Лабораторные исследования влияния внекорневой подкормки гороха посевного (Pisum sativum) цинком в виде наночастиц оксида цинка на устойчивость к стрессу, вызванному загрязнением почвы свинцом

О. В. Ракова, А. М. Угаев, С. С. Дёмин, Д. Ю. Липухина, Е. А. Петрова, Т. Г. Крупнова

Abstract


Загрязнение почвы тяжелыми металлами, в частности свинцом (Pb), является серьезным экологическим стрессором, снижающим продуктивность сельскохозяйственных культур. Горох посевной (Pisum sativum) чувствителен к техногенному загрязнению, что требует поиска эффективных и экологически безопасных методов повышения его толерантности. Данное исследование направлено на оценку защитного действия внекорневой обработки наночастицами оксида цинка (ZnO НЧ) со средним размером 80 нм, в сравнении с раствором сульфата цинка, на морфологические, фотосинтетические и биохимические параметры гороха в условиях почвенного загрязнения свинцом (50 и 100 мг/кг). Проведён вегетационный эксперимент с моделированием свинцового умеренного и сильного стресса c внесением 50 и 100 мг Pb на кг почвы соответственно. Оценивались высота побегов, длина корней, масса побегов и корней, содержание хлорофиллов a, b и каротиноидов, накопление H2O2 и цинка в стручках гороха. Методом сканирующей электронной микроскопии изучено проникновение наночастиц через устьица. Установлено, что ZnO НЧ по защитному действию во всех сценариях превосходит сульфат цинка. Обработка препаратом ZnO НЧ привела к увеличению высоты побегов, длины корней, массы побегов и корней, общее содержание фотосинтетических пигментов достоверно увеличивалось. Подтверждено, что внекорневая обработка препаратом ZnO НЧ эффективнее снижает накопление H2O2 и увеличивает содержание цинка в стручках и, таким образом, может быть эффективным агроприёмом, повышающим устойчивость гороха посевного к свинцовому стрессу. Данный метод можно рекомендовать для использования на техногенно загрязненных почвах.


Keywords


экологический стресс; загрязнение свинцом; внекорневая подкормка; цинк; посевной горох


Как процитировать материал

References


Литература

Список русскоязычной литературы

1. Байкенова ЮГ. Оценка степени опасности загрязнения почв тяжелыми металлами. Аграрный вестник Урала. 2014;7(125):10-4.

2. Демиденко ГА. Влияние свинца на рост и развитие семян и проростков гороха овощного. Вестник КрасГАУ. 2019;(4):16-23.

3. Павлов АА. Содержание валовых форм цинка, свинца и кадмия в дерново-подзолистых супесчаных почвах земель сельскохозяйственного назначения. Аграрный вестник Урала. 2024;24(9):1138-46. https://doi.org/10.32417/1997-4868-2024-24-09-1138-1146.

Общий список литературы / Reference List

1. Baikenova YuG. [Estimation of the degree of danger of soil pollution with heavy metals]. Agrarnyi Vestnik Urala. 2014;7(125):10-4. (In Russ).

2. Demidenko GN. [The Influence of lead on growth and development of seeds and seed growth of vegetable pea]. Vestnik Krasnoyarskogo Gosudarstvennogo Universiteta. 2019;(4):16-23 (In Russ.).

3. Pavlov AA. [Content of gross forms of zinc, lead and cadmium in sod-podzolic sandy loam soils of agricultural lands]. Agrarnyi Vestnik Urala. 2024;24(9):1138-46. (In Russ).

4. Ahsan M, Radicetti E, Mancinelli R, Ali HM, Younis A, Sajid M, Manan A, Ali S, Valipour M, Zulfiqar H. Alleviation of cadmium stress and improved growth performance of periwinkle (Catharanthus roseus L.) by foliar application of zinc oxide nanoparticles. South African Journal of Botany. South Afr J Bot. 2025;176:129-40. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2024.10.057.

5. Alam MZ, Carpenter-Boggs L, Hoque MA, Ahammed GJ. Effect of soil amendments on antioxidant activity and photosynthetic pigments in pea crops grown in arsenic contaminated soil. Heliyon. 2020;6(11):e05475. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e05475.

6. Ali MF, Ali A, Bilal S, Ali U, Huma N, Adnan M. Mitigating zinc deficiency in plants and soils through agronomic techniques: A review. J Environ Agric Sci. 2021;23(1&2):1-10.

7. Baek SA, Han T, Ahn SK, Kang H, Cho MR, Lee SC, Im KH. Effects of heavy metals on plant growths and pigment contents in Arabidopsis thaliana. Plant Pathol J. 2012;28(4):446-452. https://doi.org/10.5423/PPJ.NT.01.2012.0006.

8. Bhattacharjee S, Mukherjee AK. Heavy metals alter photosynthetic pigment profiles as well as activities of chlorophyllase and 5-aminolevulinic acid dehydratase (ALAD) in Amaranthus lividus seedlings. J Environ Biol. 2003;24(4):395-9. PMID:15248652

9. Black R, Allen L, Bhutta ZA, Caulfield LE, Onis M, Ezzati M, Mathers C, Rivera-Dommarco J. Maternal and child undernutrition: global and regional exposures and health consequences. Lancet. 2008;371(9608):243-60. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(07)61690-0.

10. Burkhardt J, Basi S, Pariyar S, Hunsche M. Stomatal penetration by aqueous solutions - an update involving leaf surface particles. New Phytologist. 2012;196(3):774-87. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2012.04307.x.

11. Escobedo Monge MF, Barrado E, Vicente CA, Redondo Del Río MP, Marugán de Miguelsanz JM. Zinc nutritional status in patients with cystic fibrosis. Nutrients. 2019;11(1):150. https://doi.org/10.3390/nu11010150.

12. Jagota N, Singh S, Kaur H, Kaur R, Sharma A. Oxidative stress in lead toxicity in plants and its amelioration. In: Kumar N, Kumar JA, eds. Lead Toxicity Mitigation: Sustainable Nexus Approaches. Changsha: Springer; 2024. p. 299-333. https://doi.org/10.1007/978-3-031-46146-0_14.

13. Khan A, Khan AA, Irfan M, Sayeed Akhtar M, Hasan SA. Lead-induced modification of growth and yield of Linum usitatissimum L. and its soil remediation potential. Int J Phytoremediat. 2022;25(8):1067-1076. https://doi.org/10.1080/15226514.2022.2128040.

14. Panahirad S, Dadpour M, Gohari G, Fotopoulos V. Simultaneous application of titanium dioxide (TiO2) and zinc oxide (ZnO) nanoparticles ameliorates lead (Pb) stress effects in medicinal plant Echinacea purpurea (L.) Moench. Plant Stress. 2024;13:100546. https://doi.org/10.1016/j.stress.2024.100546.

15. Rockström J, Williams J, Daily G, Noble A, Matthews N, Gordon L, Wetterstrand H, DeClerck F, Shah M, Steduto P, Fraiture C, Hatibu N, Unver O, Bird J, Sibanda L, Smith J. Sustainable intensification of agriculture for human prosperity and global sustainability. Ambio. 2017;46(1):4-17. https://doi.org/10.1007/s13280-016-0793-6.

16. Singh T, Saffeullah P, Umar S. Foliar application of zinc oxide (ZnO) nanoparticles ameliorates growth, yield traits, osmolytes, cell viability, and antioxidant system of Brassica juncea (L.) Czern. grown in lead (Pb) stress. Chemosphere. 2025;(370):143950. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.143950.

17. Suganya A, Saravanan A, Baskar M, Pandiyarajan P, Kavimani R. Agronomic biofortification of maize (Zea mays L.) with zinc by using of graded levels of zinc in combination with zinc solubilizing bacteria and Arbuscular mycorrhizal fungi. J Plant Nutrit. 2020;44(7):988-994. https://doi:10.1080/01904167.2020.1845383.

18. Sun Y, Mfarrej MB, Song X, Ma J, Min B, Chen Fu. New insights in to the ameliorative effects of zinc and iron oxide nanoparticles to arsenic stressed spinach (Spinacia oleracea L.). Plant Physiol Biochem. 2023;199:107715. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2023.107715.

19. Yotsova E, Dobrikova A, Stefanov M, Misheva S, Bardáčová M, Matušíková I, Žideková L, Blehová A, Apostolova E. Effects of cadmium on two wheat cultivars depending on different nitrogen supply. Plant Physiol Biochem. 2020;155:789-99. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.06.042.

20. Zafar H, Ali A, Ali JS, Haq IU, Zia M. Effect of ZnO Nanoparticles on Brassica nigra seedlings and stem explants: Growth dynamics and antioxidative response. Front Plant Sci. 2016;7:00535. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00535.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v18i3.1072

EDN: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=WOCWNC

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"