АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ АНТИОКСИДАНТА РАЗЛИЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ НА КОРЕШКИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ ДО И ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

BIOLOGICAL SCIENCES

АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ АНТИОКСИДАНТА РАЗЛИЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ НА КОРЕШКИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ ДО И ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ВОЛН

Бабаев М.Ш.

доктор биологических наук, профессор профессор кафедры генетики и эволюционного учения Бакинского Государственного Университета

Давудов Б.Б.

кандидат физико-математических наук, доцент доцент кафедры физической электроники Бакинского Государственного Университета

Мамедова Р.Ф.

доктор философии по биологии, ст. преподаватель ст. преподаватель кафедры генетики и эволюционного учения Бакинского Государственного Университета

ANTIMUTAGENIC ACTIVITY OF AN ANTIOXIDANT OF VARIOUS CONCENTRATIONS ON THE ROOTS OF WHEAT SEEDS BEFORE AND AFTER EXPOSURE TO ELECTROMAGNETIC WAVES

Babaev M.,

doctor of Biological Sciences, Professor professor of the Department of Genetics and Evolutionary Doctrine

Baku State University Davudov B.,

PhD in Physics and Mathematics, Associate Professor associate Professor of the Department of Physical Electronics

Baku State University Mamedova R.

doctor of Philosophy in Biology, Art. teacher art. Lecturer at the Department of Genetics and Evolutionary Doctrine

Baku State University

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена исследованию антимутагенной активности антиоксиданта различной концентрации на корешки семян пшеницы до и после воздействия электромагнитных волн (ЭМВ). Объектом исследования явились сухие семена мягкой пшеницы сорта «Апшерон» (Triticum aestivum L), а в качестве антиоксиданта — 0,1 и 1,0% растворы хромовой соли 2,6-дихлорэтил-1-фенолпропионовой кислоты. В ходе исследования были применены дозы электромагнитных волн частотой 50 и 100 МГц. При этом были использованы временные отрезки для воздействия ЭМВ на объекты исследования 5, 10 и 15 минут. Результаты исследования приведены в 4-х таблицах.

ABSTRACT

The article is devoted to the study of the anti-mutagenic activity of an antioxidant of various concentrations on the roots of wheat seeds before and after exposure to electromagnetic waves (EMW). The object of the study was dry seeds of soft wheat variety "Apsheron" (Triticum aestivum L), and as an antioxidant - 0.1 and 1.0% solutions of chromium salt of 2,6-dichloroethyl-1-phenolpropionic acid. During the study, doses of 50 and 100 MHz electromagnetic waves were applied. In this case, the time intervals for the impact of EME on the objects of research were used 5, 10 and 15 minutes. The research results are shown in 4 tables.

Ключевые слова: антиоксидант, мутагенез, электромагнитные волны, частота, пшеница.

Keywords: antioxidant, mutagenesis, electromagnetic waves, frequency, wheat.

Введение

Данные, полученные экспериментальным путем многочисленными исследователями, свидетельствуют о специфическом влиянии электромагнитных волн на биологические объекты. Применение магнитных волн в биологических экспериментах свидетельствует о существенном и разностороннем влиянии их на метаболизм различных организмов (6, с. 767-768).

Сферы применения современной генетики очень разнообразны. Одной из таких областей считается антимутагенез, который широко изучается у растений, животных, микроорганизмов и людей. Антимутагенез — область, используемая для предотвращения хромосомных изменений и считается сегодня самой перспективной областью исследований (1, с. 98). Для этого очень важно использо-

вать как природные, так и синтетические антиокси-данты (АО). В области синтеза антиоксидантов химики проделали большую работу, а генетики продолжают изучение их антимутагенных эффектов. Также генетики пытаются получить от природы высокие антимутагенные антиоксиданты. Для этого используют корни, плоды, ягоды, листья и т. д. различных растений. Нет сомнений в том, что водорастворимые антиоксиданты обладают более высоким антимутагенным действием. Этот факт отражен в работах многих генетиков-исследователей (У.К. Алекберов, 1984, М.Ш. Бабаев, 1991).

Считается, что антимутагенный эффект анти-оксидантов проявляется при соблюдении ряда условий: 1) растворимость антиоксиданта в воде или органических растворителях: 2) концентрация антиоксиданта, использованная в исследовании (в процентах): 3) использование антиоксиданта до или после воздействия мутагенного вещества 4) имеет ли антиоксидант естественное или искусственное происхождение: 5) новый или старый ан-тиоксидант: 6) доза самого антиоксидантного мутагенного вещества; 7) природа биологического объекта, на который действует антиоксидант и т.д.

Учитывая все вышесказанное, в нашем исследовании мы стремились изучить антимутагенный эффект вновь синтезированного антиоксиданта в корешках семян пшеницы до и после воздействия ЭМВ.

Цель и задача исследования

Целю проводимого нами исследования было экспериментальное определение закономерностей воздействия электромагнитных волн частоты 50 и 100 МГц на частоты хромосомных аберраций в зависимости от экспозиции ЭМВ и концентрации ан-тиоксиданта.

Материалы и методы

В качестве объекта исследования использовали сухие семена мягкой пшеницы сорта «Апше-рон» (ТгШсыт ааНуит Ь), в качестве антиоксиданта - 0,1 и 1,0% растворы хромовой соли 2,6-ди-хлорэтил-1 -фенолпропионовой кислоты,

синтезированной в Бакинском государственном университете. Сухие семена пшеницы подвергались дозам 50 и 100 МГц воздействию электромаг-

нитными волнами (ЭМВ). Продолжительность воздействия ЭМВ на объекты для каждой дозы составляла 5, 10 и 15 минут. Исследование проводилось в двух вариантах: в первом варианте семена сначала были подвергнуты воздействию ЭМВ, а затем обрабатывали антиоксидантами, а во втором варианте семена сначала обрабатывали антиоксидантами, а затем подвергались воздействию ЭМВ. Далее семена укладывали в чашки Петри и помещали в термостат для прорастания при температуре 24-25°С. После фиксировали при достижении длины главных корешков семян до 0,8-1,0 см. Частоту хромосомных изменений рассчитывали путем регистрации нормальных и измененных анафаз для каждого препарата. В исследовании использовали генератор сигналов произвольной формы AWG410 с частотным диапазоном от 10 кГц до 200 МГц производства ведущей американской компании Tektronix. Полученные результаты представлены в таблицах.

Результаты исследования и их обсуждение

Для определения антимутагенного действия антиоксиданта необходимо воздействовать на биологические объекты, в данном случае на семена пшеницы, в целом до и после воздействия физических и химических мутагенов (4, с. 53-60). Нет сомнений в том, что следует учитывать различное процентное содержание растворов антиоксидантов, используемых в этом процессе или, скорее, выбранных для исследования. Помня об этом, в нашем исследовании мы использовали раствор антиокси-данта как с высокой (1,0%), так и с низкой (0,1%) концентрацией.

Как уже отмечалось, мы определили нормальные и измененные анафазы в первом митозе проростков семян пшеницы до и после воздействия ЭМВ, работая с антиоксидантами и готовя временные давленные препараты, которые были раздавлены из их главных корешков. Таким образом, антимутагенным действием антиоксиданта мы определили анафазный метод. Таблицы 1 -4 составлены на основании результатов, полученных в ходе исследования. Частота хромосомных изменений, зарегистрированных в корешках семян пшеницы, обработанных антиоксидантами, до воздействия ЭМВ, отражена в таблице 1.

Таблица 1.

Влияние антиоксидантной обработки на частоту хромосомных изменений в корешках семян пшеницы,

Варианты опытов Изучено Измененные анафазы Достоверность разницы - td

корешки аана-фазы коли-че-ство % ± m по отноше-нию к контролю по отно-ше-нию к ЭМВ

Контроль (д.в.) 10 576 21 3,65±0,78 — —

100 МГц 10 432 46 10,65±1,48 4,20 —

АО (1,0%)+ЭМВ - 5 мин. 10 524 23 4,39±0,90 0,63 3,62

АО (1,0%)+ЭМВ -10 мин. 10 496 26 5,25±0,44 1,98 3,51

АО (1,0%)+ЭМВ -15 мин. 10 439 27 6,15±1,15 1,80 2,41

Как видно из таблицы 1, частота спонтанных мутаций составила 3,65 ± 0,78 в препаратах, приготовленных из клеток концевой меристемы главных корешков семян, проращенных в дистиллированной воде, взятых в качестве контроля в исследовании. Также следует отметить, что подавляющее большинство спонтанных мутаций, то есть хромосомных изменений, состояло из одиночных и парных фрагментов. Мы отметили, что семена подвергались дозе электромагнитного излучения 100 МГц. В этом варианте частота индукционных мутаций увеличилась до 10,65 ± 1,48%.

В других вариантах исследования частота индукционных мутаций в корешках семян пшеницы, обработанных антиоксидантами перед ЭМВ, была снижена до 4,39 ± 0,90%. В этом варианте семена (сухие семена) подвергались воздействию ЭМВ на 5 минут. Однако в более поздних версиях исследования, в которых семена содержались в среде ЭМВ в течение 10 и 15 минут, частота индукционных мутаций в некоторой степени увеличивалась в зависимости от времени воздействия. Так, в корешках семян, обработанных 1,0% -ным раствором антиокси-данта перед воздействием ЭМВ, т.е. АО (1,0%) + ЭМВ - в 10-ти минутном варианте, этот показатель составляет 5,25 ± 0,44%, выдержанных в течении 15

минут и затем проросших семян. Частота индукционных мутаций в корешках увеличилась до 6,15 ± 1,15%.

Результаты таблицы 1 позволяют утверждать, что антиоксидант, который мы использовали в нашем исследовании, был в основном антимутагенным. Однако следует отметить, что в этой части исследования использовалась довольно высокая концентрация раствора антиоксиданта. Генетикам, исследующим антимутагенез, давно известно, что даже высоко-концентрированный раствор свежеприготовленного антиоксиданта может обладать мутагенными свойствами. Мы определили, что в нашем исследовании 1,0%-ный раствор антиокси-данта оказывал мутагенное действие. Кроме того, как высокая доза ЭМВ (100 МГц), так и хранение семян в среде ЭМВ в течение 10 и 15 минут, способствовали относительно высокой частоте индукционных мутаций. Как видно, в этом случае анти-оксидант не смог снизить частоту индукционных мутаций в корешках семян пшеницы до уровня частоты спонтанных мутаций.

Следующая часть нашего исследования была посвящена изучению антимутагенного действия антиоксиданта после воздействия ЭМВ. Результаты, полученные в этом случае, отражены в таблице 2.

Таблица 2.

Частота хромосомных изменений в корешках семян пшеницы, обработанных антиоксидантами, после

воздействия ЭМВ

Варианты опытов Изучено Измененные анафазы Достоверность разницы -

корешков Анафазы Коли-че-ство % ± т по отноше-нию к контролю по от-ноше-нию к ЭМВ

Контроль (д.в.) 10 576 21 3,65±0,78 — —

100 МН 10 432 46 10,65±1,48 4,20 —

ЭМВ - 5 мин.+АО (1,0%) 10 521 28 5,38±0,98 0,98 2,98

ЭМВ - 10 мин.+АО (1,0%) 10 484 27 5,58±1,04 1,07 2,81

ЭМВ - 15 мин.+АО (1,0%) 10 437 29 6,64±1,19 1,58 2,11

Из таблицы 2, основанной на результатах исследования, видно, что антимутагенное действие антиоксиданта несколько отличалось. Таким образом, модифицированные анафазы в препаратах из корешков семян, которые сначала выдерживали в среде воздействия ЭМВ в течение 5 минут, а затем обрабатывали в 1,0%-ном растворе антиоксиданта, составляли 5,38 ± 0,98%. Также следует отметить, что достоверность разницы в этом варианте не была достоверной по отношению к контролю (£=0,98). При этом измененные анафазы увеличились до 5,58 ± 1,04 процента в препаратах, приготовленных из корешков семян, выдержанных в среде ЭМВ в течение 10 минут. Наконец, мы определили, что измененные анафазы в корешках семян, выдержан-

ных в среде ЭМВ в течение 15 минут, а затем обработанных антиоксидантами, составили 6,64 ± 1,19 процентов.

Таким образом, очевидно, что частота хромосомных изменений намного выше, когда семена подвергаются предпосевному электромагнитному воздействию. В этом случае количество анафаз меняется в зависимости от среды хранения, то есть от продолжительности нахождения семян в среде воздействия ЭМВ.

Из материала и методической части исследования видно, что определена частота хромосомных изменений в корешках семян пшеницы, обработанных также 0,1% -ным раствором антиоксиданта до и после воздействия ЭМВ. Полученные результаты представлены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3.

Частота хромосомных изменений в корешках семян пшеницы, обработанных антиоксидантом, до воздействия ЭМВ.

Варианты опытов Изучено Измененные анафазы Достоверность разницы -

корешков анафазы коли-че-ство % ± т по отно-ше-нию к контролю по отно-ше-нию к ЭМВ

Контроль (д.в.) 10 576 21 3,65±0,78 — —

50 MHs 10 412 39 7,62±1,17 2,84 —

А0(0,1%)+ЭМВ - 5 мин 10 488 22 4,51±0,94 0,71 1,80

А0(0,1%)+ЭМВ - 10 мин 10 493 24 4,87±0,95 1,00 1,60

А0(0,1%)+ЭМВ - 15 мин 10 501 26 5,19±0,99 1,23 1,59

Из таблицы 3 видно, что частота хромосомных изменений в корешках семян, подверженных воздействию ЭМВ в дозе 50 МГц, но не обработанных антиоксидантом, в контрольном варианте, составила 7,62 ± 1,17%. Однако, частота хромосомных изменений в корешках семян, сначала обработанных антиоксидантом, а затем подвергнутых воздействию ЭМВ в течение 5 минут, снизилась до 4,51 ± 0,94%. Частота хромосомных изменений составила 4,87 ± 0,95% после обработки семян 0,1%-ным раствором антиоксиданта и выдерживания в среде воз-

действия ЭМВ в течение 10 минут. Наконец, частота хромосомных изменений в корешках семян, выдержанных в среде воздействия ЭМВ в течение 15 минут после первой обработки антиоксидантом, увеличилась до 5,19 ± 0,99%. Это говорит о том, что частота хромосомных изменений увеличивается с увеличением времени хранения семян в среде воздействия ЭМВ. В таблице 4 представлены результаты хромосомных изменений после воздействия ЭМВ на корешки семян пшеницы, а затем обработанных антиоксидантом,

Таблица 4.

Частота хромосомных изменений в корешках семян пшеницы, обработанных антиоксидантом, после воздействия ЭМВ

Варианты опыта Изучено Измененные анафазы Достоверность разницы,

корешков анафазы Коли-че-ство % ± т по отно-ше-нию к контролю по отноше-нию к ЭМВ

Контроль (д.в.) 10 576 21 3,65±0,78 — —

50 MHs 10 512 39 7,62±1,17 2,84 —

ЭМВ - 5 мин.+ АО (0,1%) 10 466 24 5,15±1,02 1,20 1,60

ЭМВ - 10 мин.+АО (0,1%) 10 453 25 5,52±1,07 1,22 1,40

ЭМВ - 15 мин.+АО (0,1%) 10 399 23 5,77±1,17 1,52 1,13

Из таблицы 4 видно, что частота хромосомных изменений в обоих контрольных вариантах взята за основу данных, приведенных в таблице 3. Однако в экспериментальных вариантах эти показатели были разными. Так, частота хромосомных изменений составила 5,15 ± 1,02% в препаратах, изготовленных из корешков проросших семян пшеницы выдержанных в среде ЭМВ в течение 5 минут, а затем обработанных 0,1%-ным раствором антиоксиданта. В следующем варианте, то есть после выдерживания в среде ЭМВ в течение 10 минут, частота хромосомных изменений в популяциях клеток концевой меристемы главных корешков, обработанных анти-оксидантом и проросших семян, увеличивалась до 5,52 ± 1,07%. Как видно, этот показатель выше, чем у спонтанных мутаций, но несколько ниже, чем у индукционных мутаций. В другой версии исследо-

вания этот показатель немного вырос. Точнее, частота хромосомных изменений в корешках семян, проросших после воздействия ЭМВ частотой 50 МГц в течение 15 минут, а затем обработанных 0,1%-ным раствором антиоксиданта, составила 5,77 ± 1,17%. Как видно, частота хромосомных изменений здесь увеличилась, но достоверность разницы как спонтанных, так и индуктивных мутаций была маловероятной.

Исходя из результатов эксперимента, следует отметить, что до воздействия ЭМВ на семена пшеницы антиоксидант оказывает профилактическое действие, однако, после воздействия ЭМВ антиок-сидант оказывает восстанавливающее действие Выводы

Принимая во внимание результаты, приведенные в таблицах, можно отметить следующее:

• Исследование показало, что частота хромосомных изменений (антимтагенный эффект антиок-сиданта) дает разные результаты при работе с семенами до и после воздействия ЭМВ.

• Было обнаружено, что антимутагенный эффект антиоксиданта варьируется в зависимости от его концентрации, используемой в опытах.

• Частота хромосомных изменений варьируется в зависимости от дозы ЭМВ, т. е. и от продолжительности хранения семян в среде электромагнитного воздействия разной частоты.

Заключение.

Полученные нами результаты показали, что обработка сухих семян пшеницы антиоксидантом до воздействия ЭМВ определенной экспозиции и дозы показывает наиболее лучший антимутагенный эффект. Установлено, что 0,1%-ная концентрация антиоксиданта обладает более высоким антимутагенным эффектом.

Литература

1. Алекберов У.К. Антимутагенез Из-во «Наука», М, 1984, С.98

2. Апашева Л.М., Лобанов А.В., Комиссаров Г.Г. Влияние электромагнитного поля на ранние стадии развития растений. //Доклады РАН//2006. Т.406, №1. С. 108-110.

3. Бабаев М.Ш. Защитный эффект антиокси-дантов при спонтанном и радиационно-индуциро-ванном мутагенезе, автореферат докт. Дис., Баку -1991 С.32

4. Бабаев М.Ш., Бахшалиева Н.З. Влияние ан-тиоксидантов на частоту аберраций хромосом, индуцированных озоном у семян пшеницы разных

сортов. Вестник МГОУ, Серия естественных наук. 2009. № 4. С.53-60.

5. Бинги В.Н., Савин А.В. Физические проблемы действия слабых магнитных полей на биологические системы // Успехи физических наук. 2003. Т. 173. № 3. С. 265-300.

6. Горленко Н.П. О механизме активации биологических объектов магнитным полем // Биофизика. 2006. Т.51. Выпуск 4. С.767-768.

7. Еськов Е.К., Дарков А.В., Швецов Г.А. Зависимость магнитной восприимчивости различных объектов от их физиологического состояния и жизнеспособности // Биофизика. 2005.Т.50. Вып.2. С. 357-360.

8. Калинин Н.Г., Бошкова И.Л., Панченко Г.И., Коломийчук С.Г. Влияние низкочастотного и высокочастотного электромагнитного поля на семена // Биофизика. 2005.Т.50. Вып. 2. С. 361-365.

9. Мазец Ж.Э., К.Я. Кайзинович, А. Г. Шутова К вопросу о механизмах взаимодействия низкоинтенсивного электромагнитного излучения с растительными объектами. // Весщ БДПУ Серыя 3. Фiзiка, матэматыка, шфарматыка, бiялогiя, ге-аграфiя. - 2014. - N 1. - С. 26-31

10. Урусбиева М.Х., Гидова Э.М., Паритов А.Ю., Боготова З.И., Хандохов Т.Х., Балкарова М.М. Влияние магнитного поля на ростовые процессы мягкой пшеницы в начальный период онтогенеза. // Современные проблемы науки и образования. - 2016. - № 3.; URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=24843 (дата обращения: 11.08.2020).

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОМА И ЭПИГЕНОМА В ПРОЦЕССАХ РАЗВИТИЯ ПСИХОФИЗИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ СПОРТСМЕНА

Москатова А.К.

Доктор педагогических наук, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, заслуженный профессор, профессор Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодёжи и туризма,

Россия, Москва

INTERACTION OF THE GENOME AND EPIGENOME IN THE DEVELOPMENT OF PSYCHOPHYSICAL QUALITIES OF AN ATHLETE

Moskatova A.

Doctor Pedagogical sciences, candidate Biological sci., Senior Researcher, Honoured professor, Professor Russian State University Physical Education, Sport, Youth & Tourism. Moscow, Russia

АННОТАЦИЯ

Обсуждаются аспекты современной антропогенетики, рассматривающие индивидуальные особенности взаимодействия факторов наследственности и изменчивости, которые создают предпосылки к росту спортивного мастерства или ограничивают эффективность спортивной подготовки. Приводятся обоснования необходимости персонализации программ развития тренированности с учётом особенностей генетического контроля за адаптивными процессами организма спортсмена

ABSTRACT

The aspects of modern anthropogenetics are discussed, considering the individual characteristics of the interaction of factors of heredity and variability, which create the prerequisites for the growth of sportsmanship or limit