Введение к работе
Актуальность исследования. Электромагнитные поля (ЭМП) представляют собой важный экологический фактор, воздействующий на живые организмы в течение всей их эволюции, с момента появления до настоящего времени (Холодов, 1970). Вмешательство человека в электромагнитную среду обитания привело к ее значительным изменениям (Григорьев, 2002). В связи с приспособленностью организмов к определенному уровню геомагнитного поля (ГМП), его изменения способны оказывать на них дестабилизирующее воздействие. Искусственные ЭМП значительно отличаются от уровней ГМП при нормальном и повышенном геомагнитном фоне, поэтому их воздействие на биообъекты может быть еще более значительным. Эти излучения широко распространены и могут рассматриваться как своеобразное «загрязнение» современной среды обитания. Исследование биологической роли искусственных магнитных полей (МП), как повышенных, так и слабых, сопоставимых с ГМП и его природными возмущениями, относится к важным задачам экологии.
Наряду с промышленным использованием, искусственные ЭМП успешно применяются в медицине (Беркутов и др., 2001). Однако применение ЭМП значительно опережает изучение непосредственных и отдаленных последствий их действия на живые организмы, включая человека. В многочисленных экспериментах отмечается влияние ЭМП на различные признаки и стороны жизнедеятельности биообъектов (Холодов, 1970). Большинство проведенных исследований не являются целостными, поскольку посвящены влиянию МП с определенными параметрами на отдельные признаки различных биообъектов. Однако полной картины не складывается не только в отдельных исследованиях, но и в их сумме, что по-прежнему не позволяет заложить теоретический фундамент магнитобиологии как науки, изучающей биологические эффекты МП. Сложность построения теории также обусловлена плохой воспроизводимостью результатов и их противоречивостью (Бинги, Савин, 2003).
Особое внимание заслуживает изучение цитогенетических эффектов ЭМП, в частности, их действие на митоз как на один из важнейших и фундаментальных процессов, происходящих в живых организмах различного систематического положения. Митотическое деление клеток является основой их пролиферации. Пролиферативные процессы в тканях растений в значительной степени определяют морфологические признаки растений и их физиологические характеристики, проявляющиеся в темпах развития и урожайности.
В отдельных работах отмечается стимулирующее и ингибирующее действие ЭМП с различными параметрами на митотическую активность (МА) растительных клеток. При действии постоянного МП с напряженностью 12 кэ на МА апикальных меристем корней бобов обнаружено ее понижение примерно в 2 раза (Стрекова, 1967). Установлено повышение МА в корнях ряда растений в неоднородном (60 э) и однородном (20 э) полях низкой напряженности (Стрекова. 1973). Отмечена стимуляция МА меристем лука при ослаблении ГМП в 1 млн. раз (Шрагер, 1975).
Такое же разнообразие результатов отмечается и в исследованиях действия магнитных полей на рост и развитие растений (Холодов, 1970; Новицкий и др., 2001). Важность выявления условий для достижения магнитобиологических эффектов определенной направленности приводит к необходимости проведения более целостных исследований влияния МП на пролиферацию клеток, рост и развитие растений.
Цель и задачи исследования. Цель данной работы состоит в исследовании характера и закономерностей действия низкочастотного переменного МП на МА меристем цветковых растений. При этом решались следующие задачи.
1. Определение характера изменений МА апикальных корневых и стеблевых меристем под действием МП у растений, принадлежащих к разным таксонам и имеющих внутривидовые генетические различия.
2. Определение условий и закономерностей проявления стимулирующего действия МП на МА меристем.
3. Исследование влияния МП на некоторые количественные параметры вегетативных и генеративных органов растений.
Научная новизна. Впервые получены результаты, подтверждающие универсальность стимулирующего действия переменного МП с определенными параметрами на митотическую активность апикальных меристем однодольных и двудольных растений, принадлежащих к различным видам, сортам и линиям. Установлена возможность существенного варьирования значений стимулирующего эффекта под влиянием различных модифицирующих факторов. Показано существование минимального порогового времени воздействия, приводящего к проявлению стимулирующего эффекта, а также эффективность применения частот из определенного интервала. Выявлено допустимое время хранения сухих семян с момента воздействия МП до проращивания и установлено угасание стимулирующего эффекта при более длительном их хранении.
Научно-практическая значимость. Полученные результаты необходимы для установления механизма и возможных последствий стимулирующего влияния МП на растения, обоснования допустимых норм при работе с источниками МП и уточнения условий использования биологических тест-объектов. Практическая значимость полученных данных состоит в возможности их применения в различных клеточных технологиях, требующих повышения количества делящихся клеток, а также в сельском хозяйстве для стимуляции роста и развития растений. Одна из технологий защищена патентом на изобретение № 2332841 «Способ стимуляции митотической активности клеток растений». Результаты работы могут использоваться в учебных курсах по дисциплинам «Цитология», «Клеточные технологии» и «Цитогенетика».
Исследования выполнялись в рамках следующих программ:
1) ВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы на 2006-2008 годы» по теме: «Развитие Ботанического сада Саратовского университета как центра образовательной, научно-исследовательской и инновационной деятельности», 2007 г.;
2) ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы», НИР по лоту «Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем», критической технологии «Биокаталитические, биосинтетические и биосенсорные технологии» по теме «Разработка технологий управления митотической активностью клеток растений воздействием электромагнитных полей с использованием биосенсорных систем», 2007 г.;
3) ВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2010 годы» по теме «Развитие Ботанического сада Саратовского университета имени Н.Г.Чернышевского как центра биотехнологий растений», 2009 г.;
4) «Выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по приоритетным направлениям развития науки и техники с участием победителей программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК»)» по теме «Разработка технологии управления количественными и качественными признаками растений на основе изменений пролиферативных процессов при воздействии низкочастотных магнитных полей», 2009 г.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийских конференциях «Вавиловские чтения – 2004» и «Вавиловские чтения – 2005» (Саратов, 2004, 2005 гг.); X Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ» (Новосибирск, 2005 г.); Итоговой конференции по результатам выполнения мероприятий за 2007 год в рамках приоритетного направления «Живые системы» ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (Москва, 2007 г.); Третьем Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2007 г.); Ежегодной Всероссийской научной школе-семинаре «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине» (Саратов, 2008 г.); VII Международной специализированной выставке «Мир биотехнологии 2009» (Москва, 2009 г.); научных конференциях Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского (Саратов, 2005, 2006 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, одна из которых – в ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендуемом перечнем ВАК РФ.
Декларация личного участия. Автором выполнена вся экспериментальная часть работы, проведены статистическая обработка и анализ полученных результатов, а также литературный и патентный поиск. Текстовый и иллюстративный материал для патента, публикаций и диссертации подготовлены автором самостоятельно. В совместных публикациях доля участия автора составила 50-90 %.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, библиографического списка использованной литературы и приложений. Объем работы составляет 112 страниц, содержит 3 таблицы и 24 рисунка. Список литературы включает 155 отечественных и иностранных источников.
