Радиочувствительность растений и факторы ее определяющие

Исследования, направленные на защиту биологических объектов от повреждающего действия ионизирующей радиации, повышение их устойчивости, приобрели большую актуальность в связи с возрастающим антропогенным загрязнением окружающей среды. В последние десятилетия выявлена возможность индуцированного повышения устойчивости живых организмов к высоким дозам радиации, так называемый радиоадаптивный ответ (РАО) (Филиппович И.В., 1991). Он представляет собой индуцированное излучением в малых дозах повышение устойчивости клеток и организмов к высоким дозам радиации. Механизмы формирования РАО изучены недостаточно.

Предполагают, что как индуцированная защитно-восстановительная реакция, РАО определяется комплексом молекулярно-клеточных событий (Sasaki M.S. et al., 2002; Schmidt-Ullrich R.K. et al., 2000) и связан с активацией систем репарации ДНК (Tateishi S. et al., 2000), а также с усилением деления клеток (Шестопалова Н.Г., Долгова Т.А., 2001).

Конечным результатом действия радиации на клетки и ткани живого организма являются различные патологические реакции. Степень лучевого поражения зависит от дозы и длительности облучения.

Под радиочувствительностью понимают степень нарушения различных процессов или поражения тканей и организма в целом при одной и той же дозе облучения.

При хроническом облучении общая доза растягивается на длительный период. А если та же общая доза занимает короткий промежуток времени, говорят об остром облучении. Повреждение растений и животных при таком облучении обычно наступает при меньших дозах, чем при хроническом облучении. Так, сильное угнетение вегетации растений наблюдается при остром облучении в 30 раз меньшем, чем при хроническом, а гибель организмов происходит в 15 раз чаще.

При хроническом облучении важное значение имеет общая доза, накоп-

ленная за митотический цикл, продолжительность которого тесно связана с температурой окружающей среды. При более высокой температуре клетки делятся интенсивнее, поэтому длительность митоза и общая хроническая доза изменяются.

Существенную роль в развитии лучевых поражений играет также и мощность поглощенной дозы облучения. Это та доза, которую поглощает тот или иной организм за единицу времени.

Так, доза 40 кР при мощности 5-10 Рентген в минуту у пшеницы и ячменя

практически не повлияли на рост растений, а гамма-облучение мощностью

50 Р/мин вызывает резкое торможение вегетации.

Е.И. Преображенская (1971), изучила радиочувствительность семян 700 видов и сортов растений и разделила их по этому свойству на три больших группы: радиочувствительные, выдерживающие дозы облучения от 150 до 250 Гр, среднечувствительные – 250–1000 Гр и радиоустойчивые – более 1000 Гр.

Радиочувствительность растений различных видов, разновидностей и сортов может различаться в 100 и более раз. При этом наиболее молодые в филогенетическом отношении формы более устойчивы, чем эволюционно старые.

На участках с плотностью загрязнения радиоцезием более 20 Ки/км² необходимо исключить выращивание бобовых культур (горох, бобы, фасоль), столовой свеклы, лука, томатов, моркови, чеснока и зеленых культур. Не рекомендуется производить посев щавеля на почвах загрязненных цезием-137 свыше 5 Ки/км².

Среди плодово-ягодных культур больше накапливают радионуклиды, в силу своих биологических особенностей, ягоды красной и черной смородины, крыжовника, меньше - земляники садовой, золотистой (белой) смородины, клубники, малины, плоды яблони, груши, вишни, сливы, черешни. Необходимо регулярно проводить омолаживание посадок ягодных кустарников.

Разные сорта одних и тех же растений могут отличаться по степени поглощения радиоактивных веществ из почвы в 2-3 раза. По уровню накопления радиоцезия сорта различных овощных культур можно расположить следующим образом (по убывающей): огурцы - Изящный, Родничок, Либелла, Гибрид-25, Гелиос, Дальневосточный, Декан; томаты - Перамога, Доходный, Раница, Белый налив, Отрадный; капуста - кольраби, цветная, броколли, бе-

локочанная (Русиновка, Бартлан, Мара); краснокочанная; морковь - Нантская, Золотистая, Карлена, Витаминная, Ленк а.

Наименьшее загрязнение клубней картофеля радионуклидами наблюдается у сортов Аксамит, Альтаир, Сантэ и Синтез.

Степень поражения тканей и организма в целом зависит от многих факторов, которые подразделяются на три группы:

1). генетические; 2). физиологические и 3). условия внешней среды.

К числу первых относятся видовые и сортовые особенности растений, которые определяются размерами ядер, числом хромосом и количеством ДНК. Наиболее надежным показателем радиочувствительности служит отношение объема ядра в расчете на одну хромосому (объем хромосомы).

Чем эта величина больше, тем радиочувствительность меньше. Поэтому на устойчивость растений к действию радиации влияет степень их полиплоидности: более чувствительными являются три- и тетраплоидные формы, а менее – диплоидные.

К физиологическим относятся фазы и стадии роста растений в период облучения, скорость вегетации и уровень обмена веществ. При остром облучении зависимость радиочувствительности от скорости митоза, а значит и роста организма, подчиняется действию закона Ж.Бергонье - Л.Трибондо.

Растения при остром облучении обладают повышенной радиочувствитель-

ностью в стадиях наиболее интенсивного роста. А при хроническом облучении проявляется обратная зависимость: чем выше интенсивность роста, тем меньше тяжесть лучевого поражения. Быстро делящиеся клетки поглощают за время одного акта клеточного цикла деления меньшую дозу и повреждаются слабее. Поэтому любой фактор, приводящий к увеличению продолжительности митоза или мейоза, усиливает радиационное поражение, вызывая рост частоты хромосомных перестроек под действием облучения и в большей степени угнетает рост и развитие растительного организма.

К факторам внешней среды относятся погодно-климатические условия в период облучения, минеральный состав и плодородие различных видов почв и ряд других.

К общим критериям радиочувствительности растений относятся:

1). степень подавления митоза (мейоза);

2). процент поврежденных клеток при первом делении;

3). число хромосомных перестроек на одну клетку;

4). процент всхожести семян;

5). депрессии роста и развития растения;

6). радиоморфозы;

7). процент хлорофильных мутаций;

8). выживаемость растений;

9). урожайность.

Количественная оценка радиочувствительности растений по критерию выживаемости устанавливается по показателям ЛД ₅₀, ЛД ₇₀ и ЛД _{100 .} Это величины доз, при которых погибает 50, 70 или 100 % из числа облученных объектов.

В процессе роста радиочувствительность растений меняется. Считается, что к наиболее чувствительным периодам относятся прорастание семян и переход растения от вегетативного состояния к генеративному, когда закладываются органы плодоношения.

Злаковые культуры более радиочувствительны в фазы выхода в трубку,

кущения и колошения. Зерновые бобовые наиболее чувствительны в период

бутонизации, а самое резкое снижение урожайности овощных культур и

картофеля наблюдается при их облучении в период появления всходов.

В целом растения наиболее устойчивы к действию радиации в период созревания и физиологического покоя семян. При облучении растений в период от всходов до начала цветения урожай снижается на 50% при следующих дозах:

1). горох и озимая рожь – 2 кР;

2). пшеница, ячмень, горох, подсолнечник – 3 кР;

3). гречиха, просо, томаты – 5 кР;

4). лен – 10 кР;

5). картофель – 15 кР;

6). сахарная свекла, турнепс – 20 кР;

7). капуста, морковь, столовая свекла – 25 кР.

Различия касаются не только разных культур, но и сортов одного и того же вида. При этом сортовая радиочувствительность может отличаться от полутора до пятнадцати раз. Сорта твердой пшеницы отличаются более высокой чувствительностью к радиации, чем сорта мягкой. Например, наиболее устойчивым у пшеницы является сорт Краснозёрная. Из сортов гороха можно выделить Торсдаг, Немчиновский и Капитал. Из сортов картофеля наибольшей чувствительностью обладает Белорусский ранний, а наименьшей - сорт Лорх, хотя относительно высокая средняя урожайность последнего делает эти различия в хозяйственном плане незначительными (Анненков Б.Н., Юдинцева Е.В., 1991).