Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ КРУПНОСТИ В ПРЕДЕЛАХ СОРТА

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ КРУПНОСТИ В ПРЕДЕЛАХ СОРТА"

fí-2& ПЧ ■

ГОСАГРОПРОИ СССР

s

ВСЕСОЮЗШй ШУЧНС^ЙССЛ1ЗДША!ШЕЬСИ1Я ИНСТИТУТ СЖЯЬСШХОЗЯЙСШНВОЙ РАДИОЛОГИИ

На правах рукописи

* < т ■ ^

/

, ВАРЦАВНН ШАРИК АЫДЗАСООВНА

УДК 537.531:633.11

ИССВДРВАНИБ РАДЮЧУВСТВИТРЛЫЮСга СЕМЯН шимны В ЗАБИСШОСЩ ОТ ИХКШШОСШ В ПРЕДШХ OÓPIA

03.00.01 - радкоОяодогИя

Автореферат диссертации на соискание усевай степени кандидата биологических наук

Обнинск - 1967

¿^г/а/?. ¿¿¿¿//у. - ~

Мота выполнена в отделе радиобиологии научно-иссдедова— тельского института земледелия Госагропрома Арм.ССР.

Научный руководитель — кандидат биодогичесвих наук,

старший научный сотрудник - С.П.Семерджян

СЗ^Вцщадьннв оппонента: . доктор биологических ваун, профессор В.Й.КороГодзн кандидат биологических наук,. _

старший научшй сотрудник Б.И.Сарапульцез <

Ведущая организация — Ленинградский Агрофизический научно-нс следовательский институт, ВДС2НМ Зашита ддссештадва состоится ^^ 1983 года -

в № часов на заоедашх специализированного совета £120.81.01 при Всесоюзном Еаучно-ис'следовательсхом институте оельскохоаяйотвенвой радиологии Госагропрома СССР по адресу: г* Москва, ул. Белинского, 4.'

С диссертацией ыояно ознакомиться г библиотеке Всесоюзного научно-исследовательского■института седьскохоэяйственной радао-' логик*. , ' ■

Отзывы просьба направлять.по адресу: 249020,.Калужская обл.* г. Обнжнок, ВНИИСЗ®, саецсоввт.,

Авторе<$ераг разослан^ &года.

Ученый' секретарь . спегщал^ирова иного совета, 1

кандидат биологических раук ' Н.И.Санжарова '

ОШЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РЛВЯЫ

Актуальность теми. Проблема изучения радиочувствительности семян к растений остается одной из центральной в современной радиобиологии. К настоящему времени накоплен большой фактический натериал, свидетельствующий о разнообразных ответных реакциях растительных организмов» стоящих на.разных ступенях эволотиснно-го развития, на воздействие ионизируших излучений, обнаружены колебания индднидуаштой радиочув ствительности тканей и органов одного и того хе организма,* зависните от их физиологического состояния и воздействия ряда внутренних в.ввезших Докторов.

Выяснение иеханвзыа радиочувствительности семян крастений в зависимости от экзогенных в »ндогенных факторов является необходимой теоретической предпосылкой для успешного нрименеотя радиационной бжотехнологил в сельском хозяйстве, •

Широкое внедрение в практику метода предпосевного облучения семян и клубней растений, а также использование ионизирующие излучений при выведении новых высокопродуктивных сортов зерновых* технических, плодовых и других культур сдерживается, в основной, из-за невозможности получения хорошо воспроизводимых и статистически достоверных эффектов.' Для управления радиационными эффектами и их воспроизводимостью необходимо изучить комплекс модифи— вдрутаих факторов, ваиное значение среда которых имеет биологическая ра злокачественность семян.

Известно, что радиочувствительность семян модифицируется различными экзогенными и эндогенными фекторгми, большинство'из которых хорошо изучены (А.Ы. Кузин, 1970; Д.М.Гродзинский, И.В* Гудков,. 1ЭТЗ; И.Н.Гудков, 1985). Однако возможная роль внутри-сортовой ра знокаче ственности семян как модифицирующего фактора радиочувствительности изучена недостаточно и практически не учитывается при интерпретации результатов радиобиологических исследований. < ~

Различия в реакции семян на облучение в зависимости от их размера впервые отмечены в работах Н.В.Тимофеева-Ресовского, Н. А»По рядковой (1956), Л.Бэртон (1961, 1964), Е.И.Преобраиен-ской, (1971), в которых было показано, что вида растений с ыелки-ыа семенами более радзоустойчивы, чем виды с крупными семенами.

. Относительно радяоустойчивостп семян в зависимости от их

Г^1гипр"1 ттутргт пптугтп имщгшггц гдиттптпргщ'тр ттппттл, Тяг, ИСШИТ I

Гаулся (.ьбдиогскл

Ка ФРДСЕ,

..у! „нйе.вю, м-жм-м

/?-2ВЧВЧ

следованиями С.И»Янугоевича (1961) показано, что' различие в массе 1000 семян (1,6 раза) не вдияеу на их радиочувствительность."

Согласно представлениям В.П.М?хша (1978, XSSI, 1964) крупная фракция семян пшеншш, судя по суммарному урожаю зерна с едашщы плошали, радиоустойчивеэ целкой.

15а сса индивидуальных семян в пределах дшзрфного сорта пшеншш Московская 35 также положительно коррелировала с уровнем рэ— дворааистетнооти, маркированных - глпадановыми. компонентами форыэ-ш А и Б (Я.А.Корнеев, Б.И.Сарапульцев, Т.ИЛралец а др., 1983).

. Целью настояией работы явоось исследование радиочувстви~ . ■ тедьности семян сортовой пспулятртя пшеница Безостая X в зависимости от их крупности и установление возможных причин; обуслав-лгагиянгщдгг ЭТОТ эффект. ■■

Задачи, исследования;

1. Изучение ра диочувствительностн крупных я мелких семян в различные годы репродукции»

2.: Выяснение связи радиочувствительности семяя о. отношено- -ем из ос андоснерм/ззродага я содержание« влаги в семенах к моменту облучения.'

3. Установление связи радиочувствительности крупных и мелких семян с процессами первичной поражаемости и степени пострадиационного восстановления клеток от цитогенетпческях повреждения в первом пострадиационной митотическом цикле.

' 4,' Изучение содержаедя некоторых биологически активных эндогенных соединений • Собцие сульфгцдраяьныв группы, белки и их фракционная состав, аминокислоты, активность в изофермеятшЯ состав липоксягеназы,:рэдиотоксины хяноидаоЗ природы).

Наложение-' и^пптгаеше pa зэкртту;

I. В пределах сортовой 'попхялшш пшеницы. Безостая I крупная $ракдая семян проявляет достоверно более высокув радаоустойчи— .вость, чем мелкая Секция.

Z. Дифференциальная радиоустойчивость крупных и мелких седан одного сорта при примерно равной степени первичной порага-ености клеток корневой меристемы определяется различным объемом пострадиационного восстановления. Обработка облученных семян кофейной полностью- ккгибарует пострадаациошоевос становление.

3. Ннтактные •крупные радиоустойчлвые семена характерцэиру- . ются больший содержанием белков с преобладанием альбуминовой, сролашновой' и гдотелгновой фракций,: повышенным содержанием аргз-

нива, гистидива, глуташновой,кислотн, етстина в продика в эндосперме, а также пролина в зародаше, В зародышах обеюс фракций различий, по содержанию белков, сушы аминоюгслот, а также по обоим сульфгидрильным группам не обнарухено■

4. Б проростках, выращенных кз облученных крушых семян; содержится достоверно меньшее количество индуцированных радиотокси— вов хивовдаой природы, чей в проростках кз мелких облученных мян»

5. Интактвне радиоустсйчявне крупные сейша отличаются от мелких радиочувствительных относительно большей активностью ли-поксжгеназн о преобладанием в ее составе-более радиоустойчивых изсферментов. В шхкях семенах преобладают более радиочувствительные изоферменхы. *

, Научная новизна. Впервне в радиобиологических исследованиях проведено систематическое исследование различий .радиочувствительности крупных в.мелких сейш в пределах сортовой популяции,, благодаря чему удалооь связать различия в радиочувствитедьности о рядом коррелирующих о pasuepou семян 'фгзиалого-^кохишгчвсюгх показателей, таких как отношение пасс аадрспервд/зароднш, содер-ханве белка в эндосперме, содерязние гистидива, аргинина, гдута— шщозой кислоты, цистина в пролива в звдосперйе, а такхе пролила в зародыше, активность и жзофзрменпшй состав липоксигенавы, а . такхе уровень индуцированных облучением радиотоксинов хиноидной природа в тканях проростков,- '

Выявлены достоверные различия крупных в мелких семян по степени пострадиационного восстановления клеток корневой меристемы от онтогенетических повреждений в первой пострадиационном иитоти-ческом цикле как в норме, так и в присутствии радиопротектора дастеаыина в ингибитора репарации кофеина,

Теоретическая и практическая значимость работа» Результаты исследований расширяют хредставления. о влияшпгфакторов эндогенной природа на радиочувствительность семян одного генотипа, проведенное комплексное изучение фенотипической вариабельности радиочувствительности в пределах сортовой популяции позволяет определить комплекс модифицирующих факторов, контролирование которых необходимо для получения воспроизводимых аффектов при радаостиму— дяции семян г радиационном мутагенезе, а такхе для получения стабильных результатов-в радиобиологических экспериментах; :

Апробапяя. Материалы диссертационной работы докладывались

л обсувдались: на Всесоюзной сишозяуьхе "Роль к механизмы действия биологически амявных соединений в гашз- облученном организма", Пущина, 1578; научно-практической конференции по Продовольственно! программе в света решений Октябрьского (1960) Пленума ЦК КПСС, Эчмзадэин, 1961; 17 Всесоюзном симпозиуме "Роль первичных в вачяльянт процессов в проявлен» основных радяобяо-логических аффектов в клетке", Ереван, 1582; Ш республиканокой научной сессии по вопросам бяофязижж, посвященной бО-летжо образования СССР, Ереван,' 1982; 2-й Закавказское конференции по применению иониаирукдах излучений в сельском хозяйстве, Тбшшеа, 1983; Всесоюзном рабочей совещании "Модификация радиочувствительности биологических объектов и её значение для практики" Эчша-дэин, 1985.

Цублияатшя. По матерашаи диссертации опубликовано Э научных работ. *

Структура > обьем работы. Диссертация изложена на 103 странице, состоит из введения, аналитического обзора литература, описания объекта и иетодов исследования, глава с об ответных результатов исследований, обсуждения результатов, выводов, практических предложений и прилохения с 5 таблицами; иллюстрирована 6 рисунками и 19 таблицами. Список литературы включает 204 источников ' (157 отечественных и 47 иностранных).

ОБЪЕКТ И МЕТОДУ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования служили нондишгонше семена озимой веткой пшеницы Безостая I различных годов репродукции, выращенных на Эчмиадзинской вкспериментальной базе Арм.НИИ земледелия.

Разделение семян на фракции (крупная, средняя и мелкая) проводилось с помета® набора решет и тщательного визуального отбора. В опытах использовали, в основном, две крайние фракции - крупные и мелкие. -

При изучении влияния содержания влаги в семенах на радиобиологический эффект за 15 дней до- облучения семена помещали в эксикаторы с различными концентрацаявш серной кислоты. Использовали семена с■влажностью 5,6-5,8; 10 в 16 %, которую определяли с цо-ысадью стандартной методнни..

Облучение проводали на рентгеновской установке РУЫ-Пбез фальтра при режиме: сила тока 13 мА, напряжение на трубке 185 кВ,

мощность дозы 6 Тр/шя. Для равномерного облучения семена размещала в чаоках Петри я один слой зародышами вверх. 5 зависимости . от целей и задач экспериментов дозы менялись в диапазоне 25-250 Гр и конкретно указаны в соответствутих разделах. Контролем служили необлученные семена соответствующих фракций и влажностей.

После облучения семена замачивали в течение 18 часов в дистиллированной воде, а затем проращивали в термостате при температуре 25°С. Для изучения ростовой pea кции семена проращивали ру— лонным способом (Р. С.Бабаян, 1931). Опыта воспроизводились в 3-х кратной повторности со 50 семян в каждом варианте.

Для цитологических экспериментов семена высевали обычным способом в чашках Петри на влажном песке. Фиксации апикальной зоны корешков длиною 0,6-0,8 см проводили» в основном, через 24 ч после конца замачивания с емшг смесью Еатталья (5 частей 96° спирта, I части хлороформа, I части ледяной уксусной кислоты и Г части формалина). Готовили временные давленные препараты, окрашенные реактивом Шиффе с применением холодного гидролиза <З.Е.Пауше— ва, 1970). Для кавдой точки фиксации подсчитывали не менее 400 ана- и телорез. Хромосомные аберрации идентифщировали на парше и одиночные мосты и фрагменты* Во всех сериях экспериментов определяли митотическуг активность. Полученные-данные подвергали математической обработке (В.Ю.Урбах, 1964; Е.Ф.Дсшшскай, 1973).

На основании полученных результатов строились кривые доза—-. -эффект а находились дозы, ингибирухщие рост проростков на 50 % по отношению к необлученному контролю на 7-й день проращивания СЦПзд/^) и. дозы, вызывающие в 50 JS делящихся клеток хромосомные аберрации-(J^q). Радаоустойчивость семян оценивалась по показателям H%q/7 и

При изучении пострадиационного восстановления клеток от пер-впчйых цитогепетических повреждений проводили анализ кривых вре— ыя-эффект. Для этой цели корешка от семян, облученных в дозе 75 Гр; фиксировали через разное время после конца замачивания семян. Первую точку фиксации брали в начале первого митоза со достижении постоянной штотической активности (плато) в каждом варианте, а последнюю — в начале второго.митоза, наступление которого определяли по массовому появлению профаз с мнкроядраш; промежуток времени меаду двумя .крайними точками фиксации распределяла с интервалом времени so 2 часа. Основные сроки фиксации: 20; 22; 24; 2S и 28 ч. На основании наблюдений по определению процента делящих-

ся клеток с хромосомными аберрациями вычисляли отношение количества аберраций ва одну клетку с аберрациями (В) , о помощью которого сосчитывали процент первично поврежденных клеток <г) в степень восстановления 7 крупных я мелких семян (Е;В.Лучник, 1963, 1968).

При изучении модвфицарушего влияния радиопротектора в инги-бвтора репарации использовали 10П3 II раствор дистеаыина США.) в 0,2 %-шзй. раствор кофеина. После облучение семена замачивали в . течение 18 ч отдельно в цистеамине", кофеине в в дистиллированной воде (контроль)* При комбинированной воздействии семена сначала выдергивали в течение 9 ч в цистеашне; а затем переводив ва 9 ч в кофеин* Дяя совместного воздействия оба раствора смешивали в семена выдерживали в вей в течение 18 ч.

Вступление клеток в митоз у гексашюидннг пшениц при воздей-схввв гофешом задерживается ва 12-13 часов (А.А.Мурадян, 1375).-Есхода вз втого, в вариантах о кофейной фиксацил корешков еров»-, далп на 12 часов позы обычного. .

Известно, что количественная характеристика степени защит-» кого действия протекторов и рэдиосенсибилвзиругщего действия ингибиторов ■определяется фактором изменения доза (ФЩ). Оцределе-' ние ФИД представляет собой отношение эффективной дозы облученного варианта с использованием ра диоза датного шш пнгибирувдего вещества к дозе облученного контроля, оказывающей такое хе радиобиологическое действие, что в первая доза (Д.М.Гродзинскиа, И.Н. Гудков, 1973).' Исходя вз этого, при сравнении кривых доза^эффект; в вариантах'с использование»! цистеашша, кофеина, вх коыбиниро— ванного в совместного применения вычисляли ФИД как отношение Ддд с этими веществами к Дд0 с водой.*

Определение общих оульфгвдряльнгх груш в зародышах интакт— шсс крупных в мелких семян проводили ампергетричеетшм титрованием с поыощьв автоматической подачи 1СГ3 Ы раствора сулемы (Н.И.. Ягшшйа, 1963).

■ Содержание общего азота; сырого протеина и белков определяли со Кьедьдалв, а белковые фракции — но Осборну ("Методы белко--вого в аминокислотного анализа растений", 1973). Клейковину определяли цремывавием иухн по метает Б.П.Плешкова (1376).

Аминокислотный состав белков определяли отдельно в зароди— . те в эндосперме ва автоматическом анализаторе шдйлп.ААА-81 (ЧССР)» ■

Содержание радиотоксинов хиноидаой природа определяли на полярографе ьр -7 (ЧССР) при потещхлае полуволны -0,35 3 о помощью ртутного в каломельного (индифферентного) электродов (А.М. Кузен, Н.Еорбаев, 1966).

1шоксигекззу выделяла из мути ойезхиреншгд ацетоном путем экстрагирования белков 0,05 Ц фосфатным буфером при рН 7*0 я по-следухядм центрифугированием. Активность липоксигенааы определили спектрофотометриче ока при 232 нм, используя. в качестве субстрата свехеприготовленную натриевую соль арохидоновой кислоты. Изсфер-ментный состав лшюкевгеназы исследовали методой аналитического диск—электрофореза в ШАГ в щелочной буферной системе согласно методов, описанной Н.А.0ганесян (1984).

РЕЗТЖЬТАТЫ ИССЗЩЕОЕШЙ И ОБОГКДЩИЕ

Анализ обширной литературы, посвященной изучению действия ионизирупцих излучений на растнтельныв организмы показывает, что радиочувствительность определяется многочисленными факторами: видовыми особенностями (наследственностью), влажностью семян в момент облучения в в нострадиашонный период, э к алогическими у слови—, яш выращивания, содержанием эндогенных радиопротект оров, а также уровней восстановления клеток от повреждений ДНК (С.А.Валева, 1965, 196Э; - Н.В. Лучник, 1968; Э.Я:ГраевскиЯ,' 1969; А.М.Кузкя, -1270; Д.М,Гродзинский, И, Н. Гудков, 1973; Б,И.Преображенская, 1980).

Выбранный нами объект исследования - крупные и мелкие семена пшеница сорта Безостая I, является удобной экспериментальной моделью, ибо дает возможность на генетически однородном материале исследовать моди$1хдарутее действие эндогенных и экзогенных факторов в определении радаочувствит ельности.

1.1* Радиочувствительность семян пшеницы в зависимости от их крупности . ■ ^

Исследование весовых соотношений фракций в различные года репродукций показало, что во всех случаях пасса 1000 зерен крупной фракции.в среднем в 2 раза превосходала мелкую фракцию..При этом радиоустойчивость крупной, фракции, судя со показателям И%д/7 и Дзд, достоверно превосходила"уровень'радиоустойчивости франции меяктс семян (табл. I).

Таблица I

Радмустойчпвооть семян в зависимости от их крупности в рзэаые годы репродукции

Годы репро-| Фра кция Плэ с са ЮООТ дукции ¡семян ¡сеыян, г. } Щс/7' & ! I ИР .

1Э76 Круш. Ыелк. 55,2 23,4 23% е 176~+ 4*

1377 Круш. Неяк.'. 51,4 26,2 250 д 9" Г75 + 3?® 115 £ 4 50 ¿к З?1

1978 Крупн. Мели.,, 52^4 26,8 ^ 98 д 5 82 + 3*

1379 Крулв. Ыелк. 56,0 30,0 155 + 7 128 + 7я- 85 * 5 65 + 5*

1960 Крупн. . Нелк.. 54; 2 27,2 180 + 7 '150 + Э5- -100 + 3 75 + 3*

1981 . Круш. Медк. 52,7 25,9 275 + 8 237 + & 100 + 3 60 + 2*

1982 по годам л. Круш. Нелк. Круш. Ыелк. 58,7 26,6 .. 64; 4 26,6 250 +9 187 + 4я 225 + 14 175 + 10* ■ . 83 + 4 , 52 + £7 ± 8 64 ^ 7*

к различие между фракции семян достоверно, Р*0,01

Следует отметить, что различия в радиаустойчдвости не была связаны со степенью выполненности крупных и мелких семян, обладающих в норме высокими показателями лабораторной всхожести (95 Крупные семена не имели преимущества перед мелкими семенами (Б. С.Лихачев, 1972, 1983).

1.2. Отношение массы эндосперма к зародышу и радиочувствительность семян

Известно, что радиочувствительность семян зависят от их анатомического строения и от весовых . отношений эндосперна и эгродыша (Л.Бартсн, 1961, 1564). В проведенных наш опытах, показано, что у радиоустойчивых крупных семян отношение-шссы эндосперма к зародышу достоверно больше, чем у мелких радио чувствительных сеыян (табл. 2).

Тайлща

Отношение касс эндосперм/зародыл у крушшх и мелких семян и юс радиочувствительность

Фракция !д«-П| семян ¡ jíjj

семян,

CjO а,

IQOO_

i Отпошение »^дд^тие

Достове?*

Крупн. 9&£5 -56,3: . 55606^5 . 599¿3 9(2,8 + 0,7

Ывлж.' 82*3 26,8 26517,4 310,3 85,5 ± 0,4 Р 0,01

1.3^ Елазность семян а их радиочувствительность

Известно, что радиочувствительность семян в значительной степени модифицируется в зависимости от- содержания в пик влаги в момент облучения. (H.S,Cald#ccott, 1955; А.Эренберг,:-1966, 1963; В'.X.Hilan «t el., 196Г, I962Í Н.А.Порядаова, I960-I9G5; С.Е.Се-мердаган и др., 1ЭТ2, 1973; 1383)*"

Результаты проведенных наш исследований показала, что в покоящихся воздушо-сухих крупных и мелких, семенах при их хранении в условиях, способствующих изменению содержания", влаги, гакшс-^либо существенных различил между наш ве наблюдалось. Изучение радиоустойчивости этих семян по критерию обра зевания хромосомных аберраций однако показало, что крупные семенаг независимо от влажности^ сухие, воздушно-сухие и влажные), оказались радиоустойчивее • мелких,' о чем свидетельствует изменение значений Д^ <рш£ I).

Рис. I. Изменение радиочувствительности (Ддд) крупных (а) в мелшхлб) семян при варьировании se влажности в мдаент" облучения от 5,7 до 16 Jt. По осх ордгзат: веллчгни

%0» 4' ' . По оса абсцисс: влашость

семян, Jf» <

«О

«о .120 too

АО

во

40 30

Я л

8 (0 <2 Н № К

1.4* Связь радиочувствительности семян с процессами

пострадиационного восстановления Известно, что первичные повреждения ДНК и хромосом, происходящие в момент облучения-при поглощении лучистой энергии, трудно исследовать, так как между кх возникновением*и регистрацией конечного аффекта происходят некоторое "время наблюдения", приводящее к формированию'стабильных в физико-химическом отношении изменений, элементарных биологических структур клетки (В. Й.-Корогодан, 1966). Поэтому о событиях, происходящих в этот период, приходится судить на основании косвенных наблюдений, теоретическое и_^практи— ческое обоснование которых даны в работах Н.В.Лучника (1963,1968).''

. Авторами ряда работ показано, что первичная онтогенетическая поражаеыость клеток зависит от влажности семян в момент облучения, а наблюдаемые изменения радиочувствительности-связаны с разной степенью восстановления поврежденных клеток (Н.В.Лучник, 1968; Л.С;Цэрапкзш, IST74; P.P.Атаян, 1985).:

Рис.2. Первичное повреждение (а) к восстановление поврежденных клеток (б) в первом пострадиационном (75 Гр) ый-, готическом цикле при закачивании семян в воде. >■"■" * крупные семена о—о мелкие семена По оси ординат: частота клеток о аберрациями хромо- . сом, ¡С.

Оэ оси абсцисс: время фиксации семян, ч. ■

О ' 20 22 21. ге га

Результаты наших исследований, представленные на рис.'2 показали, что каких-либо существенных различий по времени вступления клеток в митоэ в пострадиационный период у крупных и мелких семян не наблвдается: плато митотической'активности наступало

одновременно - через 20-22 ч после конца замачивания' семян; в второй митоз - через 26-30 ч после конка 'замачивания» За этот -промежуток времена наблидзлось заметное снижение частоты клеток о аберрациями, однако разница в поражении мехду крупными и мелкими семенами сохранилась^ Крупные радиоустойчивые семена отличались от мелких радиочувствительных достоверно большим объемом репарации клеток от патогенетических повреждений ара промерно равной та первичной, поражаемости в ходе. первого пострадиационного цикла?

У.

60

я

АО 30

го «

-Г- * § — ~г

5

i

} —3— § .—»

ч ь

20 ал 24 Г» 28 (а) Ъ.У. 32 34 36 за 40 (5)

Рис.3. Восстановление поврежденных клеток в первом иитотичвском

цикле при пострадиационной (75 Гр) обработке семян цветеаминси

(а) и кофеином (б). •—• - крупные семена;о—о - мелкие семена.

По оса ординат: частота клеток о аберрациями хромосом; Со ося аосотсс: время фиксации семян, ч.

В пользу представления о той, что в основе наблюдаемой дифференцированной радиочувствительности крупных и мелках семян лежит различный объем восстановленных клеток, говорят результаты опытов о цистеамином и кофеином (рис. 3). Из этого рисунка видно, что пострадиационное замачивание семян в отстеашне приводило к заметному увеличению объема восстановленных клеток, особен-

- 12 -

во 7 радиоустойчивнг крупных семян: При замачивании в кофеине происходило ингибирование репарации клеток.'

Анализ кривых доза—эффект показал, что цистеамин значитель— но сникал радиационный эффект у обеих фракций по сравнено) с обработкой семян в воде, о чей свидетельствуют изменений значений в ФИД (табл.- 3).-

Таблица

Влияние штстеамипа ШЭА)> кофеина;; их комбинированного. (МЭА + Кофеин) в совместного (ЫЭАх Кофеин) воздействия на величины ^ в ФВД у крупных'и мелких семян

Фращия| Варианты Г » ; ^ \ *Т ' * - •

семян 1 , обработки | ^60» , | . . .

Вода 83 + 3 Г.00

1ГЗА 91 + аР 1,11 0^07*

Крупна Кофеин 44+3** 0154 +

ИЭА + Кофеин 64 + 3** 0;78 0,05**

ПЭД х Кофеин 45 + 3** 0,55 + 0(04в

Вода 52 + 2 ДОС - ' '

изд. 65 1;25 + о^ст901

Шелк.. Кофеин 23 + 0';44 + 0,06?®

ИЭА.+ Кофеин . 39 + \ .0,75 + 0,0^*.

МЭА х Кофеин' 21 + 3й 0,40 0,06?®. .

к - различие между фракциями достоверно', Р<0,1; в - Р<0,01

Замачивание в кофеине, наоборот, приводило к существенному увеличение радиационного эффекта как у крупных, так в у мелких ■ " -сецян (табл.* 3). . ^

При комбинированной (цистеамин.+ кофеин) воздействии кофеин полностью не подавлял рдвяние цистеамина, т.е.*, по всей вероятности, до воздействия кофеином..цистеамин успевал частично репариро-вать радиационные цитогенетпческие повреждения. При.одновремен— - ном применении (цистеамин X кофеин) действие цистеамина не проявлялся в уровень радиационного'аффекта-доствгал теххе. величин, что и в варианте о кофеином-(табл.^ 3). ' '-

Таким образом, независимо от. того, обрабатывались ли семена в воде, цзстеамше, кофеине, или же припх комбинированном и одновременном воздействии,-различая в радиочувствительных крупных и мелких семян сохранились: во всех случаях.крупные семена были радиоустойчивее мелких.

. 1.5. Толь некоторых эндогенных биологически активных соединений в радиочувствительности семян

Известно, что для изучения механизш радаочувотвительности на клеточном; тканевой я ортани змеином уровнях большое значение придается природным биологически активный соединениям1,- играющим -важную роль в определении радиочувствительности* В наших экспериментах изучено содержание общих судьфгидрильннх груш', белков* аминокислот (в эндосперме в зародыше отдельно); активность я изо-: ферментный состав дипонсигеназы в.штактных семенах, в также со-дергание гаишных и индуцированных облучением хинонов в тканях*. . однодневных, проростков^ ■* - .

'.Сульйгидтльные, урдшыу Уровень тканевых тиолов (общих и' белковых эндогенных судьфгидрильных груш) является однды из важнейших факторов'^ определяющих радиочувствительность организмов.' Тиолн, являясь биологически активными соединениями; участвуш во многих процессах жизнедеятельности, клеток и тканей-, реагируют? в первую очередь? с шццщарованными облучением свободными радикала— ми, прерывают течение ряда первичных радиобиологических реакций я снижают степень радиационного поражения (Э*Я.ГраевскиЙ, 1969). Полученные нами данные однако показали, что высокая радиоустой- . чивость крупных семян не связана о содержанием эндогенных общих сулъфгидрильных (Т —£Щ груш в их зародышах.

Балкан Известно, что у злаковых более крупные зерна, сформировавшиеся в средней части колоса-; отличатся больший содержанием азота и сырого протеина, Чем мелкие зерновки, сформировавшиеся в верхних с нижних частях колоса (К.Б.Овчаров, 1966; Д.Я.Павлоэ, 1967).

Установлено, что радиоустойчивость семга злаковых я бобовых .культур связана с их биохимические составом, т.е. с накоплением в них общего азота, сырого протеина, белков и его низкомолгку— лярных фракций - проламшов у злаковых я глобулинов у бобовых (Б. И. Преображенская, 1978, 1980).

Ваши исследования по определению содержания белков в зерне крупных и мелких интактных семян показали, что во все годы репродукции (I978-I98I гг.*) крупные радиоустойчивые семена отличались от мелких радиочувствительных болыкы содержанием белков; в средне»* на 1-2 Раздельное определение содержаний белков в зародыше, и эндосперме крупных и мелких семян показало, что,раадичие со

содеряанип белка создается за счет эндосперма (яа 21,6 %), г для зародышей количество белка в обета фракцишс практически одинаково (табл. 4).

Таблица 4

Содержание азотистых веществ в зерне в зависимости от крупности семян (в К абсолютно сухой массе)

Азотдсям "

"[зародыш ^эндосперм | зародыш ""[эндосперм

Белковый азот . 5;4 2,4 5,2 1,9 '

"Белки , . 30,7+0,1 13,£¡0,1. 29,8+0,1 • ПДчО^!*

Клейковина 28,5 + 0,5 * 22,4 + 0,3?*

к - различие меиду фракциями семян достоверно, Р< 0,05

Крупные радаоустойчивые семена отличались от мелких также большим содержанием клейковины (табл; 4).'

■ Исследование фракционного состава белков показало, что крупные радиоустойчивые семена отличались от мелких радиочувствительных большим содержанием альбуминов, - проламинов, глютелинов и остаточных, белков, а в содержании' глобудиновой фракции существенных различий не установлено (табл. 5).-

Таблица 5

V Содержание белковых фракций в зависимости от крупности семяа _ * _

Фракция! Белковые фракции (в ¡¡-ех к абсолютно сухой массе) семян »— — — — —»— — — — — — — — I— «I«.™ — —

' ,альбумины!глобулины} пролампны ¡глюгеяшш-»остаточный { { | I ■ . ¡белок

~ ^."О^ОТ—^ОГ 4,82+0701 ~4~5ЙЗД,02~ ~

■ Ыелк. 0,87+0,04* 1,0^0,04 4,00+0,13* 3,21+0,01* 1,2&+0,01*

ж — различие между фракциями семян достоверно, ?< 0,01

В радиобиологической литературе есть данные о положительной корреляхгах между радаоустоПчивостью семян бобовых и злаковых и ... содержанием в них ампнокислот (Е.И.Преобраяенская, .1980).. Б на--ших опытах установлено, что в эндосперме радиоустойчпвых крупных *.' семян сумма всех аминокислот значительно больше» чей в ендоспео-. ме мелких радиочувствительных семян, а в зародышах обеих.фрак-, шй - практически одинаково (табл. 6)..

Крупные я мелкие семена существенно.отличались друг от друга содержанием отдельных аминокислот. В эндосперце крупных сеыяп, со сравнению с мелкими, значительно увеличено содержание цистина (на 48 %), гдутаминовой кислоты, аргинина, гистидина и пролива (на 23-27 %), а в зародыше - пролина (на 16,8 ?). В зародышах обеих фракций полностью отсутствовал тастин (табл. 6).

Таблица 6

Содержание отдельных аминокислот , в зародыше и эндосперме семян пшеницы в. зависимости от их крупности в пределах сорта Ыг%' / % от суммы аминокислот)

Крупные семена ""'} Мелкие семена Аминокислоты — — — — —--_ _ _ — —--— — — — ——

I зародыш ■ }эндосперм { зародыш ¡эндосперм

Ьгсйщпг 377/2^00 ~~ 250/1;'~ ~ 587/2,00 Ш/1~84*

Аргинин 2562/8,89 595/4,62* 2&35/8.63 480/4;46к

Рл ц «наци н (цтаосу

вмотота . 5075/17,56 44613/34,64* ,5053/17,21 3526/32; 77*

ЛрслЕН ,. 1036/3,59* 1266/9;83* . 887/3,02* 1031/9,58*

Шгстин = л, - - ___- .10?^-

Сумка всех

аминокислот 28,9 . 12,9 29,4 10,8

различив "между фракция»« семян достоверно, Р* 0,05 Примечание. Содержание остальных аминокислот в зародыше и эндосперме крупных и мелких семян мало отличалось, поэтому данные не приводятся. Известно, что пролин могет играть важную роль в структурной организации деэоксприбонуклеопротеидов и выполнять зашдтнуэ функцию при различных экстремальных воздействиях (Е.А.Бриттков, 1775) ^ Белки также выполняют до отношению к ДНК клеток защитную функцию от ионязяругоей радиации и способны снижать всевозможные повреждения его гетероциклических оснований (А.П.Кузин, 1373). При прорастании семени белки эндосперма гидролпзируются с образованием свободных аминокислот, которые затем используются для питания развивающегося зародыша и построения тканей растения.-

Наряду с цистяноы и цпстеином к пряродкш радио защитным соединениям относятся и другие свободные емзтоклслоты (Д. И. Гродэин-ский, 11.Н.Гудков, 1573), Поэто;т увеличение содержания дастина и других аминокислот, выполняющих роль эндогенных радиопротекторов в эндосперме крупных сзцгш, не мотет не сказываться на уровне

поражения.

Согласно теория радиотохсиноз, различная радиочувствптелъ-ность организмов, тканей в клеток определяется условиями, благо-приятствутастш накоплению в клетках радпотоксинов (хинонов, перекисей, эиоксидов в т.д.), способных давать нуклеофильные соединения с нуклгопротеидама клеточных ядер; При высокой концентрации атих веществ в клетках происходит значительное поражение уникальных цитогеаетических структур (А.М»Кузин, 1970).

.Наша исследования показали, что однодневные проростки, выращенные из Евтактных крупных и мелких семян, достоверно не отличались по содержанию хинонов. - Однако при облучении дозой 200 Гр в в проростках из мелких радиочувствиталытс семян содержание индуцированных хинонов было значительно больше (на 55 %), чем в про- -ростках из крупных радиоустойчивых семян (табл. 7).

Таблица 7

Количество нативных в пндацированных хинонов в тканях . .

однодневных проростков в зависимости от крупности семян

Фракция Т семян { Т Высота полярографической волны < относит елыше единицы) контроль ^ 200 Гр \ ^О/?» ! Гр I I 1 1,, %0»

Ерупн. Келк. 5*,3 + 0,9 7,0 + 2,1 18,2 + 1,6 27,0 + 2,0 250 д 9 175 + 3 115 + 4 50 ± 3

ь р 0,4 3,4 . 0,01 7,9 0,001 13,0 0,001

Эти данные показывает, что в результате облучения в растениях повышается концентрация первичных рздпотоксннов хинопдной природы, которые могут способствовать увеличению их лучевого поражения.

При формировании радиоустойчивости ванную роль играют ферменты, участвующие в перекасном окисления. Из тзгдх ферментов в последнее время вазное значение придается ляпоксигеназе, которая локализована в растворимой фракции клеток или и фосфолипидзх клеточки мембран растений И-катализирует перекисное окисление липи-дов. Продукты перекисного окисления ляпидов в небольших количествах содержатся также в пнтэкткых к^еткзх я тканях. Их исходный стационарный уровень играет важную роль в зарозденкл и развития лучевого поранения (Е.Н.Гончаренко, Ю.Б.Кудряшоз, 1580),

- Г7 -

Результаты проведению: наш экспериментов показали, что в радиоустойчивых крупных семенах активность лшгаксигеназы вше но сравнению с мелкими'; с преобладанием в её составе радиоустойча-вых изоферыентов о електрофоретичоской подвижностью ИТ- 0|14 и 0,18 (рис.- 4), которые,- как известно, присущи более радиоустой- . Чивым сортам пшеница Ш. А. Оганесян, 1384). В липоксигена зе иэ мелких семян, наоборот, преобладали радиочувствительные изоферменты • с злектрофоретической подвижностью вгз 0,25 и 0,30 (рис. 4).

ч

о

03

Рас.

4. Изоферментный состав липоксигеназы крупных (а) и мелких (б)*сешн пшенжи.

Щ - 0,14 - 0,25'

0,30 -

ЕГ2 - 0,13

нг4 -

+ — т

Широкое распространение липоксигена зы в растительной в вотвоы мире свидетельствует об её универсальности в процессах ' ферментативного переписного окисления, а активация фермента при рентгеновском обяучениии других патологических состояниях рассматривается как защитная реакция, способствующая обновлению жвр-нокислотвого состава лшшдов мембран (Н.А. Оганесян, 1984). Сам факт обнаружения различной интенсивности изоферментов у семян с разной крупностью, - но идентичных по генотипу, - указывает на различное состояние мембранных систем в кнтактных семенах. Выявленная в эксперименте функциональная гетерогенность липоксигена зы является вахней предпосылкой для формирования дифференциальной радиочувствительности крупных.й мелких семян.

ВЫВОДЫ

. I.' В пределах сортовой популяции озимой мягкой пшенида Безостая I радиоустойчивооть крупных семян (масса 1000 sepes 51-59 г) репродукции I97&-I962 г. г.- достоверно превосходила уровень устойчивости фракции мелких семян (масса 1000 sepes 23-30 г). Величины ЦПздд и Ддд в среднем по годам репродукции составили 225+14 Гр И 37+8 Гр для крупной- фракции и 175+10 Гр и 64+7 Гр -для-фракции мелках семян.*

2: Крупные радаоустойчивыа семена достоверно отличались от. мелких радиочувствительных отношением массы эндосперма к зарода-шу.

3* Различия в радиоустойчлвости крупной в мелкой фракций сохраняются при различной влажности (от 5 до 16 %) в момент облучения в диапазона доз от 10 до 250 '

' 4. Дифференциальная радиоустойчивость крупных в мелких cei*¿ ян одного сорта не связана о величиной первичного повреждения ■ хромосом, равной 80-65 %, а определяется различный объемои кофеин зависимого пострадиационного восстановления патогенетических повреждений клеток. В ходе первого пострадиационного ыитотпческо-го цикла при дозе 75 Гр происходит 19,6+2,5 Jí-ное восстановление поврежденных клеток при прорастании крупных семян в 13,2+2,3 56-юзе восстановление — у мелких семян (Р<0,05). Обработка облученных семян кофеином полностью ингибврует восстановление клеток.-

5. Ентакгные крупные радиоустойчивые семена характёризиру-стся больший содержанием в эндосперме белков с преобладанием альбуминовой, .проламиновой и глгтединовой фракций* 'повышенным содержанием аргинина, гвствдина, глуташшовой кислоты, плотина и пролила. В зародышах крупных семян значительно повышено содержание цролииа. В зародышах обеих фракций различий по содержанию белков; суши аминокислот, а также по общим судьфгидрильным группам не обнаружено.

6. В однодневных проростках', выращенных из облученных, в дозе 200 Гр крупных семян, содержание индуцированных равдотоксинав хиноидной природы достоверно меньше (на 5S %}, чем в проростках мелких семян.

7. Крупные радиоустойчивые семена характеризируются относительно большей активностью липоксигеиазы с преобладанием в её составе радиоустойчивых язоферыентов с Rf - 0,14 и Bf» 0,18. В мел-

ких семенах преобладав раддочувствительше изоферменты с. • . В£ «=0,25 я SI =0,30. .

1ШАКТИЧБСКИБ ПЕЕЗДЮ2Е5Ш

. I;* Преддожен набор морфологических, цитологических и, биохимических тестов дин лабораторное диагностики степени радиачувст^ • встельности семян в зависыости от из: крупности в пределах одного сорта пшеницы»

ZJ Результаты проведенных исследований указывают на цалесоо<£-разность применения фракционирования семян в целях получения стабильных результатов при корректной постановке радиобиологических экспериментов, в работах по предпосевному облучению семян и в радиационном мутагенезе; -, . • . . , ._„■

• • ро теме' диссертанта опубликованы слеггДгртре туабоуы;

I. Нор-Аревян Н.Г., Семердкян СЛ,',. Варданян К.А. К вопросу о роли хинонов в механизме радиочувствительности семян пшеница? : Тез.- докл.' Всесоюзного симпозиума "Роль и механизмы действия ' биологически активных соединений в гаши- облученном органиэ-ке",- цудиео"; I97S, с. 34. -. 2. Варданян К. А., Нор-Аревян Н.Г. О реакции сешн на облучение в зависимости от их размеров в пределах сорта. Тез. докл. Еауч- ' но~прзктич. конф. но Продовольственной программе в свете решений Октябрьского <1980) Пленума ЦК КПСС. Эчмиадзян, 1981, о. 93.

3. Варданян К.Д., Нор-Аревян ШГ," Радиочувствительность и восстановление клеток от первячных цптогенетяческих повреждений семян пшеницы в зависимости от ice крупности в пределах сорта. Сб.научн. тр. Арм.НИИ земледелия, серия Пшеница, Эчшадзш, -

■ 1981, с; 73-81.

4. Саакян I.A., Нор-Аревян Н.Г., Варданян К.А., СемердЕяя U.C.' Реекдшг сешн ппеницы на рентгеновское облучение s зависимости от их масса в пределах сорта. Еиол. su Арменлп, 1982, т. 35,

» 4, с.,304-308.

5.- Семердаян С.П., Нор-Аревян Н.Г., Варданян К. А. Зависимость степени лучевых повреждений клеток зарсдша семян шгенпцы от их величины. Тез. докл. & Всесоюзного симпозиума "Рель первичных п начальных процессов в проявлении' основных радиобиологических аффектов в клетке". Ереван, 1982.'Радиобиология, ина.

бюлл., вып. 27, с. 31-32.

6. Варданян К.Д.,. Нор-Аревян Н.Г., Семердаян С.П. Радиочувствительность семян пшеншда в зависимости от иг размеров в пределах сорта. Тез. докл. в стенд, сообпи 3-й республиканской научной сессии но вопросам биофизики, посвященной 60-летив образования СССР. Ереван, 1982,изд. АН Арм.ССР, с. 72.

7. Варданян К.А.', Нор-Аревян Н.Г., Семерддян С.П., Варданян Д&.А. Связь радиочувствительности семян ппенпщ о содержанием белка

. и белковых фракций. Тез.". докл. 2-й Закавказской конф. по применению изотопов и источников ионизирующих излучений в сель* скоы хозяйстве. Тбилиси, 1983, с. 25.8. Нор-Аревян Н.Г., Варданян К.А., Сеыерджяя* С;П.' 0 возможной связи радиочувствительности семян пшеницы^ отличающихся круп—' ностью в пределах сорта, с содержанием белка и белковых фракций. Радиобиология, т. 24*, № I, с.'. 87-69.* ■ Э. Еор-Аревян Н.Г., Оганесян В.'В., Варданян К.А., Сеыердкяз С.Ш О возможной связи радиоустойчивости семян пшеншн, отличающихся крупностью в пределах сорта,■с содержанием аминокислот. Еэдйобиология, 1985, т. 25, А 6, с. 822-625.

ESHape 6Q X 84Д6, / и/ж,6<Р09£6& Подписано R печа**^/.í.5?3,t /со

Огдвд оператжмой похяграфш Врвввеского МвД*ШШОКОГО »kctss7jt8, Ер«8Н - Кярова 2