БИОЛОгические науки/9. Биохимия и биофизика

Хасая Д.А.

Медицинский институт Тульского государственного университета, Россия

Воздействие вращающихся многовекторных магнитных полей на процессы прорастания и вегетации растений.

Растения, как объекты исследования, широко используются во многих экспериментах для изучения биологических эффектов различных физических факторов. Наиболее широкое распространение получили экспериментальные воздействия на растительные организмы ионизирующей радиации и невесомости. Однако научные работы, посвященные изучению влияния электромагнитных полей (ЭМП) на растения носили эпизодический характер, а полученные результаты крайне противоречивы. Остаются неясными вопросы относительно влияния ЭМП на эмбриогенез и постнатальное развитие растений. Вместе с тем, именно во время этих процессов происходит переход от стадий развития, представленных начальными этапами пролиферации и дифференцировки клеток, к многоклеточным динамичным структурам.

Целью настоящего исследования явилось изучение влияния ЭМП с различными физическими параметрами на процессы прорастания и постэмбрионального развития растений. В соответствии с поставленной целью в ходе эксперимента решались следующие задачи: изучить скорость прорастания семян под воздействием ЭМП; выявить особенности протекания вегетативного периода; дать сравнительную характеристику полученных биотропных эффектов в зависимости от физических параметров ЭМП. Все эксперименты проводились на двух экспериментальных аппаратах. Аппарат первого типа (АИБМП) создает импульсное бегущее магнитное поле (ИБМП), которое формируется вокруг биологического объекта. Аппарат второго типа (АВМП) создает вращающееся в трехмерном пространстве магнитное поле (ВМП). Экспериментальная работа выполнена на семенах свеклы. Исследования проводились на 7 группах семян, из которых одна группа являлась контрольной и шесть групп опытными. Для исследования в каждой группе было использовано по 15 семян. Соответственно, общее количество семян в эксперименте составило 105.

Каждая группа, за исключением контрольной, подвергалась воздействию ЭМП строго заданного режима. В ходе исследования по группам растений были выбраны следующие физические параметры ЭМП: 1 группа – ИБМП по программе ust22.bas с длительностью импульса tимп=0,1с.; 2 группа – ИБМП по программе ust22.bas с длительностью импульса tимп=0,2с; 3группа – ИБМП по программе ust21.bas с длительностью импульса tимп=0,1с.; 4 группа – ВМП, с частотой вращающегося в горизонтальной плоскости магнитного поля fвращ = 6Гц, амплитуда которого 4 мТл и переменным МП, изменяющимся по оси, перпендикулярной названной плоскости с частотой fверт=8 Гц, амплитуда которого 4 мТл; 5 группа – ВМП, с частотой вращающегося в горизонтальной плоскости магнитного поля fвращ=50 Гц, амплитуда которого 3,5 мТл, без составляющей МП, изменяющейся вдоль оси, перпендикулярной названной плоскости; 6 группа – переменное МП, изменяющееся вдоль одной вертикальной оси с частотой fверт=8 Гц и амплитудой 4 мТл. Начало эксперимента, то есть первое воздействие ЭМП на семена, соответствовало моменту намачивания семян. В дальнейшем, экспериментальные группы подвергались воздействию ЭМП три раза в неделю. Продолжительность экспозиции составило 30 минут. Ежедневно проводилось сравнение экспериментальных образцов с контрольными семенами.

Прорастание контрольных семян зафиксировано на третий день от начала эксперимента. Из 15 контрольных на третьи сутки взошло 5 семян. На седьмой день эксперимента в контрольной группе зафиксировано прорастание 5 семян. Нарушений стадий роста и развития растений в контрольной группе не выявлено. Скорость роста и анатомия первичных органов растений не изменена. Автотропизм роста первичных корней и стеблей в контрольной группе не сопровождался какими-либо отклонениями, в связи с чем, была четко выражена полярность расположения органов растений относительно друг друга.

В опытных образцах семян были выявлены особенности прорастания и вегетативного развития растений в зависимости от физических параметров воздействующего МП. В первой экспериментальной группе с третьих по пятые сутки эксперимента зарегистрировано прорастание трех семян из 15. стебли и корешки короткие, тонкие, нарушения автотропизма роста стеблей и корней не зафиксировано. Остальные 12 семян в течение недели всходов не дали. Спустя 3 недели от начала эксперимента проросли 9 семян из 15. во второй экспериментальной группе на третий день было зафиксировано появление двух коротких тонких проростка. Начальная стадия прорастания сопровождалась нарушением автотропизма, которое характеризовалось отрицательным геотропизмом корешков у проросших растений. На третью неделю эксперимента проросших семян стало 5. в третьей экспериментальной группе всходов в течение недели и более отдаленные сроки не получено. Четвертая экспериментальная группа характеризовалась прорастанием на третьи сутки пяти семян. Процесс прорастания характеризовался получением длинных толстых проростков, на пятые сутки зарегистрировано появление всходов у 6 семян, сопровождающееся выраженным проявлением отрицательного геотропизма в процессе прорастания корешков. Через 3 недели после начала эксперимента проросшими оставались 6 семян. В пятой группе с третьих по пятые сутки, то есть непосредственно после первого воздействия ЭМП зафиксировано появление аномально высоких проростков у пяти семян, далее, к седьмому дню эксперимента, были получены аномальные проростки у всех 7 проросших семян этой серии. В шестой группе с третьих по пятые сутки зафиксировано прорастание 6 семян из 15. так же, как и в пятом образце были получены аномальные проростки у всех проросших семян этой серии к седьмому дню эксперимента.

Результаты проведенного эксперимента свидетельствуют о том, что ЭМП является фактором, влияющим на процессы эмбриогенеза и вегетативного развития растений, что в свою очередь, определяется физическими параметрами ЭМП. Установлено, что в результате воздействия ЭМП с параметрами ust21.bas, tимп = 0,1 с формируются необратимые изменения на стадии эмбриогенеза, что ведет к полному прорастанию семян. Результаты, полученные в первой экспериментальной группе также свидетельствуют о формировании патологических изменений как в период эмбрионального развития, так и на стадии вегетации. Формирование патологических эффектов подтверждается снижением интенсивности и скорости прорастания семян, а также морфологическими изменениями появившихся проростков. Представляют несомненный интерес результаты, полученные в четвертой экспериментальной группе, в которой наблюдался отрицательный геотропизм в процессе прорастания корешков, что свидетельствует о модифицирующем влиянии ЭМП со следующими параметрами: fвращ=6Гц, fверт=8Гц, амплитуда магнитной индукции 4 мТл. Исходя из скорости прорастания и морфологических особенностей появившихся проростков следует предположить, что ЭМП с вращающимся компонентом является также фактором, способствующим прорастанию семян и более интенсивному развитию проростков в период вегетации. Результаты, полученные в 5 и 6 группах, подтверждают выявленную зависимость, одновременно свидетельствуют о том, что наличие вертикальной составляющей является фактором, изменяющим чувствительность растения к геомагнитным стимулам, так как в этих группах не было выявлено аномального роста корешков.

Таким образом, физические характеристики ЭМП являются экзогенными факторами, модифицирующими процессы эмбрионального и вегетативного периода развития растений, проявляющиеся как угнетением, так и стимуляцией развития растения, которое при наличии вертикальной составляющей ЭМП сопровождается потерей чувствительности первичных корешков, и соответственно, развивающегося как целостного организма к действию геотропических стимулов.