Ученые ТГУ выяснят, какие растения способны очистить почву от наночастиц тяжелых металлов
23 Апреля 2015

В Томском государственном университете реализуется комплексный проект по изучению роста и развития сельскохозяйственных культур в условиях загрязнения территорий высокодисперсными материалами (наночастицами). В исследованиях участвуют три научных группы. Главная задача проекта — создать биотехнологию очистки почв и воды от вредных нанопримесей.

Влияние наночастиц тяжелых металлов непосредственно на человека является одной из самых горячих тем для мировой науки. И лишь небольшая часть этих исследований обращает внимание на тот вред, который высокодисперсные примеси наносят биосфере в целом. Работу в этом направлении уже более пяти лет ведут ученые ТГУ. Эксперты центра «Биотест-Нано» тестируют безопасность нанотехнологий и наноматериалов для различных экосистем.

Первый проект, выполненный в центре «Биотест-Нано» в 2008—2009 годах, позволил выявить наиболее уязвимые для наночастиц объекты экосистемы. Следующее масштабное исследование, реализованное в 2011-2014-м, помогло определить пути распространения наночастиц из почвы по пищевым цепям различных организмов.

— Мы проанализировали широчайший круг организмов — десятки видов растений, бактерий, одноклеточных, — говорит Юрий Моргалёв, директор центра «Биотест-Нано». — Проследили путь наночастиц по трофическим цепям: причем, показали весь этот процесс в количественном аспекте. Главный вывод, который мы сделали, заключается в том, что при изучении влияния наночастиц нельзя пользоваться стандартными методами токсикологии, потому что негативный эффект в случае высокодисперсных примесей зависит от концентрации нелинейно — низкие концентрации могут воздействовать сильнее и наоборот.

Весь предыдущий опыт исследований и полученные результаты позволили ученым ТГУ перейти к разработке конкретных биотехнологий очистки окружающей среды (почвы и воды) от нанопримесей. Наиболее активными очистителями являются растения: давно доказано, что они могут забирать из почвы тяжелые металлы или другие токсины. В Томском государственном университете задались вопросом: а смогут ли растения так же успешно «вынимать» из почвы и наночастицы?

— Очистка требуется, чаще всего, территориям сельскохозяйственного назначения, прилегающим к местам производства, использования или захоронения наноматериалов. Мы поставили задачу: найти растения-ремедиаторы, наиболее эффективно очищающие почву от нанозагрязнений. Других методов освобождения почвы от наночастиц не существует. Кроме того, мы можем подобрать растения, на развитие которых никак не влияет наличие наночастиц в среде, или даже наоборот — влияет положительно (например, увеличивает биомассу), — поясняет директор центра «Биотест-Нано».

В проекте задействовано три коллектива исследователей. Почвоведы под руководством профессора Сергея Кулижского занимаются вопросами миграции частиц в почве (условия их транслокации, скорость и другие параметры). Модельные исследования токсичности наночастиц проводит группа Юрия Моргалёва в центре «Биотест-Нано». Экспериментальные площадки, где в почву вносятся наночастицы и изучается их дальнейший путь и влияние на растения, находятся на специально выделенных делянках Сибирского ботанического сада. Исследования физиологии растений, разработка методик оценки токсичности — всем этим занимается ботаническая группа под руководством директора СибБС Татьяны Астафуровой. Причем, ботанический сад не только предоставляет площади для проведения экспериментов. Благодаря богатству флоры сада ученые могут осуществлять подбор растений-ремедиаторов из разных климатических зон, в том числе — приспособленных к условиям Сибири.

Амарант на экспериментальном участке Сибирского ботанического сада

— Мы изучаем влияние наночастиц на растения в разных средах, на разных стадиях роста и развития, смотрим, в какой части растения происходит накопление частиц, как это отражается на продукционном процессе, — рассказывает Татьяна Астафурова. — Преимущество ботсада в том, что мы можем исследовать растения круглый год в разных условиях: зимой — в лабораториях, летом — на учебно-экспериментальном участке. В работе участвуют несколько лабораторий СибБС. Вообще хочу подчеркнуть, что это проект действительно комплексный, междисциплинарный и его реализация была бы невозможна без значительной материально-технической базы ТГУ и без тесного сотрудничества, которое существует в нашем университете.

— В России пока хватает угодий, но в Европе вопрос территорий для сельского хозяйства стоит очень остро. Поэтому европейцы с интересом следят за нашей работой. Отходы металлургической индустрии (а это сотни миллионов тонн) содержат значительную долю наночастиц, что часто не учитывается при утилизации или захоронении этих отходов. Что происходит с этими наночастицами и как их извлечь из почвы, превратив загрязненную землю в пахотные угодья — этот вопрос мы и хотим решить, — заключает Юрий Моргалёв.

Исследования и разработки в области фиторемедиации коллектив ученых ТГУ неоднократно представлял на различных выставках, в том числе международных. Работа томичей получила высокие оценки экспертов: например, в 2014 году — золотая медаль конкурса «Брюссель-Эврика», проходившего в рамках 63-го Всемирного Салона инноваций.

Для справки: Центр биотестирования безопасности нанотехнологий и наноматериалов «Биотест-Нано» входит в состав Томского регионального центра коллективного пользования, открытого при ТГУ. Основной целью деятельности центра «Биотест-Нано» является создание интегрированной системы научно-образовательной и предпринимательской деятельности в области безопасности нанотехнологий и продукции наноиндустрии, как составного элемента инфраструктуры метрологического обеспечения и оценки соответствия.