Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Беждугова С.А. 1 Гидова Э.М. 1 Биттуева М.М. 1 Хандохов Т.Х. 1 Боготова З.И. 1 Ситников М.Н. 1 Паритов А.Ю. 1 Киржинов Г.Х. 1 Гогузоков Т.Х. 1

---

1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»

В работе приводятся результаты исследований по влиянию лазерного облучения на митотическую активность апикальной меристемы корешков луковицы лука Allium сера, сорта Штутгартен Ризен в контроле и при облучении лучами лазера длиной волны 532 нм, мощностью 2 Вт и различным временем экспозиции – 5 и 10 минут. Отмечено увеличение митотической активности в опытных вариантах. Установлена корреляция между митотической активностью клеток меристемы корня и ее длиной. У всех образцов из опытного варианта длина корня была достоверно выше, чем в контроле. Суточная ритмика митозов в корешках лука отличается двувершинной кривой. Максимальные пики митотического индекса приходятся на 24 часа и 6 часов утра, независимо от варианта опыта. Абсолютные величины по всем изученным показателям выше в варианте, где время экспозиции было 10 мин. Полученные данные свидетельствуют о стимулирующем действии лазерного облучения луковицы лука Allium сера, влияющего на процессы роста и развития на начальном этапе онтогенеза. Знание пиков митотической активности может иметь практическое значение при проведении цитологического анализа при изучении митоза в клетках растений разных видов при выборе времени фиксации исходного материала.

Статья в формате PDF

4117 KB

лазерное излучение

луковицы лука

митотический индекс

суточная периодичность

1. Букатый В.И., Кармашков В.П. Воздействие лазерного излучения на семена сельскохозяйственных культур. 3 кн. лазер и урожай. – Барнаул: АТУ, 2009. – С. 38.

2. Беляченко Ю.А., Усанов А.Д., Тырнов Д.А., Усанов Д.А. Угасание эффекта стимуляции митотической активности меристемы при увеличении сроков хранения сухих семян после экспозиции в низкочастотном магнитном поле // Бюллетень Ботанического сада Саратовского государственного университета. – Саратов Изд-во: Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, 2010. – № 9. – С. 132–136.

3. Лаврский А.Ю., Лебединский И.А. Влияние некоторых физических факторов на процессы митоза // Сб. научных трудов. – Екатеринбург, 2014. – С. 42–45.

4. Мизун Ю.Г. Влияние магнитного поля на растительный и животный мир // Космос и здоровье. – М., 2009. – С. 11–38.

5. Симонян Р.К., Хачатрян А.О. Влияние лазерной обработки семян на рост и развитие томата и перца // Научный журнал. – 2016. – № 03/30. – С. 61–68.

6. Hоzayn М. Влияние магнитного поля на прорастание проростков и цитогенетические показатели лука Allium cepa L. // Африк. журнал с/х исследований. – 2015. – Т (9). – С. 840–857.

7. Tedesco S.A., Langhinghaus H.D Bioindicator ofgenotoxicity: The Allium cepa test.-Environmertal contamination. – 2012. – Р. 137.

8. Гаджимусиева И.Т., Асварова Т.А., Абдулаева А.С. Эффект воздействия инфракрасного лазерного облучения на всхожесть семян пшеницы // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11–9. – С. 1939–1943.

9. Крылов О.Н., Долговых О.Г., Кузнецов С.И. Исследование влияния лазерного излучения на семена овощных культур // Вавиловские чтения. – Саратов, 2017. – С. 159–163.

10. Лаврский А.Ю., Лебединский И.А., Кузаев А.Ф., Четанов Н.А., Артамонова О.А. Влияние электромагнитных колебаний различных частот на деление клеток в меристеме корня Allium cepa // Международный научно-исследовательский журнал. Биологические науки. – 2013. – № 5–1 (12). – С. 43–44.

11. Шашурин М.М., Прокопьев И.А. Ответная реакция подорожника среднего на действие электромагнитного поля промышленной частоты // Физиология растений. – 2014. – Т. 61, № 4. – С. 517–521.

12. Буторина А.К. Ритмы суточной митотической активности у золотистой фасоли // Цитология. – 2008. – Т. 50, № 2. – С. 10–14.

13. Вострикова Т.В., Девятова Т.А. Суточная ритмика некоторых цитогенетических показателей у березы повислой // Кариология и молекулярная систематика. – 2009. – № 6. – С. 19–21.

14. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. – М.: Агропромиздат, 1988. – С. 271.

15. Доспехов Б.А. Методика опытного дела. – М.: Агропромиздат, 1986. – 196 с.

В настоящее время внимание биологов привлекают различные физические факторы в связи с перспективой их использования как для создания ценного исходного материала для селекции, так и в качестве стимуляторов роста и развития растений.

Установлено, что физические факторы влияют на процесс прорастания семян, посевные качества, некоторые физиологические и цитологические изменения и, в частности, оказывают стимулирующее влияние на митотическую активность и рост растений [1–7].

Широкое применение как в медицине, так и растениеводстве получило лазерное излучение. Показано, что синий и красный свет лазера оказывает достоверное улучшение энергии прорастания, всхожести, силы роста и других показателей растения [1, 8–11].

Известно, что рост растений тесно коррелирует с процессами деления и растяжения клеток. Максимальное увеличение митотической активности, а также сокращение продолжительности клеточного цикла наблюдается в период наибольшей стимуляции роста и изучение данного вопроса открывает широкие возможности регулирования процессами органогенеза побега и растения в целом и, в конечном итоге – продуктивностью.

Основой ритмичности органообразовательных процессов является суточная периодичность митозов. Этот вопрос давно вызывал интерес исследователей. Не ослабевал он и в последующие годы продолжается и по сей день [12, 13].

На кафедре физиологии, генетики и молекулярной биологии КБГУ в течение многих лет ведутся исследования по влиянию физических, химических факторов на ростовые и органообразовательные процессы культурных растений.

Активно изучается влияние постоянных и переменных магнитных полей, ультрафиолетового, инфракрасного и лазерного излучения с целью поиска таких путей воздействия на семена, органы растений, которые привели бы к стимуляции их роста и развития, поскольку в литературе встречаются разноречивые сведения: о наличии стимулирующего эффекта, об отсутствии ответа на воздействие, а в некоторых случаях их ингибирования [5].

Таким образом, условия, при которых происходит реализация стимулирующего эффекта конкретного физического фактора, а также происходящие в растении ответные реакции на облучение требуют дальнейшего их изучения.

Целью данной работы была оценка влияния лазерного излучения на динамику митотической активности апикальной меристемы корешков луковицы Allium сера L., а также анализ ритма клеточного деления на протяжении суток.

Материалы и методы исследования

Наши исследования были проведены на стандартном тест-объекте, который был апробирован в течение длительного времени и известен как Alliumtest, сорт Штутгартен Ризен. Allium-test хорошо зарекомендовал себя как объект, на котором можно изучать эффект воздействия различных факторов на начальных этапах онтогенеза, а также использовать в цитогенетическом мониторинге окружающей среды.

Схема вариантов исследования была следующей:

1) контроль – необработанные луковицы;

2) луковицы, облученные лазером в течение 5 мин;

3) луковицы, облученные лазером в течение 10 мин.

Облучение провели с использованием твердотельного гелий-неонового лазера, мощностью 2 Вт, длиной волны 532 нм. Опытные варианты отличались временем экспозиции.

Проращивание луковиц провели в пробирках, где донце луковицы постоянно находилось на поверхности воды, при комнатной температуре (30–32 °) и естественном освещении. На каждый вариант опыта поставили по 10 луковиц. С момента появления корешков, а в последующем и надземной части луковиц, в течение двух недель, ежедневно, в одно и то же время, проводили промеры длины корешка и пера. Для получения точных результатов по показателю «длина корешка» измеряли все корешки на донце луковицы, а затем вычисляли их среднее значение.

Для проведения цитофизиологического анализа были использованы корешки трех, пяти и семидневных проростков. Фиксацию корешков проводили в растворе Карнуа (уксусный алкоголь) в течение 12 часов, затем корешки переносили в 70 ° спирт и хранили их в холодильнике. Давленые препараты готовили по методике, предложенной З.П. Паушевой [14], краситель – ацетокармин. В каждом варианте использовали по 10 корешков, просмотр вели в пяти полях зрения, в среднем по 100 клеток. Учитывали все клетки на стадии профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Анализ препаратов провели на микроскопе Ломо «Микмед 5». Митотический индекс определяли по формуле

.

Математическую проверку провели по Б.А. Доспехову [15].

Для установления суточной периодичности митозов на третий день проращивания фиксировали корешки длиной 5–6 мм через каждые 3 часа (6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 3, 6). Для каждой пробы брали по 5 корешков, просмотр вели в трех полях зрения.

Интенсивность ростовых процессов определяли по формулам

где W1 – длина на предыдущую дату;

W2 – длина на последующую дату;

2–1 – число дней между предыдущим и последующим днем.

где R – относительная скорость;

W2 – длина на определенную дату;

W1 – длина на предыдущую дату.

Основу цитологических исследований составляет изучение митотической активности клеток, так как при ее повышении обеспечивается более активный рост проростков, что и является одним из факторов урожайности. Изучив большое количество образцов различных видов культурных растений, автор сделал заключение, что, используя цитофизиологический анализ, можно уже на ранних этапах онтогенеза прогнозировать конечный результат – продуктивность растения.

Результаты исследования и их обсуждение

Как показали полученные нами результаты, в корешках луковиц, облученных лазером, митотический индекс выше, чем в контроле (рис. 1).

При этом он повышается от третьего дня к седьмому, достигая к этому дню максимальной величины. Однако внутри опытных вариантов абсолютные показатели митотического индекса выше в меристеме корешков луковиц, облученных в течение 10 мин.

Учитывая то, что рост органа в длину находится в тесной связи с уровнем митотической активности меристематической ткани был проведен анализ динамики роста как длины корешка, так и надземной части (пера). Полученные результаты показывают, что все образцы из опытного варианта имеют показатели выше, чем в контроле, и относительная скорость роста у них была достоверно выше, чем в третьем варианте (таблица).

Промеры длины пера луковицы сохранили аналогичную закономерность. Максимальные показатели по длине пера отмечены в варианте, где луковицы облучались лазером в течение 10 мин, чуть ниже показатели во втором варианте. В контроле получены самые низкие величины.

Показано, что процессам роста свойственна периодичность, которая обуславливается как особенностями самих процессов роста, так и факторами внешней среды. У растений наиболее распространены циркадные ритмы с периодом около суток. С такой периодичностью изменяется и суточная динамика митозов [13].

Полученные нами результаты показали, что в условиях опыта в меристеме корней луковицы лука на протяжении суток четко проявляется периодичность клеточных делений. Нужно отметить, что суточный ход митозов не является равномерным, так как наблюдаются колебания, выражающиеся в подъемах и спадах активности деления клеток (рис. 2).

Динамика митотической активности в меристеме корня в контроле отмечена двувершинной кривой, где максимум делящихся клеток приходится на 24 и 6 часов утра и митотический индекс составил соответственно 420 и 320 ‰. Снижение деления клеток после первого подъема пришлось на 3 часа, затем вновь резко повторилась. В последующее время суток наблюдается чередование спада и подъема митотической активности. Минимальные значения митотической активности приходятся на 12 и 15 часов. В остальное время показатели МИ варьировали незначительно от 280 до 300 ‰, т.е. интенсивность клеточного деления в это время оставалось почти на одном уровне.

В целом во всех опытных вариантах характер изменения митотической активности в меристеме корешков луковицы сохраняется, т.е. время подъема и спада митотического индекса такое же как в контроле и пики митотической активности приходятся на 24 и 6 часов, в то же время в количественном отношении митотический индекс имеет более высокие значения в опытных вариантах, а максимальные показатели – в третьем варианте (лазер 10 мин).

Анализ встречаемости отдельных фаз митоза показывает, что к 6 часам утра в клетках меристем корешков луковицы в преобладающем количестве содержатся ана- и телофазы, в то время как в полночь – профазы.

Следует заметить, что ритм суточной активности может отличаться у разных видов растений и зависеть от разных причин. Так, у березы повислой максимальные значения МИ зафиксированы в 9 и 21 час, а в остальное время варьирование незначительное- от 3,6 до 4,8 ‰ [13], у пшеницы максимум делящихся клеток приходится на 8 и 16 часов.

Есть предположение, что суточная ритмика митотической активности может быть обусловлена ритмом биосинтеза белка и нуклеиновых кислот.

Заключение

Таким образом, лазерное облучение луковицы лука Allium сера длиной волны 532 нм, мощностью 2 ВТ, временем экспозиции 5 и 10 мин показал наличие стимулирующего эффекта, влияющего на процессы роста и развития на начальном этапе онтогенеза. Суточная ритмика апикальной меристемы корешка луковицы отличается двувершинным пиком. Максимальная митотическая активность у лука отмечена в полночь-24 часа и раннее утро 6 часов.

Знание пиков митотической активности может иметь практическое значение при проведении цитологического анализа при изучении митоза в клетках растений разных видов при выборе времени фиксации исходного материала.

Библиографическая ссылка