CC BY
81
УДК 581.5; 57.084.2; 5 75.224.46
ВЛИЯНИЕ ХРОНИЧЕСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ И ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ НА ПОПУЛЯЦИИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ
INFLUENCE CHRONIC RADIOACTIVE IRRADIATION AND WEATHER CONDITIONS ON TO POPULATION SCOTS PINEOF BRYANSK REGION
Васильев Д.В., Кузьменков А.Г., Дикарева Н.С., Гераськин С.А.
(ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и
агроэкологии, г. Обнинск, РФ) Vasiliyev D.V., Kuzmenkov A.G., Dikareva N.S., Geras'kin S.A.
(Russian Institute of Radiology and Agroecology, Obninsk, Russia)
Изучалось влияние хронического облучения на частоту и спектр цитогенетических нарушений, качество семян природных популяций сосны обыкновенной Брянской области.
This work was studied consequences chronic exposure to radiation, on frequency and spectrum cytogenetic disturbances, quality and germinating ability seed natural population Scots pine in Bryansk regions.
Ключевые слова: сосна обыкновенная; хроническое облучение; погода; цитогенетические эффекты; всхожесть и качество семян
Keywords: scots pine; chronic exposure; weather; genetic effects; germination and quality of seed
Общепризнано, что система нормирования радиационного воздействия на биоту должна ориентироваться на защиту популяций [1]. Появляется все больше исследований, указывающих на то, что хроническое техногенное воздействие даже в низких дозах способно вызывать повышенный мутагенез и влиять на состояние и репродуктивную способность составляющих популяцию индивидов [2-5]. Но для эффективного нормирования пока слишком мало известно как повышенный уровень мутаций ведёт к эффектам на организменном и популяционном уровнях биологической организации. Ответить на эти вопросы можно только через анализ результатов долговременных наблюдений за популяциями растений и животных, населяющих загрязнённые радионуклидами территории. Целью настоящей работы была оценка цитогенетических эффектов и репродуктивной способности популяций сосны обыкновенной в отдалённый период после аварии на Чернобыльской АЭС.
На протяжении десяти лет исследовали популяции сосны (Pinus sylvestris L.) Брянской области населяющие контрольные участки К и К1 и территории наиболее загрязнённые радионуклидами, примерно в 200 - 250 км от Чернобыльской АЭС, ВИУА (ВИУА), Старые Бобовичи (СБ), Заборье поле (ЗП) и Заборье кладбище (ЗК) характеризуются высоким представительством сосновых деревьев в фитоценозе, однородностью типа и физико-химических свойств почв, а также уровнем техногенного загрязнения.
В качестве тест объекта была выбрана сосна обыкновенная. Это основной лесообразующий вид эдификатор Северной Евразии. Обладая высокой радиочувствительностью, она стала одним из референтных биологических видов, на которых базируется современная концепция радиационной защиты окружающей среды [1]. Наиболее чувствительны к воздействию ионизирующих излучений у сосны репродуктивные органы, отличающиеся сложностью организации и длительностью генеративного цикла (с момента закладки примордиев генеративных органов до созревания семян проходит 28 месяцев [6]). В условиях хронического действия техногенных факторов столь длительный цикл развития ведёт к накоплению в неспециализированных инициальных клетках семян достаточное для индикации внешнего воздействия количество повреждений ДНК, реализация которых в аберрации происходит главным образом в первом митозе [7].
С помощью дозиметрической модели, подробное описание которой дано в [8, 9] были рассчитаны уровни дозовых нагрузок для генеративных органов изучаемых растений (табл. 1).
Таблица 1 - Поглощённые в генеративных органах сосны дозы
Участок Мощность дозы в кроне, мГр/год
у-излучение Р-излучение всего
К 0.12 0,01 0.13
К1 0.27 0.01 0.27
ВИУА 6.6 0.3 6.9
СБ 22.7 0.2 22.9
ЗП 90.2 1.2 91.4
ЗК 129.4 0.5 129.9
Цитогенетический анализ, клеток корневой меристемы проростков семян, показал, что в популяциях, населяющих загрязнённые радионуклидами участки, частота цитогенетических нарушений в большинстве случаев статистически значимо превышает (рис. 1 ) соответствующие контрольные значения на протяжении всех лет исследования (2003-2012). Максимальная частота аберрантных клеток зафиксирована в проростках с участков ЗП и ЗК, характеризующихся наибольшими значениями поглощенных репродуктивными органами сосны доз. Более того, на протяжении всех лет, когда мощность экспозиционной дозы измеряли под каждым деревом (2008-2012 гг.), с которого собирали шишки, наблюдалась статистически значимая корреляция (г=0.48-0.67; р<1%) между средней частотой аберрантных клеток в проростках семян с определенного дерева и измеренной под этим деревом мощностью дозы. Анализ спектра регистрируемых цитогенетических нарушений показал, что в популяциях сосны, населяющих наиболее загрязненные радионуклидами участки - ЗП и ЗК - частота маркеров радиационного воздействия (аберраций хромосомного типа) и митотических аномалий (отставаний хромосом и многополюсных митозов) значительно превышала контрольный уровень на протяжении всех лет исследования. Причем в большинстве случаев это различие было статистически значимым.
X 1,5
аГ
0 I-
(U ^
SC X л
1 II
re
CL CL (U Ю re re
u re
2,5
1
0,5
К
К1
ВИУА
СБ
ЗП
ЗК
ы 2003 ы 2004 2005 U 2006
V 2007 -2008 ы: 2009 2010 -J 2011 2012
Рисунок 1 - Частота цитогенетических нарушений в корневой меристеме проростков сосны обыкновенной
Анализ качества семян не выявил взаимосвязь между долей абортивных семян и величиной радиационного воздействия (р>5%). Всхожесть семян, хотя и характеризовалась значительно большим разбросом значений, что проявилось в наличии статистически значимых отличий от контроля (рис. 3), также не проявляла зависимости от величины радиационного воздействия (р>5%).
60
50
40
30
20
10
0
2007 2008 2009 2010 2011
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
2008
2009
2010 2011
К К1 ВИУА СБ ЗП ЗК
Рисунок 2 - Доля абортивных семян, %
К К1 ВИУА СБ ЗП ЗК
Рисунок 3 - Всхожесть семян, %
Поскольку нам не удалось обнаружить связи качества семян с поглощенными ими дозами, а загрязнение участков тяжелыми металлами не превышает допустимых уровней [9], логично предположить, что наблюдаемая изменчивость изучаемых параметров определяется другими факторами, в первую очередь погодой. Действительно анализ зависимости показателей качества семян от погодных условий выявил в ряде случаев наличие достоверных корреляций (г=0.89-0.99; p<1%), согласно которым повышенные температуры в течение всего периода развития семян и осадки в августе увеличивают долю абортивных семян, а повышенные температуры в августе снижают их всхожесть.
2
0
Таким образом, многолетние наблюдения показали, что в исследованных популяциях сосны обыкновенной, формируется семенное потомство с высоким уровнем цитогенетических нарушений. Сопоставление частоты цитогенетических нарушений с характеристиками радиационной ситуации на экспериментальных участках свидетельствует об увеличении частоты мутаций с ростом радиационной нагрузки. Однако устойчиво воспроизводившаяся в импактных популяциях за время исследования (2003-2011гг.) повышенная частота цитогенетических нарушений не оказала существенного влияния на репродуктивную способность деревьев. В отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС погодные условия оказывают гораздо большее влияние на качество семян, чем радиоактивное загрязнение, а формирующееся в условиях хронического облучения семенное потомство характеризуется высоким уровнем межгодовой изменчивости показателей жизнеспособности.
Список использованных источников
1. ICRP Publication 108. Environmental protection: the concept and use of reference animals and plants. // Ann. ICRP, 2009, 38, No. 4-6, P. 1-242.
2. Федотов И.С., Кальченко В.А., Игонина Е.В., Рубанович А.В. Радиационно-генетические последствия облучения популяции сосны обыкновенной в зоне аварии на ЧАЭС // Радиационная биология. Радиоэкология. 2006. Т. 46. Вып. 3. С. 268-278.
3. Дмитриев А.П., Гродзинский Д.М., Гуща И.И., Крыжановская М.С. Влияние хронического облучения на устойчивость растений к биотическому стрессу в 30-километровой зоне отчуждения Чернобыльской АЭС // Физиология растений. 2011. Т. 58. № 6. С. 922-929.
4. Theodorakis C.W. Integration of genotoxic and population genetic endpoints in biomonitoring and risk assessment // Ecotoxicology. 2001. V. 10. P. 245-256.
5. Geras'kin S., Evseeva T., Oudalova A. Effects of long-term chronic exposure to radionuclides in plant populations // J. Environ. Radioactivity. 2013. V.121. P. 22-32.
6. Козубов Г.М., Таскаев А.И. Радиобиологические и радиоэкологические исследования древесных растений. С.-П.: Наука, 1994. 256 с.
7. Geras'kin S.A., Zimina L.M., Dikarev V.G. et al. Bioindication of the anthropogenic effects on micropopulation of Pinus sylvestris L. in the vicinity of a plant for the storage and processing of radioactive waste and in the Chernobyl NPP zone // J. Environmental Radioactivity. 2003. V. 66. P. 171-180.
8. Спиридонов С.И., Фесенко С.В., Гераськин С.А. и др. Оценка доз облучения древесных растений в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС // Радиационная биология. Радиоэкология. 2008. Т. 48. Вып. 4. С. 432-438.
9. Geras'kin S.A., Oudalova A.A., Dikareva N.S. et al. Effects of radioactive contamination on Scots pines in the remote period after the Chernobyl accident // Ecotoxicology. 2011. V. 20. P. 1195-1208.
