CC BY
14
Труды Кольского научного центра РАН. Прикладная экология Севера. Вып. 9. 2021. Т. 12, № 6. С. 201-205. Transactions of the Kda Science Centre. Applied Ecology of the North. Series 9. 2021. Vol. 12, No. 6. P. 201-205.
Научная статья УДК 58.057
doi:10.37614/2307-5252.2021.6.12.9.028
ДОЗИМЕТРИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ПРИМЕРЕ СЕМЯН САЛАТА
ПРИ ЭКСПОНИРОВАНИИ НА БИОСПУТНИКЕ «БИОН-М» № 1
Ольга Алексеевна Иванова, Наталия Геннадьевна Платова, Раиса ВладимировнаТолочек, Вячеслав Александрович Шуршаков
Государственный научный центр Российской Федерации — Институт медико-биологических проблем Российской академии наук, Москва, Россия; olivette@mail.ru
Аннотация
Изучены цитогенетические характеристики семян салата посевного Lactuca sativa L., экспонированные в сборке, расположенной внутри биоспутника «Бион-М» № 1. Поглощенная доза по твердотельным дозиметрам, помещенным внутри сборки, составила 58 ± 3 мГр. Выявлено достоверное (p < 0,001) увеличение процента клеток с хромосомными аберрациями, клеток с множественными аберрациями, а также процента хромосомных мостов и фрагментов; процент хроматидных мостов и фрагментов существенно не увеличен. При этом энергия прорастания и всхожесть семян полётного варианта остаётся на уровне контроля — 99-100 %. Ключевые слова:
космическая радиация, биоспутник «Бион-М» № 1, семена салата, хромосомные аберрации, Lactuca sativa Благодарности:
работа выполнена при поддержке программы фундаментальных исследований Государственного научного центра Российской Федерации — Института медико-биологических проблем Российской академии наук, тема 65.2.
Original article
DOSIMETRIC SUPPORT OF BIOLOGICAL EXPERIMENTS ON AN EXAMPLE OF LETTUCE SEEDS EXPOSED ON BION-M1 BIOLOGICAL SATELLITE
Olga A. Ivanova, Natalya G. Platova, Raisa V. Tolochek, Vyacheslav A. Shurshakov
Institute of Biomedical Problems of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; olivette@mail.ru
Abstract
The cytogenetic characteristics of Lactuca sativa lettuce seeds exposed in a package located inside the Bion-M1 biosatellite were studied. The absorbed dose according to solid-state dosimeters placed inside the package was 58 ± 3 mGy. There was a significant (p < 0,001) increase in the percentage of cells with chromosome aberrations, cells with multiple aberrations, as well as the percentage of chromosomal bridges and fragments; the percentage of chromatid bridges and fragments was not significantly increased. At the same time, the seed vigor and germinating ability of the flight samples remain at the control level of 99-100 %.
© Иванова О. А., Платова Н. Г., Толочек Р. В., Шуршаков В. А., 2021
Keywords:
space radiation, Bion-M1 biosatellite, lettuce seeds, chromosome aberrations, Lactuca sativa Acknowledgments:
this work was supported by the Russian Science Foundation fundamental research program of the State Scientific Center of the Russian Federation — Institute of Biomedical Problems of the Russian Academy of Sciences, project 65.2.
Введение
Радиация является неустранимым фактором космического полёта. Основные источники космической радиации — галактические космические лучи (ГКЛ), солнечные космические лучи и радиационные пояса Земли (РПЗ). На человека и биологические объекты, находящиеся на борту, действует сложный состав космического излучения, различные параметры которого необходимо принимать во внимание при оценке биологических эффектов. Биоспутник «Бион-М» № 1 — это космический аппарат, летавший в автоматическом режиме и предназначенный для изучения влияния факторов космического полёта на биологические объекты. Внутри биоспутника функционировала система жизнеобеспечения экспериментальных животных, поддерживались в заданном диапазоне температура и параметры воздушной среды [Сычев и др., 2014]. Полёт проходил с 19 апреля по 19 мая 2013 г. в течение 30 суток по околокруговой орбите на высоте 575 км с углом наклона 64,9 ° в условиях невозмущенной радиационной обстановки и при отсутствии солнечных протонных событий. Семена салата Lactuca sativa используются в качестве модельного биообъекта в космических радиобиологических экспериментах на биоспутниках и орбитальных станциях [Каминская и др., 2009].
Цель данной работы — сопоставление данных радиационной дозиметрии с цитогенетическими показателями в корневой меристеме проростков салата Lactuca sativa, полученных из экспонированных на биоспутнике и из контрольных семян.
Материалы и методы
Радиационная обстановка контролировалась с использованием активных и пассивных дозиметров. Путем совместного анализа данных термолюминесцентных и твердотельных трековых детекторов были измерены коэффициент качества излучения и интегральная эквивалентная доза [Иноземцев и др., 2015]. Для измерения динамики мощности дозы вдоль траектории движения спутников использовался кремниевый полупроводниковый детектор — дозиметр-радиометр РД3-Б3 (изготовитель — ИКИТ БАН, Болгария), полученные данные сравнивались с моделями захваченной космической радиации. Вклад вторичных нейронов оценивался с помощью пузырьковых детекторов (изготовитель Bubble Technology, Канада). Внутри биоспутника были размещены четыре сборки пассивных детекторов (СПД) в местах с различной толщиной защиты. В данной работе представлены данные по сборке СПД-4, которая располагалась рядом с прибором РД3-Б3. В сборках находились термолюминесцентные и твердотельные трековые детекторы исследователей из различных стран совместно с семенами салата, упакованными в полотняный мешочек.
В эксперименте использовали семена салата посевного Lactuca sativa сорта Московский парниковый урожая 2012 г., выращенные в условиях защищенного грунта ФГБУН «Федеральный научный центр овощеводства». Через пять суток после приземления биоспутника семена замачивали в чашках
Петри на фильтровальной бумаге, смоченной дистиллированной водой, и помещали на сутки в холодильник при t = 4 °С, а затем проращивали при комнатной температуре. Отмечали энергию прорастания как процент семян, проросших на третьи сутки, и всхожесть — на седьмые сутки. Использовали ана-телофазный метод учёта хромосомных аберраций в первом митозе корневой меристемы. Проростки фиксировали в ацеталкоголе, окрашивали орцеином и делали временные препараты. Для каждого варианта было просмотрено по тридцать корешков, в каждом корешке учитывали все делящиеся клетки. Статистический анализ проводили с помощью ¿-критерия Стьюдента.
Результаты и обсуждение
Данные РД3-Б3 позволили по методике профессора Ц. Дачева определить отдельный вклад в дозу различных источников ионизирующего излучения ^аЛеу et а1., 2013]. Так, для орбиты «Бион-М» № 1 ГКЛ дают 12 %, протоны внутреннего РПЗ — 87 % и релятивистские электроны внешнего РПЗ — 1 % в полную эквивалентную дозу. Вклад вторичных нейронов, образующихся при взаимодействии с веществом космического аппарата протонов внутреннего РПЗ и частиц ГКЛ, составил около 5 % внутри относительно небольшого и легкого (три тонны) биологического спутника. Данные по дозам внутри сборок СПД представлены в работах [Иноземцев и др., 2015; АтЬгогоуа et а!., 2017].
■-С
с-
5~
QJ с;
1,5 -| —I—■ □ контроль
1,0----j—1—i ■ СПД-4
0,5
_
т
т
т
клетки с хромосомными клетки с множественными аберрациями хромосомными
аберрациями
Рис. 1. Процент клеток с аберрациями в корневой меристеме проростков салата Lactuca sativa в контрольном и полетном (СПД-4) вариантах
Поглощенная доза внутри сборки СПД-4 составила 58 ± 3 мГр. Энергия прорастания и всхожесть контрольных и полётных семян достигали 99-100 %. Среднее количество клеток в стадиях ана-телофазы существенно не менялось. Процент клеток с хромосомными аберрациями и клеток с множественными хромосомными аберрациями (рис. 1) был достоверно повышен у полётного варианта по сравнению с контрольным (р < 0,001). При этом основной вклад вносили хромосомные мосты и фрагменты, процент которых был достоверно повышен (р < 0,001), а процент хроматидных мостов и фрагментов существенно
не отличался от контроля (рис. 2). Вероятно, такой уровень хромосомных аберраций при небольшой поглощенной дозе определялся вкладом тяжелых ионов, биологическая эффективность которых весьма высока [Невзгодина и др., 1990]. Близкий уровень хромосомных аберраций наблюдался при облучении семян салата ионами аргона [Платова и др., 2016] и углерода [Платова и др., 2019].
Рис. 2. Типы хромосомных аберраций в клетках корневой меристемы проростков Lactuca sativa в контрольном и полетном (СПД-4) вариантах
Заключение
Факторы космического полёта не оказали влияния на энергию прорастания и всхожесть семян, экспонированных в сборке СПД-4, но вызвали достоверное повышение процента клеток с хромосомными аберрациями и множественными хромосомными аберрациями в полетном варианте.
Список источников
Иноземцев К. О., Кушин В. В., Толочек Р. В., Шуршаков В. А. Измерение доз и спектров линейной передачи энергии космического излучения внутри биологического спутника «БИОН-М1» // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2015. Т. 49, № 2. С. 16-22.
Каминская Е. В., Невзгодина Л. В., Платова Н. Г. Биообъекты и биологические методы оценки воздействия космической радиации // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2009. Т. 43, № 5. С. 8-12.
Невзгодина Л. В., Григорьев Ю. Г., Маренный А. М. Действие тяжелых ионов на биологические объекты. М.: Энергоатомиздат, 1990. 216 с.
Сычев В. Н., Ильин Е. А., Ярманова Е. Н., Раков Д. В., Ушаков И. Б., Кирилин А. Н., Орлов О. И., Григорьев А. И. Проект «БИОН-М1»: общая характеристика и предварительные итоги // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2014. Т. 48, № 1. С. 7-14.
Платова Н. Г., Лебедев В. М., Спасский А. В., Толочек Р. В., Труханов К. А. Хромосомные нарушения в семенах салата при комбинированном последовательном воздействии ускоренных ионов аргона и гипомагнитных условий // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016. Т. 50, № 3. С. 35-41.
Платова Н. Г., Лебедев В. М., Спасский А. В., Труханов К. А. Хромосомные аберрации в корневой меристеме проростков салата при облучении семян ускоренными ионами углерода и прорастании в гипомагнитных условиях // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2019. Т. 53, № 4. С. 93-100. DOI: 10.21687/0233-528X-2019-53-4-93-100
Ambrozova I., Pachnerova Brabcova K., Kubancak J., Slegl J., Tolochek R. V., Ivanova O. A, Shurshakov V. A. Cosmic radiation monitoring at low-Earth orbit by means of thermoluminescence and plastic nuclear track detectors // Radiation Measurements. 2017. V. 106. P. 262-266. D01:10.1016/j.radmeas.2016.12.004
Dachev T. P., Tomov B. T., Matviichuk Yu. N., Dimitrov Pl. G., Bankov N. G., Shurshakov V. А., Ivanova O. A., Häder D.-P., Schuster M. T., Reitz G., Horneck G. "BION-M" No. 1 spacecraft radiation environment as observed by the RD3-B3 radiometer-dosimeter in April-May 2013 // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2015. V. 123. Р. 82-91. DOI: 10.1016/j.jastp.2014.12.011
References
Ambrozova I., Pachnerova Brabcova K., Kubancak J., Slegl J., Tolochek R. V., Ivanova O. A., Shurshakov V. A. Cosmic radiation monitoring at low-Earth orbit by means of thermoluminescence and plastic nuclear track detectors // Radiation Measurements. 2017. V. 106. P. 262-266. D0I:10.1016/j.radmeas.2016.12.004
Dachev T. P., Tomov B. T., Matviichuk Yu. N., Dimitrov Pl. G., Bankov N. G., Shurshakov V. А., Ivanova O. A., Häder D.-P., Schuster M. T., Reitz G., Horneck G. "BION-M" No. 1 spacecraft radiation environment as observed by the RD3-B3 radiometer-dosimeter in April-May 2013 // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2015. V. 123. Р. 82-91. D0I:10.1016/j.jastp.2014.12.011 Inozemtsev K. O., Kushin V. V., Tolochek R. V., Shurshakov V. A. Measurement of space radiation doses and linear energy transfer spectra inside biological satellite BION-M1 // Aerospace and Environmental Medicine. 2015. Vol. 49, No 2. P. 16-22.
Kaminskaya E. V., Nevzgodina L. V., Platova N. G. Bio-objects and biological methods of space radiation effects evaluation // Aerospace and Environmental Medicine. 2009. Vol. 43, No 5. P. 8-12.
NevzgodinaL. V., Grigoryev Yu. G., Marennyy A. M. Deystviye tyazhelykh ionov na biologicheskiye ob"yekty. M.: Energoatomizdat, 1990. 216 p.
Platova N. G., Lebedev V. M., Spassky A. V., Tolochek R. V., Trukhanov K. A. Chromosomal disorders in lettuce seeds due to combined sequential exposure to accelerated ions of argon and hypomagnetic environment // Aerospace and Environmental Medicine. 2016. Vol. 50, No 3. P. 35-41.
Platova N. G., Lebedev V. M., Spassky A. V., Trukhanov K. A. Chromosomal aberrations in the lettuce sprout root meristem after seed irradiation by accelerated carbon ions and germination in hypomagnetic environment // Aerospace and Environmental Medicine. 2019. Vol. 53, No 4. P. 93-100. DOI: 10.21687/0233-528X-2019-53-4-93-100
Sychev V. N., Ilyin E. A., Yarmanova E. N., Rakov D. V., Ushakov I. B., Kirilin A. N., Orlov O. I., Grigoriev A. I. The BION-M1 project: overview and first results // Aerospace and Environmental Medicine. 2014. Vol. 48, No 1. P. 7-14.
Статья поступила в редакцию 31.05.2021; одобрена после рецензирования 10.10.2021; принята к публикации 18.10.2021.
The article was submitted 31.05.2021; approved after reviewing 10.10.2021; accepted for publication 18.10.2021.
