WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Беляченко Юлия Александровна

ПРОЛИФЕРАЦИЯ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НИЗКОЧАСТОТНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

03.00.05 – ботаника

03.00.16 – экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Саратов – 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского» на кафедрах генетики и физики твердого тела

Научные руководители:

доктор биологических наук, профессор

Тырнов Валерий Степанович

доктор физико-математических наук,

профессор Усанов Дмитрий Александрович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор

Степанов Сергей Александрович

доктор биологических наук, старший научный сотрудник Чумаков Михаил Иосифович

Ведущая организация:

Федеральное государственное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Защита состоится « 3 » июля 2009 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.13 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, учебный корпус № 5, аудитория 61, E-mail: biosovet@sgu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке имени В.А. Артисевич ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского».

Автореферат разослан « 27 » мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета С.А. Невский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Переменное МП с частотами из интервала 1-12 Гц и индукцией 25 мТл оказывает стимулирующее действие на МА корневых и стеблевых апикальных меристем растений, принадлежащих к разным классам, порядкам, семействам, родам, видам, сортам и линиям и имеющим внутривидовые различия на уровне ядра и цитоплазмы.

2. Величина стимулирующего эффекта может быть различной (иногда свыше 50 %) в зависимости от генетических различий, параметров МП и условий воздействия.

3. Стимуляция МА наблюдается при воздействии МП на покоящиеся, прорастающие семена и проростки. Стимулирующий эффект проявляется и на уровне некоторых количественных признаков вегетативной и генеративной сферы у опытных растений.

4. Для проявления стимулирующего эффекта необходимы определенные интервал частот и продолжительность воздействия, а также своевременное проращивание семян после экспозиции.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсуждается актуальность исследования, современное состояние изучаемой проблемы, формулируются цель и задачи, основные положения работы, выносимые на защиту.

Глава 1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ПРОБЛЕМА ПРОЛИФЕРАЦИИ У РАСТЕНИЙ

(аналитический обзор литературы)

Первый раздел главы посвящен анализу и обобщению результатов исследования биологических эффектов МП и отражает их разнообразие. В ходе анализа литературных источников освещаются проблемы магнитобиологии на современном этапе развития и излагаются основные гипотезы относительно механизма биологического действия МП. Также рассматриваются результаты исследования влияния МП установки, которая используется в нашей работе, на различные свойства химических и биологических систем (физические характеристики воды и сухих зерновок сорго, скорость седиментации гидрозоля, активность фермента лактатдегидрогеназы, свойства бактериальных клеток, частоту сердцебиений, выживаемость и плодовитость пресноводного рачка дафнии).

Во втором разделе главы освещается современное состояние знаний о митотическом делении клеток, его особенностях у растений и организации апикальных корневых и стеблевых меристем. Рассматривается вопросы регуляции митоза, особенности его стадий, а также понятия МА и относительной продолжительности стадий митоза. Дается общее представление о меристемах, анализируется строение растущей части корня и верхушки побега, проводится сравнение их строения.

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальная часть работы проводилась в 2004-2009 гг. на базе кафедр генетики и физики твердого тела Саратовского государственного университета. Эксперимент по выявлению влияния МП на количественные признаки растений огурца, семена которых подвергались предпосевному воздействию, проводился в ОАО «Волга» (г. Балаково).

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»