CC BY
6
УДК 57.043
Даниловских М.Г.
к. с/х. н. преподаватель высшей категории, НовГУ,
Великий Новгород Винник Л.И. к. с/х. н. доцент, НовГУ, Великий Новгород Летенков О.В. к.т.н. доцент НовГУ Великий Новгород
СТИМУЛЯЦИЯ СЕМЯН РЕДИСА И ГОРЧИЦЫ С РАЗЛИЧНОЙ КИРАЛЬНОСТЬЮ МОЛЕКУЛ ЖИРОВ И УГЛЕВОДОВ
Аннотация
Предмет исследования. Структура живого вещества на Земле во многом определяется космологическими факторами. К числу этих факторов относится киральная асимметрия живого мира. Одной из причин проявления киральности могут быть естественные электромагнитные поля. Основные результаты. В статье рассмотрена реакция семян редьки и горчицы с разным количественным содержанием жиров с £ и углеводов с й симметрией на возбуждение лазерным излучением правой и левой симметрии. Практическая значимость. Благодаря этому удается значительно улучшить рост и развитие растений, повысить их устойчивость к болезням, получить дополнительную информацию об ответной реакции биосистем на стимуляцию I- и й-форм молекулярной симметрии жиров и углеводов.
Ключевые слова:
низкоинтенсивное сканирующее лазерное излучение (НИСЛИ), лево- и правосторонние формы молекулярной симметрии (£-, й-формы), хиральность (киральность) — асимметрия относительно правой и левой сторон, круговое сканирование НИСЛИ с правой плоскостью линейной поляризации лазера.
Введение
Известно, что жизнь на Земле асимметрична. Научные теории и гипотезы возникновения вращательных асимметрий у биоорганических видов рассмотрены в [1-6]. Этот феноменологический эффект научно укладывается в гелиокосмобиологическую модель В.И. Вернадского [7], а именно: параллелизм последовательности структурообразования неживой и живой природы в микро- и макромире, в том числе последовательности диссимметризации живых форм.
Диссимметрия и ее особое проявление — хиральность, т.е. проявление право-левой асимметрии, является предметом изучения многих научных дисциплин. Понятие хиральности прочно утвердилось как рабочее понятие в науках, изучающих биоорганический мир — мир живого, в частности в науках о жизни, биофизике и физике живого [4, 8-13].
Хиральная специфичность — неотъемлемое свойство живой природы, а воспроизведение и поддержание такой специфичности — одна из наиболее характерных функций жизнедеятельности биосистем, т.е. можно сказать, что жизнь хиральна [14]. Большинство а-аминокислот природного происхождения, входящих в состав белков, имеют 5-конфигурацию или, как часто говорят, относятся к I-ряду, тогда как сахара (углеводы) правовращающие, т.е. относятся к й-ряду [15] (в биологических
процессах используются только левосторонние молекулы аминокислот и только правосторонние молекулы сахаров). Поэтому, изучая реакцию биосистем на стимуляцию L- и D-симметричных форм молекул, участвующих в биологических процессах, можно надеяться получить дополнительную информацию, которая прольет свет на этот вопрос.
Физический и биологический механизм воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения (когерентного, монохроматического и поляризованного света) можно разделить на четыре основные категории:
1) первичные эффекты (изменение энергии электронных уровней молекул живого вещества, стереохимическая перестройка молекул, локальные термодинамические возмущения, появление градиентов концентрации внутриклеточных ионов в цитозоле);
2) вторичные эффекты (фотореактивация, стимуляция или торможение биопроцессов, изменение функционального состояния как отдельных систем биологической клетки, так и организма в целом);
3) последействия (цитопатический эффект, образование токсических продуктов тканевого метаболизма, реактивные эффекты нейрогуморальной системы регуляции и др.);
4) эффект хиральности, (т.е. хиральной асимметрии в D- и ¿-формах, изначально присуще живой материи и определяет ее свойства во взаимоотношениях и взаимодействиях с объектами — веществом и полем — материального мира).
4) эффект хиральности (то есть киральной асимметрии в D и L форме, присущей живой материи и определяющей ее свойства в отношениях и взаимодействиях с объектами — материей и полем — материальным миром).
Все это многообразие эффектов определяет широчайший спектр адаптивных и саногенетических ответов биосистемы (человека, животного, растения) на лазерное воздействие.
Материалы и методы
Предметом рассмотрения является характер взаимодействия хиральных свойств НИСЛИ с правым и левовращающимся лазерным излучением с киральными свойствами молекул биологического объекта. В качестве объектов исследования использовали сушеные семена редиса (Raphanus sativus L. var. radícula D.C.) сорта «Розово-красный с белым кончиком» и индийской горчицы (Brassica juncea L.) — однолетнего травянистого растения. Выбор был сделан из-за разного содержания молекул жиров с L и углеводов с D симметрией в семенах горчицы и редиса. Основной состав семян представлен в таблице 1.
Таблица 1
Состав семян редиса и горчицы, г на 100г
Белки Углеводы__Жиры_
Редис
Горчица
1,2
37,1
4,6
5,9
0,1
11,1
Оптическая схема экспериментальной установки
На (рис. 1) показано воздействие на семена редьки и горчицы в устройстве кругового сканирования НИСЛИ с правой линейной плоскостью поляризации и правым/левым направлением вращения сканирующего лазерного луча [16]. В лазерном стимуляторе луч лазера попадает на вращающуюся четырехгранную призму (ПР), которая с помощью ДВП — двигателя вращения призмы, вращается вдоль линии, и проецирует его на биологический объект, помещенный в чашку Петри. Ротационная каретка (ВК), приводимая в движение ДВК — двигателем каретки, производит круговое сканирование семенного монослоя лазерным лучом (время цикла сканирования 0,5 секунды). Это создает левостороннюю Б или правостороннюю Бо ЭМП (вектор поляризации, представленный синими наклонными линиями) в каждой точке, где лазерный луч попадает на семя, тем самым стимулируя биологические процессы.
Рисунок 1 - Схема стимуляция семян редиса и горчицы
Воздействие НИСЛИ в красном диапазоне производилось полупроводниковым лазером типа (HLDH-660-А-50-01), мощность лазерного излучения Ризл = 50 мВт. Возбуждение монослоя семян осуществляли с постоянной плотностью мощности W = 3,5 мВт/см2 и дозой облучения D = 0,26 мДж/см2 при следующих параметрах: частота импульсов / = 1000 Гц, время воздействия 30 с.
Описание эксперимента
Сухие семена были сформированы в две отдельные группы (по 50 семян в каждом из опытов) для каждого испытуемого 18 августа 2013 г., каждая группа состояла из одной контрольной и трех опытных групп. Затем семена замачивали в водопроводной воде комнатной температуры и оставляли на сутки (по ГОСТ 12038-84).
На вторые сутки набухшие семена в количестве 50 шт. подвергали однократному освещению 10-15 люкс и короткой экспозиции 30 с. В третьем эксперименте время экспозиции для НИСЛИ правого + левого вращения сканирующего лазерного луча составило 15 секунд для правого + 15 секунд для левого вращения. Параметры облучения: расстояние от излучателя до объекта, выбор частоты следования лазерных импульсов 1000 Гц и время воздействия 30 секунд были определены экспериментально из предыдущих экспериментов. Этот вид облучения стимулирует ростовые процессы и способствует реализации генетического потенциала.
Основные результаты
После облучения семена горчицы непрерывно проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге при постоянной температуре и освещении. В ответ на стимуляцию был выбран параметр «динамика роста апексов» общепринятого комплексного показателя. Измерения проводили на третий день всходов, когда появились апексы. Результаты измерений представлены в таблице 2.
Таблица 2
Динамика роста апексов семян горчицы в мм
Сутки проращивания 20.08.13 21.08.13 22.08.13 23.08.13.
Контроль 6,20 =0,11 11,40 ±0,30 13,00=0,77 17,00 ±0.60
Лазер правое 10,80=0,66 (р<0,05) 15,40 ±0,57 (р<0,05) 22,20 =0,40 (р<0,05) 28,60 ±0.78 (р<0,05)
Лазер левое 11,40 =0,62 (р<0,05) 18,40 ±0,91 (р<0,05) 29,80=1,65 (р<0,05) 39,50 ±2.03 (р<0,05)
Лазер правое+левое 8,80=0,56 (р<0,05) 12,20 ±0,66 (р<0,05) 13,60=0,82 (р<0,05) 14,60 ±0.70 (р<0,05)
По результату 1-го опыта достоверность всех опытных групп составляла (р < 0,05). В первом опыте с семенами горчицы, (рис. 2), динамика роста апексов имела другое значение. Апексы семян, стимулированные левым вращением луча лазера, по динамике роста опережали все
остальные опытные группы. В конце эксперимента прогрессирование по сравнению с контролем
составило 232,4% на основе лазерной стимуляции апексов семян при правом вращении, 138,1% на основе
лазерной стимуляции апексов семян при правом вращении + левое вращение 270,5%.
Горчиц
□ Контроль в Лазер правое в Лазер левое и Лазер правое+левое
20,08,13 21,08,13 Сутк 22,08,13 23,08,13
Рисунок 2 - Динамика роста семян горчицы
По результатам первого опыта видно, что стимуляция семян горчицы левым вращением лазерного луча приводила к более активному росту апексов семян. Такую динамику роста можно объяснить высоким содержанием молекул жиров в семенах горчицы с левой симметрией.
Также и во втором опыте с семенами редиса, (рис. 3), динамика роста апексов имела другое значение.
Редис
□ Контроль □ Лазер правое 0 Лазер левое В Лазер правое+левое
25,00
20,08,13 21,08,13 Сутки 22,08,13 23,08,13
Рисунок 3 - Динамика роста семян редиса
Результаты измерений представлены в таблице 3.
Таблица 3
Динамика роста апексов семян редиса
Сутки проращивания 20.08.13 21.08,13 22.08,13 23.08,13
Контроль 5,00 ±0,25 (р<0,05) 8,60 =0,39 (р<0,05) 9,80 =0,37 (р<0,05) 15,60 ±0,68 (р<0,05)
Лазер правое 3,90 ±0,18 (р<0,05) 13,20 ±0,63 (Р<0,05) 16,80 ±0,54 (р<0,05) 24,10 ±0,93 (р<0,05)
Лазер левое 3,20 ±0,15 (р<0,05) 10,20 ±0,45 (р<0,05) 14,20 ±1,33 (р<0,05) 20,40 ±0,73 (р<0,05)
Лазер правое+левое 5,00 ±0,21 (р<0,05) 8,00 =0,34 (р<0,05) 13,00 ±0,63 (р<0,05) 17,80 ±0,62 (р<0,05)
По результату 2-го опыта достоверность всех опытных групп составляла (p < 0,05). На третьи сутки динамика роста семян редиса, стимулированных правым + левым вращением лазера, отставала в росте от семян контрольной группы и семян, стимулированных правым + левым вращением. Но на четвертый день экспериментальные группы стали превосходить контрольные группы. Апексы семян, стимулированные правым ротационным излучением лазера, превосходили все остальные экспериментальные группы по динамике роста. В конце опыта преимущество над контролем составило 154,5%, для апексов из лазеро-стимулированных семян с левым вращением 118,1%, для апексов из лазеро-стимулированных семян с правым + левым вращением 135,4%.
По результатам второго опыта видно, что стимуляция семян редиса правым вращением луча лазера привела к более активному росту апексов семян. Объяснить такую динамику роста можно большим содержанием молекул углеводов, в семенах горчицы, обладающих правой симметрией.
По результатам второго эксперимента видно, что стимуляция семян редиса правым вращением лазерного луча приводила к более активному росту верхушек семян. Такая динамика роста может быть объяснена высоким содержанием молекул углеводов в семенах горчицы, обладающих правосторонней симметрией.
Заключение
Таким образом, результаты экспериментов показывают, что воздействие правого и левого излучения лазерного луча на биологический объект с выраженной хиральностью молекул является высокоэффективным и значительно увеличивает всхожесть семян.
Список использованной литературы:
1. Казначеев В.П. Космопланетарный феномен человека: Проблемы комплексного изучения / В.П. Казначеев, Е.А. Спирин - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991.
2. Соколовский С.И. Биофизическое обоснование и клиническая апробация лечения пародонтита вихревыми магнитными полями / С.И. Соколовский, С.А. Яшин // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. -2000 - Т. 8 - № 1.
3. Бинги, В.Г. Вращение биологических систем в магнитном поле: Расщепление спектров некоторых магнитобиологических эффектов / В.Г. Бинги // Биофизика - 2000 - Т. 45. - № 4 - С. 757-759.
4. Аветисов В.А. Физические аспекты нарушения зеркальной симметрии биоорганического мира / В.А. Аветисов, В.И. Гольданский // Успехи физ. наук - 1996 - Т. 166-№ 8 - С. 873-891.
5. Кизель В.А. Физические причины диссиметрии живых систем / В. Кизиль - М.: Наука, 1985.
6. Житник Н.Е. Вихревые магнитные поля в медицине и биологии / Н.Е. Житник, Я.В. Новицки, В.Н. Привалов // Вестн. новых мед. технологий - 2000 - Т. VII. - № 1. - С. 46-57.
7. Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста / В.И. Вернадский. - М.: Наука, 1988.
8. Яшин А.А. Четвертое измерение в конструктивной физике живого: эффекты киральности в биологии / А.А. Яшин // Вестн. новых мед. технологий - 2000 - Т. VII. - № 2 - С. 50-55.
9. Ситько С.П. Введение в квантовую медицину / С.П. Ситько, Л.Н. Мкртчян - Киев: ПАТТЕРН, 1994.
10.Каценеленбаум Б.З. Киральные электродинамические объекты / Б.З. Каценеленбаум // Успехи физ. наук, - 1997 - Т. 167. - № 11. - С. 1201-1212.
11.Човнюк Ю.В. Принципы генерации когерентного электромагнитного излучения КВЧ-диапазона и его усиление нормально функционирующими биоклетками / Ю.В. Човнюк, Т.Н. Овсянникова // Physics of the Alive / 2000. - V. 8 - № 2. - P. 29-51.
12.Човнюк Ю.В. Электромагнитные волны КВЧ-диапазона в биоплазме / Ю.В. Човнюк, Т.Н. Овсянникова // Physics of the Alive / 2001, - V. 9, - № 1. - P. 12-22.
13.Човнюк Ю.В. Методы и модели анализа киральных свойств биообъектов: поляризационно-селективные резонансные явления в ММ-диапазоне электромагнитных волн / Ю.В. Човнюк и др. // Вестн.
новых мед. технологий - 2002 - Т. IX.
14.Архипов М.Е., Субботина Т.И., Яшин А.А. Киральная асимметрия биоорганического мира: Теория, эксперимент / Под ред. А.А. Яшина. - Тула: ПАНИ, НИИ НМТ. Изд-во «Тульский полиграфист», 2002.- 242с. (Серия «Электродинамика и информатика живых систем», Т. 1).
15.Шабаров Ю.С. Органическая химия - СПб.: «Лань», 2011. - 848с.
16.Патент на изобретение РФ № 2565822 (зарегистрировано 23.09.2015г, приоритет изобретения 10.06.2014г) «Способ предпосевной стимуляции семян и устройство для его осуществления» Даниловских М.Г., Винник Л.И., Горелкин А.Д.
© Даниловских М. Г., Винник Л. И., Летенков О.В., 2022
