ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ ^
УДК 581.174.1
ВЛИЯНИЕ СЛАБОГО ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СОСТАВ И СОДЕРЖАНИЕ ЛИПИДОВ В ЛИСТЬЯХ САЛАТА
© 2015 г. Ю. И. Новицкий*, Г. В. Новицкая*, Д. Р. Молоканов*, Ю. А. Сердюков*, И. У. Юсупова**
*Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, 127276 Москва, Ботаническая ул., 35 **Федеральный медицинский исследовательский центр психологии и наркологии им. В.П. Сербского МЗ РФ,
119992 Москва, Кропоткинский пер., 23 E-mail: yinov@ippras.ru Поступила в редакцию 12.02.2014 г.
Исследованы состав и содержание липидов в листьях салата (Lactuca sativa L.) Каменная головка, выращенного в слабом горизонтальном постоянном магнитном поле (ПМП) колец Гельмгольца с напряженностью 400 А/м в контролируемых условиях температуры, света и длины светового дня. Показано, что под влиянием слабого ПМП уменьшилось содержание липидов мембран хлоропла-стов и митохондрий, а также цитоплазматических мембран.
DOI: 10.7868/S0002332915040104
Геомагнитное поле (ГМП) — экологически значимый фактор в жизни растений, напряженность которого меняется на протяжении всей истории Земли от нулевого значения до значений, превышающих современное (~40 А/м) на порядок (Монин, 1977; Бочкарев, 1985). В настоящее время напряженность магнитного поля Земли уменьшается, и неизвестно, сколько будет продолжаться это уменьшение и каким образом оно отразится на биосфере Земли, и в частности на растениях (Шемякин, Цыганков, 2009).
Напряженность постоянного магнитного поля (ПМП) 400 А/м находится в пределах эволюци-онно-исторических значений напряженности магнитного поля, а также в пределах современных естественных магнитных аномалий. По сравнению с ГМП напряженность ПМП 400 А/м — аномально высокая, а по сравнению с генерируемыми промышленными магнитными полями — слабая. Поэтому используемая нами напряженность магнитного поля ~400 А/м (500 мкТ) является исторически оправданной при изучении действия слабого ПМП на растения.
Механизмы действия слабого постоянного однородного магнитного поля на биообъекты окончательно не выяснены (ОаПапё, Ра2иг, 2005). Среди многочисленных гипотез обращают на себя внимание четыре возможных механизма действия ПМП.
Во-первых, это механизм сверхтонкого взаимодействия в химических и биохимических реакциях с участием радикальных пар (Аристархов, 2003). Показано, что магнитное поле оказывает влияние
на перекисное окисление фосфолипидов мембран как на один из путей их утилизации (Пирузян, Аристархов, 2004), значительно изменяя липид-ный состав клетки (Новицкая и др., 2008).
Во-вторых, следует отметить механизм, обусловленный наличием в клетках специализированных магнитных включений — магнитосом, содержащих доменные структуры железа и его окислов в форме ферромагнетиков. Впервые открыты и наиболее изучены магнитосомы бактериального происхождения (Пиневич, 2005). Магниточув-ствительные клетки таких организмов отличаются повышенным содержанием фосфатидилхолина и фосфатидилглицерина в составе мембранных ли-пидов "оболочки магнитосом" (8еИи1ег, ВаеиегЫп, 1997). О наличии магнитных включений у растений имеются единичные сообщения (Оа]ёагё215-ка-^И^ка а1., 2001), но их подтверждение или перепроверка пока не были осуществлены.
В-третьих, электромагнитный фон окружающей среды естетственного и антропогенного происхождения — низкочастотный или микроволновой — может определять физиологический или биохимический эффект действия магнитного поля на растения, по-видимому, по принципу резонансной накачки энергии (Новицкий, 1978; Лед-нев, 1996).
В-четвертых, доказано влияние как постоянного, так и электромагнитного поля на спин-селективные ферментные реакции синтеза АТФ в митохондриях с участием креатинкиназы и АТФазы, химическая реакционная способность которых определяется магнитным моментом ядер 25М§
ионов Mg2+ в этих ферментах (Бучаченко и др., 2006).
Предлагаются и другие теоретически обоснованные механизмы биологического действия магнитного поля, которые приведены в работах (Бинги, 2005, 2011). Согласно упомянутым выше исследованиям в первых двух механизмах действия ПМП липиды принимают непосредственное, а в последних двух — опосредованное участие. Поэтому актуально изучение состава и содержания липидов и их изменчивости под влиянием слабого ПМП у различных растений.
Липиды как вещества, являющиеся компонентами мембран, функционально активны и, как известно, реагируют на любые воздействия внешней среды, в том числе и магнитного поля, изменением состава и содержания липидов и степени ненасыщенности входящих в них жирных кислот (ЖК) и поэтому могут служить индикаторами влияния ПМП на растения (Новицкий, 2004).
Реакция растений на изменения напряженности магнитного поля изучена недостаточно. Не исследованы длительные периоды онтогенеза растений, недостаточно изучены физиолого-биохимические результаты их пребывания в слабом, отличном от современного, земном магнитном поле.
В проведенных ранее исследованиях влияния слабого ПМП на состав и содержание липидов листьев лука (Новицкая и др., 2006) и редиса (Новицкая и др., 2008) установлено, что слабое ПМП действует по-разному, иногда противоположно, в зависимости от вида растения, его индивидуальных особенностей, изменяя количественное содержание и соотношения между отдельными классами липидов. Слабое поле (400 A/м) тормозило прохождение всех стадий онтогенеза при выращивании растений редиса от семени до семени, изменяло число и массу семян редиса в зависимости от чувствительности растений к его действию (Новицкий и др., 2014а), а также количественное соотношение полярных и нейтральных липидов в семенах редиса (Новицкий и др., 2014б).
Цель работы — выяснение степени влияния слабого постоянного однородного горизонтального магнитного поля на состав и содержание ли-пидов в листьях салата при относительном постоянстве температуры, освещенности и длины светового дня.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Растения салата (Lactuca sativa L.) сорта Каменная головка выращивали в почве в винипла-стовых ящиках в однородном горизонтальном ПМП напряженностью ~400 А/м (~5 Э) под люминесцентными лампами ЛБ-80 при освещенности 14 клк в камере фитотрона ИФР РАН, 16-ча-
совом световом дне и температуре 18—22°С. Ящики продольной осью ориентировали по горизонтальной составляющей земного и искусственного магнитного поля. Для создания горизонтального однородного ПМП использовали кольца Гельм-гольца с постоянным током (Яновский, 1963). Индукцию в кольцах измеряли с помощью баллистического гальванометра установки У-541 (Точ-электроприбор, УССР). Контрольные растения выращивали в таких же кольцах, но ток через них не пропускали. Напряженность поля в этом случае составляла ~31 А/м (0.4 Э) и была направлена под углом 73° к горизонту. Было проведено три опыта — в ноябре, марте и мае.
С момента всходов и до 30-суточного возраста отмечали возникновение и медленное возрастание различий в формировании облика у растений салата между опытным и контрольным вариантами. Растения салата в магнитном поле проявляли тенденцию к стрелкованию, в то время как контрольные оставались преимущественно в вегетиру-ющем состоянии. Содержание липидов в листьях салата определяли после месячного выращивания растений в магнитном поле. Для анализов использовали четвертый лист растений салата, находящийся в активно функционирующем состоянии без видимых признаков старения.
Экстракцию, разделение и количественное определение липидов листьев проводили по методике, описанной ранее (Новицкая, Руцкая, 1976). Липиды из гомогената свежих листьев (2 г) экстрагировали изопропанолом, затем смесью изопропанола и хлороформа (1 : 1) и дважды смесью метанола и хлороформа (1 : 1). После четырех экстракций в растворитель переходило >99.5% липидов. Для предотвращения окисления липи-дов в растворитель во время экстракции добавляли 0.001% ионола. О полноте экстракции судили по количеству ЖК, экстрагируемых из остатка после его прямого омыления в присутствии внутреннего стандарта — маргариновой кислоты.
Полярные липиды разделяли методом тонкослойной хроматографии на пластинках 20 х 20 см с 5—40 мк силикагеля (СИешаро1, Чехия), содержавшего 8% гипса. Липиды разделяли в двумерной системе: первое направление — хлороформ : метанол : 7N NH4OH (65 : 30 : 4), второе — хлороформ : метанол : ледяная уксусная кислота : вода (85 : 12.5 : 12.5 : 3) (Новицкая, Руцкая, 1976).
Нейтральные липиды разделяли в системе гек-сан : диэтиловый эфир: ледяная уксусная кислота (85 : 15 : 1). Проявление и идентификацию хрома-тографических зон проводили описанными ранее методами (Новицкая, 1972). Количество фосфо-липидов определяли по содержанию фосфора (Оег1аеИ, Deutike, 1963), галактолипидов — по содержанию галактозы ^о^аИап, Бай, 1969), нейтральных липидов — спектрофотометрически по-
сле сжигания органического вещества бихромат-ным реактивом (Amenta, 1964).
Во всех определениях контролем служили образцы с добавлением силикагеля, взятого с чистого участка нижней части хроматограммы площадью, равной средней площади пятна.
Относительное содержание суммарной фракции ЖК липидов листьев определяли с помощью газожидкостной хроматографии (ГЖХ) в виде их метиловых эфиров по стандартной методике (Верещагин, Ганиева, 1964). Использовали газовый хроматограф Fractovap 4100 фирмы "Carlo Erba" (Италия) с пламенно-ионизационным детектором. Колонка — 1.8 м х 3 мм, хромосорб W (Sigma, США) 60—80 меш, жидкая фаза — 15%-ный диэтиленгликольсукцинат. Температура колонки 180°С, испарителя и детектора — 220°С. Скорость газа-носителя гелия 60 мл/мин.
В табл. 1 и 2 приведены средние арифметические значения из трех биологических выборок в трех повторностях (n = 9) при определении содержания липидов и в двух повторностях (n = 6) при определении содержания ЖК. В качестве биологической повторности были взяты листья разных растений (по 10—15 штук в каждой). Различия оценивали сравнением средних значений эмпирических выборок (Зайцев, 1984). Вероятности обратной гипотезы (Р) между вариантами контроля и образцами, выращенными в ПМП, рассчитывали с помощью критерия Стьюдента. Различия считались достове
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.