В ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова подводят первые итоги двухлетнего проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда. Руководитель проекта к.т.н., Константин Жужукин, старший преподаватель кафедры химии и биотехнологии, вместе с основным исполнителем Анной Корчагиной и студентами кафедры изучает, как наночастицы разной природы влияют на лесные растения. Объект исследования - берёза повислая (Betula pendula).
«Мы оцениваем, как наночастицы действуют на семена, проростки и взрослые растения», - рассказывает Константин Жужукин.
В работе используются три типа наночастиц: многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ), а также наночастицы цинка и кремнийсодержащие наночастицы. Все они уже применяются в промышленности, доступны на маркетплейсах, и с каждым годом их концентрация в окружающей среде растёт. «Чтобы понимать механизм воздействия на биологические объекты, в том числе лесные, нужны превентивные эксперименты», - поясняет учёный.
Самым неожиданным результатом стало то, что в малых дозах наночастицы не вредят, а ускоряют развитие растений. «Мы не ожидали, что они могут оказывать стимулирующее действие на рост, - говорит руководитель проекта. - Поэтому в рамках проекта мы решаем две задачи: оцениваем фитотоксичность и определяем порог стимулирующего действия».
Механизм у разных частиц различается. По словам Жужукина, углеродные нанотрубки благодаря игольчатой структуре способны проникать через семенную оболочку и облегчать водопоглощение - семя начинает впитывать больше влаги. Наночастицы цинка и кремния в низких концентрациях (1–10 мг/л) также стимулируют развитие проростков. Однако при дозах выше 100 мг/л наступает токсический эффект: снижается всхожесть, уменьшается длина побега, падает активность ферментов. При экстремально высоких концентрациях - около 1000 мг/л - семена не прорастают вовсе.
Исследователи подходят к проблеме комплексно. Они оценивают всхожесть и морфометрические показатели, измеряют содержание фотосинтетических пигментов (хлорофиллов) и активность ферментов антиоксидантной защиты - каталазы и пероксидазы. Впереди самый интересный этап: летом запланирован анализ экспрессии генов стрессоустойчивости методом ОТ-ПЦР в реальном времени. «Мы смотрим, какие гены включаются в условиях стресса, чтобы понять, как растение реагирует на внешние воздействия. А наночастицы для него - это стрессовый фактор», - объясняет Константин.
Откуда наночастицы вообще берутся в лесу? «Наночастицы металлов - это полностью продукт человеческой деятельности, - отвечает руководитель проекта. - Многостенные углеродные нанотрубки встречаются и в природе - при извержениях вулканов или лесных пожарах, - но в очень небольших количествах. Создать их в промышленных объёмах способен только человек». Основной источник загрязнения - не сами производства, а выщелачивание наночастиц из полимерных композитов и неправильная утилизация отходов. В воздухе их почти нет, они оседают в почве, где контактируют с корнями и семенами.
За первые два квартала учёные синтезировали и охарактеризовали наночастицы, провели биологический эксперимент, подготовили несколько научных статей. На очереди - генетический анализ. «В планах выполнить весь объём работ, заявленный по проекту», - говорит Константин Жужукин. Он подчёркивает, что исследование относится к фундаментальной науке и работает на опережение: «Возможно, в будущем проблема загрязнения наночастицами не возникнет - если отходы начнут утилизировать правильно. Но если возникнет, мы должны быть готовы. Именно поэтому такие исследования необходимы уже сейчас».