3 Результаты и обсуждение
3.1 Цитогенетические исследования
Результаты данных
исследований позволяют выявить
зависимость изменения радиочувствительности
высших растений как минимум
от трех факторов: хронического
β-, γ-облучения; числа хромосом
в кариотипе (плоидности); предварительного
γ-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
(χІ = 26,96, ν = ∞, 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, ν = 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; ν =
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 γ-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, ν = ∞, р >> 0,05; рис. 8; стр.
VIII), так и частоты дицентриков
(Fφ = 1,56, ν = ∞, р >> 0,05; рис.
9; стр. IX) и ацентрических фрагментов
(F = 0,94, ν = 18, р >> 0,05; рис. 10; стр.
IX). Данные факты позволяют дозу
γ-лучей в 5 Гр считать малой
для данного вида.
В опытных популяциях
частоты аберрантных анафаз (td = 6,77,
ν = ∞, р < 0,001; рис. 8; стр. VIII) и
ацентрических фрагментов (F = 27,08, ν
= 19, р < 0,001; рис. 10; стр. IX) достоверно
возрастают, но частота дицентриков не
изменяется (Fφ = 0,69, ν = ∞, р >> 0,05; рис.
9; стр. IX).
3.1.2.2. Влияние на индуцированный
мутагенез γ-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
(Fφ = 4,21, ν = ∞, 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
γ-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 β- и γ-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:
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.
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).
Впервые на высших
растениях показана повышенная
эффективность работы антиоксидантных
систем у полиплоидных форм, вероятно,
объясняющаяся их большей неспецифической
устойчивостью.
В обеих популяциях
(контрольной и опытной) A. maculatus в
вариантах с часовым интервалом
между фракциями радиационный
эффект подчиняется принципу
аддитивности, в то же время,
при суточном интервале между
фракциями индуцируется высоко
достоверный радиопротекторный
эффект, особенно ярко проявляющийся
в опытной популяции.
Радиопротекторные механизмы
хронического и предварительного
низкоинтенсивного облучения схожи,
и основными из них являются:
а) активация репарационных систем;
б) отбор наиболее радиорезистентных
фенотипов и гамет с оптимальным
геномом; а также в) активация
антиоксидантных систем растений,
длительное время обитающих в
условиях хронического низкоинтенсивного
облучения.