CC BY
24
УДК 630*165.43:539.16.04
ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ОБЛУЧЕНИЯ
А. В. Скок, канд. биол. наук, доцент; С. Н. Шлапакова, канд. биол. наук, доцент,
ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический университет», пр-т Станке-Димитрова, 3, г. Брянск, Россия, 241037 E-mail: [email protected]
Аннотация. Ионизирующее облучение поражает весь генетический аппарат клетки. Целью исследований явилось изучение изменчивости митотической активности тканей сосны обыкновенной в различных зонах, в том числе и в зоне отчуждения, ЧАЭС Южного Нечерноземья РФ. Пробные площади располагаются на территории Южного Нечерноземья с разным уровнем радиоактивного загрязнения в ГКУ Брянской области «Клинцовское лесничество». Контроль располагается в относительно чистой зоне в ГКУ Брянской области «Учебно-опытное лесничество». Насаждения сосны обыкновенной испытывают существенное влияние хронического ионизирующего облучения: повышена митотическая активность клеток при минимальной мощности экспозиционной дозы, увеличено количество клеток в метафазе, телофазе, количество анафаз с мостами, с отставанием и одновременным выходом и отставанием хромосом. C увеличением мощности экспозиционной дозы наблюдается тенденция увеличения активности деления клеток, усиления мутационных процессов.
Ключевые слова: сосна обыкновенная; ионизирующее излучение; митоз; митотический индекс; хромосомные аберрации.
Введение. Ионизирующее облучение поражает весь генетический аппарат клетки, а не только специфические его участки. Наиболее чувствительны стадии гаметогенеза, зиготы и молодых проростков [3]. Радиоустойчивость клеточных ультраструктур, от которых зависят митоз, мейоз и оплодотворение, крайне слаба. Поэтому даже незначительное повышение уровня ионизирующей радиации способствует активации мутационного процесса. На территориях с хроническим ионизирующим облучением у хвойных увеличивается частота возникающих мутаций в зависимости oт уровня радиоактивного загрязнения [4, 9].
Цель исследований - изучение изменчивости митотической активности тканей сосны обыкновенной в различных зонах, в том числе и в зоне отчуждения, ЧАЭС Южного Нечерноземья РФ.
Пробные площади (1111) располагаются на территории Южного Нечерноземья с разным уровнем радиоактивного загрязнения в ГКУ Брянской области «Клинцовское лесничество»: в зоне отчуждения (плотность загрязнения почвы свыше 80 К^км2) кв.4, ПП№ 31, МЭД=643 мкР/ч; плотность загрязнения почвы 40-80 К^км2, кв.21, ПП№ 35,
МЭД=239 мкР/ч; в зоне проживания с правом на отселение (плотность загрязнения почвы 5,1-15 Ku/км2) кв.16, ПП №36, МЭД=204 мкР/ч, ПП №37, МЭД=192 мкР/ч и кв.14, ПП №32, МЭД=40 мкР/ч. Контроль располагается в относительно чистой зоне в ГКУ Брянской области «Учебно-опытное лесничество» с плотностью загрязнения менее 1 Ku/км2 - кв.75, ПП№ 15, МЭД=12 мкР/ч.
Методика. Измерение мощности экспозиционной дозы (МЭД) проводили на почве и на высоте 1 м от почвы дозиметром ДРГ - 01Т с точностью до 1 мкР/ч.
На каждой ПП с 10-15 модельных деревьев собирали шишки. Семена проращивали на влажной фильтровальной бумаге в термостате при t=+25 о С. Корешки проростков длиной 0,5-1 см фиксировали в смеси 96% этилового спирта и ледяной уксусной кислоты (3:1), после чего хранили в холодильнике при t +4 о С. Окрашивали корешки в растворе ацетокарми-на путем трехкратного доведения раствора на водяной бане до легкого кипения. В перерывах между нагреваниями раствор с корешками охлаждали до комнатной температуры и оставляли до утра. Мацерацию корешков проростков проводили в сильном растворе хло-
ралгидрата (5 г вещества на 2,5 мл дистиллированной воды) в течение 3 ч и в 18% -ном растворе соляной кислоты - 5 мин. Корешки промывали дистиллированной водой и готовили временные, "давленые", препараты, которые изучали под микроскопом МБИ-6. Для каждого варианта опыта просматривали по 20 препаратов, на которых учитывали общее число, количество делящихся клеток [8].
Митотический индекс (МИ) и число патологических митозов (ПМ) включены в шкалу критериев цитогенетического мониторинга. Число ПМ отражает степень влияния ионизирующего излучения и помогает отслеживать его интегральный эффект [5].
Вычислялся МИ и определялась относительная продолжительность фаз митоза с учетом количества клеток, находящихся в определенной фазе митоза. МИ определялся как количество делящихся клеток от их общего числа (%), относительная продолжительность фаз митоза (%) - как количество клеток в определенной фазе от количества делящихся [10].
Результаты. Действие ионизирующего излучения в малых дозах МЭД=40 мкР/ч (1111 №32) простимулировало скорость деления клеток - МИ (7,62%) имеет максимальное значение (таблица). Минимальное значение МИ (5,88%) наблюдалось при МЭД=204 мкР/ч (ПП№ 36). Существенный рост МИ по сравнению с контролем установлен при МЭД=40 мкР/ч (ПП №32), 1факт>Ъабл при Р=95,0%.
Увеличение МЭД изменило продолжительность фаз митоза, т.е. количество клеток, находящихся в отдельных фазах.
По сравнению с контролем существенно уменьшено количество клеток в стадии профазы при МЭД=40 мкР/ч (ПП №32), Ьфакт > 1табл при Р=95,0% и при МЭД=192 мкР/ч (ПП №37), Ьфакт > "Ьгай, при Р=99,0%, где отмечена минимальная продолжительность профазы. Достоверно увеличено количество клеток в стадии профазы в варианте с МЭД=643мкР/ч (ПП №31) и с МЭД=192 мкР/ч (ПП №37), Ьфакт > "Ьгабл при Р=95,0%. При увеличении МЭД наблюдается лишь тенденция увеличения продолжительности профазы, но Ьфакт < Ь^.
Таблица
Вариабельность МИ, фаз митоза и нарушений в анафазе
МЭД на почве ПП, мкР/ч о4 ,м 1 Относительная продолжительность фаз митоза, % Количество ПМ и типы нарушений анафаз, %
а з а о опр а з а тем а з а а а з а о оел т ^ ш £ о о м нты Ь р ф выход хромосом вперед отставание хромосом одновременно выход и отставание хромосом
кв. 4, ПП № 31
643 6,3324± 0,3882 19,5530± 1,9548 38,9102± 2,5704 22,7750± 3,0290 18,7618± 2,5339 9,0126/ 1,6576 1,5196± 0,1552 0,1380± 0,0845 2,1424± 0,6835 2,0658± 0,4179 3,1468± 1,8949
кв. 21, ПП № 35
239 6,4094± 0,7081 19,2086± 2,7366 32,6155± 4,1606 31,4152± 2,9882 16,7607± 3,8487 10,1718/ 3,5499 3,4862± 1,9850 0,0637± 0,0637 2,1867± 0,7698 1,6687± 0,1190 2,7665± 0,8564
кв. 16, ПП № 36
204 5,8840± 1,2955 17,9312± 3,7596 34,8550± 1,9168 29,5623± 3,3162 17,6515± 1,0994 6,1623/ 0,5533 0,5533± 0,2529 - 2,0580± 0,5169 2,0695± 0,5256 1,4815± 0,8052
кв. 16, ПП № 37
192 6,0503± 0,6328 8,4631± 5,5784 36,0853± 4,4799 36,6343± 2,8307 18,8173± 1,3936 8,875/ 2,4687 2,4687± 1,8648 - 3,4133± 1,7779 2,9930± 1,8272 -
кв. 14, ПП № 32
40 7,6239± 0,5032 14,7064± 3,008 34,4513± 2,3644 36,7265± 0,7433 14,1158± 2,2540 4,9885/ 0,6618 0,6618± 0,2978 - 2,9803± 0,5346 1,1250± 0,2874 0,2214± 0,1030
Контроль - кв. 75, ПП № 15
12 6,9972± 0,5922 20,0858± 3,4651 32,5316± 0,9099 35,8398± 4,2596 11,5428± 2,2222 7,5782/ 1,3266 0,9876± 0,4771 0,3390± 0,2334 4,4612± 1,5672 0,8582± 0,3181 0,9322± 0,1546
Существенно (Ьфакт > Ьгабл при Р=99,0%), по сравнению с контролем, увеличено количество клеток в стадии метафазы при МЭД=643мкР/ч (ПП №31), где наблюдается максимальная продолжительность фазы.
Если продолжительность метафазы увеличивается при увеличении МЭД, то анафазы, наоборот, уменьшается. При МЭД=643мкР/ч (ПП №31) количество клеток в стадии анафазы минимально, а максимально в варианте с МЭД=40 мкР/ч (ПП №32), Ьфакт > Ьтабл при Р=99,0%.
Продолжительность профазы максимальна в контрольном варианте, а телофазы, наоборот, в контроле минимальна. Максимально увеличена продолжительность телофазы при МЭД = 192 мкР/ч (ПП №37) по сравнению с контролем Ьфакт > Ьтабл при Р=99,0. Достоверно увеличена по сравнению с контролем продолжительность телофазы (Ьфакт > Ьтабл при Р=95,0%) в варианте с МЭД=643 мкР/ч, ПП №31. При МЭД = = 192 мкР/ч (ПП №37) количество клеток в стадии телофазы увеличено достоверно (Ьфакт > Ьтабл при Р=95,0%) по сравнению с МЭД = 40мкР/ч (ПП №32). При максимальной МЭД=643мкР/ч (ПП №31) количество клеток в стадии телофазы достоверно выше (Р=95,0%), чем при минимальной МЭД=40мкР/ч (ПП №32).
В целом, при малой МЭД растет темп деления клеток (МИ). Количество клеток, находящихся в стадии профазы и анафазы, с ростом МЭД уменьшается, а телофазы и метафазы - увеличивается.
В стадии анафазы отмечены различные хромосомные аномалии: мосты, фрагменты, выходы хромосом вперед, их отставание, одновременный выход и отставание хромосом.
С ростом МЭД закономерно увеличивается число ПМ, наибольшее - при МЭД=239 мкР/ч (ПП №35), а при МЭД=40мкР/ч (ПП №32) - минимальное.
Увеличивается количество анафаз с мостами с ростом МЭД. Минимальное значение - 0,55% при МЭД = 204 мкР/ч (ПП №36), максимальное - 3,48% МЭД = 239мкР/ч (ПП №35).
Фрагменты хромосом наблюдались в небольшом количестве при высоких уровнях загрязнения (МЭД=643мкР/ч (ПП №31) и МЭД=239 мкР/ч, ПП №35) и в контрольном варианте - 0,33 %.
Количество анафаз с выходом хромосом вперед при МЭД = 204 мкР/ч (ПП №36) существенно уменьшено (Ьфакт > Ьгабл при Р=95,0%) по сравнению с контролем, где встречается наибольшее количество нарушений (4,46 %). В остальных вариантах средние величины достоверно не различаются.
Закономерно увеличивается с ростом МЭД, по сравнению с контролем, количество анафаз с отставанием хромосом (при МЭД=192 мкР/ч (ПП №37), Ьфакт > Ьтабл, при Р=95,0).
С увеличением ионизирующего излучения закономерно растет количество анафаз с одновременным выходом и отставанием хромосом. Наибольшее количество встречается при максимальной МЭД=643 мкР/ч (ПП №31), наименьшее - при МЭД=40 мкР/ч (ПП №32). Количество анафаз с нарушением деления клетки существенно выше, чем в контроле, в опыте с МЭД= = 643 мкР/ч (ПП 31) (Ьфакт > Ьтабл при Р=99,9%), с МЭД=239 мкР/ч (ПП №35) (Ьфакт > Ьтабл при Р=99,0%).
Выводы. Результаты исследований показали, что насаждения сосны обыкновенной испытывают существенное влияние хронического ионизирующего облучения: повышена митотическая активность клеток при минимальной МЭД=40 мкР/ч (ПП №32), увеличено количество клеток в метафазе, телофазе, количество анафаз с мостами, с отставанием и одновременным выходом и отставанием хромосом.
Литература
1. Булохов А. Д. Эколого-флористическая классификация лесов Южного Нечерноземья России / А. Д. Булохов, А. И. Соломещ. Брянск : Издательство БГУ, 2003. С. 3-65.
2. Булохов А. Д. Фитоиндикация и ее практическое применение. Брянск : Издательство БГУ, 2004. 245 с.
3. Бурлакова Е. Б. Эффект сверхмалых доз // Вестн. РАН. 1994. Т. 64. Вып. 5. С. 425-431.
4. Бурлакова Е. Б. Новые аспекты закономерностей действия низкоинтенсивного облучения в малых дозах / Е. Б. Бурлакова, А. Н. Голощагов, Г. П. Жижина [и др.] // Радиац. биология. Радиоэкология. 1999. Т. 39. Вып 1. С. 26-34.
5. Буторина А. К. Изучение цитогенетических показателей у березы повислой в условиях антропогенного нагрузки / А. К. Буторина, Т. В. Вострикова // Интеграция науки и высшего лесотехнического образования по управлению качеством леса и лесной продукции : Материалы междунар. науч.-практ. конф. (Воронеж, 25-27 сент. 2001г.). Воронеж, 2001. С. 78-92.
6. Гераськин С. А. Универсальный характер закономерностей индукции цитогенетических повреждений низко-дозовым облучением и проблема оценки генетического риска / С. А. Гераськин, А. В. Севанькаев // Радиац. биология. Радиоэкология. 1999. Т. 39. Вып. I. С. 35-40.
7. Гродзинский Д. М. Радиобиология растений. Киев : Наукова думка, 1989. 282 с.
8. Паушева З. П. Практикум по цитологии растений. М. : Агропромиздат, 1988. 271 с.
9. Позолотила В. Н. Отдаленные последствия действия радиации на растения : дис. ... д-ра биол. наук: 03.00.16. [Текст] / Позолотина Вера Николаевна. Екатеринбург, 2001. 401 с.
10. Скок А. В. Митотическая активность и хромосомные аберрации сосны обыкновенной при хроническом облучении ионизирующей радиацией в Южном Нечерноземье РФ (Брянская область) / А. В. Скок, И. Н. Глазун, Е. Н. Самошкин // Вестник славянских журналов. 2009. №1. С. 150-158.
11. Скок А. В. Воздействие хронического ионизирующего излучения на митотическую активность и хромосомные аберрации сосны обыкновенной в южном Нечерноземье РФ / А. В. Скок, И. Н. Глазун, Е. Н. Самошкин // Лесной вестник. 2011. №3. С. 58-62.
12. Скок А. В. Особенности митотической активности клеток сосны обыкновенной под воздействием хронического ионизирующего облучения / А. В. Скок, И. Н. Глазун // Лесотехнический журнал. 2012. №4(8). С. 171-174.
13. Larionov N. V. Eco-analytical research of some xenobiotics in soils / N. V. Larionov, M. V. Larionov // Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире. 2014. Т.1. № 6. С. 153-155.
14. Micieta K. Kulturne rastliny aho indicatory fygotoxicity a mutagenity znecistencho zivothneho prosreda // Pol. no-hojpodarstvo. 1989. Vol. 35. № 2.
15. Runquist E.W. Meiotic investigation in Pinus silvestrris // Heriditas. 1968. Vol. 60. P. 77-128.
THE RESEARCH OF GENETIC MATERIAL OF SCOTCH PINE IN THE CONDITIONS OF IONIC IRRADIATION
A. V. Skok, Cand. Bio. Sci., Associate Professor S. N. Shlapakova, Cand. Bio. Sci., Associate Professor Bryansk State Engineering and Technology University 3, Stanke-Dimitrova Prospekt, Bryansk, 241037 Russia E-mail: [email protected]
ABSTRACT
Ionic irradiation affects all the genetic organs of cell. The purpose of the research is to study the changeability of mitotic activity of fibers of Scotch pine in different zones, and in the zone of estrangement of Atomic Power Station of Southern Non-Black Zone of the Russian Federation as well. Test areas are located on the territory of Southern Non-Black Zone with various degree of radioactive contamination in GKU of Bryansk Region "Klintzovskoye Forestry". The control was located in the relatively clean zone in GKU of Bryansk Region "Training Experimental Forestry". The plantings of Scotch pine experienced a significant influence of chronic ionic irradiation: a raised mitotic activity of cells at minimum power of the exposition dose, an increased amount of cell in metaphase, telophase, an increased amount of anaphases with bridges, with lagging and a simultaneous outcome and lagging of chromosomes. A tendency for raising the activity of celldivision, for strengthening the processes of mutation was observed with the increase of exposition dose power has been observed.
Key words: Scotch pine, ionic irradiation, mitosis, mitotic index, chromosomal aberrations.
References
1. Bulokhov A. D., Solomeshch A. I. Ekologo-floristicheskaya klassifikatsiya lesov Yuzhnogo Nechernozem'ya Rossii (Ecologic and Floristic Classification of Forests of Southern Non-Black Soil Zone of Russia), Bryansk, Izdatel'stvo BGU, 2003, pp. 3-65.
2. Bulokhov A. D. Fitoindikatsiya i ee prakticheskoe primenenie (Phytoindication and its Practical Application), Bryansk, Izdatel'stvo BGU, 2004, 245 p.
3. Burlakova E. B. Effekt sverkhmalykh doz (Effect of Midget Doses), Vestn. RAN, 1994, T. 64, Vyp. 5, pp. 425-431.
4. E. B. Burlakova, A. N. Goloshchapov, G. P. Zhizhina, A. A. Konradov Novye aspekty zakonomernostei deistviya nizkointensivnogo oblucheniya v malykh dozakh (New Aspects of Regularities of Acting of Low Intensive Irradiation with Low Doses), Radiats. biologiya. Radioekologiya, 1999, T. 39, Vyp 1, pp. 26-34.
5. Butorina A. K., Vostrikova T. V. Izuchenie tsitogeneticheskikh pokazatelei u berezy povisloi v usloviyakh antropo-gennogo nagruzki (Research on Cyto-Genetic Indicators of Silver Birch in Conditions of Anthropogenic Influence), Inte-gratsiya nauki i vysshego lesotekhnicheskogo obrazovaniya po uprav-leniyu kachestvom lesa i lesnoi produktsii, Materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (Voronezh, 25-27 sent. 2001g.), Voronezh, 2001, pp. 78-92.
6. Geras'kin S. A., Sevan'kaev A. V. Universal'nyi kharakter zakonomernostei induktsii tsitogeneticheskikh povrezhde-nii nizko-dozovym oblucheniem i problema otsenki geneticheskogo riska (Universal Character of Regularities of Induction of Cyto-Genetic Damages by Low Dose Radiation and the Problem of Estimation of Genetic Risk), Radiats. biologiya. Radi-oekologiya, 1999, T. 39, Vyp. I, pp. 35-40.
7. Grodzinskii D. M. Radiobiologiya rastenii (Radio-Biology of Plants), Kiev, Naukova dumka, 1989, 282 p.
8. Pausheva Z. P. Praktikum po tsitologii rastenii (Workbook on Plant Cytology), Moscow, Agropromizdat, 1988, 271 p.
9. Pozolotina V. N. Otdalennye posledstviya deistviya radiatsii na rasteniya (Remote Consequences of Radiation Effect on Plants), dis. ... d-ra biol. nauk: 03.00.16. [Tekst], Ekaterinburg, 2001, 401 p.
10. Skok A. V., Glazun I. N., Samoshkin E. N. Mitoticheskaya aktivnost' i khromosomnye aberratsii sosny obyknovennoi pri khronicheskom ob-luchenii ioniziruyushchei radiatsiei v Yuzhnom Nechernozem'e RF (Bryanskaya ob-last') (Mitotic Activity and Chromosomic Aberrations of Pine Ordinary at Chronic Irradiating by Ionic Radiation in Southern Non-Black Soil Zone of Russian Federation), Vestnik slavyanskikh zhurnalov, 2009, No. 1, pp. 150-158.
11. Skok A. V., Glazun I. N., Samoshkin E. N. Vozdeistvie khronicheskogo ioniziruyushchego izlucheniya na mi-toticheskuyu aktivnost' i khromo-somnye aberratsii sosny obyknovennoi v yuzhnom Nechernozem'e RF (Influence of Chronic Ionic Irradiation on Mitotic Activity and Chromosomic Abrasions of Pine Ordinary in Southern Non-Black Soil Zone of Russian Federation), Lesnoi vestnik, 2011, No. 3, pp. 58-62.
12. Skok A. V., Glazun I. N. Osobennosti mitoticheskoi aktivnosti kletok sosny obyknovennoi pod vozdeistviem khroniche-skogo ioniziruyushchego oblucheniya (Peculiarities of Mitotic Activity of Cells of Pine Ordinary under the Affect Effect of Chronic Ionic Radiation), Lesotekhnicheskii zhurnal, 2012, No. 4(8), pp. 171-174.
13. Larionov N. V., Larionov M. V. Eco-analytical research of some xenobiotics in soils (), Funda-mental'nye i pri-kladnye issledovaniya v sovremennom mire, 2014, T.1, No. 6, pp. 153-155.
14. Micieta K. Kulturne rastliny aho indicatory fygotoxicity a mutagenity znecistencho zivothneho prosreda, Pol. no-hojpodarstvo, 1989, Vol. 35, No. 2.
15. Runquist E.W. Meiotic investigation in Pinus silvestrris, Heriditas, 1968, Vol. 60, pp. 77-128.
УДК 631.531: 634.232
ВЫВЕДЕНИЕ СОРТОВ СЛИВЫ ДОМАШНЕЙ В ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
А. В. Солонкин, канд. с.-х. наук, НВНИИСХ - филиал ФНЦ агроэкологии РАН,
п. Областной с.-х. опытной станции, Городищенский р-н, Волгоградская обл., Россия, 403013 E-mail: [email protected]
Аннотация. В лаборатории плодовых культур Нижне-Волжского научно-исследовательского института сельского хозяйства на протяжении многих лет проводится работа по созданию и изучению новых сортов сливы. Исследования проводятся в юго-восточной части Волгоградской области методами межсортовых скрещиваний сортов сливы домашней (Prunus Domestica L.), повторных скрещиваний, а также посевом семян, полученных от свободного опыления лучших сортов сливы. На первоначальном этапе в гибридизации использовались местные адаптивные (терносливы, Волжская синяя, Скороспелка красная) сорта и крупноплодные южные, но слабоадаптивные (Ранняя синяя, Виктория, Исполинская, Анна Шпет, Персиковая, Ренклод Улленса, и другие сорта). В дальнейшем лучшие из полученных гибридов первого поколения использовали в повторных скрещиваниях. В процессе многолетнего изучения 140 гибридных семей сливы (более 7 тысяч сеянцев), полученных методом межсортовой гибридизации, а также посевом семян от свободного опыления, выделено более160 перспективных гибридов и сортов. В государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, включено 4 сорта (Волгоградская, Богатырская, Венгерка Корнеевская, Татьяна), еще 14 сортов находится на государственном сортоиспытании. Продолжается изучение гибридного фонда сливы.
Ключевые слова: слива домашняя, тернослива, сорт, гибрид, гибридизация, селекция.
Введение. В Нижнем Поволжье косточковые культуры, в особенности слива, являются популярными и востребованными. Это связано с хорошими вкусовыми качествами плодов и их большим значением для здоровья человека. Плоды сливы много столетий используются в народной медицине при лечении различных заболеваний. Свежие плоды сливы содержат: сахаров - до 20%, сухих веществ -
до 20%, пектиновых веществ - до 2,5%, свободных кислот - до 3%, витамина С -до 22 мг/100 г. Кроме этого, плоды сливы в своем составе имеют биологически активные дубильные и красящие вещества, обладающие Р-витаминными свойствами [4, 5].
По содержанию витаминов они превосходят грушу, землянику, малину и яблоню. По энергетической питательности плоды сливы
