Изучение радиологических эффектов у высших растений, обитающих на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Изучение радиологических эффектов у высших растений, обитающих на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа

икропрепараты фотографировались по авторской методике без применения аналогового цифрового преобразователя при 900-кратном увеличении с масляной иммерсией с помощью цифрового фотоаппарата мобильного телефона LG B2100 (рис. 3; стр. III, IV).

Биохимические исследования проводились на P. lanceolata и P. media методом йодометрии (титрование), в основе которого лежит реакция [6, 22]: 5H2O2 + I2 = 4H2O + 2HIO3.

Отобранные для анализа растения, тщательно очищенные от земли и обсушенные фильтровальной бумагой до постоянного веса, взвешивались и растирались со стеклянным порошком в фарфоровой ступке. Полученная смесь разводилась дистиллированной водой в расчете 9 мл воды на каждые 100 мг растения и центрифугировалась на ручной центрифуге в течение 5 минут при скорости вращения 1200 об/мин.

В раствор гидроперита, объёмом 5 мл, добавлялись 0,2 мл надосадочной жидкости, и смесь выдерживалась в течение 30 секунд, после чего приливались 3 мл раствора крахмала в качестве индикатора. Смесь титровалась йодом до получения эталонной голубой окраски, сохраняющейся в течение 3 секунд, после чего регистрировался объём затраченного йода.

Для статистической обработки данных использовались следующие методы: дисперсионный анализ двухфакторных неравномерных комплексов для качественных признаков; дисперсионный анализ однофакторных комплексов для качественных признаков; критерий чІ; точный критерий Фишера (F); критерий Стьюдента (td); критерий «ФИ» (Fц). Для данной обработки в таблицах Excel автором работы были созданы алгоритмы вычисления необходимых показателей с использованием литературы [14, 23].

3 Результаты и обсуждение
3.1 Цитогенетические исследования

Результаты данных исследований позволяют выявить зависимость изменения радиочувствительности высших растений как минимум от трех факторов: хронического в-, г-облучения; числа хромосом в кариотипе (плоидности); предварительного г-облучения при неравномерном фракционировании дозы. Результаты математической обработки данных представлены в таблицах 1, 2 и на рисунках 5-10.

3.1.1 Спонтанный мутагенез
Хроническое облучение вызывает достоверное увеличение частоты аберрантных анафаз в опытных популяциях A. maculatus (p << 0,001) и P. media (p < 0,01), в то же время, в популяциях P. lanceolata отмеченного феномена не наблюдается (p > 0,05), что не противоречит литературным данным [22]. Возрастание частоты аберрантных анафаз связано с ускоренным накоплением мутационного груза [2, 3, 4], так как фон от радионуклидов более чем в 100 раз превышает естественный радиационный фон.

В хронически облучаемых популяциях прозанника по сравнению с контрольными происходит достоверное увеличение частоты дицентриков (чІ = 26,96, н = ?, р < 0,001; рис. 6; стр. VI). В эксперименте облучали покоящиеся семена, поэтому двойные разрывы хромосом, приводящие к образованию дицентриков, оставались нереализованными до начала прорастания, когда, вследствие увеличения теплового движения, обломки хромосом смещаются, образуя разнообразные транслокации (рис. 3-4; стр. III-IV), то есть из потенциальных повреждения переходят в летальные [12]. Однако в популяциях обоих видов подорожника изменения частоты дицентриков не происходит (р >> 0,05; рис. 6; стр. VI).

Не обнаружены отличия в частоте ацентрических фрагментов в опытных и контрольных популяциях A. maculatus (F = 0,98, н = 27, р >> 0,05; рис. 7; стр. VI), в тоже время, в опытных популяциях P. lanceolata наблюдается достоверное увеличение частоты этого вида аберраций по сравнению с контрольными (p < 0,01; рис. 7; стр. V). Однако в хронически облучаемых популяциях P. media отмечено достоверное (р < 0,001) снижение частоты ацентрических фрагментов по сравнению с незагрязненными радионуклидами популяциями.

Как известно, растения с большей плоидностью обладают повышенной неспецифической устойчивостью к действию экстремальных абиотических факторов среды обитания, например, в более высоких широтах преобладают полиплоидные формы, имеющие селективные преимущества по сравнению с диплоидными [18]. Дисперсионный анализ показал достоверное (F = 15,0; н = 1500; р < 0,001) влияние фактора плоидности на радиоадаптивный ответ исследованных растений: у P. media отмечена меньшая частота аберрантных анафаз как в контрольных (р < 0,001), так и в опытных (р < 0,01) популяциях по сравнению с популяциями P. lanceolata, произрастающими в таких же экологических условиях.

3.1.2 Влияние неравномерного фракционированного облучения на прозанник пятнистый (Achyrophorus maculatus L.)
Из результатов двухфакторного дисперсионного анализа следует, что как хроническое облучение (p < 0,01), так и различным образом организованное дополнительное радиационное воздействие (p << 0,001), а также сочетания этих факторов достоверно (p << 0,001) изменяют радиобиологический ответ исследованных растений.

3.1.2.1 Влияние на индуцированный мутагенез г-лучей 60Со в дозе 5 Гр
Облучение в дозе 5 Гр в контрольных популяциях не вызывает достоверного изменения частоты как аберрантных анафаз (td = 1,56, н = ?, р >> 0,05; рис. 8; стр. VIII), так и частоты дицентриков (Fц = 1,56, н = ?, р >> 0,05; рис. 9; стр. IX) и ацентрических фрагментов (F = 0,94, н = 18, р >> 0,05; рис. 10; стр. IX). Данные факты позволяют дозу г-лучей в 5 Гр считать малой для данного вида.

В опытных популяциях частоты аберрантных анафаз (td = 6,77, н = ?, р < 0,001; рис. 8; стр. VIII) и ацентрических фрагментов (F = 27,08, н = 19, р < 0,001; рис. 10; стр. IX) достоверно возрастают, но частота дицентриков не изменяется (Fц = 0,69, н = ?, р >> 0,05; рис. 9; стр. IX).

3.1.2.2. Влияние на индуцированный мутагенез г-лучей 60Со в дозе 30 Гр

Влияние провокационной дозы в 30 Гр на опытную и контрольную популяции проявляется в достоверном увеличении как частоты аберрантных анафаз (р < 0,001), так и общей частоты аберраций (дицентрики + фрагменты). Между контрольной и опытной популяциями по указанным показателям различий не наблюдается (p >> 0,05), что свидетельствует о достаточности этой дозы для возникновения устойчивого цитогенетического эффекта. В то же время, обращает на себя внимание отсутствие различий в эффектах доз в 30 и 5 Гр в опытной популяции, что может свидетельствовать, на наш взгляд, о действии дополнительных не учитываемых факторов при воздействии малой дозой (рис. 8).

3.1.2.3 Значение временной организации фракционированного облучения в формировании радиологического эффекта
Реакции, возникающие в облученной клетке, подчиняются кинетическим закономерностям, скорость достижения конечного состояния будет определяться не только скоростью прямых, но и скоростью обратных реакций (процессов восстановления). Кинетика процесса будет зависеть от ингибиторов и катализаторов реакции, наличия веществ, обрывающих цепные процессы и других условий [9].

Из данных [20] следует, что существует два механизма адаптивного ответа у растений. Первый - это повышение способности репарировать повреждения ДНК после воздействия малой дозой. Второй - стимулированная репопуляция - феномен, заключающийся в замещении поврежденных клеток неповрежденными.

При часовом интервале между фракциями в контрольных популяциях наблюдается радиологический эффект, подчиняющийся принципу аддитивности: эффекты двух фракций суммируются, так как получено достоверное (p < 0,001) увеличение частоты аберрантных анафаз по сравнению с эффектом дозы в 30 Гр. В опытной популяции не обнаружено отличий между аналогичными вариантами (p > 0,05; рис. 8). Представленные данные свидетельствуют, что у растений из опытной популяции процессы восстановления протекают интенсивнее, что может быть объяснено приспособлением к действию повышенного фона радиации.

В обеих исследованных популяциях наблюдается достоверное снижение частоты аберрантных анафаз при увеличении интервала между фракциями (p < 0,001). Следует обратить внимание, что в опытной популяции частота аберрантных анафаз в варианте с суточным интервалом между фракциями достоверно (Fц = 4,21, н = ?, р < 0,05) меньше, чем в контроле. Данные явления могут быть объяснены процессом стимулированной репопуляции, более интенсивно протекающим в растениях из загрязненной популяции.

3.2 Биохимические исследования

Результаты биохимических исследований представлены в таблице 3 и на рисунках 11, 12 (стр. X), из которых следует, что при добавлении 0,2 мл надосадочной жидкости, содержащей антиоксидантные ферменты, достоверно снижается расход йода (р < 0,01), свидетельствующий о работе антиоксидантных систем. Эти же данные говорят о том, что в пробах обоих видов подорожника, обитающих на загрязненных территориях, антиоксидантные системы работают активнее (p < 0,001). Кроме того, у вида с 2n = 24 (P. media) по сравнению с видом с 2n = 12 (P. lanceolata) расход йода в высшей степени достоверно ниже как в опытных, так и в контрольных вариантах (p < 0,001) (рис. 12). Сказанное свидетельствует о том, что, во-первых, хроническое низкоинтенсивное г-облучение, вызывающее образование в цитоплазме пероксидов и свободных радикалов, способно активировать антиоксидантные системы у облучаемых растений; во-вторых, у растений с большей плоидностью антиоксидантные ферменты либо активнее, либо присутствуют в клетках в большем количестве. Представленные данные доказывают предположения авторов [16], что характеристики окислительно-восстановительного метаболизма являются основными физиологическими детерминантами радиорезистентности организмов к длительному низкоинтенсивному воздействию.

Вопрос о природе повышенной радиоустойчивости хронически облучаемых популяций растений остается открытым. Несмотря на то, что действие повышенного фона радиации, индуцирующего накопление мутационного груза, в исследованных районах имеет место уже в течение полувека, специфического приспособления к мутагенному действию данного экологического фактора у организмов не выработалось. Одним из ведущих механизмов выступает активация хроническим в- и г-облучением репарационных систем [3, 17]. На выход индуцированных мутаций влияют генотипические различия организмов, которые обязательно имеют место как внутри популяций, так и между популяциями в особенности. Далее, вновь возникающие наследственные изменения в природных условиях будут подвергаться естественному отбору, направленному, прежде всего на повышение радиоустойчивости [2, 4, 19, 24]. По мнению ряда авторов [2, 3, 4, 19], ионизирующие излучения способны выступать не только мутагенным, но и новым экологическим фактором, отбирающим радиорезистентные фенотипы и гаметы, содержащие оптимальные геномы [2, 19]. Кроме того, из полученных нами данных следует, что еще одним механизмом радиопротекторного эффекта является активация антиоксидантных систем, разрушающих продукты радиолиза воды и органических веществ. Выяснено, что у растений с большей плоидностью радиопротекторный эффект выражен существенно ярче, объясняющий более низкий уровень спонтанного мутагенеза у подобных растений (рис. 5, стр. V; рис. 12, стр. X).

Заключение
На основании полученных и проанализированных результатов можно сделать следующие выводы:

1. Хроническое облучение в течение 50 лет приводит к достоверному повышению уровня мутационного процесса в популяциях многолетних растений: Achyrophorus maculatus и Plantago media. В то же время, в популяциях Plantago lanceolata аналогичный эффект отмечен на уровне тенденции.

2. Радиорезистентность высших растений на примере родственных видов подорожника зависит от их плоидности: вид с 24 хромосомами (P. media) оказывается более радиорезистентным по сравнению с видом с 12 хромосомами (P. lanceolata).

Страницы: 1, 2, 3