [4]. Submicron metal particles in
water suspensions were obtained by the method of volumetric electricspark destruction of metal
granules. The pulse power source (thyristor pulse generators with a storage capacitor) was used
to initiate the discharge and simultaneous formation of spark channels in contacts between
the metal granules dipped into deionized water. The transformation of a liquid to vapor and its
condensation with the following crystallization results in the creation of a fraction with size from
10 to 100 nm.
Seeds of common buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench. cv. Rubra) were germinated
in dark at 25 °C in Petri dishes with deionized water. After 2 days, seedlings were transferred in
pots with sterilized sand and halfdiluted Knop solution (pH 5.5) in trays. Experiments were
conducted under controlled conditions: temperature — 25 °C, photoperiod of 16 h at a photo
synthetic photon flux density of ≈ 200 µmol photons m–2· s–1. For the investigation, 21day
controlled and treated plants were used. The treatment with a colloidal solution of Al nano
scales was performed according to the following scheme: 1 — control, halfdiluted Knop medium,
2 — addition of 50 mg/L Al nanoscales; 3 — addition of 250 mg/L Al nanoscales; 4 — addition
of 500 mg/L Al nanoscales; 5 — addition of 750 mg/L Al nanoscales; 6 — addition of 1000 mg/L
Al nanoscales.
The investigated morphological parameters included the plant total length (TL), fresh bio
mass (FB), dry biomass (DB), and relative water content of leaves (RWC) [5]. The contents of
photosynthetic pigments were determined by measuring the alcohol extract optical density at
662 nm for chlorophyll a, 644 nm for chlorophyll b, and 440.5 nm for carotenoids [6]. Folin—
Ciocalteu reagent was used to determine the total phenolic content [7]. Rutin as the dominant
phenolic substance in buckwheat plants was used to standard the curve construction; absorbance
was measured at 765 nm [8]. Total anthocyanin was extracted and estimated by the method of
Beggs and Wellmann with some minor modifications [9]. Absorbance was measured at 530 nm.
Quantity of anthocyanin was calculated with using cyanidin3glucoside coefficients — the ma
jor anthocyanin in buckwheat (molar extinction coefficient of 26 900 L cm–1·mol–1 and mo
lecular weight of 449.2 g·mol–1). All spectrophotometric assays was measured using a spectro
photometer UV1800 “Shimadzu” (Japan).
Microsoft Excel 2010 was used for the data statistical analysis. Duncan’s multiple range test
was used to evaluate the data. The results are expressed as the mean ± standard deviation, unless
noted otherwise. Values of P � 0.05 were considered significant.
Results and discussion. Nowadays, the Buckwheat genus (Fagopyrum Mill.) is one of the
most studied Alresistant crops due to its Alhyperaccumulating capability [10]. Analysis of the
results of morphological traits showed that the total plant length, fresh and dry biomasses per
plant were increased in variants with 50 and 250 mg/L of Al nanoscales. Addition of higher
concentrations of nanoparticles (500, 750, and 1000 mg/L) led to a decrease of the plant growth
parameters. Fluctuation of leaf RWC in variants with 50 and 250 mg/L of Al nanoscales was
not detected. Level of RWC in leaves in variants with 500, 750, and 1000 mg/L of Al nano
scales showed a significant increase of the water deficit (Table).
92 ISSN 10256415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 2
O.E. Smirnov, L.A. Karpets, A.V. Zinchenko, M.S. Kovalenko, Ye.O. Konotop, V.V. Schwartau, N.Yu. Taran
The whole plant growth fluctuation under nanoscales treatments is the most evident trait of
the plant functional status and becomes a useful bioassay due to its normativity, simplicity, non
destructivity, and sensitivity [11]. In turn, RWC is probably the most appropriate trait of the
plant water balance in terms of the physiological consequence of a plant water deficit, since water
accounts for 80—90 % of the fresh weight of most herbaceous plant structures. Analysis of
morphometric results considered that the addition of Al nanoscales in concentrations of 500, 750,
and 1000 mg/L was perceived as a stress condition accompanied by the growth inhibition and
water balance disruption. Low concentrations of Al nanoscales (50 and 250 mg/L) led to the fresh
and dry biomass accumulation and did not cause changes in the water status of treated plants.
Fig. 1. Photosynthetic pigments content in buckwheat leaves under the treatment with colloidal solutions of
Al nanoscales: 1 — control, halfdiluted Knop medium, 2 — 50 mg/L Al nanoscales; 3 — 250 mg/L Al nanoscales;
4 — 500 mg/L Al nanoscales; 5 — 750 mg/L Al nanoscales; 6 — 1000 mg/L Al nanoscales; * — difference sig
nificant at P � 0.05 (M ± SD; n = 10)
Morphological traits of buckwheat seedlings under the treatment
with colloidal solutions of Al nanoscales
Variant of
treatment
Plant length, cm
Fresh biomass,
mg per plant
Dry biomass,
mg per plant
Leaf relative
water content, %
1 23.05 ± 0.31 197.43 ± 3.7 20.35 ± 0.78 87.7
2 24.78 ± 0.44* 209.27 ± 3.1* 21.07 ± 0.65* 86.9
3 24.67 ± 0.37* 211.58 ± 4.5* 21.82 ± 0.67* 88.7
4 22.21 ± 0.23* 188.73 ± 4.3* 19.57 ± 0.74* 70.6
5 20.35 ± 0.48* 156.05 ± 5.0* 14.72 ± 0.56* 66.7
6 18.93 ± 0.36* 153.91 ± 4.2* 14.39 ± 0.81* 54.3
* Difference significant at P � 0.05 (M ± SD; n = 20).
93ISSN 10256415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 2
Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings
Our study showed a significant fluctuation of the photosynthetic pigment content under
the Al nanoscales treatment (Fig. 1).
Enhancement effects of Al nanoscales on all pigments classes were noted in variants with 50
and 250 mg/L. The increases of chlorophyll b and carotenoids were observed in variants with 500
and 750 mg/L of Al nanoscales. Our results of the study of the influence of Al nanoscales on the
photosynthetic pigments content showed significant increases of chlorophylls and carotenoids in
variants with treatment by 50 and 250 mg/L of Al nanoscales. Ascending the nanoscales concen
tration to 1000 mg/L led to decreasing the chlorophyll a content, while the contents of chlorophyll
b and carotenoids remained above the control level. These pigments are considered adaptogens
due to adaptive capabilities of molecules, which consist in quenching an excited state of chloro
phyll and preventing the formation of singlet oxygen and other reactive oxygen species [12].
The results of the study of the effects of Al nanoscales on the phenolic and anthocyanin con
tents showed that the addition of nanoscales induced the anthocyanins accumulation with a dose
dependent relation (Fig. 2).
Total phenolic compounds and anthocyanins are also able to function as potential anti
oxidants and are involved in the adaptive response under stressors influence [13]. The most sig
nificant increasing of anthocyanins was fixed in the variant with the maximal 1000 mg/L con
centration of Al nanoscales — addition of 1000 mg/L of Al nanoscales led to the maximum sti
mulatory response — 241 % of the control level. The sharp increase of the total phenolic content
fixed in all variants of Al nanoscales treatments. The total phenolic content showed no signifi
cant difference between variants with 250, 500, 750, and 1000 mg/L. After a sharp increase in
the variant with 250 mg/L of Al nanoscales, the total phenolic content remained at 130—145 % of
the control level.
Fig. 2. Total phenolic and anthocyanin content in buckwheat leaves under the treatment with colloidals so lu
tion of Al nanoscales: 1 — control, halfdiluted Knop medium; 2 — 50 mg/L Al nanoscales; 3 — 250 mg/L Al na
noscales; 4 — 500 mg/L Al nanoscales; 5 — 750 mg/L Al nanoscales; 6 — 1000 mg/L Al nanoscales; * — difference
significant at P � 0.05 (M ± SD; n = 10)
94 ISSN 10256415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 2
O.E. Smirnov, L.A. Karpets, A.V. Zinchenko, M.S. Kovalenko, Ye.O. Konotop, V.V. Schwartau, N.Yu. Taran
While some results have been concerned with the toxicity of Al nanoscales to plants, others
have focused on the possibility of using Al nanoscales as a fertilizer seeing enhancement effects.
It was showed that, at the addition of certain concentrations of Al nanoscales, the plant growth,
photosynthetic pigments, total phenolic and anthocyanin contents increase. Our experiments
have provided evidence to characterize the morphofunctional responses of buckwheat plants
as the hormesis — a doseresponse phenomenon with the lowdose stimulation and highdose in
hibition [14].
Conclusions. Thus, the presence of aluminum nanoscales in low concentrations (50 and
250 mg/L) induced the plant growth, phenolic compounds, anthocyanin accumulation, and led
to increasing the chlorophylls and carotenoids content. Shoot and root growth stimuli and fixed
beneficial action of Al nanoscales on morphofunctional traits at physiological and biochemical
levels were interpreted as the hormesis phenomenon.
The publication contains the results of studies supported by President’s of Ukraine grant
№ F75/1702018 for competitive projects of the State Fund for Fundamental Research.
REFERENCES
1. Rastogi, A., Zivcak, M., Sytar, O., Kalaji, K. M., He, X., Mbarki, S. & Brestic, M. (2017). Impact of metal and
metal oxide nanoparticles on plant: a critical review. Front. Chem., 5, 78. doi: https://doi.org/10.3389/
fchem.2017.00078
2. Burklew, C. E., Ashlock, J., Winfrey, W. B. & Zhang, B. (2012). Effects of aluminum oxide nanoparticles on
the growth, development, and microRNA expression of tobacco (Nicotiana tabacum). PLoS One, 7, No. 5,
e34783. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0034783
3. Jampílek, J. & Kráľová, K. (2017). Nanomaterials for delivery of nutrients and growth promoting com
pounds to plants. In Prasad, R., Kumar, M., Kumar, V. (Eds). Nanotechnology. An Agricultural Paradigm
(pp. 117227). Springer Nature Singapore Pte Ltd.
4. Pat. 38459 UA, IPC B01J 13/00, Mother colloidal solution of metals, Lopatko, K.G., Aftandilyants, E.H.,
Kalenska, S.M. & Tonkha, O.L., Publ. 12.01.2009 (in Ukrainian).
5. Munzuroglu, O. & Geckil, H. (2002). Effects of metals on seed germination, root elongation, and coleoptile
and hypocotyl growth in Triticum aestivum and Cucumis sativus. Arch. Environ. Contam. Toxicol., 43,
pp. 203213. doi: https://doi.org/10.1007/s0024400211164
6. Lichtethaler, H. K. (1987). Chlorophylls and pigments of photosynthetic biomembranes. Methods Enzymol.,
148, pp. 35082. doi: https://doi.org/10.1016/00766879(87)480361
7. Bobo, G., DavidovPardo, G., Arroqui, C., Vírseda, P., MarínArroyo, M. R. & Navarro, M. (2015). Intra
laboratory validation of microplate methods for total phenolic content and antioxidant activity on polyphe
nolic extracts, and comparison with conventional spectrophotometric method. J. Sci. Food Agric., 95, No. 1,
pp. 204209. doi: https://doi.org/10.1002/jsfa.6706
8. Li, X., Kim, J. K., Park, S. Y., Zhao, S., Kim, Y. B., Lee, S. & Park, S. U. (2014). Comparative analysis of fla
vonoids and polar metabolite profiling of Tannooriginal and Tannohigh rutin buckwheat. J. Agric. Food
Chem., 62, No. 12, pp. 27012708. doi: https://doi.org/10.1021/jf4049534
9. Smirnov, O. E., Kosyan, A. M., Kosyk, O. I. & Taran, N. Y. (2015). Response of phenolic metabolism induced
by aluminium toxicity in Fagopyrum esculentum Moench. Plants. Ukr. Biochem. J., 87, pp. 129135. doi:
https://doi.org/10.15407/ubj87.06.129
10. Shen, R. & Ma, J. F. (2001). Distribution and mobility of aluminium in an Alaccumulating plant Fagopyrum
esculentum Moench. J. Exp. Bot., 52, No. 361, pp. 16831687.
11. Srinivasa Rao, N. K., Shivashankara, K. S. & Laxman, R. H. (2016). Abiotic stress physiology of horticultural
crops. New Delhi: Springer. doi: https://doi.org/10.1007/9788132227250
12. Sun, Y. P., Li, X. Q., Cao, J., Zhang, W. X. & Wang, H. P. (2006). Characterization of zerovalent iron nano
particles. Adv. Colloid Interface Sci., 120, pp. 4756. https://doi.org/10.1016/j.cis.2006.03.001
95ISSN 10256415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 2
Aluminum nanoscales as hormetic response effectors in Fagopyrum esculentum seedlings
13. Michalak, A. (2006). Phenolic compounds and their antioxidant activity in plants growing under heavy met
al stress. Polish J. Environ. Stud., 15, No. 4, pp. 523530.
14. Calabrese, E. J. & Blain, R. B. (2009). Hormesis and plant biology. Environ. Pollut., 157, pp. 4248. doi:
https://doi.org/10.1016/j.envpol.2008.07.028
Received 03.12.2018
О.Є. Смірнов 1, Л.А. Карпець 1, А.В. Зінченко 1, М.С. Коваленко 1,
Є.О. Конотоп 1, В.В. Швартау 2, Н.Ю. Таран 1
1 ННЦ “Інститут біології та медицини”
Київського національного університету ім. Тараса Шевченка
2 Інститут фізіології рослин і генетики НАН України
Email: plantaphys@gmail.com
НАНОЧАСТИНКИ АЛЮМІНІЮ ЯК ГОРМЕТИЧНІ ЕФЕКТОРИ
В ПРОРОСТКАХ FAGOPYRUM ESCULENTUM
Наночастинки алюмінію (Al) використовуються у багатьох сферах промислового виробництва для от
римання косметичних наповнювачів, пакувальних матеріалів, різальних матеріалів, виробів зі скла, ме
талевих виробів, матеріалів з напівпровідниковими властивостями, пластмас тощо. Існують супереч
ливі дані про позитивні та негативні ефекти наночастинок Al на рослини. Запропоновано для визначення
стимулюючих ефектів наночастинок Al використовувати загальну довжину 21добових проростків та від
носну тургесцентність. Крім того, визначено позитивний вплив наночастинок Al на вміст фотосинте
тичних пігментів, загальний вміст фенольних сполук та антоціанів. Додавання наночастинок Al у кон
центрації 50 та 250 мг/л спричиняє стимуляцію росту та збільшення вмісту фотосинтетичних пігментів.
Стимуляція росту рослин і позитивний вплив наночастинок Al на морфофункціо нальні характеристики
на фізіологічному та біохімічному рівнях інтерпретовані як феномен гормезису.
Ключові слова: наночастинки алюмінію, колоїд, гормезис, проростки гречки.
А.Е. Смирнов 1, Л.А. Карпец 1, А.В. Зинченко 1, М.С. Коваленко 1,
Е.А. Конотоп 1, В.В. Швартау 2, Н.Ю. Таран 1
1 УНЦ “Институт биологии и медицины”
Киевского национального университета им. Тараса Шевченко
2 Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев
Email: plantaphys@gmail.com
НАНОЧАСТИЦЫ АЛЮМИНИЯ КАК ГОРМЕТИЧЕСКИЕ
ЭФФЕКТОРЫ В ПРОРОСТКАХ FAGOPYRUM ESCULENTUM
Наночастицы алюминия (Al) используются во многих сферах промышленного производства для полу
чения косметических наполнителей, упаковочных материалов, режущих материалов, изделий из стекла,
металлических изделий, материалов с полупроводниковыми свойствами, пластмасс и т. п. Существуют
противоречивые данные о положительных и отрицательных эффектах наночастиц Al на растения. Пред
ложено для определения стимулирующих эффектов наночастиц Al использовать общую длину 21су
точных проростков и относительную тургесцентность. Кроме того, определено положительное влияние
наночастиц Al на содержание фотосинтетических пигментов, общее содержание фенольных соединений и
антоцианов. Добавление наночастиц Al в концентрации 50 и 250 мг/л приводит к стимуляции роста и
увеличению содержания фотосинтетических пигментов. Стимуляция роста растений и положительное
влияние наночастиц Al на морфофункциональные характеристики на физиологическом и биохимическом
уровнях интерпретированы как феномен гормезиса.
Ключевые слова: наночастицы алюминия, коллоид, гормезис, проростки гречихи.
|