zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences10.47612/0514-7506-2022-89-2-238-245zhps-1007Research ArticleСтатьиЭПР-исследование аккумуляции и токсического влияния железа и меди в процессе развития Solanum tuberosum L. in vitroEPR Study of Accumulation and Toxic Effect of Iron and Copper During the Development of Solanum tuberosum L. in vitroХуцишвилиС. С.KhutsishviliS. S.

Новосибирск

 Novosibirsk 

khutsishvili_sp@yahoo.comПерфильеваА. И.PerfilevaA. I.

Иркутск

 Irkutsk

НожкинаО. А.NozhkinaO. A.

Иркутск

 Irkutsk

ДыркачА. Ю.DyrkachA. Yu.

Иркутск

 Irkutsk

Новосибирский институт органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО Российской АНРоссияN. N. Vorozhtsov Novosibirsk Institute of Organic Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationСибирский институт физиологии и биохимии растений СО Российской АНРоссияSiberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИркутский государственный медицинский университетРоссияIrkutsk State Medical UniversityRussian Federation202223032022892238245Copyright © Хуцишвили С.С., Перфильева А.И., Ножкина О.А., Дыркач А.Ю., 20222022Хуцишвили С.С., Перфильева А.И., Ножкина О.А., Дыркач А.Ю.Khutsishvili S.S., Perfileva A.I., Nozhkina O.A., Dyrkach A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1007

Исследованы миграция и накопление ионов железа и меди в процессе вегетации пробирочного картофеля Solanum tuberosum L. Форма и содержание металлов в тканях картофеля, выращиваемого в факторостатных условиях, определены с помощью элементного анализа и методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Токсическое действие исследуемых тяжелых металлов проявляется в физико-химических характеристиках (изменении сигнала ЭПР и накоплении металла в органах растений) и биометрических показателях с увеличением содержания солей металлов в питательной среде. В спектрах ЭПР обнаруживается узкий синглет, характерный для стабильных семихиноновых радикалов.

The migration and accumulation of iron and copper ions in the process of growing Solanum tuberosum L vial potatoes have been studied. The form and content of the metals in the tissues of potatoes grown under factorostatic conditions have been determined by elemental analysis and electron paramagnetic resonance (EPR) method. The toxic effect of the studied heavy metals has been expressed in terms of physical-chemical characteristics (change in the EPR signals and metal accumulation in plant organs) and biometric parameters with an increase in the content of metal salts in the nutrient medium. In addition, the EPR spectra showed a narrow singlet typical for stable semiquinone radicals.

электронный парамагнитный резонансмедьжелезокартофельнакопление металлаelectron paramagnetic resonancecopperironpotatometal accumulationРабота выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 20-016-00152). Авторы выражают благодарность Биоресурсному центру коллективного пользования (Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН) и Химическому исследовательскому центру коллективного пользования СО РАН (Новосибирский институт органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН).ReferencesG. R. Rout, S. Sahoo. Rev. Agric. Sci., 3 (2015) 1—24G. R. Rout, S. Sahoo. Rev. Agric. Sci., 3 (2015) 1—24I. Yruela. Braz. J. Plant Physiol., 17, N 1 (2005) 145—156I. Yruela. Braz. J. Plant Physiol., 17, N 1 (2005) 145—156E. G. Mulder. Plant Soil, 2, N 1 (1949) 59—121E. G. Mulder. Plant Soil, 2, N 1 (1949) 59—121J. M. Connorton, J. Balk, J. Rodríguez-Celma. Metallomics, 9, N 7 (2017) 813—823J. M. Connorton, J. Balk, J. Rodríguez-Celma. Metallomics, 9, N 7 (2017) 813—823J. C. Fernandes, F. S. Henriques. Bot. Rev., 57 (1991) 246—273J. C. Fernandes, F. S. Henriques. Bot. Rev., 57 (1991) 246—273W. G. Hopkins, N. P. A. Huner. Introduction to Plant Physiology, 4th ed., J. Wiley & Sons, New York (2008)W. G. Hopkins, N. P. A. Huner. Introduction to Plant Physiology, 4th ed., J. Wiley & Sons, New York (2008)N. Terry, A. M. Zayed. Iron Nutrition in Soils and Plants. Developments in Plant and Soil Sciences, 59, Springer, Dordrecht (1995) 283—294N. Terry, A. M. Zayed. Iron Nutrition in Soils and Plants. Developments in Plant and Soil Sciences, 59, Springer, Dordrecht (1995) 283—294А. Ф. Мейсурова, А. А. Нотов. Журн. прикл. спектр., 83 (2016) 794—802 [A. F. Meysurova, A. A. Notov. J. Appl. Spectr., 83 (2016) 832—839]А. Ф. Мейсурова, А. А. Нотов. Журн. прикл. спектр., 83 (2016) 794—802 [A. F. Meysurova, A. A. Notov. J. Appl. Spectr., 83 (2016) 832—839]J. Briffa, E. Sinagra, R. Blundell. Heliyon, 6, N 9 (2020) e04691J. Briffa, E. Sinagra, R. Blundell. Heliyon, 6, N 9 (2020) e04691А. Ф. Мейсурова, А. А. Нотов. Журн. прикл. спектр., 87 (2020) 97—107 [A. F. Meysurova, A. A. Notov. J. Appl. Spectr., 87 (2020) 83—91]А. Ф. Мейсурова, А. А. Нотов. Журн. прикл. спектр., 87 (2020) 97—107 [A. F. Meysurova, A. A. Notov. J. Appl. Spectr., 87 (2020) 83—91]S S. Khutsishvili, A. I. Perfileva, O. A. Nozhkina, A. Yu. Dyrkach, T. N. Borodina, N. I. Tikhonov, T. I. Vakul’skaya. Magn. Res. Solids, 22 (2020) 20301S S. Khutsishvili, A. I. Perfileva, O. A. Nozhkina, A. Yu. Dyrkach, T. N. Borodina, N. I. Tikhonov, T. I. Vakul’skaya. Magn. Res. Solids, 22 (2020) 20301E. L. Connolly, M. Guerinot. Genome Biol., 3, N 8 (2002) 1024E. L. Connolly, M. Guerinot. Genome Biol., 3, N 8 (2002) 1024H. Yamasaki, M. Pilon, T. Shikanai. Plant Signal. Behav., 3, N 4, (2008) 231—232H. Yamasaki, M. Pilon, T. Shikanai. Plant Signal. Behav., 3, N 4, (2008) 231—232D. J. E. Ingram. Biologycal and Biochemical Applications of Electron Spin Resonance, Adam Hilder Ltd., London (1969).D. J. E. Ingram. Biologycal and Biochemical Applications of Electron Spin Resonance, Adam Hilder Ltd., London (1969).S. S. Khutsishvili, M. V. Lesnichaya, T. I. Vakul’skaya, G. Dolmaa, G. P. Aleksandrova, A. L. Rakevich, B. G. Sukhov. Spectr. Lett., 51, N 4 (2018) 169—173S. S. Khutsishvili, M. V. Lesnichaya, T. I. Vakul’skaya, G. Dolmaa, G. P. Aleksandrova, A. L. Rakevich, B. G. Sukhov. Spectr. Lett., 51, N 4 (2018) 169—173П. В. Бондаренко, Ле Тхи Бич Нгует, С. Е. Журавлева, Э. М. Трухан. Журн. прикл. спектр., 84 (2017) 623—627 [P. V. Bondarenko, L. T. B. Nguyet, S. E. Zhuravleva, E. M. Trukhan. J. Appl. Spectr., 84 (2017) 646—649]П. В. Бондаренко, Ле Тхи Бич Нгует, С. Е. Журавлева, Э. М. Трухан. Журн. прикл. спектр., 84 (2017) 623—627 [P. V. Bondarenko, L. T. B. Nguyet, S. E. Zhuravleva, E. M. Trukhan. J. Appl. Spectr., 84 (2017) 646—649]P. V. V. Prasad, M. Djanaguiraman. Encyclopedia of Applied Plant Sciences, Academic Press, Cambridge (2017) 246—255P. V. V. Prasad, M. Djanaguiraman. Encyclopedia of Applied Plant Sciences, Academic Press, Cambridge (2017) 246—255J. G. Farias, S. T. Nunes, D. Sausen, M. A. G. Nunes, F. A. Neis, L. C. Garlet, P. A. A. Nunes, V. L. Dressler, M. R. C. Schetinger, L. V. Rossato, E. Girotto, G. Brunetto, F. T. Nicoloso. J. Appl. Bot. Food Qual., 91 (2018) 249—259J. G. Farias, S. T. Nunes, D. Sausen, M. A. G. Nunes, F. A. Neis, L. C. Garlet, P. A. A. Nunes, V. L. Dressler, M. R. C. Schetinger, L. V. Rossato, E. Girotto, G. Brunetto, F. T. Nicoloso. J. Appl. Bot. Food Qual., 91 (2018) 249—259T. Murashige, F. Skoog. Physiol. Plant., 15, N 3 (1962) 473—497T. Murashige, F. Skoog. Physiol. Plant., 15, N 3 (1962) 473—497M. J. Lambert. Preparation of Plant Material for Estimating a Wide Range of Elements. Forestry Commission of New South Wales, Sydney (1976)M. J. Lambert. Preparation of Plant Material for Estimating a Wide Range of Elements. Forestry Commission of New South Wales, Sydney (1976)H. Inoue, K. Higuchi, M. Takahashi, H. Nakanishi, S. Mori, N. K. Nishizawa. Plant J., 36, N 3 (2003) 366—381H. Inoue, K. Higuchi, M. Takahashi, H. Nakanishi, S. Mori, N. K. Nishizawa. Plant J., 36, N 3 (2003) 366—381H. Ram, S. Sardar, N. Gandas. Physiol. Plant., 171 (2021) 823—832H. Ram, S. Sardar, N. Gandas. Physiol. Plant., 171 (2021) 823—832M. Rehman, L. Liu, Q. Wang, M. H. Saleem, S. Bashir, S. Ullah, D. Peng. Environ. Sci. Poll. Res., 26 (2019) 18003—18016M. Rehman, L. Liu, Q. Wang, M. H. Saleem, S. Bashir, S. Ullah, D. Peng. Environ. Sci. Poll. Res., 26 (2019) 18003—18016J. Cambrollé, J. M. Mancilla-Leytón, S. Muñoz-Vallés, E. Figueroa-Lugue, T. Lugue, M. E. Figueroa. Environ. Sci. Poll. Res., 20 (2013) 8839—8847J. Cambrollé, J. M. Mancilla-Leytón, S. Muñoz-Vallés, E. Figueroa-Lugue, T. Lugue, M. E. Figueroa. Environ. Sci. Poll. Res., 20 (2013) 8839—8847R. A. Festa, D. J. Thiele. Curr. Biol., 21, N 8 (2011) R877—883R. A. Festa, D. J. Thiele. Curr. Biol., 21, N 8 (2011) R877—883M. Filek, M. Łabanowska, M. Kurdziel, A. Sieprawska. Toxins, 9, N 6 (2017) 178M. Filek, M. Łabanowska, M. Kurdziel, A. Sieprawska. Toxins, 9, N 6 (2017) 178G. Giridhar, D. Punyaseshudu, M. V. V. K. Srinivas Prasad, M. Venkateswarlu, G. Srinivas. Acta Phys. Pol. A, 123 (2013) 761—765G. Giridhar, D. Punyaseshudu, M. V. V. K. Srinivas Prasad, M. Venkateswarlu, G. Srinivas. Acta Phys. Pol. A, 123 (2013) 761—765G. F. Prozorova, S. A. Korzhova, A. S. Pozdnyakov, A. I. Emel’yanov, S. S. Khutsishvili, T. I. Vakul’skaya. Russ. J. Appl. Chem., 86, N 9 (2013) 1452—1455G. F. Prozorova, S. A. Korzhova, A. S. Pozdnyakov, A. I. Emel’yanov, S. S. Khutsishvili, T. I. Vakul’skaya. Russ. J. Appl. Chem., 86, N 9 (2013) 1452—1455V. Cnockaert, K. Maes, I. Bellemans, T. Crivits, H. Vrielinck, B. Blanpain, K. Verbeken. J. NonCryst. Solids, 536 (2020) 120002V. Cnockaert, K. Maes, I. Bellemans, T. Crivits, H. Vrielinck, B. Blanpain, K. Verbeken. J. NonCryst. Solids, 536 (2020) 120002S. S. Khutsishvili, T. I. Vakul’skaya, G. P. Aleksandrova, B. G. Sukhov. Micro Nano Lett., 12, N 6 (2017) 418—421S. S. Khutsishvili, T. I. Vakul’skaya, G. P. Aleksandrova, B. G. Sukhov. Micro Nano Lett., 12, N 6 (2017) 418—421G. Celiz, S. A. Suarez, A. Arias, J. Molina, C. D. Brondino, F. Doctorovich. Biometals, 32 (2019) 595—610G. Celiz, S. A. Suarez, A. Arias, J. Molina, C. D. Brondino, F. Doctorovich. Biometals, 32 (2019) 595—610F. A. Taiwo. J. Spectrosc. (Hindawi), 17 (2003) 53—63F. A. Taiwo. J. Spectrosc. (Hindawi), 17 (2003) 53—63A. V. Artem’ev, O. V. Vysotskaya, L. A. Oparina, A. S. Bogomyakov, S. S. Khutsishvili, I. V. Sterkhova, V. I. Ovcharenko, B. A. Trofimov. Polyhedron, 119 (2016) 293—299A. V. Artem’ev, O. V. Vysotskaya, L. A. Oparina, A. S. Bogomyakov, S. S. Khutsishvili, I. V. Sterkhova, V. I. Ovcharenko, B. A. Trofimov. Polyhedron, 119 (2016) 293—299S. S. Khutsishvili, A. I. Perfileva, O. A. Nozhkina, T. V. Ganenko, K. V. Krutovsky. Int. J. Mol. Sci., 22, N 21 (2021) 12006S. S. Khutsishvili, A. I. Perfileva, O. A. Nozhkina, T. V. Ganenko, K. V. Krutovsky. Int. J. Mol. Sci., 22, N 21 (2021) 12006M. Łabanowska, M. Filek, M. Kurdziel, E. Bednarska, A. Dłubacz, H. Hartikainen. J. Plant Physiol., 169 (2012) 1234—1242M. Łabanowska, M. Filek, M. Kurdziel, E. Bednarska, A. Dłubacz, H. Hartikainen. J. Plant Physiol., 169 (2012) 1234—1242M. Polat, M. Korkmaz. Food Chem., 107, N 2 (2008) 956—961M. Polat, M. Korkmaz. Food Chem., 107, N 2 (2008) 956—961I. Morkunas, M. Formela, L. Marczak, M. Stobiecki, W. Bednarski. Protoplasma, 250 (2013) 63—75I. Morkunas, M. Formela, L. Marczak, M. Stobiecki, W. Bednarski. Protoplasma, 250 (2013) 63—75J. P. Kehrer. Crit. Rev. Toxicol., 23, N 1 (1993) 21—48J. P. Kehrer. Crit. Rev. Toxicol., 23, N 1 (1993) 21—48P. J. O’Brien. Chem.-Biol. Interact., 80, N 1 (1991) 1—41P. J. O’Brien. Chem.-Biol. Interact., 80, N 1 (1991) 1—41J. R. Widhalm, D. Rhodes. Hort. Res., 3 (2016) 16046J. R. Widhalm, D. Rhodes. Hort. Res., 3 (2016) 16046B. Testa. The Metabolism of Drugs and other Xenobiotics, Academic, New York (1995).B. Testa. The Metabolism of Drugs and other Xenobiotics, Academic, New York (1995).S. S. Khutsishvili, N. I. Tikhonov, D. V. Pavlov, T. I. Vakul’skaya, M. V. Penzik, A. N. Kozlov, M. V. Lesnichaya, G. P. Aleksandrova, B. G. Sukhov. J. Therm. Anal. Calorim., 137, N 4 (2019) 1181—1188S. S. Khutsishvili, N. I. Tikhonov, D. V. Pavlov, T. I. Vakul’skaya, M. V. Penzik, A. N. Kozlov, M. V. Lesnichaya, G. P. Aleksandrova, B. G. Sukhov. J. Therm. Anal. Calorim., 137, N 4 (2019) 1181—1188S. S. Khutsishvili, T. I. Vakul’skaya, G. P. Aleksandrova, B. G. Sukhov. J. Clust. Sci., 28, N 6 (2017) 3067—3074S. S. Khutsishvili, T. I. Vakul’skaya, G. P. Aleksandrova, B. G. Sukhov. J. Clust. Sci., 28, N 6 (2017) 3067—3074A. I. Perfileva, O. A. Nozhkina, I. A. Graskova, A. V. Sidorov, M. V. Lesnichaya, G. P. Aleksandrova, G. Dolmaa, I. V. Klimenkov, B. G. Sukhov. Russ. Chem. Bull., 67 (2018) 157—163A. I. Perfileva, O. A. Nozhkina, I. A. Graskova, A. V. Sidorov, M. V. Lesnichaya, G. P. Aleksandrova, G. Dolmaa, I. V. Klimenkov, B. G. Sukhov. Russ. Chem. Bull., 67 (2018) 157—163

The authors declare that there are no conflicts of interest present.