Научная статья на тему 'Влияние облученной ЭМИ дистиллированной воды на растительные объекты'

Влияние облученной ЭМИ дистиллированной воды на растительные объекты Текст научной статьи по специальности «Биология»

1551
100
Поделиться

Похожие темы научных работ по биологии , автор научной работы — Хашаев З.Х-М., Кожокару А.Ф., Шекшеев Э.М.,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Влияние облученной ЭМИ дистиллированной воды на растительные объекты»

Раздел 6 БИОИНФОРМАТИКА

УДК 577.3

З.Х-М. Хашаев, А.Ф. Кожокару, Э.М. Шекшесв ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕННОЙ ЭМИ ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ ВОДЫ НА РАСТИТЕЛЬНЫЕ ОБЪЕКТЫ

Введение

При рассмотрении различных вопросов экологии и медицины, анализируя механизмы действия ЭМИ различного происхождения и природы на биологические объекты, нельзя обойти вопрос действия ЭМИ непосредственно на воду, составляющую 70-90% от общей массы живых существ. Важным свидетельством в пользу предположения об акцепторной роли воды при действии ЭМИ на живые организмы является факт поглощения 90-98% энергии ЭМИ водой [Пресман, 1968]. Ряд работ свидетельствует о том, что низкоинтенсивное ЭМИ может вызывать изменения физических и оптических свойств воды и способности ее связываться с ионами, молекулами и частицами, сохраняющимися во времени. Однако, лишь в единичных работах показано, что эти изменения воды могут играть роль в биологическом эффекте ЭМИ на клеточном и физиологическом уровнях. В исследованиях, ранее проведенных в ИБК РАН, было показано, что солевой раствор может сохранять память о воздействии слабого ЭМИ мм диапазонам и изменять активность одиночных Са-активирусмых К-каналов в культуре почек в течение 10-20 минут после его облучения, причем объект при этом НС облучали[Ревепко е1а1., 1995].

Цель настоящей работы исследовать роль возможных изменений воды, индуцированных радиочастотным ЭМИ мм диапазона, в изменении ряда показателей роста и развития растительных объектов, а также протонного и метаболического обмена у клеток этих объектов.

Исследованиям действия мм ЭМИ невысокой интенсивности на растительные клетки посвящены лишь отдельные работы, связанные с изменением транспорта ионов Н+, СГ [Катаев и др., 1993], величины мембранного потенциала, pH цитоплазмы [Петров, Бецкий 1989], соотношения регуляторов роста и со стимулирующим действием ЭМИ на продуктивность [ Ковалев и др. 1995].

В то же время растительный объект имеет ряд преимуществ перед животным объектом при исследовании механизмов действия ЭМИ. Так, он позволяет регистрировать реакции, имеющие высокую чувствительность к действию ЭМИ транспорт электронов, реакции протонного обмена и синтеза АТФ, поглощение кислорода, фотовосстановление НАДФ* и др. Растения не подвержены влиянию стрессовых факторов и слабых неконтролируемых внешних воздействий, поэтому состояние растительного объекта не вносит столь существенного влияния в эффекты ЭМИ, как при исследовании на животных, что повышает воспроизводимость и надежность данных, причем полученные данные не требует решения проблем экстраполяции. Растительный материал является легкодоступным, недорогостоящим, на нем возможны серийные исследования биологического действия на целом растении, на его отдельных частях, клетках и субклеточных структурах. Все это особенно важно при массовых экспериментах.

Материалы и методы

В большинстве экспериментов использовали семена пшеницы сорта Мироновская-808 и Заря (в некоторых опытах - семена подсолнечника). Каждый опыт состоял из трех групп семян: 1) контроль проращивание семян без облучения; 2) опытная группа облучали только дистиллированную воду, затем в нее помещали предварительно замоченные в необлученной дистиллированной или водопроводной воде необлученныс семена; 3) дополнительный контроль облучались только сухо-воздушные семена или предварительно замоченные в необлученной дистиллированной или водопроводной воде, затем проращивались в необлученной воде.

Образцы содержались на протяжении всего опыта в равных условиях при комнатной температуре или в термостате при 22-25 °С. Вода для проращивания семян добавлялась через определенные промежутки времени после облучения, соответственно 0,5, 5, 10, 30, 60 и 180 мин., чтобы выявить время сохранения “памяти” облученной воды.

В первой серии опытов облучения проводили радиочастотным генератором 4-141 как в работе [Fesenko etal., 1995], частота 42,25 Ггц, ППМ 2мВт/см2. Облучение проводили в чашках Петри диаметром 6 см, толщина слоя в чашке 1,8мм, объем раствора 5мл или в конической колбе, толщина слоя 2мм, объем раствора 10мл. Экспозиция ЗОмин. при комнатной температуре.

Во второй серии опытов ставилась задача проверить основные результаты первой серии опытов в случаях воздействия низкоинтенсивного облучения 5 и 25 мкВт/см2, частота 2-8 ГГц.

Результаты прямого действия ЭМИ на семена и опосредованного (через воду) представлены в виде ряда физиологических и биофизических показателей для контрольных и опытных образцов. Определялись изменения всхожести семян, суммарного веса семян и проростков, длины стебля и корневой системы после воздействия ЭМИ, начиная с 6-8 часов, до 5-7 суток, в некоторых случаях до 25 суток.

Одновременно проводили измерения pH в среде прорастания отражающий pH у поверхности ссмян и зародыша в процессе набухания и прорастания; использовали цифровой рН-метр с электродом “Orion” Суммарное количество вышедших в среду из семян ферментов (эстераз) определяли по изменению оптической плотности на спектрофотометрах “Specord-40” и “Perkin-Elmer”, причем использовали семена, предварительно замоченные в течение 16-19 часов и готовые к прорастанию, что необходимо для наибольшего выхода эстераз и максимальной их активности.

Показателем действия ЭМИ служили также изменения в развитии микрофлоры на поверхности семян и в среде по ходу экспериментов.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Все опыты проводили в 3-4 повторностях, спектрофотометрический анализ и измерения pH среды проводили двух-трехкратно. В работе приводятся результаты среднестатистических данных.

Результаты исследований

Первая серия опытов. В Таблице 1 показано в процентах прорастание семян пшеницы сорта “Мироновская-808 в предварительно облученной дистиллированной воде и в контроле (за 100% принималось 50 семян в чашке Петри).

Таблица 1.

Процент проросших семян пшеницы в различное время после начала их проращивания

NN п/п Вариант опыта Время регистрации числа проросших семян, часы

8 16 24 32 40 48 56 64 7

1 Контроль (без облучения) 10 20 35 48 63 72 100 100 1

2 Опыт 15 30 47 64 78 97 100 100 10

(облучалась

только

дистиллирован

ная вода)

3 Контроль 18 33 50 67 82 100 100 100 1

(облучались

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

только

семена)

Из Таблицы 1 видно, что проращивание семян в предварительно облученной дистиллированной воде ускоряет всхожесть семян по сравнению с необлученным контролем на 5-25% в первые двое суток после облучения. Проращивание облученных семян в необлученной воде привело к несколько большему ускорению всхожести семян. Следовательно, в облученной дистиллированной воде произошли физико-химические изменения, которые привели к активации всхожести семян почти также, как и при непосредственном облучении семян.

С целью выяснения длительности сохранения тех физико-химических изменений воды, которые вызывали ускорение всхожести семян, провели эксперименты, в которых предварительно облученная ЭМИ дистиллированная вода добавлялась к замоченным в обычной необлученной воде семенам через определенные промежутки времени (0,5-180мин.) после облучения. Использовались семена пшеницы сорта “Заря”. В Таблице 2 приводятся результаты одного из трех проведенных опытов, давших аналогичные результаты.

Таблица 2.

Процент проросших семян пшеницы при различных промежутках времени между предварительным облучением дистиллированной воды и началом проращивания в ней

необлученных семян

NN Вариант опыта Промежу- ток времени, мин Время регистрации числа проросших семян, часы 6 12 18 24 30 36 42 48 72 120 168

1 контроль (без облучения) 14 28 44 54 65 77 77 78 76 7 70

2 Опыт (облучение только диет воды) 0,5 24 44 62 76 80 84 88 91 91 8 85

То же 5 20 36 56 74 77 79 82 84 82 8 80

То же 10 16 20 52 70 75 78 76 77 84 8 80

То же 30 14 24 46 60 70 75 73 75 76 8 80

То же 60 12 24 46 54 63 66 71 69 72 6 60

То же 180 12 24 46 52 61 64 67 68 70 6 60

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Из Таблицы 2 следует, что облученная ЭМИ вода, добавленная к замоченным семенам в наибольшей степени стимулирует прорастание семян при добавлении ее сразу (через 5 мин) после облучения (на 7-22%), в меньшей степени - через 5 (на 6-12%) и 10 мин. (6-10%). Через 30 мин. и более эффекта ускорения всхожести не наблюдалось. Следовательно, физикохимические изменения, индуцированные облучением в дистиллированной воде и вызывающие ускорение всхожести, сохраняются менее 30 мин.

Такая же закономерность отмечена и в характере изменений веса семян сорта “Заря” на первые сутки и биомассы проростков в последующие сроки наблюдения (Таблица 3).

Таблица 3

NN Вариант опыта Время, мин Время регистрации веса прорастающих семян, сутки

1 3 5 7

1 Контроль (без облучения) 3,30 5,05 6,70 6,30

2 Опыт (облучали только дистиллированную воду) 0,5 3,70 5,75 7,50 7,50

То же 5 3,60 5,30 7,40 7,40

То же 10 3,60 5,20 7,50 7,00

То же 30 3,45 4,80 7,60 7,60

То же 60 3,32 4,70 6,45 6,00

То же 180 3,30 4,70 6,40 6,02

Исходный вес семян пшеницы сорта “Заря” в среднем составляет 2,220г. Через сутки набухания вес семян в контроле достигает 3,300 г. Из Таблицы 3 следует, что добавление к семенам облученной дистиллированной воды уже на первые сутки стимулирует увеличение веса бухающих семян на 400 мг по сравнению с контрольными образцами, что свидетельствует о более активном поглощении воды опытными образцами. В дальнейшем, эта разница с контролем все более увеличивается и достиг ает 1200мг уже за счет более ускоренного роста проростков. Такое активирующее влияние облученной воды уменьшается при увеличении промежутка времени между ее облучением и началом проращивания в ней необлученных семян и через час разницы с контролем уже не было.

Следовательно, данные изложенного эксперимента также доказывают, что индуцированные облучением физико-химические изменения дистиллированной воды сохраняют свою биологическую активность лишь в течение 30 минут.

В отдельной дополнительной контрольной серии опытов мы получили данные для сравнения влияния облучения семян в дистиллированной воде с данными предыдущего эксперимента ( все условия экспериментов были идентичными). При сопоставлении данных по весу семян, облученных в дистиллированной воде в течение 30 минут, с данными по весу семян, к которым была добавлена вода, облученная в течение также 30 минут, сразу после облучения (через 0,5 мин.) (Таблица 3), выяснилось, что стимуляция в первом случае на 1, 3, 5, 7 сутки составляет 9,4%, 20%, 19,7% и 19,4%, соответственно, а во втором - 12%, 14%, 12% и 19% по отношению к контролю в эти же сутки каждого опыта. Следовательно, при облучении семян в воде наблюдается более быстрая динамика увеличения веся семян, что, по-видимому, можно объяснить за счет дополнительного поглощения энергии ЭМИ семенами и активацией ряда ферментов и стимуляторов роста семян при облучении.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Облучение ЭМИ воздушно-сухих семян, содержащих 11% воды, при этих же условиях опыта даег невысокое изменение в скорости прорастания семян и в увеличении биомассы проростков. Увлажнение же семян (пшеницы и других культур) в течение одного часа усиливает влияние ЭМИ на всхожесть (на 10-15%) и на скорость прорастания семян, а при увеличении времени замачивания влияние ЭМИ становится еще больше.

Нами был также измерен pH среды прорастания семян, отражающий pH в цитоплазме клеток проростков и клеточной стенки семян, который, в свою очередь, может изменять активность метаболических реакций этих клеток. Первоначальный pH свежеприготовленной воды составлял 4,75-5,0. В облученной дистиллированной воде pH изменялся в кислую сторону на 0,005-0,007 ед. Через 6 часов наблюдения pH среды в контрольном образце (при добавлении к необлученным семенам необлученной воды pH практически не изменялся и составлял 5,0, а в опытных образцах (добавление облученной воды к необлученным семенам) через 0,5, 5 и 10 минут после ее облучения, pH составлял 5,62, 5,72 и 5,12, то есть существенно изменялся в щелочную сторону. Указанное могло быть связано с сохранением в облученной воде физико-химических изменений, индуцированных ЭМИ. При дальнейшем наблюдении эта разница с контролем исчезала.

Спектрофотометрическим методом определяли также количество вышедших из семян белков, ферментов, метаболитов в ходе набухания и прорастания воздушно-сухих и замоченных семян пшеницы при добавлении к ним необлученной (контроль) и облученной (опыт) воды через разные интервалы времени после облучения. Было выяснено, что в первые часы наблюдения после добавления облученной воды через 0,5, 5 и 10 минут после ее облучения к предварительно замоченным семенам оптическая плотность максимумов спектров не изменяется, вплоть до 6-8 часов наблюдения, затем наступает быстрый рост выхода белков , а к 10-16 часам он становится в 2 раза больше по сравнению с контролем. В образцах с водой, добавленной через 30 минут, рост выхода белков превышал контроль в 1,5 раза, а в дальнейшем не отличался от контроля. Следовательно, индуцированные облучением физикохимические изменения дистиллированной воды существенно ускоряли выход белков из прорастающих семян. При облучении семян в необлученной воде эти процессы проходят в значительно более поздние сроки.

Вторая серия опытов. Эта серия опытов проводилась с целью выяснения существования памяти воды при низкоинтенсивных воздействиях ЭМИ 2-8 Ггц. В них применялась такая же методика биологического эксперимента с проращиваемыми семенами как и в первой серии экспериментов и изучали те же показатели. Однако, облучение проводили при интенсивностях воздействия в 80 и 400 раз более низких, то есть при 5 мкВт/см2 и 25 мкВт/см2 В этих

опытах по прорастанию в дистиллированной и водопроводной воде под действием низкоинтенсивного воздействия ЭМИ, которые проводили^ на семенах пшеницы и подсолнечника, наиболее чувствительных из 15 испытанных нами видов семян, впервые удалось подтвердить это предположение. В опытной группе использовались необлученные семена пшеницы, которые проращивались в облученной дистиллированной воде. В контрольной группе облучались семена в необлученной дистиллированной воде, в которой они и проращивались.

Проросших семян через одни сутки было в опыте 18%, а в контроле 20% при использовании облучения 25 мкВт/см2. Вес семян с проростками увеличился на 11 сутки проращивания в опыте на 31%, в контроле на 25%.

Обсуждение

В результате проведенных нами экспериментов показано, что дистиллированная вода, облучавшаяся в течение 30 минут ЭМИ радиочастотного диапазона, стимулирует прорастание семян пшеницы без облучения самих семян, обуславливая их переход от состояния покоя к активному метаболическому состоянию, что связано с определенной последовательностью биохимических и регуляторных процессов. Эта стимуляция проявлялась в повышении всхожести семян, в увеличении веса семян, длины корней и проростков.

Указанное свидетельствует об индуцированных ЭМИ изменениях в физико-химическом состоянии дистиллированной воды. Об этом также свидетельствуют изменения pH облученной дистиллированной воды (на сотые доли единиц pH в кислую сторону ). Эффект облученной дистиллированной воды на прорастающие семена был близок или аналогичен воздействию электромагнитного излучения радиочастотного диапазона.

Этот эффект проявлялся в процессе всего периода проращивания семян. Особенно выраженное влияние облученной дистиллированной воды было по увеличению выхода из семян в среду прорастания белков, ферментов, стимуляторов роста и метаболитов, изменяющих суммарную оптическую плотность среды прорастания. Она возрастала в2 раза по сравнению с контролем. Одновременно смещался в опыте и pH среды прорастания семян в щелочную сторону на 0,5-0,6 единиц pH, в то время как в контрольных пробах он не изменялся.

Таким образом, было показано, что облученная ЭМИ дистиллированная вода способна передавать эффект воздействия ЭМИ биологическим системам, в данном случае участвующим в прорастании семенам. Эта способность сохранялась недолго, не более 30 минут по большинству показателям.

Выполненные нами опыты указывают на то, что вода, по-видимому, является основным акцептором и проводником энергии и информации ЭМИ при наблюдаемых нами н растительном объекте процессов. Подбирая время, мощность и , дозу облучения воды, время добавления воды, можно избирательно влиять на те или иные биохимические и

физиологические реакции, наблюдая их, как выполнено в наших экспериментах, по

интенсивности и кинетике всхожести и прорастания семян или по биофизическим и

электрофизиологическим показателям величины мембранного потенциала ионов Н4 интенсивности транспорта ионов Са2\ К+, Na+, СГ, величине pH цитоплазмы и внешней среды, регулирующим клеточный метаболизм и изменяющимся под влиянием внешних факторов.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Нами был измерен pH внешней среды, отражающий изменения внутриклеточного pH. Мы предполагаем, что механизм наблюдаемых нами под влиянием ЭМИ изменений pH в щелочную сторону, регистрируемых при прорастании семян [Bewley, Black, 1978], может быть связан с усилением откачки протонов из среды в клетки. Закисление матрикса растительных клеток может приводить к созданию градиента pH на тилакоидной мембране,

способствующему транспорту протонов внутрь хлоропластов и активации синтеза АТФ [Музафаров, Кожокару и др., 1986] , что приводит к активации метаболических процессов и скорости прорастания семян. Менее вероятен, на наш взгляд, механизм подщелачивания среды, высказанный Аксеновым [Аксенов, 1990] для талой и кипяченой воды, заключающийся в выходе из среды значительной части растворенных газов, н том числе углекислого газа, что приводит к выходу из клетки растворенных в ней газов и подщелачиванию в ней pH на 0,2 ед.рН; этим сдвигом pH авторы объясняют активацию процессов в клетках водорослей. Наше предположение согласуется сданными Петрова и Бецкого [Петров, Бецкий, 1989] об усилении активности Н* насосов в мембранах хлоропластов и изменении мембранного потенциала, связанных с изменением pH цитоплазмы при действии мм ЭМИ (5,6 и 7,1 Ггц, ППМБ ЮмВт/см2) на лист растения. Изменения транспорта ионов (СГ) под влиянием низкоинтенсивного мм ЭМИ показаны также на мембране водорослей [Катаев и др., 1993] и транспорта К+[Фесенко и др., 1995].

Обсуждая механизмы действия ЭМИ через дистиллированную воду, следует отметить возможность влияния ЭМИ на метаболизм и биохимические реакции клетки за счет изменения кластерной структуры воды при ее облучении [Fesenko et al, 1995]. Математические расчеты и модельные опыты, приведенные в [Andreyev et al, 1990], показывает, что слабое мм ЭМИ изменяет решетку молекул воды, связанных между собой водородными связями, определенным образом ориентируя цепочки диполей воды по отношению к полю, кроме того, может происходить увеличение протонной плотности в местах повреждений цепочек диполей и индуцироваться осцилляция диполей. Изменение структуры воды влечет за собой, в свою очередь, изменение конформации биомолекул, связанных с молекулами воды, например, в растворах родамина и сывороточного альбумина человека, эти изменения сохранялись во времени (до 9 часов) [Киселев и др., 1988] и могли бы приводить к изменению метаболической активности этих биомолекул.

С другой стороны, возможно, что ЭМИ может оказывать биологическое действие через воду за счет изменения степени связанности с ионами, молекулами, частицами; с молекулами вода может связываться как на их поверхности (гидратированная вода), так и внутри (в виде мостиков), поддерживая их конформацию. Так в наших экспериментах при действии

облученной воды на семена увеличивается количество воды, удерживаемой семенами (на 3-8мг/1 семя, Таблица 3). В работе [Новскова, Гайдук, 1996] на основании анализа спектров поглощения и диэлектрических спектров сделан вывод об увеличении связывания молекул воды с коллагеном кожи, в результате чего вода теряет свою подвижность. Возможно, что и в растении при действии ЭМИ увеличивается связь ее со структурными элементами клетками -микротрубочками и микрофиламентами (цитоскелетом), которые, как известно, активно участвуют в прорастании семян при увеличении связывания с водой [Хохлова и др, 1996] На основании экспериментальных данных Волельхут [Volelhut, 1969] выдвинул гипотезу, согласно которой коллоидные частицы окружены слоем связанной льдоподобной структурированной водой, а при воздействии ЭМИ происходит переход воды в жидкую фазу при поглощении энергии ЭМИ и уменьшается степень гидратации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Катаев A.A., Александров A.A. Тихонова Л.И., Берестовский Г.Н., Частотозависимое влияние миллиметровых электромагнитных волн на ионные токи водоросли Nitellopsis. Нетепловые эффекты. Биофизика, 1993, т. 38, Т 3, с. 446-461.

2. Киселев В.Ф., Салецкий А.М., Семихииа Л.П. О влиянии слабых магнитных полей на некоторые диэлектрические и оптические свойства воды и водных растворов. Теор.и экспер. химия, 1988, N 3, с.330-334.

3. Ковалев В.М., Курапов П.Г., Скоробогатов И.В., Cuyuieea А.Г Бощенюк Л.И. Влияние электромагнитных излучений на гормональный баланс, ростовые процессы и продуктивность растений и грибов. Тез. Докл.З-ей Межд.конф. «Регуляторы роста и развития растений». М., 1995, с.74-75.

4. Музафаров Е.Н., Кожакару А.Ф. и др. Анализ действия фенольных соединений на протонно-электронный транспорт и фотофосфорилирование в хлоропластах. Сб.: Свойства флавоноидов и их функции в метаболизме растительной клетки, Пущино, НЦБИ, 1986, с.76-95.

5. Новскова Т.А., Гайдук В.И. Связь спектров поглощения с вращательным движением молекул жидкой и связанной воды. Биофизика, 1996, т.41, N 3, с.565-582.

6. Петров И.Ю., Бецкий О.В. Миллиметровые волны в медицине и биологии. М., ИРЭ АН ССС, 1989, с.242-248.

7. Пресман A.C. Электромагнитные поля и живая природа, 1968, 288с.

8. Хохлова Л.П., Швалева А.Л., Волобуева О.В. Исследование состояния воды при действии модификаторов цитоскелета. Биофизика, 1966, т.41, N 3, с.590-595.

9. Fesenko Е.Е. Geletyuk V.l., Kazsachenko V.N., Chemeris N.K. Preliminary microwave irradiation of water solutions changes their channel-modifying activity. FEBS Letters, 1995, v.366, N 1, p.49-52

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

10. Volelhut P.O. Proc.Symp. «Biological effects and Health Implication of Microwave», 1969, p.98

УДК 28:693

E.B. Родзин РИСК-АНАЛИЗ ОРНИФАУНЫ АГЛОМЕРАЦИЙ

В 1981 г. цитогенетик из США Роберт Б.Каминг создает Международное Общество анализа риска (SRA) и учреждает международный журнал "Анализ риска" (Risk Analysis), ежеквартальный журнал "Вести о риске" (Risk newsletter). Было положено организационное оформление современной методологии риск-анализа. Начальные исследования связаны с биологическими, канцерогенными и мутагенными опасностями для человека. Позже развились идеи понимания основ риска, проблем безопасности, стратегий регулирования риска (оценки, алгоритмы и технологии управления риском), правового и экономического обеспечения