Введение к работе
Актуальность проблемы.
Несмотря на богатую историю магнитобиологических исследований, насчитывающую более 100 лет, до сих пор существуют трудности с выявлением мишеней и механизмов восприятия магнитных полей (МП) живыми объектами. На роль первичных рецепторов предлагаются жирные кислоты липидов мембран (Новицкая с соавт., 2010; 2008), белковые молекулы (Binhi, Savin, 2002), ионы, находящиеся в активных центрах ферментов (Леднев, 1996), молекулы воды (Дроздов с соавт., 2010); предполагается действие переменных и постоянных магнитных полей на процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ) (Пирузян, Аристархов, 2005; Sahebjamei et al., 2007), изменение вязкости мембран (Калипин с соавт., 2005).
Всемирной организацией здравоохранения одним из ключевых направлений будущих исследований для переменных магнитных полей было названо изучение эффектов, опосредованных через взаимодействие с клеточными мембранами (Гигиенические критерии…, 1992). Известно, что в растительной клетке в основе ответа на разнообразные внешние воздействия лежит нарушение функционирования фотосинтетической электрон-транспортной цепи (ФЭТЦ), в результате чего происходит изменение генерации всех основных активных форм кислорода (Мерзляк, 1989), которые, в свою очередь способны регулировать практически все важнейшие процессы жизнедеятельности клетки (Тарчевский, 2002), в том числе через модуляцию процессов перекисного окисления липидов мембран.
В свете вышесказанного представляется перспективным изучение эффектов импульсных магнитных полей (ИМП) в системе перекисного окисления липидов тилакоидных мембран, выявление зависимости наблюдаемых изменений от времени воздействия и характеристик поля, выяснение специфичности восприятия МП физиологически отличающимися объектами, а также изучение проявления вызванных магнитным полем изменений ПОЛ в функционировании фотосинтетической электрон-транспортной цепи. Эти знания важны для раскрытия как общебиологических механизмов рецепции магнитных полей, так и выявления особенностей ответа растительных организмов.
Цель и задачи исследования.
Целью данной работы было изучение ответа системы перекисного окисления липидов мембран тилакоидов гороха на воздействие импульсных магнитных полей с различными характеристиками, выявление особенностей функционирования фотосинтетической электрон-транспортной цепи, возникающих в связи с наблюдаемыми изменениями, определение особенностей биохимического ответа у физиологически отличающихся объектов.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Определить содержание продуктов перекисного окисления липидов в тилакоидах, выделенных из растений гороха, обработанных импульсными магнитными полями с различными характеристиками. Выяснить зависимость наблюдаемых изменений от длительности экспозиции растений в поле.
2. Выявить особенности функционирования фотосинтетической электрон-транспортной цепи растений, обработанных магнитным полем; проследить их взаимосвязь с изменениями, происходящими в процессе перекисного окисления липидов мембран тилакоидов.
3. Оценить стабильность эффектов воздействия импульсного магнитного поля на перекисное окисление липидов тилакоидов гороха.
4. Провести сопоставление эффектов и оценить специфичность изменений, происходящих на уровне перекисного окисления липидов тилакоидов при воздействии импульсного магнитного поля на растения гороха различных сортов.
Научная новизна.
Получены новые данные, свидетельствующие о выполнении перекисным окислением липидов мембран тилакоидов роли универсального звена в восприятии растениями низкоинтенсивных импульсных магнитных полей.
Впервые продемонстрировано развитие ответа, зависящего от времени воздействия поля, со стороны фотосинтетической электрон-транспортной цепи.
Исследовано последействие импульсного магнитного поля с частотой 15 Гц и амплитудой 1,5 мТл и показан стабильный характер изменения содержания диеновых конъюгатов и оснований Шиффа - продуктов перекисного окисления липидов мембран хлоропластов.
Проведено сопоставление изменений перекисного окисления липидов, происходящих под действием ИМП, в растениях гороха двух сортов. Показано, что изменения содержания продуктов ПОЛ носили универсальный характер.
Теоретическая и практическая значимость.
Показанное в данной работе воздействие ИМП с частотой 15 Гц и амплитудой 1,5 мТл на перекисное окисление липидов тилакоидных мембран, а так же связь наблюдаемых изменений с особенностями функционирования фотосинтетической электрон-транспортной цепи могут иметь большое значение для раскрытия механизмов восприятия растениями низкоинтенсивных магнитных полей. Универсальность ответа со стороны перекисного окисления липидов представляет интерес для понимания общебиологических механизмов магниторецепции.
Полученные данные необходимы для нормирования допустимого воздействия магнитного поля на живые объекты и могут использоваться при биоиндикации и экологическом мониторинге антропогенной нагрузки на фитоценозы.
Апробация работы.
Результаты работы были представлены на II и III Международных конференциях «Человек и электромагнитные поля» (Саров, 2007, 2010); на I, II и III Всероссийских конгрессах студентов и аспирантов «Симбиоз-Россия» (Казань, 2008; Пермь, 2009; Н.Новгород, 2010); Международных конференциях по фундаментальным наукам среди студентов и аспирантов «Ломоносов» (Москва, 2007, 2009, 2010); 12-ой, 14-ой, 15-ой Нижегородских сессиях молодых учёных (Н.Новгород, 2007, 2009, 2010); V международном конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2009); Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс» (Москва, 2010); 14-ой и 15-ой Пущинских международных школах-конференциях молодых ученых «Биология – наука 21го века» (Пущино, 2010, 2011); III Международном симпозиуме «Клеточная сигнализация у растений» (Казань, 2011); VII Съезде Общества физиологов растений «Физиология растений – фундаментальная основа экологии и инновационных биотехнологий» (Н.Новгород, 2011).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано и направлено в печать 20 работ, в том числе 4 – в рецензируемых изданиях.
Структура и объем диссертации.
