CC BY
22
126
Биологические науки
УДК 574/578
действие электромагнитных полей
звуковых частот на растительную тест-систему allium cepa l.
Боготова З. И., кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии, геоэкологии и молекулярно-генетических исследований и живых систем,
ФБГОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова», Нальчик E-mail: zalina_bogotova@mail.ru
Паритов А. Ю., кандидат биологических наук, заведующий кафедрой биологии, геоэкологии и молекулярно-генетических исследований и живых систем,
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик
Хандохов Т. Х., кандидат биологических наук, доцент кафедры физиологии, генетики и молекулярной биологии,
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик E-mail: handohovv@mail.ru
Шерхов З. Х., кандидат биологических наук, доцент кафедры нормальной и патологической физиологии, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик
Шерхова Л. К., кандидат биологических наук, доцент кафедры физиологии, генетики и молекулярной биологии,
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик E-mail: fiziol@kbsu.ru
Керефова М. К., доктор биологических наук, научный руководитель кафедры биологии, геоэкологии и молекулярно-генетических исследований и живых систем,
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик
На растительной тест-системе Allium cepa L. изучено действие электромагнитных полей звукового диапазона. В ходе исследований определена клеточная активность Allium cepa L. под влиянием магнитных полей. Определена длительность фаз митоза. Цитогенетический анализ корневой меристемы лука позволил выявить подавляющее действие электромагнитного поля на показатели митотического индекса. Время прохождения клетками лука фаз митоза после экспозиции их в магнитном полем осталось в норме, что свидетельствует об отсутствии митотоксического влиянии изучаемого фактора на ми-тотический аппарат клетки и систему репликации ДНК. При анализе экспериментальных данных не выявлено подавляющего действия изучаемого фактора с частотой поля в 200 Гц на клеточную активность корешков лука. В ходе экспериментов отмечено митотоксическое действие магнитного поля с частотой в 300 Гц, что выражается в статистически достоверном снижение клеточного деления в корневой меристеме Allium cepa L.
Ключевые слова: клеточное деление, тест-система, фазы митоза, митотический индекс, переменное магнитное поле, Allium cepa L.
the effects of alternating magnetic fields of low frequencies on ak mitotic efficiency of root meristem cells of allium cepa l.
Bogotova Z. Kh., candidate of biology, associate рrofessor of biology, geo-ecology and molecular-genetic research, and living systems
FSBEI HE "Kabardino-Balkaria State University named after. H. M. Berbekov" city of Nalchik
действие электромагнитных полей звуковых частот на растительную тест-систему allium cepa l.
Paritov A. Yu., candidate of biology, head of the Department of biology, Geoecology and molecular genetic research and living systems
FSBEI HE "Kabardino-Balkaria State University. H. M. Berbekov", city of Nalchik
Khandokhov T. Kh., сandidate of biological Sciences, Associate Professor of the Department of Physiology, Genetics and Molecular Biology,
FSBEI HE "Kabardino-Balkaria State University named after. H. M. Berbekov", city of Nalchik E-mail: handohovv@mail.ru
Sherkhov Z. Kh., сandidate of biological Sciences, Associate Professor of the Department of Normal and Pathological Physiology,
FSBEI HE "Kabardino-Balkaria State University named after. Kh. M. Berbekov", city of Nalchik
Sherkhova L. K., сandidate of biological Sciences, Associate Professor of the Department of Physiology, Genetics and Molecular Biology,
FSBEI HE "Kabardino-Balkaria State University. H. M. Berbekov", city of Nalchik E-mail: fiziol@kbsu.ru
Kerefova M. K., doctor of biology, scientific director of the Department of biology, Geoecology and molecular genetic research and living systems
FSBEI HE "Kabardino-Balkaria State University. H. M. Berbekov", city of Nalchik
Plant test system Allium cepa L. was studied the effect of electromagnetic fields of sound range. The studies determined cell activity Allium cepa L. under the influence of magnetic fields. Determined by the duration of the phases of mitosis. Cytogenetic analysis of the root meristem of onion allowed to reveal the overwhelming effect of electromagnetic field on the indices of the mitotic index. The passage of the cells of onion phases of mitosis after exposure to the magnetic field remained normal, indicating the absence mitotoxic the influence of the studied factors on the mitotic apparatus of cells and the system of DNA replication. In the analysis of experimental data revealed the suppressing effect of the studied factor field with a frequency of200 Hz for cellular activity of roots of onions. The experiments marked mitotoxic the influence of a magnetic field with a frequency of 300 Hz, resulting in a statistically significant reduction of cell division in the root meristem Allium cepa L.
Key words: cell division, test system, mitotic phases, mitotic index, the alternating magnetic field, Allium cepa L.
Введение.
Современные электротехнические системы и электронные устройства стали источником всепроникающего и постоянного электромагнитного загрязнения. Системы беспроводной связи, промышленное оборудование и средства передачи электроэнергии, бытовые приборы повседневного использования, смартфоны и т.д. все они генерируют в окружающую среду электромагнитные поля различных характеристик. До сих пор нет однозначного ответа о влиянии этого физического фактора на живые системы.
Различные типы электромагнитных полей вызывают и различные реакции живых систем. Например, сверхвысокочастотное излучение (СВЧ) в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц могут быть канцерогенными и вызывают тепловой эффект - повышение температуры облученных
организмов. При частотах от 100 кГц до 300 МГц подобный эффект отсутствует. Низкочастотные электромагнитные поля являются источником другого вида электромагнитного излучения, как в случае с ЛЭП или трансформаторами [8]. Такие электромагнитные поля, которые характеризуются полем частоты 50 Гц или 60 Гц. Мнения исследователей о влиянии электромагнитного загрязнения на живые организмы расходятся, т.к. более ранние исследования были весьма неоднозначны указывая либо на отрицательный или положительный, а иногда нейтральное влияние электромагнитных полей. Состояние проблемы можно проиллюстрировать тем фактом, что с 1980-го по 2002 год более 200 эпидемиологических исследований были опубликованы о влиянии электромагнитных полей, генерируемых линиями электропередач (ЛЭП) на человека. Около 60 %
З. И. БОГОТОВА А. Ю. ПАРИТОВ, Т. Х. ХАНДОХОВ,
з. х шерхов, л. к. шерхова м. к. керефова
из них указали об отсутствии негативного действия этих полей, в то время как остальные 40 % сообщали о несколько меньших или больших негативных последствиях [5].
Сообщения о потенциально вредном воздействии электромагнитного загрязнения представила Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ), которая в 2007 году представила краткий отчет по международной научно-исследовательской программе по исследованию электромагнитного поля [10]. В программе было обследовано более 1100 различных научных публикаций и научных докладов. В разделе отчета, посвященном эффектам низкочастотных магнитных полей 50 Гц и 60 Гц было заявлено, что нет никаких твердых оснований, чтобы ужесточить текущие ограничения на длительность воздействия этих полей, однако, следует относиться к ним с осторожностью [10]. В мае 2011 года в Лионе, Франция, Международное Агентство по изучению рака (МАИР) определило электромагнитные поля радиочастотного диапазона, как, возможную причину, увеличения риска развития злокачественных новообразований мозга, глиомы, которые в основном связаны с использованием мобильных телефонов [11]. Также имеются сообщения о влиянии электромагнитных полей на иммунную систему крыс и человека [6, 7, 9].
Таким образом, многочисленные исследования указывают на важную роль магнитных полей в функционировании живых систем. Но тем ни менее до сих пор не представлено ни одной экспериментально подтвержденной теории объясняющей биологическую активность магнитных полей.
Целью наших исследований было выявление биологической активности переменных магнитных полей на клеточную активность в тканях корневой меристемы лука.
Материал и методы исследования.
При постановке эксперимента для оценки биологической активности переменных магнитных полей, в качестве растительной тест-системы, были использованы луковицы Allium cepa L. Анализ клеточной активности в тканях корешков лука проводили метафазным методом. Учет делящихся клеток, продолжительность их нахождения в той или иной фазе митотического цикла проводили на давленных ацетокарминовых препаратах.
Луковицы для эксперимента брали среднего размера, по 20 штук на каждый вариант опыта. Проращивали растения в чашках Петри, с дистиллированной водой. Повторность эксперимента трехкратная, в каждой повторности фиксировали, а затем изучали корешки всех проросших луковиц. Контроль проращивали, а затем фиксировали одновременно с растениями опытного варианта.
Начало обработки луковиц Allium cepa L. переменным магнитным полем через 21-24 часа после замачивания луковиц. Длительность обработки 12 часов. В эксперименте на Allium cepa L. в качестве изучаемого фактора были использованы магнитные поля звукового диапазона - 200 и 300 Гц. Напряженность магнитного поля 20 мА/м.
После экспозиции Allium cepa L. в магнитном поле, корешки лука фиксировали в уксусном алкоголе (смесь 3 частей этилового спирта и 1 части ледяной уксусной кислоты). Для фиксации у проросших луковиц отрезали донце с корешками. В дальнейшем изучали от каждого растения корешки среднего размера. После 6 часов фиксации растительный материал промывали и хранили для дальнейшего цитогенетического анализа в этиловом спирте (70 %). Клеточную активность, длительность отдельных фаз митоза изучали методом временных давленых препаратов [4]. Для окрашивания меристематической ткани корешков лука использовали ацетокармин. Анализ митотической активности проводили с помощью микроскопа «Микмед-5».
Влияние переменных магнитных полей на такой тест-системе как Allium cepa L. определяли с помощью таких параметров клеточной активности как митотический индекс - отношение числа клеток, находящихся на стадиях интерфазы, профазы, метафазы, анафазы и телофазы, к общему числу изученных клеток.
Митотический индекс изучали на временных давленых ацетокарминовых препаратах по стандартной методике путем учета числа клеток находящихся в различных фазах митоза к общему числу изученных клеток данного корешка. В дальнейшем определяют отношение общего числа клеток находящихся на различных стадиях митоза к общему числу изученных клеток в данном препарате и умножают на 1000. Определенную таким способом клеточную активность или митотический индекс (МИ) выражают в тысячных долях процента или в промилле [4].
действие электромагнитных полей звуковых частот на растительную л 0 п
тест-систему allium cepa l. 129
По стандартной методике митотический индекс рассчитывают по формуле:
А/Я-
(Д+М+А + Т) И+П + М + А + Т
1000-%*
где П - число клеток в фазе профазы;
М - в фазе метафазы;
А - в фазе анафазы;
Т - в фазе телофазы;
И - в фазе интерфазы.
Кроме митотического индекса нами была вычислена продолжительность отдельных фаз митоза так как, например увеличение продолжительности митоза на стадии профазы может происходить в результате сбоев в циклах самоудвоения ДНК. Увеличение продолжительности клеточного цикла на стадии метафазы связанно с множеством нарушений, приводящих в итоге к подавлению синтеза и структуры элементов митотического аппарата [1].
Длительность каждой фазы клеточного деления определяли по стандартной методике с помощью следующей формулы (в данном случае для профазы):
При анализе и определении статистической достоверности цифрового материала использовали критерий Стьюдента с помощью программы «Microsoft Excel 2010» [3].
результаты исследования и их обсуждение.
В нашем первом эксперименте мы использовали магнитные поля с частотой в 200 Гц. В ходе изучения цитогенетических показателей лука нами были получены большие массивы данных по клеточной активности. Для удобства расчетов и последующего анализа из всего полученного нами экспериментального материала был составлен вариационный ряд, который в свою очередь был разбит нами на группы для большей наглядности при описании цифровых данных (табл. 1). После разбивки вариационного ряда на группы в контроле по показателю «митотический индекс» образовалось 6 групп со следующими средними значениями в группе - 126,3; 137,4; 145,6; 154,9; 162,5 и 173,2 %о соответственно. Как видно крайними значениями вариационного ряда в контроле являются 126,3 и 173,2 % (размах вариации 46,9%). В опытном варианте по признаку «митотический
индекс» было сформировано 5 групп - 138,8; 144,1; 156,1; 169,5 и 181,9 %% соответственно. Как видно признак «митотический индекс» варьировал в пределах от 138,8 до 181,9 %% (размах вариации 43,1 %о). Средние значения митотического индекса в контрольном варианте 150 % в опытном варианте 158,1. При 5 %-м уровне значимости, вычисленное значение 11-критерия Стьюдента равно 1,54 т.е. можно сделать вывод о том, что различия в сравниваемых выборках по признаку «митотический индекс» статистически незначимы.
Кроме митотического индекса нами была рассчитана и продолжительность всех фаз митоза. Средняя продолжительность профазы в контроле 40,75 %, метафазы 22,8 %, анафазы 24,6 %, 11,9 %. Продолжительность фаз митоза, в опытном варианте следующая - профаза 40,6 %, метафаза 23,9 %, анафаза 24,3 и телофаза 11,3 %. Как видно из приведенных выше цифровых данных продолжительность отдельных фаз митоза в контрольном варианте соответствуют продолжительности таковых в опытном варианте, а разница между ними находится на грани статистической погрешности.
В нашем следующем эксперименте частота магнитного поля составляла 300 Гц. В контроле был получен вариационный ряд с минимальным значением митотического индекса 146,1 % и максимальным его значением 204,5 % (размах вариации 58,4 %). Весь вариационный ряд был разбит на 7 групп - I группа 146,1 %; II группа 155,1 %%; III группа 164,0 %; IV группа 173,4 %; V группа 184,7 %; VI группа 191,5 % и VII группа 204,5 %. В опытном варианте вариационный ряд был сформирован с диапазоном от 129,0 % до 174,4 % и сформировано 5 групп (табл. 2). Размах вариации 45,4 %. Средние значения митотического индекса в эксперименте, в контроле 174,2 %%, в опыте 150,4 %. Различия между контролем и опытом по признаку «митотический индекс» достоверны на высоком уровне значимости (Р<0,001). Сходное действие на МИ оказывают поля промышленных частот [2].
Время прохождения клетками лука различных фаз митоза (средние значения) в контроле была следующей - профаза 38,9%, метафазы 27,6 %, анафазы 26,3 %, 7,2 %. Продолжительность фаз митоза, в опытном варианте следующая - профаза 38,8 %, метафаза 27,8 %, анафаза 26,3 % и телофаза 7,1 %. Имеющиеся различия по продолжительности отдельных фаз митоза между контрольным и опытным вариантом статистически не достоверны, что позволяет нам сделать вывод, о том, что магнитное поле с частотой в 300 Гц не оказывают влияния на продолжительность фаз.
З. и. БОГОТОВА, А Ю. ПАРИТОВ, Т. Х ХАНДОХОВ,
з. х. шерхов, л. к. шерхова, м. к. керефова
Таблица 1
Показатели клеточной активности Allium cepa L. после воздействия магнитного поля в 200 Гц
-Q 1-I го -Q П родолжительность фаз митоза Число
с с МИ по группе, изученных
S ср > ср П М А Т X ± ш клеток,
го СО 1_ X ± ш
Контроль 1 43,0±1,35 21,2±0,91 23,7±1,1 12,1±1,11 126,3±1,3 2016±43,3
2 38,2±1,05 23,1±1,58 26,7±1,34 12,1±1,67 137,4±1,9 1892±87,0
3 39,3±2,13 23,4±0,57 24,8±0,6 12,4±1,26 145,6±1,4 1983±22,3
4 40,9±1,14 23,9±0,84 23,7±0,58 11,6±0,55 154,9±1,3 1808±58,6
5 42,7±1,58 22,5±0,86 23,7±1,61 11,1±0,95 162,5±0,7 1852±43,4
6 40,4±0,18 22,7±1,43 25,0±1,44 11,9±0,20 173,2±0,9 1796±37,4
Опыт 1 37,0±0,80 24,3±1,56 26,0±0,78 12,7±0,72 138,8±0,4 2004±40,2
2 41,4±1,55 23,2±1,36 24,5±0,87 10,9±0,35 144,1±1,1 1913±64,0
3 39,6±1,34 25,9±1,73 22,9±1,07 11,7±0,76 156,1±1,2 1859±50,0
4 41,4±1,17 23,5±1,07 23,9±0,68 11,2±0,53 169,5±1,9 1777±73,1
5 43,8±2,0 22,2±1,6 24,0±0,7 10,0±0,3 181,9±1,9 1454±81,2
Таблица 2
Показатели клеточной активности Allium cepa L. после воздействия магнитного поля в 300 Гц
ы Продолжительность фазы митоза МИ по группе, X ± ш Число
т н а ы п п изученных
и ср а СО у ср i_ П М А Т клеток, X ± ш
1 34,1±1,14 30,0±0,2 28,4±0,41 7,4±0,54 146,1±1,4 1927±63,6
2 37,5±1,46 27,5±0,73 27,0±0,64 8,0±0,48 155,1±1,1 1913±82,8
ь о 3 39,0±0,68 27,4±0,42 26,3±0,5 7,3±0,2 164,0±0,8 1904±46,8
р 1- н 4 38,9±0,88 27,6±0,34 25,9±0,83 7,5±0,3 173,4±1,1 1732±90,5
о 5 42,0±0,98 26,6±0,8 24,0±1,3 7,4±0,32 184,7±1,1 1414±69,5
6 39,9±3,47 26,4±0,04 27,1±2,46 6,6±0,97 191,5±0,5 1298±4,5
7 40,9±4,37 27,6±2,92 25,3±1,32 6,2±0,13 204,5±1,2 1260±34,9
1 38,0±1,18 28,4±1,64 26,8±2,37 6,7±0,45 129,0±0,9 2077±125,7
2 35,5±0,64 28,8±0,61 28,7±0,25 7,0±0,13 133,8±2,0 1990±111,2
1-.Q 3 38,3±0,63 27,8±0,39 26,8±0,34 7,1±0,19 145,3±0,94 2009±45,0
п О 4 40,8±1,06 27,0±0,44 25,4±0,52 6,9±0,29 155,2±0,93 1906±48,0
5 39,7±1,02 27,2±0,75 25,7±0,82 7,4±0,33 164,8±0,75 1873±68,0
6 40,6±0,84 27,5±0,84 24,6±0,67 7,2±0,68 174,4±3,35 1702±140,0
ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ЗВЖОВЫХ ЧАСТОТ НА РАСТИТЕЛЬНУЮ ТЕСТ-СИСТЕМУ ALLIUM СЕРА L.
Профаза Метафаза Анафаза Телофаза Митотический
индекс
Рис. 1. Время прохождения различных фаз митоза и митотический индекс в клетках ДШит сера Ь. при экспозиции в магнитном поле с частотой 200 Гц
Рис. 2. Время прохождения различных фаз митоза и митотический индекс в клетках Allium cepa L. при экспозиции в магнитном поле с частотой 300 Гц
Для наглядной демонстрации изложенных в таблицах 1 и 2 данных, нами построены два графика (рис. 1, 2) по средним показателям продолжительности фаз митоза и митотического индекса клеток лука в опытах с частотой магнитного поля в 200 и 300 Гц.
Исходя из данных представленных на графиках (рис. 1, 2) магнитные поля указанных параметров не оказывают заметного влияния на продолжительность отдельных фаз митоза, как в первом варианте опыта, так и во втором. К переменным магнитным полям с частотой 300 Гц оказался чувствительным митотический индекс, магнитное поле с частотой 200 Гц не оказывает достоверного влияния на данный цитогенетический показатель у Allium cepa L. Переменные магнитные поля ука-
занных частот и напряженностей не влияют на продолжительность митоза, что свидетельствует на наш взгляд об отсутствии влияния магнитных полей указанных частот на митотический аппарат клетки.
Заключение.
Митотический индекс является показателем уровня митотической активности тканей. Данный показатель пролиферативной активности клеток может говорить о нормальном протекании митоза, об усилении или угнетении митотической активности тканей. В нашем втором варианте эксперимента митотический индекс в опыте ниже, чем в контроле, что позволяет нам сделать вывод об угнетающем действии магнитного поля с частотой в 300 Гц. Сходный характер действия
З. И. БОГОТОВА, А. Ю. ПАРИТОВ, Т. Х ХАНДОХОВ, З. Х ШЕРХОВ, Л. К. ШЕРХОВА, М. К. КЕРЕФОВА
имеют магнитные поля с частотой 50 Гц, однако отсутствие влияния на продолжительность фаз митоза не позволяет нам сделать однозначного вывода о механизмах действия данного фактора.
Работа выполнена в рамках выполнения работ по государственному заданию КБГУ на 2018 года № 6.9178.2017/7.8, №1.9337.2017/7.8 и № 6.9758.2017/7.8.
литература
1. Алов И. А. Цитофизиология и патология митоза. М.: Медицина, 1972. - 264 с.
2. Балкарова М.М., Хандохов Т.Х., Каширгова С.Х., Боготова З.И., Гидова Э.М., Урусбиева М.Х., Ситников М. Н. Влияние переменных магнитных полей низких частот на митотическую активность клеток корневой меристемы Allium cepa L. // Современные проблемы науки и образования. 2016. № 3.; URL: https://science-education. ru/ru/article/view?id=24795
3. Основы статистического анализа. Практикум по статистическим методам и исследованию операций с использованием пакетов STATISTICA и EXCEL: учебное пособие / Э. А. Вуколов. 2-е изд., испр. и доп. М.: Форум, 2008. - 463 с.
4. ПаушеваЗ. П. Практикум по цитологии растений. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1980. -304 с.
5. Ahlbom A., Cardis E., Green A., Linet M., Savitz D., SwerdlowA. Review of the epidemiologic literature on EMF and health // Environmental Health Perspectives. 2001. vol. 109, supplement 6, pp. 911-933.
6. Cogburn L.A., Porter T.E., Duclos M.J. Functional genomics of the chicken-a model organism // Poultry Science. 2007. Vol. 86. No. 10. PP. 2059-2094.
7. Gobba F., Bargellini A., Bravo G., Scaringi M., Cauteruccio L., Borella P. Natural killer cell activity decreases in workers occupationally exposed to extremely low frequency magnetic fields exceeding 1 ^T // International Journal of Immunopathology and Pharmacology. 2009. Vol. 22. No. 4. PP. 1059-1066.
8. Grono A.J., Redlarski G., Niklas P. Selected aspects of testing of automatic synchronizers of power generators in the real time // Przegl^d Elektrotechniczny. 2008. Vol. 84. No. 4. PP. 111-112.
9. Salehi I., Sani K.G., Zamani A. Exposure of rats to extremely low-frequency electromagnetic fields (ELF-EMF) alters cytokines production // Electromagnetic Biology and Medicine. 2013. Vol. 32. No. 1. PP. 1-8.
10. World Health Organization, Extremely Low Frequency Fields, vol. 238 of Environmental Health Criteria Monograph, WHO, Geneva, Switzerland, 2007.
11. World Health Organization, IARC Classifies Radiofrequency Electromagnetic Fields as Possibly Carcinogenic to Humans, International Agency for Research Cancer, Lyon, France, 2011.
