p Razprave GOK- 1&1 52~ Piooa abies ('st (I J goo1 SlON, lnStill.xlabioetekttomagoetitoin novo ~ijo. ~ 26<, IIXlO ljutrl,ana. SI..O 2:$1 252 Ružič , R.: Učinki šibkega magnetnega polja na kalitev smreke v stresnih razmerah učinkov, povsem drugače pa je pri_nihajočih magnetnih poljih . (WILTSCHI(() /WILTSCHKO 1995, cit. v RUZIC 1996). Biološki učinki šibkih sinusoidnih magnetnih polj vzbujajo precej pozor- nosti v sodobnih bioelektramagnetnih raziskavah, predvsem zata , ker so ta polja zelo razširjena v našem vsakdanjem okolju, pa tudi zato, ker fizikalna razlaga učinkov šibkih magnetnih polj kljub številnim teorijam še ni povsem pojasnjena. Znana je, da so mladi, hitro rastoči organizmi, kot tudi organizmi izpostavljeni različnim stresnim razmeram v okolju, balj občutljivi na elektro~ magnetna polja (McLEOD et al. 1992, LEAL et al. 1992, BOLOGNANl et al. 1992, WEAVER 1993). Vzrok je verjetno v tem, ker so živi organizmi fizikalno gledano, nelinearni sistemi, ki v svojem razvoju prehajajo različn~ stanja, ki so tudi v različnem času razvoja različno stabilna. Zdi se, da se nekateri učinki magnetnih polj pokažejo le v neravnotežnih razmerah v okolju (t.j . stresnih razmerah), drugače pa jih organizem še uravnoteži in se ne pokažejo. Raziskave kažejo, da motnje v stabilnosti organizma in s tem večje učinke magnetnih polj lahko povzroče viri v okolju kot so škodljive snovi. ekstremne temperature ali mehanske poškodbe (ADEY 1984 McLEOD et al. 1992, BOLOGNANI et al. 1992, BLANK 1 SOO 1993). . O vplivu magnetnih polj na kalitev in rast rastlin so poročali številni raziskovalci (SMITH et al. 1993, WIITEKIND et al. 1990, CZERSKA '/ CASAMENTO 1994), precej manj pa je raziskav opravljenih na gozdnih vrstah drevja (JERMAN et al1989, KRUG 1990, RUŽIČ et al. 1992, 1993). Elektromagnetna polja bi lahko bila tudi eden od sovzrokov za propadanje gozdov (JOOS 1989), saj je škodljivi vpliv kislega dežja in s tem povečane toksičnosti nekaterih elementov v prsti že dolga znan (LJUNGSTROM 1 STJERNQUIST 1993) Da bi testirali pomen stresnega okolja pri izražanju učinkov šibkega magnetnega polja smo v naši raziskavi izvedli poskuse izpostavljanja kalečih semen smreke (Picea abies) 50 Hz magnetnemu polju in hkrati sušnemu stresu ali nizkemu pH. 2 MATERIAL IN METODE 2 MATERIAL AND METHODS 2.1 Rastlinski material 2.1 Plant Material Obravnavano skupino (izpostavljeno magnetnemu polju) je sestavljalo pet petrijevk (9 cm premera s filter papirjem) v katerih je bilo 100 semen smreke (Picea abies (L.) Karsten, Loški potok 1992) razporejenih vzporedno v vrstah, zalivali pa smo jih s 3 ml destilirane vode (čisto ali pripravljeno, kot je opisano v poglavju 'Stresno okolje') pNi dan in 2 ml tretji dan. Kontrolna skupina je bila pripravljena enako in sočasno, le da ni bila izpostavljena magnetnemu polju. Torej je bilo skupno število semen na posamezno sku- pino klic (tretirane ali kontrolo) SOO . 2.2 Stresno okolje 2.2 Stressful Environment Stres z nizkim pH smo izvedli tako, da smo klice zalivali z destilirano vodo, kateri smo pH znižali na pH 2 z O, 1 N H 2 SOJ in tako posnemali razmere kislega dežja. kat so opisane v članku FUTAI 1 HARASHIMA (1990). Pufrov GozdV 56 (1998) 5-6 Ružič , R: Učinki šibkega magnetnega polja na kalitev smreke v stresnih razmerah --. 0 uporabili, namesto tega smo opravili meritve spreminjanja pH vode ~~~semen med kalitvijo._ Ugotovili s~~· da s~ je ~~H pri pH_ 2 ~aztopini "šal do največ pH 2,9, pn pH 7 raztop1n1 pa se Je zn1zal do najvee pH 5,5: ZVI gnetno polje ni vplivalo na spreminjanje pH. ma Sušn1 stres smo posnemali z zalivan jem klic z raztopino polietilenglikola 4000 (PEG) v destilirani vodi (PEG 176 g/1) z osmotskim potencialom Yr:,sm . o 4 MPa (opisano v članku VIRANT-KLUN 1 GOGALA 1995). Poskuse sm~ izvedli tudi s polovično koncentracijo, t.j. 88 g/1 PEG. 2.3 Metoda obsevanja z magnetnim poljem in meritve 2.3 Exposures to Magnetic Field and Measurements v raziskavi smo poskuse izvedli s sinusnim magnetnim poljem frekvence SO Hz in gostote magnetnega pretoka 0,1 OS mT 12 ur dnevno 7 dni. Zaradi majhne gostote magnetno polje ni povzročalo segrevanja tuljav in tako ni vpliva!o na temperaturo svoje okolice. Magnetno polje smo generirali s parom Helmholzovih tuljav, povezanih z ojačevalcem in računalnikom, katerega program je omogočal natančen režim vsakodnevne izpostavitve magnetnemu polju. Os tuljave je bila obrnjena v smeri vzhod~zahod, iz- merjena gostota zemeUskega stafičnega magnetnega polja v času poskusov pa 0,046 mT. Petrijevke so bile postavljene v sredino med parom tuljav kot kaže slika 1. Homogenost magnetnega polja med tuljavama kaže slika 2. Tuljavi sta bili v kartonski škatli, ki je bila izolirana s stiroporom, alu-folijo in ozemljena. Kontrolna podobna škatla je bila 3,5 m oddaljena od škatle s tuljavo. Poskus je potekal v kletni sobi, obdani z drugimi sobami in tako zaščiteni pred zunanjimi temperaturnimi nihanji. Rastnih inkubatorjev ali komor nismo uporabili zaradi prisotnosti zapletenega elektromagnetnega polja v njih; raziskave kažejo, da že elektromagnetna polja tovrstnih naprav sama vplivajo na rezultate (VALTERSSON et al. 1997). Povprečna tempe- ratura v sobi med vsemi poskusi je bila 22±0,6°C, tekom istega poskusa se je spreminjala do največ ±0,2"C, med obravnavano in kontrolno skupino pa ni bilo razlik v temperaturi. Rastnih komor in termostatov nismo uporabili. Rezultati so bili ponovljeni dva do štirikrat: rezultati so podobni. zato je v pričujočem prispevku predstavljena le ena ponovitev. Opravili smo tudi kontrolne poskuse, to so poskusi, kjer so bile petrijevke postavljene v škatlo s tuljavo in v škatlo za kontrolo, tuljava pa ni bila vključena. Sestava raztopi ne za zalivanje ni vplivala na magnetno polje med tuljavama_ Električni tokovi, ki se inducirajo na površini bioloških objektov pri uporabljeni gostoli mag- netnega polja so reda velikosti 0,05 ~A/cm 2 , naravni električni oziroma ionski tokovi v rastlinah pa so reda velikosti 0,4-21JA!cm 2 (GAJŠEK 1993, KRižAJ et al. 1986) Dnevno smo spremljali odstotek vzkaljenih semen; ob koncu poskusa, t.j. 7. dan, pa smo izmerili dolžino posameznih klic t.j. radikul (do mm natančno) in svežo težo vseh klic ene petrijevke (do 1 mg natančno), le to vrednost pa preračunali na 1 OO semen. Rezultati analiz med tre tirano in kontrolno skupino so statistično obdelani s Studentovim t testom za pri- merjavo dveh skupin vzorcev, oziroma st' testom v kolikor je predhodni F test pokazal signifikantno razliko med variancama obeh vzorcev. Rezultati primerjav med posameznimi variantami poskusov niso prikazani. Stopnja tveganja (IJ) je prikazana v tabeli in grafu kot·, kjer pomeni • p < 0,05, *k p <0,01, *** p < 0,001. GczdV 56 (' 998) 5-6 253 Ružt!:. R. : Ucmkl stbkega magr e tnega polJa na ~alitev smreke v stresnth r<:wnerall Slika 1 Shema eksperimentalne opreme (os tuljave leži v smeri vzhod-zahod). En krog predstaVlja 5 petrijevk Figure 1: SchemeofExperimcntal Equipment (Field Axis li as in East- West Direction). One circle reprt~­ sant 5 Petri dishes Stika 2. Pnkaz. homogenosb mag- netnega polja med paroma tulJav Tulja111 ležita na levem tn desnem robu slike. Vred nosu predstavljajo oddaljenost od središča (t.j. O) med tuljavama (v metrih). Temnej~ pol- ja predstavljajo višJe, svellcjša pol- ja pa nižje gostote magnetnega polJa od IZbranega na sreposku:sa o D ST ST ""oltxper>melll N OK lnYn) SN(od N) ... n (g) SN [odnl '· T (JIJie -s· 371 74 110 5 1730 O,lltiO 113 ?l .l tOl BP &BS 11 0.4 K 371 ,. 10 o.• s , .ti60 O.GO Hz O, lOS mT -.ar>SJ on '"'!o ID!o kiiG •IM!M Vo)(lvl111040 ad,....P_._si'esa(PEG pH2) - t r -ofEif«lo ol S...-~ Ffil/ti:,Q Ih n rOII mT"" lhe Gro-<1.' anl ol SptJJ<• S•td 1»!/S o.~ en~(~! cl~ IPEG.P") ~' Utgerw:i !PA.S.S orez: ~neqi p(')ljll IR DrO: l tn!$1"J119G Oktll .. (lonltnlru poskus! {W~/'IOUI M~tgrJ.tJC Ftefr! ot S..trsssful Er:vlftlMl'itf,f [Conrr01 C r~ 011P ..,.gner)$ f>f>O•od 10 IJOOMIJr Fl'tldi K kontrojn3 u uoma ""' (Control Group 01 ~., N oelot,11o tt@'viiO ",~ .,al,en•n scmon ., .5 ~MM niJ 005kv5 (Total N 0oreoJ ()< .,.,.",. .. ••INO'• \1 dan) IPot<-" oi90<"'""':Mi .s...a. (ltn O.,." 140 r 120 1 1 •• gl H ,,. l o ". .. ·~ •o 20 4 !$an , ,din edan • lit day Stlt doy ftl1 ciay O povpc-ečna doli:u10 klif; (~ j rao:kul) 7 -OM (AWYOgeJengthofseedlings(ie r&dicif.r, ST -~ '"'ka tela 1<1< "" peo.,._ (A-Ff!W>IN•,ightol~---· """".ene...._.."."""' post.-..' ~.Tq ~·~· T.-- ol!'-. Rr»fo N"'9 &"." -- (tli.2"C)J PfG - ",...,. ,. 11'1 'lodel ~",..". glyCol '"' "'"'~ ~· l tA "•WIIr'C) .. ...,... ISI _.,. -.,.,.,(1(1 .,.., < ~ofEfieru ol ~~F-50Hz0.105,.To'lnlllc~""-<>'Sv.-ce~ o..-o- "11tlt ~ 1·-a..." fS)".-as lo< C....OV e;.."tC (K) 256 RUžič, R Utinki šibkega magnetnega polja na kalitev smreke v stresnih razmerah -%'(preglednica), prav lako je bila nekoliko manjša sveža teža klic 1n sicer za 7 % ••. Podobno tudi sušni stres izzove učinke magnetnega polja. Pri koncentraciji PEG 88 g/1 je magnetno polje zmanjšalo dolžino klic IJ primerjavi s kontrolo za 20 % .. , svežo težo pa za 14 %*' . Pri koncentraciji PEG 176 g/1 je bila dolžina klic zmanjšana za 33 % ... , sveža teža pa za 11 %'.Samo magnetno polje brez stresnega okolja ni vplivalo na rast klic. tz grafa so razvidni učinki fla kalitev prikazano po dnevih če je bilo prisotno samo magnetno polje, Je bila kalitev samo 4. dan manJša od kon- trole (za 26 %; 5=14, K=19), vendar v nobeni ponovitvi poskusa razlike niso bile statistično značilne. V primeru prisotnosti pH 2 raztopine je bit zaviralni učinek magnetnega polja najbolj opazen v prvih dneh kalitve i~ sicer 4.dan za 55 %\S=S, K=11). S.dan za 14 %'(S=36, K=42), kasneje se je zaviralni učinek postopoma zmanjšal (6. dan še 10 %' .. 8 :61, K=68)) in ga 7. dan ni bilo več. V primeru raz1opine, kije posnemala sušn1 stres, je bil zaviralni vpliv magnetnega polja opazen še tudi 7. dan. Pri PEG 88 g/1 se je vidna kalitev pričela 5. dan in je bila manjša od kontrole za 36% (S"'9, K=14), 6. dan za 6% (S=38, K=40) in 7. dan za 16 %*' (8=49 K=58). Pri večji koncentraciji PEG (176 g/1) se je VIdna kalitev pričela šele 6 dan. kalitev pa je bila manjša od kontrole za 66 %*• (S=S. K=14) in 7. dan za 51 %' .. (5=15, K=31) . 4 DISKUSIJA 4 DISCUSSION Dosedanje raziskave poročajo tako o zaviralnih kot o pospeševalnih učinkih šibkih magnetnih polj (SMITH et al. 1993, SINGH et al. 1995, WITIEKIND et al. 1990, BROERS et al 1992, HOANG-NEMETH 1993), naši rezultat! pa so pokazali, da tudi takrat. kadar učinkov polja ni, še ne pomeni, da se ne bodo pokazali v stresnih razmerah . Absolutnih vrednosti rasti in kalitve med posameznimi poskusi ne smemo primerjati, ker so bili izvedeni v različnih mesecih in je bila variabilnost med njimi velika. Tako iz preglednice kot iz grafa je razvidno, da so bili zaviralni učinki opazni v razmerah sušnega stresa ali nizkega pH, v normalnih razmerah, ko je bila uporabljena samo destillrana voda, pa magnetno polje ni imelo učinkov. Zdi se, da je magnetno polje ojača lo učinke že prisotne ga stresa. To pomeni, da pn ugotavljanju biološkega učinkovanja magnetnih polj ni dovolj samo preučevanje različnih gostot in frekvenc magnetnega polja, pač pa je zelo pomembno tudi okolje in s tem fiziološko stanje organizma, kar ugotavljajo tudi drugi raziskovalci. Učinki se namreč lahko pri istem magnetnem pclju v drugačnih razmerah v okolju celo obme jo, npr. iz zaviralnega v pospeše- valna ali obratno (RULIČ 1996). Najverjetneje magnetno polje deluje na plazma membrane celic. Znano je, da je membranski potencial celic v stresnih razmerah znižan, zaradi česar so celice bolj vzdražljive. Magnetno polje bi tako lažje vplivalo na prenos fiziološko pomembnih ionov in s tem na metabolne reakcije (HEPLER 1 WAYNE 1985). Zaradi pomanjkanja poskusov in neposrednih opazovanj v naravi še ne poznamo prave vloge šibkih elektromagnetnih polj, ki na rastline delujejo skupaj l vse številnejšimi onesnaževalci. Čeprav laboratoriJSkih rezultatov ne moremo neposredno prenašati v naravne razmere, pa naši poskus1 kažejo, da i ma stresno okolje skupaj z določenimi magnetnimi viri lahko močnejše učinke, kot če bi delo- valo samo brez prisotnih magnetnih polj. GozdV 56 (1998) 5-6 Ružič , R. : Učink i šibkega magnetnega polja na kalitev smreke v stresnih razmerah -----5 VIRI S REFERENCES ADEY. w. R., 1984. Nonlinear, nonequ ilibriu m aspects of e lectromagnel ic field interactions at cel! membran es.- V Nonlinear electrodynamics in biological systems. (Ur. W.R. ADEY, A.F. LAWRENCE). Plenum Publ. Corp., New York. s. 3-22. BLANK. M. 1 SOO, L., 1993. 60Hz electric and magnetic fields have opposite effects on Na,K-ATPase activity.- V BEMS Sixteer;\h Annual Meeting, Copenhagen, Denmark, June 12-16, 1994. Abstract book s. 139. BOLOGNANI, L. 1 FRANClA, F. 1 VENTURELLI, T. 1 VOLPI, N., 1992. Femenlative activily of cold-stressed yeast and effect of electromagnetic pulsed field.- Electra- and Magnetobiology, 11, 1, s. 11-17. BROERS, D./ K RAPE. LIN. ~-! LAMP~ECHT, 1./.SCHULZ, O .. 1992. Mycotypha africana in low-level athermic ELF magnetic fields.- Bioelectrochem1stry and Bloenerget1cs. 27. s. 281-291. CZERSKA. z. A.l CASAMENTO, J. P .. 1994. An effect of very weak electromagnetic fields on seeds sprouting and plant growth- ln BEMS Sixteenth Annual Meeting, Copenhagen. Oenmark, June 12-16, 1994. Abstract book., s. 134. FUTAI. K.; HARASHIMA, S., 1990. Effect of sfimulated acid mist on pine will disease.- Journal of Japanese Forest Sci- ence. 72, 6, s. 520-523. GAJŠEK. P. 1993. Elektromagnetna sevanja in širjenje valovanja.- Strokovni seminar o neionizirnih sevanjih, Ljubljana 12. maJ 1993, s. A 1-19. HEPLER. P. 1 WAYNE, R. 0., 1985. Ca lei um and plant development.- Annual Review of Plant Physiology, 36, s. 397-439. HOANG-NEMETH, T. S. 1 THUROCZV, Gy. 1 SZABO, L. D., 1993. Morphological and enzymatic effects of microwave rad1at10n and magnetic fields on pea (Pisum sa/ivum) seedlings.- Transactions of the Second Congress of EBEA. Bled Slovenia, December 9-11, 1993, F aculty of Electrical and Computer Engineering. Ljubljana, s. 89. JERMAI\1,1./ JEGLIČ, A./ FEFER, D. 1989. Magnetna stimulacija normalnih in prirezanih smrel