Данная работа посвящена изучению цитогенетического действия озона на семена пшеницы различных сортов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Эксперименты выполнены на свежих семенах пшеницы 4 сортов - Нурлу-99, Гобустан, Гырмызы гюль-1 и Эземетли-95. Семена хранились в озоновой среде 5,10,15,20,25,30 минут при постоянной дозе озона (1,3 мгл). В опытах был использован озонатор, созданный в отделе Физика Биологических Систем Института
Физических Проблем при БГУ [8]. Он состоял из активного элемента, работающего на основе двухбаръерного разряда. Высоковольтным электродом является графит, низковольтным - обычная водопроводная вода из-под крана. Она также охлаждала систему электродов. В качестве барьеров служили стеклянные трубки. Ток разряда был равен 15 мА. Частота питающего напряжения 600 Гц. Расход нагоняемого воздуха через генератор был равен 3 л/мин.
Во время экспериментов эти параметры поддерживались постоянными. Также исключалось наличие в озоно-воздушной смеси примесей тяжелых металлов, в виду возможного их воздействия на мутагенность клеток. Температура в контактной камере образцов с озоном поддерживалась постоянной. Исключалось попадание какого-либо излучения на камеру извне [2].
Отметим, что физико-химические процессы, протекающие в барьерных разрядах достаточно сложны [6]. Роль различных частиц в химических реакциях, имеющих место в разрядном промежутке двухбарьерного разряда, сильно зависит от внешних условий и от энергетических параметров самого разряда. При достаточно высоком давлении, при котором, как правило, осуществляются барьерные разряды, свободные пробеги ионов малы, температура ионов мало отличаются от температуры молекул и ионы ведут себя как молекулы. В таких условиях ионы мало активны и поэтому в передаче энергии молекулам основную роль играют не ионы, а свободные электроны газоразрядной плазмы.
За счет неупругих столкновений электронов с молекулами кислорода могут происходить как возбуждение молекул О2 (е + О2 → О*2 + е), так и ионизация (е + О2 → О*2 + 2е), а также диссоциация молекул кислорода электронными ударами (е + О2 → О* + О + е) (здесь «*» показывает электронно-возбужденное состояние молекул). При достаточно больших энергиях в разрядном промежутке могут иметь место также ионизация и диссоциация молекул кислорода при соударении их между собой и с третьими молекулами, входящими в состав газоразрядной плазмы, например, с молекулами азота по схеме
О2 + N → О+2 + N + е
О2 + N → 2 О + N
(здесь N - третья частица).
Далее столкновения атома с молекулами с участием и без участия третьей частицы и молекулы с молекулой кислорода приводят к образованию озона (О3 ):
О+О2 ↔О3 ; О2 +О*2 ↔О3 +О; О*2 +О+N↔O3 +N
По истечении времени обработки озоном семена промывали проточной водопроводной водой в течение 20 минут и инкубировали на воде при температуре 24ºС.
Далее проростки (0,8-1,0 см) фиксировали в смеси этилового спирта в уксусной кислоте (3: 1). Корневую меристему окрашивали ацетокармином и готовили временные давленые препараты. Анализировали частоту аберраций хромосом в клетках апикальной меристемы проростков семян растений, а также уровень клеточной пролиферации. Контролями служили интактные семена, проращиваемые на воде. Все экспериментальные данные обрабатывали общепринятыми методами математической статистики [7, 9].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Озон токсичен и механизм его биологического действия, по крайней мере, частично, по-видимому, включает участие радикалов. Этот вопрос детально рассматривался в работах многих ученых [10]. Озон взаимодействует с полиненасыщенными жирными кислотами, приводя к появлению сигналов ЭПР, что свидетельствует об образовании радикалов. Известно также, что эти свободные радикалы с большой скоростью действуют на генетический аппарат клетки.
В данном исследовании на различных сортах пшеницы установлено, что частота хромосомных аберраций зависит от продолжительности хранения семян в условиях озона.
На рисунке 1а показано, что у корешков семян сорта Нурлу-99 спонтанные мутации составляли 3,43±0,75 %, тогда как в других вариантах этот показатель значительно повышался. Однако эти тенденции наблюдаются в начальных (5-15 минут) и конечных (25-30 минут) экспозициях. Как видно из рисунка, эта частота аберраций хромосом снижается при дальнейшем увеличении времени экспозиции озона (до 25 минут).
Аналогичные результаты были получены и у других сортов пшеницы, а именно у сортов Гырмызы гюль-1, Гобустан и Эземетли-95 [см. рис. 1].
Для объяснения механизмов действия такого рода работ высказывалось много различных предположений.
Е. Б. Бурлаковой высказано предположение, что синтетические или природные экзогенные антиоксиданты могут «заменять» разрушенные облученные эндогенные антиоксиданты, обеспечивающие естественную защиту организма [3].
В нашей работе в опытах после действия озона на семена пшеницы с учетом частоты аберраций хромосом, возникающих при действии озона, определялось и суммарное содержание эндогенных антиоксидантов в зависимости от времени.
Было показано, что содержание эндогенных антиоксидантов в первых минутах падает до нулевого значения. По-видимому, увеличение частоты аберраций хромосом связано именно с этим. А затем эндогенные антиоксиданты восстанавливаются в большой степени, снижая мутагенное действие озона. Можно предположить, что за счет этого и идет снижение частоты аберраций хромосом. Однако, этот процесс длится недолго, поэтому озон вновь обретает преимущество, в результате чего частота хромосомных аберраций увеличивается.
Рис.1.Частота аберраций хромосом в корешках семян& пшеницы сорта: а) Нурлу-99, б) Гырмызы гюль-1, в) Гобустан и г) Эземетли-95, хранившихся различные сроки в условиях озона
Выводы. При воздействии озона на семена пшеницы разных сортов было выявлено, что частота аберраций хромосом зависит от продолжительности хранения семян в условиях озона.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
- Алекперов У. К./ /Антимутагенез. Изд-во Наука, М., 1984.– 104 с.
- Бабаев М. Ш., Мамедов Н. А., Давудов Б. Б., Алекперов Ш. Ш., Магеррамова Л. М. / / «Активность семян пшеницы сорта Тярягги в зависимости от времени воздействия озона». Общество Образование Аз. Респ., Журнал Знание, сер. Химия, Биология, Медицина, № 1 (23), 2005, с.101-105.
- Бурлакова Е. Б., Алесенко А. В. и др./ /Биоантиоксиданты в лучевом поражении и злокачественном росте. М., Наука, 1975, с.211.
- Грин Н., У. Стаут У., Тейлор Д.//Биология, в 3-х т., Изд-во Мир, 1990. – т.1, с.302.
- Гусейнов Т. М., Мамедов Н. А., Гулиев Р. Т., Яхьяева Ф. Я. / / Озон как окислитель в эритроцитах животных, отличающихся метаболизм селена. «Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем». Сборник ст. часть I, с.162-164, 6‑8 октябрь, 2004. Минск.
- Давудов Б. Б., Дашдамиров К. М./ /Элементарные процессы в барьерном разряде. Физика НАН Аз. Респ., т. XIII,№ 1,2,2007, с.310.
- Лакин Б. Ф./ /Биометрия. – М.: Высш. шк., 1980.– 293 с.
- Мамедов Н. А., Давудов Б. Б. и др./ /Исследование влияния частоты питающего напряжения на режимы работы активного элемента многоэлементного озонатора. Проблемы энергетики, № 3, с.66-69, 2004.
- Рокицкий П. В./ /Введение в статистическую генетику – Минск, 1974. – 448с.
- Свободные радикалы в биологии./ /Под ред. акад. Эммануэля Н. М., перевод с англ. – Москва, Мир, 1979. – т.1, с.28.