Біологічні системи: теорія та інновації

Вплив нанодобрив на основі оксидів металів на фізико-хімічні властивості сільськогосподарських рослин

Артем Гудзовський, Ірина Демʼяненко, Ігор Левтун
Завантажити статтю
Анотація

Метою роботи був всебічний аналіз наявних досліджень впливу нанодобрив на основі оксидів металів, таких як оксид цинку (ZnO), оксид заліза (Fe2 O3 ) та діоксид титану (TiO2 ), на розвиток та вплив рослин. Методологія дослідження базувалась на аналізі наукових статей, що досліджують вплив нанодобрив на основі оксидів металів (ZnO, Fe2 O3 і TiO2 ) на фізико-хімічні властивості таких культур, як пшениця та соя, із використанням таких методів, як аналіз різних досліджень, їх узагальнення та порівняння. В дослідженнірозглядалисярізні аспективикористання цих нанодобрив, їх вплив на покращення росту, розвитку та здоров’я сільськогосподарських культур, зокрема пшениці та сої, визначення оптимальних концентрацій, а також потенційні ризики, які можуть вплинути на продуктивність та екологічну безпеку. Враховуючи виклики, пов’язані з підвищенням ефективності сільського господарства, зменшенням впливу на навколишнє середовище та забезпеченням стабільної врожайності, дослідження було спрямоване на визначення оптимальних концентрацій нанодобрив, які могли б максимізувати позитивний вплив на рослини без ризику негативних наслідків. Огляд літератури включав аналіз результатів лабораторних експериментів з використанням різних концентрацій нанодобрив на різних стадіях розвитку рослин. Обговорювалися ключові параметри, що вивчалися в цих експериментах, такі як вміст хлорофілу в листках, активність антиоксидантних ферментів, водний баланс, ріст і розвиток коренів. Огляд літератури свідчив, що використання низьких і середніх концентрацій нанодобрив позитивно впливає на фотосинтетичну активність, розвиток кореневої системи та загальний стан рослин. Було підкреслено, що високі концентрації нанодобрив можуть пригнічувати ріст рослин і мати негативні наслідки. Дані висновки важливі для точного дозування та ретельного моніторингу при застосуванні нанодобрив для досягнення оптимальних результатів. Дослідження продемонструвало значний потенціал використання нанодобрив на основі оксидів металів у сільському господарстві для підвищення стійкості культур до стресових факторів навколишнього середовища та покращення їх продуктивності

Ключові слова

модифікація мінералів; біодоступність поживних речовин; аграрна продуктивність; антиоксидантна активність; дія на кореневу систему

ЦИТУВАТИ
Hudzovskyi, A., Demianenko, I., & Levtun, I. (2024). The impact of metal oxide-based nanofertilisers on the physicochemical properties of agricultural plants. Biological Systems: Theory and Innovation, 15(3), 28-40. https://doi.org/10.31548/biologiya/3.2024.28
Використані джерела

[1] Afzal, I., et al. (2021). Magnetic field treatments improves sunflower yield by inducing physiological and biochemical modulations in seeds. Molecules, 26(7), article number 2022. doi: 10.3390/ molecules26072022.

[2] Anand, A., Kumari, A., Thakur, M., & Koul, A. (2020). Hydrogen peroxide signaling integrates with phytohormones during the germination of magnetoprimed tomato seeds. Scientific Reports, 9, article number 8814. doi: 10.1038/s41598-019-45102-5.

[3] Binhi, V.N. (2020). Primary physical mechanism of the biological effects of weak magnetic fields. Biophysics, 61(1), 170-176. doi: 10.1134/S000635091601005X.

[4] Delfani, M., Firouzabadi, M.B., Farrokhi, N., & Makarian, H. (2014). Some physiological responses of black-eyed pea to iron and magnesium nanofertilizers. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 45(4), 530-540. doi: 10.1080/00103624.2013.863911.

[5] Ghafariyan, M.H., Malakouti, M.J., Dadpour, M.R., Stroeve, P., & Mahmoudi, M. (2013). Effects of magnetite nanoparticles on soybean chlorophyll. Environmental Science & Technology, 47(18), 10645-10652. doi: 10.1021/es402249b.

[6] Gorobets, Y., Gorobets, S., Gorobets, O., Magerman, A., & Sharai, I. (2023). Biogenic and anthropogenic magnetic nanoparticles in the phloem sieve tubes of plants. Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences, 12(6), article number e5484. doi: 10.55251/jmbfs.5484.

[7] Iannone, M.F., Groppa, M.D., de Sousa, M.E., Fernández van Raap, M.B., & Benavides, M.P. (2016). Impact of magnetite iron oxide nanoparticles on wheat (Triticum aestivum L.) development: Evaluation of oxidative damage. Environmental and Experimental Botany, 131, 77-88. doi: 10.1016/j. envexpbot.2016.07.004.

[8] Joshi, N., Pathak, A., Upadhyaya, D.C., Krishna, S.B., & Upadhyay, C.P. (2022). Synthesis of biocompatible Fe3O4 and MnO2 nanoparticles for enhanced tuberization in potato (Solanum tuberosum L.). Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 39, article number 102258. doi: 10.1016/j.bcab.2021.102258.

[9] Konate, A., He, X., Zhang, Z., Ma, Y., Zhang, P., Alugongo, G.M., & Rui, Y. (2017). Magnetic (Fe3O4) nanoparticles reduce heavy metals uptake and mitigate their toxicity in wheat seedling. Sustainability, 9(5), article number 790. doi: 10.3390/su9050790.

[10] Kornarzyński, K., Sujak, A., Czernel, G., & Wiącek, D. (2020). Effect of Fe3O4 nanoparticles on germination of seeds and concentration of elements in Helianthus annuus L. under constant magnetic field. Scientific Reports, 10, article number 8068. doi: 10.1038/s41598-020-64849-w.

[11] Li, J., Hu, J., Ma, C., Wang, Y., Wu, C., Huang, J., & Xing, B. (2016). Uptake, translocation and physiological effects of magnetic iron oxide (γ-Fe2O3) nanoparticles in corn (Zea mays L.). Chemosphere, 159, 326-334. doi: 10.1016/j.chemosphere.2016.05.083.

[12] Nudelman, F., & Sommerdijk, N.A. (2012). Biomineralization as an inspiration for materials chemistry. Angewandte Chemie International Edition, 51(27), 6582-6596. doi: 10.1002/anie.201106715.

[13] Osman, O.E., Melnychenko, V., Kalenska, S., Novytska, N., & Kalenskyi, V. (2023). Efficiency of the compensatory scheme of using Organic Acid Nano-Complex microfertilizers in spring wheat cultivation technology. Plant and Soil Science, 14(4), 61-75. doi: 10.31548/plant4.2023.61.

[14] Prasad, R., Bhattacharyya, A., & Nguyen, Q.D. (2017). Nanotechnology in sustainable agriculture: Recent developments, challenges, and perspectives. Frontiers in Microbiology, 8, article number 1014. doi: 10.3389/fmicb.2017.01014.

[15] Rahmatzadeh, R., et al. (2020). Response of tomato plants to interaction effects of magnetic (Fe3O4) nanoparticles and cadmium stress. Journal of Plant Interactions, 14(1), 474-481. doi: 10.1080/17429145.2019.1626922.

[16] Sear, R.P. (2021). Diffusiophoresis in cells: A general nonequilibrium, nonmotor mechanism for the metabolism-dependent transport of particles in cells. Physical Review Letters, 122(12-29), article number 128101. doi: 10.1103/PhysRevLett.122.128101.

[17] Shahid, S., Mehmood, A., & Khan, N. (2021). Uptake, translocation, and consequences of nanomaterials on plant growth and stress adaptation. Journal of Nanomaterials, 2021(1), article number 6677616. doi: 10.1155/2021/6677616.

[18] Teixeira da Silva, J.A., & Dobránszki, J. (2016). Magnetic fields: How is plant growth and development impacted? Protoplasma, 253(2), 231-248. doi: 10.1007/s00709-015-0820-7.

[19] Telizhenko, V.S. (2020). Effect of magnetite nanoparticles on the development and morphology of common tomato Solanum lycopersicum. Kyiv: National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”.

[20] Tombuloglu, H., et al. (2020). Uptake, translocation, and physiological effects of hematite (α-Fe2O3) nanoparticles in barley (Hordeum vulgare L.). Environmental Pollution, 266(1), article number 115391. doi: 10.1016/j.envpol.2020.115391.

[21] Tripathi, D.K., et al. (2020). Plant life under changing environment. London: Academic Press. doi: 10.1016/C2018-1-02300-8.

[22] Wang, H., Kou, X., Pei, Z., Xiao, J.Q., Shan, X., & Xing, B. (2011). Physiological effects of magnetite (Fe3O4) nanoparticles on perennial ryegrass (Lolium perenne L.) and pumpkin (Cucurbita mixta) plants. Nanotoxicology, 5(1), 30-42. doi: 10.3109/17435390.2010.489206.

[23] Yew, Y.P., Shameli, K., Miyake, M., Khairudin, N.B., Mohamad, S.E., Naiki, T., & Lee, K.X. (2020). Green biosynthesis of superparamagnetic magnetite Fe3O4 nanoparticles and biomedical applications in targeted anticancer drug delivery system: A review. Arabian Journal of Chemistry, 13(1), 2287-2308. doi: 10.1016/j.arabjc.2018.04.013.

[24] Zhu, H., Han, J., Xiao, J.Q., & Jin, Y. (2008). Uptake, translocation, and accumulation of manufactured iron oxide nanoparticles by pumpkin plants. Journal of Environmental Monitoring, 10(6), 713-717. doi: 10.1039/b805998e.