ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТОТ НА ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК В МЕРИСТЕМЕ КОРНЯ ALLIUM CEPA

Лаврский А.Ю.¹, Лебединский И.А.², Кузаев А.Ф.³, Четанов Н.А.⁴, Артамонова О.А.⁵

¹ ассистент, Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет (ПГГПУ); ² ассистент, ПГГПУ; ³ кандидат физико-математических наук, доцент, ПГГПУ; ⁴ кандидат биологических наук, старший преподаватель, ПГГПУ; ⁵ студентка, ПГГПУ 

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТОТ НА ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК В МЕРИСТЕМЕ КОРНЯ ALLIUM CEPA 

Аннотация

Данное исследование посвящено воздействию излучения частот, соответствующих частотам сотовой связи стандарта GSM и близкого к ним диапазона частот. В качестве источника излучения использована радиоизлучающая установка с постоянным сигналом, настроенная на обеспечение уровня сигнала на уровне мощности сотового телефона. В качестве тестового объекта использован лук Allium Cepa, для оценки митотического индекса по методике allium test. Анализ полученных данных позволяет говорить о существовании нелинейной зависимости между частотой электромагнитного излучения и его митотоксическом влиянии на тестовые объекты. Значительным митотоксическим эффектом обладает излучение в диапазоне 800-930 МГц, что соответствует стандарту сотовой связи GSM 850/900.

Ключевые слова: Allium test, митотический индекс, влияние ЭМИ, митотоксический эффект.

Lavrskij A.Ju.¹, Lebedinskij I.A.², Kuzaev A.F.³, Chetanov N.A.⁴, Artamonova O.A.⁵

¹ assistant, Perm state humanitarian pedagogical university (PSHPU); ² assistant, PSHPU; ³ Ph.D., associated professor, PSHPU; ⁴ Ph.D., senior lecturer, PSHPU; ⁵ student, PSHPU 

EFFECT OF ELECTROMAGNETIC OSCILLATIONS OF DIFFERENT FREQUENCIES ON CELL DIVISION IN ROOT MERISTEM ALLIUM CEPA

Abstract

This investigation dedicated to effect of GSM-frequency and near range radiation on live tissue. We use special installation to provide signal of various frequencies with power level aligned to be equal to signal level of GSM-900/1800 cellular phone. As the test object we used Allium Cepa to count mitotic index by allium-test method.

An experiment result indicates a non-linear dependence between radiation frequency and its toxic effect. The most significant mitotoxic effect belongs to radiation in range of 800-930 MHz, what corresponds to GSM 850/900 range.

Keywords: Allium test, mitotic index, electromagnetic radiation, mitotoxical effect.

Стремительное развитие современной электронной техники и разнообразных стандартов беспроводной передачи данных влечет за собой появление нового фактора, действующего на живые системы – источников электромагнитных колебаний высокой мощности.

Как известно электромагнитные колебания самых различных областей спектра присутствуют в пространстве всегда, но большинство из них не оказывает существенного стрессового влияния на биологические объекты по причине ничтожной мощности.

Неотъемлемой чертой современных густонаселенных антропогенных ландшафтов является характерное электромагнитное загрязнение, связанное с работой самых различных приемо-передающих, вычислительных и других устройств. Живые организмы различных уровней организации испытывают влияние фактора «электромагнитного смога», на сегодняшний день это факт не вызывает сомнения и подтверждается исследованиями ряда авторов[2, 169 с; 5, 926 с.]. Как показывает ряд исследований, взаимодействие клеточных структур с колебаниями электрического и магнитного полей не ограничивается только температурным эффектом, и может состоять в разнообразных процессах резонансной природы. Живая клетка в этом случае играет роль сложнейшей упорядоченной системы электрических зарядов, проводящих и диэлектрических элементов, емкостных компонентов. Молекулы биополимеров и их компоненты, мембранные и другие структуры содержащие заряды вероятно могут менять свои функциональные состояния под воздействием электромагнитных излучений ЭМИ что проявляется в виде самых разных последствий и, несомненно, представляет интерес [2, 169 с; 4, 47 с.].

Цель данного исследования состоит в выявлении влияния СВЧ-излучения различных частот на биологические объекты, и в частности на процесс митотического деления клеток.

Allium-test является наиболее доступной биологической тест - системой для оценки стрессового влияния факторов и имеет ряд преимуществ, в том числе и перед другими растительными тест – системами, таких как высокая скорость оценки, доступность материалов, и хорошую корреляцию с результатами исследований на других эукариотических организмах [6, 5 с.]. Данный тест позволяет выявлять митотоксическое действие фактора, сказывающееся на скорости деления клеток меристемы корня через митотический индекс [3, 231 с; 7, 11 с.; 8, 137 р.].

Методика

Для замеров исходного уровня мощности служил телефон E-Ten glofiish – X500 работающий в диапазонах GSM 850, GSM 900 ,GSM 1800, GSM 1900, с возможностью их ручного переключения. Уровень мощности излучения замерялся с помощью анализатора спектра на расстоянии 1 см от антенны телефона, как в режиме разговора (прием + передача), так и в экранированной камере с минимальным качеством связи и принудительным переключением диапазонов. Показатель SAR (Specific Absorption Rate) для упомянутой модели телефона составляет 0,74 Вт/кг, что соответствует передатчику стандарта GSM среднего уровня мощности.

С помощью устройства – эмулятора имитировался источник излучений равной мощности, но различных частот.

В качестве источника исходного сигнала использовался генератор РГШ-3000 разработанный ООО «Радий-ТН» работающий в диапазоне 1-3000 МГц имеющий возможности программного аттенюатора и модуляции сигнала. Сигнал с генератора поступал на усилитель на основе микросхемы GSM - передатчика SKY77325, и регулировался с помощью анализатора спектра до нужного уровня, для корректировки неравномерности АЧХ выходного тракта эмулятора.

Для анализа воздействия электромагнитных колебаний на делящиеся клетки меристемы корня лука Allium cepa были предприняты меры по стабилизации других факторов среды, которые потенциально могли бы внести ошибку в результаты измерений.

В предварительных исследованиях было установлено, влияние температуры на скорость роста корней, что отражается на митотическом индексе, в связи с чем жидкая среда, на которой проращивались луковицы во всех опытах и контроле термостатировалась при температуре 25,0°C. Из-за неоднозначного влияния искусственных составов, в качестве среды для проращивания для всей серии опытов применялась разово закупленная природная артезианская вода с известным и сбалансированным ионным составом.

Для равномерного облучения корней 10 – 12 луковиц лука - севка сорта Штутгартен-ризен диаметром 15- 18 мм проращивались в прямоугольной пластиковой кювете объемом 1270 мл, в узкой канавке из пищевого пластика, образованной стенкой кюветы и прямоугольной вставкой. В верхней части канавка расширялась, позволяя донцам луковиц свободно погружаться в раствор. Образованная полость толщиной 3 мм нижней и боковыми краями сообщалась с объемом кюветы, таким образом, корни располагались веерообразно, не контактируя ни с чем в толще раствора концевыми участками, что предотвращает влияния механических контактов на корневой прирост.

Сами луковицы снизу экранировались от области облучения сеткой из нержавеющей стали с ячейкой 1мм расположенной сразу под донцами, чрез которую корни проходили в кювету, по бокам и сверху - кожухом из фольгированного пенополиэтилена с вентиляционными отверстиями. Эта мера направлена на предотвращения облучения апикальной меристемы луковиц, и возможного изменения уровня фитогормонов, влияющих на рост корней.

Излучатель электромагнитных колебаний, помещенный в гидроизоляционный чехол, располагался вдоль всей боковой стенки кюветы, и представлял собой антенну, выполненную на полоске стеклотекстолита с подключенным экранированным кабелем.

Такая конструкция позволяет равномерно облучать исследуемый материал, замеряя амплитуду воздействующих колебаний в разных участках зоны прорастания с помощью анализатора спектра с предварительно откалиброванной шкалой. Размещение образцов в непосредственной близости от излучателя позволяет облучать большее их количество с равномерной мощностью. Вся конструкция помещалась в экранированный заземленный металлический кожух, воздух в который подавался микрокомпрессором со скоростью 2,3 л/мин.

Перед облучением луковицы предварительно проращивался в кювете в течение 2 дней, в результате у них имелись корни длиной в среднем 4-5 мм.

Исходя из того, что клеточный цикл лука Allium cepa составляет по данным разных авторов 14-17,8 часов [1, 226 с.; 3, 231 с.] был определен 18 – часовой период облучения.

После облучения срезались концевые участки корней по 3-5 мм, и фиксировались с помощью фиксатора Кларка, после чего окрашивались 2% ацетоорсеином, с последующей обработкой в 45% уксусной кислоте и переносом в 70% этанол для длительного хранения.

Для анализа давленных препаратов меристем использовался микроскоп Ломо - Микмед-6 при увеличении 400X . Проводился анализ 1000 клеток на 1 корень с последующим подсчетом митотического индекса с использованием MS Excel.

В результате данного исследования были выявлены статистически достоверные отличия между средним митотическим индексом для контрольной выборки, проращиваемой в экранированном кожухе без излучения, и показателями выборок находившихся в течение 18 часов под воздействием ЭМИ различных частот. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1. Изменения митотического индекса корневой меристемы лука Allium cepa при воздействии электромагнитных колебаний различных частот (n=10, p<0,5).

F(МГц) частота	MI (%) митотический индекс	d (%)	t
контроль	2,54 ± 0,2901
660	2,23 ± 0,1467	0,31	2,63
800	1,92 ± 0,3275	0,62	8,55
1000	2,38 ± 0,2763	0,16	3,82
1853	2,37 ± 0,2513	0,17	2,45

Выводы:

1) Согласно полученным данным наиболее существенно повлияла излучение на частоте 800 МГц, в опыте абсолютное значение разности составило 0,62 % от общего числа делящихся клеток, т.е. интенсивность деления клеток на 24,4% ниже по сравнению с контролем;

2) Излучения на частоте 660 МГц также довольно значительно влияет на количество делящихся клеток, и угнетает деление на 12,2%;

3) Частоты 1000 и 1853 МГц повлияли на митотический индекс сравнительно слабо, снижая митотическую активность на 6,2% и 6,6% по сравнению с контролем.

Результат эксперимента показывает, что при одинаковой мощности, но различных частотах, ЭМИ по – разному влияют на скорость деления клеток корневой меристемы.

В данном случае наиболее выраженное стрессовое воздействие оказали колебания с большей длиной волны, а не частотой, как можно было – бы предположить, проводя аналогии со световым излучением, это может свидетельствовать о существовании более сложных механизмах взаимодействий внутриклеточных микроструктур с высокочастотными периодическими колебаниями электрических и магнитных полей.

Работа выполнена в рамках ПСР/НИР-15.

Литература

1) Алов И.А. Цитофизиология и патология митоза – Москва: Медицина, 1972. - 263 с.

2) Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. – М.: «Радио и связь», 1991. - 169 с.

3) Иванов В.Б. Клеточные основы роста растений. - Москва: Наука, 1974. - С. 231.

4) Коваленко О.И., Кивва Ф.В., Литвин В.В. Модификация биологической активности семян пшеницы низкоинтенсивным электромагнитным воздействием. – Вестник КДПУ 6/2007. – С.47.

5) Песня Д. С., Романовский А. В., Прохорова И. М., Артёмова Т. К., Ковалёва М. И. и др., Исследование мутагенного эффекта модулированного УВЧ излучения сотовых телефонов на растительных и животных организмах in vivo // Доклады IV Всероссийской научно-технической конференции «Радиолокация и радиосвязь», Изд. JRE – ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН. – Москва, 2010. – С. 924-929.

6) Прохорова И.М., Ковалева М.И., Фомичева А.Н., Оценка митотоксического и мутагенного действия факторов окружающей среды. – М, 2003. – С. 5

7) Прохорова И.М. Растительные тест-системы для оценки мутагенов / Сост. И.М. Прохорова. — Ярославль: ЯрГУ, 1988. — 13 с.

8) Solange Bosio Tedesco, Haywood Dail Laughinghouse Bioindicator of Genotoxicity: The Allium cepaTest, / Environmental Contamination 2012 - p.137.