Високоградієнтні магнітні поля як спосіб моделювання впливу гравітації на рослини

Рубрика: 
Науки про життя в космосі
Кондрачук, ОВ, Білявська, НО
Косм. наука технол. 2001, 7 ;(5-6):100-111
https://doi.org/10.15407/knit2001.05.100
Мова публікації: російська
Анотація: 
Відомо, що високо градієнтне магнітне поле (ВГМП) створює спрямовану пондеромоторну силу у діамагнітних речовинах. Цей ефект можна використовувати, модифікуючи вплив гравітаційної сили, що діє на статоліти, шляхом змін положення статолітів у гравічутливих клітинах. Це дозволяє розглядати ВГМП як потенційно дуже перспективний та корисний інструмент, що дозволяє викликати спрямовану та вибіркову стимуляцію гравічутливих рослинних клітин. Крім того, можливість використання ВГМП, щоб модифікувати або навіть компенсувати дію гравітації на ці клітини, може дати нам новий підхід до контролю гравіреакції рослин за умов мікрогравітації та до імітації ефектів мікрогравітації у лабораторних експериментах на Землі. Головними цілями представленої роботи є: 1) розглянути механізми впливу ВГМП на процеси, що призводять до гравітропічної реакції в органах рослин; 2) проаналізувати умови, необхідні для розробки оптимальної конфігурації ВГМП; 3) визначити, які особливості механізмів гравітропічної реакції (сприйняття та вигину) можуть бути результатом дії ВГМП; 4) запропонувати підходи до використання ВГМП, щоб стимулювати гравічутливі клітини за умов мікрогравітації та імітувати ефекти мікрогравітації у цих клітинах в ході наземних експериментів.
Ключові слова: високоградієнтні магнітні поля, гравічутливі клітини, мікрогравітація
Повний текст (PDF)
 
References: 
1.  Иванов Е. В., Иванова Л. И., Зеленцов В. В. Оптимальная форма  наполюсников  магнита для  измерений  магнитной восприимчивости методом Фарадея // Полупровод, техни­ка и электроника.—1970.—№ 2.—С. 221—223.
2.  Калинников В. Т. Ракитин Ю. В. Введение в магнитохимию. Метод магнитной восприимчивости в химии. — М.: Наука, 1980.—302 с.
3.  Кац М. Я., Стадников А. Г., Гольдин Л. Л. и др. Метод расчета профиля полюсов одно-зонного изодинамического магнитного сепаратора // Полупровод, техника и электро­ника.—1964.—№ 3.—С. 152—157.
4.  Кузнецов А. А., Кузнецов О. А. Моделирование гравитаци­онного воздействия на растения сильно неоднородным маг­нитным полем // Биофизика.—1990.—35, № 5.—С. 835— 840.
5.  Медведев С. С. Физиологические основы полярности расте­ний. — С.-П.: Кольна, 1996.—159 с.
6.  Меркис А. И. Геотропическая реакция растений. — Виль­нюс: Минтис, 1973.—264 с.
7.  Меркис А. И. Гравитация в процессах роста растений // Проблемы космической биологии.  — М.: Наука,   1990.— Т. 68.—185 с.
8.  Пирузян Л. А., Кузнецов А. А., Чиков В. М. О магнитной неоднородности биологических систем // Изв. АН СССР. Сер. биол.—1980.—№ 5.—С. 645—650.
9.  Саламатова Т. С. Физиология растительной клетки. — Л.: Изд-во Ленинград, ун-та, 1983.—158 с.
10.  Сочнев   А.   Я.   Электромагнитные   системы   в   магнитных полях   которых   пондеромоторные  силы   действующие   на частицу уменьшаются или остаются постоянными в направ­лении действия // Журн. техн. физики.—1940.—№ 10.— С. 472—477.
11.  Сочнев А. Я. Вычисление напряженности поля прямыми методами. — Л.: Энергоатомиздат, 1984.—112 с.
12.  Чиков В. М. Изучение и некоторые приложения клеточного магнитофореза: Автореф. дис. ..   канд. физ.-мат. наук. — Черноголовка, 1985.—16 с.
13.  Audus L. J. Magnetotropism: a new plant growth response // Nature.—1960.—185.—P. 132—134.
14.  Audus L. J., Whish J. C. Magnetotropism // Biological Effects of Magnetic  Fields  /  Ed.  by  M.  F.  Barnothy.   —   1964.— Vol. L—P. 170—182.
15.  Behrens H. M., Weisenseel М. Н., Sievers A. Rapid changes in the pattern of electric current around the root tip of Lepidium sativum  L.   following   gravistimulation   //   Plant   Physiol.— 1982.—70.—P. 1079—1083.
16.  Belyavskaya  N.   A.   Calcium  and  graviperception  in  plants: inhibitor analysis // Int. Rev. Cytol.—1996.—168.—P. 123— 185.
17.  Claassen D. S., Spooner B. S. Impact of altered gravity on aspects  of cell biology  //  Int.  Rev.   Cytol.—1994.—156.— P. 301—359.
18.  Geazintov N. E., Nostrand F. V., Becker J. F., et al. Magnetic field-induced orientation of photosynthetic systems // Biochem. Biophys. Acta.—1972.—267.—P. 65—72.
19.  Hasenstein K. H.,  Kuznetsov O. A.  The response of lazy-2 tomato seedlings to curvature-inducing magnetic gradients is modulated by light // Planta.—1999.—208.—P. 59—65.
20.  Ishikawa H., Evans M. L. Induction of curvature in maize roots by calcium or by thigmostimulation // Plant Physiol.—1992.— 100.—P. 762—768.
21.  Kato R. Effects of a magnetic field on the growth of primary roots   of   Zea   mays   //   Plant   Cell   Physiol.—1988.—29.— P. 1215—219.
22.  Kondrachuk A. V., Sirenko S. P. The theoretical consideration of microgravity effects on a cell // Adv. Space Res.—1996.— 17, N 6/7.—P. 165—168.
23.  Konings H.  Gravitropism in roots:  an evaluation of progress during the last three decades // Acta Bot. Neerl.—1995.—44, N 3.—P. 195—223.
24.  Kuznetsov O. A., Hasenstein К. Н. Magnetophoretic induction of root curvature // Planta.—1996.—198.—P. 87—94.
25.  Kuznetsov O. A., Hasenstein К. Н. Magnetophoretic induction of curvature in coleoptiles and hypocotyls // J. Exp. Bot.— 1997.—48.—P. 1951 — 1959.
26.  Kuznetsov O. A., Hasenstein К. Н. Magnetophoretic analysis of statoliths in Cham rhizoids suggests viscoelastic and cytoskeletal contribution to gravisensing // Abstr. 33rd COSPAR Scientific Assembly, Warsaw, Poland,  16—23 July 2000.  — Warsaw, 2000.—P. 312.
27.  Legue V., Blancaflor E., Wymer C. Cytoplasmic free Ca + in Arabidopsis roots changes in response to touch but not gravity // Plant Physiol.—1997.—114.—P. 789—793.
28.  Maret G., Dransfeld K. Biomolecules and polymers in strong permanent magnetic fields // Strong and Ultrastrong Magnetic Fields and Their Applications / Topics in Applied Physics / Ed. by F. Herlach.—1985.—Vol. 57.—P. 104—145.
29.  Monshausen  G.  B,  Zieshang  H.  E.,   Sievers A.  Differential proton secretion in the apical elongation zone caused gravis-timulation is induced by the signal from the root cap // Plant Cell Environ.—1996.—19.—P. 1408—1412.
30.  Pickard B. G. Contemplating the plasmalemmal control center model // Protoplasma.—1994.—182.—P. 1—9.
31.  Pickard B. G., Ding J. P. The mechanosensory calcium-selec­tive   ion   channel:   key   component   of   plasmalemmal   control centre? // Aust. J. Plant Physiol.—1993.—20, N 4.—P. 439— 459.
32.  Schimek  C.,  Eibel  P.,  Horie  Т.,  et al.   Protein  crystals  in Phycomyces sporangiophores are involved in graviperception // Adv. Space Res.—1999.—24.—P. 687—692.
33.  Schwarzacher J.   C.,  Audus  L.   J.   Further  studies  in  mag-
netotropism // J. Exp. Bot—1973.—24.—P. 459—464.
34.  Selwood P. W. Magnetochemistry. — N.Y., 1943.—458 p.
35.  Sperber D., Maret G., Weisenseel M. H., et al. Oriented growth of pollen tubes in strong magnetic fields // Naturwissenschaf-ten.—1981.—68.—P. 40—42.
36.  Staves M. P., Wayne R., Leopold A. C. Hydrostatic pressure mimics gravitational pressure in characean cells // Protoplas-ma.—1992.—168.—P. 141 — 152.
37.  Theil Е.  С. Ferritin: structure, gene regulation, and cellular function in animals, plants, and microorganisms // Ann. Rev. Biochem.—1987.—56.—P. 289—327.
38.  Wayne R.,  Staves M. P., Leopold A.  C.  Gravity-dependent polarity of cytoplasmic streaming in Nitellopsis II Protoplas-ma.—1990.—155.—P. 43—57.
39.  Wayne R, Staves M. P., Leopold A. C. The contribution of the extracellular matrix to gravisensing in characean cells // J. Cell Sci.—1992.—101.—P. 611—623.
40.  Weise S. E., Kuznetsov O. A., Hasenstein К. Н. Curvature in Arabidopsis  inflorescene   stems  is  limited  to   the  region  of amyloplast displacement // Plant Cell Physiol.—2000.—41.— P. 702—710.
41.  Weisenseel   M.   H.,   Becker   H.   F.   Ehlgotz  J.   G.   Growth, gravitropism,   and   endogenous   ion   currents   of   cress   roots (Lepidium sativum L.) // Plant Physiol.—1992.—100, N 1.— P. 16—25.

42.  Weisenseel M. H., Meyer A. J. Bioelectricity, gravity and plants // Planta.—1997.—203.—P. S 98—S 111.