無線周波数放射線を発する機器の普及によって、300MHz～300GHzの電磁場(EMF)ばく露が増加した。このような電磁場ばく露による様々な生物学的影響がこれまで伝えられてきたが、植物に関する研究はほとんど行われていない。本研究は、アオウキクサLemna minorにおいて、無線周波数EMFばく露後の生理的反応、特に観察された影響での酸化的ストレスの役割を明らかにする目的で行われた。アオウキクサは、10、23、41、120Vm-1の電磁場強度の400MHzと900MHzのEMFに2時間ばく露した。長期ばく露(4時間)と変調の影響も調査された。ばく露後、HSP70発現とともに、脂質過酸化反応、H2O2容量、抗酸化酵素の活性とアイソザイム型のような酸化的ストレスのパラメータが求められた。400MHzでは、脂質過酸化反応とH2O2容量が23Vm－1と120Vm－1のEMFばく露後、アオウキクサで目立って上昇したが、他のばく露処理では影響は見られなかった。対照群と比較して、抗酸化酵素の活性は次のような異なる反応を示した。カタラーゼ(CAT)活性は最も強いばく露の後上昇したが、ピロガロール(PPX)活性とアスコルビン酸ペルオキシターゼ(APX)活性は変わらなかった。例外としては、23Vm－1での長期ばく露後PPX活性とAPX活性が弱くなり、10Vm－1と120Vm－1でのばく露後PPX活性が上昇したことだった。これと対照的に、900MHzでは、ほとんどすべてのばく露処理で脂質過酸化反応とH2O2容量のレベルが上昇したが、PPX活性はほとんどの場合で下がり、CAT活性には影響は見られなかった。例外としては、変調電磁場と120Vm－1電磁場へのばく露がPPX活性とCAT活性を上昇させたことだった。この周波数では、APX活性は10Vm－1ばく露後と23Vm－1での長期ばく露後に大きく下がったが、23Vm－1での短期ばく露後は上昇した。両方の周波数で、抗酸化酵素のアイソザイム型やHSP70レベルに関してばく露植物と対照植物とで違いは見られなかった。今回の結果では、調査された無線周波数電磁場の非熱ばく露は、特に抗酸化酵素のあいまいなストレス反応とともにアオウキクサの酸化的ストレスを誘発することを示した。しかし、観察された影響は、他のばく露パラメータ(強度、変調、ばく露時間)とともに、適用された場の周波数に強く左右された。特に900MHzのEMFばく露による抗酸化酵素活性の低下に付随して起こった脂質過酸化反応とH2O2容量の上昇は、酸化的反応は抗酸化酵素活性の変化がその原因の一つである可能性を示している。
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To study the physiological responses of the duckweed after exposure to radiofrequency electromagnetic fields, and in particular, to clarify the possible role of oxidative stress.
Cadmium and heat (42°C, 2h) were used for positive controls.
| 周波数 | 400–900 MHz |
|---|---|
| タイプ |
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| 特性 |
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| ばく露時間 | continuous for 2 h |
| Additional information | 400 and 900 MHz were used |
| Modulation type | CW |
|---|
| ばく露の発生源／構造 |
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|---|---|
| ばく露装置の詳細 | Five plastic Petri dishes were placed in the GTEM cell in the same plane but perpendicular to the field. The area where plants were placed had the most uniform field distribution (±0.1 dB) as tested with an electric probe. |
| Sham exposure | A sham exposure was conducted. |
| Additional information | The temperature inside the GTEM cell and on the plant surface did not vary by more than ±0.1 °C. |
At 400 MHz, lipid peroxidation and hydrogen peroxide content were significantly enhanced in duckweed exposed to electromagnetic fields of 23 and 120 V/m, while other exposures did not have an effect.
Compared to the controls, catalase enzyme activity increased after most exposure treatments while pyrogallol and ascorbate peroxidase enzyme activities were not changed. Exceptions were reduced pyrogallol and ascorbate peroxidase enzyme activity after longer exposure at 23 V/m and increased pyrogallol enzyme activity after exposures at 10 and 120 V/m.
By contrast, at 900 MHz almost all exposure treatments significantly increased lipid peroxidation and hydrogen peroxide content but mostly decreased pyrogallol enzyme activity and did not affect catalase enzyme activity. Exceptions were exposures to a modulated electromagnetic field and to the electromagnetic field of 120 V/m which increased pyrogallol and catalase enzyme activity. At this frequency ascorbate peroxidase activity was significantly decreased after exposure at 10 V/m and longer exposure at 23 V/m but it increased after a shorter exposure at 23 V/m.
At both frequencies no differences in isoenzyme patterns of antioxidative enzymes or HSP70 level were found between control and exposed plants.
The data showed that non-thermal exposure under these experimental conditions induced oxidative stress in duckweed as well as unspecific stress responses, especially of antioxidative enzymes. However, the effects markedly depended on the electromagnetic field frequencies applied as well as on other exposure parameters (field strength, modulation and exposure time).
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