RU2347366C2 - Composition for trasporting active substances to wheat roots - Google Patents
Composition for trasporting active substances to wheat roots Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347366C2 RU2347366C2 RU2007145119/15A RU2007145119A RU2347366C2 RU 2347366 C2 RU2347366 C2 RU 2347366C2 RU 2007145119/15 A RU2007145119/15 A RU 2007145119/15A RU 2007145119 A RU2007145119 A RU 2007145119A RU 2347366 C2 RU2347366 C2 RU 2347366C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liposomes
- matrix
- roots
- wheat
- composition
- Prior art date
Links
Landscapes
- Medicinal Preparation (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области экологии, биотехнологии и методов, применимых в растениеводстве и может быть использовано для доставки различных химических соединений, обладающих биологической активностью, к корням растений. Предлагаемый состав может быть использован для целевой доставки стимуляторов роста и других активных веществ к корням пшеницы, а также для проведения фундаментальных исследований на растениях, выращиваемых в лабораторных условиях.The invention relates to the field of ecology, biotechnology and methods applicable in crop production and can be used to deliver various chemical compounds with biological activity to the roots of plants. The proposed composition can be used for targeted delivery of growth stimulants and other active substances to the roots of wheat, as well as for basic research on plants grown in laboratory conditions.
Известны наносистемы для доставки лекарственных веществ в организме человека. Например, липосомы, несущие углеводные детерминанты, применяют для транспорта цитотоксических препаратов к опухолевым клеткам (Водовозова Е.Л. Взаимодействие липосом, несущих углеводные детерминанты, с клетками меланомы // Биол. мембраны. 2004. Т.21. №.1. С.53-65). В качестве специфических углеводных детерминант используют остатки трисахарида А, тетрасахарида силиал LewisX, способных специфически связываться с пектинами, находящимися на поверхности раковой клетки. Различные векторные липосомы, нагруженные липидными производными противоопухолевого препарата сарколизина, проявляют лучшие терапевтические свойства по сравнению с исходным сарколизином.Known nanosystems for the delivery of drugs in the human body. For example, liposomes that carry carbohydrate determinants are used to transport cytotoxic drugs to tumor cells (Vodovozova E.L., Interaction of liposomes that carry carbohydrate determinants with melanoma cells // Biol. Membranes. 2004. V.21. No. 1. S. 53-65). As specific carbohydrate determinants, the residues of trisaccharide A, tetrasaccharide sialyl LewisX, capable of specifically binding to pectins located on the surface of a cancer cell are used. Various vector liposomes loaded with lipid derivatives of the antitumor drug sarcolisin exhibit better therapeutic properties compared to the original sarcolysin.
Однако наносистемы с указанными специфическими углеводными детерминантами не применимы в аграрной практике.However, nanosystems with these specific carbohydrate determinants are not applicable in agricultural practice.
Наиболее близким к предлагаемому решению является состав с контролируемым постепенным выделением активного ингредиента для доставки к растениям сельскохозяйственного химиката. В изобретении описывается состав для доставки к растениям сельскохозяйственного химиката, содержащий микрочастицы, имеющие средний диаметр от 0,2 до 200 мкм, каждая из которых включает полимерную матрицу и распределенный в полимерной матрице сельскохозяйственный химикат, выбранный из ципроконазола, эпоксиконазола и тебуконазола, причем микрочастицы включают от 1 до 50% по весу сельскохозяйственного химиката и от 50 до 99% по весу указанной полимерной матрицы, состоящей из полимера, выбранного из группы, включающей полиметилметакрилат, полимер молочной кислоты, сополимеры молочной и гликолевой кислот, ацетатбутират целлюлозы, полистирол, сополимеры оксимасляной кислоты и оксивалериановой кислоты, сополимеры стирола и малеинового ангидрида, экстракционную канифоль, акриловый полимер и сополимер винилпирролидона и винилацетата и их комбинации (см. патент РФ №2203547, МПК A01N 43/653).Closest to the proposed solution is a composition with a controlled gradual release of the active ingredient for the delivery of an agricultural chemical to plants. The invention describes a composition for delivering an agricultural chemical to plants containing microparticles having an average diameter of 0.2 to 200 microns, each of which includes a polymer matrix and an agricultural chemical distributed in the polymer matrix selected from cyproconazole, epoxyconazole and tebuconazole, the microparticles including from 1 to 50% by weight of an agricultural chemical and from 50 to 99% by weight of said polymer matrix, consisting of a polymer selected from the group consisting of polymethyl methacrylate, poly p of lactic acid, copolymers of lactic and glycolic acids, cellulose acetate butyrate, polystyrene, copolymers of hydroxybutyric acid and hydroxyvaleric acid, copolymers of styrene and maleic anhydride, extraction rosin, acrylic polymer and vinylpyrrolidone and vinyl acetate copolymer and their combination (see. A01N 43/653).
Данные микросистемы не содержат на своей поверхности специфических детерминант, способных узнавать определенные растительные культуры, т.е. они не предназначены для целевой доставки активных веществ. Кроме того, в их состав входят полимеры, плохо деградируемые в окружающей среде, поэтому применение таких составов может способствовать увеличению антропогенной нагрузки на природные экосистемы.These microsystems do not contain on their surface specific determinants capable of recognizing certain plant crops, i.e. they are not intended for the targeted delivery of active substances. In addition, they include polymers that are poorly degraded in the environment; therefore, the use of such compounds can increase the anthropogenic load on natural ecosystems.
Задачей изобретения является разработка состава для целевой доставки активных веществ к корням пшеницы, а также для проведения фундаментальных исследований на растениях, выращиваемых в лабораторных условиях.The objective of the invention is to develop a composition for targeted delivery of active substances to the roots of wheat, as well as for basic research on plants grown in laboratory conditions.
Технический результат заключается в уменьшении антропогенной нагрузки на сельскохозяйственные угодья и окружающую среду.The technical result is to reduce the anthropogenic load on agricultural land and the environment.
Поставленная задача достигается тем, что в составе для доставки активных веществ к корням пшеницы, содержащем микрочастицы, каждая из которых включает матрицу и распределенное в ней химическое вещество, согласно решению матрица представляет собой липосомы или наночастицы диоксида кремния, при этом поверхность матрицы содержит природные углеводсодержащие соединения, способные специфически связываться с корневой поверхностью.The problem is achieved in that in the composition for delivering active substances to wheat roots containing microparticles, each of which includes a matrix and a chemical distributed in it, according to the solution, the matrix is liposomes or silicon dioxide nanoparticles, while the matrix surface contains natural carbohydrate-containing compounds capable of specifically binding to the root surface.
Липосомы могут быть получены из яичного фосфатидилхолина.Liposomes can be obtained from egg phosphatidylcholine.
Поверхность матрицы из липосом может содержать липополисахариды внешней мембраны бактерий Azospirillum brasilense Sp245.The surface of the liposome matrix may contain lipopolysaccharides of the outer membrane of bacteria Azospirillum brasilense Sp245.
Поверхность матрицы из диоксида кремния может содержать полисахариды корней пшеницы Triticum aestivum L. сорта Саратовская 29.The surface of the matrix of silicon dioxide may contain polysaccharides of wheat roots Triticum aestivum L. varieties Saratovskaya 29.
Микрочастицы могут иметь размеры 0,01-0,20 мкм.Microparticles can have a size of 0.01-0.20 microns.
В известной авторам научно-технической и патентной литературе не обнаружены составы с подобной совокупностью признаков. Полученный результат, обусловленный совокупностью этих признаков, не достигался в известных решениях. Преимуществами заявляемого состава является возможность доставлять с его помощью химические соединения к корням пшеницы целенаправленно, с большей экономией препаратов и снижением экологической нагрузки.In the well-known authors of scientific, technical and patent literature, compositions with a similar set of features were not found. The result, due to the combination of these features, was not achieved in the known solutions. The advantages of the claimed composition is the ability to deliver with its help chemical compounds to the roots of wheat purposefully, with greater drug savings and reduced environmental load.
Способ приготовления состава заключается в следующем.The method of preparation of the composition is as follows.
Если матрицей являются липосомы, состав готовят следующим образом. В водный раствор химического (активного) вещества при 50°С добавляют 10%-ный этанольный раствор фосфатидилхолина до его конечной концентрации 1.4 г/л при перемешивании, которое проводят до исчезновения запаха спирта. Полученную суспензию озвучивают на ультразвуковом дезинтеграторе 3 раза по 30 с на максимальной мощности. Липосомы, содержащие липополисахариды (ЛПС) внешней мембраны бактерий Azospirillum brasilense Sp24 получают, как описано выше, проводя инжекцию этанольного раствора фосфатидилхолина в водные растворы ЛПС с концентрацией 20-150 мг/л и химического вещества. Методика выделения ЛПС из бактерий Azospirillum brasilense Sp245 описана в работе (Федоненко Ю.П., Егорова И.В., Коннова С.А. и др. Участие липополисахаридов азоспирилл во взаимодействии с поверхностью корней пшеницы // Микробиология. - 2001. - Том 70. - №3. - С.384-390.).If the matrix is liposomes, the composition is prepared as follows. In an aqueous solution of a chemical (active) substance at 50 ° C, a 10% ethanol solution of phosphatidylcholine is added to a final concentration of 1.4 g / l with stirring, which is carried out until the smell of alcohol disappears. The resulting suspension is voiced on an ultrasonic disintegrator 3 times for 30 s at maximum power. Liposomes containing lipopolysaccharides (LPS) of the outer membrane of bacteria Azospirillum brasilense Sp24 are prepared as described above by injecting an ethanolic solution of phosphatidylcholine into aqueous LPS solutions with a concentration of 20-150 mg / L and a chemical. The technique for isolating LPS from bacteria Azospirillum brasilense Sp245 is described in (Fedonenko Yu.P., Egorova I.V., Konnova S.A. et al. Participation of azospirillum lipopolysaccharides in interaction with wheat root surface // Microbiology. - 2001. - Tom 70. - No. 3. - S.384-390.).
Если матрицей являются наночастицы диоксида кремния, состав готовят следующим образом. Создают в воде концентрацию наночастиц диоксида кремния ("Fluka", диаметр 7 нм) 1 г/л. Полученную суспензию также озвучивают на ультразвуковом дезинтеграторе. Для получения наночастиц, инкрустированных полисахаридами, к суспензии частиц приливают растворы полисахаридов, выделенных из корней пшеницы Triticum aestivum L. сорта Саратовская 29, до их конечной концентрации 10-3-10-1 г/л и перемешивают около 1 ч. Выделение полисахаридов корней пшеницы проводят любым известным методом (Выделение и анализ гликополимеров растительного и бактериального происхождения: уч. пособ. для студ. биол. фак-та / Коннова С.А., Сачкова (Фучеджи) О.А., Коннова О.Н., Федоненко Ю.П. - Саратов: Изд-во СГУ, 2005, - 39 с. Для распределения в микрочастицах химического вещества суспензию наночастиц разбавляют водным раствором вещества в 100-10000 раз и перемешивают около 1 часа.If the matrix is silicon dioxide nanoparticles, the composition is prepared as follows. Create in water a concentration of silicon dioxide nanoparticles ("Fluka", diameter 7 nm) 1 g / L. The resulting suspension is also voiced on an ultrasonic disintegrator. To obtain nanoparticles inlaid with polysaccharides, solutions of polysaccharides isolated from wheat roots of Triticum aestivum L. cultivar Saratovskaya 29 are poured into a suspension of particles to a final concentration of 10 -3 -10 -1 g / l and stirred for about 1 hour. Isolation of polysaccharides of wheat roots carried out by any known method (Isolation and analysis of glycopolymers of plant and bacterial origin: textbook for student biol. faculty / Konnova S.A., Sachkova (Fuchedzhi) O.A., Konnova O.N., Fedonenko Yu .P. - Saratov: Publishing House of SSU, 2005, - 39 pp. For distribution in microch On the basis of a chemical substance, the suspension of nanoparticles is diluted 100-10000 times with an aqueous solution of the substance and stirred for about 1 hour.
Примеры практической реализации способаExamples of practical implementation of the method
Пример 1. Оценка эффективности целевой доставки химического вещества к корням пшеницы Triticum aestivum L. сорта Саратовская 29 с помощью липосом, обогащенных ЛПС бактерий Azospirillum brasilense Sp245.Example 1. Evaluation of the effectiveness of targeted delivery of a chemical to the roots of wheat Triticum aestivum L. variety Saratovskaya 29 using liposomes enriched with LPS bacteria Azospirillum brasilense Sp245.
В качестве доставляемого химического вещества используют краситель метиленовый синий. Природными углеводсодержащими соединениями, способными специфически связываться с корневой поверхностью пшеницы, являются ЛПС бактерий Azospirillum brasilense Sp245 (Арефьева О.А., Рогачева С.М., Кузнецов П.Е. и др. Липосомы в изучении механизма агрегации бактерий и их адсорбции на корнях растений // Биологические мембраны. - 2006. - №1. - Т.23. - С.14-21).Methylene blue is used as the delivered chemical. Natural carbohydrate-containing compounds that can specifically bind to the root surface of wheat are bacterial LPS of Azospirillum brasilense Sp245 (Aref'eva O.A., Rogacheva S.M., Kuznetsov P.E. et al. Liposomes in the study of the mechanism of bacterial aggregation and their adsorption on the roots plants // Biological membranes. - 2006. - No. 1. - T.23. - S.14-21).
Готовят состав с матрицей в виде липосом из яичного фосфатидилхолина. В водный раствор, содержащий метиленовый синий в концентрации 0.1 г/л, добавляют 10%-ный этанольный раствор яичного фосфатидилхолина ("Биолек", Украина) до его конечной концентрации 1.4 г/л при перемешивании на магнитной мешалке при 500 об/мин. Полученную суспензию озвучивают на ультразвуковом дезинтеграторе UD-11 ("Elpan", Poland) 3 раза по 30 с на максимальной мощности.Preparing a composition with a matrix in the form of liposomes from egg phosphatidylcholine. A 0.1% ethanol solution of egg phosphatidylcholine (Biolek, Ukraine) is added to an aqueous solution containing methylene blue at a concentration of 0.1 g / L to a final concentration of 1.4 g / L with stirring on a magnetic stirrer at 500 rpm. The resulting suspension is voiced on an ultrasonic disintegrator UD-11 ("Elpan", Poland) 3 times for 30 s at maximum power.
Готовят состав с матрицей в виде липосом из яичного фосфатидилхолина, содержащих на поверхности ЛПС. В данном случае инжекцию 10%-ного этанольного раствора яичного фосфатидилхолина проводят в раствор липополисахарида с концентрацией 23 и 150 мг/л, содержащий метиленовый синий с концентрацией 0.1 г/л.Preparing a composition with a matrix in the form of liposomes from egg phosphatidylcholine containing LPS on the surface. In this case, the injection of a 10% ethanol solution of egg phosphatidylcholine is carried out in a solution of lipopolysaccharide with a concentration of 23 and 150 mg / l, containing methylene blue with a concentration of 0.1 g / l.
Низкомолекулярные соединения, в том числе не включенный в липосомы краситель, удаляют диализом (диаметр пор диализной мембраны - 12-14 кДа) против воды в течение 2-х суток.Low molecular weight compounds, including dye not included in liposomes, are removed by dialysis (pore diameter of the dialysis membrane is 12-14 kDa) against water for 2 days.
Состав растворов и суспензий, использованных в экспериментах, приведен в таблице 1.The composition of the solutions and suspensions used in the experiments are shown in table 1.
От проростков пшеницы отделяют целые корни, помещают их в бюксы с исследуемыми растворами и суспензиями. Инкубацию корней проводят двумя способами: а) полностью погружают корни в инкубационные среды и выдерживают 45 мин; б) корни погружают в среду таким образом, чтобы места их срезов оставались над поверхностью исследуемых растворов и суспензий, и выдерживают 24 часа. После инкубации корни тщательно промывают дистиллированной водой, растирают в ступке и экстрагируют 96%-ным этанолом в течение 1 ч. В спиртовом экстракте корней содержание красителя определяют спектрофотометрически при 632 нм, при длине оптического слоя l=1 см. Концентрацию метиленового синего определяют по предварительно построенной калибровочной зависимости оптической плотности от концентрации. Раствором сравнения для экстрактов служит этанольный экстракт корней пшеницы. Результаты опытов представлены в табл.2, из которой видно, что происходит увеличение степени сорбции метиленового синего в зависимости от концентрации ЛПС в липосомах более чем в 2,5 раза,Whole roots are separated from wheat seedlings, placed in boxes with test solutions and suspensions. Root incubation is carried out in two ways: a) completely immerse the roots in the incubation medium and incubate for 45 minutes; b) the roots are immersed in the medium so that the places of their sections remain above the surface of the studied solutions and suspensions, and incubated for 24 hours. After incubation, the roots are thoroughly washed with distilled water, triturated in a mortar and extracted with 96% ethanol for 1 hour. In the alcohol extract of the roots, the dye content is determined spectrophotometrically at 632 nm, with an optical layer length l = 1 cm. The concentration of methylene blue is determined by preliminary constructed calibration dependence of optical density on concentration. An ethanol extract of wheat roots serves as a comparison solution for the extracts. The results of the experiments are presented in table 2, which shows that there is an increase in the degree of sorption of methylene blue depending on the concentration of LPS in liposomes more than 2.5 times,
Наличие ЛПС в липосомах увеличивает не только степень, но и скорость сорбции красителя. Так, за 45 мин из суспензии липосом с высоким содержанием ЛПС на корнях сорбируется 85±9% красителя от максимально возможного количества. В суспензии липосом без ЛПС этот показатель составляет 53±20%. Следует отметить, что количество сорбированных липосом со встроенным ЛПС на корнях не увеличивается после 24 ч инкубации. Таким образом, эффективность доставки увеличивается при использовании ЛПС.The presence of LPS in liposomes increases not only the degree, but also the rate of sorption of the dye. So, in 45 min, 85 ± 9% of the dye of the maximum possible amount is sorbed from the suspension of liposomes with a high LPS content on the roots. In a suspension of liposomes without LPS, this indicator is 53 ± 20%. It should be noted that the number of adsorbed liposomes with integrated LPS on the roots does not increase after 24 hours of incubation. Thus, delivery efficiency is increased when using LPS.
Пример 2. Целевая доставка индолил-3-уксусной кислоты к корням пшеницы.Example 2. Targeted delivery of indolyl-3-acetic acid to wheat roots.
Состав для доставки индолил-3-уксусной кислоты (ИУК) к корням растений получают следующим образом. В цитрат-фосфатный буфер (рН 6.0), содержащий ИУК в концентрации 1-100 мг/л, добавляют раствор ЛПС до конечной концентрации 150 мг/л. Затем в полученный раствор добавляют 10%-ный этанольный раствор яичного фосфатидилхолина до его конечной концентрации 1.4 г/л при перемешивании на магнитной мешалке при 500 об/мин. Полученную суспензию озвучивают на ультразвуковом дезинтеграторе 3 раза по 30 с на максимальной мощности. Недиспергированные фосфолипиды удаляют с помощью центрифугирования (центрифуга К-24, Германия) взвеси в течение 10 мин при 8000 об/мин.The composition for the delivery of indolyl-3-acetic acid (IAA) to the roots of plants is obtained as follows. An LPS solution is added to a citrate-phosphate buffer (pH 6.0) containing IAA at a concentration of 1-100 mg / L to a final concentration of 150 mg / L. Then, a 10% ethanol solution of egg phosphatidylcholine is added to the resulting solution to a final concentration of 1.4 g / l with stirring on a magnetic stirrer at 500 rpm. The resulting suspension is voiced on an ultrasonic disintegrator 3 times for 30 s at maximum power. Undispersed phospholipids are removed by centrifugation (K-24 centrifuge, Germany) for 10 minutes at 8000 rpm.
Составы вносят в пробирки с гидропонной комплексной средой в соотношении 1:10, на поверхность гидропонного раствора помещают наклюнувшиеся семена пшеницы Triticum aestivum L. сорта Саратовская 29 и выращивают в климатокамере (KTLK 1250, Германия) в течение 2-х недель с режимом: 16-часовой световой период, 25°С. Измеряют длину проростков. Результаты опытов представлены в табл.3.The compositions are introduced into test tubes with a hydroponic complex medium in a ratio of 1:10, sticky wheat seeds of Triticum aestivum L. cultivar Saratovskaya 29 are placed on the surface of the hydroponic solution and grown in a climate chamber (KTLK 1250, Germany) for 2 weeks with the regime: 16- hour light period, 25 ° C. The length of the seedlings is measured. The results of the experiments are presented in table.3.
Из данных, представленных в табл.3, видно, что наибольший рост растений наблюдается на гидропонной среде, при обработке липосомами с ЛПС и ИУК, что свидетельствует об эффективности этих микросистем.From the data presented in Table 3, it can be seen that the greatest growth of plants is observed on a hydroponic medium, when processing liposomes with LPS and IAA, which indicates the effectiveness of these microsystems.
Пример 3. Оценка эффективности доставки ИУК липосомами с ЛПС к колеоптилям пшеницыExample 3. Evaluation of the effectiveness of the delivery of IAA liposomes with LPS to coleoptiles of wheat
Готовят липосомы, обогащенные ЛПС и загруженные ИУК, как описано в примере 2.Prepare liposomes enriched with LPS and loaded IAA, as described in example 2.
Препарируют колеоптили пшеницы. Для этого наклюнувшиеся семена пшеницы раскладывают на нержавеющие решеточки в стаканы, которые ставят в термостат при 27°С для выращивания. Проростки при достижении длины колеоптилей 20-22 мм вынимают из термостата, срезают их у основания и измеряют. Отбирают колеоптили, равные по длине, из которых на расстоянии 4 мм от верхнего конца на станочке нарезают отрезки длиной 5 мм. Тупой стеклянной иглой из них удаляют первый настоящий лист. После препарирования отрезки помещают в стаканчики с исследуемыми растворами и суспензиями (табл.4). Стаканчики выдерживают в термостате при 27°С в течение 20 ч. После инкубации длину отрезков колеоптилей измеряют с точностью до 0.5 мм. По разности их длины в суспензиях судят о ростовом эффекте применяемых систем (табл.4).Wheat coleoptiles are prepared. To do this, the sticky wheat seeds are laid out on stainless steel lattices in glasses, which are placed in a thermostat at 27 ° C for cultivation. Seedlings when reaching the length of coleoptiles 20-22 mm are removed from the thermostat, cut them off at the base and measured. Coleoptiles of equal length are selected, of which lengths of 5 mm are cut into the machine at a distance of 4 mm from the upper end. A dull glass needle removes the first real sheet from them. After preparation, the segments are placed in cups with the studied solutions and suspensions (Table 4). The glasses are kept in a thermostat at 27 ° C for 20 hours. After incubation, the length of the coleoptile segments is measured with an accuracy of 0.5 mm. By the difference in their lengths in suspensions, the growth effect of the systems used is judged (Table 4).
Результаты, представленные в табл.4, свидетельствуют, во-первых, об отсутствии биологической активности у ЛПС: отмечен практически одинаковый прирост колеоптилей в воде и растворе ЛПС. Во-вторых, показано, что максимальный биологический эффект ИУК проявляет в концентрации 1 мг/л, что подтверждают и литературные данные (Паламарчук И.А., Веселова Т.Д. Учебное пособие по ботпнической гистохимии. - Москва: Изд-во Моск. ун-та, 1965. - 93 с.). Липосомы без ЛПС, загруженные ИУК, не проявляют биологической активности. С другой стороны, применение липосом, инкрустированных ЛПС и загруженных ИУК, приводит к тому же результату, что и использование растворов ИУК.The results presented in Table 4 indicate, firstly, the absence of biological activity in LPS: almost the same increase in coleoptiles in water and a solution of LPS was noted. Secondly, it has been shown that the maximum biological effect of IAA is at a concentration of 1 mg / l, which is also confirmed by literature data (Palamarchuk I.A., Veselova T.D. Tutorial on botanical histochemistry. - Moscow: Moscow. University, 1965. - 93 p.). Liposomes without LPS loaded with IAA do not exhibit biological activity. On the other hand, the use of liposomes, inlaid with LPS and loaded IAA, leads to the same result as the use of solutions of IAA.
Необходимо отметить, что количество вещества во внутреннем объеме липосом в суспензиях гораздо меньше, чем в соответствующих растворах ИУК. Т.е. для получения высокого биологического эффекта в случае применения систем доставки (липосом) необходимо использовать значительно меньшее количество биологически активного вещества.It should be noted that the amount of substance in the internal volume of liposomes in suspensions is much less than in the corresponding IAA solutions. Those. to obtain a high biological effect in the case of delivery systems (liposomes), it is necessary to use a significantly smaller amount of biologically active substances.
Пример 4. Доставка флуоресцеина натрия (ФН) липосомами к корням пшеницы.Example 4. Delivery of fluorescein sodium (FN) liposomes to the roots of wheat.
В качестве доставляемого химического вещества используют краситель - флуоресцеин натрия (ФН). Состав готовят на основе липосом, как описано в способе приготовления, проводя инжекцию спиртового раствора яичного фосфатидилхолина в 10-5 М водный раствор ФН. Затем смесь дезинтегрируют ультразвуком 3 раза по 30 с на максимальной мощности. Недиспергированные фосфолипиды удаляют с помощью центрифугирования (центрифуга К-24, Германия) взвеси в течение 10 мин при 8000 об/мин. Не включившийся в липосомы краситель удаляют 1 сут. диализом против воды.As a delivered chemical substance, a dye is used - sodium fluorescein (FN). The composition is prepared on the basis of liposomes, as described in the preparation method, by injecting an alcoholic solution of egg phosphatidylcholine into a 10 -5 M aqueous solution of FN. Then the mixture is disintegrated with ultrasound 3 times for 30 s at maximum power. Non-dispersed phospholipids are removed by centrifugation (K-24 centrifuge, Germany) for 10 minutes at 8000 rpm. The dye not included in the liposomes is removed for 1 day. dialysis against water.
От проростков пшеницы отделяют целые корни, помещают их бюксы с растворами и суспензиями (табл.5). Корни погружают в среды таким образом, чтобы места их срезов оставались над поверхностью, и выдерживают 1 ч. Чтобы определить степень сорбции ФН корнями, их размельчают, экстрагируют водой в течение 1 ч, центрифугируют 10 мин при 10000 об/мин. Отбирают 1 мл супернатанта, смешивают с 5 мл фосфатного буфера рН 8.25 и измеряют интенсивность флуоресценции при длине волны поглощения 491 нм, эмиссии 512 нм.Whole roots are separated from wheat seedlings, their boxes with solutions and suspensions are placed (Table 5). The roots are immersed in media so that the sections of their slices remain above the surface and incubated for 1 hour. To determine the degree of sorption of FN by roots, they are crushed, extracted with water for 1 hour, centrifuged for 10 minutes at 10,000 rpm. Select 1 ml of the supernatant, mix with 5 ml of a pH 8.25 phosphate buffer and measure the fluorescence intensity at an absorption wavelength of 491 nm, an emission of 512 nm.
Из табл.5 видно, что сорбция ФН на корнях пшеницы, после их инкубации с эмульсией липосом примерно в 500 раз выше, чем при инкубации в растворе красителя. Поскольку ранее установлено (примеры 1, 3), что липосомы практически не сорбируются на корнях пшеницы, мы связываем этот результат со встраиванием ФН в липидную мембрану липосом и участием химического вещества в специфическом процессе сорбции на корнях. Подобный результат можно ожидать в случае применения в качестве активного химиката в системах доставки соединения со структурным подобием ФН.From table 5 it is seen that the sorption of FN on wheat roots, after their incubation with emulsion of liposomes, is approximately 500 times higher than during incubation in a dye solution. Since it was previously established (examples 1, 3) that liposomes are practically not adsorbed on the roots of wheat, we associate this result with the incorporation of FN into the lipid membrane of liposomes and the participation of a chemical in a specific process of sorption on the roots. A similar result can be expected if a compound with a structural similarity to FN is used as an active chemical in delivery systems.
Пример 5. Целевая доставка ФН наночастицами диоксида кремния, обогащенными растительными полисахаридами к корням пшеницыExample 5. Targeted delivery of fn nanoparticles of silicon dioxide enriched in plant polysaccharides to the roots of wheat
Состав для направленного транспорта ФН к корням пшеницы на основе наночастиц диоксида кремния готовят следующим образом.The composition for the directed transport of FN to wheat roots based on silicon dioxide nanoparticles is prepared as follows.
Выделяют растительные полисахариды из биомассы корней пшеницы. Навеску корней пшеницы (10 г) перетирают в ступке. Измельченную биомассу переносят в стакан и для фиксации материала заливают 5-кратным объемом 96% горячего этанола на 5 мин, после чего фиксирующий раствор сливают. Затем к растительной биомассе приливают 80%-ный раствор этанола и выдерживают 20 мин на кипящей водяной бане, периодически помешивая содержимое стеклянной палочкой. Экстракт сливают через фильтр в сухой стакан, процедуру экстракции повторяют еще два раза. Все экстракты объединяют и концентрируют упариванием на водяной бане при температуре 40-50°С до объема 20 мл.Plant polysaccharides are isolated from wheat root biomass. A portion of the roots of wheat (10 g) is ground in a mortar. The crushed biomass is transferred to a beaker and, to fix the material, it is poured with a 5-fold volume of 96% hot ethanol for 5 min, after which the fixing solution is drained. Then, an 80% ethanol solution is added to the plant biomass and incubated for 20 minutes in a boiling water bath, periodically stirring the contents with a glass rod. The extract is poured through a filter into a dry glass, the extraction procedure is repeated two more times. All extracts are combined and concentrated by evaporation in a water bath at a temperature of 40-50 ° C to a volume of 20 ml.
Для разделения полисахаридов используют метод гель-фильтрации на хроматографической колоне (2×50 см), заполненной носителем Sephadex G-75 ("Pharmacia", Швеция), в качестве элюента - пиридин-ацетатный буфер (0,025 М, рН 4,1). Получают полисахариды высокой молекулярной массы (ВПС) и низкой молекулярной массы (НПС).To separate polysaccharides, gel filtration was used on a chromatographic column (2 × 50 cm) filled with Sephadex G-75 carrier (Pharmacia, Sweden), and pyridine acetate buffer (0.025 M, pH 4.1) was used as an eluent. Get polysaccharides of high molecular weight (IPN) and low molecular weight (NPS).
Получают гидрозоль наночастиц диоксида кремния, как описано в способе приготовления состава. Его разбавляют 10-5 М раствором ФН до конечной концентрации частиц 10-2, 10-3, 10-4 г/л и растворами ВПС и НПС до их конечной концентрации 10-1, 10-2, 10-3 г/л при перемешивании на магнитной мешалке в течение 1 ч. Полученные составы используют в опытах.A hydrosol of silica nanoparticles is obtained as described in the method for preparing the composition. It is diluted with a 10 -5 M solution of FN to a final concentration of particles of 10 -2 , 10 -3 , 10 -4 g / l and solutions of IPN and NPS to their final concentration of 10 -1 , 10 -2 , 10 -3 g / l at stirring on a magnetic stirrer for 1 h. The resulting compositions are used in experiments.
Корни, отделенные от проростков пшеницы, инкубируют в средах (табл.6), оценивают степень сорбции ФН корнями, как описано в примере 4. Результаты экспериментов представлены в табл.6.Roots separated from wheat seedlings are incubated in media (Table 6), and the degree of sorption of FN by roots is evaluated, as described in Example 4. The experimental results are presented in Table 6.
Из данных табл.6 видно, что степень сорбции ФН на корнях пшеницы зависит как от концентрации полисахаридов, так и от концентрации наночастиц в гидрозоле. Наибольшая степень сорбции наблюдалется для наночастиц, инкрустированных ВПС и НПС в концентрации 10-1 г/л, при их содержании в гидрозоле 10-4 г/л. По сравнению с частицами без полисахаридного покрытия она возрастает в 19.5 раза для ВПС ив 11.3 для НПС. Отмечено, что степень сорбции наночастиц увеличивается с ростом концентрации полисахаридов. Уменьшение степени сорбции частиц при их концентрации в гидрозолях больше 10-4 г/л, видимо, связано с процессом агрегации наночастиц.From the data of Table 6 it can be seen that the degree of sorption of FN on wheat roots depends both on the concentration of polysaccharides and on the concentration of nanoparticles in the hydrosol. The highest degree of sorption is observed for nanoparticles inlaid with IPN and NPS at a concentration of 10 -1 g / l, with their content in a hydrosol of 10 -4 g / l. Compared with particles without a polysaccharide coating, it increases by 19.5 times for IPN and 11.3 for NPS. It was noted that the degree of sorption of nanoparticles increases with increasing concentration of polysaccharides. The decrease in the degree of sorption of particles when their concentration in hydrosols is more than 10 -4 g / l is apparently associated with the process of aggregation of nanoparticles.
Показано, что наночастицы без полисахаридного покрытия также способны сорбироваться корнями пшеницы, но менее эффективно. По сравнению с контролем степень адсорбции ФН в гидрозолях таких частиц увеличивается только в 2.1-2.8 раза. Что касается растворов полисахаридов (без наночастиц), степень адсорбции из них красителя не отличается значимо от контроля. Т.е. в доставке химического вещества к корням растений основную роль играют наночастицы диоксида кремния.It was shown that nanoparticles without a polysaccharide coating are also able to be sorbed by wheat roots, but less efficiently. Compared with the control, the degree of adsorption of FN in the hydrosols of such particles increases only 2.1–2.8 times. As for solutions of polysaccharides (without nanoparticles), the degree of adsorption of dye from them does not differ significantly from the control. Those. in the delivery of a chemical substance to the roots of plants, the main role is played by silicon dioxide nanoparticles.
Интенсивность флуоресценции экстрактов корней после их инкубации в гидрозолях наночастиц диоксида кремния и растворах различного составаTable 6.
The fluorescence intensity of root extracts after their incubation in the hydrosols of silicon dioxide nanoparticles and solutions of various compositions
Таким образом, наиболее эффективная сорбция обнаружена для наночастиц, инкрустированных ВПС в концентрации 10-2 г/л. Это еще раз подтверждает, что специфические детерминанты на поверхности матрицы способствуют целевой доставки микрочастиц к корням растений, в данном случае пшеницы.Thus, the most effective sorption was found for nanoparticles inlaid with IPN at a concentration of 10 -2 g / L. This once again confirms that specific determinants on the surface of the matrix contribute to the targeted delivery of microparticles to the roots of plants, in this case wheat.
Пример 6. Определение размеров микрочастицExample 6. Sizing of microparticles
Оценка размера липосом выполнена по спектру мутности суспензий (Безрукова А.Г., О.А. Розенберг // Бюл. эксп. биол. мед. - 1981. - №4. - С.506-507.). В интервале длин волн суспензий 370-500 нм определяют значения их оптической плотности. Строят линейную зависимость IgD от lgλ, находят волновой экспонент n как тангенс угла наклона прямой. Волновой экспонент зависит от диаметра частиц n(d). По табулированным значениям (Безрукова, Розенберг, 1981) находят среднее значение диаметра частиц. Диаметр используемых липосом составляет 0,1-0,18 мкм.The liposome size was estimated by the spectrum of the turbidity of the suspensions (Bezrukova A.G., O.A. Rosenberg // Bull. Exp. Biol. Honey. - 1981. - No. 4. - S.506-507.). In the wavelength range of suspensions of 370-500 nm, their optical density values are determined. A linear dependence of IgD on logλ is built, the wave exponent n is found as the tangent of the slope of the line. The wave exponent depends on the particle diameter n (d). According to the tabulated values (Bezrukova, Rosenberg, 1981), the average value of the particle diameter is found. The diameter of the used liposomes is 0.1-0.18 microns.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007145119/15A RU2347366C2 (en) | 2007-12-06 | 2007-12-06 | Composition for trasporting active substances to wheat roots |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007145119/15A RU2347366C2 (en) | 2007-12-06 | 2007-12-06 | Composition for trasporting active substances to wheat roots |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007145119A RU2007145119A (en) | 2008-08-27 |
RU2347366C2 true RU2347366C2 (en) | 2009-02-27 |
Family
ID=40529992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007145119/15A RU2347366C2 (en) | 2007-12-06 | 2007-12-06 | Composition for trasporting active substances to wheat roots |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2347366C2 (en) |
-
2007
- 2007-12-06 RU RU2007145119/15A patent/RU2347366C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007145119A (en) | 2008-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100321665B1 (en) | Chitin beads, chitosan beads, processes for producing these beads, carriers made of these beads and processes for producing microsprodidian spores | |
Mushore et al. | Antibacterial properties of Mangifera indica on Staphylococcus aureus | |
Chourasiya et al. | Impact of mesoporous nano-silica (SiO2) on seed germination and seedling growth of wheat, pea and mustard seed | |
FR2615203A1 (en) | INOCULUM IN WHICH THE MICROORGANISMS ARE PACKED IN THE FORM OF BIODEGRADABLE PELLETS, ITS PREPARATION PROCESS AND ITS APPLICATIONS | |
Lotfalinezhad et al. | Preparation and assessment of alginate-microencapsulated Trichoderma harzianum for controlling Sclerotinia sclerotiorum and Rhizoctonia solani on tomato | |
Fatiha et al. | Silver nanoparticles synthesis from dragon fruit (Hylocereus polyrhizus) peel extract and its potential as antiseptic mouthwash | |
Perfileva et al. | Biological activity and environmental safety of selenium nanoparticles encapsulated in starch macromolecules | |
RU2370957C1 (en) | Preparation "bios" - stimulator of plants growing and developing | |
RU2347366C2 (en) | Composition for trasporting active substances to wheat roots | |
CN102532013A (en) | Water extraction method of ricinine, application of extract and toxicity evaluation method of ricinine | |
Wang et al. | Synthesis and characterization of a novel stimuli-responsive zein nano delivery system for the controlled release of emamectin benzoate | |
Ahmadov et al. | Synthesis of nanoparticles in biological systems and their physical chemical characteristics-green synthesis. | |
Mazón-Suástegui et al. | Effect of homeopathic medicines on the germination and initial growth of Salicornia bigelovii (Torr.) | |
Mutmainnah et al. | Growth Rate and Chemical Composition of Secondary Metabolite Extracellular Polysaccharide (EPS) Microalga Porphyridium cruentum | |
Semuel et al. | Pharmacological bioactivity honey bee venom Apis nigrocincta smith and Apis dorsata Binghami endemic to North Sulawesi | |
RU2558196C1 (en) | Method of pre-sowing treatment of white cabbage seeds | |
Tchimbi et al. | Impact of Pretreatment on the Germinative Characters of Seeds of Stereospermum kunthianum Cham.(Bignonaceae) for Its Domestication in Chad | |
Ahmadi et al. | Controlled release of trifluralin herbicide using luminescent Vibrio-derived polyhydroxyalkanoate (PHA) microcapsules | |
CN109924200A (en) | A kind of water silk floss slow-release inhibitor of the extract containing cinnamomum camphora and preparation method thereof | |
RU2776012C1 (en) | Method for increasing the viability and fertility of the drosophila fruit fly (drosophila melanogaster) | |
RU2412991C2 (en) | Nutritional two-phase medium for cultivation of microorganisms | |
Arya et al. | Differential sensitivities to gamma radiation of Phylloxera gall and normal grape stem cells in tissue culture | |
WO2020115646A2 (en) | Stimulation of the immune defences of a plant through the use of a biomass of micro-organisms selected from microalgae and cyanobacteria. | |
RU2285434C2 (en) | Method for production of bioactive preparation for animal based on callisia fragruns | |
Singh et al. | Allelopathic effect of organic extract of green algal weed Pithophora oedogonia (Mont.) Wittrock on growth promotion of Nostoc sp. towards agricultural sustainability in rice field. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121207 |