CC BY
81
Вестник СамГУ — Естественнонаучная серия. 2013. № 9/1(110)
БИОЛОГИЯ
УДК 58.084:581.84
О ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТАХ КОСМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА С СЕМЕНАМИ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ НА КА "БИОН-М" № 1
© 2013 В.И. Абрашкин,1 Е.В. Авдеева, В.А. Куркин, В.М. Рыжов? Ю.Н. Горелов, Л.В. Курганская3 В.К. Ильин^ Л.М. Кавеленова;5 С.А. Розно,
И.В. Рузаева, К.С. Рузаева6
Представлены предварительные результаты послеполетных лабораторных и полевых исследований семян высших растений, экспонировавшихся в течение 30-суточного полета на космическом аппарате "БИОН-М" № 1.
Ключевые слова: космический эксперимент, факторы космического полета, растения лекарственные и природной флоры, семена, плоды, полевые опыты, показатели, всхожесть, скорость прорастания.
Введение
В рамках Федеральной космической программы 19 апреля 2013 года в 14:00 мск времени со стартового комплекса площадки 31 космодрома Байконур произведен успешный пуск ракеты космического назначения "Союз-2.1а", которая вывела на орбиту научный космический аппарат (КА) "БИОН-М" № 1, созданный в ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс" [1] для проведения фундаментальных и прикладных исследований по космической биологии, физиологии и биотехнологии
1 Абрашкин Валерий Иванович ([email protected]), ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс", 443009, Российская Федерация, г. Самара, ул. Земеца, 18.
2Авдеева Елена Владимировна ([email protected]), Куркин Владимир Александрович ([email protected]), Рыжов Виталий Михайлович ([email protected]), кафедра фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии Самарского государственного медицинского университета, 443079, Российская Федерация, г. Самара, ул. Гагарина, 18.
3Горелов Юрий Николаевич ([email protected]), Курганская Любовь Викторовна ([email protected]), Институт проблем управления сложными системами РАН, 443020, г. Самара, ул. Садовая, 61; НОЦ СамГУ "Космические системы дистанционного зондирования", 443011, г. Самара, ул. Акад. Павлова, 1.
4Ильин Вячеслав Константинович ([email protected]), ГНЦ РФ - ИМБП РАН, 123007, Российская Федерация, г. Москва, Хорошевское шоссе, 76 А.
5Кавеленова Людмила Михайловна ([email protected]), кафедра экологии, ботаники и охраны природы Самарского государственного университета, 443011, Российская Федерация, г. Самара, ул. Акад. Павлова, 1.
6Розно Светлана Алексеевна ([email protected]), Рузаева Ирина Васильевна ([email protected]), Рузаева Ксения Сергеевна ([email protected]), Ботанический сад Самарского государственного университета, 443086, Российская Федерация, г. Самара, Московское шоссе, 36.
с возвращением результатов экспериментов на Землю. КА "БИОН-М" № 1 был выведен на рабочую околокруговую орбиту со средней высотой полета 575 км и наклонением 64,9°. После 30-суточного полета на 448 витке его спускаемый аппарат 19 мая 2013 в 07:12 мск времени совершил посадку в расчетном районе Оренбургской области. В программу научных экспериментов на борту КА "БИОН-М" № 1 входили исследования по следующим направлениям: биомедицина, гравитационная биология, радиационно-физические и радиобиологические исследования, экзобиология и биотехнология. В отличие от программ исследований в полетах предшествующих одиннадцати спутников "БИОН", запускавшихся с 1973 по 1996 гг., научная программа КА "БИОН-М" № 1 была направлена на изучение влияния на биообъекты факторов космического полета на клеточном, молекулярном и генном уровнях, поэтому КА "БИОН-М" № 1 по спектру решаемых задач и разработанному для их решения оборудованию являлся уникальной научно-исследовательской лабораторией. В целом в программу было включено 79 научных экспериментов, в том числе космический эксперимент (КЭ) "ФИТО" (разработчик КЭ — кафедра фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии Самарского государственного медицинского университета) и КЭ, проведенный с использованием научной аппаратуры (НА) "БИОКОНТ-Б", с семенами редких растений Самарской области (разработчик НА — ЦНИИМаш (г. Королев, Московская обл.), постановщик КЭ — Ботанический сад Самарского государственного университета (СамГУ); КЭ — "БИОКОНТ-Б/Ботсад").
В настоящей статье приведены предварительные результаты лабораторных и полевых опытов с семенами высших растений, которые были экспонированы на борту КА "БИОН-М" № 1 при проведении КЭ "ФИТО" и "БИОКОНТ-Б/Ботсад".
1. Космический эксперимент "ФИТО"
В научной аппаратуре "ФИТО" размещались растительные биообъекты — плоды и семена высших лекарственных растений — с целью последующего изучения влияния факторов космического полета на их химический состав, физиологическое состояние, параметры всхожести и на дальнейшее развитие от стадии плодов и семян. Объекты исследования — воздушно-сухое лекарственное растительное сырье, а именно: плоды расторопши пятнистой (Silybum marianum (L.) Gaertn) — 100 см3, 69±5 г; семена мелиссы лекарственной (Melissa officinalis L.) — 100 см3, 56±5 г; плоды лимонника китайского (Schyzandra sinensis Baill.) — 50 см3, 36 ± 3 г. Ботаническое описание, фармакологическое действие и другие сведения об указанных объектах исследования приведены в [2, с. 323-330, 710-719]. Основные задачи исследования, на решение которых было направлено проведение КЭ "ФИТО", состоят в выявлении различий для сырьевых органов растений семян, экспонировавшихся на борту КА "БИОН-М" № 1 (далее — экспонированные образцы), и для контрольных образцов тех же семян при проведении лабораторных и полевых опытов, а именно, во-первых, в компонентном составе (по основным классам и группам биологически активных соединений и доминирующим индивидуальным веществам); во-вторых, в динамике развития от плодов и семян через стадию взрослого растения до плодов и семян, а также в проведении анатомических и гистологических исследований по выявлению возможных морфологических изменений в последующих поколениях растительных объектов.
В настоящее время проведена только необходимая часть планировавшихся исследований, связанная с изучением влияния факторов космического полета на начальных стадиях онтогенеза: от прорастания экспонировавшихся на КА "БИОН-М" № 1 семян и плодов до стадии вегетации. Изложение предварительных результатов этих исследований — цель настоящей статьи.
Травянистые растения (мелисса лекарственная и расторопша пятнистая, экспонированные и контрольные образцы) высаживались через стадию рассады на экспериментальном участке Ботанического сада СамГУ. В настоящее время (здесь и далее — по состоянию на 26 сентября 2013 г.) они достигли стадии полного развития вегетативных органов. Прогноз развития мелиссы лекарственной на текущий год: в связи с погодными условиями и поздней посадкой в грунт (посадка рассады осуществлена с опозданием от рекомендованных сроков на 3 недели в связи с графиком полета КА) исследуемые образцы в этом году не разовьются до стадии бутонизации и, соответственно, цветения и плодоношения. Расторопша пятнистая была посажена в грунт на 2 недели позже рекомендуемых для этого вида сроков, поэтому имеет место опоздание в развитии, но на текущий момент достигает стадии цветения и, возможно, что в этом году с отдельных экземпляров удастся собрать плоды. На том же участке были заложены плантации по выращиванию лимонника китайского, для которого получение рассады в наших климатических условиях агротехника не предусматривает. Для его семян характерно длительное состояние покоя в естественных условиях. Полный цикл онтогенеза травянистых растений на достаточном для получения достоверных данных числе образцов будет изучаться также и в следующем году, а для лимонника китайского по мере прорастания семян. К настоящему времени уже получены некоторые предварительные результаты исследования от стадии прорастания семян и плодов до вегетативных побегов для мелиссы лекарственной и расторопши пятнистой, а именно в параллельных экспериментах с экспонированными и контрольными образцами семян для них оценивались показатели всхожести и скорости прорастания семян (в лабораторных условиях), величина надземной фитомассы развившихся побегов (в лабораторных условиях для мелиссы лекарственной и в полевых условиях для расторопши пятнистой).
Оценка показателя всхожести семян (плодов) определялась их способностью давать нормальные проростки при определенных условиях проращивания, число которых выражалось в процентах от общего числа семян, взятых для анализа. Для экспонированных и контрольных образцов семян мелиссы лекарственной и плодов расторопши пятнистой всхожесть определялась в лабораторных условиях. Анализируемые пробы по 100 семян и плодов были взяты без выбора из средней пробы экспонированных и контрольных образцов. Они укладывались на сырую марлю в чашки Петри или фарфоровые чашки, закрывались крышками и оставлялись в лабораторных условиях при температуре 20-25°С. В течение 10 дней ежедневно фиксировалось число проросших семян (плодов) и определялся процент проростков от общей выборки как показатель всхожести исследовавшихся семян (плодов). Установлена сопоставимая всхожесть для экспонированных и контрольных образцов как семян мелиссы лекарственной, так и плодов расторопши пятнистой, которая составила, соответственно, 95 и 90 %. Однако сроки появления проростков для экспонированных образцов и в последующем сроки формирования первого истинного листа были достоверно сокращены по сравнению с контрольными образцами обоих видов растений, а именно: для семян мелиссы лекарственной прорастание корешков экспонированных образцов составило 5-6 дней, а для кон-
трольных образцов — 8-9 дней; для плодов расторопши пятнистой, соответственно, 9-10 дней и 14-15 дней. Сроки формирования первого листа для обоих видов растений экспонированных образцов были ускоренными в среднем на 10-15 %, что иллюстрируется данными табл. 1-2 (см. цветные вклейки).
Скорость прорастания семян и плодов определяется дружностью их прорастания за срок, установленный для каждой культуры. Она определяется показателем, который равен проценту семян или плодов, проросших (давших корешки, равные половине длины семени/плода, и ростки) в сроки, установленные опытным проращиванием. Значение этого показателя определялось числом проростков для каждого из изучаемых видов растений на двух пробах по 100 семян каждая в виде "среднего срока прорастания одного семени (плода)" — Тд, равного условному числу дней, необходимых для прорастания отдельного семени/плода. Таким образом, вычисление Тд проводилось по формуле
Тд = — V"4 пг х. шг,
д г г
г
где по — общее число проросших семян, пг — день эксперимента, а шг — число проросших семян на соответствующий день эксперимента.
Установлено, что более высокая скорость прорастания и для экспонированных, и для контрольных образцов наблюдалась для семян мелиссы лекарственной по сравнению с плодами расторопши пятнистой, что также характеризовалась большей одновременностью появления и дружностью развития всходов. По показателю Тд были получены результаты, приведенные в табл. 3. В связи с полученными данными можно сделать следующее предварительное заключение: факторы космического полета оказывают заметное влияние на скорость прорастания семян и плодов, на сроки их прорастания и на первые стадии вегетации изучаемых растений (уровень этого влияния можно оценить в 10-15 % для расторопши пятнистой и в 15-20 % — для мелиссы лекарственной). При этом общая всхожесть изучаемых растений практически не меняется.
Таблица 3
Скорости прорастания семян и плодов
Вид растения Показатель Тд, дни
Экспонированные образцы Контрольные образцы
Мелисса лекарственная 4,2 5,3
Расторопша пятнистая 8,5 9,8
Морфологическое изучение. По общепринятым в ботанике и фармакогнозии методикам в проведенных экспериментах были выявлены некоторые морфо-метрические изменения для экспонированных образцов обоих изучаемых видов (см. иллюстрации в табл. 1-2). Для мелиссы лекарственной обнаружен интересный факт: все изучаемые экспонированные образцы семян на стадии раннего (в рассаде) и полного вегетационного развития (в грунте) показали мелколиствен-ность (при сохранении пропорций и других внешних признаков), которую можно оценить как уменьшение размеров листовой пластинки в 2 раза по сравнению с контрольными экземплярами растений. Различался и характер роста в грунте. Контрольные экземпляры давали довольно длинные боковые побеги (растение "расползается"), а экспонированные экземпляры разрастались компактно, сохраняя вид "куста". Соответственно, экспонированные образцы расторопши пят-
нистой характеризовались крайне неравномерным развитием (в грунте): единичные растения среднего размера и обычных пропорций (аналогичных контрольным образцам), преобладание запоздавших в развитии (не сформированы бутоны) и более чем в 1,5 раза уступающих по морфометрическим параметрам контрольным образцам, число которых можно оценить на уровне 60 %, и присутствие растений-гигантов в количестве около 40 %, которые в стадийности развития в половине случаев достигли контрольные растения, то есть сейчас находятся на стадии начала цветения и полного цветения. В отношении последней подгруппы примечателен также тот факт, что существенное увеличение (более чем в 1,5 раза) размера листовых пластинок при внешнем сохранении формы, цвета, края и других внешних признаков листа у растений наблюдалось еще на ранних стадиях вегетации (формирование розеток), а также в последующем — при формировании соцветий, причем растения-гиганты отличала низкая закладка бутона, и в последующем цветонос не достигал длины контрольных экземпляров. Для предварительных выводов по морфологии цветка пока недостаточно данных. Приведенные результаты с учетом соблюдения прочих равных условий проведения экспериментов, на наш взгляд, свидетельствуют о заметном влиянии факторов космического полета и на мелиссу лекарственную, и на расторопшу пятнистую.
Подтверждают такое предварительное заключение и результаты определения сырой фитомассы всей надземной части (травы) выращенных растений: для каждого варианта эксперимента проводилось взвешивание надземной части 10 образцов растений, а в случае с "экспонированной" расторопшей пятнистой — отдельно для мелких и гигантских экземпляров. При этом были выявлены существенные различия средних значений "модельного экземпляра" по весу для экспонированных и контрольных образцов расторопши пятнистой: в частности, мелкие образцы экспонированных растений в 1,5 раза уступают контрольным образцам, и приблизительно во столько же раз растения-гиганты превосходят по массе контрольные экземпляры. С целью уточнения вклада воды в вес растений последующие эксперименты будут включать сравнение по массе сухо-воздушных образцов растений. Для мелиссы лекарственной для экспонированных образцов получено отставание в накоплении фитомассы травы порядка 20-25 %, что, по-видимому, связано с упомянутой мелколиственностью. В ходе дальнейших исследований планируется изучить в онтогенезе морфолого-анатомические признаки по полному циклу развития растений и в сравнительном аспекте провести углубленное изучение химического состава по основным группам биологически активных веществ для всех изучавшихся объектов.
2. Космический эксперимент "Биоконт-Б/Ботсад"
Проблема сохранения растений природной флоры относится к числу первоочередных для человечества. С одной стороны, ускоренная деградация природных экосистем, приводящая к переходу ранее широко распространенных видов в разряд редких и исчезающих, требует применения мер по сохранению биологического разнообразия в природе и культуре. С другой стороны, все более широкое распространение получают генетические банки — семенные банки (хранилища семян в специально создаваемых сооружениях, как правило, при пониженной температуре) и полевые банки (коллекции живых растений на специальных питомниках). Семенные банки в принципе могут быть размещены вне Земли (как на специализированных КА, так и на поверхности Луны), что могло бы позволить устра-
нить угрозы для них со стороны природных катастроф. Однако для решения этой проблемы вначале необходимо выяснить влияние на состояние семян и последующее развитие растений комплекса факторов космического полета. В частности, не устраняемое полностью корпусом КА воздействие остаточной ионизирующей радиации на семена способно изменять их жизнеспособность, провоцируя возрастание свободнорадикальной активности молекулярных и субклеточных структур, а неизвестный уровень этого воздействия позволяет априори предполагать возникновение эффектов в широком диапазоне — от отсутствия видимых изменений до стимуляции различной выраженности, проявления мутагенного эффекта, снижения жизнеспособности и даже гибели семян. В связи с этим были проведены послеполетные полевые исследования экспонировавшихся в НА "БИОКОНТ-Б" на борту КА "БИОН-М" № 1 биообразцов растительных объектов в виде проб семян 9 видов (по 100 штук) редких травянистых растений природной флоры Самарской области (табл. 4).
Таблица 4
Масса семян образцов, экспонированных на КА "БИОН-М" № 1
№ Русское название растений Латинское название Масса 100 семян, г
1 Клематис цельнолист-ный dematis integrifolia L. 0,4
2 Астра альпийская Aster alpinus L. 0,01
3 Гвоздика Андржеевского Dianthus andrzejowskianus Kulcz. 0,1
4 Лен многолетний Linum perenne L. 0,2
5 Синюха голубая Polemonium caeruleum L. 0,1
6 Примула крупночашеч-ковая Primula macrocalyx Bunge 0,1
7 Касатик карликовый Iris pumila L. 3,1
8 Лилия мартагон Lilium martagon L. 0,5
9 Прострел раскрытый Pulsatilla patens (L.) Mill 0,2
Семена помещались в контейнеры — пластиковые пробирки типа Test Tube 012/75, 4 ml в количестве 3 штук с маркировкой соответственно БС-1, БС-2 и БС-3 (рис. 1, 2, см. цветные вклейки), которыми затем снаряжалась НА "БИОКОНТ-Б" (рис. 3, 4, см. цветные вклейки). Краткая ботаническая характеристика растений — объектов исследования представлена ниже в соответствии с данными [3; 4].
Клематис (ломонос) цельнолистный — Clematis integrifolia L. Полукустарник с прямостоячими или слабо ветвистыми в нижней части стеблями. Ареал вида охватывает Кавказ, юг Западной и Восточной Сибири, Среднюю и Восточную Европу, Балканы, Среднюю и Малую Азию. В природе встречается по опушкам широколиственных лесов, суходольным лугам, степям. Цветки одиночные, темно-синие, поникающие до 8 см в диаметре. Плод — многоорешек.
Астра альпийская — Aster alpinus L. Многолетнее корневищное травянистое или полукустарниковое растение с горизонтально ветвистым корневищем. Распространена в Закарпатье, на Южном Урале, Кавказе, в Европе, Средней и Малой Азии, на западе Северной Америки. Соцветия — одиночные корзинки 4-5 см в диаметре. Плод — семянка с волосистым хохолком.
Гвоздика Андржеевского — Dianthus andrzejowskianus (Zapal) Kulcz.
Многолетнее стержнекорневое травянистое растение. Широко распространено в европейской части России в степях, на травянистых и каменистых склонах. Цветки с красно-розовым околоцветником собраны в соцветия головки. Плод — коробочка. Семена — 2,0... 2,7 мм в диаметре.
Лен многолетний — Linum perenne L. Многолетнее травянистое растение, формирующее сильноразветвленный стебель. Произрастает на юге европейской части России, в Сибири, Средней Азии, Средней Европе, на Балканах, распространено в европейской части России, в Западной и Восточной Сибири, в Средней Азии. Цветки голубые до 2 см в диаметре. Плод — коробочка.
Синюха голубая — Polemonium coeruleum L. Многолетнее травянистое растение с коротким толстым корневищем. Широко распространена в европейской части СНГ, Западной и Восточной Сибири, на Кавказе. Цветки синие, в метельчатом соцветии. Плод — трехгнездная многосемянная коробочка яйцевидной или шаровидной формы, семена темно-коричневые, мелкие, узкокрылые.
Первоцвет крупночашечковый — Primula macrocalix Bunge. Многолетнее невысокое травянистое растение с пучком прикорневых листьев, образующих прикорневую розетку. Ареал включает в себя Западную и Восточную Сибирь, Южную Европу, Кавказ, Иран. Цветки в верхушечном соцветии зонтик. Плод — овальная коробочка, расширенная в верхней части. Семена темно-бурые, овальные, угловатые.
Ирис (касатик) карликовый — Iris pumila L. Многолетнее невысокое ко-роткокорневищное травянистое растение. Ареал вида захватывает европейскую часть бывшего СССР, Кавказ, Среднюю Европу, Средиземноморье, Балканы, Малую Азию, степные районы европейской части России. Цветки имеют окраску от лиловой до светло-желтой. Плод — коробочка.
Лилия кудреватая — Lilium martagon L. Многолетнее луковичное растение. Распространена от Португалии до Забайкалья, включая европейскую часть России, Кавказ, Сибирь, Малую Азию. Окраска цветков — сиреневая или розоватая с мелкими бурыми пятнами. Плод — шестигранная коробочка, семена плоские, коричневато-желтые.
Прострел раскрытый — Pulsatilla patens (L.) Mill. Короткокорневищный многолетник с корневищными листьями, появляющимисю я после цветения. Распространен в Средней Европе и Скандинавии, широко представлен в европейской части России. Окраска околоцветника от лилового до светло-голубого. Плод — многоорешек с длинными пушистыми придатками.
Задачи исследования состояли в изучении полевой всхожести и динамики развития проростков указанных растений в открытом грунте с целью получения данных по влиянию условий космического полета на жизнеспособность семян и начальные этапы онтогенетического развития дикорастущих травянистых растений.
Семена растений после экспонирования на борту КА "БИОН-М" № 1 21 мая и 25 июля были высеяны в открытый грунт на глубину 1-2 см, в соответствии с размером семян (рис. 5, 6). Сроки посева были определены в примерном соответствии со временем созревания семян этих видов в природе и их попаданием на поверхность почвы в природных сообществах. Выпавшие в достаточном количестве в начале августа осадки создали благоприятные условия для появления всходов, которые были обнаружены спустя 10-15 дней для разных видов. Показа-
тели грунтовой всхожести варьировали в пределах от 3 до 78 %, причем для трех из девяти видов всходы не появились (табл. 5, рис. 7-12, см. цветные вклейки).
Таблица 5
Показатели грунтовой всхожести семян растений природной флоры после экспонирования на КА "БИОН-М" № 1
№ Виды растений Всхожесть, %
1 Клематис цельнолистный (Olematis integrifolia L.) 3
2 Астра альпийская (Aster alpinus L.) 0
3 Гвоздика Андржеевского (Dianthus andrzejowskianus Kulcz.) 8
4 Лен многолетний (Linum perenne L.) 67
5 Синюха голубая (Polemonium caeruleum L.) 7
6 Примула крупночашечковая (Primula macrocalyx Bunge) 0
7 Касатик карликовый (Iris pumila L.) 78
8 Лилия мартагон (Lilium martagon L.) 0
9 Прострел раскрытый (Pulsatilla patens (L.) Mill) 15
Для подавляющего большинства дикорастущих видов в норме не свойственны дружное прорастание и высокие показатели грунтовой всхожести, так как ежегодно прорастает лишь часть сформированных семян, остальные пополняют многолетний фонд семян в почве (банк семян). Это нормальная ситуация для природных экосистем с ненарушенным растительным покровом, внедрение в который новых особей многолетников может быть затруднено и, напротив, быстро происходит при появлении нарушенных участков за счет прорастания сохранившихся в почве семян. Семена изучаемых растений имеют, как можно предполагать, неодинаковую глубину покоя и разные физиологические основы его поддержания. Отсутствие "летних" всходов у лилии мартагон, примулы крупночашечковой и астры альпийской может быть проявлением состояния покоя, из которого их выведет перезимовка в почве (естественная стратификация).
В качестве положительного момента стимулирующего влияния факторов космического полета следует отметить повышенную, против обычных для наших многолетних наблюдений, грунтовую всхожесть льна многолетнего и касатика карликового. Показатели всхожести семян для данных видов на уровне 70-80 % норме не свойственны.
В полевых опытах также выявился эффект возрастания неоднородности растений на ранней стадии развития - среди групп всходов появлялись более крупные экземпляры, опережающие по развитию соседние особи, что особо отчетливо показали растения льна многолетнего и касатика карликового. Возможно, что эта гетерогенность групп всходов связана с неодинаковыми размерами и массой исходных семян в партиях, что позволило отдельным семенам испытать на себе более или менее сильное воздействие ослабленного ионизирующего излучения в условиях космического полета. Учитывая, что большинство данных растений привлекательны в период цветения, а многие уже выращиваются в качестве декоративных, эффект стимуляции заслуживает дальнейшего изучения и проведения за всеми экземплярами многолетних наблюдений, по крайней мере, до их вхождения в генеративную стадию развития. Не исключено, что "мягкое" стимулирующее воздействие факторов космического полета изменит характер их цветения и будет способствовать появлению новых декоративных особенностей, которые могут быть закреплены в селекции при выведении сортов.
Заключение
Влияние факторов космического полета практически на все биообъекты многообразно и связано с возникновением у них неспецифических адаптационных реакций. Например, ранее проводившиеся исследования показали, что пребывание в космическом пространстве может оказывать стимулирующий эффект на сухие семена ряда растений (более быстрое прорастание и развитие сеянцев), а также вызывать ускорение деления клеток на проростках и появление в них хромосомных нарушений [5]. Предварительные результаты проведенных исследований для экспонированных на борту КА "БИОН-М" № 1 в течение 30-суточного полета (с 19 апреля по 19 мая 2013 года) семян и плодов лекарственных растений (мелиссы лекарственной и расторопши пятнистой) и растений природной флоры (клематис цельнолистный, гвоздика Андржеевского, лен многолетний, синюха голубая, касатик карликовый, прострел раскрытый) подтверждают стимулирующее воздействие факторов космического полета на показатели всхожести и на первые стадии вегетации. Отсутствие "летних" всходов у лилии мартагон, примулы крупночашечковой и астры альпийской может быть проявлением состояния покоя. Отмечается заметное влияние на скорость прорастания семян мелиссы лекарственной и плодов расторопши пятнистой, семена которых экспонировались на борту КА "БИОН-М" № 1, соответственно, на 10-15 % и 15-20 %. То же самое выявили и морфометрические данные (мелколиственность, эффект возрастания неоднородности на ранней стадии развития растений, наличие растений "гигантов" и т. п.). Обнаружена повышенная, против обычного, грунтовая всхожесть льна многолетнего и касатика карликового, а именно, для них показатели всхожести семян выше на 70-80 % от нормы, что им не свойственно.
В связи с полученными предварительными результатами лабораторных и полевых опытов с экспонировавшимися на борту КА "БИОН-М" № 1 семенами растений представляет несомненный интерес продолжение проведения аналогичных космических экспериментов с более широкими наборами семян других растений с целью изучения особенностей их послеполетного онтогенетического развития и выявления возможных изменений у последующих поколений данных особей. Следовало бы также рассмотреть возможные эффекты экспонирования семян на КА при более длительных полетах и (или) жестких условиях, например, на более высоких орбитах или в контейнерах научной аппаратуры (КНА) на внешней поверхности КА. По-видимому, также представляет большой интерес проведение космических экспериментов с проращиванием семян непосредственно на борту КА. В связи с представленными здесь предварительными результатами космических экспериментов на КА "БИОН-М" № 1 и в их развитие далее планируется не только решение поставленных задач исследования в полном объеме, но и проведение аналогичных экспериментов на КА "ФОТОН-М" № 4 (запуск планируется в середине 2014 года), а также на КА "БИОН-М" № 2 (запуск в 2017 году) в рамках новой научной программы, разрабатываемой в ИМБП РАН. В настоящее время для КА "ФОТОН-М" № 4 разработана многоцелевая научная аппаратура "СИГМА" [6], в состав которой входит модуль для размещения контейнеров с семенами и плодами высших растений. Кроме того, для КА "ФОТОН-М" № 4 разработана специализированная научная аппаратура — многоканальный регистратор температур (МРТ) [7; 8], предназначенный для контроля тепловых режимов конструкции КНА на внешней поверхности спускаемого аппарата и размещаемой в них научной аппаратуры для проведения космических экспериментов, в том числе с различными биообъектами. Для обеспечения контроля условий проведения кос-
мических экспериментов в КНА на КА "БИОН-М" № 2 на нем также планируется
установка МРТ, что позволит расширить спектр проводимых исследований, в том
числе при проведении соответствующих медико-биологических экспериментов.
Литература
[1] Космическое аппаратостроение: Научно-технические исследования и практические разработки ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс" / А.Н. Кирилин [и др.]; под ред. А.Н. Кирилина. Самара: АГНИ, 2011. 280 с.
[2] Куркин В.А. Фармакогнозия: учебник для студентов фармацевтических вузов (факультетов). 2-е изд., перераб. и доп. Самара: ООО "Офорт": СамГМУ, 2007. 1239 с.
[3] Красная книга Самарской области. Редкие виды растений, лишайников и грибов. Тольятти: ИЭВБ РАН, 2007. Т. 1. 372 с.
[4] Определитель растений on-line. URL: http://www.plantarium.ru.
[5] Ларин В.В. Космическая биология // БСЭ. М.: Сов. энциклопедия, 1973. Т. 13. С. 233-235.
[6] О разработке научной аппаратуры "СИГМА" для проведения медико-биологических космических экспериментов / Л.Т. Волова [и др.] // Системный анализ, управление и навигация: тезисы докладов (XVIII междунар. научная конф.; Евпатория, Крым, Украина, 30 июня - 7 июля 2013 г.). М.: Изд-во МАИ, 2013. С. 24-25.
[7] Многоканальный регистратор температур для научной аппаратуры на борту космических аппаратов "Бион-М" и "Фотон-М" / В.И. Абрашкин [и др.] // Обозрение приклад. и промышл. математики. 2012. Т. 19. Вып. 2. С. 232-233.
[8] Абрашкин В.И., Курганская Л.В., Щербак А.В. Автономная система мониторинга теплового состояния научной аппаратуры на космическом аппарате // Известия СНЦ РАН. 2012. Т. 14. № 6. С. 240-243.
Поступила в редакцию 23/X/2013;
в окончательном варианте — 23/X/2013.
CONCERNING THE PRELIMINARY RESULTS OF SPACE EXPERIMENT WITH THE HIGHER PLANTS SEEDS EXPOSED ON SPACECRAFT "BION-M" № 1
© 2013 V.I. Abrashkin7 E.V. Avdeeva, V.A. Kurkin, V.M. Ryzhovf Y.N. Gorelov, L.V. Kurganskayaf V.K. Ilyin,10 L.M. Kavelenova,11 S.A. Rozno,
I.V. Ruzaeva, K.S. Ruzaeva12
The preliminary results of after-flight laboratory and field studies fulfilled with the higher plants seeds exposed for 30 days on the board of spacecraft "BION-M" № 1 are presented in the article.
Key words: space experiment, factors of space flight, plants of medicinal and native flora, seeds, fruit, field observations, parameters, germination, speed of germination.
Paper received 23/X/2013. Paper accepted 23/X/2013.
7Abrashkin Valeriy Ivanovich ([email protected]), Federal State Unitary Enterprise State Research and Production Space Rocket Center "TsSKB-Progress", Samara, 443009, Russian Federation.
8 Avdeeva Elena Vladimirovna ([email protected]), Kurkin Vladimir Alexandrovich ([email protected]), Ryzhov Vitaliy Mikhailovich ([email protected]), the Dept. of Pharmacognosy with the Basics of Botany and Herbal Medicine, Samara State Medical University, Samara 443079, Russian Federation.
9Gorelov Yuriy Nikolaevich ([email protected]), Kurganskaya Lyubov Viktorovna ([email protected]), Institute for the Control of Complex Systems of RAS, Samara, 443020, Russian Federation; Research and Education Center "Space systems of remote sensing", Samara, 443011, Russian Federation.
10Ilyin Vyacheslav Konstantinovich ([email protected]), SSC RF - IBMP RAS, Moscow, 123007, Russian Federation.
x1Kavelenova Ludmila Mikhailovna ([email protected]), the Dept. of Ecology, Botany and Nature Protection, Samara State University, Samara, 443011, Russian Federation.
12Rozno Svetlana Alexeevna ([email protected]), Ruzaeva Irina Vasilievna ([email protected]), Ruzaeva Kseniya Sergeevna ([email protected]), Botanical Garden, Samara State University, Samara, 443086, Russian Federation.
