Биологические эффекты у растений при действии магнитного и электромагнитного полей, индуцированных приборами терапевтического назначения

В последние десятилетия отмечают увеличение уровня МП и ЭМП в окружающей среде по сравнению с естественным. Поэтому в настоящее время обсуждают электромагнитное загрязнение, которое считают значимым экологическим фактором. Такое загрязнение определяется использованием оборудования, которое является источником СВЧ-излучения, импульсного и переменного магнитного поля: медицинских приборов, промышленного оборудования, средств связи и т.п. Многочисленные исследования [например, 1-4] показывают, что МП и ЭМП искусственных устройств могут детерминировать неблагоприятные эффекты, ухудшать здоровье человека и состояние других компонентов биосферы. Вместе с тем имеются данные о том, что техногенные МП и ЭМП при определённых параметрах действующего поля могут оказывать выраженное благоприятное и даже лечебное действие. Поэтому сохраняется необходимость широкого изучения биологических эффектов указанных экологических факторов.

Цель исследования: изучение влияния МП и ЭМП, источником которых являются приборы терапевтического назначения, на растения. Некоторые итоги работы с одним из этих приборов были опубликованы ранее [5].

Материалы и методы. Объектом исследования биологических эффектов ЭМП и МП был выбран кресс-салат Lepidium sativum L., семейства капустные ( Brassicаceae ), сорта «Витаминный», компании «Агрофирма Аэлита». Lepidium sativum как биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью. Он удобен еще и тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабочего места. Преимуществом также является то, что на большинство вопросов эксперимента можно получить ответ в течение 10-15 суток. Источником ЭМП в исследовании являлся аппарат магнитотерапевтический низкочастотный портативный «МАГ-30» (ТУ 9444-003-1178130-2003, произведен компанией ОАО «Елатомский приборный завод - ЕЛАМЕД»). Амплитудное значение магнитной индукции на рабочей поверхности аппарата составило 30±9 мТл [6]. Источник постоянного МП - «магнитные шарики «Magboy», произведенные в Корее с полным контролем качества «Nikken» [7].

Для постановки опытов проводили проращивание семян кресс-салата в чашках Петри, по 100 семян в каждой повторности, продолжительность опытов составила 15 дней. Эксперимент был выполнен в 3 вариантах. Время воздействия ЭМП было равным 30 минутам и 1 часу - эти варианты были названы опыт «30 мин» (в этом опыте было посеяно 400 семян) и опыт «1 час» (n=600). МП в опыте действовало постоянно на протяжении всего эксперимента, и вариант опыта был назван «МП» (n=600). Для определения концентрации пигментов фотосинтеза в листовых пластинках проращивали семена кресс-салата в чашках в течение 5 дней. Концентрацию пигментов фотосинтеза определяли на спектрофотометре BioRad SmartSpec Plus. Показания снимали при длинах волны: 662 нм, 644 нм и 440 нм. В каждом варианте опыта, кроме того, регистрировали всхожесть семян, выживаемость проростков, измеряли длину корня и 3 доли семядолей с условно правой и левой стороны: левую, центральную и правую (рис. 1) при помощи лупы ЛИ-3-10х, для оценки флуктуирующей асимметрии по методу В.М. Захарова [8].

Рис. 1. Схема измерений кресс-салата: Л – левая доля, Ц – центральная доля, Пр – правая доля

Таблица 1. Концентрация пигментов фотосинтеза (мг на 100 г навески) в листовых пластинках кресс-салата

№ п/п	Концентрация хлорофилла А	Концентрация хлорофилла В	Концентрация каротиноидов	Суммарная концентрация пигментов
«30 мин»
контроль 1	68,29	38,96	89,97	65,74
опыт 1	73,70	37,73	103,11	71,52
контроль 2	41,24	31,53	53,57	42,11
опыт 2	76,75	41,48	93,45	70,56
контроль 3	54,46	38,49	58,50	50,48
опыт 3	55,12	40,86	63,15	53,05
«1 час»
контроль 1	46,84	27,83	65,62	46,76
опыт 1	62,43	36,79	79,70	59,64
контроль 2	47,23	42,77	64,18	51,39
опыт 2	44,34	32,24	56,10	44,23
контроль 3	39,76	38,78	50,52	43,02
опыт 3	66,12	44,69	81,20	64,00
«МП»
контроль 1	28,78	31,25	30,82	30,28
опыт 1	34,14	31,39	33,70	33,08
контроль 2	43,93	57,92	45,96	49,27
опыт 2	34,86	33,90	35,72	34,82
контроль 3	34,76	31,10	33,99	33,28
опыт 3	36,48	32,95	35,24	34,89

Результаты и обсуждение. Фотосинтез является одним из процессов, наиболее чувствительных к действию различных факторов окружающей среды. Система фотосинтеза как одна из основных систем жизнеобеспечения растений быстро реагирует на любые, даже небольшие изменения среды. Особый интерес в связи с этим представляет реакция фотосинтетических пигментов – хлорофилла А, хлорофилла В и каротиноидов. Показано, что при воздействии различных загрязняющих факторов может наблюдаться отклонение от нормальных показателей в обе стороны - как снижение, так и увеличение концентрации пигментов. Данные, полученные в нашей работе, представлены в табл. 1, из которой видно, что при действии ЭМП в большинстве повторностей увеличивается концентрация хлорофилла А и каротиноидов, как в варианте «30 мин», так и «1 час». При этом концентрация хлорофилла В изменяется не столь существенно. Действие МП не столь очевидно определяет изменение (увеличение) концентрации пигментов фотосинтеза. При действии данного фактора в двух повторностях из трех не отметили различий в концентрации хлорофилла В.

В работе проанализировали всхожесть семян и выживаемость проростков. В варианте опыта «30 мин» динамика всхожести семян не изменяется, а в вариантах опыта «1 час» и «МП» всхожесть семян увеличивается на 12% и 8%, соответственно. При получасовом ежедневном воздействии ЭМП в течение 15 дней выживаемость растений повышается, при увеличении времени воздействия до 1 часа – уменьшается почти на 30%. При ежедневном воздействии МП в опыте выживаемость растений статистически достоверно увеличивается на 20 %. При измерении морфометрических показателей растений было выявлено, что длина корня достоверно увеличивается во всех вариантах опыта по сравнению с контролем. Средняя длина (табл. 2) и ширина долей листовых пластинок в опытных вариантах также больше, чем в контрольных.

При изучении влияния ЭМП, источником которого был железнодорожный транспорт, выявлено, что средняя длина и площадь листовой пластинки у одуванчика, растущего вблизи железнодорожного полотна, меньше, чем в контроле. Но число листьев в розетке растений, испытывающих техногенную нагрузку, в 1,7 раза больше [9].

Кроме средних значений были изучены также распределения по всем изученным морфометрическим признакам (длине корня, длине и ширине долей семядолей). Оба распределения по длине корня, а также большинство распределений по длине и ширине семядолей при действии ЭМП в опытных вариантах смещены в сторону больших значений. Поэтому можно сделать вывод о том, что ЭМП стимулируют ростовые процессы у растений, по-видимому, за счет повышения частоты митозов и увеличения размеров клеток [1]. Нельзя исключить и изменений в обменных процессах, возможно, за счет увеличения синтеза ферментов, в пользу чего свидетельствуют результаты измерения концентрации пигментов фотосинтеза, и (или) ферментативной активности. В опыте с МП достоверных различий между распределениями не выявлено (рис. 2).

Таблица 2. Средние значения (мм) длины долей листовых пластинок кресс-салата при действии исследуемого фактора

Вариант опыта	х ± тх
	Л(л)	Л(ц)	Л(пр)	П(л)	П(ц)	П(п)
	«30 мин»
контроль 1	3,20±0,08	4,36±0,07	3,11±0,07	3,25±0,07	4,42±0,07	3,18±0,06
опыт 1	3,89±0,05	5,10±0,03*	3,72±0,07	3,99±0,05*	5,13±0,04*	3,96±0,06*
контроль 2	3,35±0,06	4,53±0,05	3,27±0,06	3,35±0,06	4,58±0,05	3,29±0,06
опыт 2	4,25±0,06*	5,43±0,06*	4,02±0,06	3,35±0,06*	5,28±0,08	4,02±0,08
контроль 3	3,41±0,07	4,55±0,05	3,33±0,07	3,42±0,06	4,60±0,05	3,36±0,06
опыт 3	4,00±0,06	5,22±0,04*	3,82±0,07	4,10±0,05*	5,17±0,04*	4,04±0,06
«1 час»
контроль 1	3,23±0,12	4,43±0,09	3,24±0,12	3,30±0,11	4,50±0,09	3,31±0,11
опыт 1	5,19±0,13*	6,20±0,08*	5,10±0,12*	5,04±0,15	6,01±0,10*	4,89±0,15
контроль 2	3,71±0,07	4,78±0,09	3,62±0,08	3,25±0,10	4,50±0,08	3,24±0,10
опыт 2	4,78±0,10	5,90±0,09	4,64±0,11	4,85±0,13*	6,07±0,11*	4,80±0,14
«МП»
контроль 1	3,17±0,07	4,89±0,06	3,21±0,08	3,06±0,07	4,63±0,04	2,99±0,05
опыт 1	3,00±0,05	4,61±0,05*	3,13±0,05	3,11±0,04	4,45±0,05*	3,15±0,04*
контроль 2	3,32±0,06	4,68±0,08	3,44±0,08	3,18±0,07	4,48±0,07	2,95±0,10
опыт 2	3,73±0,09*	5,17±0,05*	4,01±0,06*	3,38±0,04*	4,73±0,03*	3,46±0,03*
контроль 3	3,07±0,08	4,68±0,07	3,13±0,08	2,86±0,11	4,35±0,13	2,85±0,10
опыт 3	3,30±0,08	4,82±0,06	3,44±0,06*	3,15±0,06*	4,60±0,06	3,14±0,07*

Примечание: * - статистически достоверно различающиеся средние в опыте и контроле; Л(л) - левая листовая пластинка, левая доля; Л(ц) - левая листовая пластинка, центральная доля; Л(пр) - левая листовая пластинка, правая доля; П(л) - правая листовая пластинка, левая доля; П(ц) - правая листовая пластинка, центральная доля; П(пр) - правая листовая пластинка, правая доля

Изменчивость длины корня в опыте и контроле оказалось одинаковой. Среднеквадратичное отклонение таких показателей, как длина и ширина долей листовых пластинок увеличивается в опытах с ЭМП и уменьшается при воздействии МП. Таким образом, воздействие ЭМП детерминирует увеличение изменчивости размеров листовых пластинок кресс-салата во всех вариантах опыта, а при действии МП на растения изменчивость размеров листовых пластинок уменьшается.

В работе была проведена оценка такого параметра, как флуктуирующая асимметрия, представляющая собой незначительные отклонения от строгой билатеральной симметрии. При флуктуирующей асимметрии различия незначительны и существенно не изменяют строение билатеральных структур. Была оценена стабильность онтогенеза растений, которые развивались в условиях воздействия не только естественных, но техногенных МП и ЭМП. Выявлены распределения по величине различий длины и ширины листовых пластинок, характеризующие асимметричность их развития.

Рис. 2. Распределения по ширине длины центральных долей семядолей при воздействии ЭМП в течение 1 часа. Здесь и далее: ромб – опыт, круг - контроль

Рис. 3. Распределения по длине левых малых долей семядолей при воздействии МП

В опытных вариантах при действии ЭМП встречаются большие значения данного показателя по сравнению с контролем (рис. 4), что свидетельствует о нарушении стабильности онтогенеза при действии исследуемого экологического фактора. МП не модифицирует онтогенетическое развитие растений (рис. 5). Можно предположить, что МП может уменьшать дестабилизирующий раннее развитие организма эффект других физических и химических факторов, выявленный во многих исследованиях (например, нефтяного загрязнения [10]). Возможно также, что стабилизирующий эффект МП будет более значимым при совместном действии с соединениями, проявляющими, к примеру, репараген-ную активность.

Рис. 4. Распределения по асимметрии длины левых малых семядолей при действии ЭМП в течение 30 минут

Рис. 5. Распределения по асимметрии ширины правых малых долей семядолей при действии МП

Выводы: показано, что МП, в отличие от ЭМП, в меньшей степени изменяет характеристики биологического тест-объекта, увеличивая его выживаемость, что определяет предпочтительное использование МП в медицинских целях и на биологическом этапе рекультивации нарушенных территорий, необходимой для восстановления нормальной для жизнедеятельности человека (и других организмов) среды обитания.