Содержание к диссертации
Введение
1 Воздействие оптического излучения на растительные объекты 13
2 Объекты, программа и методика исследований 31
2.1 Краткая характеристика естественно-исторических условий 31
2.2 Программа исследований 32
2.3 Методика исследований 33
2.3.1 Определение оптических спектральных свойств семян и их спектральной чувствительности для обоснования доз обработки 33
2.3.2 Источники оптического излучения, использованные в исследованиях 37
2.3.3 Лабораторные и полевые исследования 39
2.3.4 Цитогенетические методы исследования 41
2.3.5 Статистический анализ полученной информации 44
3 Определение оптимальных параметров оптического излучения для предпосевной обработки семян ели европейской и сосны обыкновенной 45
3.1 Оптические свойства и спектральная чувствительность семян 45
3.2 Влияние экспозиционной дозы оптического излучения на всхожесть, энергию прорастания семян и длину корешков проростков ели европейской и сосны обыкновенной 59
4 Действие оптического излучения на рост сеянцев 65
4.1 Ель европейская 65
4.2 Сосна обыкновенная 69
5 Совместное действие излучения и химических стимуляторов на прорастание семян и рост сеянцев ели и сосны 75
5.1 Лабораторные исследования 75
5.2 Исследования ростовых процессов растений в условиях теплицы 82
6 Воздействие излучения на митотическую активность клеток и хромосомные аберрации ели европейской 95 ,
Выводы и рекомендации 109
Список использованных источников
- Программа исследований
- Источники оптического излучения, использованные в исследованиях
- Влияние экспозиционной дозы оптического излучения на всхожесть, энергию прорастания семян и длину корешков проростков ели европейской и сосны обыкновенной
- Сосна обыкновенная
Введение к работе
Актуальность темы. Усиливающееся действие антропогенных нагрузок на экосистемы привело к осознанию необходимости сохранения биологических ресурсов Земли. На международной Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992) принята «Конвенция о биологическом разнообразии». В РФ> основные положения Конвенции отражены в программе «Биологическое разнообразие лесов России» (1995) и в программе «Леса России» (1997). Успешной реализации программы способствует также Лесной кодекс Российской Федерации- (2006), где отмечается, что для воспроизводства лесов, должны-использоваться сортовые семена. Известны различные способы активации ростовых процессов семян и сеянцев > (химические и физические). К числу таких стимулирующих факторов, которые основаны на природных механизмах, не причиняют вреда здоровью людей и не требуют больших затрат относятся, в частности, электромагнитные излучения оптического^ диапазона. Обработка ими семян сельскохозяйственных растений дает положительный результат, однако на лесных древесных видах эффект практически не изучен. Поэтому весьма перспективным было исследование эффекта предпосевной обработки семян ели европейской и сосны обыкновенной излучениями^ оптического диапазона. Это позволит сократить _ р а с х о д — с е м я н г " получить стимулированный посадочный'материал, а в будущем и высокопродуктивные древостой. В настоящее время перспективно применение стимулированных растений при облесении неиспользуемых земель.
Цель исследования — изучить изменчивость ростовых процессов ели европейской и сосны обыкновенной в условиях южной подзоны смешанных лесов после воздействия на семена электромагнитного излучения* оптического диапазона и показать пути использования ее при выращивании посадочного материала.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи: 1 Исследовать спектральные коэффициенты поглощения и отражения семян ели и сосны.
2 Проанализировать действие различных экспозиционных доз (Н, Дж/м2) оптического излучения на посевные качества семян и рост посадочного материала.
3 Изучить влияние излучения на митотическую, активность (митотический. индекс - МИ), появление патологических митозов (ПМ), продолжительность отдельных фаз митоза, а также наличие хромосомных аберраций в корешках проростков1 ели.
4 Проверить перспективы совместного применения оптического излучения и химических стимуляторов роста.
Объекты и объем исследования. Эксперименты (всего 250 вариантов) проводились в 2002...2007гг. в лаборатории и полевых условиях. Энергия прорастания и всхожесть. определены у 24f000 семян ели' и сосны, зависимость роста корешков проростков от Н (Дж/м ) - более'чем на 3 000 корешков - проростков ели» и около 4500 - сосны, спектральная чувствительность примерно на 5 000 семенах ели и сосны, зависимость высоты и длины главного корня от Н (Дж/м^) более чем на 10 000 < сеянцах ели и сосны. Совместное действие излучения и химических стимуляторов испытано более чем на 2900 корешках проростков ели и около 3 000 - сосны, в полевых условиях - более чем на 4800 сеянцах. Приготовлено и проанализировано под микроскопом^ МБИ-6 270 цитологических образцов.
Все количественные показатели обработаны с использованием? методов математической статистики.
Научная новизна. Впервые установлены спектральные коэф.
отражения семян ели и сосны: в УФ области (X = до 380 нм) доля отраженного потока излучения (коэф. отражения) составляет 10%, полоса минимума отражения находится на X = до 540 нм. После этого коэф.
отражения начинает медленно увеличиваться, что' продолжается и в ИК области. При X = 850 нм доля отражённого излучения семян составляет около трети. Для ели и сосны закономерности практически не отличаются, и только в длинноволновой области различие достигает 5%. Следовательно, эффективнее облучать семена в диапазоне минимума отражения, но максимума поглощения (А, < 540 нм).
В питомнике самый' высокий стимулирующий эффект роста сеянцеводнолеток ели в высоту (30,3%) и главного корня*в,длину (8,8%) проявился при Н= 18,75 Дж/м (t=15 с): При-этой же дозе стимуляция роста в сеянцев в> высоту (16,3%) и главного- корня- в, длину (10,0%) прослеживается и на второй год.
Излучение (Н = 18;75 Дж/м w t = 15с)- совместно с фумаром, крезацином, парааминобензойной каслотой|(ПАБК)^вызывает существенный прирост в длину корешков проростков ели: в опыте с фумаром (конц. 0,0001
мл/л) - до47,4%, с крезацином (конц. 0;01 г/л) - до43,6%, с ПАБК (конц. 0,1
г/л) - до 24,2%; в высоту сеянцев — однолеток ели в условиях теплицы: в опыте с фумаром*- до 34,1%, с крезацином - до 30,4%, с ПАБК - до 38,5%; в длину главногог корня сеянцев - однолеток ели в опыте с фумаром - до1
40,2%, с крезацином - до 32,5%, с ПАБК - до 27,8%, т.е. излучение + химические стимуляторы дают больший*эффект, чем при обработке одним излучением.
В условиях питомника активация роста сеянцев - однолеток сосны в высоту (до 19,3%) и главного корня в длину (до 17,4%) отмечена при Н =
26,8' Дж/м (t = 40с), сеянцев - двухлеток в высоту — до 9, 3%, в длину главного корня - до 14,0%; совместно с химическими стимуляторами длины корешков проростков: вопыте с фумаром*(конц. 0,00001 мл/л) — до 33,4%, с крезацином (конц. 0,01 г/л) - до 32,2%, с ПАБК (конц. 0,1 г/л) - до 29,5%; высоты сеянцев - однолеток сосны в теплице: в опыте с фумаром - до 23,1%, с крезацином - до 20,8%, с ПАБК - до 32,6%; длины главного корня сеянцев
• однолеток в опыте с фумаром - до 22,0%, с крезацином - до 36,1%, с ПАБК - до 32,5%, т.е. излучение + химические стимуляторы, дают больший эффект, чем при обработке одним излучением.
Во всех вариантах опыта, где отмечена активация ростовых процессов, наблюдается самая низкая вариабельность признаков (V,%), т.е. под влиянием стимулирующих доз происходит выравнивание- популяции, что будет способствовать увеличению-количества стимулированных сеянцев.
Излучение не ослабило, а в отдельных вариантах даже увеличило МИ1 клеток корешков проростков-ели, уменьшило количество ПМ; по-видимому, за счет активации репарационных систем, но нарушило продолжительность отдельных фаз митоза; не увеличило- количество анафаз с мостами- и фрагментами, но изменило количество анафаз с другими* хромосомными аномалиями-. В * последующих клеточных поколениях возможно дальнейшее уменьшение количества ПМ*за счет элиминации, аномальных клеток, что так же будет способствовать,активации ростовых процессов:- Практическая^ ценность. Полученные результаты, внедрены, в трех лесхозах Смоленской области - Смоленском, Вяземском, Ярцевском.
Зарегистрирован объект интеллектуальной собственности — Методические рекомендации «Предпосевная обработка семян древесных растений» в Российском авторском обществе (запись в-Реестре №8107 от 18.01.2005).
Получен патент РФ в Федеральной службе по"" интеллёктуЖьнои собственности, патентам и товарным знакам (Роспатент) на. изобретение № 2308180 «Способ предпосевной обработки семян ели европейской» (зарегистрирован 20.10.2007 г.): Установлена'перспективность передачи-прав на патент путём заключения^ лицензионных договоров (в-» частности, неисключительное лицензирование).
Достоверность и обоснованность выводов и* рекомендаций основывается на 5-летних исследованиях автора* в лаборатории и полевых условиях, использовании разнообразных методов исследования и современных компьютерных технологий статистического анализа.
На защиту выносятся следующие положения.
1 В УФ области (Л, = до 380 нм) доля отраженного потока излучения (коэф. отражения) семян ели и сосны составляет 10%, полоса минимума отражения находится на Л = до 540 нм: После этого коэф. отражения медленно увеличивается' в ИК области. При А, = 850 нм доля отражённого излучения семян составляет около трети. Только-в длинноволновой области различие для сосны и ели достигает 5%. Следовательно; эффективнее облучать семена в диапазоне минимума отражения, т. е. максимума поглощения = Х< 540 нм.
2 В питомнике самый* высокий стимулирующий эффект роста сеянцеводнолеток ели в-высоту ( 301,3%) и главного корня в длину (8,8%) проявился.
при*Н= 18,75 Дж/м2 (t=15 с): стимуляциям высоту (16,3%) и главного корня в длину (10,0%) прослеживается и на второй год.
3 Излучение (Н = 18,75 Дж/м и{ t = 15с) совместно с фумаром, крезацином, ПАБК вызывает существенный прирост в< длину корешков проростков ели: в опыте с фумаром-1 (конц. 0,0001 мл/л) - до' 17,4%, с крезацином^(конц. 0,01 г/л) - до 43,6%, с ПАБК (конц: 0,1 г/л) - до'24,2%; в высоту сеянцев - однолеток ели в^теплице: в опыте с фумаром - до-34,1%, с крезацином - до 30,4%, с ПАБК - до 38,5%; в, длину главного корня сеянцев в опыте с фумаром •— до 40,2%, с крезацином — до 32,5%, сПАБК - до 27,8%, т.е. излучение + химические стимуляторы дают больший эффект роста, чем при обработке одним излучением.
4 В' питомнике активированный рост сеянцев — однолеток сосны в высоту (до 19,3%) и главного корняв длину (до 1«7,4%) отмечен при Н"= 26,8 Дж/м2 (t = 40с), сеянцев - двухлеток- в высоту — до 9{ 3%, длину главного корня-до 14,0%.
5 Излучение (Н = 26,8 Дж/м2 и t = 40с)- совместно с фумаром, крезацином, ПАБК существенно увеличивает прирост в длину корешков проростков сосны: в опыте с фумаром (конц. 0,00001 мл/л) - до 33,4%, с крезацином (конц. 0,01 г/л) - до 32,2%, с ПАБК (конц. 0,1 г/л) - до 29,5%; в высоту сеянцев - однолеток в теплице: в опыте с фумаром - до 23,1%, с крезацином — до 20;8%, с ИАБК —. до 32;6%; в длину главного корня сеянцев — однолеток в опыте с фумаром — до- 22,0%,. с крезацином — до 36^ 1 %, с ПАБК — до 32,5%, т. е. излучение + химическое стимулирование вызывает больший эффект, чем при обработке-одним излучением.
6 Во- всех вариантах опыта, где отмечена активация, ростовых процессов, наблюдается; самая< низкая вариабельность•.. признаков•; (V,%), т.е.
под влиянием стимулирующих доз происходит выравнивание: популяции, что будет способствовать увеличению количества активированных сеянцев; 7 Излучение не!ослабило; а в отдельных вариантах даже увеличило' МИ клеток корешков? проростков-ели; уменьшило количество ПМ[ по-видимому, за счет активации репарационных систем,,но? нарушило продолжительность, отдельных фаз митоза; не увеличило- количестве анафаз; с мостами и фрагментами; но изменило; количество* анафаз- с другими- хромосомными:; нарушениями. В< последующих клеточных:поколениях возможно дальнейшее уменьшение: количества-ПШза-счет элиминации- аномальных клеток, что так: же будет способствовать активацииростовых процессов; Апробация работы; Публикации; Результаты-, исследования* докладывались- на междунар. науч.-практич. конф: «Экология*; и жизнь» (Пенза,. 2005); междунар. науч.-производст. конф;. «Брянщина - родина отечественного- и-мирового' высшегоглесного'образования» (Брянск,' 2005); конкурсе молодых ученых (Смоленск, 2005); Зарегистрирован объект интеллектуальной: собственности - Методические рекомендации «Предпосевная обработка семян, древесных растений» в; Российском; авторском обществе'(запись в.Реестре №8107 от 18:01.2005). Получен патент РФ; в Федеральной службе по- интеллектуальною собственности, патентам и товарным знакам (Роспатент), на изобретение № 2308180 «Способ предпосевной обработки семян ели европейской» (зарегистрирован
20.10.2007 г.). Опубликована брошюра (46 с. в соавторстве) «Применение оптического излучения в качестве стимулятора роста древесных растений» (Смоленск, 2005). Всего по теме опубликовано 12 работ, в т.ч. 2 статьи в журнале «Лесное хозяйство», 1 - в «Лесном журнале», 1 - в журнале «Лесоведение» (принято к печати).
Личный вклад автора. Исследования выполнены при личном участии автора на всех этапах: разработке программы и методики, постановке экспериментов, анализе экспериментальных материалов, обосновании выводов, подготовке текста диссертации, научных статей и докладов, в том числе и в соавторстве.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 140 с.
текста, включает общую характеристику работы, 6 глав, выводы, список использованных источников из 261 наименования, в т.ч. 23 - иностранных авторов, 40 с. приложений. Текст иллюстрируют 39 таблиц и 22 рисунка.
Программа исследований
Объекты расположены в пределах южной подзоны смешанных лесов (Курнаев, 1982), в западной подобласти атлантико-континентальной климатической области (Смоленская обл.) и отличаются умеренно-континентальным климатом с умеренно теплым и влажным летом, умеренно холодной зимой с устойчивым снежным покровом и хорошо выраженными переходными периодами (Погуляев, 1963; Природа Смоленской области, 2001). Климатические условия района исследований, определяющие рост и развитие молодых древесных растений, характеризуются многолетними данными (приложение 6).
Большую опасность для древесных растений, в том числе и молодых, представляют поздние весенние и ранние осенние заморозки. В среднем последние весенние заморозки наблюдаются в первой половине мая, но в отдельные годы доходят до конца первой декады июня. Первые осенние заморозки начинаются в конце сентября с колебаниями в отдельные годы от первых чисел сентября до середины октября.
Устойчивые морозы устанавливаются в первых числах октября. В отдельные годы морозы регистрируются с середины сентября или с последней декады октября. На территории области, по многолетним наблюдениям, не бывает морозных дней только в июне, июле и августе.
Наиболее холодными месяцами являются январь и февраль, на которые приходятся абсолютные минимумы температур. Максимальная температура наблюдается в июле-августе. Вегетационный период продолжается 150...170 дней, начинается во второй половине апреля и заканчивается в сентябре. Ак 32 тивный вегетационный период с температурой выше +10С продолжается в среднем 130 дней.
Важным фактором, влияющим на рост лесных пород и их сеянцев, являются влажность воздуха, направление и сила ветра. Относительная влажность воздуха в среднем за вегетационный период равна 76%. Наибольшее количество осадков выпадает в теплое время года. Снежный покров появляется в среднем в конце октября. Устойчивый снежный покров формируется в декабре. Снег сходит в первой декаде апреля, с колебаниями в отдельные годы от третьей декады марта до последних чисел апреля.
Преобладают западные и юго-восточные ветры, северо-западные обычно приносят влагу. Юго-восточные ветры имеют крайне низкую относительную влажность воздуха, что вызывает атмосферную засуху, северо-восточные — сопровождаются чувствительным понижением температуры.
Лесопитомник (Смоленский лесхоз), где выращивались сеянцы, расположен на дерново-подзолистой среднеоподзоленнои почве, подстилаемой лессовидными суглинками, которые являются отложениями аллювиально-озерного происхождения. Весь комплекс природных факторов вщелом благоприятен для выращивания сеянцев и древостоев ели европейской и сосны обыкновенной.
Основная задача исследований — изучить возможность применения электромагнитного излучения оптического диапазона для предпосевной обработки семян ели европейской и сосны обыкновенной в условиях южной подзоны смешанных лесов для выявления стимуляционных доз.
Объектами исследования являлись ель европейская и сосна обыкновенная - основные лесообразующие древесные виды лесной зоны Европейской части России, в том числе и Смоленской области. Подробную ботаническую характеристику данных растений можно получить во многих широко известных руководствах (Гроздов, 1960; Колесников, 1960; Черепанов, 1973; Булы-гин, Ярмишко, 2000).
В соответствии с поставленной задачей в программу исследований были включены следующие вопросы: 1 Изучить спектральные характеристики отражения и поглощения семян ели и сосны. 2 Проанализировать зависимость роста в длину проростков и сеянцев от экспозиционных доз. 3 Определить экспозиционные дозы, вызывающие стимуляцию, для их использования при выращивании посадочного материала. 4 Исследовать влияние излучения на митотическую активность, продолжительность отдельных фаз митоза, а также наличие хромосомных аберраций в корешках проростков ели европейской. 5 Выявить возможность сочетания оптического излучения и химических стимуляторов для предпосевной обработки семян.
Источники оптического излучения, использованные в исследованиях
В первой половине XIX века был сформулирован принцип Гроттгуса и Дрэйпера (Циммер, 1962): влияние на вещество может оказывать лишь поглощенное излучение, а не отраженное или прошедшее. Этот принцип справедлив применительно к живым организмам, биологическим объектам (Шахов, 1969).
Поэтому для изучения взаимодействия оптического излучения с семенами необходимо предварительно определить их оптические свойства.
Известно, что УФ излучение подавляющим большинством веществ активно поглощается. Прозрачные (малопоглощающие) вещества легче всего найти для видимой и ближней ИК областей спектра. В частности, для семян древесных растений указанное положение можно подтвердить опытом по измерению спектральной характеристики отражения слоя семян. Для большинства веществ выполняется следующее соотношение (Айзенберг, 1995): Pb+ajt+Tj l, (5) где р — коэффициент отражения для излучения при длине волны X, CL\ — коэффициент поглощения для излучения при X, тх - коэффициент пропускания для излучения при X.
Так как семена лесных растений являются непрозрачными для излучения оптического диапазона (коэффициент пропускания Тг=0), то по измеренной зависимости р(А,) можно качественно судить о поглощении излучения.
В качестве опытных образцов использовались семена ели и сосны. -Измерения спектрального коэффициента отражения производились на дифракционном спектрофотометре "Spekol 10", серийно производимом фирмой «Carl Zeiss Jena» (ФРГ). Исследуемые семена, размещённые в кювете в несколько слоев, освещались диффузно с помощью фотометрического шара Ульбрихта.
Излучение опорного импульсного источника 1 попадает на монохроматор канала возбуждения 2, где с помощью дифракционной решетки выделяется определенная X и разделяется полупрозрачной пластиной 3. Монохрома-тизированное излучение частично поступает на опорный фотодиод 4, а частично — падает на семена, находящиеся в камере образцов 5. Отраженный свет попадает на фотодиод 8. Люминесцентное излучение от объекта разлагается монохроматором 6 и попадает на фотоэлектронный умножитель 7, фототек от которого поступает в канал регистрации, а затем на ЭВМ.
Для удаленных образцов, в том числе и для семян растений, в качестве камеры 5 выступает специализированная приставка "Лягушка", соединенная с прибором стекловолоконными кварцевыми световодами (приложение 8). Для измерения спектров возбуждения и люминесценции семена помещались в приставку "Лягушка". Измерения проводились не менее 5 раз (с пятью образцами семян), полученные значения для каждой X усреднялись. Погрешность для уровня вероятности 0,9 не превышала 6%.
Для нахождения энергетических характеристик различных X, т.е. определения спектральной чувствительности, семена обрабатывали монохрома-тизированным излучением. В качестве опорных источников излучения применялись разрядные лампы типа ДРТ и ДКсШ, а также электродуговые плаз-- мотроны. Для выделения участков спектра применялись дисперсионные мо-нохроматоры ДМР-4 и ЗМР-3 с кварцевой оптикой, ширина раскрытия щелей которых составила 0,5...0,6 мм, облучённость рабочей поверхности определялась фотоумножителями ФЭУ-18А и ФЭУ-62.
Схема экспериментальной установки представлена в приложении 9. Одним из источников оптического излучения является электродуговой плазмотрон, генерирующий излучение плазмы инертных газов, в данном случае - гелия (приложение 9). В опытах по предпосевной обработке семян использовался оригинальный плазмотрон конструкции А.С. Вереснева, предназначенный для медицинских исследований и несколько преобразованный для работы с семенами. Генератор плазмы СУПР-М серийно выпускается Смоленским авиационным заводом. Данный источник применяется в сельском хозяйстве для плазменной обработки семян. Плазма - частично или полностью ионизированный газ, в котором плотность положительных.; и отрицательных зарядов по всему объему практически одинакова. В состав плазмы входят свободные электроны, ионы и нейтральные атомы. Генераторы плаз-мы состоят из концентрически расположенных электродов, изолированных друг от друга. Между электродами горит дуга постоянного тока, через которую-продувается рабочий-газ. К электродам подключен источник питания и пускорегулирующий аппарат.
Типичный спектр излучения плазмотронов - смешанный (рисунок 3), содержащий как сплошную тепловую составляющую, так и ряд линий люминесценции ионизируемого газа.
Влияние экспозиционной дозы оптического излучения на всхожесть, энергию прорастания семян и длину корешков проростков ели европейской и сосны обыкновенной
В ходе экспериментальных исследований нами определялись Н, оказывающие стимулирующее действие на посевные качественные показатели семян: энергию прорастания и всхожесть.
Расстояние от излучателя до семян было принято 15 см, Н (Дж/м ) изменялась за счет разного времени воздействия излучения на объекты (1, 5, 10, 15, 25, 40 с). Контрольные образцы семян облучению не подвергались. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.
Увеличение всхожести семян (таблица 3), кроме варианта 4, прослеживается уже при их обработке в течение 1 с. С увеличением времени обработки реакция семян фактически не меняется: варьирование всхожести составляет 1 ...4%. Тенденция на увеличение энергии прорастания в наибольшей степени наблюдается в вариантах 2, 4, 5. Варьирование энергии прорастания составляет 1 ...5%.
Изучалось так же влияние оптического излучения на рост корешков проростков ели (таблица 4). Было проанализировано действие следующих Н: 1,25 Дж/м2 (t - 1 с); 6,25 Дж/м2 (t - 5 с); 12,5 Дж/м2 (t - 10 с); 18,75 Дж/м2 (t -15 с); 31,25 Дж/м2 (t - 25 с); 50 Дж/м2 (t - 40 с).
Как видно (таблица 4), при всех испытанных дозах, кроме 50 Дж/м и t -40 с, излучение вызвало достоверное (Р=99,9%) увеличение длины корешков проростков (превышение над контролем варьирует от 17,1 до 49,4%). Опти-мальной дозой является 18,75 Дж/м и t - около 15 с (превышение над контролем - наибольшее: 49,4%). При уменьшении Н стимулирующий эффект снижается, в опыте с Н выше оптимальной (50 Дж/м2, t - 40 с) наблюдается ингибирующий эффект, что соответствует кривым закономерностей «доза -эффект».
Таким образом, существенным достоинством данного метода по сравнению с лазерной обработкой (Инюшин, 1983) является сравнительно малая Н и t (до 15...25 с) и, как следствие, высокая производительность.
Считая оптимальным t = 15 с, поставлена серия опытов по изучению влияния силы и дозы оптического излучения (мВт/ер и Дж/м ) на ростовые процессы корешков проростков ели (таблица 6). Проанализировано действие следующих Н: 9,5 Дж/м" (1е = 7,1 мВт/ср); 11,1 Дж/м (Ie = 8,3 мВт/ср); 13,3 Дж/м2 (1е= 10 мВт/ср); 20 Дж/м2 (1е= 15 мВт/ср); 36 Дж/м2 (1е= 27 мВт/ср). Р,% 95,0 99,9 99,0 99,0 95,0 Анализ показывает (таблица 5), что при всех Н (кроме 36 Дж/м" и Ie = 27 мВт/ср) наблюдается существенное превышение длины корешков проростков над контролем. Максимальная длина корешков проростков (прирост -27%) зафиксирована при 1е = 8,3 мВт/ср и Н=11,1 Дж/м . Однако стимулирующий эффект проявляется слабее, чем при варьировании продолжительностью обработки (таблица 4). При Ie = 27 мВт/ср наблюдается достоверное ин-гибирование роста в длину корешков проростков (Цакт t n, Р=95,0%).
Изучено также влияние оптического излучения на всхожесть и энергию прорастания семян сосны обыкновенной (таблица 6). При одинаковом рас-стоянии излучателя до семян (15 см) Н (Дж/м ) изменялась за счет варьирования t на объекты (t=l, 5, 10, 15, 25, 40 с). Во многих вариантах всхожесть фиксируется на уровне контроля, а в варианте 1 (t — 1, 5 и 25с), варианте 3 (t — 10с) - на 5...7% выше контроля. Энергия прорастания увеличивается на 5...10%) в варианте 1 (t- 5, 15, 25, 40 с), во 2 варианте (t- 1, 25 с), в 3 варианте (t - 40 с).\
Исследовано также влияние оптического излучения на рост корешков проростков сосны в зависимости от Н и t. Проанализировано действие Н= 0,7; 0,8; 1,2 Дж/м2 (t - 1 с); Н=3,3; 4,0; 6,0 Дж/м2 (t - 5 с); Н=6,7; 8,0; 12,1 Дж/м2 (t- 10 с); Н=10,0; 12,0;18,1 Дж/м2 (t- 15 с); Н=16,7; 20,0; 30,2 Дж/м2 (t - 25 с); Н=26,8; 32,1; 48,3 Дж/м (t - 40 с). Данные о влиянии оптического излучения на рост корешков проростков сосны приведены в таблице 7.
Как видно (таблица 7), в большинстве вариантов наблюдается стимули-рующий эффект роста корешков проростков, вызванный влиянием излучения: увеличение средней длины корешков над контролем достигает 53,1% - (Н= 26,8 Дж/м2, t-40 с).
Сосна обыкновенная
Спектр нарушений в митозе у опытных и контрольных вариантов в целом сходен и представлен различными аномалиями хромосомного аппарата в стадии анафазы: анафазы с мостами, с фрагментами, выходом хромосом, с их отставанием, одновременным выходом и-отставанием. Количество анафаз с мостами отличается от контроля несущественно, кроме дозы 4,95 Дж/м , где этот показатель существенно (в 19 раз) меньше. Анафазы с фрагментами хро-мосом отсутствуют в контроле и при всех Н, кроме Н = 4,95 Дж/м , но Цакг їтабл т.е. различие недостоверно. Только при Н = 6,05 Дж/м" и 14,9 Дж/м" наблюдается достоверное увеличение (в 2 и 2,2 раза) количества анафаз с выходом хромосом вперед (t,j,aKT 1бл Р=95,0%). Существенное увеличение ко-личества анафаз с отставанием хромосом наблюдается при Н = 2,95 Дж/м (в 2,14 раза), t,1)aicr абл, Р=95,0%; Н = 10,35 Дж/м2 (в 2,17 раза), Цакт t , Р-95,0% и Н = 14,9 Дж/м2 (в 2,36 раза), Цакт t , Р=95,0%. При всех испы танных H, кроме Н = 14,9 Дж/м , наблюдается достоверное (в 5,2; 6,4; 2,7 раза) уменьшение по сравнению с контролем анафаз с одновременным выходом и отставанием хромосом. Однако четкая связь между Н и частотой данного нарушения отсутствует.
Изучалось также количество ПМ и типы нарушений анафаз в зависимости от Н и t = 15с (таблица 39). В вариантах со всеми дозами наблюдается уменьшение по сравнению с контролем количества ПМ, т.е. излучение способствует репарации нарушений митоза.
Количество анафаз с мостами уменьшено в 9 раз только в варианте с самой малой Н = 8,85 Дж/м2: Цакт t , Р-99,9%. При Н = 14,85 и 31,05 Дж/м2 анафазы с мостами отсутствуют, а при Н = 18,15 и 44,7 Дж/м их количество в сравнении с контролем недостоверно (їфакт їтабл)- Анафазы с фрагментами хромосом отсутствуют в контроле и при всех Н обработки, кроме одной Н = 18,15 Дж/м": Цгкт traGji, Р=99,9%. Количество анафаз с выходом хромосом вперед достоверно выше (в 3,8 раза) по сравнению с контролем в опыте сН = 8,85 Дж/м2 (Цакт t , Р=99,0%) и с Н = 44,7 Дж/м2 (в 2,2 раза): Цакт t , Р=95,0%. В опытах с Н = 18,15 и 31,05 Дж/м различие с контролем несущественно (Іфакт бл)- В варианте с дозой 14,85 Дж/м выход хромосом вперед не отмечен. Количество анафаз с отставанием хромосом превышает контроль при Н = 14,85 Дж/м2 (в 2,4 раза) - Цакт W Р=95,0% и Н = 31,05 Дж/м2 (в 2,5 раза) - Цакт t , Р=95,0%. В опытах сН = 8,85; 18,15 и 44,7 Дж/м2 различие средних величин с контролем недостоверно (Цакт UaQn)- При Н = 8,85, 18,15 и 44,7 Дж/м2 наблюдается существенное уменьшение (в 31,8; 9,1; 3,3 раза) по сравнению с контролем количества анафаз с одновременным выхо-дом и отставанием хромосом, однако в опыте с Н = 31,05 Дж/м" отличие не-достоверно (t,j)aKr ЪаблХ а с Н = 14,85 Дж/м данный вид нарушений не установлен.
Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что электромагнитное излучение оптического диапазона не ослабило, а в отдельных вариантах даже усилило скорость деления клеток (МИ), уменьшило количество ПМ, по-видимому, за счет активации репарационных систем, но изменило продолжительность отдельных фаз митоза, не увеличило количество анафаз с мостами и фрагментами, но изменило количество анафаз с другими хромосомными нарушениями. В последующих клеточных поколениях возможно дальнейшее уменьшение количества ПМ за счет элиминации аномальных клеток, что будет способствовать активации ростовых процессов.
Анализ измерений спектральных коэффициентов отражения семян ели и сосны показывает, что в УФ области (X до 380 нм) доля отраженного потока излучения (коэф. отражения) составляет 10%, и полоса минимума отражения находится на А, до 540 нм. После этого коэффициент отражения начинает медленно увеличиваться, и это увеличение продолжается и в ИК области. При X = 850 нм доля отражённого излучения семян составляет около трети. Для ели и сосны закономерности практически не отличаются, и только в длинноволновой области различие достигает 5%. Следовательно, энергетически эффективнее облучать семена в диапазоне минимума отражения, т. е. максимума поглощения = Х 540 нм.
В питомнике самый высокий стимулирующий эффект роста сеянцев-однолеток ели в высоту ( 30,3%) и главного корня в длину (8,8%) проявился при Н= 18,75 Дж/м (t=15 с). При этой же дозе стимуляция роста в сеянцев в высоту (16,3%) и главного корня в длину (10,0%) прослеживается и на второй год.
