Введение к работе
Актуальность темы. Действие низкоинтенсивного лазерного излучения на живые организмы, в том числе на растения, вызывает интерес исследователей практически с момента изобретения лазера. Однако до настоящего времени нет единой теории объясняющей все эффекты, возникающие при действии света лазера на биологические объекты. Это связано с относительной сложностью биологических систем и трудностями анализа закономерностей преобразования энергии в живых тканях. Считается установленным фактом стимулирующее влияние света лазера на многие физиологические процессы как в организмах человека и животных, так и у растений. При этом механизмы терапевтического действия низкоинтенсивного лазерного излучения исследуются достаточно интенсивно. Определены ключевые структуры и реакции в клетках и клеточных органеллах, в которых могут формироваться ответы на действие лазерного излучения (Владимиров, 1999, Клебанов, 1999, Кару, 2001). В то же время работы по изучению влияния низкоинтенсивного лазерного излучения на растительные объекты носят прикладной характер. Как правило, они посвящены практическому применению света лазера для стимуляции процессов роста и развития, увеличения всхожести и энергии прорастания семян и, в конечном итоге, для увеличения урожайности культурных растений. Изучению же возможных путей реализации стимулирующего действия низкоинтенсивного лазерного излучения на растительные объекты посвящены лишь единичные работы. Между тем, именно растения эволюционно более приспособлены к восприятию световой энергии и к ее утилизации. Физиологический статус растения во многом зависит от интенсивности света, его спектрального состава, дозы излучения и периодичности освещения. Поэтому изучение биологического действия низкоинтенсивного лазерного излучения на растения может представлять интерес не только для выявления механизмов его реализации, но и для исследования фундаментальных закономерностей действия света на растительные организмы. По имеющимся сведениям результатом облучения растительной ткани светом лазера может быть как стимуляция различных процессов, так и отсутствие ответа на воздействие, а в некоторых случаях, и ингибирование изучаемого процесса. Условия, при которых осуществляется тот или иной путь реализации действия низкоинтенсивного лазерного излучения на растения, а также их ответные физиологические и биохимические реакции изучены весьма слабо.
Цель и задачи исследования Целью представляемой работы было изучение
влияния низкоинтенсивного лазерного излучения Qj= 632,8 нм) на процессы
роста и развития в культуре растительных тканей.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Выявить дозу облучения растительных объектов (каллусная культура ткани,
изолированные вакуоли) светом гелий-неонового лазера, дающую
максимальный биологический эффект.
РОС. НАЦИОНАЛА ;
БИБЛИОТЕКА !
>—^- ниті
-
Изучить влияние низкоинтенсивного лазерного излучения (Х=632,8 нм.) на индукцию каллусогенеза у дикорастущих злаков Elymus sibiricus L, Agropyron cristatum L., Hordeum brevisubulatum L..
-
Изучить влияние низкоинтенсивного лазерного излучения (А,=632,8 нм.) на динамику морфогенетических процессов (образование морфогенных каллусов, ризогенез и регенерацию) в каллусной культуре пшеницы сорта Скала.
-
Изучить влияние когерентности и длины волны излучения на эффективность облучения растительной ткани светом лазера. Источники излучения: гелий-кадмиевый лазер (Х:=441 нм) и некогерентный красный свет (^=633 нм).
-
Изучить динамику накопления продуктов перекисного окисления липидов в каллусной культуре ткани пшеницы под действием низкоинтенсивного лазерного излучения (632,8 нм).
-
Изучить влияние света лазера (632,8 нм) на гидролитическую активность протонных помп тонопласта - ВҐ- AT Фазу и БҐ- пирофосфатазу.
-
Провести сравнительный анализ структуры мембранных липидов, экстрагированных из облученных и необлученных каллусов пшеницы.
Научная новизна. Впервые показано, что низкоинтенсивное лазерное излучение (А.=632,8 нм) оказывает заметное стимулирующее действие на морфогенетические процессы (образование зон вторичной дифференцировки, ризогенез, регенерацию) в культуре ткани пшеницы. Установлено, что это влияние является дозозависимым. Показано различие доз, дающих максимальный эффект действия для растительных и животных тканей. Продемонстрировано, что низкоинтенсивное лазерное излучение в указанных дозах увеличивает способность к каллусообразованию у диких злаков, причем наиболее существенное увеличение получено для Agropyron cristatum L., вида с изначально низкой способностью к каллусогенезу. Установлено, что влияние низкоинтенсивного лазерного излучения на интенсификацию морфогенетических процессов зависит от его длины волны и когерентности. Показано, что одним из путей действия света гелий-неонового лазера является его влияние на мембраны клеток и клеточных органелл. При этом индуцируются процессы перекисного окисления в мембранных липидах, изменяется гидролитическая активность протонных помп, наблюдаются изменения в структуре мембран.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть полезными для понимания возможных путей действия низкоинтенсивного лазерного излучения на растительные ткани. Данные о том, что первичный ответ культуры ткани на облучение светом лазера, выражающийся в повышении количества продуктов перекисного окисления, в изменении активности мембраносвязанных ферментов, носит характер сходный с реакциями растений на стрессовые воздействия различной природы, вносят вклад в изучение этих реакций.
На основе полученных данных можно рекомендовать низкоинтенсивное лазерное излучение с длиной волны 632,8 нм в качестве индуктора морфогенетических процессов при культивировании растительной ткани. Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 8 статей. Результаты исследований были представлены на Третьей Всесоюзной конференции «Применение лазеров в науке и технике» (Иркутск, 1990), на третьем Всероссийском симпозиуме "Новые методы в биотехнологии", (Пущино, 1995), на Международном симпозиуме «Растение и стресс» (Москва, 2001), на восьмой международной практической конференции по квантовой медицине (Словения, 2002), на научных семинарах и сессиях СИФиБР СО РАН.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 151 странице машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, методической и экспериментальной частей, результатов исследований и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа включает 21 рисунок и 2 таблицы. Список литературы состоит из 176 источников, в том числе 86 зарубежных авторов.
