Аннотация результатов, полученных в 2024 году
На 1-м этапе было получено более 50-ти дисперсий наночастиц (НЧ) CuO, содержащих ПАВ в различных соотношениях. Для дальнейшего изучения было отобрано 18 образцов, 12 из которых были получены путем осаждения из раствора соли меди в присутствии ПАВ. Для оценки влияния способа получения, размера, формы частиц и используемого ПАВ на их биологические свойства, было получено ещё 6 растворов, путем диспергирования в присутствии ПАВ (неионогенного и катионного) порошков НЧ синтезированных химическим осаждением (CuO(ХО)), методом электрического взрыва (CuO(ЭВ)) проводника, а также коммерческого порошка (CuO(КО)). Результаты физико-химического анализа НЧ и их дисперсий показали, что НЧ CuO, полученные методом осаждения из раствора соли меди в присутствии ПАВ имели несферическую, эллипсовидную форму. Средний размер частиц, по данным электронной микроскопии составил 20 – 25 нм. Размер частиц в дисперсиях составил 25 – 40 нм. Полученные дисперсии обладали хорошей стабильностью – дзета-потенциал в среднем составил 25 – 30 мВ. Анализ порошков НЧ показал, что частицы CuO(ХО) имели хлопьевидную форму, размер отдельных частиц в диаметре составлял 50 - 200 нм при толщине 10 - 20 нм; образец CuO(ЭВ) был представлен частицами сферической формы, диаметром 20 – 90 нм; частицы CuO(КО) имели палочковидную морфологию со средними размерами 30 – 70 нм. Методом динамического светорассеяния показано, что частицы склонны к агрегации – размер в дисперсиях существенно увеличивался. Установлено, что используемый ПАВ оказывает существенное влияние на состояние дисперсных систем. В случае с растворами, полученными из порошков, неионогенное ПАВ оказалось более эффективным – дзета-потенциал был существенно выше, чем в вариантах с катионным. В случае с НЧ, полученными путем осаждения из раствора соли меди в присутствии ПАВ, максимальные показатели наблюдались при использовании алкиламфополикарбоксиглицината натрия. Показано, что изменение типа полимера и его концентрации может приводить к значительным изменениям формы и размера НЧ CuO. В нашей работе установлено, что использование полигексаметиленбигуанида гидрохлорида (ПГМБГ) в концентрации 0,1% масс. приводит к образованию НЧ более близкой к сферической форме, тогда как увеличение концентрации ПАВ до 1% масс. вызывает образование продолговатых частиц, что объясняется различной степенью адсорбции полимера на разных гранях кристалла. Исследование по оценке влияния дисперсий НЧ CuO на пшеницу позволило выявить их положительное влияние на показатели развития проростков. Дисперсии, полученные путем осаждения из раствора соли меди в присутствии ПГМБГ и полиакриловой кислоты (ПА), повышали практически все анализируемые показатели. Максимальные значения отмечены при 10 мг/л CuO(КО), стабилизированных Твин 20. Вероятно эффект связан с меньшим размером исходных частиц, а также выбором стабилизатора, который в большинстве случаев также оказывал стимулирующее действие. В случае с дисперсиями, стабилизированными ПГМБ – несмотря на уменьшение длин проростков, наблюдался существенный прирост биомассы. Биохимический анализ показал снижение концентрации хлорофилла а независимо от типа частиц и ПАВ. При некотором подавлении фотосинтетической системы, не отмечено выраженного негативного влияния CuO на набор массы растений, что может быть связано с активацией антиоксидантной системы растений. Было выявлено накопление меди в проростках пшеницы, культивируемой с использованием НЧ. Максимальное содержание отмечено для стеблей растений группы CuO(ЭВ) - 774,17 мкг/кг (контроль – 297 мкг/кг) и корней растений выращенных с CuO(ПГМБГ) - 483,75 мкг/кг (контроль – 140,83 мкг/кг). Для культивирования свеклы кормовой, наиболее целесообразно использование НЧ CuO, полученных путем осаждения из раствора соли меди в присутствии ПА. В данном варианте наблюдался прирост длин стеблей и корней проростков а также значительный прирост сухой массы корня. Дисперсии, полученные таким же способом, но с использованием ПГМБГ оказали негативное влияние на развитие проростков, особенно в максимальной концентрации. Полученные эффекты, вероятно, связаны с высокой концентрацией стабилизатора в растворе, т.к. при оценке влияния ПГМБГ на растения, выявлено полное подавление их развития. При этом, использование того же стабилизатора в более низкой концентрации, для получения дисперсий из порошковых частиц, негативного эффекта не выявило. Более того, именно дисперсии с ПГМБ оказали положительное действие. Замена ПГМБ на Твин либо не оказывала влияния, либо снижала анализируемые показатели. Дисперсии НЧ не оказывали серьезного влияния на содержание пигментов, за исключением вариантов, полученных из порошков с ПГМБ, где отмечено снижение концентраций пигментов. Активность каталазы повышалась для большинства вариантов дисперсий. Также было выявлено существенное накопление меди в корнях растений при обработке растворами коммерческих НЧ и CuO(ХО). На культуре кукурузы показан максимальный прирост сухого вещества. При стимуляции и других показателей, именно показатели сухой массы возрастали относительно контрольных значений в несколько раз. Существенного влияния на биохимические показатели проростков не выявлено. Кроме того, установлено уменьшение содержания меди в стеблях кукурузы для всех анализируемых вариантов по сравнению с контролем. При этом, в случае с корневой системой, максимальное содержание меди наблюдалось при обработке субстрата стабилизаторами Твин 20 и ПА. Также, значения в 2 раза превышающие контрольные, отмечены в варианте CuO(КО). Результаты исследований in vitro на древесных культурах показали целесообразность добавления в состав питательной среды Мурасиге и Скуга для тополя CuO(ПА) (100 мг/л), CuO(ХО) (10 мг/л), для березы CuO(ЭВ) (100 мг/л, 200 мг/л). Использование данных НЧ позволило получить большее число стерильных жизнеспособных эксплантов. Пролонгированное действие НЧ CuO проявлялось на дальнейших этапах культивирования. Установлено снижение числа растений, способных к мультипликации, коэффициента мультипликации, а также укоренения под влиянием высоких доз НЧ. Низкие дозы, наоборот, активировали развитие пазушных почек у побегов и позволили повысить коэффициент мультипликации. Влияние НЧ на процесс укоренения микропобегов носил дозозависимый характер. При возрастании концентрации снижался процент укоренившихся побегов. По результатам физико-химического анализа НЧ и их влиянию на морфометрические параметры проростков пшеницы был получен симплекс решёточный план, который позволяет подобрать нужные концентрации НЧ для заданных значений морфометрии, при повторении эксперимента в идентичных условиях. В ходе работ по проекту были подготовлены 2 статьи в журналы BIO Web of Conferences (Scopus) и «Российские нанотехнологии» (Scopus, RSCI). https://tsutmb.ru/news/uchenye-derzhavinskogo-pobediteli-regionalnogo-konkursa-grantov-rnf/?ysclid=m4ij56rglg377381386

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В рамках второго этапа проекта коллектив исследователей успешно провел комплексную работу по созданию и всестороннему изучению экспериментальных образцов новых средств защиты растений. Основной целью являлась разработка отечественного аналога современного медьсодержащего фунгицида с улучшенными характеристиками и сниженной экологической нагрузкой. С использованием метода химического осаждения были синтезированы наночастицы оксида меди (CuO). Было подобрано оптимальное полимерное покрытие – полигексаметиленгуанидин (ПГМГ). Лабораторные испытания доказали высокую эффективность полученного наноструктурного комплекса против ряда опасных фитопатогенов. Комплекс продемонстрировал ингибирование роста гриба Fusarium avenaceum на 92,3% и полное подавление развития других патогенов, таких как Fusarium javanicum и Botrytis cinerea. В отношении бактерии Xanthomonas translucens наблюдалось снижение численности клеток на 72%. При этом важным результатом стала избирательность действия: комплекс не оказал негативного влияния на полезные почвенные микроорганизмы – актиномицеты рода Streptomyces. Исследования в контролируемых условиях закрытого грунта на сахарной свекле и яровой пшенице показали, что новый препарат не только безопасен для растений, но и обладает ростостимулирующими свойствами. Обработка приводила к увеличению биомассы корней свеклы в 1,4 раза и сухой массы стеблей пшеницы на 78%. В условиях искусственного заражения патогенами комплекс также проявлял защитную функцию, повышая, например, всхожесть семян свеклы на 24%. Изучение молекулярных механизмов действия выявило важное преимущество разработки. Комплекс CuO/ПГМГ действует по принципу «прайминга» – он мягко стимулирует иммунную систему растения, не вызывая стресса, что позволяет культуре сформировать мощный и сбалансированный защитный ответ при встрече с инфекцией. Это выгодно отличает его от коммерческого образца сравнения – зарубежного препарата Kocide 2000, который индуцирует у растений состояние хронического стресса. Практическая значимость разработки была подтверждена в полевых испытаниях. Обработка посевов сахарной свеклы оптимальными дозами нанокомплекса обеспечила достоверную прибавку урожайности на 15-18%. Особое внимание было уделено экологической безопасности: анализ показал, что содержание меди в почве и товарной части урожая после обработок оставалось на порядок ниже всех установленных гигиенических нормативов. Таким образом, в результате работ по второму этапу создан и экспериментально апробирован новый медьсодержащий наноструктурный комплекс сельскохозяйственного назначения. Он сочетает в себе высокую антимикробную эффективность, способность стимулировать рост и естественную устойчивость растений, а также демонстрирует хорошие показатели экологической безопасности. Полученные результаты закладывают научные основы для разработки конкурентоспособного российского препарата, соответствующего принципам устойчивого и высокотехнологичного сельского хозяйства.