Токсичность различных наноматериалов при обработке семян яровой пшеницы

делать и в терминах «алгоритм», «входные данные», «выходные данные».

Уже классе в 6-ом, когда рассматриваются числовые функции через аналитические выражения, следует показать ненасыщенность функции и насыщенность аргумента и значения функции как предметов, научить отличать функцию от аналитического выражения, функцию от значения функции. Нельзя применять словосочетания: « есть функция от ». Следует говорить: « есть значение функции от аргумента ».

Старшеклассникам и студентам выше сказанное следует изложить систематически с применением рисунка 1. Хорошим является толкование функции, данное А. Чёрчем [3, с.24], которое было процитировано выше.

Преподавателям рекомендуется учесть всё сказанное выше и не называть предметом то, что есть функция, и функцией, что есть предмет.

Библиографический список

1. Фреге, Г. Логика и логическая семантика: сборник трудов [Текст] // Готтлоб Фреге; пер. с нем. Б.В. Бирюкова под ред. З.А. Кузичевой: учебное пособие для студентов вузов. - М.: Аспект Пресс, 2000. - 512 с.

2. Фреге, Г. Логика в математике [Текст] // Г. Фреге. Избранные работы; пер. с нем. А.Л. Никифорова. - М.: ДИК, Русское феноменологическое общество, 1997. - С.95-154.

3. Чёрч, А. Введение в математическую логику. Т.1. [Текст] / А. Чёрч; пер. с англ. В.С. Чернявского; под ред. В.А. Успенского. - М.: Изд-во иностранной литературы, 1960. - 485 с.

4. Колмогоров, А.Н. Что такое функция. [Текст] / А.Н. Колмогоров //Научно-популярный физико-математический журнал «Квант». - 1970.

УДК 633: «321»

- №1. - С.27-36, 62.

5. Шиханович, Ю.А. Введение в современную математику. Начальные понятия [Текст] / Ю.А. Шиханович. - М.: Наука, 1965. - 376 с.

6. Бурбаки, Н. Теория множеств [Текст] / Н. Бурбаки. Начала математики. Первая часть: Основные структуры анализа. Книга первая: Теория множеств; пер. с франц. Г.Н. Поварова и Ю.А. Шихановича; под ред. В.А. Успенского. - М.: Изд-во Мир, 1965. - 455 с.

7. Философский словарь [Текст] / А.В. Адо, В.В. Альтман, Н.П. Аникеев [и др.]; под ред. М.М. Розенталя. - 3-е изд. - М.: Политиздат, 1975. - 496 с.

8. Клини, С.К. Математическая логика [Текст] / С.К. Клини. - М.: Мир, 1973. - 480 с.

9. Интернет-версия издания: Новая философская энциклопедия: в 4 т. [Электронный ресурс] / Ин-т философии РАН; Нац. обществ.-науч. фонд; Предс. научно-ред. совета В.С. Степин. -М.: Мысль, 2000-2001. - URL: http://iph.ras.ru/enc. htm. (дата обращения: 10.08.2012).

10. Александров, А.Д. Математика и диалектика [Текст] / А.Д. Александров. Избранные труды. Том 3. Статьи разных лет. - Новосибирск: Наука, 2008. - С.274-295.

11. Киселевъ, А. Элементарная геометрiя для среднихъ учебныхъ заведенм [Электронный ресурс] / А. Киселевъ. - Изд. 23-е. - М.: Издаые Т-ва подъ фирмой «В.В. Думновъ - насл. Бр. Салае-выхъ», 1914. - 393 с. - URL: http://eqworld.ipmnet. ru/ru/library/mathematics/elementary.htm. (дата обращения: 04.11.2010).

12. Погорелов, А.В. Геометрия: учеб. пособие для 6-10 кл. сред. школы [Текст] / А.В. Погорелов.

- 3-е изд. - М.: Просвещение, 1984. - 287 с.

Н.И. Голубева, канд. с.-х. наук, доцент, Рязанский ГАТУ С.Д. Полищук, д-р техн. наук, профессор, Рязанский ГАТУ

ТОКСИЧНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ

Введение

Современные нанотехнологии обладают огромным потенциалом и имеют большое значение для развития общества. Однако применение наноматериалов ставит ряд задач, которые относятся, прежде всего, к проблеме воздействия их

на окружающую среду, животный и растительный мир, на качество сельскохозяйственной продукции. Наноматериалы, обладая малыми размерами, легче вступают в химические превращения, они способны образовывать соединения с неизвестными ранее свойствами. Абсорбирующие

© Голубева Н. И., Полищук С. Д., 2012

свойства наночастиц значительно выше, чем у других структур. Появление таких наноматериа-лов в окружающей среде может способствовать как активному поглощению загрязнителей, так и их широкому распространению. Особенность химического взаимодействия наночастиц с жидкой средой является одним из определяющих факторов в стимулировании развития растений.

При отсутствии сведений о поведении наночастиц в различном экологическом окружении, о путях введения, чувствительности видов к нанома-териалам невозможно дать четких рекомендаций в отношении пригодности нанопорошков к воздействию на биологические объекты.

Изучение физико-химических, биологических и токсикологических свойств наночастиц позволит получить научно обоснованные и объективные результаты экологических последствий их использования.

Многие из перспективных направлений в материаловедении, нанотехнологии, наноэлектронике, прикладной химии связываются в последнее время с фуллеренами, нанотрубками и другими похожими структурами, которые можно назвать общим термином - углеродные каркасные структуры. Углеродные каркасные структуры - это большие (а иногда и гигантские!) молекулы, состоящие исключительно из атомов углерода. Можно даже говорить, что углеродные каркасные структуры - это новая аллотропная форма углерода (в дополнение к давно известным: алмазу и графиту). Главная особенность этих молекул - их каркасная форма: они выглядят как замкнутые, пустые внутри трубки. Наноуглеродные трубки (¿N1) - это массив атомов углерода, выстроенных в виде шестиугольников и пятиугольников. Благодаря своему размеру, площади поверхности, геометрии и чистоте углеродная трубка гораздо прочнее, чем сплошные карбоновые волокна и всевозможные металлы, используемые сейчас в производстве.

Нанотрубки могут быть большими и маленькими, однослойными и многослойными, прямыми и спиральными. Несмотря на кажущуюся хрупкость и даже ажурность, они являются на редкость прочным материалом, как на растяжение, так и на изгиб. Более того, под действием механических напряжений, превышающих критические, нанотрубки не "рвутся" и не "ломаются", а просто-напросто перестраиваются! Кроме того, они обладают целым спектром самых неожиданных электрических, магнитных, оптических свойств. Например, в зависимости от конкретной схемы сворачивания графитовой плоскости могут быть и проводниками, и полупроводниками.

Углеродные нанотрубки способствуют росту растений, считают ученые. Водорастворимая их форма способствует росту растений за счет улучшения способности впитывать влагу, что может быть использовано для выращивания растений, а также изучения их болезней. Однако, по мнению

ряда ученых, некоторые формы углеродных на-нотрубок могут быть токсичны для организма.

Механизмом токсического действия наночастиц на растение может служить механическое разрушение наноструктурами органов и тканей, развитие мембранных нарушений и развитие комплекса реакций оксидативного стресса. Все это ведет к отмиранию отдельных клеток и угнетению физиологического статуса целого многоклеточного организма, что можно увидеть при рассмотрении клеток растения под электронным микроскопом.

Однако, для экспресс- диагностики фитоток-сичности наноматериалов искусственного происхождения больше подходят не требующие дорогостоящей материальной базы методы моле-кулярно-клеточного анализа, а более доступные методики оценки стрессированности растений по витальным и морфологическим параметрам. Если по сравнению с контрольными семена в исследуемых образцах не проросли или же длина корней и стеблей, а также их масса в процентах от контрольного значения менее 70- то образец нанома-териала считается токсичным.

Цель, задачи и методика исследований

Цель исследований: определить степень токсичности различных концентраций наноматериа-лов при обработке семян яровой пшеницы.

Задачи исследований:

- определить воздействие углеродных наночастиц на проростки пшеницы по посевным и морфологическим показателям;

- определить воздействие наночастиц меди на проростки пшеницы по посевным и морфологическим показателям.

Экспериментальная работа проводилась в 2011 году в лаборатории районной семенной инспекции Рязанского района и на кафедрах растениеводства и химии РГАТУ. Исследования выполнялись на растениях пшеницы сорта Лада. Для исследований использовались семена одного года урожая, не обработанные протравителем, отвечающие требованиям стандарта ГОСТ Р 52325-2005 на посевные качества для оригинальных семян, подтвержденные соответствующими документами.

Исследование включало следующие варианты:

1. контроль - гелеобразная (полисахарид-ная) среда без добавления наночастиц;

2. коллоидный раствор углеродных нанотру-бок из расчета от 0,01 до 1000 г наночастиц на гектарную норму высева семян (¿N1 0,01-1000);

3. коллоидный раствор наночастиц меди из расчета от 0,01 до 1000 г наночастиц (Си 0,011000).

Воздействие наноматериалов на проростки пшеницы в наших исследованиях оценивали по изменению посевных и морфологических показателей. Для этого семена проращивали в условиях, предусмотренных ГОСТ 12038-84 «Семена сель-

скохозяйственных культур. Методы определения всхожести».

Проращивание производили в лабораторных условиях с помощью термостата обогреваемого ТСО -1М с диапазоном температур от 0°С до 60 °С. Оценку и учет проросших семян при определении энергии прорастания и всхожести проводили в сроки, указанные в ГОСТ 12038-84.

При проращивании семян в качестве субстрата использовали гелеобразные (на основе полисахаридов) среды. Гелеобразующим компонентам для получения агаризованных сред выбран полисахарид, полученный из морских водорослей (агар «difco» или микробиологический агар отечественного производства), так как указанные агары практически не содержат нежелательных примесей. Основное предназначение агара в питательной среде: сформировать гель определенной плотности с диффузно распределенными химическими соединениями и наночастицами; обеспечить устойчивость среды, предотвращая агрегацию на-ночастиц.

Результаты исследований

Различные концентрации наноуглеродных трубок не оказали существенного влияния на посевные качества семян. Энергия прорастания составила 94,0-95,4%, всхожесть - 96,0-97,0% (рисунок 1). На всех вариантах качество семян по всхожести соответствовало требованиям ГОСТ Р 52325 -2005 для оригинальных семян, т.е. применяемые наноматериалы не оказали токсического действия на проростки пшеницы.

Применение углеродных наночастиц в количестве от 0,01 до 1000 г на гектарную норму семян оказало положительное влияние на морфологические показатели пшеницы. Длина трехдневного проростка яровой пшеницы при взаимодействии с углеродными нанотрубками на всех вариантах превышала контроль, достигая максимального значения при концентрации CNT 1000 (+ 18,0%

к контролю). Аналогичные результаты наблюдались при анализе длины трехдневного корня проростка пшеницы (рисунок 2).

Различные концентрации нанопорошка меди оказали некоторое стимулирующее влияние на посевные качества семян пшеницы (рисунок 3). Энергия прорастания составила 95,0-98,0%, всхожесть - 96,6-98,8%. На всех вариантах качество семян по всхожести соответствовало требованиям ГОСТ Р 52325 -2005 для оригинальных семян, т.е. применяемые наноматериалы также не оказали токсического действия на проростки пшеницы.

Применение нанопорошка меди в концентрации от 0,01 до 1000 г на гектарную норму высева при проращивании семян яровой пшеницы на гелеобразной среде оказало стимулирующее действие на рост пшеницы: во всём интервале концентраций длина проростка и корня была выше контроля, достигая максимальных значений при Си 1000 (+ 17% к контролю для проростка, + 60% - для корня).

Показателем эффективности того или иного аг-роприема в растениеводстве является повышение продуктивности сельскохозяйственных культур. Учитывая полученные нами результаты и литературные данные, можно рекомендовать в производство применение изучаемых наноматериалов (CNT и медь) для предпосевной обработки семян с целью повышения урожайности. Для оценки экономической эффективности этого приема была рассмотрена на основании фактического материала, полученного в 2011 году в опытах, базовая технология возделывания яровой пшеницы, в которой предпосевная обработка семян наноматериалами проводилась совместно с протравливанием.

Расчет затрат по технологической карте при возделывании яровой пшеницы показал, что использование данного приема позволяет повысить продуктивность культуры на 30%, при этом затраты увеличились на 6%, а рентабельность - на 16,3%.

0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1 -1,2

> Энергия...

<ОНЦСНТ( 1ация CN

0 01 0.05** n/ 05\ 1 / 5 10 100 500 1000

\

V y

V

Рис. 1 - Изменение энергии прорастания семян яровой пшеницы при взаимодействии с углеродными нанотрубками

Рис. 2 - Проростки семян пшеницы при взаимодействии с углеродными нанотрубками на гелео-

бразной культивационной среде

Рис. 3 - Изменение энергии прорастания семян яровой пшеницы при взаимодействии с нанопорош-ком меди на полисахаридной культивационной среде

Выводы

Определение степени токсичности различных наноматериалов при обработке семян яровой пшеницы в наших исследованиях позволяет сделать следующие выводы:

1. применение наноматериалов в виде углеродных нанотрубок в количестве от 0,01 до 1000 г на гектарную норму семян не оказало токсического действия на проростки яровой пшеницы при проращивании их в лабораторных условиях на ге-леобразной питательной среде.

2. Применяемые препараты наноуглеродных трубок оказали некоторое стимулирующее действие на посевные и морфологические показатели проростков. На всех вариантах качество семян по всхожести соответствовало требованиям ГОСТ Р 52325-2005 для оригинальных семян.

3. При использовании наноматериалов меди в концентрации от 0,01 до 1000 г на гектарную норму высева также не отмечалось токсического действия на проростки яровой пшеницы при проращивании их в лабораторных условиях на гелео-бразной питательной среде.

4. Препараты меди увеличивали показатели всхожести семян, при этом она соответствовала требованиям ГОСТ Р 52325-2005 для оригиналь-

ных семян на всех вариантах опыта. Морфологические параметры проростков на вариантах с использованием меди превышали контрольный вариант.

5. Расчет экономической эффективности применения нанопрепаратов для предпосевной обработки семян показал, что данный прием позволяет не только повысить продуктивность культуры, но и получить экономический эффект и при урожайности свыше 24,9 ц/га иметь прибыль от производства.

Библиографический список

1. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. - с. 32-60.

2. Елецкий, А. В. Углеродные нанотрубки / А.

B. Елецкий //Успехи физических наук. - 1997.- Т 167, № 9 - С. 945 - 972

3. Рекомендации по использованию ультрадисперсных порошков металлов (УДПМ) в сельскохозяйственном производстве / Г.И. Чурилов, А.А. Назарова, Л.Е. Амплеева, М.М. Сушилина,

C.Д. Полищук // Под общей редакцией С.Д. Поли-щук. - Рязань: Изд-во РГАТУ, 2010. - 51 с.

4. Харрис, П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века. /П.Харрис- М.: Техносфера, 2003.-336 с.