Медь есть во всех сельскохозяйственных растениях — это один из необходимых микроэлементов. Она участвует в фотосинтезе и дыхании. Но медь — тяжёлый металл, который может быть токсичен для живых организмов. Поэтому нужно строго контролировать её содержание в растениях. Допустимые концентрации зависят от вида растений и типа почвы.

Превышение концентрации меди может привести к снижению уровня хлорофилла в растениях, пожелтению листьев и замедлению роста. Медь также нарушает снабжение растений железом, необходимым для образования хлорофилла. В клетках растений накапливаются активные формы кислорода, что вызывает «окислительный взрыв» и повреждает мембраны и другие клеточные структуры.

Избыток меди у сельскохозяйственных культур снижает урожайность и качество продукции. Кроме того, растения не могут ограничить поглощение меди в достаточном объёме, поэтому она накапливается в них.

Избыток меди опасен не только для растений, но и для людей, вызывая врождённые аномалии и другие патологии.

Высокие концентрации меди в почве могут быть вызваны выбросами в атмосферу, отходами металлургических предприятий, использованием сточных вод для полива, некоторыми органическими и минеральными удобрениями, а также пестицидами.

Учёные Санкт-Петербургского университета предложили использовать фуллерены C60 для решения проблемы устойчивости растений к избытку меди.

Фуллерены — это молекулярная форма углерода, которая может связывать некоторые тяжёлые металлы и переводить их в менее токсичную форму. Также они являются антиоксидантами и могут нивелировать действие активных форм кислорода.

Мы исследовали два производных фуллерена С60, которые отличаются по составу функциональных групп на периферии молекулы: полигидроксилированный фуллерен (фуллеренол) и аргининовый аддукт C60. Эксперименты показали, что эти производные могут снижать токсичность меди для растений огурца.

Особенно эффективным оказался аддукт фуллерена C60 с аминокислотой аргинин. Он снижал токсичность меди более чем в два раза, — сообщил Николай Битюцкий, заведующий кафедрой агрохимии СПбГУ и профессор СПбГУ.

Исследования проводились в контролируемых условиях без почвы (гидропоника). Учёные проверили, могут ли выбранные вещества снижать фитотоксичность меди при контакте с корнями растений и исключать побочные эффекты от компонентов почвы.

За реакцией растений следили по изменению содержания хлорофилла, приросту биомассы, изменениям в составе элементов и метаболизме.

Биологи Университета обнаружили, что фуллерен, связанный с аргинином, снижает концентрацию меди в соке растений, который поступает из корней в надземные части. Это открытие может быть полезно для создания новых наноматериалов, которые сделают растения более устойчивыми к избытку меди.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Plant Physiology and Biochemistry.