Введение к работе
Актуальность темы: К настоящему времени достигнут значительный прогресс в изучении структуры и функционирования растительных клеток. Однако создание новых и развитие существующих физических методов изучения живых клеток остается актуальной задачей.
Например, для углубления представлений о механизмах фотосинтеза особое значение имеет поиск новых методов регистрации выделения фотосинтетического кислорода. Существующие способы регистрации наряду с большими достоинствами (высокая чуствительность, хорошие временные характеристики) имеют и значительные недостатки: регистрируется выделение кислорода, усредненное по большому ансамблю клеток или хлоропластов, имеется химическое или электрическое воздействие на объект. Поэтому представляет большой интерес регистрация выделения кислорода единичной фотосинтезируюшей клеткой, подвешенного с помощью магнитных пондеромоторных сил в своей культуральной среде в поле магнитной системы при различных реікимах освещения, по изменению ее магнитной восприимчивости.
К настоящему времени достигнуты значительные успехи в изучении гравирецептирующих систем растений, однако единая точка зрения на механизмы восприятия растениями гравитационного стимула отсутсвует. В связи с этим представляет значительный интерес приложение магнитных методов к изучению физиологии растений, в частности, осуществление магнитофореза внутриклеточных частиц, находящихся в гравирецептирующих органах растений и моделирование таким образом гравитационного воздействия магнитными пондеромоторными силами.
Еще один предложенный нами метод моделирования гравитационного стимула для растений состоит в использовании несимметричных механических колебаний растения, вызывающих смещение амилопластов относительно клетки за счет зависимости силы вязкого трения от скорости движения. Мы также предложили использовать с той же целью акустическое облучение гравичуствнтельных частей растений. Эти физические методы позволяют осуществлять неинвазнвным образом манипуляции с клеточными органеллами и получать информацию о механизмах гравирецепции растений и реологических свойствах клеток.
Цель работы заключалась в развитии новых подходов к исследованию
растительной клетки, в частности, фотосинтезирующих и гравирецептируюшж
клеток. '
Основные задачи работы состояли в следующем:
-
Оценить экспериментально и теоретически возможности и ограничения метода магнитного левитационного подвеса для изучения выделения кислорода единичной фотосинтезирующей клеткой.
-
Разработать методы и средства формирования магннтомеханическнх сил действующих на гравирецептируюшие клетки растений, сравнимых по величине с силой земного тяготения. Провести эксперименты при локальном действии на часть апикальной зоны корня.
3. Разработать теоретическую модель и провести экспериментальные
исследования по воздействию несимметричных колебаний на гравіфецептнрующие
органы растений.
Новизна работы.
-
Предложено использовать метод магнитного левитационного подвеса для изучения фотосинтеза. Оценены возможности метода.
-
Предложены и осуществлены устройства для создания высокогралентного магнитного поля с динамическим фактором grad(H2/2)= 10 -10 э-/см в апикальных зонах корней проростков. В условиях земной гравитации без клиностатирования наблюдалась статистически достоверная реакция растения (тропный изгиб) в ответ на локальное воздействие такого магнитного стимула.
3. Исследовано воздействие несимметричных механических колебаний на
растения, получены статистически достоверные результаты по тропной реакции
под действием этого фактора, построена модель процесса. Наблюдалась
тропная реакция корней под действием ультразвука.
Научно - практическая значимость: Развитые в работе методы и подходы позволяют не только получать информацию о гравнреиептирующей системе растений, но и быть использованы для изучения гравирецегаши других организмов и для изучения механореиептнрующих систем. Полученные результаты по действию неоднородного магнитного поля, несимметричных механических колебании и ультразвука создают перспективы для решения проблеммы выращивания растений в космосе и управления ростом сельскохозяйственных растений. С реализацией метола магнитного левитационного подвеса связывается возможность исследования процессов медленного транспорта через мембрану клетки, кинетики биохимических процессов в ней, фагоцитоза, и исследований с использованием пара- и ферромагнитных меток. Аппробация работы: Материалы диссертации докладывались на Международной Школе FEBS "Надмолекулярная организация клетки", (Росток, Германия, 1992), на Международной конференшш "Прикладная органнзашія клетки", (Росток, Германия, 1990), на Конкурсе научных работ отдела Кинетики химических и биологических процессов ИХФ РАН, (Москва, 1992).
Публикации: По материалам дисерташш опубликовано 7 работ.
Структура Аиссертации: Диссертация состоит из введения, обзора литературы (96
наименований), трех глав, выводов и приложения.