Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

"КОСМОС И БИОСФЕРА" 2013 Украина

Влияние экранирования магнитного поля Земли на дифференцировку клеток корня ржи.

Баранова Екатерина Николаевна1, Баранова Галина Борисовна1, Кононенко Неонилла Васильевна1, Харченко Петр Николаевич1, Поляков Владимир Юрьевич1,2

1Москва, ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии Россельхозакадемии

2Москва, НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ

Влияние ПМП в различном диапазоне на уровне клеток и тканей является предметом изучения многих исследователей [Богатина, Шейкина, 2011]. В ряде работ было продемонстрировано влияние изменения ПМП на структурные характеристики клеток растений. Отмечены изменения ультраструктуры хлоропластов и митохондрий, ядерного компартмента [Belyavskaya, 2004]. Установлено, что при низких положительных температурах структура ядра обратимо меняется, образуя сложные высокоорганизованные и по видимому динамичные структуры связывающие РНП и конденсированные участки хроматина [Baranova and al., 2011].

В работе изучено влияние искусственно ослабленного и усиленного магнитного поля Земли на структурную организацию клеток корня проростков ржи Secále cereále L.. Для ослабления магнитного поля (0,125 Oe) использовали сферическую емкость с ферромагнитными стенками, усиление магнитного поля (125 mT) достигали использую плоский постоянный магнит. Эксперименты проводили при температуре +22-+240С и в режиме яровизации, при температуре от 0 до +40С, в темноте. Семена замачивали до набухания, затем помещали в соответствующие емкости и выдерживали при заданных температурах 7 и 40 дней соответственно.

                                                                                                  
a239-Рожь,экран,холод-45 дн-T5
Рожь "ВАЛДАЙ" -45 дней +4 гр.С-Экранирование без освещения
                                                                 486-рожь,экран=23грTv36                                                           
                                                                 Рожь "ВАЛДАЙ"- 3 дня +23гр.С-Экранирование без освещения

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
x
x

a238-Рожь, мп, улица45 дн-Tv26
Рожь "ВАЛДАЙ" -45 дней- +4 гр.С-искуств. МП-без освещения
                                                       
                                                                482-рожь-мп-23гр-Tv11
                                                                Рожь "Валдай" - 3 суток, +23 гр.С -искуси. МП- без освещения

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
x
x
a237-Рожь,контр.холод-45 дн-35
Рожь "ВАЛДАЙ" -45 дней- +4 гр.С-контроль-без освещения

                                                                 478-рожь,контр, =23грTv44
                                                                 Рожь "ВАЛДАЙ" -3 суток +23 гр.С-контроль-без освещения


Фиксацию образцов (2,5 % глутаровый альдегид, 1% OsO4), обезвоживание (этанол, окись пропилена) и заключение материала в смолу (Эпон/аралдит) проводили по стандартным методам, принятым в электронной микроскопии. Для светооптического анализа использовали «полутонкие» срезы, регистрацию изображений осуществляли в режиме фазового контраста на микроскопе Olympus BX51 (Olympus, USA). Для электронной микроскопии готовили ультратонкие срезы, образы изучали и фотографировали в микроскопе Н-500 (Hitachi, Япония). Статистическую обработку проводили с использованием программы Cell^A и Excel5,0. Для сравнительного светооптического анализа использовали поперечные срезы корня на уровне основной меристемы для идентичности использовали срезы, на которых имелось одинаковое количество слоев от центральной клетки формирующегося центрального цилиндра. При ультраструктурном анализа использовали строго идентичные клетки эпиблемы и клетки эндодермы первичной коры, располагающиеся в базальной части зоны роста корня.

Полученные данные показывают, что в контрольных проростках ржи, растущих при температуре 0 до +40С, наблюдаются существенные изменения в структуре и размере ядрышек. Кроме того перестают выявляться, наблюдаемые при 240С, имеющие высокую оптическую плотность вакуолярные включения, предположительно белковой природы, а также другие цитоплазматические компартменты, содержащие запасные питательные вещества (ЗПВ). Эти изменения можно трактовать как ускорение утилизации ЗПВ, сопровождающееся подавлением их нормального уровня синтеза, и блокирование процессинга (и, вероятно, транспорта) предшественников рибосом из ядра в цитоплазму.

Экранирование магнитного поля частично снимает эти эффекты. Однако изменяется форма ядрышек, размер же также заметно больше чем в контроле и при наличии воздействий при +240С. Кроме того при 0 - +40С происходит изменение формы ядрышек. Характерная для интерфазы округлая форма, у ряда клеток имеет множественные выросты направленные к периферии ядерной оболочки., что возможно связано с изменением количества клеток в профазе, связанного с выходом из G2 и началом митоза, либо изменением длительности ключевых фаз клеточного цикла, вызывающих неспецифическую задержку структурных преобразований ядерных субкомпартментов.

Действие постоянного магнитного поля, созданного постоянным магнитом, приводит к резкому увеличению размеров ядрышек и к увеличению размеров вакуолей, содержащих ЗПВ. Вакуолярные включения глобулярной формы можно интерпретировать как белковые включения заключенные в лизирующих вакуолях. Подобный эффект был описан в корнях гороха [Belyavskaya, 2004], что может быть вызвано изменением рН, либо нарушением активности или транспорта в вакуоль ферментов ответственных за расщепление запасных белков [Callis, 1995]. В целом, эти изменения можно трактовать как стимуляцию синтеза рибосомной РНК и/или блокирование утилизации ЗПВ.

     В целом полученные данные указывают на существенное влияние параметров постоянного магнитного поля на процессы клеточного метаболизма, контролирующие различные этапы дифференцировки клеток корня.

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ КАК АБИОТИЧЕСКИЙ ФАКТОР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

"К "АБИОТИЧЕСКИМ КОМПОНЕНТАМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, необходимым для существования живой природы, относятся: атмосфера, почва, вода, солнечная энергия, воздействие радиации, электромагнитных и тепловых полей, т.е. такие условия воздействия окружающей среды, в которых живые организмы возникли и могут существовать."


Такое явление как яровизация возникло в природе как один из возможных способов растительным организмам пережить холодный зимний период и не только выжить, но и ускорить в процессе яровизации переход к генеративному развитию, приспособившись к тяжелым климатическим нормам местности.

Словарное значение слова "ЯРОВИЗАЦИЯ: физиологическая реакция растения на охлаждение, вызванная адаптацией к сезонным изменениям умеренного климата. Для цветения и образования семян эти растения должны быть подвергнуты воздействию низких положительных температур (2-4гр.С, в зависимости от вида и сорта растений).
Яровизация присуща некоторым двулетним и многолетним растениям, в частности, злакам (рожь,пшеница и др.), корнеплодам (свекла, морковь), а также плодовым деревьям (например, яблоням) в рамках современной экологической физиологии это явление описывается как холодовая реакция диапаузы.

ЯРОВИЗАЦИЕЙ называется также основанный на этом явлении прием контролируемого охлаждения семян перед посевом, позволяющий сократить сроки вегетации растений, и в отдельных случаях обеспечить их вызревание в более холодном климате."
В случае с озимыми злаками хорошо изучены сроки для гарантированного  завершения этого процесса, причем для каждой культуры этот срок индивидулен. Несоблюдение этих сроков в сторону уменьшения приводит к снижентю урожайности и также
гибели при весенних заморозках. Оттепели  в этот период (выше 4 гр.С) также неблагоприятно сказываются на всхожести и будущем урожае озимых зерновых." (см.яровизация http://dic.academic.ru/dic.nsf/ushakov/1099826)


Механизм прохождения яровизации недостаточно изучен и, несмотря на большой интерес к этому природному явлению, требует внимания специалистов не только сельскохозяйственного профиля, но и междисциплинарного подхода.

ТАК ВОТ,
ОДНАЖДЫ,
ЛЕТ ТРИДЦАТЬ НАЗАД,
ИЗУЧАЯ ЗИМОСТОЙКОСТЬ ЗЛАКОВ...

при просмотре в электронном микроскопе апикальной меристемы проростков пшеницы,  подвергнутой воздействию низких положительных температур, мы обратили внимание на присутствие необычных ядер и ядрышек в меристематических клетках растений, появляющихся среди прочих, как выражается наш заведующий, канонических ядрышек. Факт зафиксировали в печати (Аветисова Л.В., Кадыков В.А. Ультраструктура апикальной меристемы проростков пшеницы  при низких положительных температурах // Цитология 1985. Т. 27. С. 28-32)


и впредь стали называть эти структурные завихрения "неканоническими" и сами завихрения "протуберанцами".
Были различные предположения по поводу происхождения этих уродцев и ни одной внятной гипотезы сочинить не смогли.
Среди версий была одна  вовсе безумная - холодильник ЗИЛ  ( железней не придумаешь) с опытными растениями и экранированная согласно инструкции для ЭМ комната, в которой он стоит, не вполне соответствуют полевым условиям.
КСТАТИ, ВОТ ОБОРУДОВАНИЕ  УЦЕЛЕВШЕЕ ОТ ПОСЛЕДНЕЙ РЕВОЛЮЦИИ  (коллаж)
HITACHI-300


HITACHI-500

Магнитную составляющую версии отмели как мракобесную и с легким сердцем "приподзакрыли" глаза на факт существования этих ядер - тем более, что главный цитолог МГУ обозвал их артефактом. Надо заметить, что электронномикроскопические исследования и без того немало ученых считают сплошным артефактом. И хоть нас электронномикроскопистов мало, а сейчас и вовсе, считай, нет, самое время заняться наукой в свое удовольствие, раз мы никому последнее время не нужны и, таким образом, никому не мешаем.
Этому есть название: "СВОБОДНЫЙ ТРУД СВОБОДНО СОБРАВШИХСЯ ЛЮДЕЙ".
На чукотке каждому чукче государство выплачивает пособие 6500 руб. на живую душу населения "ЗА СОХРАНЕНИЕ ТРАДИЦИОННОГО ОБРАЗА ЖИЗНИ". За такую же сумасшедшую зарплату  мы решили, заслонив собой от сдачи в аренду помещения лаборатории, сохранять традиционный образ жизни. Преодолев уныние (смертный грех), мы засучили рукава и, неприспособленные к рыночной экономике, продолжили изучать природу мироздания. Микроскопы наши ещё о-го-го! - им неведомо, что творит человек, когда ему хочется "севрюжины с хреном...".
И что им сделается, железякам японской национальности, раз мы их любим?!
Да и наследство нам сносят с затонувших подразделений:запчасти, реактивы, приборы...
Бог с ним с Госбюджетом! Мы не отказываем себе в удовольствии заниматься своим любимым делом делом за свой счет, раз уж капитализьм на дворе.

ЧЕМ, СОБСТВЕННО, ИНТЕРЕСЕН НАШ ЭКСПЕРИМЕНТ - СОВМЕЩЕНИЕМ ДВУХ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ ЭВОЛЮЦИЮ ВО ВСЕ ВРЕМЕНА

В РЕЗУЛЬТАТЕ яровизации набухших семян в  уличном (45 дней под снежным покровом) эксперименте:1)контроль, 2)усиленное МП,3)сферический экран показано:
при высадке в грунт растения зацвели и дали колосья одновременно, с незначительной (2-3 дня) разницей во времени.
.

Анализировали клетки корневой  меристемы  злаков  методами электронной и световой микроскопии.


ДАЛЕЕ

Вашему вниманию: ячмень "МОРЕКС" - ИНТЕРФАЗНЫЕ ЯДРА


1) КОНТРОЛЬ-
электронномикроскопическая фотография  ядрышка (В МЕРИСТЕМЕ) после 45 дней яровизации в полевых условиях.



2)ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ-
Электронномикроскопическая фотография ядрышка ( МЕРИСТЕМА) в усиленном магнитном поле в тех же полевых условиях




3)
электронномикроскопическая фотография  ядра и ядрышка   (МЕРИСТЕМА) при экранировании (сфера из ферромагнитного материала)
на улице в тех же погодных условиях




После снятия режима яровизации  в экранированном МП, в течение первых суток без воздействия экрана и низких температур, эти странные "тельняшки" (наш жаргон), похоже, разваливаются.




Теперь посмотрим как выглядят клетки меристематической зоны в световом микроскопе:
1) группа клеток контрольного растения:зима, улица 45 дней



2) зима, усиленное постоянным магнитом МП, 45 дней улица



3) зима, экранированное растение, 45 дней яровизации




На улице, при  ночном понижении  температуры (до -6 гр.С) и дневном потепления (0-2 гр.С), за 45 дней (март-апрель) проросток все же развивался от набухшего состояния до появления корешков и первого листа.



На данной фотографии проросток после фиксации глютаральдегидным фиксатором и дофиксацией OsO4, оставшиеся от холодного эксперимента растения были высажены в грунт и в своё время дали колос.  Кроме того, несколько растений оставили в чашке Петри для того, чтобы убедиться, что первичные корни не погибают при переносе в другие условия, а продолжат рост при нормальных температурах. Полутонкие срезы для световой микроскопии, сделанные через весь зародыш, показали большое количество сформировавшихся запасных корешков. По количеству запасных  корешков относительно контроля подсчет проблематичен т.к.меристематические очаги находятся внутри набухающего зародыша и появляются снаружи в процессе развития
. Визуально, в контроле, на сильном магните и в экране, проростки друг от друга, можно сказать, не отличаютя.


На следующей фотографии 2-х древные проростки после набухания, не подвергавшися действию холода - чистый контроль при комнатной температуре.



На полутонком срезе проращивание при комнатной температуре.


ТОЛЬКО БЛАГОДАРЯ ЭЛЕКТРОННОМУ МИКРОСКОПУ УДАЛОСЬ УВИДЕТЬ УБЕДИТЕЛЬНУЮ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ВАРИАНТАМИ :КОНТРОЛЬ, УСИЛЕННОЕ МП, ЭКРАНИРОВАНИЕ.
После световой микроскопии фотографии нами использовались для общих морфометрических задач.
Кроме того, на цитофотометре проводились исследования состояния хроматина, Получены интересные данные по цитоскелету. В настоящее время проводятся эксперименты по влиянию экранирования на растение при комнатной температуре и влиянию экранирования на клетки земноводных.