Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Действие аддукта фуллерена C60 с аргинином на устойчивость растений и биологическую активность почвы при избытке меди

Работа №147829

Тип работы

Бакалаврская работа

Предмет

география

Объем работы36
Год сдачи2023
Стоимость4250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
5
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение
1. Литературный обзор
1.1. Общая характеристика меди как химического элемента…………………………….…...5
1.2. Содержание и формы меди в почве
1.3. Источники загрязнения почв медью…
1.4. Медь и растения
1.4.1. Функции меди в растениях…………………………………………………………….…7
1.4.2. Симптомы токсичности меди у растений…………………………………………….….9
1.4.3. Механизмы устойчивости растений к избытку меди…………………………………10
1.5. Пути снижения токсичности меди в почвах…………………………………………..…11
1.6. Перспективы использования фуллеренов в растениеводстве………………………..…12
1.6.1. Общая характеристика
1.6.2 Химические свойства фуллеренов……………………………………………….……...14
1.6.3. Действие фуллеренола на почву………………………………………………….…….16
1.6.4. Действие фуллеренола на растения…
2. Материалы и методы
2.1. Опыты с растениями
2.2. Опыты с почвой
2.3. Статистическая обработка………………………………………………………..……….20
3. Результаты и обсуждение…………………………………………………………………...20
3.1. Биомасса растений………………………………………………………………..……….20
3.2. Хлорофилл…
3.3 Элементный состав растений
3.4. Ксилемный сок
3. 5. Адсорбция меди
3.6 Ферментативная активность почвы……………………………………………...………..26
3.7. Медь в почве
Заключение
Выводы
Список литературы


В эпоху интенсивного, быстрого и неравномерного промышленного развития
в окружающую среду в больших количествах выбрасываются различные виды потенциально токсичных элементов. Загрязнение окружающей среды такими элементами, как тяжелые металлы, становится все более распространенным из-за негативного воздействия деятельности человека на экосистему. В различных исследованиях сообщается, что в настоящее время почти все компоненты окружающей среды (воздух, вода, отложения и почва) загрязнены тяжелыми металлами. Медь (Cu) – один из наиболее токсичных представителей тяжелых металлов. В небольших количествах Cu - жизненно важный микроэлемент для растений. Однако при избытке этот металл вызывает у растений существенные нарушения в росте и метаболизме. Избыток меди пагубно влияет и на здоровье человека: приводит к заболеваниям печени и болезни Альцгеймера, а также может вызвать нервный срыв (Uriu-Adams,Keen, 2005). Содержание Cu в растениях зависит от сложных взаимосвязей в системе почва-растение. Разработка способов снижения содержания Cu в хозяйственно-ценных частях растений – одно из приоритетных направлений исследований в области агрохимии и почвоведения. В последнее время проводится оценка целесообразности применения наноматериалов для ограничения поступления тяжелых металлов в продукцию растениеводства. Небольшие размеры, высокая реакционная способность, антиоксидантные свойства позволяют рассматривать наноматериалы в качестве перспективных соединений для использования
в агрохимической практике ведения сельского хозяйства. В условиях избытка тяжелых металлов исследованы в основном протекторные свойства металлических и кремниевых наночастиц. Биологическое действие углеродных наноструктур, в частности, функциональных производных фуллерена С60 на растения и экологическое состояние почв при избытке тяжелых металлов, включая медь, практически не изучено.
Цель работы: изучить влияние аддукта фуллерена C60 с аргинином на устойчивость растений и биологическую активность почвы при избытке меди.
Задачи:
1. Исследовать влияние аддукта фуллерена C60с аргинином на рост и содержание хлорофилла в листьях растений при избытке меди в среде.
2. Охарактеризовать изменения в элементном составе растений, вызываемые аргининовым аддуктом C60 в условиях избытка меди в среде.
3. Оценить влияние избытка меди и аргининового аддукта на нитрифицирующую
и дегидрогеназную активность почв.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

Аргининовый аддукт фуллерена C60 обладает, благодаря наличию фуллеренового ядра, трехмерным строением молекулы, липофильностью и уникальными электронными свойствами. Аминокислотная составляющая обеспечивает реализацию различных зарядовых состояний молекулы фуллерена. Химическая природа соединения позволяет рассматривать это вещество в качестве антиоксиданта и комплексообразователя, потенциально способного выполнять протекторные функции по отношению к живым организмам в загрязненных тяжелыми металлами почвах.
В нашем исследовании проведена оценка перспектив использования аргининового аддукта фуллерена C60 в качестве протектора растений и почвенных организмов при избытке меди в среде. В условиях гидропоники добавление в корневую зону аддукта фуллерена C60 с аргинином ослабляло токсическое действие меди на рост, содержание хлорофилла в листьях и элементный состав растений огурца. Под влиянием производного аргинина С60 уменьшалась концентрация меди в листьях и ксилемном соке растений, произраставших в Cu-стрессовых условиях. Вызываемое аддуктом C60 с аргинином снижение содержания меди в растениях сопровождалось нормализацией элементного состава растений, в частности, улучшением снабжения растений железом и повышением
их толерантности к хлорозу. Фуллереновый реагент обладал высокой избирательной адсорбционной способностью по отношению к меди, что приводило к осаждению
и ограничению мобильности этого металла в питательном растворе. Механизм протекторного действия производного фуллерена с аргинином обусловлен
его способностью ограничивать транспорт меди из корней в побег. В не загрязненной медью почве аддукт фуллерена С60 не оказывал токсического действия
на нитрифицирующую активность, и стимулировал дегидрогеназную активность почвы.
В загрязненной медью почве стимулирующего эффекта реагента на ферментативную активность почвы не обнаружено. В концентрации до 40 мг/кг почвы фуллерен, связанный с аргинином, не участвовал в иммобилизации водорастворимых форм почвенной меди.



1. Андреев С. М. и др. Эффективный способ получения водных нанодисперсий фуллерена С60 //Российские нанотехнологии. – 2014. – Т. 9. – №. 7-8. – С. 24.
2. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв: учебное пособие. – МГУ, 1970.
3. Битюцкий Н. П. Минеральное питание растений: учебник //СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та. – 2020. – С. 540.
4. Елецкий А. В., Смирнов Б. М. Фуллерены и структуры углерода //Успехи физических наук. – 1995. – Т. 165. – №. 9. – С. 977-1009.
5. Журавлева М. А. и др. Влияние аддукта фуллерена С60 с треонином на продуктивность, элементный и биохимический состав пшеницы в условиях засухи //Сборник материалов собрания общества физиологов растений России, Всероссийской научной конференции с международным участием и школы молодых ученых. – 2018. – №. 5. – С. 340.
6. Каркищенко Н. Н. Нанобезопасность: новые подходы к оценке рисков и токсичности наноматериалов //Биомедицина. – 2009. – №. 1. – С. 5-27.
7. Панова Г. Г. и др. Производные фуллерена стимулируют продукционный процесс, рост
и устойчивость к окислительному стрессу у растений пшеницы и ячменя //Сельскохозяйственная биология. – 2018. – Т. 53. – №. 1. – С. 38-49.
8. Пиотровский Л. Б. Фуллерены в биологии //СПб.: Издательство «Росток». – 2006. – С. 336.
9. Практикум по агрохимическому анализу почв: Учеб. пособие. — 3-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та. – 2005. — С. 88.
10. Соколов В. И., Станкевич И. В. Фуллерены-новые аллотропные формы углерода: структура, электронное строение и химические свойства //Успехи химии. – 1993. – Т. 62. – №. 5. – С. 455–472.
11. Трошин П. А., Любовская Р. Н. Органическая химия фуллеренов: основные реакции, типы соединений фуллеренов и перспективы их практического использования //Успехи химии. – 2008. – Т. 77. – №. 4. – С. 323-369.
12. Юровская М. А. Методы получения производных фуллерена С60 // Соросовский образовательный журнал. – 2000. – Т. 6. – №5.
13. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии //М.: Наука. – 2005.– С. 252.
14. Adrees, M., Ali, S., Rizwan, M., Ibrahim, M., Abbas, F., Farid, M., Zia-ur-Rehman, M., Irshad, M.K., Bharwana, S.A., 2015. Theeffect of excess copper on growth and physiology of important food crops: a review. Environ. Sci. Pollut. Res. 22, 8148e8162.
15. Aguirre, G., Pilon, M., 2016. Copper delivery to chloroplast proteins and its regulation. Front. Plant Sci. 6.
16. Ameh, T., Sayes, C.M., 2019. The potential exposure and hazards of copper nanoparticles:
a review. Environ.Toxicol. Pharmacol. 71, 103220.
17. Baize, D., 1994. Teneurstotalesenmetauxlourdsdans les sols français. Courr. Environnement INRA 22 (22), 37e46.
18. Bityutskii N. P., K. L. Yakkonen, K. A. Lukina and K. N. Semenov, 2020. PLoS One 15(5), e0232765.
19. Brunetto, G., Rosa, D.J., Ambrosini, V.G., Heinzen, J., Ferreira, P.A., Ceretta, C.A., Farias, J.G., 2019. Use of phosphorus fertilization and mycorrhization as strategies for reducing copper toxicity in young grapevines. Sci. Hortic. 248, 176e183.
20. Bankaji, I., Caçador, I., Sleimi, N., 2015. Physiological and biochemical responses
of Suaedafruticosa to cadmium and copper stresses: growth, nutrient uptake, antioxidant enzymes, phytochelatin, and glutathione levels. Environ. Sci. Pollut. Control Ser. 22, 13058e13069.
21. Bouazizi, H., Jouili, H., Geitmann, A., El Ferjani, E., 2010. Copper toxicity in expanding leaves of Phaseolus vulgaris L.: antioxidant enzyme response and nutrient element uptake. Ecotoxicol. Environ. Saf. 73, 1304e1308.
22. Chen, J., Shafi, M., Li, S.,Wang, Y.,Wu, J., Ye, Z., Peng, D., Yan,W., Liu, D., 2015. Copper induced oxidative stresses, antioxidant responses and phytoremediation potentialofMoso bamboo (Phyllostachyspubescens). Sci. Rep. 5, 13554.
23. Chandrasekhar, C., Ray, J.G., 2017. Copper accumulation, localization and antioxidant response in Ecliptaalba L. in relation to quantitative variation of the metal in soil. Acta Physiol. Plant. 39, 205.
24. Conte, M.L., Carroll, K.S., 2013. The redox biochemistry of protein sulfenylation and sulfinylation. J. Biol. Chem. 288 (37), 26480e26488.
25. Da, X., Ji, H., Zhao, Z., Lan, R., Li, T., Ma, J., 2019. Strongly prolonged hydroxyl radical production for Fenton-like reactions: the golden touch of Cu. Separ. Purif. Technol. 213, 500e506.
26. Dinesh R. M., Anandaraj, V. Srinivasan, S. Hamza, 2012. Geoderma, 173–174 19–27
27. Dogra, N., Sharma, M., Sharma, A., Keshavarzi, A., MinakshiBhardwaj, R., Kumar, V., 2020. Pollution assessment and spatial distribution of roadside agricultural soils: a case study from India. Int. J. Environ. Health Res. 30 (2), 146e159.
28. Ferreira, P.A., Marchezan, C., Ceretta, C.A., Tarouco, C.P., Lourenzi, C.R., Silva, L.S., Brunetto, G., 2018. Soil amendment as a strategy for the growth of young vines when replanting vineyards in soils with high copper content. Plant Physiol. Biochem. 126, 152e162.
29. Fidalgo, F., Azenha, M., Silva, A.F., Sousa, A., Santiago, A., Ferraz, P., Teixeira, J., 2013. Copper-induced stress in Solanumnigrum L. and antioxidant defense system responses. Food and Energy Sec. 2, 70e80.
30. Ghazaryan, K., Movsesyan, H., Ghazaryan, N., Watts, B.A., 2019. Copper phytoremediation potential of wild plant species growing in the mine polluted areas of Armenia. Environ. Pollut. 249, 491e501.
31. Gong, Q., Wang, L., Dai, T., Zhou, J., Kang, Q., Chen, H., Li, K., Li, Z., 2019. Effects of copper on the growth, antioxidant enzymes and photosynthesis of spinach seedlings. Ecotoxicol. Environ.Saf. 171, 771e780.
32. Guskova O. A., Varanasi S. R. and Sommer J.-U, 2014. C60-dyad aggregates: Self-organized structures in aqueous solutions. J. Chem. Phys. 141, 144303.
33. Habiba, U., Ali, S., Farid, M., Shakoor, M.B., Rizwan, M., Ibrahim, M., Abbasi, G.H., Hayat, T., Ali, B., 2015. EDTA enhanced plant growth, antioxidant defense system, and phytoextraction
of copper by Brassica napus L. Environ. Sci. Pollut. Res. 22, 1534e1544.
34. Hirsch A., M. Brettreich, 2005. Fullerenes: Chemistry and Reactions,Wiley-VCH.
35. Hope, A.B., 2000. Electron transfers amongst cytochrome f, plastocyanin and photosystem I: kinetics and mechanisms. Biochim. Biophys. ActaBioenerg. 1456, 5e26.
36. Iseri, O.D., Korpe, D.A., Yurtcu, E., Sahin, F.I., Haberal, M., 2011. Copper-induced oxidative damage, antioxidant response and genotoxicity in Lycopersicumesculentum Mill. and Cucumissativus L. Plant Cell Rep. 30, 1713e1721.
37. Karlin, K.D., Tyeklar, Z., 2012. Bioinorganic Chemistry of Copper. Springer Science &Business Media.
38. Kumar, V., Sharma, A., Kaur, P., Sidhu, G.P.S., Bali, A.S., Bhardwaj, R., Cerda, A., 2019a. Pollution assessment of heavy metals in soils of India and ecological risk assessment: a state-of-the-art. Chemosphere 216, 449e462.
39. Liu, J., Wang, J., Lee, S., Wen, R., 2018. Copper-caused oxidative stress triggers the activation
of antioxidant enzymes via ZmMPK3 in maize leaves. PloS One 13, 603e612.
40. Lo, I.M., Yang, X.Y., 1999. EDTA extraction of heavy metals from different soil fractions
and synthetic soils. Water Air Soil Pollut. 109 (1e4), 219e236.
41. Lu, D., Huang, Q., Deng, C., Zheng, Y., 2018. Phytoremediation of copper pollution by eight aquatic plants. Pol. J. Environ. Stud. 27 (1), 175e181.
42. Manzl, C., Enrich, J., Ebner, H., Dallinger, R., Krumschnabel, G., 2004. Copper-induced formation of reactive oxygen species causes cell death and disruption of calcium homeostasis
in trout hepatocytes. Toxicology 196, 57e64.
43. Marastoni, L., Sandri, M., Pii, Y., Valentinuzzi, F., Brunetto, G., Cesco, S., Mimmo, T., 2019. Synergism and antagonisms between nutrients induced by copper toxicity in grapevine rootstocks: monocropping vs. intercropping. Chemosphere 214, 563e578.
44. Marques, D.M., Júnior, V.V., da-Silva, A.B., Mantovani, J.R., Magalh~aes, P.C., de-Souza, T.C., 2018. Copper toxicity on photosynthetic responses and root morphology of Hymenaeacourbaril L. (Caesalpinioideae). Water Air Soil Pollut. 229, 138.
45. Michaud, A., Chappellaz, C., Hinsinger, P., 2008. Copper phytotoxicity affects root elongation and iron nutrition in durum wheat (Triticumturgidum durum L.). Plant Soil 310, 151e165.
46. Mueller, K., Linkies, A., Vreeburg, R., Fry, S., Krieger-Liszkay, A., Leubner, G., 2009. In vivo cell wall loosening by hydroxyl radicals during cress seed germination and elongation growth. Plant Physiol. 150, 1855e1865.
47. Mulligan, C.N., Yong, R.N., Gibbs, B.F., 2001. Remediation technologies for etalcontaminated soils and groundwater: an evaluation. Eng. Geol. 60 (1e4), 193e207.
48. Nazir, F., Hussain, A., Fariduddin, Q., 2019. Hydrogen peroxide modulate photosynthesis and antioxidant systems in tomato (Solanum lycopersicum L.) plants under copper stress. hemosphere 230, 544e558.
49. Ogunkunle, C.O., Bornmann, B., Wagner, R., Fatoba, P.O., Frahm, R., Lützenkirchen-Hecht, D., 2019. Copper uptake, tissue partitioning and biotransformation evidence by XANES in cowpea (Vignaunguiculata L) grown in soil amended with nano-sized copper particles. Environ. anotechnol. Monitor. Manag. 12, 100231.
50. Oliver, M.A., 1997. Soil and human health: a review. Eur. J. Soil Sci. 48 (4), 573e592.
51. Panova G. G., E. B. Serebryakov, K. N. Semenov, N. A. Charykov, O. S. Shemchuk, E. V. Andrusenko, E. V. Kanash, Yu. V. Khomyakov, A. M. Shpanev, L. L. Dulneva, N. E. Podolsky and V.V. Sharoyko, 2019. Journal of Nanomaterials.
52. Panova G. G., I. N. Ktitirova, O.V. Skobeleva, N.G. Sinjavina, N. A. Charykov and K.N. Semenov, 2016. Plant Growth Regulation 79(3), 309‒317 .
53. Panova G. G., K. N. Semenov, O. A. Shilova, D. L. Kornyukhin, A.M. Shpanev, L. M. Anikina, T. V. Khamova, A. M. Artem’eva, E. V. Kanash, N. A. Charykov, O. R. Udalova, A.S. Galushko, A. S. Zhuravleva, P. S. Fillipova, D. V. Kudryavtsev, S. Yu. Blokhina, 2018. Agrophysica 3, С. 48‒57.
54. Panova, G. G., Semenov, K. N., Shilova, O. A., Bityutskii, N. P., Artem'eva, A. M., Khamova, T. V., ... &Sharoyko, V. V., 2022. New biologically active agents based on carbon and silicon nanostructures: The basis of creation and application in crop production. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2390, No. 1, p. 030070). AIP Publishing LLC.
55. Padmavathiamma, P.K., Li, L.Y., 2007. Phytoremediation technology: hyperaccumulation metals in plants. Water Air Soil Pollut. 184 (1e4), 105e126.
56. Palm-Espling, M.E., Niemiec, M.S., Wittung-Stafshede, P., 2012. Role of metal in folding and stability of copper proteins in vitro. Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell Res. 1823, 1594e1603.
57. Raldugina, G., Krasavina, M., FjodorovnaLunkova, N., AnatoljevnaBurmistrova, N., 2016. Resistance of Plants to Cu Stress, pp. 69e114.
58. Raskin, I., Smith, R.D., Salt, D.E., 1997. Phytoremediation of metals: using plants to remove pollutants from the environment. Curr. Opin. Biotechnol. 8 (2), 221e226.
59. Ryde, U., Olsson, M., Pierloot, K., 2001. Chapter 1 the structure and function of blue copper proteins. Theor. Computat. Chem. 9, 1e55.
60. Rehman, M., Lijun, L., Bashir, S., HamzaSaleem, M., Chen, C., Peng, D., Siddique, K., 2019. Influence of rice straw biochar on growth, antioxidant capacity and copper uptake in ramie (Boehmerianivea L.) grown as forage in aged coppercontaminated soil. Plant Physiol. Biochem. 138.
61. Sharma, R., Bhardwaj, R., Handa, N., Gautam, V., Kohli, S.K., Bali, S., Vig, A.P., 2016. Responses of phytochelatins and metallothioneins in alleviation of heavy metal stress in plants: an overview. In: Plant Metal Interaction. Elsevier, pp. 263e283.
62. Semenov K.N., MeshcheriakovA. A., CharykovN. A., DmitrenkoM. E., KeskinovV. A., MurinI. V., PanovaG. G., SharoykoV.V., KanashE. V., KhomyakovYu.V., 2017. RSC Advances 7, 15189–15200.
63. Sheldon, A., Menzies, N., 2005. The effect of copper toxicity on the growth and root morphology of rhodes grass (chlorisgayanaknuth.) in resin buffered solution culture. Plant Soil 278.
64. Shingles, R., Wimmers, L., McCarty, R., 2004. Copper transport across pea thylakoid membranes. Plant Physiol. 135, 145e151.
65. Sidhu, G.P.S., Bali, A.S., Singh, H.P., Batish, D.R., Kohli, R.K., 2020. Insights into the tolerance and phytoremediation potential of Coronopusdidymus L.(Sm) grown under zinc stress. Chemosphere 244, 125350.
66. Thomas, G., Andresen, E., Mattusch, J., Hubacek, T., Küpper, H., 2016. Deficiency and toxicity of nanomolar copper in low irradianceda physiological and metalloproteomic study in the aquatic plant Ceratophyllumdemersum. Aquat. Toxicol. 177, 226e236.
67. Uriu-Adams, J.Y., Keen, C.L., 2005. Copper, oxidative stress, and human health. Mol. Aspect. Med. 26 (4e5), 268e298.
68. USGS, 2016. United States Geological Survey.
69. Wang, M., Zhu, Y., Cheng, L., Andserson, B., Zhao, X.,Wang, D., Ding, A., 2018. Review on utilization of biochar for metal-contaminated soil and sediment remediation. J. Environ. Sci. 63, 156e173.
70. Whitby, H., Posacka, A.M., Maldonado, M.T., van den Berg, C.M.G., 2018. Copperbinding ligands in the NE pacific. Mar. Chem. 204, 36e48.
71. Willard, L.L., 1979. Chemical Equilibria in Soils. John Wiley & Sons, Chichester, UK,p. 449.
72. Wu, C., Luo, Y., Zhang, L., 2010. Variability of copper availability in paddy fields in relation to selected soil properties in southeast China. Geoderma 156 (3e4), 200e206.
73. Wu, Q., Fan, C., Wang, H., Han, Y., Tai, F., Wu, J., ... & He, R., 2023. Biphasic impacts of graphite-derived engineering carbon-based nanomaterials on plant performance: Effectiveness vs. nanotoxicity. Advanced Agrochem.
74. Xu, Y., Zhao, D., 2005. Removal of copper from contaminated soil by use of poly (amidoamine) dendrimers. Environ. Sci. Technol. 39 (7), 2369e2375.
75. Yadav, S.K., 2010. Heavy metals toxicity in plants: an overview on the role of glutathione and phytochelatins in heavy metal stress tolerance of plants. South Afr. J. Bot. 76, 167e179.
76. Yruela, I., 2005. Copper in plants. Braz. J. Plant Physiol. 17, 145e156.
77. Zhou, L., Hou, H., Yang, T., Lian, Y., Sun, Y., Bian, Z., Wang, C., 2018. Exogenous hydrogen peroxide inhibits primary root gravitropism by regulating auxin distribution during Arabidopsis seed germination. PlantPhysiol. Biochem. 128, 126e133.
78. https://researchpark.spbu.ru/

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.