THE EFFECT OF THE EXPOSITION ON BOARD OF THE SPACESHIP FOTON M № 4 ON SEED GERMINATION AND ROOT GROWTH OF SEEDLINGS FROM THE TEST OBJECT ALLIUM SEEDS

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The article presents the initial results of data processing of space experiments with seeds of еdifferent onion varieties, which were exhibited on board the spaceship Foton-M № 4. The sprouting exposed and control germination of seeds in standard laboratory conditions found expressed in different varieties to vary the degree of reduction of seed germination and the decrease in root length.

Full Text

Уже более полувека с начала прове- дения биологических экспериментов на космических аппарата ученые ищут ответ на два фундаментальных вопроса: что может дать изучение организмов во вне- земных условиях для понимания процес- сов жизнедеятельности и какой вклад в освоение космоса внесут эти биологиче- ские знания [1]. Первый вопрос связан с изучением действия невесомости, пере- грузок, радиации и других факторов на биосистемы на организменном, клето ч- ном и субклеточном уровнях. Второй во- прос связан с изучением рисков космиче- © Зотов А. В., Кавеленова Л. М., Курганская Л. В., Горелов Ю. Н., 2015. Зотов Александр Владимирович (biotest@samsu.ru), аспирант биологического факультета; Кавеленова Людмила Михайловна (biotest@samsu.ru), заведующая кафедрой экологии, ботаники и охраны природы Самарского государственного университета, 443011, Россия, г. Самара, ул. Академика Павлова, 1; Курганская Любовь Викторовна (lv.kurganskaya@gmail.com), ведущий научный сотрудник Института проблем моделирования и управления; Горелов Юрий Николаевич (yungor07@mail.ru), директор Института проблем моделирования и управления Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королева (национальный исследовательский университет), 443086, Россия, г. Самара, ул. Московское шоссе, 34. ского полета для человека, развитием систем жизнеобеспечения для длительных пилотируемых полетов и пр. Находящие- ся в космическом аппарате живые орга- низмы подвергаются одновременному суммированному воздействию ряда фак- торов, в первую очередь - невесомости и радиации. Негативные биологические эффекты ионизирующего излучения свя- заны с запуском цепи химических реак- ций в клетках и тканях [2], следствием чего являются гибель клеток [3], наруше- ния клеточных циклов [4], мутации [5], трансформация клеток [6], генетическая нестабильность [7]. Покоящиеся семена, находясь в со- стоянии вынужденного покоя, отличают- ся замедленным протеканием обменных процессов и способны переносить без вреда для себя термические воздействия, убивающие вегетирующие растения. Это делает их удобным объектом, который без особых затруднений может транспорти- роваться на околоземную орбиту и воз- вращаться назад для дальнейшего изуче- ния. С другой стороны, можно предполо- жить при экспозиции на космических ап- паратах возрастание свободнорадикаль- ной активности в семенах, причем даль- нейшие изменения для конкретных видов растений и режимов воздействия априори нельзя предсказать. Изучение действия комплекса факторов космического полета на семена растений природной флоры, в том числе последующее развитие расте- ний, полученных из этих семян, было на- чато специалистами СамГУ в 2013 г. в рамках экспериментальной программы на «Бион-М» № 1 [8, 9]. Позднее список привлекаемых семян-объектов был рас- ширен, а воздействие на образцы было дифференцировано. Для образцов семян, находящихся внутри космических аппа- ратов, можно путем помещения в модули различной конструкции обеспечить воз- действие всего комплекса факторов (стандартный модуль), либо влияние ка- кого-либо из них будет исключено (мо- дуль со свинцовым покрытием - защита от радиации, гипомагнитный модуль - снятие влияния магнитного поля, и пр.). Нельзя забывать о том, что в земных условиях семена как своеобразные «жи- вые приборы» - биотесты широко ис- пользуются для выявления негативного воздействия техногенных загрязнителей и пр. [10, 11]. Применение семян лука реп- чатого в процедуре так называемого Allium-теста позволяет оценить меру ге- нотоксического воздействия (появление хромосомных аберраций). В данной ста- тье представлены первичные результаты, полученные при проведении послеполет- ного изучения образцов семян лука реп- чатого различных сортов, которые были экспонированы на борту космического аппарата «ФОТОН-М» № 4. Условия и методы исследования Семена лука, для которых можно предполагать неодинаковый уровень чув- ствительности, были использованы в се- рии экспериментов в качестве модельных объектов для выявления разрушительного влияния факторов космического полета на субклеточном уровне на структуру ге- нома высших растений. Использованы семена сортов и видов лука (семенной материал, реализуемый в торговой сети): Лук репчатый сорта: Шаман, Серебряный принц, Карамель, Стригуновский мест- ный, Белое перо, Красный салатный, Лук шалот Деликатес. Для каждого сорта под- готовлены по 3 образца семян по 50 шт. Один из них служил контролем, два дру- гих были помещены в гипомагнитный модуль (вариант Космос1) и в обычный модуль, но с дополнительной свинцовой экранирующей от остаточной радиации упаковкой (вариант Космос2). Семена сортов лука по процедуре Allium-теста в декабре 2014 г. в стан- дартных лабораторных условиях прора- щивались на влажных фильтрах в чашках Петри при +25 °С. В течение 5 дней фик- сировали число проросших семян, изме- ряли длину корней проростков, спустя 5 дней меристемы корней были зафиксиро- ваны для последующего окрашивания и выявления показателей генотоксичности при сопоставлении с контролем - иден- тичными образцами семян, не экспони- ровавшимися на борту космического ап- парата. В данной статье проанализирован первичный цифровой материал, получен- ный при изучении процессов прораста- ния семян, который обработан с помо- щью общепринятых статистических ме- тодов пакета прикладных программ Excel. Результаты и их обсуждение Предварительная оценка всхожести семян лука, выполненная ранее А. В. Зо- товым и М. В. Ивановой [12], продемон- стрировала недостаточно высокое качест- во семян лука, реализуемого торговыми сетями. Удовлетворительная всхожесть семян была установлена у сортов лука репчатого Белое перо, Шаман, Красный салатный, а также луков душистого и особенно - батуна, что делает их пригод- ными для использования в качестве тест- объекта. Использованные нами для экс- перимента семена (сорта лука репчатого Шаман, Серебряный принц, Карамель, Стригуновский местный, Белое перо, Красный салатный, лука-шалота Делика- тес) обнаружили различный уровень всхожести (рис.). Всхожесть в опытных вариантах по сравнению с контролем максимально отличалась у сортов Сереб- ряный принц (снижение на 20-40 %) и Деликатес (повышение на 10-20 %). а б Рис. 1. Влияние комплекса факторов космического полета на развитие проростков различ- ных сортов лука при экспонировании на борту космического аппарата «ФОТОН-М»№ 4: а - на всхожесть семян, б - на рост корней (объяснения в тексте) У сортов Карамель и Белое Перо, семена которых продемонстрировали са- мую высокую всхожесть, опытные пока- затели не отличались от уровня контроля. Семена лука сорта Красный Салатный, экранированные свинцом, слабо превыси- ли всхожесть контрольного образца, а из гипомагнитного модуля - заметно усту- пали контролю. Для большинства изучавшихся се- мян опытные варианты продемонстриро- вали более заметное влияние на развитие корней проростков (рис. 1). Отставание роста корней проростков достигло максимума у лука-шалота Дели- катес, а также лука репчатого сортов Ша- ман и Красный Салатный, данный эффект практически отсутствовал у сорта Белое перо. Изменения длины корней являются следствием изменений скорости клето ч- ных делений, что позволяет нам ожидать обнаружение при дальнейшем изучении корневых меристем лука различных гено- токсических эффектов. Заключение Приходится констатировать, что взятые для экспериментов семена не в полной мере обладали достаточно высо- кими посевными свойствами. Однако это не исключает возможности получения значимых результатов при последующей оценке генотоксического эффекта, кото- рое будет выполнено для зафиксирован- ных меристем корней проростков лука.
×

About the authors

Aleksandr Vladimirovich Zotov

Samara State University

Email: biotest@samsu.ru
443011, Russia, Samara, Academic Pavlov Str., 1

Ludmila Mikhailovna Kavelenova

Samara State University

Email: biotest@samsu.ru
443011, Russia, Samara, Academic Pavlov Str., 1

Lubov Viktorovna Kurganskaya

Institute of Modeling and Control of the Samara State Aerospace University

Email: lv.kurganskaya@gmail.com
443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse, 34

Yuriy Nikolaevich Gorelov

Institute of Modeling and Control of the Samara State Aerospace University

Email: yungor07@mail.ru
443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse, 34

References

  1. Young R. S. Biological experiments in space // Space Science Reviews. 1968. P. 665-689.
  2. Hellweg С. E., Arenz A., Baumstark-Khan C. Assessment of space environmental factors by cytotoxicity bioassays // Acta Astronautica. 2007. Vol. 60. P. 525-533.
  3. Barendsen G. W. The relationships between RBE and LET for different types of lethal damage in mammalian cells: biophysical and molecular mechanisms // Radiation Research. 1994. Vol. 139. P. 257-270.
  4. The molecular basis for cell cycle delays following ionizing radiation: a review / A. Maity, W. G. McKenna, R. J. Muschel // Radiotherapy and Oncology. Vol. 31. 1994. P. 1-13.
  5. Ward J. F., Radiation mutagenesis: the initial DNA lesions responsible // Radiation Research. Vol. 142. 1995. P. 362-368.
  6. Cox R. Molecular mechanisms of radiation oncogenesis // International Journal of Radiation Biology. Vol. 65. 1994. P. 57-64.
  7. Kronenberg A. Radiation-induced genomic instability // International Journal of Radiation Biology. Vol. 66. 1994. P. 603-609.
  8. О предварительных результатах космического эксперимента с семенами высших растений на КА «БИОН-М» №1 / В. И. Абрашкин, Е. В. Авдеева, Ю. Н. Горелов [и др.] // Вестник Самарского государственного университета. 2013. № 9/1 (110). С. 140-150.
  9. К начальным результатам космического эксперимента с семенами редких растений природной флоры на КА «Бион-М» №1 / Ю. Н. Горелов, Л. М. Кавеленова, Л. В. Курганская [и др.] // Известия Самарского научного центра РАН. 2015. Т. 17. № 6. С. 294-298.
  10. Fiskesjo G. The Allium test as a standard in environmental monitoring // Hereditas. 1985. Vol. 102. P. 99-112.
  11. Leme D. M., Marin-Morales M. A. Allium cepa test in environmental monitoring: A review on its application // Mutation Research. 2009. Vol. 682. P. 71-81.
  12. Зотов А. В., Иванова М. В. К перспективам применения видов и сортов лука в процедуре Allium-теста // Вестник молодых ученых и специалистов Самарского государственного университета. 2014. № 2 (5). С. 22-26.

Copyright (c) 2015 Proceedings of young scientists and specialists of the Samara University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies