ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2015, том 62, № 3, с. 404-409
_ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ _
СТАТЬИ
УДК 581.174
ДЕЙСТВИЕ СЛАБОГО ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ ПРОРОСТКОВ РЕДИСА
© 2015 г. Ю. И. Новицкий, Г. В. Новицкая, Ю. А. Сердюков, Т. К. Кочешкова, Д. Р. Молоканов, М. В. Добровольский
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН, Москва Поступила в редакцию 14.11.2014 г.
Изучали влияние слабого постоянного горизонтального магнитного поля (ПМП) напряженностью ~ 400 А/м на перекисное окисление липидов (ПОЛ) у 5-дневных проростков редиса (Rapha-nus sativus L. var. radícula D.C.), выращенных в камере фитотрона при температуре 18-20°С и освещенности 1-6 клк или в темноте. Контролем служили проростки, выросшие в геомагнитном поле (ГМП). Под действием ПМП наибольшее содержание конечного продукта ПОЛ — малонового диальдегида (МДА), обнаружили в проростках при освещенности 2-3 клк. Явной зависимости накопления МДА от освещенности не обнаружили. Под действием ПМП изменилось соотношение между световыми и темновыми реакциями ПОЛ; в магнитном поле ПОЛ снижалось. В процессе прорастания семян в условиях ПМП уменьшалось содержание МДА: максимальное уменьшение -в 5-дневных проростках при освещенности 1 клк. ПМП выступало в качестве корригирующего фактора, изменяющего содержание МДА.
Ключевые слова: Raphanus sativus — проростки — слабое постоянное магнитное поле — свет-темнота — различная освещенность — перекисное окисление липидов
DOI: 10.7868/S0015330315030148
ВВЕДЕНИЕ
Механизмы действия слабого постоянного магнитного поля (ПМП) на биологические объекты окончательно не выяснены. Настоящая работа была предпринята в связи с высказанной гипотезой о действии ПМП на выход конечных продуктов в реакциях перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот фосфолипидов мембран с участием свободных радикалов на примере липосом куриного желтка [1, 2]. В основе теоретических положений этой гипотезы лежит влияние магнитного поля на скорость рекомбинации радикальных пар мембранных фосфоли-пидов при индуцировании полем синглет-три-плетных переходов за время жизни этих пар. В реакциях перекисного окисления липидов (ПОЛ) предполагается наличие нескольких магниточув-ствительных стадий, влияющих на метаболизм
Сокращения: ГМП — геомагнитное поле; МП — магнитное поле; ПеМП — переменное магнитное поле; ПМП — постоянное магнитное поле; СОД — супероксиддисмутаза; ТБК — тиобарбитуровая кислота.
Адрес для корреспонденции: Сердюков Юрий Александрович. 127276 Москва, Ботаническая ул., 35. Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН. Факс: 007 (495) 977-8018; электронная почта: ezhykron@gmail.com
липидов. В этом случае выход конечных продуктов ПОЛ оказывается зависимым от напряженности магнитного поля и температуры. Существуют также другие теоретически обоснованные механизмы биологического действия магнитного поля, в которых индуцированные магнитным полем изменения липидного состава являются опосредованными [3-5].
Следует, по-видимому, упомянуть также маг-нитоориентационный механизм, связанный с наличием в специализированных клетках магнито-бактерий магнитных включений в виде железа и его окислов в форме ферромагнетиков (доменные структуры) [6, 7]. Магниточувствительные клетки этих организмов имеют особый состав мембранных липидов "оболочки магнитосом", с повышенным содержанием в них фосфатидилхолина и фосфатидилглицерина [6].
Электромагнитный фон — микроволновой или низкочастотный — также может определять физиологический или биохимический эффект действия ПМП на растения, возможно, по принципу резонансной накачки энергии [8, 9]. Доказано влияние как постоянного, так и переменного поля на спин-селективные ферментативные реакции синтеза АТФ в митохондриях с участием креатин-
киназы и АТФазы, химическая реакционная способность которых определяется магнитным моментом ядра 25Mg в ионе Mg2+ этих ферментов [10].
Появление перекисей в тканях является одним из важнейших факторов действия повреждающих агентов: температуры, радиации, ультрафиолета, ионов тяжелых металлов и т.д. [10-17], а также магнитного поля [18].
Авторы работы [15] изучали ПОЛ по содержанию МДА при длительном хранении клубней картофеля (Solanum tuberosum L. cv. Russet Burbank) при температуре 4°C. Содержание МДА вначале уменьшалось со 123 до 61 нмоль/(г сухого веса) со 2-го по 7-й месяц хранения, а в дальнейшем увеличилось до 298 нмоль/(г сухого веса) к 28-му месяцу хранения.
В другой работе [18] исследовали продукты ПОЛ (диеновые конъюгаты и основания Шиффа) в суспензиях хлоропластов, выделенных из 14-дневных проростков гороха, кратковременно экспонированных в комбинированном магнитном поле (ПеМП+ПМП), "настроенном на спины ядер 55Mn и 63Cu". Экспонирование проростков гороха в переменном МП (ПеМП) в течение 15 мин приводило к увеличению количества диеновых конъюгатов в хлоропластах примерно на 17% и шиффовых оснований примерно на 15%. Более продолжительное экспонирование (до 60 мин) уменьшало количество диеновых конъ-югатов примерно на 25% и шиффовых оснований примерно на 15% по сравнению с контролем. По мнению авторов [18], данный факт свидетельствует о возможности модуляции антиоксидант-ной системы в хлоропластах гороха с помощью слабых МП различных типов.
В работе [19] двухнедельные проростки растений гороха посевного (Pisum sativum L.) сортов Ал-бумен и Шустрик подвергали воздействию импульсных МП разной интенсивности — с индукцией 3.5 мТ и частотой 100 Гц и с индукцией 1.5 мТ и частотой 15 Гц в течение 15, 30, 60 и 120 мин. По мнению авторов, более сильное МП вызывало стойкое снижение продуктивности ПОЛ: диеновых конъюгатов, оснований Шиффа, малонового диальдегида (МДА), а также вызывало активацию супероксиддисмутазы (СОД), ее ингибирование, стабилизацию активности в пределах контрольного значения. Более слабое МП производило обратимое накопление диеновых конъюгатов и оснований Шиффа, а также приводило к активации СОД, но не к ее ингибированию.
Сказанное выше свидетельствует о необходимости дальнейшего изучения влияния слабого ПМП на ПОЛ на ранних стадиях развития растений.
Мы в своих опытах изучали действие ПМП на перекисное окисление липидов, использовав световые и темновые проростки редиса. Редис (в том числе его прорастающие семена) — растение, чув-
ствительное к действию слабого МП в широком диапазоне температур [20-22].
Целью настоящей работы было изучение влияния слабого ПМП на выход конечного продукта ПОЛ малонового диальдегида в проростках редиса в зависимости от длительности экспозиции в МП и различной интенсивности освещения.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования служили 1-5-дневные проростки редиса (Яаркапш заИут Ь. уаг. га&аШа Э.С.) сорта Розово-красный с белым кончиком, выращенные в слабом постоянном горизонтальном магнитном поле напряженностью ~ 400 А/м.
Семена для опытов отбирали по массе в пределах 9-13 мг, что соответствовало 95% доверительному интервалу репрезентативной выборки. Всхожесть семян — 98%.
В каждую чашку Петри диаметром 10 см помещали по 100 семян общей массой около 1 г. Семена проращивали на фильтровальной бумаге, смоченной водопроводной водой. При изучении влияния освещенности на выход МДА использовали развернутые семядоли 5-дневных проростков, количество которых к этому дню составляло более 70% от их общего количества в каждом варианте. Каждый опыт включал четыре варианта: контроль-свет, контроль-темнота, ПМП-свет, ПМП-темнота. Проростки выращивали в камере фитотрона ИФР РАН при температуре 18-20°С при 14-часовом световом дне или в темноте.
Первую ориентировочную серию опытов с целью выяснения вариабельности выхода абсолютного количества конечного продукта ПОЛ (МДА) в проростках редиса проводили с сентября по декабрь 2005 г. при освещенности 1 клк. В марте—апреле 2007 г. проводили вторую серию опытов для выявления влияния поля на зависимость выхода МДА от различной интенсивности освещения (1-6 клк) в ГМП и ПМП. Третью серию, аналогичную второй, проводили в марте— апреле 2008 г. для оценки воспроизводимости закономерностей второй серии опытов. И, наконец, весной 2011 г. изучали влияние ПМП на содержание МДА в динамике процесса прорастания семян редиса. В последних опытах использовали 5-дневные проростки целиком.
Для создания горизонтального однородного ПМП применяли кольца Гельмгольца, питаемые постоянным током [23]. Контрольные растения выращивали также в кольцах Гельмгольца, но ток через них не пропускали. Напряженность поля в этом случае составляла ~ 31 А/м и была направлена под углом 73° к горизонту. Градуировку колец проводили баллистическим мето-
406
НОВИЦКИЙ и др.
дом на установке У-541. Расчет и методика измерения описаны в работах [23, с. 32-36; 26].
ПМП включали сразу после помещения чашек Петри с разложенными в них семенами в кольца Гельмгольца. Различия в температуре между опытом и контролем при включенном ПМП не превышали ± 0.5°С.
Интенсивность перекисного окисления липи-дов определяли по накоплению МДА по цветной реакции с тиобарбитуровой кислотой (ТБК). Оригинальный метод и его модификации описаны в работах [12, 24, 25].
Навеску 5-дневных проростков редиса (912 семядольных листьев, 300 мг) гомогенизировали в 5 мл среды экстракции (0.1 М Трис-HCl буфер, pH 7.6, содержащий 0.35 М NaCl). К 3 мл го-могената добавляли 2 мл 0.5% ТБК в 20% ТХУ, нагревали на кипящей водяной бане в течение 30 мин, центрифугировали 15 мин при 3000 об./мин. В надосадочной жидкости регистрировали оптическую плотность на спектрофотометре Thermo Scientific Genesys 10 UV ("Thermo Fisher Scientific Ltd.", США) при длине волны 532 нм. В качестве контроля брали среду выделения с реагентом. Концентрацию МДА рассчитывали по формуле:
С = D/EL,
где C — концентрация МДА в нМ, D — оптическая плотность, Е — коэффициент молярной экстинк-ции, равный 1.56 х 105 (см моль)-1, L — толщина слоя раствора в кювете, равная 1 см. Количество образовавшегося МДА рассчитывали в нмоль/г сырой массы.
В каждом варианте контроля и опыта было по 3 чашки Петри. Из каждой чашки
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.