Біологічні системи: теорія та інновації

Оцінка впливу оксиду графену на морфометричні показники капусти городньої (Brassica oleracea) за різних способів обробки

Тетяна Ткаченко, Сергій Северін, Cвітлана Прилуцька
Завантажити статтю
Анотація

Зростання кількості населення у світі та зменшення площ родючих ґрунтів у зв’язку з глобальними кліматичними змінами вимагають сучасних наукових рішень щодо збільшення врожайності основних продовольчих культур з метою забезпечення продовольчої безпеки. Метою роботи було дослідити вплив наночастинок оксиду графену за різних концентрацій та способів обробки на лінійні і вагові показники сіянців капусти городньої (Brassica oleracea) ультрараннього сорту ‘Іюнська’. У роботі використовували фізіологічні методи дослідження з визначенням морфометричних показників рослин та схожості насіння. Для оцінки впливу оксиду графену використовували його наноструктуровані колоїдні розчини у діапазоні концентрацій 20, 50, 70 мкг/мл та двох способів обробки – праймінгом насіння та кореневим внесенням. Встановлено, що оксид графену стимулював схожість насіння капусти при замочуванні насіння в розчинах всіх досліджуваних концентрацій. Найвищий показник схожості насіння відмічали у групі, де для праймінгу був використаний розчин з концентрацією наночастинок 20 мкг/мл. Саме в цій групі схожість насіння становила 83 %, що суттєво перевищує цей показник в контрольній групі – 56 %. Кореневе внесення розчинів оксиду графену аналогічних концентрацій не викликало суттєвих змін зазначеного показника, який залишався в межах контрольних значень. У роботі доведено, що морфометричні показники сіянців капусти більш позитивно реагували на дію наночастинок за праймінгу насіння в противагу внесенню способом поливу. Праймінг насіння капусти різними концентраціями оксиду графену обумовлював збільшення лінійних показників сіянців, яке було найбільш вираженим переважно за концентрації 20 мкг/мл: загальна довжина рослин збільшилась на 32,8 %, довжина стебла на 26,8 %, середня довжина коренів на 37,7 % порівняно з контрольною групою. Середня маса рослин і маса коренів показали найбільше зростання за обробки насіння в розчині оксиду графену концентрацією 70 мкг/мл. Єдиним показником, який негативно відреагував на праймінг наночастинками, є маса стебла сіянців, яка зменшилась за всіх концентрацій. Використання наночастинок вуглецю у рослинництві є перспективним напрямком агротехнологій, що може забезпечити не лише високі показники схожості насіння, а й стимулювати ріст і розвиток продовольчих культур за правильно підібраних концентрацій та способів обробки

Ключові слова

вуглецеві наночастинки; нанопраймінг; рослини; схожість насіння; показники росту

ЦИТУВАТИ
Тkachenko, Т., Severin, S., & Prylutska, S. (2025). Assessment of the effect of graphene oxide on morphometric parameters of common cabbage (Brassica oleracea) for different processing methods. Biological Systems: Theory and Innovation, 16(3), 62-73. https://doi.org/10.31548/biologiya/3.2025.62
Використані джерела
  1. Chakraborti, S., Bera, K., Sadhukhan, S., & Dutta, P. (2022). Bio-priming of seeds: Plant stress management and its underlying cellular, biochemical and molecular mechanisms. Plant Stress, 3, article number 100052. doi: 10.1016/j.stress.2021.100052.
  2. Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_030#Text.
  3. Da Silva Fonseca, J.D., Wojciechowska, E., Kulesza, J., & Barros, B.S. (2024). Carbon nanomaterials in seed priming: Current possibilities. ACS Omega, 9(45), 44891-44906. doi: 10.1021/acsomega.4c07230.
  4. Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2025). Crop information: Cabbage. Retrieved from https://www.fao.org/land-water/databases-and-software/crop-information/cabbage/en/.
  5. Gelaye, Y., & Tadele, E. (2022). Agronomic productivity and organic fertilizer rates on growth and yield performance of cabbage (Brassica oleracea var. capitata L.) in Northwestern Ethiopia. The Scientific World Journal, 9, article number 2108401. doi: 10.1155/2022/2108401.
  6. Ghulam, A.N., dos Santos, O.A.L., Hazeem, L., Pizzorno Backx, B., Bououdina, M., & Bellucci, S. (2022). Graphene oxide (GO) materials-applications and toxicity on living organisms and environment. Journal of Functional Biomaterials, 13(2), article number 77. doi: 10.3390/jfb13020077.
  7. Kondratenko, S., Kyriukhina, N., Mytenko, I., & Dulniev, P. (2023). Growth regulators for increasing the seed productivity of head cabbage plants at the reproductive stage of development. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 19(3). doi: 10.31548/dopovidi3(103).2023.006.
  8. Lopes, T., Cruz, C., Cardoso, P., Pinto, R., Marques, P.A.A.P., & Figueira, E. (2021). A multifactorial approach to untangle graphene oxide (GO) nanosheets effects on plants: Plant growth-promoting bacteria inoculation, bacterial survival, and drought. Nanomaterials, 11(3), article number 771. doi: 10.3390/nano11030771.
  9. Louis, N., Dhankher, O.P., & Puthur, J.T. (2023). Seed priming can enhance and retain stress tolerance in ensuing generations by inducing epigenetic changes and trans-generational memory. Physiologia Plantarum, 175(2), article number e13881. doi: 10.1111/ppl.13881.
  10. MacDonald, M.T., & Mohan, V.R. (2025). Chemical seed priming: Molecules and mechanisms for enhancing plant germination, growth, and stress tolerance. Current Issues in Molecular Biology, 47(3), article number 177. doi: 10.3390/cimb47030177.
  11. Mazhar, M.W., Arshad, A., Parveen, A., Azeem, M., Ishtiaq, M., Thind, S., & Elansary, H. (2025). Interaction of arsenic stress and graphene oxide nanoparticle seed priming modulates hormonal signalling to enhance soybean (Glycine max L.) growth and antioxidant defence. Environmental Pollutants and Bioavailability, 37(1). doi: 10.1080/26395940.2025.2523548.
  12. Prylutskyi, Yu.I., Ilchenko, O.V., Tsymbaliuk, O.V., & Kosterin, S.O. (2017). Statistical methods in biological. Kyiv: Naukova Dumka.
  13. Ray, L.R., Alam, M.S., Junaid, M., Ferdousy, S., Akter, R., Hosen, S.M.Z., & Mouri, N.J. (2021). Brassica oleracea var. capitata f. alba: A review on its botany, traditional uses, phytochemistry and pharmacological activities. Mini Reviews in Medicinal Chemistry, 21(16), 2399-2417. doi: 10.2174/1389557521666210111150036.
  14. Rhaman, M.S., Imran, S., Rauf, F., Khatun, M., Baskin, C.C., Murata, Y., & Hasanuzzaman, M. (2021). Seed priming with phytohormones: An effective approach for the mitigation of abiotic stress. Plants, 10(1), article number 37. doi: 10.3390/plants10010037.
  15. Saba, M., Abo-Elyousr, K.A.M., & AL-Solaimani, S.G. (2025). Organic production of cabbage (Brassica oleracea L.) for agricultural sustainability and healthy nutrition. Journal of Applied and Natural Science, 17(1), 253-264. doi: 10.31018/jans.v17i1.6335.
  16. Shelar, A., et al. (2021). Sustainable agriculture through multidisciplinary seed nanopriming: Prospects of opportunities and challenges. Cells, 10(9), article number 2428. doi: 10.3390/cells10092428.
  17. Srivastava, A.K., Suresh Kumar, J., & Suprasanna, P. (2021). Seed ‘primeomics’: Plants memorize their germination under stress. Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society, 96(5), 1723-1743. doi: 10.1111/brv.12722.
  18. Statilko, O., Tsiaka, T., Sinanoglou, V.J., & Strati, I.F. (2024). Overview of phytochemical composition of Brassica oleraceae var. capitata cultivars. Foods, 13(21), article number 3395. doi: 10.3390/foods13213395.
  19. Uuh-Narvaez, J.J., & Segura-Campos, M.R. (2021). Cabbage (Brassica oleracea var. capitata): A food with functional properties aimed to type 2 diabetes prevention and management. Journal of Food Science, 86(11), 4775-4798. doi: 10.1111/1750-3841.15939.
  20. Vera-Reyes, I., López-García, M., Ruiz-Torres, N.A., Méndez-Argüello, B., & Lira-Saldivar, R.H. (2024). Graphene oxide nanoparticles and graphite microparticles on seeds germination and growth of Solanum lycopersicum seedlings. Mundo Nano. Revista Interdisciplinaria en Nanociencias y Nanotecnología, 17(32), article number 1e-14e. doi: 10.22201/ceiich.24485691e.2024.32.69734.
  21. Wu, W., Chen, J., Yu, D., Chen, S., Ye, X., & Zhang, Z. (2021). Analysis of processing effects on glucosinolate profiles in red cabbage by LC-MS/MS in multiple reaction monitoring mode. Molecules, 26(17), article number 5171. doi: 10.3390/molecules26175171.
  22. Xiao, X., Wang, X., Liu, L., Chen, C., Sha, A., & Li, J. (2022). Effects of three graphene-based materials on the growth and photosynthesis of Brassica napus L. Ecotoxicology and Environmental Safety, 234, article number 113383. doi: 10.1016/j.ecoenv.2022.113383.
  23. Xin, N.J., Maltais-Landry, X., Ahmad, G., Pereira, W., Santra, J., Wright, S., Ogram, A., Stofella, P., & Zhenli, H. (2023). Carbon nanomaterials are a superior soil amendment for sandy soils than biochar based on impacts on lettuce growth, physiology and soil biochemical quality. NanoImpact, 31, article number 100480. doi: 10.1016/j.impact.2023.100480.
  24. Xuan, L., Ju, Z., Skonieczna, M., Zhou, P.K., & Huang, R. (2023). Nanoparticles-induced potential toxicity on human health: Applications, toxicity mechanisms, and evaluation models. MedComm, 4(4), article number e327. doi: 10.1002/mco2.327.
  25. Yan, N., Cao, J., Wang, J., Zou, X., Yu, X., Zhang, X., & Si, T. (2024). Seed priming with graphene oxide improves salinity tolerance and increases productivity of peanut through modulating multiple physiological processes. Journal of Nanobiotechnology, 22(1), article number 565. doi: 10.1186/s12951-024-02832-7.
  26. Yang, L., Zhang, L., Zhang, Q., Wei, J., Zhao, X., Zheng, Z., Chen, B., & Xu, Z. (2024). Nanopriming boost seed vigor: Deeper insights into the effect mechanism. Plant Physiology and Biochemistry: PPB, 214, article number 108895. doi: 10.1016/j.plaphy.2024.108895.
  27. Zhang, M., Gao, B., Chen, J., & Li, Y. (2015). Effects of graphene on seed germination and seedling growth. Journal of Nanoparticle Research, 17, article number 78. doi: 10.1007/s11051-015-2885-9.
  28. Zhang, X., Cao, H., Wang, H., Zhao, J., Gao, K., Qiao, J., Li, J., & Ge, S. (2022). The effects of graphene-family nanomaterials on plant growth: A review. Nanomaterials, 12(6), article number 936. doi: 10.3390/nano12060936.
  29. Zhao, L., Wang, W., Fu, X., Liu, A., Cao, J., & Liu, J. (2022). Graphene oxide, a novel nanomaterial as soil water retention agent, dramatically enhances drought stress tolerance in soybean plants. Frontiers in Plant Science, 13, article number 810905. doi: 10.3389/fpls.2022.810905.
  30. Zhou, Z., Li, J., Li, C., Guo, Q., Hou, X., Zhao, C., Wang, Y., Chen, C., & Wang, Q. (2023). Effects of graphene oxide on the growth and photosynthesis of the emergent plant Iris pseudacorus. Plants, 12(9), article number 1738. doi: 10.3390/plants12091738.