Действие вибрации и пониженной температуры, как факторов космического полёта, на онтогенетическое развитие пшеницы (Triticum aestivum L.) и лабораторных мышей (Mus musculus L.)

Как известно, биология развития опирается на генетику онтогенеза. Данная работа направлена на изучение связи физиологических показателей роста и развития модельных биологических объектов и их цитогенетических характеристик. Поскольку воздействие факторов космического полёта на гетерохроматические участки хромосом давно является предметом исследований в космической биологии, мы предлагаем применить для этой задачи разработанные методы регистрации цитологических и цитохимических характеристик блоков гетерохроматина в интерфазных ядрах апикальных клеток побегов пшеницы и в хромосомах лейкоцитов у мышей. В последнее время показана роль малых РНК-интерференции в защитных функциях организма. Эти РНК локализованы в гетерохроматине, благодаря чему существует связь состояния гетерохроматина в хромосомах и количества РНК-интерференции в клетках. Участие малых РНК-интерференции в защитных процессах организма - это эволюционно наиболее древняя и всеобщая форма сохранения устойчивости организма. В дальнейшем у млекопитающих сформировалась дополнительно иммунная система. Именно вследствие этого в качестве модельных объектов в данном проекте выбраны как растения (пшеница), так и млекопитающие (мыши). Предполагается определить параметры вибрации и температурные режимы, способные изменять состояние гетерохроматина в ядрах клеток и исследовать их влияние на характеристики роста и развития организмов.

В рамках выполнения проекта в 2009 г. были определены параметры режимов вибро- и термообработки тестовых объектов и изготовлен комплект вспомогательного оборудования для проведения вибрационной обработки семян пшеницы; разработаны методики и проведен анализ показателей роста и развития пшеницы после вибрационной обработки семян; разработаны методики и проведен цитохимический анализ клеток корешков проростков пшеницы после вибрационной обработки семян, и воздействия различных температурных режимов. Параметры вибрационного и температурного воздействия на семена пшеницы были выбраны на основании анализа литературных данных и наших предварительных опытов. Виброобработку семян проводили при вертикальном направлении колебаний, частоте 70 Гц, амплитуде 0,5 мм, максимальном ускорении - 7,18 g. Для получения наиболее выраженного эффекта семена замачивали в 0,5 мМ растворе CaSO4 непосредственно перед установкой на вибростенд. Длительность вибрационного воздействия на намоченные семена составила 14 ч и 20 ч для яровой и озимой пшеницы, соответственно. Семена яровой пшеницы проращивали при температурных режимах: 20°С (контроль), 0°С, 0°С с последующим повышением температуры до 20°С. Для изучения влияния предпосевной виброобработки семена через 6 ч после окончания вибрации были высеяны на опытных делянках селекционной опытной станции МСХА в четырехкратной повторности при норме высева 70 всхожих семян на рядок длиной 1 м. Предпосевную обработку почвы и агротехнические мероприятия по уходу за растениями проводили по стандартной технологии выращивания зерновых культур в Нечерноземной зоне РФ. Для проведения цитохимического анализа клеток семена после окончания виброобработки помещали в чашки Петри для получения корешков, после чего фиксировали в фиксаторе Карнуа. В зафиксированных образцах проросших семян проводили исследования метафазных пластинок методом давленых препаратов. Цитохимический анализ проростков проводили стандартной методикой для выявления гетерохроматических участков. Проведенные эксперименты показали, что предпосевная вибрационная обработка семян яровой и озимой пшеницы достоверно повышала их полевую всхожесть. Кроме того, после виброобработки семян наблюдали ускоренное прохождение этапов органогенеза: у озимой пшеницы - с I по II этапы органогенеза, у яровой пшеницы - с IV по IX этапы органогенеза. Часть растений озимой пшеницы, полученных из подвергнутых вибрации семян, в сентябре находились на IV этапе органогенеза. В наших опытах вибрационная обработка семян яровой пшеницы привела к незначительному увеличению числа нарушений в анафазе митоза клеток зародышевых корешков, что не оказало негативного воздействия на рост и развитие растений в условиях эксперимента. Исследованные температурные режимы оказывали влияние на число ядрышек в ядрах клеток зародышевых корешков, но не повлияли достоверно на степень гетерохроматинизации. Полученные результаты хорошо согласуются с работами Делоне и др. (1968), Uchida и Jamamoto (2002 г), а также Takashi, Suge и Kato (1991 г), в которых было продемонстрировано стимулирующее действие вибрации на прорастание семян и дальнейшее развитие проростков арабидопсиса, риса, огурца и лука репчатого. Данные о воздействии вибрационной обработки на прорастание семян яровой и озимой пшеницы, а также на рост и развитие растений, выращенных из этих семян, получены впервые.