Ранее проведенные методом градиентного ЯМР исследования влияния объемного давления (гипербарии) на трансляционный перенос воды в растительных тканях показали относительно широкий спектр ответных реакций растений на фактор давления (Анисимов, Суслов, Абдрахимов, и др.2013,2014,2016, 2019)

В частности, продемонстрировано влияние гипербарии на образование кластерных агрегатов из элементов эндомембранной системы, локальных деструкций тонопласта, эффект кислородного допинга, вследствие увеличения под давлением концентрации в растворенного в воде кислорода и др. Эти результаты, мотивировали к постановке задач детализации мишеней давления с надеждой коррекции представлений о механизмах регуляции трансляционного переноса воды по разным путям растительной ткани (симпластному, трансклеточному, апопластному), реакции переноса воды через аквапорины с оценкой гипотезы о возможности насосной функции последних ., исследовании феномена полярности транспорта воды. В этой связи перспективными представляются исследования переноса при приложении одномерного давления, которое может генерироваться центробежной силой. В свою очередь возникает методическая задача совмещения техники контроля переноса воды с техникой создания центробежной силы. В качестве техники контроля переноса информативным и технически адекватным задаче является спин-эхо метод ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля – градиентный ЯМР (Анисимов 2021).

В работе описывается комплекс: градиентный ЯМР на центрифуге, состоящий из трех переносимых самодостаточных блоков:1. портативного блока градиентного ЯМР, с возможностью работы в классическом варианте стационарного спин-эхо ЯМР релаксометра-диффузометра; 2. специализированной центрифуги; 3. компьютера для управления и сбора информации. Особенностью градиентного ЯМР является: 1. полностью автономная система термостатирования образца, на диапазон температур -5 -+80С, построенная на термомодулях Пельтье, с охлаждением последних водой, циркулирующей по замкнутому контуру; 2.возможность приложения вектора центробежной силы под любым углом к продольной оси образца, благодаря подвижной подвеске магнита диффузометра, 3.автономная цифровая система управления импульсными последовательностями и регистрации сигналов намагниченности с передачей экспериментальных данных на компьютер по радиоканалу. Двухканальный блок импульсного градиента с градиентами соответственно в Z и Y направлениях величиной до 4 Т\м.

Центрифуга выполнена в виде пяти опорной симметричной консоли, с закрепленной осью вращения для ротора которым является собственно блок ЯМР. На оси вращается приводной шкив, одновременно являющийся приводным элементом кулачковой муфты. Ответная часть муфты выполнена в виде ложемента для установки блока градиентного ЯМР. В свою очередь ложемент установлен на каретку, которая обкатывается по плоскому опорному кольцу, закреплённому по периметру опорной консоли. Кольцо служит для предотвращения возможности аварийного опрокидывания блока ЯМР во время вращения. Безопасность работы экспериментатора установка обеспечивается защитным цилиндром из полиэтилена высокого давления с внешним бандажом из стальной сетки и ограничением скорости вращения центрифуги величиной g не более единицы.

Комплекс может быть использован и для исследования влияния на биологические объекты гипергравитации и ускорения в рамках задач космической биологии и медицины.

Литература

1.Anisimov A. Gradient NMR method for studies of water translational diffusion in plants // Membranes. – 2021. – V. 11, No. 7. – P. 487.

2.Абдрахимов, М. А. Суслов, А. В. Анисимов // Цитология. — 2013. — Т. 55, 6. — C. 414-420.

3.Anisimov and M. A. Suslov. The Effect of External Gas Pressure on the

Magnetic Relaxation of Water in Plant Cell, Biophysics, 2016, Vol. 61, 67–72.

4.Suslov, M.A. Anisimov, //Environmental and experimental botany .2019 v162 239-246

5.Anisimov, A.V.; Suslov, M.A.; Alyab’ev, A.Y. J. Plant. Physiol. 2014, 61, 512–520.

6.Anisimov, A.V.; Dautova, N.R.; Suslov, M.A.. Protoplasma. 2019, 256, 1425–1432.



Работа поддержана грантом № 22-74-10087 Российского научного фонда

Previously, studies conducted by gradient NMR on the effect of bulk pressure (hyperbaria) on translational water transport in plant tissues showed a relatively wide range of plant responses to the pressure factor (Anisimov, Suslov, Abdrakhimov, et al.2013,2014,2016, 2019) In particular, the effect of hyperbaria on the formation of cluster aggregates from elements of the endomembrane system, local destruction of the tonoplast effect of oxygen doping, due to an increase under pressure in the concentration in dissolved oxygen was demonstrated. These and other results, have motivated the tasks of detailing the targets of pressure on translational water transport by different pathways (symplast, transcellular transport), the reaction of water transport through aquaporins with the prospect of evaluating the hypothesis of the possibility of pumping function of aquaporins. and the study of the water transport polarity phenomenon. In this connection, studies of transport under one-dimensional pressure seem promising, which can be generated by centrifugal force. In its turn, there is a methodical problem of combining the technique of controlling water transfer with the technique of generating centrifugal force. As a transfer control technique informative and technically adequate to the task is the spin-echo NMR method with a pulsed magnetic field gradient - gradient NMR (Anisimov 2021).

The work describes a complex: gradient NMR on a centrifuge, consisting of three portable self-sufficient units:1. portable unit of gradient NMR, with the possibility of working in the classical version of a stationary spin-echo NMR relaxometer-diffusion meter; 2. specialized centrifuge; 3. computer for control and information gathering.

A feature of gradient NMR is: 1.fully autonomous sample thermostat system, for the temperature range -5-+80C, built on Peltier thermomodules, with cooling of the latter with water circulating through a closed loop; 2.possibility of applying the vector of centrifugal force at any angle to the longitudinal axis of the sample, thanks to the movable suspension of the diffuser magnet, 3.autonomous digital control system of pulse sequences and magnetization signal registration with transfer of experimental data to the computer via a radio link. Block of pulse gradient is made two-channel with gradients, respectively, along the Z and Y directions of up to 4 Т/m.

The centrifuge is designed as a five-supported symmetric cantilever, with a fixed rotation axis for the rotor - the NMR unit itself. The drive pulley rotates on the axis, which is also a drive element of the cam coupling. Responsive part of the coupling is made in the form of a tray for installation of gradient NMR unit. In turn, the tray is mounted on the carriage, which rolls on a flat support ring attached to the perimeter of the support console. The ring serves to prevent the possibility of accidental overturning of the NMR unit during rotation. Safety of experimenter's work is provided by protective cylinder made of high pressure polyethylene with external bandage made of steel mesh and limitation of centrifuge rotation speed by value g not more than one.

The complex can be also used for investigations of hypergravity and acceleration influence on biological objects within the frames of problems of space biology and medicine.

Literatur

1. Anisimov A. Gradient NMR method for studies of water translational diffusion in plants // Membranes. – 2021. – V. 11, No. 7. – P. 487.

2. Abdrakhimov, M.A. Suslov, A.V. Anisimov // Cytology. - 2013. - Т. 55, 6. - C. 414-420.

3. Anisimov and M. A. Suslov. The Effect of External Gas Pressure on the

Magnetic Relaxation of Water in Plant Cell, Biophysics, 2016, Vol. 61, 67–72.

4.Suslov, M.A. Anisimov, //Environmental and experimental botany .2019 v162 239-246

5.Anisimov, A.V.; Suslov, M.A.; Alyab’ev, A.Y. J. Plant. Physiol. 2014, 61, 512–520.

6.Anisimov, A.V.; Dautova, N.R.; Suslov, M.A.. Protoplasma. 2019, 256, 1425–1432.



This work was supported by Grant No. 22-74-10087 of the Russian Science Foundation