CC BY
62
РЕПРОДУКТИВНАЯ СПОСОБНОСТЬ ХВОЙНЫХ РАСТЕНИЙ
ПРИ ХРОНИЧЕСКОМ ОБЛУЧЕНИИ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИЕЙ В ЗОНЕ ОТЧУЖДЕНИЯ ЧАЭС НА ТЕРРИТОРИИ
БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ
Глазун И.Н. (БГИТА, г Брянск, РФ)
Chronic irradiation radiation of pine and fir-free in Chernobyl atomic power station alienation zone in Bryansk region reduces viability of pollen, germinating power and weight of seeds, raises the frequency of chromosomal aberrations.
Многими авторами отмечается высокая чувствительность репродуктивных органов хвойных растений к воздействию ионизирующей радиации [1,2,3].
Сосна обыкновенная и ель европейская являются уникальными объектами для выявления генетических эффектов хронического облучения, которые могут проявляться в виде соматических, генных, хромосомных, геномных мутаций, а также в нарушении генеративных процессов - микро- и макроспорогенеза, гамето-генеза, оплодотворения и эмбриогенеза
Исследование репродуктивной способности сосны обыкновенной и ели европейской, являющихся основными лесообразователями на радиоактивно загрязненных территориях Брянской области, актуально для решения вопросов по дальнейшему использованию имеющихся объектов постоянной лесосеменной базы и созданию новых, а также для оценки перспектив искусственного лесовосстановления и естественного возобновления лесов на радиоактивно загрязненных землях.
Наши исследования проводятся на 7 постоянных пробных площадях (ПП), начиная с 1989 г., в зоне отчуждения (плотность радиоактивного загрязнения поч-
137 2
вы Cs (ПЗП) свыше 40 Ки/км ) в лесном фонде Красногорского лесничества ФГУ «Клинцовский опытный лесхоз» (ПП №3, 20, 35) и Красногорского сельского лесхоза (ПП № 31, 32). Для контроля (ПЗП<1Ки/км2) использованы насаждения Опытного лесничества Учебно -опытного лесхоза Брянской государственной инженерно-технологической академии (БГИТА) (с преобладанием сосны - ПП № 15, ели - ПП №14). В зоне с ПЗП свыше 80 Ки/км расположены ПП №31 (сосна) и ПП №20 (ель), в зоне с ПЗП 40-80 Ки/км2 - ПП № 35 (сосна) и ПП №3 (ель), в зоне с ПЗП 5-15 Ки/км2 - ПП №32 (сосна).
По нашим данным мощность экспозиционной дозы у-излучения (МЭД) на почве в 1989 г. составила около 2 мР/ч и ПЗП до 362 Ки/км (это наиболее радиоактивно загрязненные насаждения в гослесфонде Брянской области и РФ в целом). Подобные уровни радиоактивного загрязнения сопоставимы с уровнем загрязнения в 30 км зоне ЧАЭС. Уникальностью нашего объекта исследования является наличие еловых насаждений, которые практически отсутствуют в 30 км зоне ЧАЭС.
Суммарное поглощенная доза от внешнего у-облучения на самых загрязненных объектах исследования (ПП №31, 20) довольно высокая и превышает 2 Гр. За 15 лет исследований (1989-1994 гг.) МЭД снизилась в 2 раза за счет распада ко-роткоживущих и среднеживущих радионуклидов и миграции долгоживущих в
почве. Однако наряду с этим увеличивается вклад в поглощенную дозу от внутреннего облучения за счет инкорпорированных радионуклидов. Анализ удельной
137
активности Cs в компонентах деревьев сосны и ели на наиболее загрязненных ПП №31, 20 в 2000-2004 гг. показал, что больше всего накапливают радионуклид активнорастущие органы - хвоя и побеги текущего года и генеративные органы (шишки, пыльца). Наличие в этих органах тканей с делящимися клетками создает потенциальную опасность для возникновения соматических мутаций в вегетативных органах за счет более опасного внутреннего облучения, а в генеративных органах - генеративных.
В качестве одного из оценочных показателей состояния мужской генеративной сферы хвойных растений в условиях хронического облучения ионизирующей радиации используется жизнеспособность пыльцы.
В целом жизнеспособность пыльцы сосны в радиоактивно загрязненных и контрольных насаждениях за исследуемый период (1991.. .200 4гг.) достаточно высокая (превышает 50%), однако среднемноголетние показатели в радиоактивно загрязненных насаждениях ниже, чем в контроле (рис. 1). При этом самая низкая среднемноголетняя жизнеспособность пыльцы (79,96%) наблюдается в зоне отчуждения, на участке с максимальным уровнем радиоактивного загрязнения - свыше 80 Ки/км , ПП № 31 (для сравнения в контроле, ПП №15 - 85,63%).
%
90 80 70 60 50 40
Iii Hi
контроль
5-15 Ки/км2 40-80 Ки/км2
свыше 80 Ки/км2
Плотность загрязнения почвы Cs-137, Ки/км2
■ Сосна □ Ель
Рисунок 1 - Жизнеспособность пыльцы
Вариабельность жизнеспособности пыльцы в радиоактивно загрязненных насаждениях (при анализе без данных 2004г.) закономерно возрастает от V = 4,9% на участке с плотностью радиоактивного загрязнения 5-15 Ки/км до V = 11,0% на участке с максимальным уровнем загрязнения (зона отчуждения, свыше 80 Ки/км ), что свидетельствует об усилении мутационных процессов на наиболее загрязненных участках.
В целом жизнеспособность пыльцы ели в радиоактивно загрязненных и контрольных насаждениях за исследуемый период 1992...2004 гг. достаточно высокая (превышает 50%), хотя и ниже, чем у сосны. Однако среднемноголетние показатели жизнеспособности пыльцы в радиоактивно загрязненных насаждениях существенно не отличаются от контроля. При этом самая низкая среднемноголетняя жизнеспособность пыльцы (70,95%) зафиксирована в зоне отчуждения на участке с максимальным уровнем радиоактивного загрязнения (ПЗП свыше 80 Ки/км , ПП №20), , для сравнения в контроле ПП №14 - 71,05%. Среднепопуляционные пока-
затели жизнеспособности пыльцы ели сравнительно стабильны по годам и очень слабо варьируют (отмечен очень низкий уровень изменчивости по шкале С.А. Мамаева [4]).
В качестве одного из критериев состояние женской репродуктивной сферы древесных растений в условиях радиоактивного загрязнения является их способность формировать семена, биологические качества которых оцениваются по всхожести и массе.
В радиоактивно загрязненных насаждениях в 1990...2003гг. у сосны отмечается довольно высокая всхожесть семян (семена кондиционные), однако она стабильно ниже, чем в контроле (рис. 2). На наиболее загрязненных участках в последние 10 лет наблюдается снижение всхожести и массы семян, несмотря на существенное снижение МЭД, т.е. начинает проявляться кумулятивный эффект хронического облучения. Возрастает по сравнению с контролем вариабельность всхожести и массы 1000 семян, что может свидетельствовать об активизации в зоне отчуждения мутационного процесса в популяциях сосны.
88
86
84
чО
О 82
л
н о 80
ч
* 78
о
X о 76
т
74
72
70
7.2
7.1 7
6,9 6,8 6,7 6,6 6,5 6,4
6.3
6.2
контроль 5-15 40-80 свыше 80 Ки/км2 Ки/км2 Ки/км2
□ Всхожесть
■ Масса 1000 семян, г
%
4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5
0,5 0
контроль 5-15 40-80 свыше 80 Ки/км2 Ки/км2 Ки/км2 Плотность загрязнения почвы Св-137_Ки/км2
I Сосна □ Ель
Рисунок 2 - Посевные качества семян Рисунок 3 - Частота хромосомных сосны аберраций
В качестве показателей цитогенетического эффекта ионизирующей радиации используется частота хромосомных аберраций в делящихся клетках организмов. Удобной тест-системой являются корешки проростков семян [5]. Анализ хромосомных нарушений в митозе проводили анафазным методом на временных (давленных) препаратах под микроскопом МБИ-6 у сосны урожая 1990...2002 гг. и у ели урожая 1989. 2003 гг.
У исследованных видов хвойных растений наблюдается сходная реакция на клеточном уровне на действие хронического облучения малыми дозами ионизирующей радиацией. В целом, по многим цитологическим показателям наблюдается зависимость от МЭД по типу «доза-эффект»: возрастают митотическая активность и скорость протекания анафазы, количество патологических анафаз, в т.ч. анафаз с нарушениями клеточных делений (отставания и выход вперед хромосом), частота хромосомных аберраций (их них, прежде всего мостов) в митозе у клеток апикальной меристемы (рис.3). На проявление цитогенетических эффектов ре-
шающее влияние оказывает доза, накопленная в период формирования семян, а не за весь период облучения родительского растения.
Однако в насаждениях зоны отчуждения у сосны и ели спустя 6.. .15 лет после аварии на ЧАЭС проявлялся кумулятивный эффект хронического облучения ионизирующей радиацией, выражающийся в увеличении частоты хромосомных аберраций, несмотря на продолжающееся снижение МЭД за счет радиоактивного распада радионуклидов. Но после 2000 г. кумулятивный эффект утрачивается -наметилась тенденция к снижению частоты хромосомных аберраций. В спектре хромосомных аберраций в начальный период исследований (до 5 лет после аварии) преобладали фрагменты, в последующие годы - мосты. Таким образом, наличие фрагментов в анафазе митоза можно отнести к маркерам острого облучения ионизирующей радиацией, наличие мостов - к маркерам хронического облучения.
В целом, можно сделать вывод об активизации мутационного процесса у хвойных растений в зоне отчуждения при хроническом облучении ионизирующей радиации, обусловленного сочетанным действием индуцированного радиационного мутагенеза и продленного мутагенеза.
Литература
1. Тихомиров, Ф.А. Влияние ионизирующих излучений на репродуктивную способность древесных растений / Ф.А. Тихомиров // Лесоведение.-1973.-№ 3.- С .65-76.
2. Артемов, В.А. Репродуктивные процессы / В.А. Артемов, Г.М. Козубов, Е.К. Остапенко // Радиационное воздействие на хвойные леса в районе аварии на Чернобыльской АЭС / Коми науч. центр УрО АН СССР. - Сыктывкар,1990.- С.90-126.
3. Ипатьев, В.А. Лес. Человек. Чернобыль. Основы радиоэкологического лесоводства / В.А.Ипатьев, Н.И. Булко, В.Ф. Багинский и др. - Гомель: ИЛ НАН Беларуси, 2005. - 535 с.
4. Мамаев, С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений / С.А Мамаев. -М.: Наука, 1972. - 283 с.
5. Гродзинский, Д.М. Радиобиология растений / Д.М. Гродзинский. - Киев: Наукова думка, 1989. - 282 с.
