Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Генетические последствия антропогенного воздействия на популяции Arabidopsis thaliana

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генетические последствия антропогенного воздействия на популяции Arabidopsis thaliana"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОБШЕЙ ГЕНЕТИКИ им.Н.И.ВАВИЛОВА

На правах рукописи

ДИНЕВА СНЕЖАНА БОЙЧЕВА

- УДК 757,8:632,939.2:681.16

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОПУЛЯЦИИ АгаЬ1с1орз15 ЬЬаИапа

(03.00.15 - генетика)

АВТО.РЕФЕРАТ Диссертация на сиосшше ученой степени кандидата биологических наук

Мооква, 1993

Работа выполнена в лаборатории эгеодого-генетического мониторинга Института общей генетики им.Н.И.Вавилова РАН

Научный руководитель:

доктор биологических наук профессор В.А.Шевченко

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Т.В.Сальникова

кандидат биологических наук Б.А.Калабушкин

Ведущее учреждение - кафедра генетики МГУ

Зашита диссертации состоится ".■^"...^'^...1993 г. в...часов на заседании специализированного Ученого совета Д002.49.01 при Институте общей генетики им.Н.И.Вавилова РАН по адресу: 117809, ГСП-1, Москва, В-333, ул.Губкина, д.З.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института об-' цей генетики им.Н.И.Вавилова РАН

Автореферат разослан ......____1993 года.

Ученый секоетарь специализированного совета ;сандидат биологических наук

Г.Н.Полухина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Развитие промьшености, интенсификация сельского хозяйства обуславливают постоянный рост антропогенного загрязнения окружающей среды. После аварии на Чернобыльской АЗС стадо очевидно, что научные представления о закономерностях и механизмах биологического действия малых доз радиации, особенно в условиях хронического облучения, весьма ограничены и неполны. При этом анализ немногочисленых работ пскавал, что повышенный радиационный фон может взаимодействовать в сочетании с химическими гено-токсическими агентами.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования явилось - изучение возможностей использования дикорастущих популяций Arabidopsis thai lana как' тест-объекта для проведения генетического мониторинга антропогенного загрязнения окружающей' среды.

В задачи работы входило:

1. Определение интенсивности мутационного процесса в популяциях арабидопсиса. . произрастающих в 30-та юл. эоне ЧАЭС, при разных уровнях^радионуклидного загрязнения.'

2. Изучение динамики индуцированного мутационного груза в природных популяциях Arabidopsis thallana, 'произрастающих в 30-км. зоне ЧАЭС.-

3. Провести анализ сравнительной.радиочувствительности популяций арабидопсиса, произрастающего на радиоактивно 8агрявненных участках 30-ти км боны ЧАЭС на наличие радиоадаптации..

4.- Получение . и сравнение» кривых "доза-эффект при остром т-об-лучешга, при воздействия химического мутагена этиленимина, и нитрата свинца на Arabidopsis thallana.

5. Изучение и сравнение генетических эффектов при совместном воздействии металлов (нитрата свинца и селенита натрия) с хроническим и острым гамма-облучением на растения арабидопсиса.

Научная новизна. В работе изучали отдаленные генетические эффекты у дикорастущих природных популяций Arabidopsis thailana, которые подвергались в течение пяги-шести,лет хроническому облучению. Впервые'проводится столь длительное изучение динамики индуцированного мутационного процесса под воздействий ионизирующие излучений у природных популяций. Проводили исследования по воздействию тяжелых металлов на семена хронически облучавши природных популяций Arabidopsis thallana..

- £ -

Практическая ценность работа. Установлена минимальная мощность дозы,, при которой на араСидопсисе - типичном представителе сем. крестоцветных - регистрируется статистически значимый мутагенный эффект радиоактивного загрязнения. Эти данные могут помочь в оценке возможности использования загрязненных земель для семеноводства. Показан повышенный уровень генетической опасности соче-танного действия облучения.и химических загрязнителей.

Апробация работы. Результаты исследования были доложены и об-судены на 1-ый Международной конференции'"Экологические проблемы горных территорий" (Владикавказ, 1992); на заседания семинара отдела проблем генетической безопасности от 11 июня 1993 г.

Объем работы. Диссертация изложена на 141 страницах машинописного текста и состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и приложения, включает 24 таблиц и 9 рисунков. Список литературы включает 281 наименований, в том числе 137 на русском языке.

МАТЕРИМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объект исследования. Для оценки генетических последствий радиоактивного загрязнения после аварии на ЧАЗС и для определения эффектов совместного воздействия ионизирующего излучения с тяжелыми металлами, выбрали как тест-объект AraMdopsls thaiiana, широко распространенный на Украине вид.

Ar.thaliana (L) Heynh - относится к семейству Cruclferae. Это небольшое травянистое растение длинного дня, однолетнее, реже двулетнее. Эффемерная раса, характеризуется коротким жизненным циклом (28 дней) с практическим отсутствием выраженной эмбриональной диа-паузы. Хромосомный набор, всего 5 групп сцепления (2п-10) [Иванов В.И., 19743. Arabidopsis thallana считается удобным тест-объектом для выявления эффектов химических или физических мутагенов CHlrono Yv and Rädel Q., 1965; Ahnstrom 6., NataraJan A.T. and Yeleminsky J~, 1972; RedöiG., 1970; 1974; Nllan R.A., Vlg B.K., 1976; Ehrenberg L., 1971; Иванов В.И., 1Э743. В Международной программе по химической безопастности, осуществляемой ВОЗ, Международной организацией труда и Обществом охраны окружающей среды ООН, приняли арабидопсис, традесканцию и бобы как растительные тест-системы, на которых в 25 лабораториях мира одновременно будут вести проверку на возможную мутагенную активность новых химических препаратов для растениеводства [Демченко С.И. и др., 1990).

Отдаленные генетические эффекты радиоактивного загрязнения изучали на дикорастущих популяциях арабидопсиса, произрастающего в 30-ти км зоне ЧАЭС. Диапазон мощностей доз на различных экспериментальных участках в 1986 г. составлял от О.17 до 240 мР/час по г-излученио. Лозы r-излучения рассчитывались по мощности экспозиционной дозы в воздухе, измеренной на поверхности почвы дозиметрами КРБГ-1; Ш-5; ДКС-04. Ддя определения суммарной дозы т и В-излучений излучений использовали гермолюминисгёнтные дозиметры L1F.

Методы исследования. Отдаленные генетические последствия хронического облучения на популяции арабидопсиса исследовали на семенах, собранных с дикорастущих растений Arabidopsis thaliana, произрастающих на загрязненных участках в 30-ти км зоне ЧАЭС. Популяции из разных полигоноз подвергались воздействию при разных мощностях доз хронического облучения. В качестве контроля использовали дикорастущую популяцию, произрастающую в г.Ыосква - в районе ' 'Строгино. Семена собирали рандомизировано. Перед посевом семена яровизировали в чашкда Петри, выставляя намоченные семена в холодильник при 4°С на 4-5 дня. Растения выращивали в теплице на фотостате, при 22-28°С. При режиме освещения; 18 часов свет, 6 часа темноты. Кроме почвенной культуры иногда мы использовали асептическую культуру. Обычно в тех случаях, когда учитывали длину корешка или выживаемость на стадиях семядоли. '. При этом использовали обычную асептическую среду Гихнера-Велеминского. Чтобы определить радиорезистентность опытных и ^контрольных растений арабидопсиса применяли корешковой тест. Дополнительному провокационному г-облучению 60Со подвергали хронически облучаемые популяции, произрастающие на загрязненных участках с* разными мощностями доз, а также необлученные семена арабидопсиса линии Landsberg erectum. Семена облучали в дозах 100, 200, 400, 600 Гр. На седьмой день после высаживания на агаровой среде, измеряли длину корешка. Достоверность различия радиоустойчквости опытных и контрольных растений определяли по формуле, Стьюдента.

Эффекта 'совместного воздействия хронического или острого r-облучения с химическими токсикантами определяли путем, обработки семян, собранных из хронически облучаемых популяций Arabidopsis thallana, или семян лабораторной линии Landsberg erectum, предварительно облученных разными дозами, Чтобы снизить возможные, различия во вохояеоти семян на-за наличия озимых и яровых'форм i дико-

г ,

растущих, популяциях, семена перед обработкой с токсикантами яровизировали. Оброботка длилась 24 часа при комнатной температуре, в полной темноте. Концентрации растворов были согласованны с литературными данными по мутагенной эффективности. Мутагенные эффекты учитывали по эмбрион-тесту Мшшера (1963). При оценке совместного действия хронического иди острого т-облучения и химических мутагенов, использовали коэффициент совместного действия (КСД). КОД равняется отношению эффекта совместного действия к сумме отдельных эффектов этих факторов. Эф.совм.

КСД - —------

ЭФ1+ЗФ2

В случае КСД>1, имеет место синергизм (т.е. радиосенсибилизи-руювдй эффект); КСД-1, свидетельствует о эффекте аддитивности; при КСД<1 наблюдается эффект защиты. Получение результаты всех экспе-* рименгов обработывади статистически, применяя критерии Стьюдента [УрбахВ.Ю., 19643.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Отдаленные генетические последствия радиоактивного загрязнения популяций арабидолсиса в результате аварии на ЧАЭС.

В таблице 1 представлены ревультаты лабораторного анализа популяций арабидолсиса, произрастающих-в течение четырех лет на загрязненной территории в 30-ти км'зоне ЧАЭС,

Зависимость величины мутационного груза от уровня радиоактивного загрязнения популяций арабидопснса для' М-а апроксимируется .уравнением линейной регрессии: у-22.521+0.423*0, К-0.830, Р-0.040. Во всех остальных случаев не обнаружена какая-либо достоверная зависимость между' генетическим грузом и уровней загрязнения.

Следует отметить, что уровень мутагенеза в популяциях Янов N6 и N8 практически одинаков и составляет ' 40% мугантных растений, несмотря на разную мощность дозы их хронического облучения. Это несоответствие майю объяснить большей радиочувствительностью озимых растений [Сергеева С. А., 2.(узыка В.И., Шевченко В. А., 1886]. Кро^е того, при хроническом воздействии ионизирующих излучений озимые форкы более продолжительное время облучаются в вегетативной стадии, которая является Солее радиочувствительной по сравнению с семенами. Популяция Янов N8 в 1989 году была представлена исключи-

- в -

телъно озимыми растениями, в 1990 году - уже смесью озимых и яровых растений.

Таблица. 1.

Частота эмбриональных леталей в популяциях арабидопсиса, произрастающих в 30 км зоне ЧАЭС. (Лабораторный анализ репродукции урожая 1989 года).

Участки Мощность Число Частота эмбриональных леталей дозы, растений

мр/чао м-а м-в . м-с

Стечанка 0.02 257 24.512.7 - 10-, 210.8 ' 1.77Ю. 06

Чернобыль .- 0.5 273 24.5*2.6 9.9Ю.8 1.61Ю.06

Толстый лес 1.5 372 14.0±1.8 4.9Ю.5 0.74Ю.03

Шепеличи 9.0 456 28.3±2.1 14.810.8 ■3.16Ю.06

Янов: 12-6 50.0 402 40.0±2.4 22.0Ю.9 4.60Ю.09

Янов: 12-8 25.0 269 40.213.0 27.6И.2 5.77Ю.11

(озимые)

Результаты лабораторного аяализа арабидопсиса урожая 1990 года представлены в таблице 2. Зависимость частоты мутаций от уровня радиоактивного загрязнения по результатам, представленным в таблице 2, лучше всего описывается уравнением линейной регрессии: У-12.954+0.476*0, с коэффициентом регрессии Н-О.70Э и значимость Р-0.017 для М-а: У-6.155+0.343*0, №-0.798, Р-0.018 для М-в; И для М-с; У-1.287+0.086*0, (?-0.798 при значимости Р-6.018.,

Интересной является популяция, произрастающая на дамбе- водоема охладителя, она подвергается воздействию повышенной температуры и повышенной'влажности от водоема охладителя. Семена этой популяции созревают приблизительно на месяц раньше, -чем во всех остальных популяциях из 30-ти км зоны. Б этой популяции обнаруживается Высокий процент' озимых форм, который является типичным для популяций, произрастающих в условии мягкой и влажной зимы (Ка1еШГе, 1964). Значительно снизился в сравнении с 1990 года уровень му-тантных растений в популяции Янов N8 -до 22%. Следует отметить, что замечается увел^ение яровых форм, вместе с зарегистрирован}« понижением индуцированного мутагенеза.Мутагенез в лесничестве Ше-пеличи остается на том т уровне 29% (для 1939 года он равнялся 28%).

Таблица.2.

Частота эмбриональных деталей в популяциях арабидопсиса, произрастающих в 30 км зоне ЧАЭС. (Лабораторный анализ репродукции урожая 1390 года).

Участки Мощность Число Частота эмбриональных деталей дозы, растений

мР/час м-а м-в м-с

Опачичи 0.02 64 6.25±3.02 1.5610. 69 0.-84±0.04

Дитятки 0.02 107 15.9±3.5 8.21±1. 19 1.24Ю.08

Чернобыль 0.10 127 22.813.7 10.711. 6 1.91Ю.16

Дамба в.охл. 0.5' 62 4.8412.72 1.92Ю. 78 0.27Ю. 05

Н. Криницы 0.8 . 98 14.313.5 5.74И. 05 0.84Ю.07

Толстый лес 1.5 102 ' 15.7±3.6 6.8611. 12 1.27Ю.08

Шепеличи 8.0 120 29.2±4.1 19.0И. 6 4.71Ю. 14

Янов: 12-8 25.0 27 22.2±8.0 12.612. 9 3.18Ю. 24

Янов: 12-6 50.0 36 36.1±8.0 , 22.813. 1 5.22Ю. 30

' Результаты анализа растений арабидопсиса, произрастающих на загрязненной территории 30-ти км зоны ЧАЭС в течении пяти лет. представлены в таблице 3.

Полученная зависимость частоты эмбриональных деталей от мощности дозы хроническог.о облучения лучше всего описывается уравнением линейной регрессии, соответственно для: m-a - y-3.12+1.01*D, с коэффициентом регрессии R-0.974, значимость Р-О.ООО; для m-b -У-1.79+0.78*0, R-O.S70, Р-0.000; для ш-с -. у-0.29+0.18*D, R-0.S80, Р-0.000.

На участке Дамба, были проанализированы четыре популяции, для того, чтобы определить степень разброса данных по мутагенезу в популяциях, произрастающих при одинаковых уровнях загрязнения. Уровень мутагенеза во веек обследованых популяции Дамба N1, N2, N3, N4 - варьирует от 1 до' 57,, что является, по-видимому, уровнем спонтанного мутагенеза, т.к. ряд авторов, занимающихся мутагенезом на арабидопсисе [Gichnor, Veleminsky, 1982. 1086, 1988; Acedo et al.,1984; Veleminsky et al-,1970; Glchner et al.,1985] определяют спонтанный уровень частоты мутаций в контроле для используемых линий равным в среднем 2.1% для м-Ь. Вряд ли в природных популяциях 'арабидопсиса уровень генетического груза будет ниже.

Таблица 3.

Частота эмбриональных деталей в популяциях арабвдопсиса, произрастающих на радиоактивно загрязненных участках (анализ полетюго урожая 1991 года).

Участки Мощность Число Частота эмбриональных деталей

дозы. растений

мР/час м-а м-в М-с

Строгино

(Москва) 0.01 - 163 . 7.3612.05 Б.32±1.02 0.93Ю.06

Чернобыль 0.10 194 3.09И.24 ■1.38 ±0.48 0.2510.03

Дамба-1 0.50 61 3.2812.28 2.1911.08 0.45Ю.08

Дамба-2 0.50 52 5.7713.23 4.1111.64 0.73Ю. 12

Дамба-3 0.50 64 : 1.5611.55 0.5210.52 0.07Ю. 03

Дамба-4 0.50 160 3.1311.38 1.67Ю.59 0.31 Ю.04

Янов-10 2.5 153 ,1.9б±1.12 0.65Ю. 38 0.11Ю.02

Янов- б 30.0 274 33.58±2.85 2б.43±1.52 Б.9110.14

Следует отметить, что уровень мутагенеза для популяции, про-■ израсташей на участке Янов N6, продолжает понижаться и достигает 332.

В табл.4 представлены результаты лабораторного анализа урожая 1901 году. Так как популяции на полигоне. Дамба практически не показали заметной разницы в мутагенезе, .то с этого участке при тепличном анализе выращивали только одну популяцию. Зависимость уровня мутагенеза от степени загрязнения лучше всего выражается ураз-• нением линейной регресим для М-а - Y-18.51+0.35*0, с коэффициентом регрессии R-0.982, 'Р-0.018. Для М-в и М-с корелляционной зависимости не обнаружено. Создается впечатление, что чем более длитель-. но действует хроническое облучение, тем сильнее влияют экологические факторы естественного отбора.

Следует отметить, что ва все предыдущие годы с момента начала облучения и до 1989 года зависимость частоты мутаций от мощности дозы хронического ' облучения лучше всего описывалась уравнением степенной функции с показателем степени меньшим единицы. Это свидетельствует об относительно большей эффективности низких уровней загрязнения по сравнению с высокими в расчете на единицу мощности дозы [Дубинин H.H., и др., 1980]. Однако с 1989 года зависимость

- в -

уровня мутационного груза от мощности дозы хронического загрязнения лучше описывается уравнением линейной регрессии, т.е. "сверхлинейность" при низких мощностях доз исчезает. Существует гипотеза

Таблица 4.

Частота эмбриональных летальных мутаций в популяциях арабидопсиса, произрастающих в 30-ти километровой зоне \'АЗС. (Лабораторный анализ-репродукции урожая 1991 года).

Популяции Мощность дозы, Число Частота эмбриональных деталей растений

мР/час м-а м~в м-с

Чернобыль 0.10 157 19.7±3.2 9.78±1.37 1.97±0.13

Дамба 0.50 193 18.612.8 8.33±1.09 1.76Ю.11

Янов-10 2,5 33 18.2±б.7 7.56±2.42 1.16Ю.20

Янов- б 30,0 93 29.0±4:7 14.04±2.03 2.62±0.18

[Шевченко, Померанцева, 1986] согласно которой эффект "сверхлинейности" низких доз ионизирующих излучений - результат существования порога включения SOS- репарации,• которая начинает работать при сравнительно высоких уровнях облучения и не работает' при низких. Тем не менее было показано, что эффективность репарации радиационных повреждений у растений арабидопсиса, произрастающих в 30-ти км зоне, понижается в зависимости от продолжительности'времени лроиз-. растения на загрязненных участках. В проведенных-исследованиях регистрировали в популяциях арабидопсиса, произрастающего на участках в Янове, значительное повышение однонитевых разрывов ДНК на единицу дозы дополнительного облучения, которое не наблюдалось в 1986 г. ÍSyomov A.B., et al., 1992].

Получение результаты показывают наличие повышенного генетического груза в популяциях арабидопсиса, произрастающих в ■ 30-км зоне Чернобыльской АЭС. На участках с высоким остаточным радиационном фоном достигается стационарный уровень повышенного мутагенеза в области 18-29%, определяемого по частоте мутантных растений. В районах с малыми мощностями доз хронического облучения индуциро-> ванный мутагенез сильно зависит от экологических и климатических

Чостото wymonnwx растений

м-о (Шепеличи)

______I теплица _

Ряс.1.Динамика мутационного груза в популяциях арабидопсиса при тепличных и полевых условиях выращивания из Шепеличи._

Чостота мутонтных растении - М-а (С.ТОЛСТЫЙ Лес)

1286

1937

1938

?S33

1930

1992

. СТХмк»___'ЕНЗ лп'одмчд_

Рис. 2.Динамика мутационного груза в популяциях арабидопсиса при тепличных и полевых условиях выращивания ив с.Толстого леса. 1

факторов данного года. При этом может наблюдаться как повышенный, так и пониженный уровень мутагенеза по сравнению с контролем.

Динамика мутационного процесса в хронически облучаемых популяциях арабидопсиса

Слежение за динамикой мутационного груза в хронически облучаемых популяциях, позволяет выяснить закономерности накопления или выведения генетического rpysa. При этом открывается возможность делать объективный прогноз отдаленных генетических последствий и реально оценивать'риск радиационного фактора.

В ходе работы выявлялись известные трудности при слежении за динамикой мутационного груза в череде поколений, которые происходили из-sa того что семена арабидопсиса после созревания прорастают не все одновременно, а некоторые могут пролежать в земле несколько лет. В связи с этим при анализе популяционного материала было невозможно определить, какое облученное поколение анализируется. Невозможно было учесть' дозу, полученную растением за поколение. В связи с дезактивационными мероприятиями многие участки с 1986 г. были потерянны и пришлось продолжить работу на новых участках, для которых был неизвестен начальный уровень загрязнения и, соответственно, индуцированный мутагенез, который он вызывал.

Имея в виду сопутствующие трудности, которые выявлялись по ходу работы, динамика мутационного процесса более подробно будет рассмотрена только для некоторых участков: лесничество Шепеличи, с.Толстый лес, Чернобыль и две популяции, произрастающие в Янове.

На рис.1, представлены результаты по динамике мутационного .процесса в популяциях арабидопсиса, проиврастешда на участке Шепеличи. В мае 1987 года мощность дозы хронического облучения в Ше-пеличах составляла 17-20 мР/час. Как видно из рис.1 -уровень мутационного груза, первоначально достигавший в этой популяции 42-45%, постепенно снижался (недостоверно) и достиг минимума в 1990 году (Достоверные отличия от 1987 года). По частоте мутантных эмбрионов (м-с) существенного снкения мутационного rpysa как .в тепличных, так в полевых экспериментах не обнаружено.

На участке с.Толстого леса (рис.2), уровень первоначального загрязнения в мае 1S85 года формировал мощность дозы хронического облучения равную ¿40 мР/час. . Однако к мая 1987 года мощность довы >упала до 2.5 i/P/час. Столь сильное падение модности дозы можно

Частот а мутотоььх растенио - М-о (Чернобыль)

1989

1992

ГПЗ поле [2§3 теплица

Рис.3.Динамика мутационного груза в популяциях арабидоцсиса при теп. личных и полевых условиях выращивания_из Чернобыля.

Частота мутантах растенио — М—а (ЯНОВ-6)

100 ВО со 40 20 О

Г: |

-1РШ- 1,11 ....."Я Ш; 1- { "" ^ Г 3

1933

1939

1990.

1051

Рис.4.Динамика мутационного груза в палуляциях арабидопсиса при тепличных и полевых условиях выращивания мэ участки Янов-6.

-il -

объяснить тем, что загрязнение этого места определялось, по-видимому, выпадением большого количества который быстро распался. Уровень генетического груза в популяции из с.Толстый лес снизился с 66.8 до 11.0% по М-а, что по-видимому, связано с резким падением мовдости дозы облучения. В популяции Толстый Лес, как видно, наблюдается снижение генетического груза во времени, однако, последствия высокой дозы облучения в 1986 году заметны еще в 1990 и 1992 годах. Создается впечатление, что динамика мутационного процесса в популяциях из с. Толстый Лес, сходна с тем, что наблюдается на участке Шепеличи. Как видно из гистограмм 1 и 2 самый низкий уровень мутационного груза отмечен в 1989 году. По данным Тагиева [Тагиев А.Т., 1979], после острого облучения в стимулирующей и угнетающей дозах эффекты радиации полностью нивелировались в третьем поколении. Имея в виду, что эффективность шдуцибельной репарации у растений арабидопсиса, произрастающих в 30-ти км зоне ЧАЭС, к 1989 значительно снизилась, можно предполагать, что с этим и связан небольшой рост уровня мутаций в последние годы в популяциях из Шепеличей и Толстого леса.

. В популяциях арабидопсиса на территории Чернобыля с уровнем, первоначального вагрязнения, формирующим мощность дозы приблизительно 100 мР/ч, уровень мутационного груза в первые два года возрастал (рис.3). В 1988 году по результатам полевого анализа, мутационный груз повысился до 122. В последние три годы 1990, 1991 и 1992, зарегистрированный мутационный груз у арабидопсиса сравнялся с уровнем естественного спонтанного мутагенеза (2-3,57.). До 1990 года •уровень генетического груза медленно повышался и остается достаточно высоким (20 %).

На рис.4, и 5 представлены результаты анализов популяции арабидопсиса. произрастающей на участке в Якове. В 1987 году в с.Яно-ве были зарегистрированы уровни радиационного воздействия до 300 . мР/час в 1987 году. До сих пор уровень радиоактивного загрязнения остается высоким (формирует мощности дозы от 25 до 50 мр/час). Регистрируемый в 1987 и 1Ô88 году мутационный грув был довольно высоким для-этих популяций - 65-80%. Видно, что накопленный генетический' груз выводится из популяции, но остается довольно высоким (23-36%). • ■

Ложно предположить, что в зависимости от уровня радиационного загрязнения модифицируется динамика накопления и выведения генетического груза в хронически облучаемых популяциях. Бока зависимость

Частота иутонттх растении - М-а (ЯНОВ 8) 50 --—---

СГЗ поле теплица

Рис.5.Динамика мутацибнного груза в популяциях арабидопсиса при тепличных и полевых условиях выращивания из участки Янов-8.

Доет гр

Дитятки —Н— Телсггшз (¿¡»галичи -О- Стачажо

-х- I -Ь- Я«Л-8 -Л- Пжб-9

Рис.6. Корешковый тест: регресионная зависимость относительной длины корешков от дозы после провокационного гамма-облучения для популяции арабидопсиса, произрастающих в точении пяти лет в 20-ти 1см зоне ЧЛЭС и лабораторной линии ЬслсЗзЬвг^ егос1:ш.

-1Ф-

динамики мутационного груза от уровня радиационного загрязнения предсказать полностью нельзя. Необходимо дальнейший мониторинг за динамикой генетического груза в, череде поколений. Это позволит, по-видимому, выяснить закономерности накопления или выведения генетического груза из популяций арабидопсиса.

Сравнительная радиоустсй'*ивость хронически облучаяемых популяц®. арабидопсиса

Установлено, что растения произрастающие в условиях хронического облучения, могут-приобретать как повышенную радиоустойчивость [Черепанова и др.. 1971; Дубинин Н.П.и др., 1980; Mewlssen et al., 1959; Marques , 19733, так и больную радиочувствительность [Груд-зев Г.С., Таскаев , 1977].

Чтобы определить сравнительную радиоустойчивость популяций арабидопсиса, произрастающих в течение 5 лет на участках с разными уровнями радиоактивного загрязнения, проводили анализ радиоустой' чивости, используя корешковый тест, поскольку хромосомы арабидоп- ' сиса слишком мелкие и для цитогенетического анализа неудобны. Мно-. гие авторы указывают на высокий коэффициент корреляции между этими двумя параметрами - уровнем аберраций хромосом в клетках меристемы первичного корешка и длиной корешка после дополнительного острого Облучения [Read ,1959; Conner,and Stevenson. 1969; Абрамов В.И., 1985]. С-'''"'

Анализ проводили на семенах сбора 1990 года. Популяции*-с-участков: Толстый лес, Стечанка, Чернобылу, Шепеличи, Дамба, Дитятки, Янов N 8, N8, N6 были дополнительно провокационно облучены г-лучами. В качестве контроля была выбрана лабораторная линия арабидопсиса Landsberg' erectum. Результаты эксперимента, показали что для популяций, произраставших в 30-км зоне ЧАЗС, нэ-обнаруживается радиоадаптация. Более того, во всех обследованных популяциях регистрируется повышенная радиочувствительность по сравнению с конт-. рольной линией, как видио из рис.6.

Самые радиочувствительные к дополнительному провокационному облучению оказались растений из популяции Дитятки и Дамба. Следует отметить, что уровень радиационного загрязнения для т-состазляхздей компоненты на участке Дитятки не превышает мощности дозы 0.02 мр/ч. Однако, напи исследования по мутагенезу показали,, что в популяции арабидопсиса, произрастающей иа атом участке наблюдается

- -is -

повышенный уровень хлорофильных мутаций и эмбриональных деталей, что моетю объяснить возможным наличием радионуклидного otr распада. В ряде работ показано, что «-компонента понижает жизненоспособ-ность и повышает радиочувствительность растений [Груздев В.И., Таскаев А.И., 1977; Семов A.B. и др.. 1987].

На участке Дамба мощность дозы составляет 0.5 мР/ч. В этом районе уровни мутагенеза для нескольких популяций, проанализированных в 1991 году варьировали между 1.5 до 6.7% для М-а, т.е. практически не отличается от контроля. При этом нельзя не отметиТь наличие в этих популяциях большого процента озимых форм, которые считаются более радиочувствительными [Сергеева С.А., Музыка В.И., Шевченко В.А., 1986].

Известно, что жесткость отбора на радиорезистентность для разных видов бывает различной, в зависимости от исходной радиорезистентности данного вида. Чем более чувствителен данный вид к определенному фактору окружающей среды, тем интенсивнее происходит отбор под давлением этого фактора и адаптация к -нему и наоборот. Надо отметить, что семена арабидопсиса являются исключительно радиоустойчивыми [Иванов И.В., 1974], при этом эффективность репарации радиационных повреждений снижается с течением времени в популяциях арабидопсиса, произрастающих на повышенном уровне радиационного загрязнения. Это вероятно обуславливает и зарегестрирован-ное повышение радиочувствительности хронически облучаемых популяций. Возможно тоже допустить, что пока слишком мало поколений прошло, чтобы выявился данный феномен.

Генетические последствия совместного действия хронического гамма-облучения и химических промышленных загрязнителей окружающей среды.

Известно, что тяжелые металлы, относящиеся к наиболее значимым неорганическим загрязнителям биосферы [Виталиев А.Т.. 1S86; Виленчик U.U., 1983], способны изменять биологические эффекты радиации [Виленчик М.И., 1983; Turnmalla P.R., 19783. С целью выяснить последствия воздействий тяжелых металлов на хронически облучаемые популяций арабидопсиса. провели серии опытов. Семена, собранные 1991 году из дикорастущих популяций арабидопсиса,- произрастающих в радиоактивно загрязненном районе в 30-ти км зоне ЧАЭС, подвергали химической обработке нитратом свинца (3,39 г/л) и селе-

-зенитом натрия (10" мг/л и 20 ыг/л). Популяции произрастали б хроническом режиме облучения при мощности Д08Ы: для популяции Чернобыль -0.1 мр/ч.; для популяции Дамба -0.5 мр/ч.; для популяции Янов-Ю ■-2.5 мр/ч.; и для популяции Янов-б -30 мр/ч.

Результаты наблюдения генетических эффектов совместного воздействия представлены в таблице 5. Самыми чувствительными к влиянию химикатов оказались растения-из популяций Дамба. В этом районе существуют оптимальные экологические факторы для развития данного . вида, это вероятно и предопределяет повышенную чувствительность к стрессу. По нашим данным частота озимых форм преобладает в этой популяции Дамба. Озимые формы более чувствительны'к действию радиации [Сергеева: С.А., Музыка И., 19863; по-видимому, они. более чувствительны и к химическим мутагенам.

Популяция Строгино произрастает на промышленной свалке можно допустить наличие, повышенной устойчивости к химическим мутагенам.. По литературным данным популяции растений, длительно произрастающие при таком типе загрязнения, обнаруживают' адаптирование. Тем не менее надо учесть повышений процент стерильности для популяции Строгино -14.42Ж. Известно, что стерильность часто обуславливается наличием доминант-ных деталей.

' * Таблица. 5.

Генетические последствия совместного действия нитрата свинца, селенита натрия на хронически облученные популяции арабвдопсиса.

Г"' ...... Т' -...... 1 | Частоты • 1 1 . . 1 1 | Доля |Процент |Коэффициент!

¡Популяция I Общее |встречаемости!детальных.| стериль-[совместного!

(число 1 . т |эмбрионов | ности | действия [

|эм0рио-| мутантных 1 ■ • 1 1 1

1» 1 нов 1 ( эмбрионов 1 11 1 1 ■ 1" 1 1. .-1

| Необработанные популяции ■|

iL. еrectum 6392 0.Ш0.04 0.13Ю.04 1 5.14" . |

I Строгино 6081 0.32Ю-.07 0.37Ю.07 4.11 |

(Чернобыль 12274 0.42Ю.06 0.60Ю.07 2.17 • I

IДамба 2725 1.17±0.21 1.17Ю.21 5.15 |

|Яков-10 9611 0.2910.05 0.29Ю.05 5.15 |

| ЯКОВ-6 . ; 10154 1.64±0.12 , 1.60Ю.12 4.48 |

| Популяции обработанные нитратом свинца ( 3.39 г/л)

¡Ь.еге^ш 6721 0.22±0.06 0.25Ю.06 4.46

|Строгино 1755 0.28±0.13 0.2810.13 14.42 0.52 |

(Чернобыль 4688 0.53±0.11 0.53±0.11 2.46 0.83 |

| Дамба 2228 2:96+0.36 3.01Ю.36 3.75 2ЛЗ |

I Янов-10 6280 0.65+0.10 0.65Ю.10 9.78 1.27 |

|Янов-б 6190 1.66Ю.16 1.73+0.17 3.39 0.94 |

| Популяции обработанные селенитом натрия ( 10 мг/л)

IL.erect.um 5717 0.73Ю.11 0.80Ю.12 3.93

|Строгино 947 0.63Ю.26 0.63Ю.26 9.82 0.60 |

(Чернобыль 5058 0.34ЭД.08 0.43Ю.09 3.63 0.30 |

|Дамба 2757 0.6210.15 0.62Ю.15 5.21 0.33 |

|Янов-10 5472 0.0710.04' 0.07Ю.04 4.44 0.07 |

|Янов-б 6914 1.4210.14' 1.49Ю.15 '2.96 0.63 |

| Популяции1обработанные селенитом натрия ( 20 мг/л)

|L.eгectum 9491 0; 58Ю.08 0.5810.08 6.02

|Строгино 2867 0.38±0.12 0.42Ю. 12 2.94 0.42 |

|Чернобыль 5112 0.59Ю.11 .0.6110.11 1.21 0.59 |

|Дамба 1646 0.4910.17 0.49Ю.17 . 1.88 0.69 |

|Янов-10 5599 0.13Ю.05 0.13Ю.05 7.69 0.15 |

|Янов-6 2675 1.31Ю.22 1.31Ю.22 . 5.08 0.62 | I

По данным Редди и Вайдианат СТишпа11а Р.Й., ШсЗуапа^ К., 19783, нитрат свинца проявляет слабую мутагенную активность и достоверный синергичный эффект повышения мутагенности гамма-лучей. По' литературным данным, свинец нарушает репарацию ДНК, что приводит к усилению радиационного поражения СВиленчик М.М., 1983]. Вероятно высокая токсичность свинца обуславливает и синергичный эффект при комбинированном воздействии с радиацией. Существует мнение, что мутагенное действие свинца скорее всего обуславливается индукцией перекисных радикалов и ингибированием ферментов, участвующих с процессах репликации и репарации ШагЧ.и1п& А. оЪ а1., 1990].

Наши результаты по влиянию разных молярностей растворов нитрата свинца на необлученные семена арабвдопсиса линии ЬаЫзЬогс

erectvim потверждают, что нитрат свинца является слабым мутагеном. Хотя разница по индуцируемым генетическим эффекта между контрольными и опытными растениями везде велика и статистически значима (Р<0.001), зависимости "доэа-зффект" не обнаруживается.

При обработке семян селенитом натрия подобрали дозы, которые в литературе указывались как мутагенные: 10 мг/л и 20 мг/л. Как видно из табл.Б, мутагенный эффект обнаружили только для контро-ля-Landsberg erectum. При воздействие селенита натрия на хроншес-.ки облучаемые популяции везде коэффициент совместного действия был ниже единицы. Видно, что под воздействием селенита натрия сильно меняется уровень мутагенега у популяций, произрастающих ,на участках Яков-10 и Дамба. Антимутагенный эффект селенита натрия более

■ эффективно выявлялся при концентрации растворов 10 мг/л. Считается что Se- В'низких концентрациях влияет антимутагенно и антиканцерогенно. Селен входит в состав важных энзимов глутадион-S-трансфер-. разы и глютадионперокеидазы. Это единственные Se-зависимые и Se-содержащие ферменты. Они сникают концентрацию свободных радикалов внутри клетки; - - которые как известно вызывают разрывы цепей ДНК. Вероятно это обуславливает наблюдаемый антимутагенный эффект при совместном воздействии с радиацией [Marte11 А., 1981; Snyger R.D., 1988; Halliwell В., 18873. '

Генетические эффекты совместного влияния острого г-облучения и химических токсикантов, на лабораторную линию араби-долсиса, Landsbere erectum

Поскольку исследования проводили используя рааные лабораторные линии арабвдопсиса - Landsberg erectum и Columbia, был поставлен эксперимент по определению сравнительной радиоустойчивости этих линий. Сухие семена обеих линий арабвдопсиса облучали в дозе 200 Гр от г-источника 60Со. Полученные, результаты показали, что

■ регистрированный индуцированный мутагенез был приблизительно одинаковым..

С целью определения 4 генетической эффективности воздействия острого т-облучения на семена арабвдопсиса, проведены эксперименты по характеристике зависимости "дова-эффект"." Сухие семена араби-допсиса были облученны при различных дозах у-излучения 60Со.

Регрессионной анализ показал,- что частота мутантных растений в Ы-1 поколении коррелирует с довой облучения семян. Коэффициент

корреляции равняется RO.862, при значимости Р-0.027. Уравнение линейной регрессии выражается как: М-а-8.092+7.14*D , где М-а - частота мутантных растений в М-1 поколении; D - доза (Гр);

Для частот мутантных стручков в поколении М-1 и мутантных растений в поколении М-2 зависимость от дозы описываются следующими уравнениями регрессии:

М-в-1.938+4.10*D М-с-0.567+0.73*D , где М-в - частота мутантных стручков в М-1 поколений; М-с - частота хлорофильных мутаций и эмбриональных деталей; . Коэффициенты корреляции в этих зависимостях соответственно равны R-0.956 и R-0.911, при значимости Р-0,003 и Р-0.012.

Надо отметить, что кроме обнаруженной линейной зависимости для индуцированного мутагенеза, линейную зависимость от дозы облучения показывает стерильность.'Уравнение линейной'регрессии значимо с достоверностью Р-0.002, с коэффициентом кореляции R-0.966: Str - 5.954+0.530*D , где-Str - процент стерильных растений;.

Полученые результаты показывают, что при остром v-облучении зависимость "доза-зф$ект" носит линейный характер, что вполне сопоставимо с литературным данным [Lyon et al., 1972; Глембоцкий Я. Л., ' Ярмоленко. С.'П., 1969; Ли Д.Е., 1963; Ichikàwa S. .and Takahashi O.S., 1977].

Совместное влияние острого г-облучеиния и нитрата свинца исследовали, используя раствор 1*10~2М> Придерживались одинаковых условий с предыдущим экспериментом по хроническому облучению.

Полученые результаты эксперимента представлены з таблице б. У всех вариантов опыта, исключая дозу 50 Гр, обработка семян араби-1 допсиса нитратам свинца после т-облучения повышала мутагенный эффект ионизирующей радиации. При совместном воздействии нитрата свинца и ионизкрущих иэлучений был зарегистрирован эффект повышения стерильности. При облучении'в дозе 60 Гр стерильность повысилась приблизительно в 6 раз относительно контрольной, при этом КСД-0.69 со значимостью Р<0.01. Цсетш допустить, что наблюдаемый эффект понижения индуцированной мутагенности наблюдался sa счет повышения процента стерильных растений. При 200 к 600 Гр обнаружили достоверный синергизм (Р<0.001) действия ионизкруюкях излучений

-го -

и нитрата свинца. Свинец усугублял последствия воздействия ионизирующей радиации. Сходные результаты из анализов экспериментов других авторов относительно эффектов совместного влияния неорганических солей свинца и г-облучения существуют в литературе.

Таблица 6.

Совместное влияние острого гамма-облучения с нитратом свинца (лабораторная линия [.апс^Ьегд егес1шп)

1 1 Лоза 1 1 I Общее 1 ..... 1 Частоты | ! кед 1 Процент 1

|облучение | число | встречав- | 1 стериль-

1 (Гр) | эмбрионов | мости I 1 ности

! ! <*) I 1

1 1 мутантных | 1

1 ! 1 1 эмбрионов | 1 1 1

I Контроль

(Контроль 6392 0.0010.00 • 5.14

I 50 Гр 7150 1.7310.15 6,82

1100 Гр 2703 0.33±0.11 13.59

¡200 Гр 10644 2.70±0.16 ■ 14.54

1400 Гр 3990 ' 4.04±0.31 32.'68 '

1600 Гр 1917 4.43Ю. 47 34.49'

I Обработка нитратом свинца ( 3,39 г/л ). . ]

IКонтроль 6721 0.22Ю.06 4.46

I 50 Гр 4718 1.36Ю.17 0.69 " 30.79

1200 Гр . ' 1834 6.00Ю.55 2.05 46.23

1600 Гр 1 343' 13.12И.82 2.26 70.69 (

При проведении экспериментов по совместному влиянию селенита■ натрия и острого т-облучения, выбрали концентрацию, которая по литературным данным считается мутагенной 20 ыг/л. Получение результаты подтвердили наличие мутагенного эффекта селенита натрия у контрольного варианта (табл.7).

Обработка облученных семян при до8е 100 Гр' селенитом натрия повысила частоту встречаемости хлорофильных и эмбриональных летальных мутаций в Б раз"по сравнению с контролем. Зарегистрированный сииергичннй эффект равнялся КСД-2..79, при значимости Р<0.001.

Таблица 7.

Совместное влияние острого г-облучения с химическими мутагенами (лабораторная линия Landsb9Гg егесЬшп)

г™ | Доза 1 Общее | Частоты• 1 КОД 1 1 Процент |

|облучения число | встречае- 1 стериль- |

1 (Гр) эмбрионов| мости ности |

(X) 1

мутангных 1

I эмбрионов 1 1

1 Контроль

(Контроль 6392 о.ооад.оо 5.14 |

| 50 Гр 7150 1.73Ю.15 6.82 |

1100 Гр 2703 О.ЗЗЮ.И 13.Б9 .|

1200 Гр 10644 2.7010.16 14.54 |

1400 Гр 3990 4.0410.31 • 32.68 |

1600 Гр 1917 . 4.4310.47 • 34:49 |

| Обработка селенитом натрия ( 20 г/Л )

|Контроль 9491 0.5810.08 6.02 |

|100 Гр 2404 2.5410.32 2.79 22.83 |

1200 Гр .1542 2.9810.43 0.91 35.07' |

1400 Гр 2406 5.90Ю. 48 1.27 31.31 |

1600 Гр г 414 9.4211.44 1.52 Й3.64 1 |

При облучении семян в дозе 200 Гр и воздействии селенита натрия обнаруженный эффект бил в области аддитивности, а обнаруженные различия незначимы.' Во всех остальных вариантах при остром-облучении, регистрировался эффект синергизма. При дозе 600 Гр индуцированный мутагенез вырос в два раза, при этом Ь таком ли? диапазоне повысился и процент стерильных растений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ результатов экспериментов показал, что популяции АгаЫйорз1з №аНапа произрастающие з И) км зоне имеют повышений генетический груз. Как видно из прилгаяешк гистограмм. сут.оствует

обшал тенденция на выведение этого Изначально высокого генетичес-■ кого груза. Однако, накопленный генетический груз'хотя и выводится из популяций, но остается при этом довольно высоким (между 23 и 36 X) для участков с высоким уровнем радиоактивного загрязнения. Можно предположить, что в зависимости от уровня радиационного вагрязнения модифицируется динамика накопления и выведения генетического груза в хронически облучающихся популяциях. Полностью зависимость динамики мутационного груза от уровня радиационного загрязнения предсказать в настоящий момент невозможно. Необходим дальнейший мониторинг за динамикой генетического груза в череде поколений.

Наши результаты по сравнительной радиоустойчивости, показали что для популяций арабидопсиса,. произрастающих, в 30-км зоне ЧАХ, пока не обнаружено наличие радиоадаптации. Более того, во всех обследованных популяциях регистрировалась повышенная радиочувствительность по сравнению с необлученной контрольной лабораторной линией ЬапэЬвгк егесбшл.

Под воздействием химических токсикантов - нитрата свинца и селенита натрия, на хронически облучаемые растения из популяций арабидопсиса были зарегистрированы равные модификации наблюдаемых генетических эффектов. Для нитрата свинца регистрировалось достор-верное повышение мутагенного эффекта ионизирующего облучения при совместном воздействий. Вероятно высокая токсичность свинца обуславливает и синергичннй эффект при комбинированном воздействии с радиацией. При воздействием селенита-натрия на хронически облучаемые популяции коэффициент совместного действия во всех вариантах опыта был ниже единицы. Антимутагенный эффект селенита натрия особенно эффективно выявлялся при концентрации растворов в 10 мг/л.

•Проведенные эксперименты по совместному влиянию острого г-облучения и нитрата свинца показали, что нитрат свинца, как в случае с хроническим облучением, усугублял последствия воздействия ионизирующей радиации. Результаты анализов по влиянию разных молярнос-тей растворов нитрата свинца на необлученные семена' арабидопсиса линии Ьалс1зЬ9гд егвг/Ьап потверждают, . что нитрат свинца является слабым мутагеном. При проведении экспериментов с селенитом натрия и острого облучения, выбрали концентрацию, которая по литературные данным считается мутагенной -.20 мг/л. Получение результаты подтвердили мутагенный эффект селенита натрия по сравнению с. конролем. При совместном воздействии регистрировали эффект синергизма. .

Поскольку исследования проводили, используя разные лабораторные линии арабидопсиса - Landsberg erect™ и Columbia, был поставлен эксперимент по определению сравнительной радиоустойчивости этих линий. Сухие■ семена обеих линий арабидопсиса облучали дозой 200 Гр от т-источника 60Со. Полученные результаты показали, что обе линии обладают одинаковой радиочувствительностью.

. ВЫВОДЫ

1. Результаты показали, что хронически облучаемые популяции Arabidopsis thaliana, произрастающие в течение семи лет при разных уровнях радиоактивного загрязнения, сохраняют повышенной генетический груз, величина которого зависит от мощности дозы облучения.

2. Изучение динамики мутационного груза показало, что существует общая тенденция к снижению частоты встречаемости мутаций в поколениях, которая особенно значима в случае популяций, обитающих в условиях первоначально высокой мощности доэы облучения. Характер динамики мутационного груза зависит от изначального уровня радиа-. ционного загрязнения. ' ,

3. Показано, что растения из популяций арабвдопсиса, произраставшие в продолжении 5 лет в хроническом режиме облучения, не приобрели повышенной радиоустойчивости. Более того, результаты показывают, что они являются более радиочувствительными.

4. Результаты анализов по влиянию разных молярностей растворов нитрата свинца на необлученные семена арабидопсиса линии Landsberg ereotum потверждают, что нитрат свинвд является слабым мутагеном.. Однако, нитрат свинца повышает ыугенный эффект ионизирующего облучения при совместном воздействий.

5. Показано, что селенит натрия при концентрации 10 мг/л и 20 мг/л обладает слабым мутагенным эффектом у необлученных растений.' При совместном влиянии селенита натрия с хроническим облучением преобладает защитный эффект в сочетании с аддитивностью. Получение результаты подтвердили мутагенный эффект селенита натрия при 20 мг/л у контрольного варианта. Бьш зарегистрирован и эффект синергизма при совместном действии с острым г-излучением.

6. Исследования по сравнительной радиочувствительности двух лабораторных линий Arabidopsis thaliana, Landsberg erectum и Columbia, показали полную идентичность радиобиологических характеристик этих линия.

Список 'работ, публикованных по теме диссертации

1. Динева С.Б., Абрамов В.И., Шевченко В.А. Сравнительная радиоустойчивость хронически облучаемых популяций арабидопсиса // Радиационная биология и радиозколлогия. вып.2. (в печати).

2. Динева С.В., Абрамов В.И., Шевченко В.А.. Генетические последствия совместного действия хронического . облучения и нитрата свинца на популяций AraMdopsls thaliana // Генетика. 1993. Т.29. вып.11 С.1914-1920. ^ ,

3. Динева С.Б., Абрамов В.И. Влияние тяжелых металлов на семена из . хронически гамма-облученных популяций 1/ Тез.докл. 1-й Между-

нар. конференции "Экологические проблемы горных территорий". Владикавказ. 1992. с.133.

Подписано в печать f. N 93 Зак,<Р39 Формат 60*84/16. Тир- fOO

Mookdq. Типография РАСХН