Управление функциональной активностью растений когерентным светом

• Автор: Будаговский, Андрей Валентинович
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 533 с. : ил.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУТИ Е РЕШЕНИЯ

1.1. Эпигенетическая стратегия повышения продуктивности растениеводства.

1.2. Анализ представлений о механизме биологического действия низкоинтенсивного лазерного излучения

1.3. Полевая коммуникация биологических организмов

1.4. Лазерная стимуляция в растениеводстве способы, технологические примы и технические средства облучения.

1.5. Формализация проблемы, цель и задачи исследований

1.6. Выводы.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Программа исследований и е структура

2.2. Анализ причин низкой воспроизводимости эффекта лазерной стимуляции растений

2.3. Алгоритм эксперимента по лазерному облучению растительных 1 организмов.

2.4. Разработка семейства многофункциональных лазерных установок для научных исследований
2.5. Материалы, методы и технические средства исследований
2.6. Выводы.
3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОТВЕТНОЙ РЕАКЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗМОВ НА ДЕЙСТВИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.
3.1. Нелинейный характер ответной реакции растительных организмов на низкоинтенсивное лазерное облучение
3.2. Многомодальность ответной реакции различных биосистем, возбужднных.когерентным светом.
3.3. Условия проявления эффекта лазерной стимуляции функциональной активности растений.
3.4. Оценка устойчивости сгимуляционного эффекта
3.5. Влияние лазерного излучения на адаптационные процессы сельскохозяйственных растений.
3.6. Анализ результатов экспериментальных исследований
3.7. Выводы.
4. КОНЦЕПЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТЬЮ РАСТЕНИЙ КОГЕРЕНТНЫМ СВЕТОМ.
4.1. Экспериментальное моделирование коммуникации клеток посредством биохемилюминесценции.
4.2. Участие когерентных электромагнитных полей в управлении метаболизмом клетки
4.3. Биологическая структура как конвертер когерентного излучения .
4.4. Голографическая модель индукции морфогенеза.
4.5. Различия в рецепции клеткой высококогерентного и низкокогерентного света.
4.6. Выводы .
5. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К РАЗРАБОТКЕ ПРЕЦИЗИОННЫХ АГРОТЕХНОЛОГИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОГЕРЕНТНОГО СВЕТА .
5.1. Расчт критических значений параметров лазерных агротехнологий
5.2. Оптимизация технологических параметров лазерной обработки плодов и растений
5.3. Методы и технические средства экспрессдиагностики функционального состояния растительных организмов
5.4. Особенности разработки лазерных облучательных установок сельскохозяйственного назначения.
5.5. Социальные, экологические и экономические вопросы внедрения лазерных агротехнологий
5.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЦИТИРУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
ПРИЛОЖЕНИЯ.
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
БХЛ биохемилюминесценция ИМК индолилмасляная кислота КХ криптохром
ЛАМ лазерный анализатор микроструктуры ЛАТ лазерные агротехнологии ЛИК лазерный исследовательский комплекс лазерный облучатель сельскохозяйственный ЛОУ лазерные облучательные установки
Т1КИ низкоинтенсивное когерентное излучение, излучение оптической области спектра, обладающее большей статистической упорядоченностью когерентностью, чем рассеянный солнечный свет и интенсивностью, не вызывающей тепловой деструкции биоструктур ОИ оптическое излучение
Г оптический квантовый генератор
ИОЛ иерекисное окисление липидов
ПЦР полимеразная цепная реакция
РАМ метод амплитудноимпульсной модуляции флуоресценции хлорофилла i i
РГС регулируемая газовая среда
СФЭ стохастический фазовый экран
УФЭ упорядоченный фазовый экран
ФА функциональная активность, реализация биологическим организмом его онтогенетической программы, совокупность всех функций живого организма ФС 2 фотосистема
ФХ фитохром
ЭМИ электромагнитное излучение
ВВЕДЕНИЕ


Если химические, электрические и механические межклеточные отношения имеют вполне удовлетворительное описание , , 8, 0, то коммуникационные процессы на полевом уровне не столь очевидны и требуют дальнейших исследований. За этим классом явлений в литературе утвердился термин дистанционное или дистантное межклеточное взаимодействие ДМВ. Такое название нам кажется не совсем удачным. Дистанционная связь между отдельными клетками и целыми организмами может устанавливаться и не нолевым путем, а посредством выделяемых во внешнюю среду продуктов биологического синтеза. Молекулы, выполняющие сигнальные функции, как правило, имеют высокую подвижность и низкий порог рецепции. М . Аттрактанты и репелленты обладают еще большим дальнодействием. Для растений характерны такие летучие метаболиты, как этан, этилен, фитонциды, терпены 3. С их помощью быстро и на значительном удалении устанавливается опосредованная дистанционная связь между различными организмами. Поэтому аллелопагическую форму регуляции бывает трудно отличить от полевой, проходящей без перемещения в пространстве молекулярных носителей информации. Кроме того, термин ДМВ подразумевает взаимное обоюдное действие клеток друг на друга. Однако в большинстве известных случаев имело место или, по крайней мере, наблюдалось в эксперименте лишь однонаправленное воздействие без установления двусторонних отношений. В дальнейшем, традиционную аббревиатуру ДМВ будем использовать с учетом сделанных замечаний. Полевая нехимическая форма дистанционного межклеточного взаимодействия была обнаружена А. Г. Гурвичем в опыте с корешками лука 8, 0. Активно делящиеся клетки кончика корня на расстоянии мм индуцировали митоз в меристематической ткани другого, химически изолированного от него корня. Из проведенных экспериментов следовало, что информационный сигнал передается посредством низкоинтенсивного излучения, имеющего слабое поглощение в кварце, сильное в стекле, хорошее отражение от зеркальной металлической поверхности и узкую диаграмму направленности. Было сделано предположение об оптическом ультрафиолетовом диапазоне излучения и о его регуляторной роли при делении клеток 8. Дальнейшие исследования показали, что таким свойством обладают не только корешки лука, но и различные клетки, ткани и органы растительного и животного происхождения . Посредством митогепетического излучения возникала дистанционная связь, как между однотипными, так и существенно различающимися в генетическом отношении организмами. Наибольшее распространение в качестве биодетектора получили дрожжевые культуры, в которых подсчитывали изменение числа митозов при облучении какимлибо индуктором. Результаты экспериментов А. Г. Гурвича воспроизводились во многих лабораториях 3, однако сам феномен вызывал к себе весьма неоднозначное отношение. Изза крайне низкой интенсивности света большие трудности и противоречия возникли при попытках аппаратурной регистрации митогенетического излучения и определении его спектрального состава 5, 0. Ситуацию усложнило ещ и то, что в исследованных интервалах длин волн излучали не только активно делящиеся клетки, но и дифференцированные ткани, растворы аминокислот, липидов, ДНК и др. Все это позволило говорить о слишком широком толковании митогенетического излучения, охватывающем, по всей видимости, несколько типов хемилюминесценции различной природы и биологических функций , 8. Удивительно, что столь важное свойство, как направленность излучения, не вызвало должного интереса. Кончик корешка лука локальный псевдоточечный источник должен был образовать волну со сферическим фронтом и, следовательно, высокой расходимостью. Однако, зарегистрированная еще в первых экспериментах, узкая диаграмма направленности луча 8, 0 указывает на высокую пространственную упорядоченность когерентность поля. Обратили внимание на это лишь в г. В.М. Инюшин и П. Р.Чекуров 1 при анализе собственных опытов по фотографической регистрации митогенетического излучения корешков лука. Оценку, которую мы сделали по приведенным в работе 8 топологическим данным эксперимента А. Г. Гурвича, показала, что радиус корреляции митогенетического пучка в десятки раз превышает этот показатель стохастического низкокогерентного излучения.