збірник наукових праць наносистеми, наноматеріали, нанотехнології 2023, том 21, випуск 4
English Українська
Отримати статтю ␒
Том рік сторінка
Випуски PACS Передплатникам Для авторів
Пошук ␒
Розширений пошук

Випуски

 / 

2023

 / 

том 21 / 

випуск 4

 


Завантажити повну версію статті (в PDF форматі)

С. В. ПРИЛУЦЬКА, Т. А. ТКАЧЕНКО, В. В. ТКАЧЕНКО
Використання вуглецевих наноматеріялів для реґуляції стресостійкости у сільськогосподарських рослин
923–944 (2023)

PACS numbers: 01.30.Rr, 01.30.Tt, 81.05.U-, 87.85.Rs, 88.05.Qr, 88.20.dj, 91.62.Bf

Зацікавленість наноалотропами вуглецю, до яких належать графен, фуллерен та їхні похідні, одно- та багатошарові нанотрубки, щодо використання їх у промисловості, медицині, фармації не оминула і сільськогосподарську галузь. Постійно зростає кількість досліджень стосовно впливу вуглецевих наноматеріялів на організм рослин, в яких не лише розглядаються ці наночастинки як новий клас ксенобіотиків, а і з точки зору практичного використання їх у рослинництві: як реґуляторів росту та розвитку; як речовин, що підвищують стійкість різних культур до абіотичного стресу; як тарґентних засобів для доставки добрив, засобів захисту рослин; як стимуляторів накопичення фармацевтично активних сполук. Дані досліджень є достатньо суперечливими, оскільки відрізняються з огляду на вид рослини та стадію її онтогенезу, особливості її вирощування, тип наноалотропів вуглецю, дозу, спосіб і тривалість експозиції, розмір наночастинок і їхню чистоту. За високих концентрацій вуглецеві наночастинки здатні спричиняти токсичні ефекти, які супроводжуються впливом на процеси росту та розвитку рослин, пригніченням фотосинтетичних процесів і розвитком окисного стресу. Разом з тим, за низьких і помірних концентрацій наночастинки вуглецю переважно стимулюють проростання насіння, ріст і розвиток веґетативних частин рослини та коренів, поліпшують ефективність фотосинтези, сприяють захисту рослини від дії стресових умов довкілля та накопиченню фармацевтично цінних сполук. Представлений огляд узагальнює дані останніх наукових досліджень щодо впливу наноалотропів вуглецю на організм рослин і можливості використання їх як реґуляторів стресостійкости під час вирощування сільськогосподарських культур.

Keywords: наночастинки вуглецю, одношарові та багатошарові нанотрубки, графен, фуллерен С60, стресостійкість, рослини.


References
  1. D. B. Lobell, and S. M. Gourdji, Plant Physiology, 160, Iss. 4: 1686 (2012); https://doi.org/10.1104/pp.112.208298
  2. D. Rawtani, G. Gupta, N. Khatri, P. K. Rao, and C. M. Hussain, Science of The Total Environment, 850: 157932 (2022); doi:10.1016/j.scitotenv.2022.157932
  3. D. B. Lobell, W. Schlenker, and J. Costa-Roberts, Science, 333: 616 (2011); doi:10.1126/science.1204531
  4. J. L. Hatfield, K. J. Boote, B. A. Kimball, L. H. Ziska, R. C. Izaurralde, D. Ort, A. M. Thomson, and D. Wolfe, Agron J., 103: 351 (2011); doi:10.2134/agronj2010.0303
  5. Yu. E. Kolupaev and Yu. V. Karpets, Fiziol. Rast. Genet., 49, No 6: 463 (2017); doi:10.15407/frg2017.06.463
  6. M. S. Iqbal, A. K. Singh, and M. I. Ansari, New Frontiers in Stress Management for Durable Agriculture (Singapore: Springer: 2020), p. 35; doi:10.1007/978-981-15-1322-0_3
  7. N. Bechtaoui, M. K. Rabiu, A. Raklami, K. Oufdou, M. Hafidi, and M. Jemo, Front. Plant Sci., 12: 679916 (2021); doi:10.3389/fpls.2021.679916
  8. V. V. Kumari, P. Banerjee, V. C. Verma, S. Sukumaran, M. A. S. Chandran, K. A. Gopinath, G. Venkatesh, S. K. Yadav, V. K. Singh, and N. K. Awasthi, Int. J. Mol. Sci., 23, No. 15: 8519 (2022); doi:10.3390/ijms23158519
  9. N. Esmaeili, G. Shen, and H. Zhang, Front. Plant Sci., 13: 1011985 (2022); doi:10.3389/fpls.2022.1011985
  10. S. V. Prylutska, A. P. Burlaka, and P. P. Klymenko, I. I. Grynyuk, Y. I. Prylutskyy, C. Sch?tze, and U. Ritter, Cancer Nano, 2: 105 (2011); https://doi.org/10.1007/s12645-011-0020-x
  11. F. J. Rodr?guez-Lozano, D. Garc?a-Bernal, S. Aznar-Cervantes, R. E. O?ate-S?nchez, and J. M. Moraleda, Transl. Res., 166, No. 4: 399 (2015); doi:10.1016/j.trsl.2015.04.003
  12. S. K. Debnath and R. Srivastava, Front. Nanotechnol., 3: 644564 (2021); doi:10.3389/fnano.2021.644564
  13. H. Hu, Y. C. Ni, S. K. Mandal, V. Montana, N. Zhao, R. C. Haddon, and V. Parpura, J. Phys. Chem. B, 109: 4285 (2005); doi:10.1021/jp0441137
  14. L. Qian, Y. Chengfei, Ch. Tao, D. Changkun, and Z. Hongtian, AIP Advances, 12, No. 5: 055124 (2022); doi:10.1063/5.0090006
  15. R. A. MacDonald, B. F. Laurenzi, G. Viswanathan, P. M. Ajayan, and J. P. Stegemann, Journal of Biomedical Materials Research, 74A, Iss. 3: 489 (2005); doi:10.1002/jbm.a.30386
  16. D. K. Tripathi, S. Gaur, S. Singh, S. Singh, R. Pandey, V. P. Singh, N. C. Sharma, S. M. Prasad, N. K. Dubey, and D. K. Chauhan, Plant Physiology et Biochemistry, 110: 2 (2016); doi:10.1016/j.plaphy.2016.07.030
  17. M. F. Serag, N. Kaji, S. Habuchi, A. Bianco, and Y. Baba, RSC Adv., 3: 4856 (2013); doi:10.1039/c2ra22766e
  18. P. Begum, R. Ikhtiari, B. Fugetsu, M. Matsuoka, T. Akasaka, and F. Watari, Applied Surface Science, 262: 120 (2012); doi:10.1016/j.apsusc.2012.03.028
  19. S. V. Prylutska, D. V. Franskevych, and A. I. Yemets, Cytol. Genet., 56, No. 4: 351 (2022); doi:10.3103/S0095452722040077
  20. Y. Wang, Z. Shu, W. Wang, X. Jiang, D. Li, J. Pan, and X. Li, Biol. Plant., 60: 443 (2016); doi:10.1007/s10535-016-0618-2
  21. Z. Cao, H. Zhou, and L. Kong, L. Li, R. Wang, and W. A. Shen, Nanoscale Res. Lett., 15, No. 1: 49 (2020); doi:10.1186/s11671-020-3276-4
  22. M. V. Khodakovskaya, K. De Silva, A. S. Biris, E. Dervishi, and H. Villagarcia, ACS Nano, 6, No. 3: 2128 (2012); doi:10.1021/nn204643g
  23. S.-Y. Kwak, T. T. S. Lew, C. J. Sweeney, V. B. Koman, M. H. Wong, K. Bohmert-Tatarev, K. D. Snell, J. S. Seo, N. H. Chua, and M. S. Strano, Nat. Nanotechnol., 14, No. 5: 447 (2019); doi:10.1038/s41565-019-0375-4
  24. T. T. S. Lew, М. Н. Wong, S.-Y. Kwak, R. Sinclair, V. B. Koman, and M. S. Strano, Small, 14, No. 44: e1802086 (2018); doi:10.1002/smll.201802086
  25. J. P. Giraldo, M. P. Landry, S. M. Faltermeier,; T. P. Mc Nicholas, N. M. Iverson, A. A. Boghossian, N. F. Reuel, A. J. Hilmer, F. Sen, J. A. Brew, and M. S. Strano, Nat. Mater., 13, No. 4: 400 (2014); doi:10.1038/nmat3890
  26. V. Velikova, N. Petrova, L. Kov?cs, A. Petrova, D. Koleva, T. Tsonev, S. Taneva, P. Petrov, and S. Krumova, Int. J. Mol. Sci., 22, No. 9: 4878 (2021); doi:10.3390/ijms22094878
  27. C. X. Shen, Q. F. Zhang, J. Li, F. C. Bi, and N. Yao, Am. J. Bot., 97, No. 10: 1602 (2010); doi:10.3732/ajb.1000073
  28. M. Ghasempour, A. Iranbakhsh, M. Ebadi, and Z. Oraghi Ardebili, 3 Biotech., 9, No. 11: 404 (2019); doi:10.1007/s13205-019-1934-y
  29. M. C. Mart?nez-Ballesta, L. Zapata, N. Chalbi, and M. Carvajal, J. Nanobiotechnol., 14: 42 (2016); doi:10.1186/s12951-016-0199-4
  30. D. K. Tiwari, N. Dasgupta-Schubert, L. M. Villase?or Cendejas, J. Villegas, L. Carreto Montoya, and S. E. Borjas Garc?a, Appl. Nanosci., 4: 577 (2014); doi:10.1007/s13204-013-0236-7
  31. Y. Hao, Y. Yu, G. Sun, X. Gong, Y. Jiang, G. Lv, Y. Zhang, L. Li, Y. Zhao, D. Sun, W. Gu, and C. Qian, Plants, 12, No 8: 1604 (2023); doi:10.3390/plants12081604
  32. H. C. Oliveira, A. B. Seabra, S. Kondak, O. P. Adedokun, and Z. Kolbert, Journal of Experimental Botany, 74, Iss. 12: 3406 (2023); doi:10.1093/jxb/erad107
  33. K. Keita, F. C. Okafor, L. M. Nyochembeng, A. Overton, S. Vr, and J. A. Odutola, J. Nanosci. Curr. Res., 3: 123 (2018); doi:10.4172/2572-0813.1000123
  34. P. Miralles, Е. Johnson, T. L. Church, and A. T. Harris, J. R. Soc. Interface, 9, Iss. 77: 93514 (2012); doi:10.1098/rsif.2012.0535
  35. R. Avanasi, W. A. Jackson, B. Sherwin, J. F. Mudge, and T. A. Anderson, Еnviron. Sci. Technol., 48, No. 5: 2792 (2014); doi:10.1021/es405306w
  36. Ch. Wang, H. Zhang, L. Ruan, L. Chen, H. Li, X.-L. Chang, X. Zhang, and S.-T. Yang, Environ. Sci.: Nano, 4, No. 3: 799 (2016); https://doi.org/10.1039/C5EN00276A
  37. C. Kole, P. Kole, K. M. Randunu, P. Choudhary, R. Podila, P. C. Ke, A. M. Rao, and R. K. Marcus, BMC Biotechnol., 13: 37 (2013); doi:10.1186/1472-6750-13-37
  38. А. He, J. Jiang, J. Ding, and G. D. Sheng, Chemosphere, 278: 130474 (2021); doi:10.1016/j.chemosphere.2021.130474
  39. C. Liang, H. Xiao, Z. Hu, X. Zhang, and J. Hu, Environ. Pollut., 235: 330 (2018); doi:10.1016/j.envpol.2017.12.062
  40. K. R. Guo, M. Adeel, F. Hu, Z. Z. Xiao, K. X. Wang, Y. Hao, Y. K. Rui, and X. L. Chang, J. Nanosci. Nanotechnol., 21, No. 6: 3197 (2021); doi:10.1166/jnn.2021.19307
  41. J. Gao, Y. Wang, K. M. Folta, V. Krishna, W. Bai, P. Indeglia, A. Georgieva, H. Nakamura, B. Koopman, and B. Moudgil, PLoS One, 6, No. 5: e19976 (2011); doi:10.1371/journal.pone.0019976
  42. L. Chen, C. Wang, H. Li, X. Qu, S. Yang, and X. Chang, Environmental Science & Technology, 51, No. 17: 10146 (2017); doi:10.1021/acs.est.7b00822
  43. C. Huang, T. Xia, J. Niu, Y. Yang, S. Lin, X. Wang, G. Yang, L. Mao, and B. Xing, Angewandte Chemie, 57, No. 31: 9759 (2018); doi:10.1002/anie.201805099
  44. L. Chen, S. Yang, Y. Liu, M. Mo, X. Guan, L. Huang, C. Sun, S. Yang, and X. Chang, RSC Advances, 8, No. 28: 15336 (2018); doi:10.1039/c8ra01753k
  45. S. Zhao, X. Zhu, M. Mou, Z. Wang, and L. Duo, Ecotoxicology and Environmental Safety, 234: 113399 (2022); doi:10.1016/j.ecoenv.2022.113399
  46. Z. Zhou, J. Li, C. Li, Q. Guo, X. Hou, C. Zhao, Y. Wang, C. Chen, and Q. Wang, Plants, 12, No. 9: 1738 (2023); doi:10.3390/plants12091738
  47. X. Xiao, X. Wang, L. Liu, C. Chen, A. Sha, and J. Li, Ecotoxicology and Environmental Safety, 234: 113383 (2022); doi:10.1016/j.ecoenv.2022.113383
  48. P. Begum, R. Ikhtiari, and B. Fugetsu, Carbon, 49: 3907 (2011); doi:10.1016/j.carbon.2011.05.029
  49. X. Guo, J. Zhao, R. Wang, H. Zhang, B. Xing, M. Naeem, T. Yao, R. Li, R. F. Xu, Z. Zhang, and J. Wu, PPB, 162: 447 (2021); doi:10.1016/j.plaphy.2021.03.013
  50. W. Ren, H. Chang, and Y. Teng, Sci. Total Environ., 572: 926 (2016); doi:10.1016/j.scitotenv.2016.07.214
  51. Z. Chen, J. Zhao, J. Song, S. Han, Y. Du, Y. Qiao, Z. Liu, J. Qiao, W. Li, J. Li, H. Wang, B. Xing, and Q. Pan, PloS One, 16, No. 1: e0244856 (2021); doi:10.1371/journal.pone.0244856
  52. M. R. Malekzadeh, H. R. Roosta, and H. M. Kalaji, Sci. Rep., 13: 8457 (2023); doi:10.1038/s41598-023-35725-0
  53. X. Zhang, H. Cao, J. Zhao, H. Wang, B. Xing, Z. Chen, X. Li, and J. Zhang, Physiology and Molecular Biology of Plants, 27: 815 (2021); doi:10.1007/s12298-021-00979-3
  54. S. Zhao, Q. Wang, Y. Zhao, Q. Rui, and D. Wang, Environ. Toxicol. Pharmacol., 39, No. 1: 145 (2015); doi:10.1016/j.etap.2014.11.014
  55. S. Dong, X. Jing, S. Lin, K. Lu, W. Li, J. Lu, M. Li, S. Gao, S. Lu, D. Zhou, C. Chen, B. Xing, and L. Mao, Environ. Sci. Technol., 56, No. 17: 12179 (2022); doi:10.1021/acs.est.2c01926
  56. S. Wang, Y. Liu, X. Wang, H. Xiang, D. Kong, N. Wei, W. Guo, and H. Sun, Sci. Rep., 13, No. 1: 2650 (2023); doi:10.1038/s41598-023-29725-3А
  57. F. S. Mirza, Z. E. Aftab, M. D. Ali, A. Aftab, T. Anjum, H. Rafiq, and G. Li, Front Plant Sci., 13: 1040037 (2022); doi:10.3389/fpls.2022.1040037
  58. S. Liu, H. Wei, Z. Li, S. Li, H. Yan, Y. He, and Z. Tian, J. Nanosci. Nanotechnol., 15, No. 4: 2695 (2015); doi:10.1166/jnn.2015.9254
  59. Q. Zhou, and X. Hu, Environ. Sci. Technol., 51, No. 4: 2022 (2017); doi:10.1021/acs.est.6b05591
  60. J. Du, T. Wang, Q. Zhou, X. Hu, J. Wu, G. Li, G. Li, F. Hou, and Y. Wu, Ecotoxicol. Environ. Saf., 192: 110304 (2020); doi:10.1016/j.ecoenv.2020.110304
  61. D. Bradshaw and K. Hardwick, Biological Journal of the Linnean Society, 37, Iss. 1–2: 137 (1989); https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.1989.tb02099.x
  62. Z. Chen and D. E. Soltis, Plant, Cell and Environment, 43: 2827 (2020); doi:10.1111/pce.13922
  63. G. R. Cramer, K. Urano, S. Delrot, M. Pezzotti, and K. Shinozaki, BMC Plant Biol., 11: 163 (2011); doi:10.1186/1471-2229-11-163
  64. S. Fahad, A. A. Bajwa, U. Nazir, S. A. Anjum, A. Farooq, A. Zohaib, S. Sadia, W. Nasim, S. Adkins, S. Saud, M. Z. Ihsan, H. Alharby, C. Wu, D. Wang, and J. Huang, Front. Plant Sci., 8: 1147 (2017); doi:10.3389/fpls.2017.01147
  65. H. Aguirre-Becerra, A. A. Feregrino-P?rez, K. Esquivel, C. E. Perez-Garcia, M. C. Vazquez-Hernandez, and A. Mariana-Alvarado, Front. Plant Sci., 13: 1023636 (2022); doi:10.3389/fpls.2022.1023636
  66. S. C. Arruda, A. L. Silva, R. M. Galazzi, R. A. Azevedo, and M. A. Arruda, Talanta, 131: 693 (2015); doi:10.1016/j.talanta.2014.08.050
  67. J. Wohlmuth, D. Tekielska, J. ?echov?, and M. Bar?nek, Plants, 11, No. 18: 2405 (2022); doi:10.3390/plants11182405
  68. S. Samadi, M. J. Saharkhiz, M. Azizi, L. Samiei, A. Karami, and M. Ghorbanpour, Industrial Crops and Products, 165: 113424 (2021); doi:10.1016/j.indcrop.2021.113424
  69. M. Hatami, J. Hadian, and M. Ghorbanpour, J. Hazard Mater., 324, Pt. B: 306 (2017); doi:10.1016/j.jhazmat.2016.10.064
  70. Y. Gonz?lez-Garc?a, G. Cadenas-Pliego, ?. G. Alpuche-Sol?s, R. I. Cabrera, and A. Ju?rez-Maldonado, Nanomaterials (Basel, Switzerland), 11, No. 5: 1080 (2021); doi:10.3390/nano11051080
  71. А. Suboti?, S. Jevremovi?, S. Milo?evi?, M. Trifunovi?-Mom?ilov, M. ?uri?, and ?. Koruga, Plants (Basel), 11, No. 21: 2810 (2022); doi:10.3390/plants11212810
  72. С. Ozfidan-Konakci, F. N. Alp, B. Arikan, M. Balci, Z. Parmaksizoglu, E. Yildiztugay, and H. Cavusoglu, Physiol. Plant, 174, No. 3: e13720 (2022); doi:10.1111/ppl.13720
  73. F. Shafiq, M. Iqbal, M. Ali, and M. A. Ashraf, Ecotoxicol. Environ. Saf., 211: 111901 (2021); doi:10.1016/j.ecoenv.2021.111901
  74. M. Bori?ev, I. Bori?ev, M. ?upunski, D. Arsenov, S. Pajevi?, ?. ?ur?i?, J. Vasin, and A. Djordjevic, PLoS One, 11: e0166248 (2016); doi:10.1371/journal.pone.0166248
  75. M. Farooq, A. Wahid, N. Kobayashi, D. Fujita, and S. M. A. Basra, Agronomy for Sustainable Development, 29: 185 (2009); doi:10.1051/agro:2008021
  76. J. L. Xiong, J. Li, H. C. Wang, C. L. Zhang, and M. S. Naeem, Plant Physiol. Biochem., 129: 130 (2018); doi:10.1016/j.plaphy.2018.05.026
  77. H. Kong, X. Meng, N. A. Akram, F. Zhu, J. Hu, and Z. Zhang, Plants (Basel), 12, No. 6: 1417 (2023); doi:10.3390/plants12061417
  78. J. L. Xiong and N. Ma, Int. J. Mol. Sci., 23: 15304 (2022); doi:10.3390/ijms232315304
  79. P. Wang, E. Lombi, F. J. Zhao, and P. M. Kopittke, Trends Plant Sci., 21: 699 (2016); doi:10.1016/j.tplants.2016.04.005
  80. T. Zhang, W. Lv, H. Zhang, L. Ma, P. Li, L. Ge, and G. Li, BMC Plant Biology, 18: 235 (2018); doi:10.1186/s12870-018-1441-z
  81. T. Lopes, C. Cruz, P. Cardoso, R. Pinto, P. A. A. P. Marques, and E. A. Figueira, Nanomaterials (Basel), 11, No. 3: 771 (2021); doi:10.3390/nano11030771
  82. R. F. Halawani, H. AbdElgawad, F. A. Aloufi, M. A. Balkhyour, A. Zrig, and A. H. Hassan, Frontiers in Plant Science, 14: 1158031 (2023); doi:10.3389/fpls.2023.1158031
Creative Commons License
Усі статті ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
©2003—2023 НАНОСИСТЕМЫ, НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОТЕХНОЛОГИИ Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова Национальной Академии наук Украины.
Електрона пошта: tatar@imp.kiev.ua Телефони та адреса редакції Про збірник Угода користувача