Нанокристаллическихметаллов
На правахрукописи
Чурилов ГеннадийИванович
Эколого-биологическиеэффекты
нанокристаллическихметаллов
03.02.08 – экология
Автореферат
диссертации насоискание ученой степени
доктора биологическихнаук
Балашиха, 2010
Работа выполнена в ФГОУВПО «Российский государственный аграрныйзаочный университет».
Научныйконсультант:доктор биологических наук,профессор,
заслуженный деятель науки и техникиРФ
Еськов ЕвгенийКонстантинович
Официальныеоппоненты:доктор биологических наук, профессор
Зубкова ВалентинаМихайловна
доктор биологических наук, профессор
Фомичев Юрий Павлович
доктор биологических наук,профессор
Мажайский ЮрийАнатольевич
Ведущая организация:ФГОУ ВПО «Рязанский государственныйагротехнологический университет им. П.А.Костычева»
Защита диссертациисостоится «___» _____________ 2011 г.в «___» часов на заседаниидиссертационного совета Д 220.056.01 приФГОУ ВПО «Российский государственныйаграрный заочный университет» поадресу: 143900, Московская область,город Балашиха, ул. Юлиуса Фучика, № 1, сайтhttp//www.rgazu.ru; e-mail: [email protected]
С диссертациейможно ознакомиться вбиблиотеке ФГОУ ВПО«Российский государственный аграрныйзаочный университет».
Авторефератразмещен на сайте ВАК [email protected]
« »………….. 2010 г.
Авторефератразослан «___»_________________ 2011г.
Учёный секретарь
диссертационного совета, доц.,к.б.н.О.Л. Сойнова
Общая характеристикаработы
Актуальность темы.Современный этап развитиясельскохозяйственного производствахарактеризуется прогрессирующимитехнологиями возделываниясельскохозяйственных культур, причемведущее место отводится освоению ирациональному использованию экологическибезопасных и экономически рентабельныхматериальных и энергетических ресурсов,активно воздействующих на рост и развитиерастений. Интенсификация животноводства,перевод его на промышленную основу иувеличение производства продуктовживотноводства требует все большеевнимание уделять полноценному,сбалансированному кормлению животных иповышению коэффициента полезного действиякормов.
Отечественный и зарубежный опытпоказывает, что сохранение здоровьяживотных и получение высокойпродуктивности невозможно без тщательногосбалансирования рационов помикроэлементам. Являясь необходимойсоставной частью многих биологическиактивных соединений – белков, ферментов, гормонов,витаминов, пигментов, микроэлементыучаствуют в разнообразных процессахжизнедеятельности и обмена веществ ворганизме животных. При этом весьмаактуальным является получениевысококачественной продукциирастениеводства. Особое место приопределении качества лекарственных икормовых культур отводится содержаниюбиологически активных соединений (БАС).
Увеличение содержания БАС в растениях можнодобиться различнымиспособами, одним из которыхявляется применение удобрений илиобработка растений растворамимикроэлементов. Существенным в механизмахдействия всех микроэлементов является ихспособность давать комплексные соединенияс различными органическимивеществами, втом числе с белками и в подавляющем большинствеактивизировать определенныеферментативные системы. Этоосуществляется различными путями -непосредственным участием в составемолекул ферментов или их активацией. Ноиспользование солей металлов и иххелатных(внутрикомплексных)соединений ограничено, с одной стороны,существованием предельно-допустимой дозыдля растений, а с другой - опасностьюзагрязнения окружающей среды ионамиметаллов. В связи с этим возникаетнеобходимость не только замены солейметаллов (удобрений) такойформой состояния, котораябудет оказывать меньшее загрязняющеевлияние на окружающую среду и обеспечитминимальные требования к концентрации,используемой для обработки растений исемян, но и даст программирование динамикиразвития биомассы растения. К таким формам относятся продукты. нанотехнологий - ультрадисперсныепорошки металлов (УДПМ).
Нанокристаллические металлы, обладаяуникальными свойствами, могутиспользоваться как биопрепараты нового поколения, к тому же они экономически выгодныи влияютна повышениепродуктивности сельскохозяйственныхрастений и животных. Отличительнойособенностью УДПМ является их малаятоксичность по сравнению с солями металлови способность при очень малых дозахактивизировать физиологические ибиохимические процессы. Модель влияниянанопорошков металлов, построенная напринципах самоорганизации структур иадаптации с учётом обратной связи,положена в основу создания информационнойнанотехнологии управления производствомсельскохозяйственной продукции. Частицыметалла (УДП) в восстановленной формеобладают пролонгированным действием, чтовыражается в продолжительном их влиянии нарегуляцию минерального питания,углеводногообмена,синтез аминокислот, реакциифотосинтеза и дыхание клеток. Высокаяэффективность УДПМ в качествестимуляторов роста показана на развитиисельскохозяйственных растений. Однакоостается открытым влияние УДПМ нанакопление биологически активныхсоединений в растениях иизменение структур этихсоединений. Особого внимания заслуживаетизучение экологических последствий,физиологических механизмов, пролонгированных эффектовУДПМ в процессе миграции в системепочва-растения-животные.
Проведенные в последние годыисследования Л.В.Коваленко,Г.В. Павлова,Г.Э. Фолманиса, Н.Н. Глущенко,А.П. Райковой (1998-2007 гг.)показали эффективностьприменения УДПМ врастениеводстве, кормопроизводстве иживотноводстве. Ихиспользование позволяет повысить урожайностьсельскохозяйственныхкультур в среднем на 25%, а в результатеусиления естественной резистентности животных снизить потеримолодняка на 25-35%.
Положительные результаты были получены вПодмосковье, Калужской, Белгородской,Челябинской, Курганской областях,Ставропольском и Краснодарском краях, вАрмении, Белоруссии, Украине, Латвии,Киргизии и Ферганской долине Узбекистана.В Рязанском государственномагротехнологическом университете имениП.А. Костычева исследования по этойтематике проводятся с 1997 года при участиисотрудников Московского института стали исплавов и института металлургии имениА.А. Байкова РАН (г. Москва), которыеявляются производителямиУДПМ.
Совокупность научных данных обультрадисперсных порошках указывает на то,что они относятся к новому классупродукции, и характеристика ихпотенциальной опасности для здоровьячеловека и состояния среды обитания вовсех случаях является обязательной. Всвязи с этим актуально изучениебезопасности нанопорошков металлов,создание методологии по оценке ихбиосовместимости, биодеградируемости итоксичности.
Цель и задачи исследований. Цель исследованиязаключалась в изучении экологическихпоследствийприменения в экосистеме почва –растения- животные ультрадисперсныхпорошков железа, кобальта и меди,влиянии нанодоз этих элементов на накопление,строение,свойства биологическиактивных соединений растений, а также ихдействие нафизиологическое состояние животных.
Для реализации поставленнойцели предстояло:
1) определитьоптимальные дозы нанокристаллическихметаллов, как микроудобрений и биодобавок,с учетом экологической безопасности ихприменения в системе почва – растения -животные;
2) изучитьоптимальные условия выделенияводорастворимых полисахаридов; определитьих структуру и моносахаридный состав, атакже доказать строение гомогенныхфракций полисахаридов;
3) изучить влияние УДП кобальта, железа и меди на изменение моносахаридного состава и строениегомогенных фракций полисахаридов растений горца птичьего илапчатки гусиной;
4)определитьусловия выделения белка, лектиновойфракции и полисахаридов из семян кормовой культурывики, изучитьвлияние ультрадисперсных порошков меди на накопление исвойства выделенных биополимеров;
5) определитьвлияние УДПМ на аккумуляциюхимических элементовв процессеонтогенеза, рост, развитие,урожайность ибиохимический состав семян и растений кукурузы;
6) изучить эколого-биологическуюбезопасность УДПМ нанакопление биологически активныхсоединений в растениях;
7) изучить измененияморфологических ибиохимических показателей крови кроликов при введении вих рационрастений, выращенных с использованиемУДПМ;
8)провести оценку эффективности, безопасности иадекватности применения УДПМ в качестве биодобавоккроликам;
9)изучить влияние УДПМ набиохимическое и физиологическое состояниекроликов (живую массу, плодовитость исохранность потомства) кроветворную ииммунную системы, содержаниеминеральных веществ в сывороткекрови ;
10) показать эколого – биологическуюбезопасность полисахаридов растенийобработанных УДПМ;
11) провести анализэкологической безопасности мяса прииспользовании УДПМ;
12)показать отдаленныепоследствия влияние УДПМ на развитиерастений.
Решение данных задач позволитсделать вывод о целесообразностииспользования УДПМ для накоплениябиологически активных веществ врастениях и определить ихопосредованное действие на животных.
Научная новизна.Впервые прослеженыэкологические эффекты нано доз железа,кобальта и меди в системепочва-растение-животное. Показано, что предпосевная обработка семян УДПМв концентрации 0,01 – 0,08 г нагектарную норму высевасемян не способствует накоплению данных металлов в почве, но влияет на рост, развитиеи накопление в зеленой массерастенийкаротина, витамина С, белка,водорастворимых полисахаридов. Установлено влияние предпосевнойобработки семян УДПМна динамику минеральныхвеществ в онтогенезерастений. Приэтом предпосевная обработка семян растений микродозами УДП железа, кобальта и меди невлияет настроение выделенныхполисахаридов израстений семейств Гречишныхи Розоцветных. Выделенные полисахаридыгетерогенны для всех изучаемых растений исостоят из гомогенных фракций А, В, С, Д,которые различаются физико-химическимихарактеристиками.
На кроликахустановлено, что растения, семена которыхобработаны оптимальными концентрациямиУДПМ (0,03 г на гектарную норму высева семян),безопасны для их здоровья и стимулируютприрост живой массы, сохранностьживотных, улучшение морфо-биохимическихпоказателей крови, повышениеферментативной и иммунобиологической активности. Водорастворимые полисахаридыразличных видов растений,подвергавшихся воздействию УДПМ, неоказывают отрицательного влияния нафизиологическое состояние здоровыхживотных. Полисахариды лапчатки гусиной игорца птичьего, семена которых передпосадкой были обработаны УДПМ, неоказывали статистически значимого влиянияна содержание билирубина и его фракций, атакже общего белка и холестерина всыворотке крови, что позволяет исключитьвозможность токсического действия наклетки печени. Определена максимальнаядоза УДПМ (1г/кг массы тела животного всутки перорально), не вызывающаяизменений общего состояния животных исостава периферической крови.
Практическая значимостьработы. Определены оптимальныеконцентрации УДП железа, кобальта, меди,которые рекомендуется использовать вкачестве микроудобрений, способствующихувеличению на 25-45% накопления биологическиактивных соединений, что способствуетповышению кормовой ценности растений.Предпосевная обработка семян растенийУДПМ возможна вместе с их протравливанием,что при невысокой стоимости 30-50 мгнанокристаллических металлов на гектарпосевов полностью окупается полученнойприбавкой урожая. Разработаны условиявведения растений после обработки УДПМв рацион животным. Даны рекомендации поиспользованию растений, обработанных УДПжелеза, кобальта и меди, как кормовыхкультур, которые не требуютпредварительной обработки передскармливанием животным и при этом невызывают нарушения ихэколого-физиологического состояния.Разработана методика введения УДПМнепосредственно в корма животных.
Использование кормов,выращенных с УДПМ, или обработанных ихрастворами, увеличивает массу животных на20-25%, отражается на снижении у нихзаболеваний, что достигается за счетстимуляции иммунной защитыУДПМ, которые увеличиваютсодержание полисахаридов в растении иусиливают их биологическую активность.
Апробация работы.Основные положениядиссертационной работы докладывались иобсуждались на научных конференцияхРязанского государственного медицинскогоуниверситета (1979-2005); научных конференцияхРязанской государственнойсельскохозяйственной академии именипрофессора П.А. Костычева (2000-2006); IIВсесоюзном съезде фармацевтов (Кишинев,1980), IV Всероссийском съезде фармацевтов(Воронеж, 1981); VII Всесоюзной конференции похимии и биохимии углеводов (Москва, 1982);научно-практической конференции(Ярославль, 1997); V Всероссийской конференции«Физико-химия ультрадисперсных систем»(Екатеринбург, 2000); Международнойконференции «Химическое образование иразвитие общества» (Москва, 2000); VIIМеждународном съезде фитофармацевтов(Санкт-Петербург, 2000); на Международнойнаучно-практической конференции«Современные технологии и системыпроизводства и переработкисельскохозяйственной продукции» (Рязань,РГМУ, 2002-2004), научно-практическойконференции «Состояние среды обитания ифауна охотничьих животных России» (Москва,2008), 1-й Международной, 4-й Всероссийскойконференции «Состояние среды обитания ифауна охотничьих животных Евразии»(Москва, 2009), Международнойнаучно-практической конференции«Молодость, талант, знания – ветеринарноймедицине и животноводству» (Троицк, 2010).
Научные положения,выносимые на защиту:
- проведена оценка влиянияразличных доз ультрадисперсных порошковметаллов(УДПМ) на рост и урожайность растений в полевыхусловиях;
- определено влияние УДПМ на динамикуаккумуляции поллютантов и эссенциальныхэлементов в почве и растениях;
- определены оптимальные концентрации УДПМ железа, кобальта и меди длямаксимального накопления биополимеров врастениях;
- изучено влияние УДПМна условия выделения водорастворимыхполисахаридов из растений, их структуру,состав, свойства выделенныхмономеров;
- изучено влияниевики, выращенной сиспользованием УДП меди, нафизиологическое состояние кроликов,прирост живой массы, сохранность ивоспроизводство, морфологические ибиохимические показатели крови;
- изучено действиелапчатки гусиной и горца птичьего,выращенных с использованием УДП железа, кобальта имеди, на морфо-биохимические показателикрови и продуктивность кроликов;
- определено влияниерастений, выращенных с использование УДПМ,на органолептические показатели мясакроликов;
- изучено влияние УДПМжелеза, кобальта и меди при введении их врационна физиологические иморфо-биохимические показателикроликов, содержание минеральных веществ всыворотке крови;
- определено влияниеУДПМ на биологическую активностьводорастворимых полисахаридов горца птичьего илапчатки гусиной;
- изучено действиевыделенных полисахаридов нафизиологическое состояние животных инекоторые показатели крови;
- определено токсичноедействие исследованныхполисахаридов растительного происхождения;
- определены отдаленные последствиявлияния УДПМ на развитие растений
Публикации.Содержание диссертации изложено в 44печатных работах, включающих 2 патента РФ, 3монографии и 9 статей в журналах из Перечняведущих рецензируемых научных журналов иизданий, в которых должны бытьопубликованы основные научные результатыдиссертации на соискание ученой степенидоктора наук.
Структура и объемдиссертации. Диссертацияизложена на 316 страницах компьютерноготекста, состоит из введения, обзоралитературы, материалов и методовисследований, результатов собственныхисследований и их обсуждения, выводов ипредложений производству, приложения,содержит 17 рисунков, 119 таблиц. Списоклитературы включает 376 источников, в томчисле 92 на иностранных языках.
Личный вклад иучастие автора. Авторупринадлежит разработка, постановка ивыполнение научной работы. Отдельныеэлементы научных исследований выполненысовместно с соавторами, что нашлоотражение в опубликованном в авторефератесписке работ.
- СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованаактуальность темы, научная новизна и еёпрактическая значимость.
- Состояние проблемыи задачи исследований
Приводятся сведения о получении ифизико-химических свойствах УДПМ.Анализируются сведения о биологических иэкологических эффектах УДПМ, влияющих наизменение физиологических процессов уживотных и растений.
Попадая ворганизм, данные соединения стимулируютмногие физиологические и биохимическиепроцессы. Однако имеющиеся сведенияфрагментарны и часто противоречивы.Отсутствуют убедительное научноеобоснование эколого-биологическихэффектов УДПМ. При отсутствии сведений оповедении наночастиц в различномэкологическом окружении, о путях введения,чувствительности видов к наноматериаламневозможно дать четких рекомендаций вотношении пригодности нанопорошковметаллов воздействовать на биологическиеобъекты. Этим обосновываетсяцель и задачи настоящегоисследования.
2. Материал и методыисследований
Исследование выполнено нарастениях: горец птичий сем. Гречишные,лапчатка гусиная сем. Розоцветные, вика– сем. Бобовыеи кукуруза, сем. Злаковые. Семена растенийперед посадкой обрабатывалиультрадисперсными порошками железа (Fe),кобальта (Co) и меди (Cu), которые былипроизведены в институте металлургии иметалловедения имени А.А. Байкова РАН и вМосковском институте стали и сплавов.Препараты имели произвольную форму частиц,высокую удельную поверхность (до 25 м2/г) и малые размеры(20-50 нм). Экспериментально установлена ихвысокая реакционная способность икаталитическая активность в клетках итканях растений и животных.
Схемаопытов представлена на рисунке 1.Экспериментальная работа по влиянию УДПМпроводилась с 1999 по 2010 год ивключала полевые и лабораторныеисследования.
Полевые исследования нарастениях горец птичий, лапчатка гусиная ивика проводили на серыхлесных почвах вучебно-опытном хозяйстве «Стенькино» в1999-2009 гг., а кукурузы - на опытномдемонстрационном полигоне в ООО«Агротехнология» Пронского района, вООО «Авангард» Рязанского районаРязанской области на раннеспеломтрехлинейном гибриде кукурузы первогопоколения «Катерина СВ» в 2009 - 2010 гг.
Опыты были заложены с цельювыявления оптимальных концентраций УДПжелеза, кобальта и меди дляпредпосевной обработки семянрастений и выполнены в3-х кратной повторности. В 2004-2009 гг.изучалось действие УДПМ нанекоторые функции растений в последующихпоколениях.
Семена перед высевом опрыскиваливодной суспензией УДПМразмеромчастиц 20 – 30 нм. Суспензиюготовили согласно ТУ 931800-4270760-96 вультразвуковой ванне (модельПСБ-5735-5). При этом расходпрепаратов УДПМ составлял 0,01г, 0,03 г, 0,048г и 0,08 г на гектарную нормувысева. Указанные дозы были рассчитаны,исходя из ранее полученныхэкспериментальных данных. Полевые опытызакладывались согласно «Методике полевогоопыта» Б.А. Доспехова. Обеспеченностьв учебно-опытном хозяйстве«Стенькино» элементами питанияподвижным фосфором и-1,1-1,5мгна кгпочвы; меди – 17,3 мг; кобальта – 1,2 г на кг почвы.Посевная площадь делянки 75 м2, учетная - 50 м2, повторностьчетырехкратная. Почваопытного поля ООО «Авангард» -чернозем выщелоченныйтяжело-суглинистого механическогосостава, плотностью 1,1-1,2г/см при мощности пахотного слоя от 30 до 35см. Содержание гумуса в пахотном слое5,9%,реакция почвенного раствора средне- и слабокислая (рН 4,9 – 5,4),обеспеченность подвижным фосфором– 1,22мг/кг, калием – 1,43мг/кг. Загрязненность почвысвинцом, кадмием и железом находилась науровне 14,1±0,22,0,12±0,01 и 42,3±0,38 мг/кгсоответственно.
Подвижныеформы фосфора и калия в почве определяли поКирсанову, рН солевой вытяжкипотенциометрическим методом; суммуобменных оснований по Каппену – Гильковицу;гидролитическую кислотность по Каппену;гумус – поТюрину; поглощенных оснований -трилонометрией. Содержание химическихэлементов на разных фазах развитиярастений определяли методоматомно-абсорбционной спектрометрии(спектрометр КВАНТ–Z. ЭТА). В анализатормикропипеткой вводилась пробаанализируемого вещества объемом 5 мкл.Значение массовой концентрации элемента впробе вычислялось по градуировочнойзависимости кривой, получаемой в процессеизмерения нескольких калибровочных точекс ошибкой, не превышающей 8%. Управлениеприбором и обработка результатов анализапроизводилось персональным компьютером спрограммным обеспечением QUANT ZEEMAN 1.6.Процесс подготовки анализируемых пробзаключался в их высушивании до постоянноймассы и минерализации. Полнуюминерализацию проб проводили вгерметически закрытых реактивных камераханалитического автоклава (МКП-04) смесьюазотной кислоты и пероксида водорода всоответствии с МУК 4.1.985-00 и МИ 2221-92.Минерализаты переводили на требуемыйобъем деионизированной водой.
Общийазот растений определяли титриметрическимметодом по Кьельдалю (ГОСТ Р 50466-93) ипересчитывали на “сырой белок”, используякоэффициент 6,25, фосфор – фотометрическим(ГОСТ 26657-97), калий – пламенно-фотометрическим (ГОСТ30504-97), кальций – комплексонометрически. Клетчаткуопределяли по Штоману: смесьюконцентрированных азотной и уксуснойкислот (1:20). Аскорбиновую кислотутитрованием вытяжки раствором2,6-дихлорфенолин-дифенола до розовогоокрашивания. Определение каротинапроводили в зеленых листьях и стеблях -колориметрическим методом с адсорбентомAl2O3.
При выделении иустановлении структуры водорастворимыхполисахаридов использовались: методСевага (удаление белков), метод Цейзеля(определение метоксильных групп),хроматографические методы и электрофорез(установление гомогенности имоносахаридного состава полисахаридов),методы метилирования Пурди, Хакомора иКуна, полноту метилированияконтролировали ИК-спектроскопией, выходполисахаридов контролировалиспектрофотометрически. Газовуюхроматографию выполняли на хроматографахЛХМ. Выделение белков проводили постандартной методике. Выделение лектиновпроводилось методом дробного этапольногофракционирования по Ригасу и Осгуду иметодом афинной хроматографии на сефадексG-150 (в качестве матриц). Гемагглютинирущаяактивность лектинов определялась постандартному методу Теса, количестволектинов в семенах – по методу Барнштейна, показателиспецифической и общей активности лектинов– по формуламНовак и Барендеса и угнетения активностилектинов – пометоду Ландштейна.
Вэксперименте кролики содержались встандартных условиях, рекомендуемых длясодержания и их разведения, на двухразовомпитании. В качестве добавкииспользовались сухие травы, выращенные изсемян, обработанных перед посевом УДПжелеза, кобальта и меди в дозе 0,03г/га. Рацион кормлениясоответствовалфизиологическим нормам и потребностямживотных. Кровь брали до утреннегокормления из краевой ушной венычетырехкратно с интервалом в 10 дней. Биохимические показатели кровипроводились на спектрофотометре «Spectrum» фирмы «Abbot». Общий белокопределялся биуретовым методом, альбумин -по реакции с бромкрезоловым зеленым;глобулины унифицированнымметодом электрофоретического разделенияна пленках из ацетатацеллюлозы.
Количество ферментоваланинтрансаминазы и аспартаттрансаминазы определялоськолориметрическим методом Райтмана-Френкеля; лактатдегидрогеназы - пореакции с 2,4-динитрофенилгидразином (методСевела, Товарек); щелочной фосфатазы - пореакции с субстратом п-нитрофенилфосфатом(метод Бессея, Лоури, Брока); мочевойкислоты - по реакции сфосфорновольфрамовым реактивом;холинэстеразы колориметрическим методомпо гидролизу ацетилхолинхлорида.
Токсичность полисахаридных препаратовопределялась на крысах в острых и хронических опытах с регистрациейобщепринятых показателей состоянияорганизма животных. Полисахаридывводились в максимально возможной дозе:1г/кг массы тела животного в сутки внутрь.При этом контролировалось общее состояниеживотных, состав периферической крови,общего белка, холестерина, состояниевнутренних органов.
Рис.1. Схема опытов
РЕЗУЛЬТАТЫИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3. Действие УДПМ на экологическоесостояние почвы, урожайность, качествозеленой массы и накопление биологическиактивных соединений в растениях.
3.1 Влияние УДПМ на содержаниемикроэлементов в почве и вегетативныхорганах растений.
3.1.1 Почва. Не обнаружено влиянияпредпосевной обработки УДПМ семян кукурузы,лапчатки гусиной и горца птичьего наизменение содержания в почве железа,меди и кобальта и другиххимических элементов.Очевидно, микродозы УДПМ, вносимые в почву с семенами, не оказываютсущественного влияния, покрайней мере, на динамикуэтих химических элементов в почве за времявегетации растений. На это указывают результаты химического анализа почв, выполненные наопытных и контрольных полях втечение 1999-2009 гг.перед посевом семян и послеуборки урожая (табл. 1).
Таблица 1- Содержаниемикроэлементов в почве, мг/кг
| Группы | 2000 г | 2001 г | 2002 г | 2003г | |
| УДП Fe | до посева | 17,33* | 17,10 | 17,40 | 16,90 |
| после уборки | 17,29 | 17,19 | 17,43 | 17,10 | |
| УДП Сu | до посева | 17,11** | 16,90 | 17,20 | 17,10 |
| после уборки | 17,20 | 17,00 | 17,13 | 17,12 | |
| УДП Со | до посева | 1,33*** | 1,39 | 1,30 | 1,32 |
| после уборки | 1,23 | 1,33 | 1,30 | 1,29 | |
*НСР0,05 0,23, **НСР0,05 0,21, **НСР0,050,11.
Для серых лесныхпочв ОДКСи –66,0ОДКСо – 5,0
В опытах с предпосевной обработкойсемян кукурузы нанопорошком железа не обнаруженодостоверного изменения как железа, так иряда других химических элементов.Исследование было проведенов ООО«Агротехнология» и в ООО «Авангард»,площадь опытногополя составляла 110 га. С семенами в почву было внесено по 0,08 мг/га нанопорошкажелеза.
Таблица 2 - Макро- и микроэлементный составпочвы при обработке семян кукурузыгектарной нормой (0,08 мг) нанопорошкажелеза
| Показатели | Контроль | Опыт |
| Довысева семян кукурузы | ||
| рН | 5,5±0,050* | 5,6±0,050 |
| Р(фосфор), мг/100 г почвы | 12,2±0,040 | 12,0±0,040 |
| К (калий),мг/100 г почвы | 14,1±0,033 | 14,3±0,040 |
| Гумус,% | 3,2±1,000 | 3,1±0,800 |
| Fe(железо), % | 5,0±0,500 | 4,8±0,440 |
| Cu (медь),мг/кг почвы | 17,0±0,040 | 16,7±0,040 |
| Со (кобальт),мг/кг почвы | 1,2±0,044 | 1,3±0,050 |
| Zn (цинк),мг/кг почвы | 0,93±0.003 | 0,92±0,004 |
| Pb (свинец),мг/кг почвы | 14,1±0,060 | 14,0±0,055 |
| Cd (кадмий),мг/кг почвы | 2,1±0,040 | 2,0±0,050* |
| Послеуборки кукурузы | ||
| рН | 5,6±0,050 | 5,7±0,050 |
| Р(фосфор), мг/100 г почвы | 12,2±0,044* | 12,3±0,040 |
| К (калий),мг/100 г почвы | 14,0±0,038 | 14,4±0,038 |
| Гумус,% | 3,3±0,500 | 3,1±0,500 |
| Fe(железо), % | 4,8±0,080 | 4,7±0,055 |
| Cu (медь),мг/кг почвы | 16,8±0,040 | 16,9±0,060 |
| Со (кобальт),мг/кг почвы | 1,3±0,045 | 1,4±0,040 |
| Zn (цинк),мг/кг почвы | 0,91±0.005 | 0,93±0.003 |
| Pb (свинец),мг/кг почвы | 13,9±0,080 | 13,5±0,090 |
| Cd (кадмий),мг/кг почвы | 2,0±0,055* | 2,0±0,056 |
Примечание: *-Р 0,05
3.1.2Вегетативные органы растений. Предпосевная обработка семянультрадисперсными порошками металловжелеза, кобальта и меди в дозах 0,012-0,048 гна гектарную норму высева горца птичьего илапчатки гусиной не оказала достоверноговлияния на изменение в их стеблях и листьяхмикроэлементов. В частности, содержаниежелеза варьировало в диапазоне 51,5 – 55,3 мг/кг сухоговещества против в 53,2 мг/кг в контроле.Содержание меди в опыте и контроле невыходило за пределы 7,4– 8,9 мг/кг, кобальта- 0,12 – 0,19мг/кг сухого вещества.
Растения кукурузы после обработкисемян перед посадкой УДП железа в дозе 0,08 гна гектарную норму высева различались поаккумуляции химических элементов впроцессе онтогенеза. На разных фазахразвития растений в их корнях, стеблях илистьях происходило уменьшениеконцентрации одних элементов приувеличении других (табл. 3). Независимо отпредпосевной обработки семян,концентрация железа, свинца и кадмияуменьшалась. По содержанию меди надземнаячасть растений в фазе 8 - 9 листьев в опытебыло больше, чем в контроле в 1,5 раза, а вкорнях - примерно во столько же меньше. Наэтой фазе корни растений, семена которыхподвергали предпосевной обработке,превосходили по содержанию марганцапримерно вдвое. Преимущество по содержаниюэтого элемента сохранялось в стеблях илистьях растений, произрастающих наопытном участке, до начала цветения.
В течениеразвития растений разной направленностьюотличались изменения концентрацийполлютантов –кадмия и свинца. Содержание свинца к началуцветения в стеблях растений, семенакоторых подвергали предпосевнойобработке, было выше, чем в контроле в 1,8раз, а кадмия - в 4,3 раза меньше. Влистьях контрольной группы свинца быломеньше, чем в опытной в 1,5 раза, акадмия – 1,2раза больше. На этой фазе развития растениясущественно отличались по содержаниюжелеза: стебли растений опытной группыпревосходили контрольную в 2,8 раза (табл.3).
Таблица 3 - Динамикахимических элементов в онтогенезекукурузы, контрольной (А) иопытной (Б) групп.
| Растения | Химические элементы | |||||
| Органы | Фазыразвития | Fe,мг/кг | Pb,мг/кг | Cd,мкг/кг | Cu,мг/кг | Mn,мг/кг |
| Проростки: А Б | 8 – 9 лист. | 189,9±2.22* 182,9±1.70 | 3,13±0,19 234±0,14 | 209,5±11,0 365,7±24,1 | 20,58±1,19* 30,79±1,18 | 1,241±0,027 1,181±0,044 |
| Корни: А Б | 110,8±0,99 199,5±1,19 | 3,54±0,05 5,61±0,15 | 219,2±2,90 175,2±8,81 | 9,88±0,23 6,29±0,09 | 1,010±0,015 2,073±0,035 | |
| Стебли: А Б | Начало цвете- ния | 12,6±0,33 35,1±1,95 | 0,47±0,08 0,87±0,08 | 116,3±1,90 26,8±3,22 | 2,46±0,39 3,71±0,22 | 0,159±0,005 0,232±0,016 |
| Листья: А Б | 54,8±0,44 43,9±0,40 | 3,46±0,14 2,26±0,11 | 87,1±3,41 102,5±5,23 | 24,05±1,04 17,45±0,79 | 0,677±0,010 1,214±0,025 | |
| Семена: А Б | воск. спел. | 35,41±0,66 13,64±0,31* | 0,51±0,04 0,36±0,07 | 14,0±1,52 8,82±1,10 | 1,27±0,21 0,99±0,18 | 0,171±0,017 0,076±0,004 |
Примечание: *-Р 0,05
К завершению развитиярастений, по достижении кукурузой восковойспелости, концентрация всех анализируемыхэлементов значительно уменьшилась.Наиболее интенсивно уменьшалосьсодержание химических элементов отвегетативных органов к семенам урастений, семена которых подвергалиобработке. Содержание железа в семенахэтих растений было меньше, чем в контроле в2,6 раза, марганца – в 2,3, меди – в 1,3, свинца – в 1,4 и кадмия – в 1,6 раза (табл. 3).
УДП железа влияетна динамику аккумуляции поллютантов иэссенциальных элементов в процессе роста иразвития растений. Направленность идиапазон этих изменений существенноварьирует в онтогенезе кукурузы. Но кзавершению развития растений под влияниемУДП железа происходит уменьшение железа,меди, марганца, кадмия и свинца в зернесозревающей кукурузы.
3.2 Влияние УДПМ на рост,развитие, урожайность и качество зеленоймассы растений
3.2.1Лапчатка гусиная. Обработка семянлапчатки гусиной УДП железа иУДП меди в дозах 0,012, 0,030 и 0,048 г на гектарную нормувысева способствоваладостоверному повышению всхожести до 10% по сравнению сконтролем, изменениюразмеров первичных проростков и корешков ироступродуктивности фотосинтеза на 20,6–22,5%. Под действием УДПМ на экспериментальных участкахбыли сформированы болеевысокие побеги с повышенным числом листьеви более крупными листовыми пластинками,чем на контрольном участке. На 7 дней раньше наступило цветение.Видимо, на ранних этапахпрорастания семян УДПМ в силу высокойдиффузионной способности проникают вовнутриклеточные структуры корней иростков, воздействуя наокислительно-восстановительные процессы, активируя металлсодержащиеферменты (пероксидазы, полифенолоксидазы,цитохромы).
Под действиемУДПМ изменяется накопление биологическиактивных соединений. По результатамдвухлетних исследований установлено, чтопод действием УДПМ в надземной частилапчатки гусиной содержание аскорбиновойкислоты превышало ее содержание в контролена 8,8–31,4%.Максимальное накопление наблюдали приобработке семян УДП меди (0,03 г на гектарнуюнорму высева). Увеличивалось такжеколичество каротина. В фазу цветения ввариантах с УДП кобальта уровень каротинаповышался по отношению к контролю на 41-50%, ввариантах с УДП меди - на 26-33% и с УДП железа– на 24-33%.
3.2.2Кукуруза. В исследованиях нагибриде кукурузы Катерина СВ установленавысокая эффективность наночастицжелеза, которыми в дозе 0,08 г на гектарнуюнорму высева проводили предпосевнуюобработку семян этой культуры. Оказалось,что полевая всхожесть кукурузы, семенакоторой были обработаны перед посевом УДПжелеза, варьировала от 79 до 87%, аконтрольной - от 75 до 86%, что в среднемсоставляло 83% и 78% соответственно.
В фазеобразования 5 –7 листьев высота растений на контрольномучастке составляла в среднем 19,3±0,6 см,на опытном –23,4±0,7 см. Цветение растений, семена которыхбыли обработаны УДП, началось через 60,5 дняпосле посева, опережая контрольные на 2– 3 дня. Вначале фазы цветения площадь листовойповерхности у растений на опытном участкесоставляла 0,3181±0,004 м2, наконтрольном - 0,2748±0,003 м2, что соответствовалоассимилирующим поверхностям площадью 25448 и21984 м2/га.Превышение по площади листвой поверхностипод влиянием УДП железа в среднем на 15,8%имело высокую статистическуюдостоверность (Р0,96).
Обработкасемян УДПМ повлияла на урожайностькукурузы. У растений опытного участка доляпочатков в структуре урожая составляла 24,5%,что превышало этот показатель наконтрольном поле в среднем на 3%. Массазерна в початках, собранных с растенийопытного участка, превосходила таковые вконтроле в среднем на 15,4%, урожайностьлистостебельной массы на – 9,5%, початков – на 34,8% (табл. 4).
Таблица 4 - Влияние УДПжелеза на урожайность кукурузы
| Показатели | Контроль | Опыт (УДПжелеза) |
| Урожайностьзеленой массы с початками, ц/га | 433±5* | 528±3 |
| Урожайностьпочатков, ц/га | 112±2 | 123±2 |
| Урожайность зерна(при кондиц. влажности), ц/га | 5,5±0,4 | 6,3±0,4* |
Примечание: *-Р 0,05
Обнаружено изменение биохимическихпоказателей зерна, собранного на опытномучастке. В частности, по отношению кконтролю содержание жира в зерне возрослона 10,9%, белка –на 4%, клетчатки – 0,5% и золы – 17,4%. Однако содержание сухоговещества уменьшилось на 0,2% (табл. 5).
Таблица5 - Изменение биохимического состава зернакукурузы подвлиянием предпосевной обработки семянэтой культуры УДПжелеза
| Биохимические показатели, % | Контроль | Опыт |
| Сырой жир,% | 3.02±0.04* | 3.35±0.02 |
| Сырой белок,% | 7.4±0.04 | 7.7±0.04 |
| Сырая клетчатка,% | 2.06±0.03 | 2.05±0.01* |
| Сырая зола, % | 1.34±0.01 | 1.47±0.02 |
| Крахмал, % | 64.65±0.30 | 64.91±0.22 |
| Сухоевещество, % | 91.36±0.21 | 91.15±0.29 |
Примечание:*-Р 0,05
3.2.3Вика. Сходное влияние оказало УДПМ на семена вики (сортЛьговская-28). Энергия прорастаниясемян повысилась на 6-9%.Наибольшая всхожесть семянвики (на 20% больше по сравнению с контролем)обеспечивала УДП меди (0,03 гна гектарную норму высева семян).
Следовательно,микроэлементы в форме УДПМ стимулируютначальные процессы, активизируя метаболические процессы на этапенабухания семян и влияя наих гетеротрофное питание. Сэтим показателем тесно коррелирует масса иобъем органов растения. Предпосевнаяобработка семян УДПМ, увеличиваянарастание листовогоаппарата у вики, оказывалаположительное влияние и на продуктивностьфотосинтеза, повышая его на 15-21% взависимости от металла и его количества.Поэтому на 6-9дней раньше наступило цветение исозревание. На протяжении всех летисследования (2000–2002гг.)урожайность зеленой массы вики превышалаконтроль на 50-60 ц/га при оптимальнойдозе 0,03 гУДПМ на гектарную нормувысева семян, что былорекомендовано для дальнейшихисследований.
Порезультатам химического анализа зеленоймассы вики (табл. 6) следует, чтопредпосевная обработка семян УДПМповышает содержание белка до 40% взависимости от металла. Максимальноесодержание белка наблюдалось приобработке семян УДП кобальта (0,03-0,06 г нагектарную норму высева семян), которыйактивно влияет на азотный и белковый обмен,способствуя синтезу протеинов. При этомповышению содержания протеина в растенияхсопутствует тенденция к снижению в зеленоймассе сырой клетчатки, так как в онтогенезенаиболее интенсивно протекают ростовыепроцессы. Вероятно, это связано сновообразованием тканей, в которыхсодержание клетчатки меньше, чем в болеестарых тканях. Наблюдается некотороеповышение зольности и количества фосфора икальция.
Таблица 6 -Действие УДПМ на химическийсостав зеленой массы вики, %
| Варианты | Средние значения порезультатам исследований, выполненных в2000-2002 гг. | |||||
| Сырой протеин | Сырая клетчатка | Зола | Кальций | Фосфор | БЭВ | |
| Контроль | 16,9 ±0,002* | 34,0± 0,004 | 9,1± 0,001 | 1,48 ± 0,004 | 0,17 ± 0,003* | 28,5± 0,400 |
| УДП-Fe 0,03 г | 23,9 ±0,001 | 31,9 ± 0,002* | 9,9 ± 0,002 | 1,56 ±0,002* | 0,20 ± 0,004 | 26,2± 0,200 |
| УДП-Co 0,03 г | 22,75±0,004 | 30,5 ± 0,004* | 9,7 ± 0,001 | 1,63 ± 0,002* | 0,22 ± 0,003 | 26,9± 0,300 |
| УДП-Co 0,06 г | 23,05±0,004 | 29,0 ± 0,004* | 9,6 ± 0,001 | 1,60 ± 0,002* | 0,22 ± 0,003 | 26,8± 0,300 |
| УДП-Cu 0,03 г | 26,4±0,003* | 28,5 ± 0,001* | 9,7 ± 0,004 | 1,55 ± 0,003 | 0,20 ± 0,001 | 28,0± 0,100 |
Примечание: *-Р 0,05
При обработкесемян вики УДПМ содержание аскорбиновойкислоты по сравнению с контролемувеличилось в среднем в 3 раза (УДПмеди). Самое высокое содержание каротинабыло после обработки УДП меди, чтопревышало контроль в 4 раза в зависимостиот фаз развития растения.
Улучшениювнешнего вида семян вики под влияниемдобавки УДП меди сопутствовалоувеличение содержания белка по отношению кего содержанию в контроле.При обработке УДП меди и УДПкобальта возрослосодержание полисахаридов в семенах вики посравнениюс контролем на 29% и 32%соответственно, при этом количество лектина в общем белкеуменьшилось для УДП меди на 17%, а для УДПкобальта на 24%, что повысило кормовуюценность семян вики. Повышение концентрациикобальта до 0,06 г не повлияло на данныепоказатели. Содержаниеполисахаридов повысилосьэто,вероятно,связано с уменьшениемколичества лектина,который связываетуглеводы. Выделенные из семян вики водорастворимыеполисахариды,имели величину удельного вращения +1200….+1290иколичество уроновых кислот до 40%, чтопозволяет отнести их к гликуроногликанам. Всостав выделенных полисахаридов входят Д-галактуроноваякислота,галактоза,глюкоза,манноза, арабиноза и рамноза, ксилоза и их количество зависит отобработки УДПМ. Если приобработке вики УДП кобальта увеличилось содержания галактозы на 71%,а рамнозы и арабинозы уменьшилосьсоответственно на 43% и28%, тодля УДП меди содержание рамнозы снизилось на 8%,арабинозы – на 6%,ксилозы – на 4%, приповышении содержания маннозы, глюкозыи галактозы(рис. 2).
Таким образом,предпосевная обработка УДПМ повысилаурожайность вики на 25-30%, увеличиланакопление биологически активныхсоединений, что улучшило её кормовыекачества. Возрастание количестваполисахаридов не повлияла на качественныйсостав выделенных полисахаридов, ноизменила их количественныесоотношения.
Рис. 2. Процентноесодержание моносахаридов в полисахаридахсемян вики
4. Влияниенанокристаллических металлов на состав исвойства полисахаридов растений
4.1Полисахаридный состав горцаптичьего.Оптимальные условиявыделения водорастворимых полисахаридовотрабатывались на растении горецптичий. Наибольший выходводорастворимых полисахаридов достигалсяпри обработке сырья на кипящей водянойбане 90 минут при двукратнойповторности.
Для исследования полисахаридногосостава и выделения гомогенных фракцийполисахариды, выделенные из надземныхчастей горца птичьего в период их максимального накопления,подвергали фракционированию по схеме:
Исходныйполисахарид
КУ-2(Н+) АВ-17(ОН-)
Деминерализованныйполисахарид
Раствор Фелинга;
гидроксид натрия(0,13%)
СолянаякислотаЭтанол
Фракция1Фракция 2
ХлористыйЦетавлонЭтанолАцетат меди
Кальций
НеизменныйНеизменныйНеизменныйНеизменный
полисахаридполисахаридполисахаридполисахарид
УксуснокислыйЦетавлон
натрий
ПолисахаридПолисахаридПолисахаридПолисахарид
АВСД
ДЭАЭ(Ц)ДЭАЭ(Ц)ДЭАЭ(Ц)ДЭАЭ(Ц)
НеизменныйНеизменныйНеизменныйНеизменный
полисахаридполисахаридполисахаридполисахарид
Врезультате получили гомогенные фракции А,В, С, Д, которые отличалисьпо моносахаридному составу ифизико-химическим свойствам.
Горец птичий,семена которого обработали УДП кобальта,имел более развитую по сравнению снеобработанным растением надземную часть.Независимо от обработкиУДП кобальта в выделенныхполисахаридах преобладали более кислые фракции А иВ, содержащие 87-92% галактуроновой кислоты,что позволяет их отнести крамногалактуронанам. В полисахариде В,помимо рамнозы, содержалась галактоза,присутствие которой сокращает количествоД-галактуроновой кислоты, что уменьшаетудельное вращение. Полисахариды С и Дхарактеризуются малым содержаниемуроновых кислот и, как следствие, проявляютнизкие оптические активности (табл. 7).
Сопоставлениерезультатов хроматографии,ИК-спектроскопии, ферментативногогидролиза с данными метилирования ипериодатного окисления позволилоопределить элементы структуры гомогенныхфракций А, В, С, Д полисахаридов, выделенныхиз растений горца птичьего без и послеобработки УДП кобальта. Полисахариды Аобоих растений близки по своему строению исоставу. Они состоят из блоковД-галактуроновой кислоты, связанных -Д-1,4-гликозиднойсвязью. Блоки соединены между собойрамнозой, которая входит в цепь1,2-гликозидной связью. Количествогалактуроновой кислоты после обработкиУДП кобальта возросло в цепи.Соотношение остатков галактуроновойкислоты и рамнозы в полимерной цепи 9:1горца птичьего и 8:1 под действием УДПкобальта. Молекулярные массы 15000 и 16000 а.е.м.соответственно.
Таблица 7 -Физико-химические характеристикивыделенных полисахаридов
| Растение горецптичий | Выделениеполисаха-ридов | []20D | Содержание уроновыхкислот% | Содержание моносахаридов,моль | |||||
| Галак-тоза | Глю-коза | Манноза | Ксилоза | Араби-ноза | Рамноза | ||||
| контроль | исходный | +116 | 46 | 14 | 1 | + | + | 28 | 4 |
| с УДП- Со | исходный | +126 | 42 | 29 | 3 | 2 | 1 | 2 | 22 |
| контроль | А | +269 | 92 | — | — | — | — | — | + |
| с УДП- Со | А | +272 | 91 | — | — | — | — | — | + |
| контроль | В | +226 | 65 | 1 | — | — | — | — | 4 |
| с УДП- Со | В | +236 | 72 | 3 | — | — | — | — | 1 |
| контроль | С | +73 | + | 2 | — | — | — | 1 | 9 |
| с УДП- Со | С | +36 | + | 6 | 6 | 2 | — | 1 | 1 |
| контроль | Д | +28 | + | 10 | 1 | — | — | 3 | |
| с УДП- Со | Д | +21 | + | 9 | 10 | 1 | — | 3 | 9 |
УДП кобальта повлиял наизменение строение полисахарида у горцаптичьего. Но стал более разветвленным иприобрел большую степень полимеризации икак следствие более высокую молекулярнуюмассу - 19300 а.е.м. УДП кобальта не повлиялна элементы структуры. Основная цепьполисахаридов В состояла изД-галактуроновой кислоты и рамнозы.Рамноза была соединена с галактуроновойкислотой связями 1,2 в основной цепи. Приэтом она сама является точкой ветвления,присоединяя Д-галактуроновую кислоту вположении 3. Д-галактуроновая кислота такжеслужит точкой ветвления, присоединяя вположении 3 галактозу.
Полисахариды С и Д, являющиесянезначительной частью полисахаридногокомплекса растений, представляют собойсильно разветвленные полимеры,различаются степенью ветвления имолекулярными массами. Предположительнымиточками ветвления полисахаридов С и Дмогут быть манноза, галактоза ирамноза.
Определенмоносахаридный состав полисахаридоввыделенных по мере вегетации растений,включающий галактозу, глюкозу, ксилозу,арабинозу, рамнозу, маннозу и фукозу (рис. 3).Количество рамнозы уменьшается с 31,5 до 22,9%,галактозы - с 32,0 до 24,2% на всех стадияхвегетации. Содержание арабинозы резковозрастает с 9,7% в начальный периодвегетации растения и до 36,2% в периодокончания его развития. Количество глюкозывначале увеличивается с 8,1%, а затемуменьшается до 5,4% (рис. 3).
Рис. 3. Процентноесодержание моносахаридов в полисахаридахгорца птичьего в стадии развития
Количество уроновыхкислот, метоксильных групп, зольность,значения удельного вращение полисахаридовпредставлены в таблице 8.
Таблица 8 -Характеристики полисахаридов, выделенныхиз надземных частей горца птичьего(средние данные 2000-2004 гг.)
| Дата | Группа | Вы-ход, % | Золь-ность, % | []20D, град. | Содержание в % массы абсолютносухого полисахарида | |
| уроновых кислот | метокси-групп | |||||
| 8-12.07 | Контроль | 6,2 | 18,4 | +108 | 46,2 | 3,82 |
| УДПСо | 6,9 | 22,3 | +111 | 37,2 | 3,80 | |
| 15-22.07 | Контроль | 7,4 | 19,9 | +112 | 45,3 | 3,80 |
| УДПСо | 12,2 | 24,2 | +123 | 40,7 | 4,20 | |
| 22-25.08 | Контроль | 12,8 | 18,2 | +118 | 47,8 | 4,35 |
| УДПСо | 14,2 | 21,1 | +122 | 42,2 | 4,60 | |
| 25.08- 05.09 | Контроль | 5,8 | 18,3 | +120 | 47,3 | 4,14 |
| УДПСо | 11,6 | 22,7 | +128 | 43,8 | 4,70 | |
Поддействием УДП кобальта, содержание рамнозыи галактозы уменьшалось по мере развитиярастения с 37,5% до 18,0% и с 50,1 до 21,3%соответственно. Содержания глюкозыпретерпевает более сложные изменения от 12,5до 7,8% за 17 дней (начало цветения), затемнаблюдалось увеличение количества данногомоносахарида до 12,5% за 15 дней (массовоецветения) и, наконец, плавное уменьшение до6,5% за 45 дней (конец цветения). Напротив,количество арабинозы возрастает до 39%.Результаты анализа водной вытяжкисвидетельствуют об увеличении содержаниякалия на 11,9%, кальция на 10,5%, фосфора на 13% посравнению с контролем, что должноподействовать на свойства выделенныхполисахаридов, увеличивая ихрастворимость в воде.
Моносахаридывыполняют разную роль в развитии растений,и то, что под действием УДПМ в течениевегетации изменялся моносахаридныйсостав, позволяет предположить разнуюнаправленность отдельных физиологическихи синтетических процессов, которые былинеобходимы растению в данный момент.Возможно, УДПМ изменяют активностьферментов, белков, витаминов и другихбиологически активных веществ, включающихмикроэлементы или чувствительных кизменению их концентраций в окружающейсреде.
4.2 Полисахаридный состав и свойствалапчатки гусиной. Опыты повлиянию нанокристаллических металловжелеза и меди на лапчатку гусинуюпроводили в 2000-2004 гг. Семена перед посадкойобрабатывали водной суспензиейультрадисперсных порошков металлов,содержащей 0,03 г металла на гектарную нормувысева. Так как растениялапчаток содержат большое количестводубильных веществ, то для ихудаления, перед экстракцией растительноесырье обрабатывали хлороформом.
Накоплениеполисахаридов в растениях лапчаткигусиной максимально в фазу цветения.При этом на ранних этапах роста и развития,когда происходит интенсивный линейныйрост, формирование листового аппарата,уровень содержания водорастворимыхполисахаридов в опытных вариантах несущественно отличался от контроля иколебался в диапазоне 4,1 – 6,6 г/ на 100 г массы. Кфазе цветения содержание полисахаридов врастениях, выращенных из семян,обработанных УДПМ, превышало контроль на 4,3– 30,0% взависимости от металла. Вероятно, этообъясняется тем, что к фазе цветения резкозатормаживаются процессы новообразованияклеток, тканей и новых органов, но при этомфотосинтез активно протекает. В результатечего в растениях идет накоплениеполисахаридов. Наиболее высокий их уровеньбыл в вариантах с УДП железа. Содержаниеводорастворимых полисахаридов превышалоконтроль на 27,3–50,0%. Это свидетельствует о болеевысоком уровне активации метаболическихпроцессов под влиянием УДП железа.Количествомоносахаридов рассчитывалипо площадям пиков хроматограмм полученных,после гидролиза, выделенных полисахаридов(табл. 9).
Таблица 9 - Относительное ипроцентное содержаниемоносахаридов
в лапчаткегусиной
| Моносахариды | Время гидролиза, час | |||||||
| 2 | 4 | 6 | 8 | |||||
| г | % | г | % | г | % | г | % | |
| Рамноза | 9,7 | 8,3 | 4,1 | 34,9 | 17,5 | 45,3 | 59,0 | 62,1 |
| Фруктоза | 3,1 | 2,7 | сл. | 5,6 | 13,5 | 35,0 | 17,5 | 18,4 |
| Арабиноза | 44,3 | 36,9 | 1,4 | 12,1 | сл. | 0,5 | сл. | 0,5 |
| Ксилоза | 1,0 | 0,9 | 1,0 | 8,4 | 1,0 | 2,6 | 1,0 | 1,1 |
| Манноза | 1,7 | 1,4 | сл. | 3,6 | 2,2 | 5,7 | 2,5 | 2,6 |
| Глюкоза | 24,4 | 20,9 | 1,3 | 11,2 | 1,8 | 5,2 | 6,0 | 6,3 |
| Галактоза | 36,7 | 27,9 | 2,9 | 24,3 | 2,3 | 5,6 | 8,5 | 8,9 |
Судя пополученным результатам (табл. 9) количествоарабинозы в растворе уменьшается сувеличением времени гидролиза с 36,9% (2 часагидролиза) до 12,1% (4 часа гидролиза). Приболее длительном гидролизе содержание еев раствоременее0,5%. На основании этогоможно предположить, чтоарабиноза обладает концевым характером.Галактоза и рамноза, очевидно, находятся всередине полимерной цепи, что, естественно,затрудняет их отщепление и накопление врастворе. Причем, галактозы в основнойполимерной цепи видимо меньше, так как ееколичество в растворе после четырех часовгидролиза начинает значительноуменьшаться, а содержание рамнозы врастворе возрастает на протяжении всеговремени гидролиза с 8,3% (2 часа гидролиза) до62,1 (8 часов гидролиза) (табл. 9).
Моносахаридный состав лапчатки гусиной, семена которойбыли обработаны УЛП железа, изменяется следующим образом:рамноза и фруктоза отцепляются в первую очередь, чтосвидетельствует об их концевом характере.Галактоза и глюкоза отцепляются впоследнюю очередь, их содержание в растворе сувеличением временигидролиза возрастает (табл.10), что свидетельствует онахождении данных моносахаридов всередине полимерной цепи, причем,наблюдается частичное преобладаниегалактозы.
Совсем иноераспределение моносахаридного составанаблюдается в лапчатке гусиной, семенакоторой были обработаны УДП меди: рамнозаприсутствует в гидролизате от 12 до 28 часовгидролиза, причем ее количествоуменьшается с 14,4% до 9,4%. Из этого следует,что рамноза расположена в серединеполимерной цепи. Ксилозапоявляется после 16 часов гидролиза иприсутствует до окончания гидролиза. Ееколичество при этом постоянноувеличивается от 3,8% до 20,6%. Манноза обнаруживается уже после 8часового гидролиза. Количество ее вгидролизате значительно, от 7%увеличивается до 26,8% (24 часа), а затемуменьшается до 16% (40 часов).
Таблица 10 - Результатыгидролиза полисахарида лапчатки гусиной,семена которой были обработаны УДПжелеза
| Моносахариды | Время гидролиза | |||||||
| 2 часа | 4 часа | 6 часов | 8 часов | |||||
| а | б | а | б | а | б | а | б | |
| Рамноза | 1,0 | 3,1 | — | — | — | — | — | — |
| Фруктоза | 2,0 | 6,3 | — | — | — | — | — | — |
| Арабиноза | 4,8 | 14,8 | 1,0 | 7,7 | Сл. | — | — | — |
| Ксилоза | 2,96 | 10,1 | — | — | — | — | — | — |
| Манноза | 3,0 | 9,2 | 2,0 | 1,54 | — | — | — | — |
| Глюкоза | 5,4 | 16,6 | 2,0 | 15,4 | 1,0 | 25,2 | 1,0 | 33,3 |
| Галактоза | 13,0 | 39,9 | 8,0 | 61,6 | 3,0 | 75,0 | 2,0 | 66,7 |
а) относительное содержаниемоносахаридов к величине наименьшего пикана хроматограмме.
б) процентноесодержание моносахарида от фракциимоносахаридов.
Таким образом, под влиянием УДПМпрослеживается тенденция в изменениисоотношения моносахаридов при общемувеличении их выхода. Это позволяетпредположить, что УДПМ действуют наактивность металлосодержащих ферментов,ответственных заокислительно-восстановительные процессы,активность фотосинтеза при этом изменяетнаправленность многих сторонжизнедеятельности растительногоорганизма, в том числе белкового иуглеводного обмена, что приводит кнакоплению БАС и должно улучшить кормовыеи лекарственные свойства растений.
5. Эколого-биологическиеэффекты УДПМ в трофической цепи«растение-животное»
5.1 Подкормкалапчаткой. У кроликов,получавших в качестведобавки траву лапчаток, наблюдалосьдостоверное увеличение содержаниягемоглобина (на 27,5-27,7% от контроля), и общегоколичества лейкоцитов (на 21,6-21,7% отконтроля) при СОЭ в норме. Сдвиг ядра лейкоцитарной формулыпроисходил, очевидно, за счет увеличения числамоноцитов (на 4%) и лимфоцитов (на 6-7%), чтосвидетельствует о повышениииммунобиологической реакции, чем иобъясняется повышениесохраности потомства у крольчих, получавших травулапчатки. Количество общего белка всыворотке крови увеличилось на 6,6%под действием лапчатки гусиной, на 8,8% - поддействием УДП меди, и на 11,6% под УДП железаза счет -глобулиновой фракции, которая увеличилась в 1,5 – 2,0 раза посравнению с контролем, что такжеподтверждает усиление иммунной защитыорганизма.
5.2 Подкормкагорцем птичьим. Введение врацион травыгорца птичьего без и после обработки УДП кобальта не вызвало отрицательныхпоследствий: животные были активны, охотно поедали и норму и добавкукорма,планомерно увеличивая массу тела. Сохранностьприплода составила 99 %. Прирост живой массы кроликов за 90дней эксперимента составилот 8,8 (горец птичий) до13,6% (горец птичий послеУДП кобальта) по отношению к контрольной группекроликов, которая не получала добавку травы. Две опытные группы кроликовпродолжали кормить до 5-ти месячноговозраста,чтобы определитьморфологические показатели крови в болеезрелом возрасте. Под влиянием потребления растений,подвергавшихся обработке УДП кобальта, уживотных наблюдалосьповышениесодержания эритроцитов в периферической крови игемоглобина на 16,6% и 9,8%соответственно. В лейкоцитарной формулепроисходило снижение количествалимфоцитов и увеличение нейтрофильногокомпонента. То есть под влияниемдлительного приема добавки наблюдалосьпреобладание нейтрофильного иммунитетанад лимфоцитарным. К этому времени приростмассы в этой группе составил 18-20%,относительно 10% в группе, где животные получалигорец птичий без обработки УДПкобальта.
Следовательно, введение врацион кроликов растений, семена которыхперед посадкой были обработаны УДПМ,повышает сохранность потомства, улучшаетфизиологическое состояние, сохраняетдлительную устойчивость к заболеваниям, иповышает их продуктивность.
5.3 Подкормка викой. Для опыта были отобраны пары кроликов породы«Шиншилла» в возрасте 1,5месяцев и от них получено потомствокрольчат, из которых были сформированы 3группы по 10 особей,которым в качестве добавкивводили в рацион высушеннуюфитомассу вики в количестве50 г на 1 кг живого веса.Добавка травывики, выращенной с использованиемУДПМ, обеспечила приростживой массы крольчих икрольчат(УДП кобальта максимально на 20,9%, а УДП меди на 9,3%).Это можно объяснить болеевысоким содержанием вподкормке БАС и, частности, водорастворимыхполисахаридов, которые являются энергетическимматериаломи способствуют интенсивному росту животных.Биологический эффект УДПМ,вероятно, связан также созначительным сокращениемколичествалектинов при возрастанииобщего белка, чтоспособствует повышению усвояемости кормов.
Добавкавики, выращенной с использованием УДП меди,на 10 сутки влияла на увеличение у кроликовколичества эритроцитов и гемоглобинамаксимально на 8,7% и на 21,8% соответственнопо отношению к контролю. Но на 30-е суткинаблюдалось некоторое снижениегемоглобина на 2,5% по сравнению с контролем.В эти же сроки происходило уменьшениеколичества лейкоцитов и увеличениеэозинофилов по сравнению сконтролем в 2 раза, что подтверждаетусиление активности биохимическихпроцессов (табл. 11). Повышалосьсодержание лимфоцитов, что связано сувеличением иммунологическойреактивности организма, так каклимфоциты участвуют в образованииантител и -глобулинов.
Таблица 11 -Морфологические показатели кровикроликов
| Показатели крови | До эксперимента | 10 сутки | 20 сутки | 30сутки | ||||
| Кон-троль | УДП Сu | Кон-троль | УДП Сu | Кон-троль | УДП Сu | Кон-троль | УДПСu | |
| Эритроциты, 1012/л | 4,6± 0,20 | 4,6± 0,14 | 4,6± 0,50* | 5,0± 0,15 | 5,1± 0,12 | 5,1± 0,25* | 4,7± 0,18 | 4,4± 0,17 |
| Гемоглобин, г/л | 122±3 | 125±3 | 110±2* | 136±3* | 125±4* | 133±3 | 121±2* | 124±3 |
| Цв.показатель | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 0,9 | 1,0 |
| Лейкоциты, 109/л | 6,5± 0,30* | 5,8± 0,41* | 6,0± 0,51* | 6,1± 0,56* | 6,1± 0,35 | 4,1± 0,50 | 6,5± 0,48 | 4,2± 0,35 |
| Лейкоцитарная формула, % | ||||||||
| Базофилы | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| Эозинофилы | 2± 0,35 | 3± 0,40 | 2± 0,32* | 2± 0,33 | 3± 0,24 | 1± 0,41* | 2± 1,20 | 4± 0,50 |
| Палочкоядерные нейтрофилы | 5± 0,25* | 1± 0,15 | 5± 0,10* | 1± 0,20 | 4± 0,30 | 2± 0,10 | 6±0,47 | 1± 0,25 |
| Сегментноядер-ныенейтрофилы | 37± 1,35 | 21± 1,20 | 34± 2,15 | 34± 2,40* | 36± 1,57 | 21± 1,35* | 34± 1,38 | 25± 1,50 |
| Лимфоциты | 54± 2,55 | 75± 2,30* | 56± 1,68 | 61± 1,80 | 54± 2,60* | 75± 2,33 | 56± 2,54 | 70± 1,50* |
| Моноциты | 2 | 0 | 3 | 2 | 2 | 1 | 2 | 0 |
| РОЭ, мм/ч | 2 | 1-2 | 2 | 1-2 | 2 | 1-2 | 2 | 2 |
Примечание: * - Р 0,05
Биохимические исследования крови приводились для крольчих и крольчат раздельно, втаблице 12отражены показатели самок.
Показатели крови контрольных животных на протяжении опыта находилисьв пределахфизиологической нормы, ноизменения зависели от добавки вики. На30-е сутки под влияниемУДП меди,наблюдалось увеличение общегобелка восновном засчет-глобулинов, значениекоторых превышали контроль в среднемв 2 раза.Также повысилосьсодержание 2-глобулинов. Как известно -глобулины являются липопротеидамии активно взаимодействуютс липидами крови, а 2-гликопротеидамии взаимодействуютс углеводами. Если учесть, чтоколичество полисахаридов после обработки семян вики УДП меди увеличилось на 45%, а белка на 26% относительноконтроля, то биохимическиепоказатели крови опытных животныхподтверждают усиление углеводного илипидного обмена.
Таблица 12 - Биохимические показатели кровикроликов (самки)
| Показатели крови | До эксперимента | 10 сутки | 20 сутки | 30 сутки | ||||||
| Кон-троль | УДП Сu | Кон-троль | УДП Сu | Кон-троль | УДП Сu | Кон-троль | УДП Сu | |||
| Общий белок, г/л | 51,0± 0,6 | 52,5± 0,7 | 50,8± 1,0* | 50,5± 1,1* | 54,0± 1,3* | 61,0± 1,2 | 54,5± 1,6 | 61,0± 1,4* | ||
| Белковые фракции: | ||||||||||
| 1-глобулины, % | 2,5± 0,04 | 4,5± 0,05 | 3,5± 0,07* | 6,5± 0,06* | 3,0± 0,07 | 3,0± 0,02* | 4,4± 0,05* | 4,0± 0,03 | ||
| 2-глобулины, % | 10,2± 0,5* | 11,2± 0,3* | 11,3± 0,4 | 11,0± 0,5 | 10,0± 0,4* | 15,0± 0,3 | 11,2± 0,4 | 14,2± 0,3* | ||
| -глобулины, % | 6,5± 0,04 | 6,7± 0,06 | 7,5± 0,05* | 16,5± 0,03* | 7,7± 0,04 | 16,5± 0,03* | 7,0± 0,01* | 17,0± 0,03 | ||
| -глобулины, % | 11,8± 0,2* | 10,7± 0,5 | 12,5± 0,3 | 20,5± 0,4* | 12,8± 0,5* | 15,5± 0,3 | 13,0± 0,4 | 21,0± 0,2* | ||
| Альбумины, % | 69,0± 0,5 | 66,9± 0,4 | 65,2± 0,3* | 45,5± 0,3* | 64,5± 0,5 | 72.0± 0,2 | 64,4± 0,5** | 64,0± 0,2 | ||
| Ферменты сыворотки крови: | ||||||||||
| Щелочная фосфатаза, u/л | 140± 1,3* | 120± 1,9 | 148± 1,2* | 128± 1,4* | 159± 1,5 | 119± 1,6 | 172± 1,4* | 183± 1,7* | ||
| Лактатдегидро-геназа,u/л | 240± 1,8 | 260± 1,5 | 255± 2,1 | 275± 2,3 | 302± 2,2* | 432± 2,5* | 650± 2,3 | 722± 2,8* | ||
| Холинэстераза, килоu/л | 2,6± 0,02 | 2,9± 0,04* | 3,4± 0,02* | 2,84± 0,05 | 4,1± 0,03 | 2,41± 0,06* | 3,3± 0,05 | 3,1± 0,04 | ||
| Аланин- трансаминаза,ммоль/л | 0,59± 0,004* | 0,60± 0,003 | 0,60± 0,013 | 0,77± 0,012* | 0,61± 0,015* | 0,80± 0,014 | 0,61± 0,005 | 0,80± 0,008* | ||
| Аспартат- трансаминаза,ммоль/л | 0,52± 0,003 | 0,50± 0,002* | 0,51± 0,005* | 0,64± 0,010 | 0,52± 0,011 | 0,70± 0,004* | 0,59± 0,006* | 0,92± 0,003 | ||
| Мочевая к-та,ммоль/л | 0,08± 0,005 | 0,10± 0,006 | 0,02± 0,003* | 0,01± 0,005* | 0,05± 0,004 | 0,05± 0,002 | 0,11± 0,010 | 0,03± 0,006* | ||
| -амилаза, мг/сек*л | 2,5±0,2 | 2,6±0,1 | 2,5±0,1 | 2,8± 0,1 | 2,5± 0,3 | 3,0± 0,3* | 2,8± 0,15 | 3,5± 0,1 | ||
Примечание: *- Р 0,05
Увеличение -глобулинов в 1,7 раза на 30-есутки свидетельствует оповышении иммунобиологической реактивности. В этоже время содержаниелактатдегидрогеназы было максимальным,что соответствует интенсивному распадууглеводов и усилению процессов их обмена.Содержаниеаланинтрансаминазы (АЛТ)превысилоконтрольное значение в 1,5 раза, такжеизменилось отношение АЛТ к АСТ(аспартаттрансаминазе), в контроле оносоставляет 1,03, а в группе, получавшей вику,обработанную УДП меди – 2,2,что говорит об усилении белковогообмена и способствует накоплениюживой массы.Возрастает ферментативнаяи иммунобиологическаяактивность,чтообусловлено интенсивным накоплением биологически активных соединений.
Крольчихи и крольчатапослеэксперимента были подвергнуты вскрытию, в результате которого необнаружено патологических измененийвнутренних органов. Таким образом,добавка в рацион кроликов вики, выращенной с использованиемУДП меди,способствует росту живой массы и улучшениюморфо-биохимических показателей крови.
5.4Результатыорганолептической оценкикрольчатины.На заключительном этапеисследований проводилась дегустационнаяоценка качества мяса кроликов по9-балльной системе (по ГОСТ 9959-91). Работадегустационной комиссии осуществляласьсогласно Положению, разработанному наоснове действующих нормативных документовпо органолептической оценке пищевыхпродуктов и продовольственногосырья. Иззаключения следует, что использование добавки травы вики,выращенной с применениемУДП меди, не изменяловкусовые, диетические и органолептическиесвойства мяса.
6. Влияние УДПМ нафизиологические иморфо-биохимические
показатели кроликов
6.1 Физиологическиепоказатели. Введение УДПМнепосредственно в рацион кроликоввлияло на изменение ихфизиологического состояния. Основной кормобрабатывали растворами УДП металлов вконцентрации 3 г на тонну комбикорма. Вконтрольной группе комбикорм необрабатывали УДПМ. Введение в рацион УДПжелеза отражалось на повышении живой массыкроликов (табл. 13) к концу опыта на11,7±0,5%, УДПкобальта – на7,8±0,4%, УДП меди- на 6,3±0,7%относительно контроля.
Таблица 13 - Рост живой массыкроликов, г
| Возраст животных | Контроль | УДП железа | УДП кобальта | УДПмеди |
| До опыта 30 дней | 850±10 | 840±20 | 830±25 | 840±15* |
| 40 дней | 1030±30* | 1130±40 | 1125±35* | 1090±50 |
| 50дней | 1150±50 | 1250±50* | 1210±60 | 1185±50 |
| 60дней | 1250±50 | 1360±50 | 1320±40 | 1290±50* |
| 70дней | 1550±50 | 1700±50* | 1650±50 | 1610±50 |
| 80дней | 1850±50 | 2010±25* | 1970±35* | 1930±50* |
| 90 дней | 2050±100 | 2290±80 | 2210±50 | 2180±50 |
Примечание:*- Р 0,05
Это эффект влияниясамих порошков, так как при введении врацион вики, семена которой былиобработаны УДПМ, рост живой массы кроликовувеличился на 20-21%. Повышениеопосредованного эффекта нанопорошковможно объяснить тем, что в вике поддействием порошков наблюдалосьзначительное увеличение БАС.
6.2 Морфо-биохимическиепоказатели. У кроликов,получавших нанопорошок железа,наблюдалось достоверное увеличениесодержания гемоглобина и эритроцитов на 9,1%и 5,5%, соответственно по сравнению сконтролем (табл. 14), также увеличилосьсодержание лейкоцитов к концу опыта на24,4%, а в лейкоцитарной формулеувеличилось количество лимфоцитов на6%.
Таблица 14 -Морфо-биохимические показатели кровикроликов, получавших добавкунанокристаллических металлов.
| Показатели крови | Контроль | УДП железа | УДП кобальта | УДПмеди |
| Эритроциты, *1012/л | 5,4±0,3 | 5,7±0,3 | 5,9±0,4 | 5,8±0,3* |
| Гемоглобин, г/л | 110±2* | 120±3* | 121±4 | 118±2 |
| Тромбоциты, тыс | 205±6 | 200±7 | 206±6* | 210±5 |
| Лейкоциты, *109/л | 4,1±0,4* | 5,3±0,5 | 4,5±0,5 | 5,1±0,6* |
| Лейкоцитарная формула, % | ||||
| Лимфоциты | 44±0,3 | 51±0,4* | 53±0,5 | 50±0,4* |
| Моноциты | 2±0,02* | 6±0,03 | 6±0,05* | 6±0,05 |
| Гранулоциты | 55±0,5 | 43±0,04* | 41±0,03 | 44±0,04* |
| Общий белок сыворотки, г/л | 52,5±1,6* | 58,0±1,7 | 61,0±1,9 | 56,5±1,5* |
| Белковые фракции, % | ||||
| 1-глобулины | 3,4±0,05* | 4,0±0,05* | 4,0±0,03 | 4,2±0,06 |
| 2-глобулины | 11,2±0,3 | 6,5±0,4 | 4,0±0,5* | 9,5±0,2* |
| -глобулины | 8,0±0,04 | 10,6±0,05 | 15,0±0,09* | 13,0±0,1 |
| -глобулины | 10,0±0,3* | 12,5±0,4* | 13,0±0,1 | 12,0±0,2* |
| Альбумины | 67,4±0,8 | 66,4±0,7 | 64,0±0,5 | 61,3±0,8 |
| Ферменты сыворотки крови,моль/л | ||||
| АЛТ | 0,98±0,05* | 1,10±0,04 | 1,15±0,05* | 1,02±0,03* |
| АСТ | 1,21±0,07 | 1,28±0,09* | 1,32±0,09 | 0,98±0,11 |
Примечание: *- Р 0,05
Повысилось содержание общего белка всыворотке крови (на 10,5%) и содержание-глобулинов(на 25%). Остальные показатели незначительноотличались от контроля.
Нанопорошок кобальта увеличивалсодержание эритроцитов (на 9,3%), гемоглобина(на 10%), лейкоцитов (на 9,8%), лимфоцитов (на9%) и общего белка (на 16,2%). Нанопорошок медиповысил уровень эритроцитов и гемоглобина(на 7,4% и 7,3%), лейкоцитов и лимфоцитов (на 24,4%и 6%). Наблюдалось увеличение содержанияобщего белка за счет глобулиновой фракции,и, в частности, 1- и -глобулинов.Увеличение содержания лимфоцитовсвидетельствует об усилениииммунного статуса животных, а гемоглобинаи эритроцитов - об активациикроветворной функции. При этом АСТувеличивается и возрастает коэффициент деРитиса (отношение АСТ к АЛТ), что может бытьсвязано с возрастанием количествамитохондрий в клетках, ответственных закроветворную функцию. Под действием УДПМпроисходит интенсивнее рост и обновлениеклеток крови.
6.3 Содержаниеминеральных веществ в сывороткекрови. Изменения минерального составакрови (табл. 15 - 17) подтверждают, что подвлиянием УДПМ повышается усвоение многихпитательных веществ, содержащих микро- имакроэлементы в рационе. Этоположительно влияет на физиологическоесостояние кроликов. Следует отметить, чточасто проявления недостаточности вызваныне дефицитом поступающих элементов, аснижением их усвояемости. Металлы, обладаякумулятивным действием, способствуютповышению содержания многих биогенныхэлементов организма, что отражается наактивации метаболических процессов.
Таблица 15 -Содержание минеральных веществ всыворотке крови опытных животных,получавших нанопорошок железа
| Показатели крови | До начала опыта | Через 1 мес. | Через 3 мес. | Через 5 мес. | Через 7 мес. | Через 8 мес. |
| К (калий), ммоль/л | 5,1±0,06* | 5,0±0,05 | 4,7±0,08 | 4,7±0,06* | 4,9±0,07 | 4,8±0,06 |
| Na (натрий), ммоль/л | 145,0±1,5 | 143,0±1,4 | 145,3±1,6* | 144,5±1,3 | 143,0±1,2* | 144,2±1,4 |
| Са (кальций), ммоль/л | 2,20±0,04* | 2,35±0,03* | 2,31±0,06 | 2,40±0,05* | 2,43±0,04 | 2,50±0,06 |
| Р (фосфор), ммоль/л | 2,2±0,02 | 2,1±0,04 | 2,2±0,03* | 2,3±0,03 | 2,4±0,05 | 2,4±0,05* |
| Сl (хлор), ммоль/л | 97,3±0,9* | 99,1±0,8 | 100,2±1,0 | 101,5±1,0* | 104,2±1,1* | 106,8±1,0 |
| Fe (железо), мкмоль/л | 15,1±0,1 | 15,9±0,2* | 16,8±0,1* | 19,3±0,3 | 21,5±0,2 | 20,9±0,3* |
| Cu (медь), мкмоль/л | 14,7±0,4 | 16,2±0,5 | 18,9±0,6 | 21,6±0,5 | 25,7±0,8* | 28,1±0,5 |
Примечание: *- Р 0,05
Всыворотке крови животных, получавшихнанокристаллические металлы в дозах длянанопорошка железа – 0,1 мг/кг живой массы в сутки, длянанопорошка кобальта – 0,01 мг/кг, длянанопорошка меди – 0,05 мг/кг, увеличилось содержаниекалия (до 12%), натрия (до 4%). Это улучшаетфизиологическое состояние животных, таккак калий участвует в регуляции сокращенийсердечной и других мышц, в передаче нервныхимпульсов, поддерживает осмотическоедавление внутри клетки, является составнойчастью натрий - калиевого насоса. Натрий икалий входят в состав буферных системкрови и тканей, натрий создает необходимуюреакцию среды для процессовпищеварения. Также повысилосьсодержание кальция (до 20%) и фосфора (до5%) выше контроля, что способствуетповышению процессов образования костнойткани, жизненно необходимых для роста иразвития в первый год жизни животных.
Морфо-биохимические и минеральныепоказатели крови указывают на то, чтонанокристаллическая медь активирует2-глобулины, обладающиеантиоксидантными ипротивовоспалительными свойствами.
Нанокристаллическое железо способствуетактивации пищеварительных процессов,улучшающих переваривание и усвоениепитательных веществ рациона. Такжеактивизируются амитрансферазы (АЛТ,АСТ), участвующие в обмене аминокислот,и, соответственно, в белковом обмене.
Нанокристаллический кобальт способствуетстабилизации обмена веществ и нормализуетдеятельность ферментных систем, чтоподтверждается изменениями в содержаниигемоглобина, эритроцитов, лейкоцитов,щелочной фосфатазы, -глутамилтранспептидазы, а такжеповышением уровня ионов фосфора, калия,натрия и кальция (табл. 16).
Таблица 16 - Содержание минеральных веществв сыворотке крови опытных животных,получавших нанопорошок кобальта
| Показатели крови | До начала опыта | Через 1 мес. | Через 3 мес. | Через 5 мес. | Через 7 мес. | Через 8 мес. |
| К (калий), ммоль/л | 4,8±0,04 | 4,75±0,03* | 4,92±0,05 | 4,90±0,04 | 5,00±0,03* | 5,07±0,03 |
| Na (натрий), ммоль/л | 143,0±1,3 | 141,0±1,2 | 141,5±1,4* | 142,3±1,3* | 141,9±1,5 | 142,0±1,7* |
| Са(кальций), ммоль/л | 2,15±0,05 | 2,19±0,06 | 2,23±0,06 | 2,29±0,07 | 2,33±0,05 | 2,32±0,06 |
| Р (фосфор), ммоль/л | 1,9±0,03* | 1,9±0,04* | 2,1±0,05* | 2,3±0,04 | 2,5±0,03* | 2,6±0,05* |
| Сl (хлор), ммоль/л | 98,3±1,0 | 99,1±1,3 | 100,5±1,4 | 101,2±1,2 | 102,6±1,0 | 102,8±1,4 |
| Fe (железо), мкмоль/л | 12,3±0,3* | 14,8±0,1 | 15,5±0,2* | 17,1±0,4 | 18,9±0,3* | 16,1±0,1* |
| Cu (медь), мкмоль/л | 15,0±0,5 | 16,3±0,4 | 18,2±0,7 | 20,6±0,8* | 22,0±0,7 | 21,5±0,9 |
Примечание: *- Р 0,05
Таблица 17- Содержание минеральных веществ всыворотке крови опытных животных,получавших нанопорошок меди
| Показатели крови | До начала опыта | Через 1 мес. | Через 3 мес. | Через 5 мес. | Через 7 мес. | Через 8 мес. |
| К (калий), ммоль/л | 4,9±0,05 | 4,8±0,04 | 4,7±0,05 | 4,6±0,05* | 4,7±0,06 | 4,7±0,04 |
| Na (натрий), ммоль/л | 144,0±1,5* | 144,0±1,1 | 143,0±1,2* | 145,0±1,4 | 144,5±1,3* | 145,0±1,0* |
| Са (кальций), ммоль/л | 2,21±0,04 | 2,18±0,06 | 2,19±0,02 | 2,23±0,03* | 2,29±0,04 | 2,35±0,04 |
| Р (фосфор), ммоль/л | 2,2±0,05* | 2,1±0,03 | 2,1±0,04 | 2,2±0,03 | 2,1±0,02 | 2,2±0,04* |
| Сl (хлор), ммоль/л | 98,4±0,8 | 99,2±0,9* | 100,1±1,1 | 100,8±0,9 | 101,0±0,8 | 101,2±0,9 |
| Fe (железо), мкмоль/л | 16,1±0,2* | 17,3±0,3 | 17,9±0,5* | 18,4±0,4 | 18,6±0,6 | 19,3±0,5* |
| Cu (медь), мкмоль/л | 15,7±0,5 | 17,0±0,7 | 18,2±0,6 | 20,5±0,8 | 23,1±0,4* | 26,8±0,7 |
Примечание: *- Р 0,05
Микроэлементы вультрадисперсном состоянииактивизируют иммунную, ферментные игуморальные системы организма,способствуя повышению обмена веществ илучшему перевариванию и усвоениюпитательных веществ рациона. В качестве индикатора, отражающеговоздействие наноматериалов на организм,может служить иммунная система – структурно ифункционально организованнаясовокупность лимфоидных клеток,кооперативно взаимодействующих друг сдругом и вспомогательными клеточнымиэлементами на отдельных этапахиммуногенеза.
Важнымпри этом является состояние системыантиоксидантной защиты организма,предотвращение процессов деградацииклеток. Эти показатели могут бытьиспользованы для оценки эффективности,безопасности и адекватности примененияУДПМ.
Нашиисследования по влиянию УДПМ на живыеорганизмы доказывают повышение иммуннойзащиты кроликов и, следовательно, ихбиологическую безопасность. Изучениепродуктов убоя показало, что содержание вмясе опытных животных тяжелых металлов(свинец, кадмий, мышьяк, ртуть),радионуклидов, пестицидов не превышаетдопустимых значений, антибиотики в мясе необнаружены, микробиологическиепоказатели соответствуют всем нормамСанПиН 2.3.2.1078-01. Проведеннаяветеринарно-санитарная экспертизапозволяет сделать вывод, чтонанокристаллические металлы могут бытьиспользованы как биологически активныедобавки в рационах сельскохозяйственныхживотных. Продукты убоя животных,откормленных с использованиемнанокристаллических металлов,соответствуют все нормам и экологическибезопасны, могут быть использованы впитании человека.
7.Физиологические и биохимическиеэффекты УДП железа, кобальтаи меди на активность водорастворимыхполисахаридов лапчатки гусиной
Исследования в сфереиспользования наночастиц металлов дляусиления биологической активностибиополимеров (полисахаридов, белковых и липидных молекул,нуклеиновых кислот и их cинтетическиханалогов)даютвозможность создаватьновые высокочувствительныесистемы, обеспечивающие ихпролонгированноедействие, улучшениефизиологической ибиохимической активности,снижение эффективной дозы и системнойтоксичности. Большая удельная поверхностьнаноматериалов и её особые свойстваобусловливают усилениепроцессов сорбции биомакромолекул ивзаимодействие их смембранами клетки. Вполне возможно, что вещества внаносостоянии изменяютфизиологическую активностьБАС. Поэтому эколого – биологическая безопасность полисахаридоврастений важна при использованиирастений,обработанных УДПМ.
В эксперименте наморских свинках полисахаридные комплексыне проявляли аллергизирующих свойств, невызывая у сенсибилизированных животныхлихорадочной реакции, эозинофилии иизменения лейкоцитарной формулы приповторном введении. При изучении остройтоксичности полисахарида, выделенного изгорца птичьего после обработки семян передпосадкой УДП Со, определить ЛД50оказалось невозможным из-за чрезвычайнонизкой токсичности полисахарида. Введениеего в максимально возможной дозе [1000 мг/кг]в сутки внутрь и внутрибрюшинно невызывало изменений общего состоянияживотных и состава периферической крови.Обработка семян горца птичьего УДПкобальта не повлияла на свойствавыделенного полисахарида, следовательноУДПМ не вызывают побочныхявлений со стороны макроорганизма.
Действиеводорастворимых полисахаридов на животныеорганизмы изучалось на беспородных белыхкрысах обоего пола, массой тела 170-240 г.Животные содержались в стандартныхусловиях вивария. Для проведенияисследования были сформированы 4 группыпо принципу сбалансированныхгрупп-аналогов (по 20 животных в каждой).Крысам 1 группы водились полисахариды,выделенные из лапчатки гусиной, семенакоторой перед посадкой были обработаны УДПжелеза, крысам 2 группы – полисахариды,выделенные из лапчатки гусиной, семенакоторой перед посадкой были обработаны УДПмеди, 3 группы - полисахариды, выделенные излапчатки гусиной, 4 группа – контрольная.Препараты водорастворимых полисахаридоввводились один раз в сутки перорально в дозе0,5 г/кг массытела. Контрольные животные получалифизиологический раствор в эквиобъемнойдозе.
Была проведена оценкадинамики следующих показателей:
- изменение массы телапод действием препаратов водорастворимыхполисахаридов;
- изменениефизической работоспособности;
- контроль показателейкрови: количество лейкоцитов, эритроцитов,гемоглобина, сахара.
масса, г
Рисунок 4. Изменениемассы тела под действием полисахаридныхпрепаратов
У животных, получавшихводорастворимые полисахариды, увеличениемассы тела происходило быстрее, чем уконтрольной группы (рис. 4). При этоммасса тела достигала максимума на 28-е суткивведения препаратов. Отмена препаратовсопровождалась уменьшением массы тела на6-е сутки эксперимента, далее наблюдалосьеё увеличение параллельно контролю.Введение препаратов водорастворимыхполисахаридов увеличивает массу тела посравнению с контролем максимально на 17,51% (1группа с лапчаткой гусиной с УДПжелеза), на 6,95% (2 группа с УДП меди), на15,82% (3 группа с лапчаткой гусиной). Приприменении водорастворимых полисахаридовпод воздействием УДПМ не было установленосущественной разницы показателейклеточного состава крови. Однаконаблюдалась тенденция к увеличениюколичества эритроцитов и гемоглобинакрови вплоть до 15-х суток эксперимента идостоверное увеличение количествалейкоцитов, а затем постепенное снижениеэтих показателей вплоть до 20-х суток ивосстановление первоначальныхпоказателей после отменыпрепаратов.
По всейвероятности, водорастворимые полисахаридыоказывают стимулирующее влияние насостояние кроветворных органов,активизируя их, причем более выраженноестимулирующее действие оказываютполисахариды лапчатки гусиной, семенакоторой перед посадкой были обработаны УДПмеди, что, видимо, связано с ихмоносахаридным составом, они отличаютсябольшим содержанием галактуроновых кислоти галактозы.
Одновременно проводилиисследование физическойработоспособности крыс методом плаванияпо следующей схеме: животныевзвешивались до плавания, затем к заднейлапке прикрепляли груз массой 15 г ипогружали в воду (Т=32Со). Физическаяработоспособность максимальноувеличилась на 12-е сутки эксперимента исоставляла при введении водорастворимыхполисахаридов лапчатки гусиной на 12,69%,с УДП железа –на 13,84%, с УДП меди – на 13,47% от контроля.После отмены введения полисахаридовработоспособность не изменялась.Наибольший эффект отмечается при введенииполисахаридного препарата лапчаткигусиной с УДП железа: он максимальноизменяет показатели работоспособности вначале и конце опыта.
Таким образом,обработка семян растенийнанокристаллическими металлами железа,кобальта и меди увеличивает содержаниеводорастворимыхполисахаридов, при этомфизиологические и биохимические свойствавыделенных полисахаридовусиливаются. Энергиянанокристалических металлов воздействуетна процессы, которые вданный момент жизненно важны и определяют сохранностьорганизма. Данные эксперимента доказываютэколого-биологическую безопасность полисахаридоврастений, обработанных УДПМ, и возможностьприменения их без вреда дляздоровья.
8. Отдаленныепоследствия действия УДПМ нарастения
В целяхопределения биологической безопасностинанокристаллических металлов необходимобыло изучить действие УДПМ на накопление ифункции биологически активных соединенийв последующих поколениях растений. Послеполевых испытаний влияния УДПМ нафизиологическое состояние растений семенавики в сентябре 2004 были собраны сопытных делянок. Вегетационный периодвыращивания вики на сено составил 70 дней,на семена - 110. Семенахранились в помещении влажностью 15% и былииспользованы для высева в 2005году в учхозе «Стенькино» с той жехарактеристикой почвы, что и в 2002-2004гг.
На основепредыдущих исследований была выбранаконцентрация УДПМ, составлявшая0,03 г нагектарную норму высевасемян. Семена растенийурожая 2004 г использовали вданном эксперименте. Было заложено 7опытных делянок, из них 3, где семена необрабатывались УДПМ перед посадкой, нобыли собраны с участков, где семена передпосадкой обрабатывались в 2004 году УДПжелеза, кобальта и меди. На следующих 3-хделянках семена перед посадкой были обработаны УДПМ концентрацией0,03 г нагектарную норму высева. Для контроля взялисемена растений урожая 2004 г, которыене обрабатывали УДПМ. Посев проводилирядовым способом: ширина междурядий 15-20см, расстояние между семенамипримерно 5 см. Вика не выносит семядолина поверхность, поэтому семена заделывалина 5 см. Норма высева 120 кг/га. Как и предполагалось, семена вики,собранные с растений, обработанных УДПМ в2004 году, отличалисьвысокой всхожестью и энергией прорастания и в 2005году. УДПМ оказывалдействие на физиологические процессырастений не только при непосредственнойобработке семян перед посадкой, но эти свойствасохранялись и в последующихпоколениях. Количественные характеристики были аналогичнырезультатам, полученным приобработке семян УДПМ непосредственно перед посадкой(рис. 5).
Рисунок 5.Опосредованное влияние УДПМ наагрохимические показатели вики 2005год.
Исходяиз того, что в ходе вегетации у растенийнепрерывно происходит процессновообразования клеток, тканей и органов,который зависит как от экологическихфакторов, так и внутреннего состоянияорганизма, то при равенстве первых можнопредположить глубокое действие УДПМ нафизиологические процессы растений,которое сохраняется ив последующих поколениях.Контрольные растения вики были ветвистыми,с низкой завязываемостью бобов и семян.Более трети семян были недоразвитыми ищуплыми, 34% –покрыты плесенью, УДПМ увеличивал нетолько вегетативную мощность растений, нои завязываемость бобов и семян, снижал долюзаплесневелых семян, повышал семеннуюпродуктивность. Образование оксидов вУДПМ создавало неблагоприятные условиядля патогенных микроорганизмов. Приопосредованном влиянии УДПМ содержание сухого протеина в 1 кгсухого вещества составляло 20-25%,сырой клетчатки 23,0-26,9%, в контроле 16,8% и 34,7%соответственно. Сумма аминокислот, г/кгсухого вещества 138,6, в контроле 115,2.УДПМ не только способствовалисохранению, но и повышению биологическойценности сена.
Из зеленоймассы вики были выделены полисахариды,результаты представлены нарисунке 6.
Рисунок 6.Опосредованное влияние УДПМ на содержаниеполисахаридов в зеленой массе вики постадиям вегетации, 2005 год.
Накопление полисахаридов в растениях викидостигает максимума в фазу цветения (конецавгуста) и превышаетконтроль на 19-24%. Но на всехэтапах, включая период уборки вики назеленую массу, содержаниеводорастворимых полисахаридов превышалоконтроль на 6-12%, чтосвидетельствует о более высоком уровнеактивации метаболических процессов подвлиянием УДПМ. Растения, обработанные УДПМв предыдущем году, дали болеекачественные семена, которые показали нетолько хорошую всхожесть, но и сохраниликормовую ценность, повысив содержаниеуглеводов в зеленой массе вики. УДПМоказали влияние не только на изменениеколичества водорастворимыхполисахаридов, но, и на их строение,сохранив качественный состав и изменивколичественные соотношения, увеличиввыход углеводов.
Такая жезакономерность наблюдалась и принепосредственной обработке семян передпосадкой УДПМ. Это позволяет предположить,что в ходе онтогенеза нанокристаллическиеметаллы изменяют направленность отдельныхфизиологических процессов, и этизакономерности сохраняются в следующемпоколении, следовательно, полисахаридыбудут обладать более высокойбиологической активностью,а растения большей питательнойценностью. Исследования влияниянаноматериалов на растения, деградациюнаночастиц при взаимодействии сбиологическим материалом, их влиянии наметаболические процессы в живыхорганизмах, и разработка методов,позволяющих получать эту информацию, даютвозможность в условиях обостренияэкологических проблем применятьнанокристалические металлы в качествевысокоэффективных нетоксичныхмикроудобрений и биодобавок широкогодействия.
Заключение
Ультрадисперсные порошки сразмером частиц 20-30 нм, использованные внаших исследованиях, соизмеримы сразмерами клеток и клеточных структур,которые укладываются в пределах от 1 нм до100 нм. Поэтому при взаимодействии УДПМ склеточными структурами возможноперераспределение энергии, чем можнообъяснить био-экологические эффектынанометаллов. Но УДПМ активны только вколлоидном состоянии при образовании, врезультате которого происходитнаноструктурирование, формируетсяопределенное соотношение свободных изаряженных частиц. На поверхностибиоструктур, вероятно, образуютсянанослои, обладающие определенным запасомэнергии и готовые обмениваться этойэнергией и своей реакционной способностьюс контактируемыми объектами.
Приняв, чтоорганизм рассматривается как системаэлементов вещества, то
и действие наночастицпроявляется на уровне их взаимодействий свеществом: ионами, атомами, молекулами,белковыми субъединицами и т. д.
Если же учитыватьквантово-механические свойствананочастиц, то необходимо рассматриватьэлектромагнитные взаимодействия,протекающие в системе, на уровне вещества,и это объясняет повышение энергии системыи ускорение необходимых метаболическихпроцессов.
Самипорошки своим энергетическим воздействиемстимулируют процессы адаптации исамоорганизации биологических систем квнешним условиям. Наночастицы, вкакой-то мере, снижают отрицательноевлияние неблагоприятных факторовокружающей среды. Так в условиях жаркого,засушливого 2000 года, когда абсолютнаявеличина урожайности зеленой массы всехизучаемых растений была низкой,использование УДПМ для предпосевнойобработки семян было самым эффективным. Вчастности, урожайность повышалась на 20-30%. Вусловиях избыточной влажности (2002 г.)стимуляция вегетативного роста, какправило, замедляет развитие и созреваниерастений и усиливает вредное влияниепогоды. Однако стимулирующий эффект УДПМсовместил повышение мощности растенийс увеличением семенной продуктивности икачества семян вики.
Особенности химического взаимодействияультрадисперсных частиц с жидкой средойявляется одним из определяющих факторов встимулировании развития растений, что даетвозможность применения УДПМ в качествемикроудобрений и стимуляторов роста.Механизм биологического воздействия УДПна развитие растений из обработанныхсемян, связан, вероятно, с проникновениеммикрочастиц порошка в микропоры семенныхоболочек, с последующим взаимодействиемчастиц с жидкой средой и переходом металлав ионную форму. В дальнейшем, постепенноерастворение частиц, удерживаемых в порах,обеспечивает распределенное по временипоступление необходимых дляжизнедеятельности и метаболизма элементовпитания (энергии) для формирующегосярастения. В основе биологическогоиспользования УДПМ лежит способмикроэлементного воздействия нарастительные клетки в виде катионовметаллов, являющихся продуктами распадасолей металлов. В отличие от этого,коллоидные частицы УДПМ содержатметалл, как в восстановленной форме, так и вразличных степенях окисления, поэтомуобладают пролонгированнымдействием.
Нанокристаллические металлы обладаютбольшими возможностями в минеральномпитании и энергетическом воздействии. Засчёт нескомпенсированных связей, онилегко образуют комплексные соединения сорганическими веществами. В результатечего синтезируются и активируютсяразличные ферменты, влияющие на углеводныйи азотный обмены, синтез аминокислот,реакции фотосинтеза и дыхания клеток, о чемсвидетельствуют результаты нашихисследований.
Изучениефизико-химических, биологических итоксикологических свойств УДПМпозволило получить научно обоснованные иобъективные результаты экологическихпоследствий их использования. Выработатьусловия и дозы применения, чтонеобходимо для оценки воздействия их наздоровье человека и окружающую среду исделать вывод, что наноструктурированныеметаллы с размерами 20-30 нм, в дозах 0,01– 0,08 г нагектарную норму высева семян и 3гна тонну комбикорма экологическибезопасны.
Выводы
1. Ультрадисперсные металлы, неаккумулируясь в почве, влияют на транспортвеществ и энергии в системе«почва-растения-животные». Микродозынанометаллов, используемые дляпредпосевной обработки семян растений,действуют на их рост и развитие, а припотреблении животными способствуютповышению жизнеспособности ибиологической продуктивности.
2.Ультрадисперсные порошки металлов железа,кобальта и меди стимулируют рост иразвитие растений. Прииспользовании низких концентраций (0,01-0,08 гна гектарную норму высева семян)активизируются начальные ростовыепроцессы, а урожайность повышается на 25-32%.Обладая высокой адсорбционнойспособностью и малыми размерами (20-30 нм),нанометаллы проникают в поры семян, незагрязняя почву.
3.Полисахариды, выделенные из надземных частейгорца птичьего, семена которого обработаныУДП кобальта, относятся кклассу гликуроногликанов. Обработкасемян горца птичьего УДП кобальта неизменяет структуру фрагментовполисахаридов, но увеличивает числоточек ответвлений углеводной цепи и какследствие возрастает молекулярнаямасса отдельных фракций, и ведет кувеличению выхода полисахаридов в среднемдо 25%.
4. Предпосевнаяобработка семян лапчатки гусиной УДПжелеза и меди в дозе 0,03 г/га влияет накормовые свойства растений, что выражаетсяв увеличении накопленияводорастворимых полисахаридов в зеленоймассе на 27-50%, представленных кислой(глюкуроновой и галактуроновой кислотами)и нейтральной (рамнозы, ксилозы, глюкозы игалактозы) фракциями.
5. Под влияниемпредпосевной обработки семян вики УДП меди(0,03 г/га) и кобальта( в дозе 0,03-0,06 г/га)содержание белка у растений увеличилось на30-40%. При этом происходит изменениесоотношения белка и лектина. Количестволектина в семенах вики под влиянием УПДкобальта уменьшается по отношению кконтролю на 24%, УПД меди - на 7,0%, а содержаниеводорастворимых полисахаридов повышаетсясоответственно на 32 и 29%, что улучшаеткормовые качества вики.
6.Предпосевная обработка семян кукурузынанопорошком железа способствуетувеличению площади листовойповерхности на 15,8%, что обеспечиваетрастениям преимущество вфотосинтетической активности.отражается на увеличении урожайностизерна на 15,4%, листостебельной массы - на 9,5%.При этом изменяется химический составзерна кукурузы в сторону накопленияжира на 10,9%, белка – на 4%. Но семенарастения при прочих равных условияхаккумулируют меньше свинца и кадмия.
7.Добавка вики, выращенной сиспользованием УДП меди, в рацион кроликовотражается на повышении у них функциикроветворения, что выражается в увеличенииэритроцитов, гемоглобина и лимфоцитов.Происходит также достоверное увеличениеобщего белка в сыворотке крови животных засчет глобулиновой фракции, возрастаетдинамика прироста живой массы, чтообуславливается увеличением содержаниябиологически активных соединений врастениях. Сходной эффективностьюобладает включение в рацион кроликовлапчатки гусиной, выращенной из семян,обработанных УДПМ.
8. Ведение врацион питания кроликов горца птичьего,семена которого перед посевом былиобработаны УДП кобальта, способствуетповышению жизнеспособности ипродуктивности животных, активизацииих развития и роста. При длительномкормлении увеличивается содержаниеэритроцитов и гемоглобина, но происходитснижение количества лимфоцитов приувеличении нейтрофильного комплекса(преобладании нейтрофильного иммунитетанад лимфоцитарным).
9. Припотреблении животными растений, семенакоторых подвергались предпосевнойобработке УДПМ, а также при ихнепосредственном введении в рацион необнаружено количественных икачественных особенностей их вредногодействия. Напротив, взаимодействуя сбиологическими объектами, наночастицыусиливают антиоксидантную защиту ииммунную систему.
10. Продукты убоя животных,выращенных с использованиемнанокристаллических металлов,соответствуют всем нормам, экологическибезопасны и могут быть использованы впитании человека. При этом улучшаютсявкусовые качества вареного и жареногомяса, а также органолептические показателибульона.
11.Полисахаридные комплексы лапчаткигусиной и горца птичьего, семена которыхперед посадкой были обработаны УДПМ, невызывают статистически достоверныхизменений содержания билирубина и егофракций, а также общего белка и холестеринав сыворотке крови животных, что позволяетисключить возможность токсическогодействия на клетки печени.
12.УДПМ, обладая пролонгированным эффектом,продолжают оказыватьвлияние на биологический потенциал семенногоматериала впоколениях, следующих после исходнойпредпосевной обработкисемян. Урастений вики второгопоколения после исходной обработки УДП железа,кобальта и меди вдозе 0,03г на гектарную нормувысева существенно возрастала масса стручков исоцветий,увеличилосьсодержаниеводорастворимых полисахаридов и сырогопротеина, атакже доля незаменимыхаминокислот, что повышало кормовую ценность растений.
Практическиепредложения
- Предпосевнуюобработку семян УДПМ железа, кобальта имеди в дозах 0,03-0,08 г на гектарную норму высева можнорекомендовать как экономическиэффективный агрономический прием,обеспечивающий стабильное повышениеурожайности. При этом уровеньрентабельности в опытных вариантахсоставил 66,8-74,5%, тогда как в контроле этотпоказатель был равен 39,0%.
- Нанокристаллические металлыжелеза, кобальта и меди можно рекомендовать вкормлении сельскохозяйственных животных вкачестве биостимуляторов обменныхпроцессов, повышающих продуктивностьживотных и улучшающих их общеефизиологическое состояние.
- Для повышенияэффективности использования кормов иулучшения продуктивных качеств кроликоврекомендуетсядополнительно вводить восновной рацион зеленую массу растений,семена которых передпосадкой были обработаны УДПМ, в дозе 30 мгна гектарную норму высева семян, что даетвозможность увеличить живую массу на 20%,среднесуточный прирост на 9,1-12,1%, повыситьих сохранность в продуктивный период на 2,8%(Р<0,05).
- Для повышениямясной продуктивности кроликов, ихсохранности и экономии кормов привыращивании целесообразно обогащатьрацион суспензией нанопорошка, содержащейжелеза 0,08-0,1 мг, меди – 0,04-0,05 мг, кобальта – 0,01-0,02 мг/кг живой массы всутки, что позволяет увеличить живуюмассу до 21%, повыситьсохранность поголовья до 9%.
Список научных работ,опубликованных по теме диссертации
Монографии:
1. Чурилов Г.И.Полисахариды растений рода горец илапчатка: выделение, строение,биологическое действие и влияние на ихсвойства нанокристаллических металлов.Монография. Рязань, 2007. 156 с.
2. ЧуриловГ.И., Назарова А.А. Научное и практическоеобоснование применения нанопорошковметаллов в кормлении сельскохозяйственныхживотных. Монография. Рязань, 2010. 143 с.
3. ЧуриловГ.И., Амплеева Л.Е. Биологическое действиенаноразмерных металлов на различныегруппы растений. Монография. Рязань, 2010. 156с.
Публикации в рецензируемых научныхжурналах,
рекомендованных ВАК:
4.Чурилов Г.И., Чекулаева Г.Ю. Выделение ихимико-биологическое исследованиеполисахарида из лекарственного сырья. //Российский медико-биологический вестник,№ 3,4, 2002. С. 95-100.
5. ЧуриловГ.И., Амплеева Л.Е., Полищук С.Д. Влияниекобальта на физиологическое состояниеи морфо-биологические показатели кровиживотных. // Рос. Медико-биологическийвестник, №4, 2007. С. 34-41.
6. Чурилов Г.И.,Амплеева Л.Е., Полищук С.Д. Воздействиетравы вики, обработанной ультрадисперснымпорошком железа на морфо-биологическиепоказатели крови. // Рос.Медико-биологический вестник. №1, 2008.С.70-74.
7. Чурилов Г.И.,Иванычева Ю.Н., Фолманис Г.Э. Действие накроликов железа и меди в ультрадисперснойформе при их введении в организм животных скормом. // Кролиководство и звероводство, №6, 2008. С. 8-10.
8. Чурилов Г.И.,Иванычева Ю.Н., Полищук С.Д. Влияниеультрадисперсного порошка кобальта набиологическую активностьполисахаридов Poligonum aviculare (горцаптичьего). // Рос. Медико-биологическийвестник, №1, 2009. С. 26-32.
9. Чурилов Г.И.,Амплеева Л.Е., Полищук С.Д. Введение в рационкроликов вики, выращенной с использованиемультрадисперсных порошков кобальта. //Кролиководство и звероводство, № 1, 2009. С.16-17.
10. ЧуриловГ.И. Влияние нанопорошков железа,меди, кобальта в системе почва – растение. // ВестникОренбургского Госуниверситета. №12 (106), 2009.С.148-151.
11.Чурилов Г.И. Экологические аспектыдействия нанокристаллической меди насистему почва-растения-животные. // ВестникСамГУ-Естественнонаучная серия, №6(72),2009. С. 206-212.
12. ЧуриловГ.И. Действие нанокристалическихметаллов на эколого-биологическоесостояние почвы и накопление биологическиактивных соединений в растениях. // ВестникРос. Университета дружбы народов. Серия– экология ибезопасность жизнедеятельности. № 1, 2010. С.18-23.
Патенты
13. Патент №2378288 РФ.Способ получения водорастворимыхполисахаридов из растений. / Полищук С.Д.,Чурилов Г.И., Коваленко Л.В., Фолманис Г.Э.Назарова А.А. // Опубл. 10.01.2010 Бюл. №1.
14. Патент № 2163722 РФ. Способ определениямоносахаридов в сыворотке крови. / Е.А. Строев, В.А.Бухов, В.Г. Окороков, Г.И. Чурилов. // Опубл.27.02.2001.
Статьи в другихизданиях
15. Чурилов Г.И., Полищук С.Д.Хроматографический анализ накоплениямоносахаридов в кормовых растениях.// Труды межвуз.конф. по кормовым растениям. Н.Новгород, 1992. С. 33-35.
16. Чурилов Г.И., ПолищукC.Д., Селиванов В.Н. Применение ультрадисперсных порошков железа, меди икобальта в растениеводстве. // Мат. VВсерос. конф. Екатеринбург. 2000. С.343-344.
17.Чурилов Г.И., Сушилина М.М.Изучение условий гидролиза полисахаридарапса. // Сб. науч. трудов РГСХА. Рязань,2000. С. 25-28.
18.Чурилов Г.И., Саликова М.В.Биологическая активность водорастворимыхполисахаридов лапчаток: гусиной,серебристой и прямостоячей. // Сборникнаучных трудов технологического ф-таРГСХА. Рязань, 2002. С. 39-42.
19. Чурилов Г.И., СеминаС.В., Полищук С.Д. Биологическая активностьводорастворимых полисахаридов некоторыхкормовых растений. //Социально-эконономический мониторинггражданского населения: Сб. докл. Рязань,2002. С.
20. Чурилов Г.И., Чекулаева Г.Ю. Химико-биологическоеисследование полисахарида, выделенного изтравы Горца птичьего. // Тезисы докладов VII международного съездаФитофрам. С-Петербург, 2003. С. 98-101.
21.Чурилов Г.И., Полищук С.Д. Ферментативноеметилирование полисахаридов. //Современные энерго- иресурсосберегающие,экологически устойчивые технологии исистемы сельскохозяйственногопроизводства: сб. науч. тр. Рязань: РГСХА,2003. С. 181-182.
22.Чурилов Г.И., Давыдова М.С. Выделение иизучение состава полисахаридоввегетативной части топинамбура. //Санитарно-гигиенический мониторинггражданского населения: сб. науч.Материалов. Рязань: РГМУ, 2004. С. 410-412.
23. Чурилов Г.И., Амплеева Л.Е.Действие ультрадисперсных порошков железаи кобальта на белковые и лектиновыефракции семян вики. // Научноеобеспечение конкурентоспособностиплеменного, спортивного и продуктивногоконеводства в России и странах СНГ: сб.науч. тр. Дивово: ВНИИК, 2007. Часть 2. С.191-195.
24. Чурилов Г.И., АмплееваЛ.Е. Влияние микроэлементов на изменениехимического состава зелёной массы вики. //Научное обеспечениеконкурентоспособности племенного,спортивного и продуктивного коневодства вРоссии и странах СНГ: сб. науч. тр.Дивово: ВНИИК, 2007. Часть 2. С. 199-204.
25. Чурилов Г.И., АмплееваЛ.Е. Увеличение урожайности вики приобработке семян нанопорошками. // Научноеобеспечение конкурентоспособностиплеменного, спортивного и продуктивногоконеводства в России и странах СНГ: сб.науч. тр. Дивово: ВНИИК, 2007. Часть 2. С.196-199.
26. Чурилов Г.И., Амплеева Л.Е., ИванычеваЮ.Н. Действие ультрадисперсных железа икобальта на накопление белка в бобовыхкультурах. // Экологическое состояниеприродной среды и научно-практическиеаспекты современных мелиоративныхтехнологий: сб.науч.тр. вып. 3. Рязань, 2008.С. 306-309.
27. Чурилов Г.И., АмплееваЛ.Е., Кузин А.В. Влияние нанокристаллическихметаллов на химический состав зеленоймассы вики. // Матер. научно-практич.конф. РГАТУ им. П.А. Костычева. Рязань, 2008. С.11-16.
28. Чурилов Г.И., ЖегловаТ.В., Воронцова С.В. Биологическаяактивность травы горца птичьего и горцаптичьего, семена которого перед посадкойбыли обработаны УДП кобальта. // Матер.научно-практич. конф. РГАТУ им. П.А.Костычева. Рязань, 2008. С. 94-97.
29. Чурилов Г.И., ЖегловаТ.В., Иванычева Ю.Н. Действиеультрадисперсного порошка кобальта нафизиологические и биологические свойстваводорастворимых полисахаридов горцаптичьего. // Матер. научно-практич. конф.РГАТУ им. П.А. Костычева. Рязань, 2008. С.97-102.
30. Чурилов Г.И., СушилинаМ.М. Нанокристалические металлы какэкологически чистые микроудобрения. //Экологическое состояние природной среды инаучно-практические аспекты современныхмелиоративных технологий: сб.науч.тр. вып. 3.Рязань, 2008. С. 84-86.
31.Чурилов Г.И. Действиенанокристаллического кобальта в системерастение –животное. // Состояние среды обитания ифауна охотничьих животных России. Сб.материалов науч.-прак. конф. Москва, 2008.С. 293-298.
32. Чурилов Г.И.,Иванычева Ю.Н., Еськов Е.К. Экологическаябезопасность горца птичьего при обработкесемян растения нанопорошками меди. //Разработка, исследование и маркетинг новойфармацевтической продукции: сб. науч.тр. Пятигорск: ПятигорскаяГФА, 2009. Вып. 64. С. 809-810.
33. Чурилов Г.И.,Назарова А.А., Полищук С.Д. Действиеультрадисперсных порошков металлов нанакопление биологически активныхсоединений в лекарственных растениях. //Разработка, исследование и маркетинг новойфармацевтической продукции: сб. науч.тр. Пятигорск: Пятигорская ГФА, 2009.Вып. 64. С. 87-88.
34. Чурилов Г.И.,Воронцова С.В. Влияние ультрадисперсныхпорошков на биологическую активностьприродных полимеров. Матер.науч-практич. конф. РГАТУ им. П.А. Костычева.Рязань, 2009. С. 87-90.
35. Чурилов Г.И.,Иванычева Ю.Н. Действиенанокристаллического железа набиологическую активность полисахаридовлапчатки гусиной. // Вестник РГАТУ. Рязань,2009. №1. С. 42-44.
36. Чурилов Г.И.,Амплеева Л.Е. Влияние ультрадисперсныхпорошков металлов (УДПМ) железа и кобальтана урожайность и химический состав зеленоймассы вики (Льговская-28). Матер.научно-практич. конф. РГАТУ им. П.А.Костычева. Рязань, 2009. С. 15-18.
37. Чурилов Г.И., ЖегловаТ.В. Влияние железа в ультрадисперсномсостоянии на химический состав растений исемян кукурузы. // Сб. матер. IIIмеждународной интернет-конференции. Орел:Из-во Орел ГАУ, 2010. 16-20 с.
38.Чурилов Г.И. Безопасноевведение наночастиц металлов в растения иорганизм животных. «Состояние средыобитания и фауна охотничьих животныхЕвразии» (мат 1-й Международной, 4-йВсероссийской конференции, Москва 17 – 18 февраля 2009 г).Москва. 2010. С. 284 – 288.
39. Чурилов Г.И.,Иванычева Ю.Н. Усовершенствование методикивыделения водорастворимых полисахаридов ииспользование их как экологическибезопасных биодобавок вживотноводстве. // Сб. матер.международной научно-практич. конф.Троицк: Из-во Уральской ГАВМ, 2010. 16-20с.
Рекомендации
40. Чурилов Г.И., ПолищукС.Д. Динамика накопления и характеристикаполисахаридов в надземных частях горцаптичьего. Информационный лист. Рязань:ЦНТИ, 1991. №170-91.
41. Чурилов Г.И., ПолищукС.Д. Горец птичий как ценная кормоваякультура. Информационный лист. Рязань:ЦНТИ, 1991. №241-91.
42. Чурилов Г.И., ПолищукС.Д. Определение пектиновых веществ горцаптичьего. Информационный лист. Рязань:ЦНТИ, 1995. №79-95.
43. Чурилов Г.И.,Полищук С.Д. Рекомендации поиспользованию ультрадисперсных порошковметаллов (УДПМ) в сельскохозяйственномпроизводстве. // Рязань: Изд-во РГАТУ, 2009. 51с.
44. Чурилов Г.И., НазароваА.А., Полищук С.Д. Рекомендации поприменению нанопорошков металлов дляэффективного ведения животноводства. //Рязань: Изд-во РГАТУ, 2010. 46 с.
