РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2013, том 53, № 3, с. 304-308
= НЕИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ =
УДК [57+61]:539.1.04:613.648.2:581.19
ВОЗДЕЙСТВИЕ МИКРОВОЛН НА КУЛЬТУРУ СМатуиотопа8 асПпосМопз
В СТАЦИОНАРНОЙ ФАЗЕ РОСТА
© 2013 г. О. О. Григорьева*, М. А. Березовская, А. И. Даценко
Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, Украина
Исследовано влияние микроволнового излучения на культуру зеленой жгутиковой водоросли Chlamydomonas асйпоеЫогчз, находящуюся в стационарной фазе роста. При облучении в максимальной дозе 125 Дж/г функциональное состояние клеток временно ухудшилось, но по истечении 20 дней все исследуемые характеристики восстановились, а в конце эксперимента были лучше контрольных показателей. Данные сравнивались с аналогичными результатами, полученными ранее для культуры, находящейся в лаг-фазе. Исследованный образец оказался более устойчивым к облучению, чем предыдущий.
Зеленые водоросли, микроволновое облучение, фотолюминесценция, численность клеток. БОТ: 10.7868/80869803113030053
Известно, что в ходе роста и развития растения в нем постоянно происходят определенные фи-зиолого-биохимические изменения, в основе которых лежат молекулярно-генетические процессы. При этом характер адаптивных реакций растения, имея генетическую природу, во многом зависит от его возраста. Так, возрастные различия в устойчивости растений обнаружены по отношению к таким стрессорам, как низкие температуры, дефицит воды, радиация [1]. Нами также проводились исследования влияния микроволнового излучения на разновозрастные культуры Chlorella vulgaris Beijerink [2], и полученные результаты показывали различия в ответных реакциях при дифференцированных состояниях растений.
Цель работы — исследование влияния микроволновой радиации дециметрового диапазона на культуру зеленой водоросли Ch. actinochloris, находящейся в стационарной фазе роста. В исследовании, представленном ранее [3], изучалось действие микроволн на развитие такой культуры 2-суточного возраста. Задачи настоящей работы состояли в проведении аналогичного эксперимента для культуры, находящейся в стационарной фазе роста, и сравнении полученных результатов с данными для культуры, находящейся в лаг-фазе.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
В работе использована культура из альгологи-ческой коллекции кафедры ботаники биологиче-
* Адресат для корреспонденции: Украина, 01601 Киев, ул. Владимирская, 64, УНЦ "Институт биологии" Киевского национального университета им. Тараса Шевченко; тел.: (038-095) 574-77-37; e-mail: allegro@ukr.net.
ского факультета Киевского национального университета им. Тараса Шевченко (АСКи), штамм АСКи 706-06. Этот штамм был выделен из почвы на территории штата Техас (США). До и во время опыта культура содержалась на люминостате с люминесцентными лампами ЛБ-40 с 12-часовым чередованием темновой и световой фаз; стабилизация температуры в комнате не проводилась. Начальная концентрация клеток культуры перед облучением составляла (2.3 ± 0.6) х 103 мм- 3.
В течение 38 дней после облучения контролировались численность и люминесцентные характеристики каждой из культур. Методика и условия микроволновой обработки, подсчета численности клеток, измерения и анализа спектров фотолюминесценции (ФЛ) подробно описаны в предыдущей статье [3]. Плотность возбуждения в световом пучке составляла около 0.1 Вт/см2. Дозы облучения соответствовали дозам в эксперименте с 2-суточной культурой: первый образец был обработан в дозе 86 ± 2 Дж/г (нагрев до 42.5 ± 0.5°С), второй — в дозе 125 ± 8 Дж/г (нагрев до 52 ± 1°С). Необработанная часть суспензии использовалась в качестве контроля.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Спектры люминесценции исследуемых образцов качественно ничем не отличались от спектров 2-суточной культуры и состояли из двух полос. Доминирующей была узкая полоса с максимумом в области 683 нм, кроме нее в спектре наблюдалась более широкая длинноволновая полоса с максимумом примерно на 740 нм. Источником этих полос считается хлорофилл а в фотосистемах II и I соответственно [4].
воздействие микроволн
305
6
X «
¡3 5 &
я
о
я
я 4 о 4
а
I
11
т
1 Х^Т о С) о С) X
! й*
__I_|_
10 сут
О и II
О Контроль А 86 Дж/г ■ 125 Дж/г
15
Рис. 1. Динамика численности культур в течение первых 18 дней эксперимента.
7
3
2
0
5
В динамике развития культур после облучения не прослеживается сколько-нибудь заметных аномалий (рис. 1). На протяжении всего эксперимента численность контрольной культуры монотонно возрастает. Количественный рост наблюдается и для облученных образцов, в том числе и в максимальной дозе. В этом первое отличие от результатов для 2-суточной культуры [3], облучение которой в дозе 122 Дж/г вызывало падение концентрации клеток. В конце первой декады опыта численность достигала минимума, после чего количество клеток в образце снова повышалось.
Несмотря на довольно существенный доверительный интервал значений концентрации, можно заметить, что развитие 6-месячной культуры после облучения в максимальной дозе вначале происходит с некоторым запаздыванием по сравнению с контрольным и облученным в дозе 86 Дж/г образцами. Причем, как и в случае 2-су-точной культуры, максимальное отставание пришлось примерно на 8-10-е сут, а приблизительно к середине второй декады эксперимента указанная культура догнала по численности контроль.
Ниже представлены данные по люминесцентным измерениям культур. На рис. 2, а можно видеть зависимость полной (интегральной по спектру) интенсивности люминесценции, приходящейся на одну клетку суспензии. Эту величину (удельная эффективность люминесценции) мы получили, разделив полную интенсивность ФЛ суспензии на численность клеток С. Как известно [5, 6], интенсивность люминесценции является одним из показателей функционального состоя-
ния растения. В наших условиях эксперимента можно трактовать уменьшение интенсивности как ухудшение функционального состояния [3].
Как видим, для контрольного образца этот параметр длительное время остается на одном уровне, но после второй декады постепенно падает. По всей видимости, это связано с вновь образованными в ходе продолжительного эксперимента конгломератами клеток в суспензии, в результате чего уменьшается ее прозрачность и соответственно средняя освещенность для клеток. Как следствие этого в них уменьшается содержание хлорофилла, а в итоге и эффективность ФЛ.
В результате облучения в максимальной дозе клетки культуры теряют подвижность, которая начинает восстанавливаться ~ на 5-е сут эксперимента. Удельная эффективность люминесценции временно уменьшается, ~ через 5 дней после облучения проходя через минимум, затем снова увеличивается и к концу второй декады опыта достигает уровня контрольного и облученного в дозе 86 Дж/г образцов, который за это время практически стабилен. Эти данные качественно повторяют аналогичные результаты, полученные для 2-суточной культуры [3].
Отмечено и некоторое различие. Влияние облучения в максимальной дозе на интенсивность ФЛ 6-месячной культуры заметно лишь на второй день эксперимента, тогда как для "молодой" культуры изменения заметны сразу: через несколько часов после облучения интенсивность уже составляла всего 40% от контрольной.
306
ГРИГОРЬЕВА и др.
200
150
О
100 -
50
10
15 20 сут
25
30
35
а
0
0
5
б
0 5 10 15 20 25 30 35
сут
Рис. 2. Динамика удельной эффективности люминесценции (а) и относительной интенсивности спектральных полос (б) исследуемых культур в процессе эксперимента.
Следует отметить, что эффективность люминесценции облученных культур, как и контрольной, на конечном этапе исследования уменьшается, однако заметно превышает соответствующий параметр для контроля. Причиной является то, что процесс образования конгломератов у облученных культур проходит гораздо медленнее,
чем у контроля, что наблюдалось визуально. Особенно заметно это отставание проявлялось у образца, облученного в максимальной дозе.
На рис. 2, б представлен другой параметр, являющийся показателем функционального состояния растения. Это отношение интенсивностей в
ВОЗДЕЙСТВИЕ МИКРОВОЛН
307
максимумах основных полос люминесценции хлорофилла — на длинах волн 683 и 740 нм. Ухудшение функционального состояния растения обычно сопровождается уменьшением отношения/ = /(А.683)//(А.740) [6].
Облучение в дозе 86 Дж/г практически не влияет на изменение величины / по сравнению с контрольным показателем, который вначале растет, а потом снижается. Этот эффект связан с развитием культуры, а не изменением функционального состояния вследствие внешних факторов [3, 7, 8].
Облучение в максимальной дозе приводит к закономерному уменьшению параметра/. Однако впоследствии эта величина восстанавливается и некоторое время превышает контрольный параметр. На конечном же этапе исследований отношение / для всех трех культур одинаково — в пределах ошибки эксперимента.
Поведение этого люминесцентного параметра у всех образцов 6-месячной культуры не отличается от того, что наблюдалось для 2-суточной [3]. Различие можно заметить лишь в одном — как и в случае эффективности ФЛ, реакция параметра на облучение несколько запаздывает. Если для 2-суточной культуры уменьшение величины / заметно уже через сутки после обработки, то для 6-месячной (см. рис. 2, б) — лишь на 3-й день эксперимента.
ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенный эксперимент показывает, что облучение в дозе 86 Дж/г практически не влияет на состояние клеток в культуре. Единственное отличие результатов для этой культуры от контрольной состоит в том, что на конечном этапе исследований удельная эффективность люминесценции облученной суспензии была заметно больше (рис. 2, а). Такое же отличие от контроля наблюдается и для культуры, обработанной в максимальной дозе. Это связано с тем, что облучение замедляет образование в культуре конгломератов, что положительно сказывается на прозрачности суспензии и, следовательно, освещенности. Последнее, в свою очередь, способствует увеличению содержания хлорофилла в клетках.
В результате обработки в максимальной дозе (125 Дж/г) функциональное состояние клеток временно ухудшается, что проявляется в потере подвижности и
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.