Стимуляция семян растений право- и левовращающимся излучением лазера

СТИМУЛЯЦИЯ СЕМЯН РАСТЕНИЙ

ПРАВО- И ЛЕВОВРАЩАЮЩИМСЯ ИЗЛУЧЕНИЕМ ЛАЗЕРА

Актуальность

Известно, что жизнь на Земле асимметрична. Большинство а -аминокислот природного происхождения, входящих в состав белков, имеют S -конфигурацию или, как часто говорят, относятся к L -ряду, сахара (углеводы) наоборот являются правовращающими, т.е. относятся к D -ряду [1] (в биологических процессах используются только левые молекулы аминокислот и только правые молекулы сахаров). Хиральная специфичность — неотъемлемое свойство живой природы, а воспроизведение и поддержание такой специфичности — одна из характернейших функций жизнедеятельности биосистем, т.е. можно сказать, что жизнь хиральна [2, 3]. Поэтому, изучая реакцию биосистем на стимуляцию L - и D -форм симметрии молекул участвующих в биологических процессах, можно надеяться на получение дополнительной информации проливающей свет на эту проблему.

Материалы и методы

В работе исследовалась динамика роста апексов семян редиса и горчицы при стимуляции НИСЛИ с линейной плоскостью поляризации и правым / левым направлением вращения развертки луча лазера. В качестве объектов исследований использовались сухие семена редиса ( Raphanus sativus L . var . radicula D.C . ) сорта «Розово-красный с белым кончиком» и горчицы сарептской ( Brassica juncea L .) однолетнее травянистое растение. Выбор был обусловлен различным содержанием белков с L - и углеводов с D -формой симметрии в семенах горчицы и редиса. Основной состав семян приведен в таблице 1.

Таблица 1. Состав семян редиса и горчицы, г на 100г

	Белки	Углеводы	Жиры
Редис	1,2	4,6	0,1
Горчица	37,1	5,9	11,1

На рисунке 1 показана схема стимуляции семян редиса и горчицы в устройстве с круговой разверткой НИСЛИ с линейной плоскостью поляризации и правым / левым направлением вращения развертки луча лазера [4].

Рис. 1. Схема стимуляция семян редиса и горчицы

ЧП ― чашка Петри с семенами, Л ― лазер, П ― четырехгранная зеркальная призма, ДВП ― двигатель вращения призмы, ДВК ― двигатель вращения каретки, ВК ― вращающаяся каретка

Воздействие НИСЛИ красного диапазона осуществлялось полупроводниковым лазером типа (HLDH-660-A-50-01) с постоянной плотностью мощности W = 3.5мВт/см ² , и дозой облучения D = 0.26мДж/см ² с соблюдением следующих параметров: ― длина волны λ = 658нм, длина когерентности L ког = 217мкм, длительность импульсов τ и = 62,5мкс, частота импульсов f = 1000Гц, мощность излучения лазера P изл = 50мВт, экспозиция излучения 30с.

Сухие семена формировались 18.08.13г в две отдельные группы для каждого объекта исследований (по 50 семян в каждом из опытов), каждая сформированная группа состояла из одной контрольной и трех опытных. Затем семена замачивали в отстоявшейся воде, взятой из-под крана, при комнатной температуре и оставляли на сутки (в соответствии с ГОСТ 12038-84 [5, 6]).

На вторые сутки набухшие семена 50 штук однократно подвергались воздействию НИСЛИ при освещении 10-15лк, и временной экспозиции 30с. В третьем опыте при воздействии НИСЛИ правого+левого вращения развертки луча лазера временная экспозиция составляла 15 секунд правое + 15 секунд левое вращение. Параметры облучения: расстояние от излучателя до объекта, выбор частоты повторения импульсов лазерного излучения в 1000Гц и временная экспозиция 30 секунд выявлены экспериментальным путем предыдущими опытами. Такой режим облучения стимулирует протекание ростовых процессов и способствует реализации генетического потенциала.

Результаты, выводы

После облучения семена без отлежки проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, при постоянном температурном и световом режиме. В качестве отклика биосистемы на стимуляцию выбран параметр «динамика роста апексов» общепризнанного комплексного показателя. На третью сутки проращивания с появлением апексов производилось измерение. Результаты измерения отображены в таблице 2.

Таблица 2. Динамика роста апексов семян горчицы

Сутки проращивания	20,08,13.	21,08,13.	22,08,13	23,08,13.
Контроль	6,20	11,40	13,00	17,00
Лазер правое	10,80	15,40	22,20	28,60
Лазер левое	11,40	18,40	29,80	39,50
Лазер правое+левое	8,80	12,20	13,60	14,60

В первом опыте с семенами горчицы рисунок 2 динамика роста апексов имела различное значение. Апексы семян, подвергавшиеся стимулированию лазером с левым вращением, опережали по динамике роста все другие опытные группы. К концу опыта опережение по отношению к контролю составило 232,4%, по отношению к апексам семян подвергавшихся стимулированию лазером с правым вращением 138,1%, по отношению к апексам семян подвергавшихся стимулированию лазером с правым+левым вращением 270,5%.

Горчица□ Контроль в Лазер правое в Лазер левое Q Лазер правое+левое

Сутки

Рис. 2. Динамика роста семян горчицы

По результатам первого опыта видно, что стимуляция семян горчицы левым вращением луча лазера привела к более активному росту апексов семян. Объяснить такую динамику роста можно большим содержанием молекул жиров, в семенах горчицы обладающих левой симметрией.

Во втором опыте с семенами редиса рисунок 3 динамика роста апексов имела также различное значение. Результаты измерения отображены в таблице 3.

Таблица 3. Динамика роста апексов семян редиса

Сутки проращивания	20,08,13	21,08,13	22,08,13	23,08,13
Контроль	5,00	8,60	9,80	15,60
Лазер правое	3,90	13,20	16,80	24,10

Лазер левое	3,20	10,20	14,20	20,40
Лазер правое+левое	5,00	8,00	13,00	17,80

На третьи сутки динамика роста семян редиса, подвергавшиеся стимуляции правым и левым вращением лазера, отставали в росте от семян контрольной группы и семян, стимулированных правым+левым вращением. Но с четвертых суток опытные группы стали опережать контроль. Апексы семян, подвергавшиеся стимулированию лазером с правым вращением, опережали по динамике роста все другие опытные группы. К концу опыта опережение по отношению к контролю составило 154,5%, по отношению к апексам семян подвергавшихся стимулированию лазером с левым вращением 118,1%, по отношению к апексам семян подвергавшихся стимулированию лазером с правым+левым вращением 135,4%.

Редис

□ Контроль Q Лазер правое Q Лазер левое □ Лазер правое+левое

Сутки

Рис. 3. Динамика роста семян редиса

По результатам второго опыта видно, что стимуляция семян редиса правым вращением луча лазера привела к более активному росту апексов семян. Объяснить такую динамику роста можно большим содержанием молекул углеводов, в семенах горчицы обладающих правой симметрией.

Заключение

Таким образом, результаты опытов показывают, что воздействие право- и левовращающегося излучения развертки луча лазера на биологический объект с выраженной хиральностью обладает высокой эффективностью.