Анотація до роботи:

Коваленко О.І. Вплив низькоінтенсивних електромагнітних полів на насіння рослин і мікроорганізми. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофізика. - Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, м. Харків, 2008.

Дисертацію присвячено дослідженням впливу низькоінтенсивного ЕМП на насіння рослин і мікроорганізми для цілеспрямованої зміни їх функціональних властивостей. Опромінення БО проводилося безпосередньо і опосередковано, через воду і середовища, що містять воду. Біологічний відгук на зовнішній електромагнітний вплив оцінювався за зміною функціональних показників БО; для насіння рослин – енергії проростання насіння і довжини коренів, для коринебактерій – кінетики зросту, ферментативної активності, токсиноутворення, адгезивної активності, факторів інвазії, захисних процесів, антибіотикочутливості.

Показано також можливість, шляхом безпосереднього і опосередкованого через воду впливу ЕМП на БО, цілеспрямовано модифікувати біологічні показники насіння рослин і мікроорганізмів в залежності від їх вихідного стану, в тому числі частково відновлювати втрачені раніше якості і збільшувати стійкість насіння до зовнішнього пригнічення. Відмічено загальні тенденції і різниця при прямому і опосередкованому через воду опроміненні. Виявлено залежність біологічного відгуку від частоти і спектральних характеристик сигналу. Показано немонотонну залежність зміни стану БО від часу експозиції.

У дисертаційній роботі розв’язано актуальну наукову задачу дослідження особливостей впливу низькоінтенсивних ЕМП, що мають різні спектрально-часові характеристики, на функціональні властивості насіння рослин і мікроорганизмів. На прикладі насіння пшениці і редису, а також чотирьох біоваріантів коринебактерій експериментально досліджено стресовий характер впливу ЕМП на біооб’єкти і адаптацію до них. Підтверджено еволюційний пріоритет стану “норма” БО, а також можливість відновлення за допомогою ЕМП їх показників, які відповідають стану “патологія”. Показано можливість цілеспрямованого вибору спектрально-часових характеристик ЕМП, що можуть зменшувати шкідливий вплив на довкілля. Підтверджено, що однією з мішеней, які першочергово відчувають вплив ЕМП, є вода та середовища, що містять воду. Ці результати є відповіддю на мету та завдання, що поставлені в дисертаційній роботі.

Основні висновки проведених досліджень зведено до наступного:

1. При визначенні параметрів низькоінтенсивних ЕМП, що впливають на функціональні характеристики БО, доцільно виходити з принципу невизначеності Вудворда, який дозволяє максимізувати відстань між сигналами в спектрально-часовому просторі та їх подальше розділення за ієрархічним принципом для організації незалежних каналів впливу. При моделюванні БО в класі лінійних систем методично доцільно дослідити їх частотні та (або) імпульсно - перехідні характеристики. При моделюванні БО в класі нелінійних та нестаціонарних систем загальні підходи поки невідомі, тому кожний окремий експеримент є важливим для визначення чинників впливу ЕМП на окремі структурні ланцюги, або БО в цілому.

2. Експериментально встановлено можливість модифікації показників функціональної активності БО шляхом їх опромінення низькоінтенсивними ЕМП, що відрізняються спектрально-часовими характеристиками. Для насіння рослин досліджено енергію проростання і довжину коренів; для коринебактерій - кінетику росту, колонієутворення, біохімічні показники: швидкість розщеплення глюкози, крохмалю, уреази; фактори колонізації та інвазії: адгезія, нейрамінідазна та гіалуронідазна активності; токсиноутворення; активність ферментів, пов’язаних с ЦТК: НАД-залежна дегідрогеназа і цитратсинтетаза, а також чутливість до антибіотиків. В результаті проведених дослідів зроблено припущення, що ЕМП впливає на морфологічні та функціональні властивості БО.

3. Виявлено залежність функціонального відгуку від частоти, загальної ширини спектру та спектрального розподілу сигналу. При опроміненні в НЗВЧ-діапазоні вузькосмуговими сигналами встановлено залежність показників БО від несучої частоти опромінення. Експериментально доведено, що опромінення БО в вузьких смугах НЗВЧ-діапазону може призвести до пригнічення, байдужості і стимуляції окремих показників. Ця тенденція проявляється при опроміненні коринебактерій. В діапазоні 42,2 ГГц переважно спостерігається пригнічення показників, а в діапазоні 61,0 ГГц – їх стимуляція. Спостерігається різниця відгуку БО при опроміненні прямошумовим і степеневим сигналами. Виявлено зріст дисперсії при опроміненні степеневими сигналами, що свідчить на користь фрактально-ієрархічної моделі впливу ЕМП на БО.

4. Спостерігається немонотонна залежність біологічного відгуку від часу експозиції ЕМП, що характеризує конкурентність між впливом (стресом) і адаптацією до нього.

5. Ефективність впливу ЕМП залежить від початкового стану БО (правило “вихідного рівня”), який визначається часом і умовами зберігання, впливом зовнішніх фізичних чинників, фазою зростання і ін. Якщо об’єкт знаходиться у стані “норма”, тобто не підлягав попередньому стресовому впливу і його показники максимальні, при опроміненні ЕМП спостерігається тенденція пригнічення. У випадках, коли вихідні показники нижче верхньої межі “норми”, можливе як додаткове пригнічення, так і стимуляція.

6. Для об’єктів, які виведені із стану “норма” невеликим збуренням і знаходяться в стані “патологія”, яка штучно створена зовнішнім впливом, включно тепловим ударом та УФ опроміненням, спостерігається прагнення БО повернутися до початкового стану (принцип Ле-Шател’є). При поглибленні патології до межі регулювання (адаптації) спостерігається підвищення чутливості БО до цього впливу і зріст крутизни управління - ефективності відновлення БО шляхом їх опромінення низькоінтенсивними ЕМП. Рівень відновлення залежить від ступеня пошкодження. Виявлена наявність порогового рівня, коли після попереднього пригнічення відновлення зменшується, або зовсім зникає.

7. Встановлено, що шляхом попереднього опромінення БО низькоінтенсивним ЕМП можливо збільшувати їх стійкість до наступних несприятливих впливів, зокрема до теплового і УФ пошкодження. Збільшення стійкості БО до несприятливих факторів менш виразне, ніж їх відновлення після попереднього пригнічення.

8. Експериментально встановлено можливість цілеспрямованої модифікації функціональних показників БО при опосередкованому опроміненні ЕМП через воду. В результаті прямого і опосередкованого опромінення спостерігаються загальні тенденції і різниця. Опосередкований вплив ЕМП на насіння, коли їх початкове зволоження проводилось опроміненою водою, а також стимуляція кінетики росту бактерій в опроміненому поживному середовищі, виявляються більш ефективними порівняно з прямим опроміненням зволоженого насіння і коринебактерій у фізрозчині.

9. Тотожні реакції на опромінення низькоінтенсивними ЕМП наступні:

чутливість БО до спектрально-часових характеристик ЕМП;

реакція БО на електромагнітний стрес і адаптація до нього;

збільшення чутливості БО, що знаходяться в стані “патологія”, до впливу ЕМП;

можливість опроміненням ЕМП відновлювати втрачені якості, а також наявність порогового ефекту;

збільшення стійкості БО до пригнічуючих факторів при попередньому опроміненні ЕМП;

збільшення функціонального відгуку при опосередкованому впливі через воду або поживні середовища.

Встановлена також індивідуальна чутливість до ЕМП в залежності від класу БО, виду насіння та біоваріантів коринебактерій.

Публікації автора:

1. Коваленко О. И. Некоторые особенности воздействия ЭМП СВЧ и КВЧ диапазонов на семена растений и микроорганизмы / О. И. Коваленко, Ф. В. Кивва, С. В. Калиниченко, Л. А. Сукач // Радиофизика и электроника : Сб. науч. тр. / НАН Украины. Ин-т радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова. – Х., 2005. - Т10, №1. - С. 154-163.

2. Коваленко О. И. Особенности прямого и опосредованного воздействия электромагнитных полей низкой интенсивности на семена растений и микроорганизмы / О. И. Коваленко, Ф. В. Кивва, С. В. Калиниченко, А. Л. Коворотный // Радиофизика и электроника : Сб. науч. тр. / НАН Украины. Ин-т радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова. – Х., 2007. – Т.12, №1. - С. 273-282.

3. Коваленко О. И. Особенности воздействия широкополосных низкоинтенсивных электромагнитных сигналов на семена растений и коринебактерии / О. И. Коваленко, Ф. В. Кивва, С. В. Калиниченко // Радиоэлектроника и информатика. – 2007. - №2 (37). - С. 111-120.

4. Пат. на винахід 79848 Україна, МПК⁵¹ С 12 N 13/00, A 61 K 41/00. Спосіб модуляції адгезивних властивостей мікроорганізмів / Калініченко С. В., Бабич Е. М., Кучма І. Ю., Волянський Ю. Л., Скляр Н. І., Крестецька С. Л., Драч М. І., Колоколова О. Б., Руденко Л. М., Ківва Ф. В., Коваленко О. І.; заявник і власник Інститут мікробіології і імунології ім. І. І. Мечнікова АМНУ. - № а 2005 07329; заявл. 22.07.05; надрук. 25.07.07, Бюл. №11.

   Пат. на корисну модель 27167 Україна, МПК⁵¹ С 12 N 13/00. Спосіб відновлення втрачених біологічних властивостей у коринебактерій / Калініченко С. В., Бабич Е. М., Ківва Ф. В., Волянський Ю. Л., Коваленко О. І., Волянський А. Ю., Скляр Н. І., Рижкова Т. А., Крестецька С. Л., Іщенко Т. І., Шатіло Ю. В.; заявник і власник Інститут мікробіології і імунології ім. І. І. Мечнікова АМНУ. - № u 2007 04262; заявл. 17.04.07; надрук. 25.10.07, Бюл. №17.

   6. Коваленко О. И. Некоторые особенности влияния антропогенных электромагнитных полей на биологические объекты / О. И. Коваленко, Ф. В. Кивва, С. В. Калиниченко, Е. М. Бабич // Захист довкілля. - 2004. - Вып.10 (12). - С.30-36.

      Волянский Ю. Л. Влияние миллиметровых волн на ферментативную активность коринебактерий, продуцирующих экзотоксин / Ю. Л. Волянский, С. В. Калиниченко, О. И. Коваленко, Ф. В. Кивва, Е. М. Бабич // Експериментальна і клінічна медицина. – 2004. - № 2. - С.36-39.

      Калініченко С. В. Зміна антибіотикочутливості у збудників дифтерії та кашлюку під впливом електромагнітних хвиль міліметрового діапазону / С. В. Калініченко, О. Б. Колоколова, Е. М. Бабич, Ф. В. Ківва, О. І. Коваленко, Л. Г. Верезуб, Л. М. Ткач, О. Г. Перетятко // Вісник Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна. Медицина. – 2005. - Вип.10, № 658. - С.72-77.

      Калініченко С. В. Вплив електромагнітних полів НЗВЧ-діапазону на біологічні властивості збудників дифтерії та кашлюку / С. В. Калініченко, О. І. Коваленко, Л. Ю. Юрченко // Експериментальна і клінічна медицина. – 2007. - № 2. - С. 49-53.

      Коваленко О. И. Модификация биологической активности семян пшеницы низкоинтенсивным электромагнитным воздействием / О. И. Коваленко, В. В. Литвин, Ф. В. Кивва // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету ім. М. Остроградського. - 2007. – Вип. 6/2007 (47). - Ч.1.– С.36-44.

      11. Калиниченко С. В. Особенности воздействия низкоинтенсивных электромагнитных полей КВЧ-диапазона на кинетику роста токсинообразующих коринебактерий / С. В. Калиниченко, О. И. Коваленко, Е. М. Бабич, Ф. В. Кивва // Эпидемиология, экология и гигиена : Сб. мат. 7-ой итоговой региональной науч.- практ. конф. посвящ. 200-летию Харьковской высшей медицинской школы. – Х., 2004. – Ч.2. - С.144-148.

          Волянський Ю. Л. Оцінка впливу електромагнітних полів у широкому діапазоні частот на біологічні властивості збудників інфекційних захворювань / Ю. Л. Волянський, Є. М. Бабич, Ф. В. Ківва, С. В. Калініченко, О. І. Коваленко, О. Б. Колоколова, Т. А. Рижкова, Т. І. Антушева, А. Ю. Волянський, Т. І. Іщенко // Ветеринарна медицина. Актуальні проблеми молекулярної діагностики у ветеринарній медицині та біології : наук.-практична конф. з міжнародною участю, 22-25 травня, 2007 р. : 88 міжвідомчий тематичний науковий збірник. - Феодосія, 2007. - С. 286-293.

          Кивва Ф. В. Электромагнитная экология: состояние, проблемы, перспективы / Ф. В. Кивва, О. И. Коваленко // Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития : Сб. науч. трудов по мат. 1-го Междунар. радиоэлектронного форума, 8-10 октября 2002 г. – Х.: ХНУРЭ, 2002. – Ч.2. - С.561-562.

          Коваленко О. И. О некоторых особенностях влияния электромагнитного излучения на биологические объекты разных классов / О. И. Коваленко, Ф. В. Кивва, Л. А. Сукач, С. В. Калиниченко, Е. М. Бабич // Эпидемиология, экология и гигиена : сб. мат. 6-ой итоговой региональной науч.-практ. конф. посвящ. 80-летию санэпидслужбы Украины. – Х., 2003. – Ч.2. - С.92-93.

          Коваленко О. И. Некоторые особенности воздействия низкоинтенсивных ЭМП на живое / О. И. Коваленко, Ф. В. Кивва, С. В. Калиниченко, Л. Н. Мовчан // Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития : Сб. науч. трудов по мат. 2-го Междунар. радиоэлектронного форума, 19-23 сентября 2005 г. - Х.: ХНУРЭ, 2005. - Т.1. - С.70-71.

          Коваленко О.И. Модификация биологической активности семян пшеницы низкоинтенсивным электромагнитным воздействием / О. И. Коваленко, В. В. Литвин, Ф. В. Кивва // Фізичні процеси та поля технічних і біологічних об’єктів : VI Всеукраїнська науково-технічна конференція : тези доповідей. – Кременчук: КДПУ, 2007. - С. 14-16.