Золотые наночастицы в диких растениях

Китайские учёные впервые обнаружили золотые наночастицы в растениях, выросших в диких условиях.

По всей вероятности, эти наночастицы имеют антропогенное происхождение и уже в таком виде попали в растения из почвы или воздуха, пишут учёные в журнале Environmental Chemistry Letters.

Многие растения способны всасывать из почвы и накапливать в себе наночастицы некоторых металлов, в частности железа, меди или золота. При этом для большинства металлов этот эффект можно вызвать только искусственным образом, и в естественных условиях наблюдать его не удавалось. Поэтому механизмы взаимодействия металлических наночастиц с клетками растений изучены довольно мало, а результаты этих исследований противоречивы: по некоторым данным, эти частицы могут приводить к ускорению роста, а по другим - наоборот, обладают фитотоксичностью.

При этом и влияние этих процессов на экосистемы неоднозначно: с одной стороны, накопление металлов в растениях может оказывать положительное влияние и, например, приводить к очищению почвы, с другой стороны оно плохо сказывается на здоровье некоторых животных. Например, исследование влияния на растения золотых наночастиц проводилось только в искусственных условиях: растения выращивались специально для исследований, а состав почвы при этом строго контролировался. 

Наблюдать же накопление золотых наночастиц в естественных условиях не удавалось. Однако именно эти случаи могли бы прояснить механизмы взаимодействия наночастиц с тканями растений и зависимость физиологического эффекта от размера, формы и других свойств частиц.

Китайские биологи Сяоэнь Ло (Xiaoen Luo) и Цзяньцзинь Цао (Jianjin Cao) из Университета Сунь Ятсена впервые обнаружили, что растения могут накапливать в себе золотосодержащие наночастицы и в естественных условиях. Учёные исследовали два вида растений: двухлетний мелколепестник канадский (Erigeron canadensis) из семейства Сложноцветных и многолетнюю крапиву китайскую или рами (Boehmeria nivea) из семейства Крапивных. 

Поперечные срезы стеблей этих двух растений биологи изучили с помощью просвечивающей электронной микроскопии и обнаружили в тканях наночастицы, содержащие золото. Большая часть этих частиц была расположена вокруг цитоскелета, они имели сферическую или слегка вытянутую форму, а их размер составлял от 5 до 50 нанометров. При этом размер частиц зависел от вида: в мелколепестнике эти частицы были крупнее (от 20 до 50 нанометров), а в рами - в несколько раз меньше (от 5 до 15 нанометров). 

Анализ состава наночастиц с использованием электронной и рентгеновской спектроскопии показал, что в растениях можно найти два вида частиц: одни содержат только золото и кислород, а другие — ещё медь и хлор. Учёные отмечают, что содержание золота в земной коре в этой области очень низкое, поэтому, вероятнее всего, источник частиц все же антропогенный. Скорее всего, это расположенный вблизи точки сбора образцов гальванический цех, в технологическом процессе которой используется золото. При этом, скорее всего, именно в виде наночастиц золото и было впитано из почвы или воздуха.

В будущем учёные планируют более внимательно исследовать пути переноса искусственно полученных наночастиц в естественных условиях, что может определить механизмы взаимодействия антропогенных источников загрязнения окружающей среды с природными экосистемами.

Золотые наночастицы - далеко не единственный тип наночастиц, которые применяют для увеличения скорости роста растений. Например, американские исследователи использовали для повышения урожайности помидоров аэрозоли, содержащие наночастицы оксидов титана и цинка. В результате увеличения процента поглощённого листьями света и создании питательной среды для растений массу урожая удалось поднять на 80 процентов.