CC BY
54
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ
ЛАНДШАФТОВ
Евстратов Н.П. (БГИТА, г. Брянск, РФ)
In work cited the data by quantity of chromosomal infringements in pure andpol-lutedрадионуклидами woodplantings. Changes on цитогенетическом a level allow to judge stability of a vegetative wood cover in the landscapes subject to radiating influence in a chronic mode.
В проблеме воздействия ионизирующих излучений на природные экосистемы одним из актуальных можно считать вопрос о генетических изменениях на попу-ляционном уровне[2]. Ключевые проблемы радиорезистентности заключаются в увеличении надежности генетического аппарата клетки и связаны с последовательным возникновением и шлифовкой под действием отбора систем репликации, транскрипции, трансляции, рекомбинации, упаковки ДНК в нуклеотиде и сегрегации множественных компактизированных хромосом в ядре [14].
Под действием естественного фона радиации возникает примерно У часть от общего числа спонтанных мутаций [3,4]. Частота генных мутаций в поколении на локус варьирует в пределах 10-4-10-6[5]. Естественным уровнем радиации нельзя пренебрегать как одной из причин повышенного уровня мутаций в биологических объектах[14]. Следовательно, даже незначительное повышение уровня радиации способствует повышению частоты мутационного процесса. Устойчивость к излучению повышается с увеличением плотности числа хромосом, их размера [1,15,16]. Известны три основных типа повреждений ДНК, вызываемых ионизирующим излучением: однонитевые и двунитевые разрывы и повреждения оснований. Восстановление ДНК идет также по трем основным путям репарации: эксцизионная репарация, пострепликативная репарация и предполагаемый механизм восстановления двойных разрывов ДНК [1,11].
По мнению многих исследователей наиболее радиочувствительными являются древесные и кустарниковые формы растений. Е.И.Преображенский объясняет это тем, что данные формы растений более примитивны в сравнении с травяни-стыми[12]. Поэтому устойчивость древесно -кустарникового яруса можно интерпретировать как устойчивость всего растительного компонента ландшафтов.
Исследования проводились в николаевском ландшафте полесского типа, который входит в Средне-Сожский район и в Беседьском ландшафте Беседьско -Ипутьевского ландшафтного района. Среднесожский район занимает в пределах Брянской области небольшую территорию Красногорского района (крайний запад) и располагается на территории с Московскими флювиогляциальными отложениями.
Исследования хромосомных аберраций проводилось на корешках проростков сосны, ели и дуба методом «давленых» препаратов. Корешки предварительно окрашивались в ацетокармине[9,13]. Учет нарушений проводился а анафазе и начальной телофазе с помощью микроскопа МБИ-6. При этом учитывались хромо-
сомных аберрации (мосты и фрагменты) и нарушения клеточных давлений (выход и отставание хромосом). Митотический индекс определялся как количество делящихся клеток (%) от их общего числа, относительная продолжительность анафазы - как количество клеток с анафазами (%) от количества делящихся [10].
Результаты цитогенетических исследований корешков проростков сосны обыкновенной показали (таблица 1), что митотическая активность в насаждениях, загрязненных радионуклидами, незначительно снижается, в среднем на 2%.
Продолжительность анафазы у сосны обыкновенной в загрязненных ландшафтах выше, чем в контроле и прослеживается прямая зависимость с мощностью экспозиционной дозы облучения. Мощность экспозиционной дозы излучения в контроле составляет 0,01 мР/г; при 5-15 Ки/км соответственно 0,05-0,06 мР/ч; при 40-80 Ки/км2 - 0,37-0,75 мР/ч и при 80-320 Ки/км2 - 0,92-1,67 мР/ч.
Таблица 1 - Частота хромосомных нарушений в проростках сосны обыкновенной
Митотический индекс, % Продолжительность анафазы, % Количество анафаз с нарушениями, %
всего хромосомные аберрации выходы и отставания хромосом
общее число в том числе
мосты фрагменты
Контроль
3.6-15.3 9.8-23.5 9.4-21.5 1.1-3.4 0.3-1.2 0.8-2.2 8.3-18.1
5-15 Ки/км2
2.8-15.0 8.4-17.6 9.3-14.1 1.7-3.4 0.3-0.8 1.4-2.6 7.6-10.7
40-80 Ки/км2
4.2-13.8 12.0-26.2 12.8-36.1 1.2-4.1 0.2-1.7 1.0-2.4 11.6-32.0
80-320 Ки/км 2
3.8-12.9 12.0-31.4 20.5-44.0 2.4-5.3 0.4-1.4 2.0-3.9 18.1-38.7
Общее количество анафаз с нарушениями значительно выше (в среднем в 2 раза) в радиоактивно загрязненных ландшафтах. Следует отметить, что повышение радиации до 0.05-0,06 мР/ч не оказывает отрицательного влияния на этот показатель.
При этом выявляется закономерная особенность увеличения количества анафаз с нарушениями за счет роста нарушения клеточных делений, т.е. выхода вперед и отставания хромосом в веретене деления. Количество таких нарушений возрастает с ростом радиационного воздействия и достигает 38,7%.
Количество же хромосомных аберраций возрастает только при уровне радиации 0,37-1,67 мР/ч в целом на 0,7-1,9%. При этом следует отметить, что рост количества хромосомных нарушений происходит за счет увеличения числа фрагментов. Это свидетельствует о «свежем» разрыве хромосом [4]. Количество анафаз с мостами не превышает 1,7% и не связано напрямую с увеличением радиационного фактора, т.к. при 1,67 мР/ч их 1.4% и в контроле до 1,2%.
У ели европейской отмечаются такие же закономерности, как и у сосны обыкновенной, но и имеются свои особенности (таблица 2).
Таблица 2 - Частота хромосомных нарушений в проростках ели европейской
Митоти- Продолжи- Количество анафаз с нарушениями, %
ческий тельность всего хромосомные аберрации выходы и от-
индекс, % анафазы, % общее в том числе ставания хро-
число мосты фрагменты мосом
Контроль
5.8-12.3 12.4-20.2 6.5-26.7 1.7-4.3 0.2-1.8 1.5-2.5 4.8-22.4
40-80 Ки/км2
6.6-18.1 8.3-20.4 18.7-44.7 1.3-5.2 0.6-3.0 0.7-2.2 17.4-39.7
80-320 Ки/км 2
7.1-9.0 11..9-17.8 11.2-38.4 2.8-4.0 1.0-3.1 0.9-1.9 7.2-35.5
Так, митотический индекс сначала повышается, а с дальнейшим увеличением мощности экспозиционной дозы снижается до 9%. Продолжительность анафазы сокращается незначительно в пределах 2%.
Количество анафаз с нарушениями увеличивается с увеличением радиацио н-ного фактора, но линейной зависимости не прослеживается. Также, как и у сосны обыкновенной, у ели европейской основной удельный вес нарушений приходится на выходы и отставания хромосом.
Но среди хромосомных аберраций наблюдается значительное количество мостов от 1,8% в контроле до 3,1% при мощности экспозиционной дозы более 1 мР/ч. Количество фрагментов изменяется незначительно, причем их больше в контроле (2,5%), чем при максимальном значении радиационного фактора (1,9%). По видимому у ели европейской четче проявляется кумулятивный эффект хронического облучения, на что указывает повышенное количество мостов в хромосомных аберрациях.
Результаты исследований корешков проростков дуба черешчатого (таблица 3) показали, что лиственные деревья имеют свои характерные особенности в отличие от секции хвойных деревьев.
Таблица 3 - Частота хромосомных нарушений в проростках дуба черешчато-
го
Митоти ческий индекс, % Продолжи тельность анафазы, % Количество анафаз с нарушениями, %
всего х зомосомные аберрации выходы и отставания хромосом
общее число в том числе
мосты фрагменты
Контроль
2.7-5.3 18.5-32.3 1.4-3.8 0.9-2.8 0.4-0.8 0.5-2.0 0.5-1.0
30-40 Ки/км2
3.0-5.1 19.0-22.4 1.8-3.2 1.4-1.8 0.6-0.9 0.8-2.0 0.4-1.4
40-80 Ки/км2
2.7-5.7 18.2-33.3 1.5-7.1 0.5-3.8 0.1-1.9 0.4-1.9 1.0-3.3
Митотическая активность клеток в контроле и при наиболее высоком показателе радиационного фактора (до 0,8 мР/ч) практически одинакова. Продолжительность анафазы также равна в этих насаждениях. Количество анафаз с нарушениями не превышает 7,1%, что значительно ниже, чем у хвойных видов.
Общее число клеток с хромосомными аберрациями не превышает 3,8% и находится на том же уровне, что и у хвойных деревьев. Из них мосты и фрагменты имеют одинаковую частоту на более высоком уровне радиации, а такие нарушения как выходы вперед и отставания хромосом не превышают 3,3%, что на порядок ниже, чем у хвойных деревьев.
Из этого следует, что лиственные деревья, в частности дуб черешчатый имеет большую радиорезистентность, чем деревья хвойных видов.
Выводы
1. Проведенные исследования позволяют заключить, что хромосомные аберрации у древесных пород распределяются следующим образом: у проростков сосны обыкновенной число клеток с нарушениями достигает 5,3% и увеличивается с ростом радиационного фактора; у проростков ели европейской - 5,1% и дуба че-решчатого - 3,8%.
2. Рост количества клеток с хромосомными аберрациями у проростков сосны происходит за счет увеличения числа фрагментов в нарушенных клетках, а у проростков ели за счет увеличения числа мостов. Это говорит о том, что у сосны преобладают «свежие» нарушения, а у ели проявляется кумулятивный эффект накопления нарушений в условиях хронического действия радиации.
3. У хвойных видов значительно выражено нарушение клеточного деления, это выходы вперед и отставания хромосом в веретене деления. Этот вид нарушений на порядок выше, чем у дуба черешчатого.
4. Частота нарушений в проростках дуба черешчатого ниже по всем показателям, что дает основание считать этот древесный вид наиболее радиорезистентным по сравнению с сосной обыкновенной и елью европейской.
5. В целом по древесным видам следует отметить, что истинные нарушения, так называемые хромосомные аберрации, находятся на уровне 3,8-5,3%. Это на много превышает подобные нарушения в контрольных насаждениях (2,8-4,3%) и не сказывается на жизнеспособности этих видов.
Литература
1. Гродзинский Д.М. Радиобиология. -КиевНаукова думка, 1989.-282 с.
2. Действие гамма-излучения на вегетативные и репродуктивные органы сосны Pinus sylvestris/И.С.Федотов, Ф.А. Тихомиров, Р.Т. Карабань, Б.С. Пристер - М.: Гидрометиздат, 1979.- Тр. ин-та прикладной геофизики, вып.38. - с.53-67.
3. Дубинин Н.П. Общая генетика. -М.Наука,1976. -590с.
4. Дубинин Н.П., Пашин Ю.В. мутагенез и окружающая среда. -М. :Наука, 1978.- 128с.
5. Духарев В.А., Правдин Л.Ф. Естественный мутационный процесс в популяциях сосны обыкновенной//Лесоведение.-1983. -№4. -с.10-14.
6. Евстратов Н.П., Глазун И.Н., Шлапакова С.Н. Влияние ионизирующих излучений на рост сосны обыкновенной, ели европейской и дуба черешчатого//Вклад ученых и специалистов в национальную экономикуМат. науч.-практ.конф. БГИТА.-Брянск,1997.-т.1.-с.48-49.
7. Евстратов Н.П., Кистерный Г.А., Глазун И.Н. Изменчивость пыльцы основных лесооб-разующих древесных пород в радиоактивно загрязненных насаждениях Брянской области //Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов. Тез.докл.Всерос.науч.-техн.конф.-М. :1994.-Т.2. -с.59-60.
8. Евстратов Н.П., Шлапакова С.Н. Влияние ионизирующих излучений на изменчивость линейных показателей и посевные качества желудей дуба черешчатого//Вклад ученых и специалистов в национальную экономикуМат. науч.-практ.конф. БГИТА.-Брянск,1997.-т.1. -с.67-68.
9. Методика кариологического изучения хвойных/Л.Ф.Правдин, В.А.Будагарин, М.В.Круклис, О.П.Шершукова//Лесоведение.- 1972, №2. -с.67-76.
10. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений.- М.Агропромиздат, 1988. -271с.
11. Плешков Б.П. Биохимия сельскохозяйственных растений. -М.:Агропромиздат, 1987.494 с.
12. Преображенская Е.И. Радиоустойчивость семян растений. -М.Агропромиздат, 1971.-
231с.
13. Самошкин Е. Н. Воздействия химических мутагенов на древесные растения. -М.Лесн.пром., 1980.-88с.
14. Сарапульцев Б.М. Эволюционная концепция в радиобиологии//Тез. докл. 1 Всесо-юз.радиобиол.съезда.-М. :Пущино,1989,т2. -с.527-531.
15. Сперроу А.Х., Вудвелл Дж.М. Чувствительность растений к хроническому гамма-излучению//вопросы радиобиологии. -М.Агропромиздат, 1968. -с.57-60.
16. Холл Э.Дж. Радиация и жизнь/(Перевод с англ. Харченко М.И., под ред. Ильина Л.А.). -М. Медицина,1989. -256с.
