Воздействие хронического ионизирующего излучения на митотическую активность и хромосомные аберрации сосны обыкновенной в Южном Нечерноземье РФ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

обеспечение устойчивого роста и развития данного вида в условиях недостатка микроэлементов в почве.

Реакция подземной части деревьев разных категорий состояния на антропогенное воздействие исследована недостаточно. Известно, что промышленное загрязнение как сильнодействующий экологический фактор может изменять уровень индивидуальной изменчивости растений, и амплитуда варьирования признака в неблагоприятных условиях увеличивается. Степень вариабельности зависит от экстремальности воздействия, и с увеличением силы действия фактора возрастает средняя повреждаемость растений и одновременно уменьшается уровень изменчивости [6].

Исследование реакции микориз на техногенные воздействия представляет значительный теоретический и практический интерес, так как микоризы являются активной поглощающей частью корневой системы деревьев, и их повреждение рассматривается иногда в качестве одной из ведущих причин техногенно обусловленной деградации лесов [9].

Работа выполнена при поддержке гранта «Адаптивный потенциал и устойчивость древесных растений в техногенных условиях» (АВЦП Минобрнауки РФ ««Развитие научного потенциала высшей школы». Регистрационный номер: 2.1.1/11330).

Библиографический список

1. Барыкина, Р.П. Практикум по анатомии растений / Р.П. Барыкина, Л.Н. Кострикова. - М.: Росвузиз-дат, 1963. - 184 с.

2. Баталов, А.А. Лесовосстановление на промышленных отвалах Предуралья и Южного Урала /

A. А. Баталов, Н.А. Мартьянов, А.Ю. Кулагин и др. - Уфа: БНЦ УрО АН СССР, 1989. - 140 с.

3. Згуровская, Л.Н. Анатомо-физиологическое исследование всасывающих ростовых и проводящих корней древесных пород / Л.Н. Згуровская // Тр. ин-та леса и древесины АН СССР. - 1958. - Т. 41. - Вып. 2. - С. 5-33.

4. Методика выполнения измерений массовых концентраций меди, цинка, кадмия и свинца в пробах почв методом атомно-абсорбционной спектрометрии. РД 52.18.685-2006.

5. Почвы Башкортостана. Т.1: Эколого-генетическая и агропроизводственная характеристика / Под ред. Ф.Х. Хазиева. - Уфа: Гилем, 1995. - 384 с.

6. Семенова, Л.А. Морфология микориз сосны обыкновенной в спелых лесах / Л.А. Семенова // Микоризные грибы и микоризы лесообразующих пород Севера. - Петрозаводск, 1980. - С. 103-132.

7. Система оценки степени деградации почв /

B. В. Снакин и др. - Пущино, 1992. - 19 с.

8. Сукачев, В.Н. Программа и методика биогеоценологических исследований / В.Н. Сукачев. - М.: Наука, 1966. - 333 с.

9. Ярмишко, В.Т. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на Европейском Севере / В.Т. Ярмишко. - СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1997. - 210 с.

10. Яценко-Хмелевский, А.А. Краткий курс анатомии растений / А.А. Яценко-Хмелевский. - М.: Высшая школа, 1961. - 282 с.

ВОЗДЕЙСТВИЕ ХРОНИЧЕСКОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА МИТОТИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ

и хромосомные аберрации сосны обыкновенной в южном Нечерноземье рф

А.В. СКОК, доц. каф. садово-паркового и ландшафтного строительства БГИТА, канд. биол. наук, И.Н. ГЛАЗУН, доц. каф. садово-паркового и ландшафтного строительства БГИТА, канд.с.-х. наук, Е.Н. САМОШКИН, проф. каф. садово-паркового и ландшафтного строительства БГИТА,

заслуженный деятель науки РФ, д-р биол. наук

При хроническом облучении растений происходит накопление повреждений,

т.е. кумулятивный эффект [1]. В зависимости от дозы повреждения бывают трех типов: физиологические (первичные), генные (точ-

[email protected]

ковые) мутации и хромосомные аберрации [6].

Для изучения влияния облучения на появление аберраций хромосом в 2000, 2001, 2002 гг. был проведен анализ митозов

58

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

в корешках проростков сосны обыкновенной. Методика приготовления цитообразцов, анализ их под микроскопом описаны ранее [2].

Для каждого модельного дерева изготовлено и просмотрено 20 препаратов. На «временных» препаратах определяли общее количество просмотренных клеток, в т.ч. делящихся; клеток с анафазами; анафаз с нарушениями и их типы: хромосомные аберрации (мосты и фрагменты), нарушения клеточных делений (выход хромосом вперед, их отставание, одновременно выход и отставание).

Определяли митотический индекс (МИ) как количество делящихся клеток от их общего количества (%), относительную продолжительность фаз митоза как количество клеток в определенной фазе от количества делящихся [3].

МИ и патологические митозы (ПМ) включены в шкалу критериев цитогенетического мониторинга, количество ПМ отражает степень влияния ионизирующего излучения и помогает фиксировать его интегральный эффект [4].

Наши исследования проводились на территории хвойно-широколиственных (смешанных) лесов европейской части Российской Федерации. Заложено 6 пробных площадей (ПП), на каждой находится 15 модельных деревьев. Ежегодно на постоянных реперных точках (не менее 5 на каждой ПП) в пятикратной повторности проводили измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) на высоте 1 м от поверхности земли и на почве дозиметром ДРГ - 01Т с точностью до 1,0 мкР/ч. Из полученных значений вычисляли среднее МЭД для каждой ПП.

ПП расположены на территории с разным уровнем радиоактивного загрязнения: в зоне отчуждения - Красногорское лесничество, ПЗП свыше 80 Ku/км2, кв.4, ПП№ 31, МЭД = 758,1 мкР/ч; ПЗП - 40...80 Ku/км2, кв.21, ПП№ 35, МЭД = 260,1 мкР/ч; в зоне проживания с правом на отселение - ПЗП - 5,1 ... 15 Ku/км2 - Красногорское лесничество кв.16, ПП №36, МЭД = 222,0 мкР/ч, ПП №37, МЭД = = 172,3 мкР/ч, кв.14, ПП №32, МЭД = 51,4мкР/ч и в относительно чистой зоне (ПЗП - менее 1 Ku/км2) - опытное лесничество Брянской

государственной инженерно-технологической академии (кв.75, ПП№ 15, МЭД = 12 мкР/ч - контроль).

Были вычислены [5] М ± тх, достоверность различия М ± тх оценивали по t критерию Стъюдента с учетом трех доверительных уровней (Р = 95; 99; 99,9 %).

Анализ показал, что в 2000 г. МИ в корешках проростков при максимальной МЭД = 758,1 ± 23,49 мкР/ч достоверно (на 1,63 %) уменьшен по сравнению с контролем (7,15 ±

± 0,780 % tфaкT > U , Р = 99,0 %Х при МЭД = = 260,1 ± 6,01 мкР/ч - несущественно, только на 0,27 % (t. < t ). Однако в опыте с МЭД

= 51,4 ± 1,98 мкР/ч достоверно увеличен (на 2,21 %) МИ в сравнении с максимальной МЭД = 758,1 ± 23,49 мкР/ч (Т > t б, Р = 99,0 %), но незначимо (на 0,59 %) - с контролем (t <

< (га6п). Интересно, что МИ при МЭД = 260,1 ± ± 6,01 и МЭД = 51,4 ± 1,98 мкР/ч существенно не отличался, хотя МЭД разнится в 5 раз.

Количество клеток в стадии профазы варьирует на уровне контроля: t < t .

При максимальной МЭД = 758,1 ± ± 23,49 мкР/ч больше (на 3,18 %), чем в контроле (33,80 ± 0,312 %), количество клеток в стадии метафазы (t > t , Р = 95,0 %). Ко-

факт табл

личество клеток в стадии метафазы при МЭД = 758,1 ± 23,49 мкР/ч существенно выше (на 4,9 %), чем при МЭД = 260,1 ± 6,01 мкР/ч (t >

> t б, Р = 95,0 %). акт

С увеличением МЭД уменьшается в сравнении с контролем (35,96 ± 0,440 %) количество клеток в стадии анафазы: недостоверно (на 0,8 %) при МЭД = 51,4 ± 1,98 мкР/ч (t^ <

< ^абл), существенно (на 3,19 %) при МЭД = = 260,1 ± 6,01 мкР/ч (Т > t б, Р = 99,0 %).

факт табл

На 7,33 % меньше количество клеток с анафазами при МЭД = 758,1 ± 23,49 мкР/ч в сравнении с МЭД = 260,1 ± 6,01 мкР/ч (t^ >

> ^абл, Р = 99,0 %) и на 9,72 % - с МЭД = 514 ± ± 1,98 мкР/ч (L > t , Р = 99,9 %).

факт табл

Количество клеток в стадии телофазы значимо увеличено по сравнению с контролем (10,76 ± 2,270 %) при МЭД = 758,1 ± ± 23,49 мкР/ч (на 8,66 %), при МЭД = 260,1 ± ± 6,01 мкР/ч (на 2,57 %) и при МЭД = 51,4 ± ± 1,98 мкР/ч (на 7,07 %): t > t к, Р = 99,0 %.

факт табл

Существенно (на 6,09 %) увеличено количест-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011

59

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

во клеток с телофазами в опыте с МЭД = 758,1 ± ± 23,49 мкР/ч в сравнении с МЭД = 260,1 ± ± 6,01 мкР/ч (6 > t R, Р = 95,0 %).

С ростом МЭД растет количество ПМ: наибольшее (37,04 %) - при максимальной МЭД = 758,1 ± 23,49 мкР/ч, наименьшее (15,82 %) - при МЭД = 51,4 ± 1,98 мкР/ч. Любопытно, что в контроле количество ПМ (19,3 %) выше (на 3,5 %), чем в опыте с МЭД =

51,4 ± 1,98 мкР/ч, что связано, видимо, с влиянием других экологических, в частности климатических, факторов.

Количество анафаз с мостами росло с увеличением МЭД: наибольшее (6,16 %) - при МЭД = 758,1 ± 23,49 мкР/ч, меньше (4,68 %) - при МЭД = 260,1 ± 6,01 мкР/ч, самое малое (1,35 %) - при МЭД = 51,4 ± 1,98 мкР/ч, что даже ниже, чем в контроле (2,59 %).

Количество анафаз с фрагментами и выходом хромосом вперед достоверно не отличалось от контроля. В опыте с МЭД = 51,4 ± ± 1,98 мкР/ч анафазы с фрагментами не обнаружены.

С ростом МЭД существенно увеличивалось (от 4,66 % до 7,56 %) по сравнению с контролем (2,12 %) количество анафаз с отставанием хромосом (t. > t _, Р = 99,9 %).

Количество анафаз с одновременным выходом и отставанием хромосом при МЭД = = 260,1 ± 6,01 мкР/ч увеличено по сравнению с контролем в 2 раза (t > t , Р = 99,0 %), при

МЭД = 758,1 ± 23,49 мкР/ч - в 3,5 раза (^акт > > t R, Р = 99,9 %). акт

табл

В 2000 г. в целом с увеличением МЭД закономерно уменьшается митотическая активность (МИ) и количество клеток в стадии анафазы, а количество клеток в стадии телофазы и метафазы (при самой высокой МЭД), наоборот, увеличивается. Растет количество ПМ, анафаз с мостами, с отставанием, а также с одновременным выходом и отставанием хромосом. Радиационное загрязнение уменьшает количество делящихся клеток, увеличивает количество ПМ и изменяет продолжительность отдельных фаз митоза.

В 2001 г. МИ в корешках проростков увеличивался от минимума (в контроле- 6,65 ± ± 0,088 %) до максимума (8,51 ± 0,632 %) при МЭД = 239,7 ± 28,54 мкР/ч, т.е. доля делящих-

ся клеток увеличена, тогда как в 2000 г. она была уменьшена. МИ существенно превышал (на 1,86 %) контроль при МЭД = 239,7 ± ± 28,54 мкР/ч, МЭД = 222,0 ± 8,5 мкР/ч (на 1,76 %) и МЭД = 172,3 ± 12,90 мкР/ч (на 1,15 %): t > t R, Р = 95,0 %.

факт табл

С ростом МЭД увеличивалось в сравнении с контролем (12,77 ± 0,837 %) количество клеток в профазе: при МЭД = 222,0 ± ± 8,5 мкР/ч - в 2 раза (t. > t , Р = 99,9 %).

факт табл

Однако при МЭД = 239,7 ± 28,54 мкР/ч, самой высокой МЭД = 685,5 ± 33,77 мкР/ч и самой низкой МЭД = 41 ,8 ± 2 ,01 мкР/ч различие с контролем несущественно. В 2 раза выше количество анафаз с профазами при МЭД = 222,0 ± ± 8,5 мкР/ч в сравнении с МЭД = 41,8 ± ± 2,01 мкР/ч (Р = 99,9 %). Существенно увеличено (Р = 95 %) количество клеток с профазами в опыте с МЭД = 222,0 ± 8,5 мкР/ч в сравнении с МЭД = 685,5 ± 33,77 мкР/ч (на 10,2 %) и с МЭД = 239,7 ± 28,54 мкР/ч (на 13,23 %).

Не отмечено существенного влияния МЭД на количество клеток в стадии метафазы, кроме максимального фона (МЭД = 685,5 ± ± 33,77 мкР/ч), где этот показатель увеличен (на 6,26 %) в сравнении с контролем - 34,60 ± ± 1,681 % (т > t R, Р = 95,0 %).

факт табл

Увеличение радиационного фона уменьшило количество клеток с анафазами: в контроле - 39,00 ± 0,23 %, при МЭД = 222,0 ± ± 8,5 мкР/ч - 27,34 ± 2,50 % (6 > t б, Р = 99 %). Достоверно уменьшено (на 7,54 %) по сравнению с контролем количество клеток с анафазами при МЭД = 685,5 ± 33,77 мкР/ч (t, > t ,,

факт табл

Р = 99,9 %) и на 4,81 % при МЭД = 41,8 ± 2,01 мкР/ч (t, > t ,, Р = 99,0 %). Количество кле-

ток с анафазами существенно выше (на 6,85 %) в опыте с МЭД = 41,8 ± 2,01 мкР/ч в сравнении с МЭД = 222,0 ± 8,5 мкР/ч, на 4,33 % в опыте с МЭД = 239,7 ± 28,54 мкР/ч и на 8,45 % в опыте с МЭД = 222,0 ± 8,5 мкР/ч в сравнении с МЭД = = 685,5 ± 33,77 мкР/ч (Т > t R ,Р = 95,0 %).

факт табл

Радиационный фон не оказал достоверного влияния на количество клеток в стадии телофазы.

Любопытно, что количество ПМ в сравнении с контролем (10,81 %) снижено при самых высоких МЭД: 685,5 ± 33,77 мкР/ч (до 7,83 %) и 239,7 ± 28,54 мкР/ч (до 7,12 %).

60

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Количество анафаз с мостами при увеличении МЭД растет, хотя и нечетко: наибольшее количество (на 2,7 % выше контроля) при МЭД= = 172,3 ± 12,90 мкР/ч (t. > t б, Р = 95 %).

Фрагменты наблюдались единично и только при МЭД = 239,7 ± 28,54 мкР/ч.

Существенно уменьшено (на 4,0 %) по сравнению с контролем (6,63 %) количество клеток с выходом хромосом вперед при МЭД = 239,7 ± 28,54 мкР/ч (t. > t б, Р = 95,0 %).

факт табл

Количество клеток с отставанием хромосом достоверно увеличено (t > t , Р =

факт табл

= 95 %) на 0,99 % при МЭД = 41,8 ± 2,01 мкР/ч и на 0,95 % при МЭД = 172,3 ± 12,90 мкР/ч по сравнению с контролем (1,73 ± 0,17 %); при МЭД = 41,8 ± 2,01 мкР/ч - на 2,63 % в сравнении с МЭД = 685,5 ± 33,77 мкР/ч (t > t ,

факт табл

Р = 99,9 %) и на 1,85 % при МЭД = 239,7 ± ± 28,54 мкР/ч (t. > t б, Р = 99,0 %).

факт табл

По сравнению с контролем (1,60 ± ± 0, 142 %) существенно уменьшено количество клеток с одновременным выходом и отставанием хромосом при МЭД = 172,3 ± ± 12,90 мкР/ч на 1,11 % и на 1,37 % при МЭД = = 222,0 ± 8,5 мкР/ч (t. > t б, Р = 95 %).

Следовательно, под влиянием радиоактивного загрязнения в 2001 г. увеличена доля делящихся клеток (в 2000 г. - уменьшена), возросла продолжительность профазы, метафазы (при самой высокой МЭД), количество анафаз с мостами, с отставанием хромосом (при низких МЭД); уменьшено количество клеток в стадии анафазы, количество ПМ; отмечены единичные фрагменты (только при МЭД = = 239,7 ± 28,34 мкР/ч), при МЭД = 685,5 ± 33,7 и 239,7 ± 28,54 мкР/ч уменьшено количество анафаз с выходом хромосом вперед.

В 2002 г. действие излучения существенно увеличило по сравнению с контролем (6,64 ± 0,439 %) митотическую активность клеток (МИ): на 1,92 % - при МЭД = 204,3 ± ± 6,52 мкР/ч (6 > t к, Р = 99,0 %), на 1,89 %

факт табл

- при МЭД = 643,7 ± 19,26 мкР/ч, на 1,43 %

- при МЭД = 239,1 ± 8,94 мкР/ч и на 1,45 %

- при МЭД = 40,3 ± 0,68 мкР/ч (t > t ,

факт табл

Р = 95,0 %).

Количество клеток в стадии профазы значимо превышает контроль (13,44 %) на 5,73 % - при МЭД = 239,1 ± 8,94 мкР/ч

и на 6,47 % - при МЭД = 204,1 ± 6,52 мкР/ч

Офакт > ^ Р = 99,0 %).

Не отмечено существенного влияния

излучения на продолжительность метафазы и анафазы.

Если продолжительность профазы растет при увеличении излучения, то телофазы, наоборот, уменьшается, кроме варианта с самой высокой МЭД = 643,7 ± 19,26 мкР/ч, где она на уровне контроля. В контроле количество клеток в стадии телофазы максимально (18,42 %), но уменьшено на 7,23 % при МЭД = = 204,3 ± 6,52 мкР/ч, на 6,67 % при МЭД =

239,1 ± 8,94 мкР/ч (t. > t ,, Р = 99,0 %) и

на 6,28 % при МЭД = 40,3 ± 0,67 мкР/ч > > ^абл, Р = 95,0 %). В опыте с МЭД = 1925 ± ± 4,21 мкР/ч на 3,88 % больше количество клеток в стадии телофазы чем при МЭД = 239,1 ± ± 8,94 мкР/ч и на 4,44 % - чем при МЭД=204,3 ± ± 6,52 мкР/ч (t. > t б, Р = 95,0 %). При максимальной МЭД = 643,7 ± 19,26 мкР/ч количество клеток в стадии телофазы достоверно выше (на 5,94 %), чем при минимальной МЭД = 40,3 ± 0,67 мкР/ч (6 > t к, Р = 95,0 %).

При максимальной МЭД = 643,7 ± 19,26 мкР/ ч увеличена относительная продолжительность телофазы в сравнении с МЭД = 204,3 ± ± 6,52 мкР/ч на 6,89 % и с МЭД = 239,1 ± ± 8,94 мкР/ч на 6,33 % (6 > t б, Р = 99,0 %).

факт табл

С ростом МЭД увеличивается число ПМ: наибольшее (13,42 %) - при максимальной МЭД = 643,7 ± 19,26 мкР/ч, минимальное (4,89 %) - в контроле.

Закономерно растет количество анафаз с мостами (в контроле они не обнаружены): при МЭД = 40,3 ± 0,67 мкР/ч (минимальное значение) - 0,2 %, при МЭД = 643,7 ± 19,26 мкР/ч (максимальное) - 2,61 %. При высоких МЭД (643,7 ± 19,26; 239,1 ± 8,94; 204,3 ± 6,52 мкР/ч) существенно увеличено (t > t , Р = 99,0 %)

факт табл

количество анафаз с мостами в сравнении с минимальной МЭД = 40,3 ± 0,67 мкР/ч, однако их больше на 1,87 % при МЭД = 643,7 ± ± 19,26 мкР/ч, чем при МЭД = 192,5 ± ± 4,21 мкР/ч, и на 0,97 %, чем при МЭД=239,1 ± ± 8,94 мкР/ч (2 > t б, Р = 95,0 %).

факт табл

Фрагменты наблюдались в небольшом количестве и только при МЭД = 239,1 ± ± 8,94 мкР/ч (0,03 %) и МЭД = 204,3 ±

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011

61