ВЛИЯНИЕ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА НА СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОРОСТКОВ КУКУРУЗЫ

Пушкина Н.В.

Аспирант, Белорусский государственный университет

ВЛИЯНИЕ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА НА СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОРОСТКОВ КУКУРУЗЫ

Аннотация

В статье рассмотрено влияние предпосевной обработки семян кукурузы электромагнитным полем сверхвысокочастотного диапазона (ЭМП СВЧ) на содержание таких структурно - функциональных параметров, как аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), активные формы кислорода (АФК) и продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ). Показано влияние предпосевной обработки семян ЭМП СВЧ на систему оксидантов-антиоксидантов растений, что оказало влияние на накоплении АФК и продуктов ПОЛ в растительной клетке, а, следовательно, и на устойчивость растений в целом к воздействию неблагоприятных факторов.

Ключевые слова: семена, предпосевная обработка, электромагнитное поле, СВЧ.

Pushkina N.V.

Postgraduate student, Belarusian state university

INFLUENCE OF PRE-SOWING SEEDS TREATMENT BY THE ELECTROMAGNETIC FIELD SUPERHIGH-FREQUENCY RANGE ON THE STRUCTURALLY FUNCTIONAL CONDITION CORN ROOTLETS

Abstract

In article discussed influence pre-sowing corn seeds treatment. Shown influence of the electromagnetic field superhigh-frequency range (EMP microwave) on contents such structurally - functional parameters as ATP, the active forms of oxygen (AFO) and products of the lipids peroxidize (POL). Influence of pre-sowing seeds treatment of the electromagnetic field superhigh-frequency range (EMP microwave) on oxidizers-antioxidants plants system shown. This treatment could affect accumulation of AFO and products of the lipids peroxidize (POL) in a plant cell, and influence on stability of plants in general.

Keywords: seeds, pre-sowing treatment, electromagnetic field, microwave frequency

В современном сельском хозяйстве широко используются различные способы предпосевной обработки семян, которые можно разделит на два вида. Наиболее распространенные, хорошо изученные – химические протравливатели, и перспективные, экологически безопасные – физические методы обработки семенного материала [1]. Эффективным технологическим приемом, позволяющим оптимизировать процессы роста и фотосинтеза на начальных этапах прорастания семян и повысить устойчивость растений к стрессовым воздействиям внешней среды, является предпосевная обработка семян электромагнитным полем сверхвысокочастотного диапазона (ЭМП СВЧ) [2]. В основе данного способа обработки семян лежит резонансное воздействие электромагнитных волн на биологические объекты. Повышение качества семян происходит только при определенных пространственных характеристиках электромагнитной волны СВЧ, частоты, мощности и длительности воздействия излучения на семена, которые экспериментальным способом подбираются отдельно для каждой культуры [2].

На сегодняшний день кукуруза является одной из основных культур современного мирового земледелия. Это растение характеризуется разносторонним использованием, высокой продуктивностью и урожайностью. Кукуруза – культура универсального значения: пищевого, кормового, технического, поэтому с каждым годом ее посевные площади увеличиваются.

В связи с этим, целью данной работы являлось изучение влияния предпосевной обработки семян электромагнитным полем сверхвысокочастотного диапазона (ЭМП СВЧ) на биофизические и биохимические параметры проростков кукурузы. Для оценки эффективности действия предпосевной ЭМП СВЧ обработки семян использовались такие структурно - функциональные параметры, как содержание аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), активных форм кислорода (АФК) и продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) [3]. Энергия, запасаемая в АТФ, служит основным источником для физиологической деятельности клетки, кроме этого она играет важную роль при прорастании семян [3]. В ходе этого процесса происходят многочисленные взаимосвязанные процессы — распад питательных веществ, их превращение, транспорт и образование из них новых веществ, идущих на построение клеток и органов. Оценка уровня АТФ в прорастающих семенах и листьях растений является весьма важным показателем баланса ростовых процессов в растительном организме. АФК постоянно образуются в живой клетке как продукты нормального метаболизма кислорода [4, 5]. Нормальные функции АФК включают индукцию иммунной системы и мобилизацию систем ионного транспорта. Однако повышенная продукция РФК приводит к окислительному стрессу. Реакции биологического окисления сопровождаются образованием свободных радикалов [5]. При неблагоприятных условиях перекисное окисление липидов может активизироваться. ПОЛ может происходить в любых органеллах клетки, поскольку АФК и свободно-радикальные процессы протекают не только в местах непосредственной генерации АФК (хлоропласты, митохондрии, пероксисомы), но и в других органеллах, куда АФК транспортируются, обеспечивая редокс-регуляцию клетки. Поэтому многие авторы [3-7] считают, что ПОЛ представляет собой одно из первых неспецифических звеньев в общей стресс-реакции организма и может инициировать включение защитных механизмов. Измерение конечных продуктов ПОЛ является одним из наиболее известных и распространенных методов оценки структурных повреждений в растениях. АФК вызывают перекисное окисление ненасыщенных жирных кислот с образованием α, β-ненасыщенных альдегидов, таких как 4-гидроксиноненал и малонового диальдегида (МДА). Эти продукты рассматриваются в качестве маркеров окислительного стресса.

В данной работе объектами исследования являлись семена кукурузы сорта Полесский 212 СВ. Семена исследуемой культуры предварительно обрабатывались электромагнитным полем сверхвысокочастотного диапазона (ЭМП СВЧ) из расчета на их объем в миллиметровом диапазоне волн внешнего воздействия. Контрольными для них являлись не обработанные семена. Исследуемые растения выращивались в рулонах в лабораторных условиях при 18/6 ч день/ночь светопериоде, температуре 18/20º С, относительной влажности 60%, освещенности 120 μмоль/м²·с.

В лабораторных опытах семена кукурузы сорта Полесский 212 СВ отличались высокой всхожестью, характерной для семян первого класса. В связи с этим, под действием предпосевной обработки достоверных различий в данном параметре не обнаружено (Таблица 1).

Таблица 1 - Всхожесть  семян кукурузы (на 7 - ые сутки)

Содержание АТФ определяли в семенах исследуемой культуры после измельчения. При анализе гомогената, полученного из сухих семян, находящихся в стадии покоя, получены остаточные количества АТФ (таблица 2). Данные результаты согласуются с литературными, поскольку показано, что в состоянии покоя АТФ локализуется в семенах лишь в зародыше [4, 5].

Таблица 2 - Содержание АТФ в сухих и замоченных семенах кукурузы

Однако, известно, что при прорастании семян количество АТФ возрастает на несколько порядков и его содержание может характеризовать интенсивность прорастания семян. Действительно, согласно представленным данным (Таблица 2), уже через 24 часа после замачивания семян содержание АТФ возрастало в 50-100 раз. Уровень АТФ в контрольных и опытных семенах максимально различался через 24 часа замачивания. Разница в уровне АТФ в набухших семенах, прошедших обработку и без нее, может быть обусловлена опосредованным влиянием обработок на ферменты гидролиза белков, жиров и углеводов, синтез мРНК, процессы роста и дифференцировки митохондрий [5].

Далее определялся уровень содержания активных форм кислорода и продуктов перекисного окисления липидов в листьях разного возраста проростков кукурузы. Уровень АФК и содержание продуктов ПОЛ во втором листе растений кукурузы оказалось выше, чем в первом листе (таблица 3, 4). Предпосевная обработка семян ЭМП СВЧ привела к повышению как уровня содержания АФК, так и концентрации продуктов ПОЛ в единице сырой массы.

Таблица 3 - Содержание АФК в листьях 10-дневных растений кукурузы

Таблица 4 - Содержание продуктов ПОЛ в листьях 10-дневных растений кукурузы

Известно, что образование активных форм кислорода и оксидативная модификация макромолекул - нормальные и важные биологические процессы. Но образование избытка кислородных радикалов может повреждать клетки. Степень повреждений от АФК зависит от эффективности работы антиоксидантной системы и определяется устойчивостью растений. Поэтому, содержание активных форм кислорода в клетке – это показатель, характеризующий баланс между двумя группами процессов: образованием АФК и функционированием антиоксидантной системы. Содержание продуктов ПОЛ характеризует как эффективность протекания нормальных физиологических процессов, так и деструктивное разрушение клетки. В этой связи повышенный уровень АТФ и продуктов ПОЛ в клетке после обработок семян электромагнитным полем сверхвысокочастотного диапазона (ЭМП СВЧ) – представляется очень любопытным. Поскольку обычно активизация деструктивных процессов при воздействии неблагоприятных факторов повышает данные показатели в разы, то есть основания полагать, что выявленные повышенные уровни – это следствие перехода растений на иной качественный уровень существования. Возможно, предпосевная обработка семян ЭМП СВЧ на клеточном уровне повлияла на систему оксидантов-антиоксидантов растений, что могло сказаться на накоплении АФК и продуктов ПОЛ в растительной клетке, содержании антиоксидантных ферментов, и, как следствие, устойчивости растения в целом к воздействию неблагоприятных факторов.

Литература

1. Tambiev, A.H. Stimulation of growth of cyanobacteria by millimeter electromagnetic radiation of low intensiveness / А.Н. Tambiev and str. Trade Exibition Microbe-86. XIX Intern. Congr. Microbiol., September 7-13:Abstr.Manchester, England, 1986.
2. Pushkina, N.V., Karpovich, V.A., Liubetski, N.V. Usage of circularlypolarized electromagnetic MM-waves for presowing seed treatment / N.V. Pushkina, V.A. Karpovich, N.V. Liubetski // The eighth International Kharkov Symposiumon Physicsand Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves, Kharkov, Ukraine, June 23-28, 2013, pp. 532-534.
3. Crop physiology and metabolism / I.A. Blanco et.al. // Crop. Sci. 2000. V. 40. P. 1257-1263.
4. Progress and prospects of marker assisted backcrossing as tool in crop breeding programs / K. Semangn et al. // Afric. J. Biotechnol. 2006. V. 5. P. 2588-2603.
5. Miller G., Shulaev V., Mittler R. Reactive oxygen signaling and abiotic stress // Physiologia Plantarum. 2008. V. 133. P. 481-489
6. Mullineaux P., Baker N.R. Oxidative stress: antagonistic signaling for acclimation or cell death? // Plant Physiol. 2010. V. 154. P. 521-525.
7. Asada K. Production and Scavenging of Reactive Oxygen Species in Chloroplasts and Their Functions // Plant Physiology. 2006. V. 141. P. 391–396.