CC BY
67
Известия Коми научного центра УрО РАН Выпуск 4(24). Сыктывкар, 2015.
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 574.24; 575.2.084
ВЛИЯНИЕ ОСТРОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА TRADESCANTIA (CLON 02), ОБЛУЧЕННЫХ В МАЛЫХ ДОЗАХ у- ИЗЛУЧЕНИЯ
А.А. ХОМИЧЕНКО, В.Г. ЗАЙНУЛЛИН
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар [email protected]
Изучено влияние хронического и острого гамма-облучения на показатели развития генеративных побегов и частоту соматических («розовых») мутаций в волосках тычиночных нитей Tradescantia (клон 02). Показано, что предварительное хроническое облучение соцветий традесканции не приводит к устойчивости растений при последующем облучении в большой дозе.
Ключевые слова: традесканция, облучение, малые дозы, зависимость, мутации
A.A. KHOMICHENKO, V.G. ZAINULLIN. EFFECTS OF ACUTE IRRADIATION ON TRADESCANTIA (CLONE 02) IRRADIATED AT LOW DOSES
OF Y- RADIATION
The influence of chronic and acute gamma irradiation on indicators of development of generative shoots and the frequency of somatic ("pink") mutations in the stamen hairs of the filaments of Tradescantia (clone 02) were studied. It is shown that preliminary chronic exposure of inflorescences of tradescantia does not lead to plant resistance to subsequent irradiation at high doses.
Кeуwords: Tradescantia, irradiation, small doses, dependence, mutations
В результате деятельности человека появляется значительное число территорий, загрязненных радионуклидами, что приводит к увеличению уровня радиационного фона биосферы. Это обуславливает необходимость тщательного изучения генетических последствий повышенного радиационного фона для биоты и механизмов микроэволюционных событий в условиях хронического действия ионизирующего излучения [1 - 3].
В настоящее время разработаны концепции о различных механизмах чувствительности организма к действию агента в больших и малых дозах [2,4,5]. Можно говорить, что наблюдаемые эффекты после облучения в малых дозах не являются артефактом и отражают работу механизмов, обеспечивающих устойчивость и адаптацию биологических систем к меняющимся условиям внешней среды. В данной работе предпринята попытка оценить последствия облучения в острой дозе для растений традесканции, предварительно облученных в малых дозах. Изучение этих механизмов имеет важное теоретическое и прикладное значение и может быть обозначено как одна из целей радиоэкологии.
Материал и методы
В работе использованы гибридные растения
Tradescantia occidentals Pritton ex Rydb. и Trades-
cantia ohiensis Raf. (Tradescantia кпон 02). Все соцветия были получены в летний период. Перед облучением срезы с соцветиями помещали в дистиллированную воду и через 17 ч облучали от источника с 226Ra. Облучение проводилось в режиме постоянной экспозиции 20 ч при разных мощностях в дозах: 0.4 сГр (0.02 сГр/ч); 1.0 сГр (0.05 сГр/ч); 2.3 сГр (0.115 сГр/ч) ; 4.86сГр (0.243 сГр/ч) ; 7.0 сГр (0.35 сГр/ч); 13.5 сГр (0.665 сГр/ч); 23.2 сГр (1.4 сГр/ч). Через 50 мин после завершения пролонгированного (хронического) облучения соцветия облучались в дозе 150 сГр от источника с 60Со, время облучения составляло 2 мин (2.5 сГр/с). Эффекты облучения оценивали с 6-го по 21-й день после облучения на тест-системе «розовые соматические мутации (РСМ) в волосках тычиночных нитей (ВТН)» [6]. Частоту нарушений подсчитывали как отношение мутантных событий к количеству волосков тычиночных нитей.
Результаты и обсуждение
В предварительных экспериментах было показано, что при остром Y-облучении в дозе 150 сГр целого среза Tradescantia (кпон 02) развивающийся радиационный стресс ведет к снижению интенсивности цветения. В связи с этим провокационному (острому) облучению подвергались только соцве-
Известия Коми научного центра УрО РАН. Выпуск 4(24). Сыктывкар, 2015
тия. Средний возраст использованных нами соцветий составлял три - четыре месяца.
Хроническое облучение во всем исследуемом диапазоне накопленных доз не привело к изменению соцветий. Последующее острое облучение во всех вариантах приводило к развитию эффектов, сходных с радиационным поражением соцветий. Оно проявлялось в образовании бутонов и цветков, не пригодных для учета количества ВТН и частоты РСМ. Эффект наблюдался и в конце второй, начале третьей недели после облучения, когда отмечается максимальный выход радиоиндуциро-ванных нарушений. Значение среднего числа ВТН на соцветие может объективно отражать наблюдаемый эффект. Среднее число ВТН на соцветие достигало минимальных значений при предоблуче-нии в наименьших дозах 0.4 и 1.0 сГр (см. таблицу). Статистический анализ количества ВТН показал, что дополнительное облучение в дозе 150 сГр приводит к значимому подавлению развития генеративных органов растений (р<0.05).
Изменение волосков числа тычиночных нитей и частоты розовых соматических мутаций
после пролонгированного облучения в разных дозах и дополнительного облучения в острой дозе
Пролонгированное Среднее число ВТН на соцветие Частота РСМ, %
облучение в дозе, сГр Без острого облучения Облучение в дозе 150 сГр Без острого облучения Облучение в дозе 150 сГр
Контроль 1099.9 791.4±658.1 0.112±0.016 8.49±0.33
0.4 695.2 279.0±174.0 0.143±0.048 7.56±0.46
1.0 1025.2 234.4±212.4 0.182±0.034 6.74±0.52
2.3 1263.4 719.1±286.9 0.094±0.022 8.51±0.33
4.86 754.6 743.8±200.0 0.381±0.079 7.90±0.30
7.0 859.1 446.3±328.3 0.261±0.044 7.57±0.42
13.5 1359.0 375.4±315.5 0.323±0.069 6.39±0.42
23.2 957.9 493.6±368.5 0.731±0.104 8.51±0.38
Хроническое облучение приводит к росту
частоты «розовых» мутаций, коэффициент линейной аппроксимации К2 = 0,64. Однако с большей вероятностью зависимость выхода от дозы описывается уравнением третьей степени (К2 = 0,83), т.е. можно говорить о «нелинейности» зависимости частоты мутаций от накопленной дозы облучения. Дополнительное острое облучение привело к значительному повышению частоты «розовых» мутаций в сравнении с уровнем вариантов пролонгированного облучения. Анализ данных частот не выявил какой-либо зависимости (К2 = - 0,10). Более того, в вариантах с предоблучением в дозах 1.0 и 13.5 сГр снижение частоты розовых соматических мутаций носило статистически значимый характер.
Меристемы являются критическими тканями растений, их состояние определяет характер и исход радиационного поражения. Ранее нами было показано, что облучение в малых дозах приводит к дисбалансу содержания растительных гормонов в клетках меристемы традесканции, и предполагалась возможность непрямого, опосредованного
гормональным дисбалансом, действия малых доз на стабильность генотипа [7]. Следствием такого дисбаланса явилась нестабильность в частоте му-тантных событий, выявленная в нелинейной зависимости выхода нарушений от дозы.
Заключение
Облучение в больших дозах (150 сГр) приводит не только к существенному повышению частоты мутантных событий, но и к подавлению развития соцветий. Можно предположить, что повреждения, индуцированные облучением в дозе 150 сГр, являются следствием прямого, поражающего действия радиации, а предварительное облучение в малых дозах не привело к повышению радиоадаптации.
Работа выполнена при поддержке Программы Президиума РАН (грант №0414-2015-0024).
Литература
1. Шевченко ВА., Печкуренков ВЛ., Абрамов В.И. Радиационная генетика природных популяций. Генетические последствия Кыштымской аварии. М.: Наука, 1992. 221 с.
2. Гераськин СА Концепция биологического действия малых доз ионизирующего излучения на клетки // Радиац. биол. Радиоэкол. 1995. Т. 35. Вып. 5. С. 571 - 580.
3. Зайнуллин В.Г. Генетические эффекты хронического облучения в малых дозах ионизирующего излучения. СПб.: Наука, 1998. 100 с.
4. Бурлакова Е.Б. Эффект сверхмалых доз // Вестник РАН. 1994. Т.64. №5. С. 425 - 431.
5. Зайнуллин В.Г. "Доза-эффект" в исследовании эффектов малых доз радиации // Радиочувствительность растений и животных биогеоценозов с повышенным естественным фоном радиации. Сыктывкар, 1988. С. 93-97 (Тр. Коми НЦ УрО АН СССР; № 97).
6. Sparrow A.H., Undenbrink A.G., Ross H.H. Mutations induced in Tradescantia by small doses of X rays and neutrons: analysis of dose-response curves// Science. 1972. Vol. 176. P. 916-918.
7. Хомиченко АА., Скоробогатова И.В., Карсун-кина Н.П., Зайнуллин В.Г. Гормональные и генетические эффекты, индуцированные облучением в малых дозах у Tradescantia (клон 02) // Радиац. биол. Радиоэкол. 2007. Т.47. №.5. С.578-583.
References
1. Shevchenko VA., Pechkurenkov V.L., Abramov V.I. Radiatsionnaya genetika prirodnykh popu-lyatsii. Geneticheskie posledstviya Kyshtym-skoi avarii [Radiation genetics of natural populations. Genetic studies of Kyshtym accident]. Moscow: Nauka, 1992. 221 p.
2. Geras'kin SA. Kontseptsiya biologicheskogo deistviya malykh doz ioniziruyushchego izlu-cheniya na kletki // Radiats. biol. Radioekol. [The concept of biological action of low doses of ionizing radiation on cells// Radiation biology. Radioecology]. 1995. Vol. 35. P. 571-580.
Известия Коми научного центра УрО РАН. Выпуск 4(24). Сыктывкар, 2015
3. Zainullin V.G. Geneticheskie effekty khroniche-skogo oblucheniya v malykh dozakh ioniziru-yushchego izlucheniya [Genetic effects of chronic exposure to low doses of ionizing radiation]. St.-Petersburg: Nauka, 1998. 100 p.
4. Burlakova E.B. Effekt sverkhmalykh doz // Vestnik RAN [The effect of ultra-low doses // Bull. of RAS]. 1994. Vol. 64. No.5. P. 425-431.
5. Zainullin V.G. "Doza-effekt" v issledovanii ef-fektov malykh doz radiatsii // Radio-chuvstvitel'nost' rastenii i zhivotnykh biogeot-senozov s povyshennym estestvennym fonom radiatsii ["Dose-effect" in the study of the effects of small doses of radiation // Radiosensi-tivity of plants and animals biogeocenoses with increased natural radiation background]. Syktyvkar, 1988. No. 97. P. 93-97 (Proc. of Komi Sci.Centre, Ural Branch, RAS).
6. Sparrow A.H., Undenbrink A.G., Ross H.H. Mutations induced in Tradescantia by small doses of X rays and neutrons: analysis of dose-response curves // Science. 1972. Vol. 176. P. 916-918.
7. Khomichenko A.A., Skorobogatova I.V., Karsunkina N.P., Zainullin V.G. Gormonal'nye i geneticheskie effekty, indutsirovannye oblu-cheniem v malykh dozakh u Tradescantia (klon 02) // Radiats. biol. Radioekol. [Hormonal and genetic effects induced by exposure to low doses in Tradescantia (clone 02) // Radiation biology. Radioecology]. 2007. Vol. 47. No. 5. P. 578-583.
Статья поступила в редакцию 21.09.2015.
