Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Модификация эффектов облучения растений тепловыми нейтронами методом формирования поглощенной дозы

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Модификация эффектов облучения растений тепловыми нейтронами методом формирования поглощенной дозы"

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПАТОЛОПШ, ОНКОЛОГИИ О 1\ И РАДИОБИОЛОГИИ им. Р. Е. КАВЕЦКОГО

На праЕах рукописи

РАШИДОВ НАШК МАМЕД ОГЛЫ

МОДИФИКАЦИЯ ЭФФЕКТОВ ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ ТЕПЛОВЫМИ НЕЙТРОНАМИ МЕТОДОМ ФОРМИРОВАНИЯ ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ

03.00.01 - радиобиология.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических иаук

КИЕВ - 1994

Диссертация написана в виде рукописи.'

Работа выполнена в Институте клеточной, Оиологий и ге ческой инженерии HAH Украины. • . •

Научные консультанты - академик HAH Украины,'профессор,

доктор биологических наук Д. М. ГРОДЗИНСКИЙ

академик АН Азербайджана, професс доктор биологических -наук У. К. АЛЕКПЕРОВ

Официальные оппоненты: •

Доктор медицинских наук, профессор В.А.' БАРАБОЙ

Доктор биологических наук Г.И. КОВАЛЬ

Доктор биологических наук Б. А. ЛЕВЕНКО .

Ведущая организация - УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРА?

УНИВЕРСИТЕТ

Защита диссертации состоится в 1400 vac 23 июня 1994 на заседании специализированного ученого совета Д.016.33.02 защите диссертаций па соискание ученой степени доктора нау Институте экспериментальной патологии, онкологии и радиобир гии им. P.E. Кавецюго HAH Украины

(25Е 022, Киев-22, ул. Васильковская, 45 )■. • •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Инстит! экспериментальной патологии, онкологии и .радиобиологии•.i P.E. Кавецкого HAH Украины.

Автореферат разослан 20 мая 1994 г.- .'•

Учеши секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук .fJ."J Г.И. ЛАВРЕН1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема биологического действия плотноионизируюцего излучения (ПИИ) приобретает первостепенное значение в связи с решением ряда теоретических и практических задач в радиобиологии, сельском хозяйстве и медицине. В частности, особое внимание уделяют выяснению возможности модификации воздействия плотноионизирувдего излучения на клетку.

Применение ПИИ в целях экспериментального мутагенеза, особенно для выведения новых сортов хозяйственно ценных растений и микроорганизмов, ухе имеет устоявшеся традиции, о чем свидетельствуют многочисленные научные данные мировой литературы и периодические отчета ФАО и МАГАТЭ. Широкое применение и перспективы использования в целях экспериментального мутагенеза и лучеЕой терапии, всесторонний, глубокий и полный анализ действия П>С' на биологические системы езде не нзшли своего ыеста б научных исследовакилл. В связи с этим нахождение способов ы&д^Ергкации радкобиолопгческих эффектов ПИИ требует дальнейшего развития экспериментальных работ. Известно, что возможности модификации рздиоустойчкгости соматических клеток к Ш1>1 и влияния на генетическую изменчивость различными физи-ко-химичесгзшн и биологическими факторами существенно сужены и незначительны. Б этом отношении особняком стоит такое ПИИ как тепловые нейтрона (тн). при облучении растений ТН почти вся доза формируется га счет ядер к 1Н. • Язрз азота и водорода при захвате 11! мгновенно излучаат протоны и т-лучи, ссот-БетствеЕно.

Б природе с/ществует ряд элементов, у которых эффективное дифференциальное сечение захвата (ДСЗ) ТН намного Еьше, чем у азота и водорода. К ним откосятся 10В и б1Л, которые при захвате ТК мгновенно излучают альфа-частицы, а также такие элементы как Си, Ей, Су, зт, испускающие у-лучи, у этих изотопов эффективное сечение захвата ТН по ядерным реакциям ^(п,«)6!.!, 110/11ЭСсКп,т)111/114СЙ, 149/152Зш(п,т)150/153Зп,

^Ьг5^Еи(П1.-,1Ъ-Л/1Ъ4Еи) 155/157^,^156/156^ „

на несксцП)К0 порядков Еыше, чем для реакций 141пп,р)14С и 1Н(п,т)2Н. Вводя в растения перед облучением ТН вышеперечисленные элементы,можно варьировать плот-кость ионизйпда в местах расположения данных элементов. Изменение плотности локальных микродозных полей может влиять на

эффективность поражения клеток. В это« и заключается суть метода формирования поглощенной дозы тн для растительных клеток, аналогичного методу бор-нейтрон-аахватной терапии (БНЗТ), применяемому в радиологии, но имеющего более широкие возможности для варьирования.условия экспериментов.

Используя этот метод, можно направленно изменять степень ■поражения определенных сргзнелл, клеток, тканей, органов или вызывать широкий спектр соматических и"генетических мутаций у высашх растений. Изучение закономерностей действия ионизирующих излучений, обладающих ыикродо^овши лекальными полями с различной удельной ионизацией, на генетический аппарат может служить зкспершентальнылс подходом к выяснению механизмов, обеспечивающих надекность генома растительных клеток. Несомненно, что с применением метода формирования поглощенно»"! добы в исследованиях на растительных клетках можно достаточно полно разобраться в закономерностях механизма мутагенйого действия 111, выяснить относительную роль физического и биологического факторов в Ш;Дуц1!ро£.акном мутационном процессе.

Дель и задачи исследования. Целью настоящей работы яеи-лось изучение закономерностей и механизмов кодификации радиационной устойчивости и генетической изменчивости соматических клеток растений при формировании поглощенной дозы ТН, прогнозирование возможностей практического использования подученных данных в ыедрадиологии к радиационном мутагенезе. В соответствии с указанной целью в задачи исследования входило:

1. Оценить возможность влияния накопления дозы с различными значениями линейной передачи энергии (ЛПЗ) продуктов распада компаунд-ядер и топографии микродозовых полей на модифицирование радиобиологических эффектов в клетках.

2. Определить эффективность модификаторов радиобиологических повреждений для растительных клеток под действием ТН.

G. Изучить последствия действия ТН на мембранный и свето; индуцированные биопотенциалы семян культурных растений.

4." Охарактеризовать повреждения генома интерфазных, клеток • под действием ТН.

5. Изучить зависимость относительной биологической эффективности тепловых нейтронов (ОБЭ ТН) от величины поглощенной дозы по частоте соматических мутаций у растений сои, гетерозиготной по хлорофиллькой мутгщяи в локусе ядерного генома -

Уцуц.

6. Исследовать зависимость между радиоустойчивостьп к ТН и продуктивностью генетически близких сортов гороха.

V. Проследить га формированием радиобиологических повреждений в течение онтогенеза растений при действии в Мо-поколении радиации с различной ЛЯЭ.

0. Выявить закономерности перехода повреждений, возникших при облучетПт семян III в Мо метолом формирования поглощенной дозы, через генеративные клетки в поколение.

1!а газану выносятся следующие положения диссертационной работы:

1. Использование элементов с высотам ДСЗ ТН может существенно модифицировать эффективность повреждения как в Мь так и в поколениях культурных растений. Эффективность перехода соматических повреждений из М1 в Мг поколение по выходу хлоэо-фшльных мутаций в 1С-"'- ю4 раз вше при облучении ТН по сравнен® с облученным редкоконизнрущим излучением (у-лучи с0Со).

С. Степень- псврекдекия облученных ¿К семян культурных растений молет бить количественно оценено на биофизическом уровне по изменению сЕетоикдуцированкого биопотенциала и по распределению мембранного потенциала эпидермальных клеток корней проростков.

С. Установлены, высокие значения ОБЭ ТН - как по выходу соматических стаций (от 7 до 16), так и по индуцированному шпготкческому кроссинговеру (от 16 до 27) у гетерозиготной сои (¥цуц).

4. Радиобиологические повреждения, сформированные за счет различных ядерных реакции типа (п.ос) или (п,т) в зародышах семян ячменя, сохраняется в ыеристеыатических клетках в течение ьрего периода вегетации растений. При этом достоверность различил, оцененная по Р-критершэ Фишера, между вариантами, различающимися как по обработке веществами с высоким эффективными сечениями захвата ТН, так и по уровню дозы, зависит от чувствительности тест-реакции, которые приходится использовать е различных фазах онтогенеза.

Научная новизна исследований. Получены следующие основные результаты, имевшие принципиальную новизну:

1. Степень поражения клеток и тканей растительного орга низыа зависит от топографии микродозового поля.

2. При действии ТИ эффективность, модификаторов (ферроце-рона, диацетилферрацена, цистина, цистеамина и др.) по изыене-Н150 радиобиологических повреждений у высших растений незначительна по критериям выживаемости корней проростков ка 10-декь роста, по ОСР на 6-и день и .по значениям биопотенциала мембран эпэдермальных клеток корней проростков, выросших из облученных семян.

3. Предложены и апробированы новые методические подходы к оценке радиационных повреждений, возникших в зародышах семян при различной топографии ынкродозовых полей ГН, по изменениям СЕетоиндуиированного и мембранного биопотенциалов зпидермаль-кых клеток корня, характеризующих в основном биофизическую природу повреждения. Установлено, что чем выше плотность иони-¿ащт гъшкродозошл полях, Скапрш&р в 10В-о6огащеккък вариантах), тем меньше дисперсия значений биопотенциалов, а вероятность. распределения Еокруг среднего значения биопотенциала достаточно Еысока.

4. Впервые проведен анализ повреждений генома растительных клеток, облученных ТН, с учетом соотношения выхода хромосомных н хроматидкых аберрации, а также по характеристикам нейтральной я щелочной элхщга ДКК на мембранных фильтрах.

5. Выявлена зависимость ОВЭ ТН величины макросечения захвата ГК (МСЗ ТН) при обогащении семян ячменя элементами с высоким дифференциальным сечением захвата ТН (ДСЗ ТН). Установлено, что зависимость относительной генетической эффективности (СГЗ) ТН в Мг и ОБЭ ТН в от (ЛОЗ ТН при обогащенйн семян ячменя в Мб элементами с высокими ДСЗ ТН имеет почти линейный характер.

6. Впервые установлено, что у сои, гетерозиготной по ядерному гену Уц под действием ТН по сравнению с гаыма-обду-ченным вариантом, быход митотических кроссингоЕерных и других соматических мутаций возрастает в 3- 10 раз.

7. Установлено существование обратной корреляции между радиоустойчиЕость» генетически близкородственных сортов гороха и их продуктивностью.

3. Впервые показано, что у. ячменя, выросшего из семян, облученных в Мо "П1 при введении некоторых элементов (10В,

, наблюдается значительное увеличение выхода и расширение спектра хлорофилльных мутаций в Мг по сравнению с т-облученны-

ми вариантами.

- Э. Впервые приводятся данные, характеризующие модифицирующее действие кадмия и некоторых других редкоземельных элементов (Оу, Зп, Ей, СЙ), обладающих высоким ДСЗ ТН, в опытах со злаками и двудольными растениями.

10. Разработана я апробирована оригинальная программа компьютерной, обработки данных многофакторчогп полевого опыта с элементами моделирования для определения Быхода генетических мутаций б М-2 в зависимости от повреждений б полученных от рздиацш с различной ЛПЭ излучений.

Практическая ценность работы. Совокупность представленных б диссертацш! экспериментальных данных, относительно проявлений радиобиологических повреждений при формировании поглощенной дозы у растений под действием ТН, обоснованных научных положений и теоретических обобщений можно рассматривать в целом как развитие нового намного направления в радиобиологии растений, тлеющего важное значение для понимания механизмов, обусловливающих разную радиочувствительность клеток при формировании различных микродозных полей под действием ТН.

Данные об усиление эффекта повреждающего действия ТК изотопами 1 '-'В и 61л, а также снижение эффективности ТН у семян, обогащенных Си, Зт, Си, Оу, Ей, необходимо учитывать при разработке БНЗТ опухолевых клеток в медрадиологии.

Данные, касающиеся метода формирования поглощенной дозы ТН в модификации лучевого поражения растений, вошли в учебник Д. Гродзинского "Радиобиология растений", Киев, Наукова думка, 1939.

Обнаружений эффект увеличения частоты и расширения спектра хлорофилльных мутаций в Мг, а также повышения уровня индук-щш митоткческого кроссинговера у семян сои, подвергшихся облучению ТН,- перспективны для использования в области радиационного мутагенеза растений.

Модификация лучевого эффекта у растений, подвергшихся действию плотноионизирукщей радиации ТН, вполне достижима при использовании различных Ееществ (10В, б1л, Сс!, 2гп, <3с1, Ей, Оу), которые вмешиваются в первичные щюпессы размена поглощаемой клеткой энергии и в последующие, определяющие реализацию вогнигагих молекулярных повреждений. Получение данные перспективны как научная база для разработки Е'ГЗТ " "огчут Дать, хотя

бы частично, ответ на вопрос "займет ли EH3Í свое место среди других методов лечения рака? Это зависит от результатов исследований, которые проводятся сейчас во многих научных центрах всего мира. Возможно, что именно они определят, как будут лечить рак в XXI столетии [Barth et al, 19901".

Апробация материалов диссертации. Материалы диссертации -докладывались, демонстрировались "и представлялись на: VII Международном конгрессе по радиационным исследованиям (ICRR) в Голландии (Амстердам, 1983); Всесоюзном семинаре "Проблемы количественной радиобиологии" (Чернигов, 1986); Всесоюзном рабочем совещании "Надежность биологических систем" (Чернигов, 1936); Всесоюзном совещании "Интерфазная гибель клеток" (Пущино -на-0ке,1987); V Всесоюзной межуниверситетской конференции "Биология клетки." (Тбилиси, 1987 )-, Биофизическом семинаре Объединенного института ядерных исследований (Дубна, 1939); Всесоюзной конференции по прикладкой радиобиологии растений (Чернигов, 1990); XXII Европейской конференции новых методов в сельском хозяйстве (ESNA) е Турции (Анталья, 1991); XXIII Европейской конференции новых методов в сельском хозяйстве (ESNA) в Германии (Галле, 1933); Радиобиологическом съезде (Клев, 1993); 11 Съезде Украинского товарищества физиологов растений (Киев, 1993) я других международных и республиканских научных форумах.

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в более чем 5Q печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, одиннадцати глав, посвященных изложению результатов и их обсуждению, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 346 страницах машинописного текста, содержит 55 таблиц и 60 рисунков. Список литературы включает 331 наименований, в том числе 170 иностранных источников.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для проведения экспериментов были привлечены различные радиобиологические, биофизические, цитологические, биохимические и генетические методы исследований. Использованы семена и проростки гороха сортов-Рамонский 77, Уладавский юбилейный. Рапорт, Черниговский 190, Богатрь чешский; ячменя сортов-Эль-гина и Романтик; нут сорта Узбекистан; гетерозиготная линия сои Glycine max ( УцУц).

Облучение образцов ТН осуществляли в тепловой колонне ядерного реактора Института ядерных исследований АН Украины. Флюенс нейтронов варьировали от 1015 до 1С17 нейтрон* и-2. Мощность потока ГН на дне канала ТК-3 составляла (3,б+р,3)*1014 нейтрон-м~2*с-1, при этом мощность дозы сопутствующих т-лучей на дне канала составляла 0,1 Гр/с.

. В качестве стандартного излучения для расчета ОБЭ ТН были выбраны г-лучи от источника. б0Оо. Облучение семян г-лучами осуществляли-' в дозах'.от 50 'до. 400 Гр при мощности дозы. 16 Гр/мин. Поглощенную'дозу, накопленную ¿.образце"под действием •• ТН, рассчитывали по формуле?

0г-1,6-10~14-Мi • Ft•Ei'б,•с/Аi (Гр/нейтрон*м2), где N-число Авогадро, А!- атомная масса изотопа 1, Ei-энергия частиц, испускаемых из компаунд-ядер (МэВ). 1,6*10~14 -коэффициент пересчета единиц из МзВ в Гр, б i -ДСЗ ТН i-ro изотопа, с-коэффициект пересчета: для ПК с-1, а для редкоионизирующего излучения (PIÍ) с - lid, где ^-линейный коэффициент поглощения т-излучекил в образце (м-1), d-толщина образца (м). Общую дозу находили как с;,таг/ Dt с добавлением дозы от сопутствующего г-излучения атомного реактора.

Макросечение захвата ТН (см2/г) изотопами рассчитывали по формул«:

- M*Pr6i*Pi/100*Ai, где »-число Авогадро, Pi~ распространенность i-ro изотопа в %, 6t - ДСЗ T¡¡ в барн, р!- содержание изотопа в мкг/г в образце и Аг- атомная масса изотопа.

Определяли содержание веществ, которые бводили в семена перед облучением ТН, в образце в мкг/г, используя атомно- адсорбщК'Вный, пламёпноиокизациошшй и колориметрический .методы анализа. При этом параллельно' измеряли количество самария е семенах более точным методом - нейтронно-активационным анализом.

Семена обрабатывали в водных растворах Нз10В0з, 6LiCl, 3CdS045H20, SmCls, Eu(204)3, &3(С2Нз02)з4Н20, DyCl3, а контроль - в дистиллированной воде, а затем их высушивали до исходной влажности под вентиляторной установкой. Обработанные таким образом семена подвергали действию ТН и/или т-радиации. На указанных растительных объектах определяли: всхожесть, выживаемость, абсолютную массу стеблей, длину и относительную скорость роста (ОСР) корней, уровень генных, ядерных и хлоро-филльных мутаций, хрсматидные и хромосомные аберрации, мембранные и.светоиндуцированные биопотенциалы, одно- и двунитевые разрывы ДНК, прямые и обратные соматические мутации, митоти-ческие кроссинговеры и другие тест-реакции, характеризующие степень повреждения растения. Одновременно осуществляли анализ спектра мутаций, пролиферативной активности клеток, взаи-

мосвявь радкоусхойчиЕоста с МСЗ ТН, корреляции между ради-оустойчиеостыо и продуктивностью культурных растении, математический анализ кривых "доза-эффект" в М* и кривые "доза-выход . хлорофилльных мутаций" для прогнозирования и оценки перехода, повреждении иа поколения в поколение Мг- Полученные данные подвергали ыикродозиметрическому анализу. Для обработки данных - многофакторных. экспериментов бш!а разработана специальная программа, о'цениващая наименьшую существенную разность между ' * вариантами, влиянием и взаимовлиянием факторов.

Все экспериментальные результаты подвергали ' статисти-' ческому анализу по общепринятым методам. ' '

' - ' РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ '

I. ФОРМИРОВАНИЕ ГЕТЕРОГЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАХВАТНОЙ ДОВЫ ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ В ОРГАНАХ И КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУРАХ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ Известно, что ТН имеют очень низкое значение кинетической энергии (0,025 зВ), в связи с чем упругих столкновений нейтронов с атомными ядрами элементов, составляющих биоматериал, ничтожно мало. Поэтому почти вся доза образуется за счет захвата ядрами нейтронов и последующего мгновенного распада компаунд-ядер с испусканием либо V-лучей, либо корпускулярного излучения.

Для ПИИ образование керна в треке играет главную роль, приводя к ряду специфических явлений, с которыми мы не встречаемся при использовании излучений с нивкой ЛПЭ. Описанные методы варьирования ЛПЭ связаны с использованием разных источников радиации. При использовании метода формирования поглощенной дозы источник облучения один и тот же (ТН), а различия в локальных ЛПЭ создаются за счет захвата нейтронов разными изотопами эндогенного либо экзогенного происхождения. Здесь эндогенными названы изотопы, которые содержатся в нативных биологических структурах, а экзогенными - те, которые дополнительно . вводятся в облучаемый объект. В отличие от внешнего облучения, •при котором треки частиц пересекают объект случайным образом, подчиняясь законам стохастики, метод захватной дозы дает воз- • ■ мощность управлять ркягределением треков по клеткам и клеточ-.- ным органеЛлаы. • _ .•

Под дёйствиеи ТН'ядра 10В и излучают «-частицы, " кото-• • рые имеют очень короткий пробег по сравнению с линейньаш раз*-мерам» клеток. - В связи с этим изучение распределения изотопов бора и лития в субклеточных структурах является достаточно важным. Количество лжгия и бора в органеллах клеток корня убывает в следующем порядке: митохондрии - пластиды - ядра - цитоплазма. Меньше всего лития и бора обнаружено в свободном состоянии в цитоплазме, где они содержатся главным образом в связанном состоянии с низкомолекудярным коыпартментоы цитоп-

лазмы.

При испускании т-лучей ЛПЭ очень низка, и излучение охватывает довольно большой, по сравнению с клеточными размерами, объем. Ядра азота и водорода, благодаря которым в клетке формируется поглощенная доза, мсакно принять равномерно распределенными по всему объему клетки. Но если ввести в растения элементы с вырокими эффективными ДСЗ ТН, такие как 10В, ^Li, Cd, Gc¡, 3m, En, Dy, tq" можнЬ наблюдать и .неравномерное их распре-• деление по.оргаделлаи и тканям растений.. У растений в качестве критических тканей выступают апикальные' меристемы 'корня и побега, в* сеязи с чем мы определяли-" накопление элементов, используемых для формирования захватной дозы, именно в этих частях растения.

Мы можем предположить, что накопление исследуемых элементов в апексах корна и побега является определяющим фактором, приводящим к лучевому поражению меристематических клеток критических тканей и целого растения при облучении их ТН. Изучение распределения лития по органам двухдневных проростков гороха показало, что этот элемент б несколько больших количествах накапливается в апексе корня, чем б апексе побега, а в семядолях в несколько раз меньше, чем в апексе корня проростков. Определение накопления бора в семенах гороха показало, что среднее по семени значение ниже, чем в эндосперме или зародыше. Для проростков обнаружено высокое содержание бора в апексе побега, по сравнению с апексом корня.

Редкоземельные элементы (Gd, Sm, Eu, Dy) больше накапливаются в зародыше семян, чем в эндосперме. У трехдневных про-росткоЕ гороха, которые намачивались в водных растворах сульфата кадмия при различных концентрациях, Cd накапливается в большей степени в семядолях,чем в зародыщах.

Результаты, полученные нами, и данные, приведенные в литературе, свидетельствуют о том, что испытуемые вещества распределяются гетерогенно как по органам растений, так и по орга-неллаы растительной клетки. Это дает надежду на то, что можно формировать гетерогенно различные микродозовые поля в тканях, клетках и субклеточных органеллах растений под действием гомогенного потока ТН.

II. ЩЦШЖАЦИЯ РАДШУСТОШВОСТИ СЕМЯН КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЯ МЕТОДОМ ФОРМИРОВАНИЯ ПОГЖЩЕННСЙ ДОЗЫ ТН .

Для выяснения влияния испытуемых веществ на характер поражений растений гороха, сои, нута и ячменя-под .действием ТН' были проведены соответствующие опыты. Эффект -поражающего действия радиации выражали в виде кривых' "доза-эффект", используя в качестве критерия различные тест-реакции растений. На рис.1 приведена, кривая "доза-эффект" по критерию всхожести для семян ячменя, которые перед облучением ТН или т-радиацией

' 1£ -

были обогащены гоВ, 61Л и Эп.

Значения плеча (0Ч ) для кривых "дога-эффект" у необога-щеннда (контроль, кривая-1) и обогащенных 10В (2), Чл(4) и 2п (3) семян, облученных ТН, составляли соответственно: 0,5; 0,0; 1,5; 2,5 Гр. Для одноименных вариантов, но облученных у-радиа-цией,значения " были соответственно- 135; 200; 175; 185 Гр ' (рис.1Е). "Углы наклона кривых тоже существенно • различались. Эти различии хорошо видны из значений 037 для вышеуказанных вариантов- 310; 340; 350 и 375 Гр для г-облученных семян и 37,5; 10; 17,5; 47,5 Гр для ТН облученных вариантов соот-• ветственно. Еще более четко различия прослеживаются по значении Бо в вариантах для необогащенных (контроль, кривая 1); 10В(2)-, б1Л(4)~ и 2т(3)- обогащенных семян; 37; 10; 16; 45 Гр под действием ТН и 135; 140; 175; 185 Гр под влиянием гамма-радиации, соответственно. При этом следует отметить, что чем выше плотность ионизации локальных микродозовых полей, тем меньше величина плеча дозовых кривых.

Дозовая кривая для семян ячменя, обогащенных б£л и облученных ТН, характеризуется меньшим наклоном и более явно выраженном плечом, чем таковые для 1°В-обогащенных вариантов. По-видимому, эти различия обусловлены тем, что значение ЛПЗ сс-чзсткц от компаунд-частиц ядер 1-1 меньше, чем бора. Для семян, обогащения, самарием и облученных ТН, дозовая кривая сохраняет пороговый характер и отличается относительно малым наклоном, что может быть связано с осуществлением эффективной репарации » ее вкладом в формирование критического числа клеток.

Обогащение семян различными элементами перед воздействием ■у-радиациеи модифицировало эф^кт поражения, сказываясь на значениях фактора игменеши дозы (ФИД). Почти во всех графиках, описывающих действие у-лучей на семена, не обогащенные и обогащенные. 61л, Зп, СЯ, £3й, Ей, Оу, кривые "доза-эффект" имеют плечо, свидетельствующее о том, что после у-облучения в семенах растений осуществляются интенсивные репарационные про цессы на всех -фазах (этапах) роста и развития растений, и используемые- элементы могут модифицировать стецень порахеняя клеток, что проявляется в изменении угла наклона кривых. Сход. . ные кривые "доза-эффект".гакжа'строили-для'семяй ячменя.обога- -щеннух Сй, -ОА, 0у, Ей и облученных ТН. Для адекватности• сравнения .полученных нал! экспериментальных данных, все кривые'ал-проксимироваяи к уравнению:

1пС1- (1-Т)1/т2—Ю, (1)

где Т-выживаемость растений, ш-постоянная, 1- характеризует радиочувствительность растений. Используя подобный подход, определяли аналитически значение полудетальной дозы (ЛД50) , га, 1. На их основании вычисляли ОБЭ ТН и ФИД (табл. 1).

Таблица 1.

Параметры 1 и ш уравнения 1, величина полулетальной дозы и ОБЭ тепловых нейтронов или ФИд, рассчитанные по критерию "выживаемость" для семян ячменя, которые перед облучением ТН или г-радиацией были необработаны или обработаны веществами с высокими значениями дифференциальных сечений захвата ТН

Обработка 1 ш ЛДзо ОБЗ ТН

веществами или ФИД

Облучение тепловыми нейтронами

контроль 0,017 ± 0,003 0,94 ± 0,38 38,0 7,10

ГЭЗ 0,108 ± 0,006 1,34 ± 0,07 8,3 34,94

ьЬ1 0,042 ± 0,006' 0,73 ± 0,10 12,0 19,53

Зп 0,016 ± 0,003 0,39 ± 0,15 33,4 6,30

СИ 0,014 ± 0,004 1,00 ± 0,02 51,0 5,29

Оу 0,025 ± 0,006 1,36 ± 0,30 37,0 6,76

Ей 0,030 ± 0,006 1,69 ± 0,43 36,0 6,67

Сс1 0,033 ± 0,001 1,95 ± 0,10 36,0 В,И

Облучение г - радиацией

Контроль 0,013 ± 0,002 10,20 ± 4,70 263 1,00

™В 0,013 ± 0,003 25,00 + 21,0 £90 1,03

ЬЕ1 • 0,007 ± 0,002 3,20 ± 2,10 225 0,93

2т 0,005 ± 0,003 2,00 ± 1,60 242 0,91

М 0,004' ± 0,001 3,75 ± 1,35 270 1,00

Бу 0,006 ± 0.001 2,20 ± 0,72 250 0,93

Ей 0,005 ± 0,001 2,24 ± 0,41 240 0,90

СИ 0,009 t 0,001 4,30 ± 0,69 220 0,32

Как водно из табл. 1, вещества с высоким ДСЗ ТН, вводимые в семена ячменя, различным образом действуют на эффект поражения. Необходимо учитывать гот факт, что вводимые вещества имеют не только разное значение ДСЗ ТН, но и различаются по их количеству в семенах (последние замачивались при различных концентрациях раствороЕ); кроме того, не все элементы имеют одинаковые значения коэффициентов накопления. .В связи с этим предпочтительнее пользоваться не только ДСЗ ТН, а и макросечением захвата (МСЗ) ТН, то есть иметь информацию о том, какое эффективное сечение захвата нейтрона имеет 1 грамм биоыатериа-ла. Особенно важно это для объектов со сложным элементарным составом, к которым можно отнести и семена культурных растений. При введении в семена элементов с высоким ДСЗ ТН изменяется значение МСЗ ТН тканей в зависимости от степени их обогащения. Нами была показана линейная зависимость коэффициента изменения эффективности (КЮТН) ТН от значений логарифма ДСЗ ТН испытуемых веществ для семян гороха. Эти данные свидетельствуют о том, что изменение сечения захвата ТН для семян имеет глуОокую связь с эффективностью их действия. Рассчитали МСЗ ТН для семян ячменя, а также его изменения в долях - зависимости от обогащения веществами, имеющими очень высокое ДСЗ ТН (табл.2).

Таблица 2.

Макросечение захвата (МСЗ) тепловых нейтронов для 10В, М, 2ш, Од, Ей,' Ву и для обогащенных ими семян ячменя

Элементы с Молярность Содержание МСЗ ТН МСЗ ТН Соот-

высотам ДСЗ растворов элементов для для ношение

ТН в соедине- д?я обработ- в семенах, элемен- ячменя,

ниях и в се- ки семян, Ml.1 мкг/г та, смг/г

менах см2/г г*

• ю3 •юэ

Контроль 1 0,0 9500 19,00

семена | 1 % 0,0 ' 2700 2,10 21,6 1,00

ячменя,Цс J 0,0 2,5*0,4 0,5

Нз10В0з 8,0 114*4 29,94 46,5 2,15

6LiCl 1,0 90*4 8,10 29,7 1,33

XdS045H20 0,3 ' 170*8 2,23 23,8 1,10

ЭпС1з l.o 220*6 5,07 26,7 1,23

EU(S04)3 0,5 110*2 1,74 23,3 1,09

Gd(C2H302)34H20 0,2 41*3 7,25 28,9 1,34

DyCl3 0,5 129*3 0,00 21,7 1,00

Как видно из последней колонки этой таблицы, при используемых концентрациях 10В, 6Li, Gd и 2m существенным образом увеличивается'МСЗ ТН у семян ячменя. Это связано, прежде всего-с тем, что эти вещества обладают очень высоким ДСЗ ТН и имеют большое распространение в природе. Сравнительное низкое ДСЗ ТН имеет диспрозий, в связи с чем он дает малый вклад в величину макросечения ячменя при его предварительном обогащении. То есть по "прозрачности" семена ячменя, обогащенные Dy, почти не отличаются от необогащенных (контроля).

Зависимость КИЭТН от МСЗ ТН приведена на рис. 2 по выживаемости семян ячменя.

Как видим via рис. 2, с увеличением МСЗ ТН для сеыян ячменя КИЭТН уменьшается, то есть изотопы, участвующие в (п,т) реакциях, имеют защитные свойства. Это происходит из-за того, что часть нейтронов участвует в создании редкоионизирующей компоненты захватной дозы.

При реакциях 10B(n,cc)7U образуется ядро отдачи лития с очень высоким ЛПЭ, пробег которого равен 4,81 мкм и а-частицы с пробегом 8,96 мкм. А при реакции °Li(n,a)3H с испусканием d-частиц и трития значение ЛПЭ сравнительно низкое и равное приблизительно 170 кяВ/мкм. Таким образом, от компаунд-ядер бора формируются локальные микродозовые поля с более высокой ЛПЭ, чем от компаунд-ядер лития (рис. 3).

0.01

О 102030 АО50

ДОЗА ТН. Гр

10»-Г 1 ■ ■ I ■ I-г—г-

0 50 100150200250300 350 400 ДОЗА. Г Р

20 30 шЮ

МАКРОСЕЧЩИЕ ЗА2ВАТ4 ТВ. см^г

Ы 3

Ьг

СП «

м . 2

и-6

В-13

20 30 40' 50'Ю МАКРОСЕЧНШЕ ЗАХВАТА т ск^г

Рис.1. Всхожесть семян ячменя в зависимости от поглощенной дозы тепловых нейтронов (А) и от дозы т-радиации (Б). Се-^на^пе^ед облучением не обогащали - 1 (контроль) и обогащали:

Рис.2. Коэффициент изменения эффективности тепловых нейтронов по критерию выживаемости проростков ячменя в М1 в зависимости' от макросечения захвата (МСЗ) ТН. 1-контроль (необработанные семена); семена обогащены : 0у-2, Еи-3, СсЗ-4, Зш-5, (Й-6 (при 0,2 мШ и 0(3-7 (при 0,3

Рис.З. Коэффициент изменения эффективности тепловых нейтронов по выживаемости проростков ячменя в зависимости от мак-росечекия захвата (МСЗ) ТН для 1иВ(1) и °Ш2)- обогащенных семян.

\ \

4

з

- 16 -

Как видно из £ис. 3, кривые нр совпадают и не пересекаются, обе стремятся к единице при снижении концентрации используемых .изотопов, а также, что КИЭ ТН для всех вариантов больше единицы. Ядерные реакции (п,сс) под действием ТН для ядер 10В и 61Л отличаются локальными микродозными полями,что сказывается на взаимосвязи КИЭ ТН и МСЗ ТН. Поэтому при одних и тех же МСЗ ТН 10В-обогащенные семена ячменя имеют более высокую КИЗТН, чем в 61Д-обогащенных вариантах.

III. ВОЗМОЖНЫЕ СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ОБЭ ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ

Сравнение.ОБЭ ТН для обработанных в 1.5 мМ водном растворе Нз10В0з проростков и семян гороха дает информацию о вкладе излучений с низкой или высокой ЛПЭ в эффект повреждения. Несмотря на то, что количество бора в проростках в два раза выше,чем в семенах, ОБЭ ТН для 10В-обога1ценных проростков меньше,чем для -10В-обогащенных семян (Табл.3).

Таблица 3.

Полулетальная доза (ДД50) по выживаемости и изменение сэогкошения ОБЭ тепловых нейтронов или ФИД для семян гороха, обогащенных 1иВ, °И и при температуре 2 и 26 °С перед облучением тепловыми нейтронами или г-радиацией

Обработка ДДбо „ Дй§о при ОБЭ ОБЭ семян при 26°С, 2°С, при при Соотношение*

Гр Гр 26 С 2 С

0.97 0.16 0.25 1.06

1.00 1.05 1.00 1.09

★Примечание; для облученных тепловыми нейтронами - ОБЭ, г-раднацией - ФИД.

Здесь исключительно важное значение имеют два обстоятельства. У проростков количество воды выше, за счет этого увеличивается вклад г-компоненты в общую поглощеную дозу ТН. И второе - у проростков линейные размеры клеток больше, чем у клеток зародыша семян, что может влиять на расстояние между местом распада компаунд-ядер бора и чувствительным объемом (мишенью). Второе обстоятельство играет немаловажную роль в эффекте поражения.

Облучение тепловыми неитронами

Контроль 30 31 6.5 ■ 6.3

\°В 12 80 13.3 2.1

61Д 17 70 11.8 3.0

Зш 41 . 42 5.4 5.7 НСРОБ

^нтроль

Бт

НСР05

30 31

12 80

17 70

41 . 42

2 ' 3

195 Облуч( - 196

160 170

200 210

220 240

5 6

Семена гороха были обогащены 10В, 6L1 и Sm при двух тем, пературах - 26°С и 2°С. Известно, что при 2б°С испытуеше элементы гетерогенно распределяются по органеллам, и в связи с этим локальные микродозовые поля также будут гетерогенно распределяться в клетке. При обогащении семян этими веществами при температуре 2°С, они, в основном, накапливаются в клеточных стенках, где и локализуется вся захватная доза ТН.

Как видно из табл. 3, ДД50 при 2°С для ТН существенно отличается от ЛД50 при обогащении этими элементами:. Для г-облу-ченных вариантов ЛД50 почти не зависит от способа обработки семян. Это может быть связано с тем фактом, что испытуемые вещества у ir-облученных образцов проявляют радиопротекторные свойства в пострадиационный период. А действие на них сказывается в первичные фазы повреждения. Так как треки а-частиц (при 2°С) располагаются вдали от чувствительной мишени, то соответственно, их ОБЭ снижается. Поэтому отношение ОБЭ ТН при 2°С к ОБЭ при 26°С становится меньше единицы, то есть существенно снижается.

IV. БИОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ НА РАСТЕНИЯ

Ионный гомеостаэ в образовательных тканях корррелирует ■ как с активностью продиферативных клеток, так и с электрофизиологическими характеристиками.

В наших экспериментах наблюдается тенденция к увеличению времени колебания потенциала с увеличением дозы облучения, в частности, при дозе 400 Гр первый пик появляется приблизительно через 20-25 мин. Видимо, г- облучение при высоких дозах ослабляет ответную реакцию растения нута на световое воздействие. Изменения разности потенциалов и фотоиндуцированный биоэлектрический потенциал дают информацию о неравновесном состоянии ионов между симпластом и свободным пространством в мезофилле листа и о роли биоэнергетических процессов в поддержании этого неравновесия.

Сходные данные мы получили для облученных ТН растений. Но вопрос о том, мсино ли по биофизическому отклику отделить эффекты. ПИ излучения от РИ, остается открытым. Для ответа на . этот вопрос мы провели специальные опыты, целью которых было изучение распределения значении мембранного потенциала на корневых волосках гороха, повреждения в которых формировалась за

счет различных микродоэовых полей. Для этого семена гороха Богатырь чешский обогащали г0В и Sm и не обогащали этими веществами (контроль) и подвергли действию ТН либо г-лучей. При выб-ршных дезах ГН иди т-радиации выживаемость облученных образцов колебалась в пределах 5-10 X. Для каждого варианта было проведено не менее 00 измерений биопотенциала, что дало нам возможность построить их распределение в зависимости от значений потенциала.

Среднее значение мембранного потенциала для контрольных вариантов (74,0 ¿2,0) достоверно отличается от вариантов, где семена обогащали 10В (54.8 ±2.1) и Sm (53.5 ± t3.8) и облучали ТН, а также для т-облученных проростков (41,0 ±3.5) мВ. Хотя различия средних значений биопотенциалов между облученными ТН и т-радиацией не достоверны, но они различаются по дисперсии значений мембранных биопотенциалов. Это свидетельствует о том, что ТН все же более существенно, чем РИ излучение, подавляет метаболизм эпидермадьных клеток гороха.

Иначе говоря, если при воздействии редкоионизирующего излучения мы встречаем клетки с непрерывным уровнем повреждений, то при использовании плотноионизирущего излучения только часть выживших клеток в состоянии поддержать метаболическую активность. Эту идею более полно иллюстрируют данные, полученные на семенах ячменя - изменение митотического индекса и вы-'■' хода метафазных аберраций (табл. 4 и 5).

. Таблица 4.

Значения ОБЗ тепловых нейтронов для гоВ и Sin-обогащенных и необогащенных семян ячменя сорта Зльгина по уровню 50 z изменения митотического индекса

Варианты Доза, ЛД50, ШД или Коэффициент измене-

опыта Гр ОБЭ ТН *ния эффективности ТН

у-облучение

140 1.00

140 1.00

145 1.05 Облучение тепловыми нейтронами

40 3.5 1.0

32 4.4 1.3

42 3.4 1.0

Как видно из табл. 4, ТН вызывает большие, чем т-облуче-ние, задержки в делении клеток.

Из табл. 5 следует, что с увеличением плотности локальных микродоэовых полей выход аберраций хромосомного типа увеличи-

Контродь

^В-обог.сеы.

Эп-обог.сем.

Контроль

1иВ-обог.сем.

Зп-обог.сем.

- 19 - .

вается, по сравнению с выходом хроыатидних аберраций, т.е. "тяжесть" одиночных событий в повреждении клеток играет решаю-• щую роль у облученных ТН растений.

Таблица 5.

Выход хроыатидних и хромосомных аберраций на одну метафазную клетку ячменя

Варианты Число абер- Тип аберрации Отношение абер-

опита раций на---раций хроматид-

одну метафаа- хрома- хромо- ного типа к хро-ную клетку тидный сомный мосомным

Облучение тепловыми нейтронами

Контроль (9,75 Гр) 1.8±0.2 0.4 1.4 0.29

10В (9.00 Гр ) 2.0*0.1 0.4 1.6 0.25

Зт (9.78 Гр) 1.8*0.3 0.5 1.3 0.33

г-облучение (200 Гр)

Контроль 2.6*0.3 1.6 1.1 1.36

10В 2.4*0.1 1.4 1.0 1.40

Зт 2.4*0.4 1.5 0.9 1.66

Методом щелочной и нейтральной элюции исследовали структурное состояние генома интерфазных меристематических клеток корешков проростков гороха после облучения ТН и г-радиацией, Меристемные участки трехдневных корешков, выросших из облученных ТН и г-радиацией семян, инкубировали в течение 2 часов в 0.2 МВк/мл растворе 3Н- тишдина и выделяли ядра, которые подвергали ступенчатой злюации. Полученные данные свидетельствуют о том, что в г-облученяых вариантах в злюирующий раствор переходит более значительное количество фрагментов ДНК, чем в контроле. Также было проведено исследование содержанич ДНК, получаемой в результате ступенчатой щелочной эдюации ядер из клеток проростков и количества ДНК во фракциях спектрофотомет-рическиы методом при длинах волн 268 и 284 нм.

Мы полагали, что если основная масса вновьсинтезированной ДНК является продуктом репаративного синтеза, равномерно распределенного по ДНК всех фракций, то злюаты будут мало отличаться друг от друга. Если же г- излучение индуцирует в ядрах клеток синтез ДНК, подобный репликативноыу, то мы должны зарегистрировать обогащение новосинтезированныы продуктом одной из эдюируемых фракций. Скорее всего эта фракция при кратковременном (по сравнению с периодом 5) ыечении должна состоять из наиболее коротких однонитевых меченных фрагментов ДНК, которые мотут соответствовать интерыедиатам пострадиационной репликации или фрагментам Оказаки. Полученные нами результаты подт-

вердшш последнее предположение.

Известно, что в покоящихся семенах клетки находятся в состоянии Ба блока, а в первые сутки роста клетки активно проли-ферируит. В связи с этим возрастание числа актируемых фрагментов связано с двунитевыми фрагментами ДНК, переходящими в элю-ируемый раствор ири рН 9.6, тогда как при рН 12.1, высвобозда- , щем однонитевые фрагменты, их количество в опыте и контроле отличается незначительно, особенно для семян, облученных ТН.

Методом щелочной элюции мы выявляли двунитевые повреаде- \ -ния ДНК в зависимости от объема аликвоты, промывающей мембранный фильтр. Подучено, что количество смытой с фильтра ДНК превышало таковое в контроле. Это свидетельствует о наличии определенного количества долгоживущих неотрепарированных повреждений, которые в процессе щелочной элюции реализуются в виде разрывов. С увеличением захватной дозы облучения относительное количество элшруемых с фильтра фрагментов ДНК возрастало почти линейно (рис. 4).

Полученные результаты подтверждают, что в геноме клеток меристемы корешков гороха существуют долгоживущие неотрепари-роваккые повреждения, которые подобны щелочелабильным сайтам или сшивкам ДНК-белок и в процессе щелочной элюции реализуются как одно- и/или двунитевые разрывы.

V. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ РАСТЕНИЙ ТЕПЛОВЫМИ НЕЙТРОНАМИ

Радиопротекторное действие при облучении растений редко-ионизирующей радиацией определяется факторами биологической природы. А при облучении плотноионизирующей (ПИ) радиацией с высокой ЛПЭ большее значение приобретают факторы физической природы, изменяющие характер микрораспрёделения поглощенной энергии, структуры трека, условия диффузии и взаимодействия свободных радикалов и кислорода [Красавин Е.А.,19863.

Для исследования зависимости радиобиологического ответа растений на ТН от физиологического состояния семян и содержания в них некоторых веществ семена гороха сорта Рапорт перед воздействием г-излучения и ТН обогащались цистином, либо редкоземельным элементом - гадолинием. Следует отметить,что ядра .. атомов гадолиния, захватывая ТН, испускают т-кванты,благодаря чему можно увеличить вклад редкоионизирующих излучений в захватную дозу.

Установлено, что при обогащении семян перед облучением гадолинием, а также цистином в сочетании с гадолинием эффект действия ТН снижался , а при обогащении семян одним цистином -не сказывался на лучевом поражении семян. Во всех вариантах, где семена облучали г-излучением, растения отличались от контрольных, т.е. наблюдалось защитное действие этих веществ, особенно гадолиния в сочетании с цистином. Значения ОБЭ для контроля, гадолиния, цистина и гадолиния с цистином по критерию ОСР составляют, соответственно, 6.0, 4.7, 5.8, и 4.8, а по критерию изменения массы надземной части растений - 6.3, 6.3, 6.4 и 6.3 .• Как видно из приведенных данных, цистин проявляет радиопротекторше свойства при действии г-радиации, но не при облучении ТН. К подобным результатам мы пришли, когда в качестве радиопротектора использовали также цистеамин. Очевидно, лучевые реакции растения при воздействии ПИ излучения не поддаются кодификации известными протектора«!. Если в качестве модификатора использовать гадолиний - вещество, которое под действием ТН участвует в (п,г) - ядерных реакциях, то модно ослабить эффективность ПИ излучения.

VI. РАДИОУСТОЙЧИВОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ПО ПРОДУКТИВНОСТИ СОРТОВ ГОРОХА

Исследовали радиоустойчивость генетически близкородственных сортов гороха, районированных на Украине в течение послед-ных 20 дет. Определяли ДДзо У 4-х сортов гороха (Рапорт, Черниговский 190, Уладовский юбилейный, Рамонский 77), облученных г- радиацией или ТН, по выживаемости основного корня: в первом случае значения ДЦ50 составили соответственно; 140, 175, £00 и 245 Гр, во втором - 22 , 28 , 30 и 40 Гр. При этом ОБЭ ТН для всех изученных сортов была близка к 6.3 ± 0.3 (индивидуальные значения - 6.4, 6.3, 6.6 и 6.1 соответственно).

Как видим, достоверные различия между сортами по значению ОБЭ ТН не существенны. Между величинами ДД50 при облучении г-радиацией и ТН имеется положительная линейная корреляция: при заданной повторности коэффициент корреляции составил г - 0.74.

Однако, в большинстве случаев не удается выявить опрелен-ные гены, непосредственно контролирующие радиоустойчивость семян, и чаще всего она определяется многими факторами, оказывающими непрямое действие на те процессы, от которых зависит уровень радиоустойчивости: наличием нативкыч радиопротекторов,

антиоксидантов, интенсивностью репарации и т.п.

Не исключено, что некоторые из физиолого-биохимических свойств растений, определяющих их продуктивность, могут быть связаны с радиоустойчивостью. В связи с этим представляет интерес сравнение вышеуказанных сортов гороха по урожайности, которую рассчитывали согласно литературным данным на основании достоверности соответствующих оценок. Получены следующие значения урожайности: для сорта Рамонский 77 - 26.2 ± 2.1 ц/га, Уладовский юбилейный - 34 ± 1,2 , Черниговский 190 - 36 t 1.1 и для сорта Рапорт - 39.4 ± 1.4 ц/га.

Как видно из рис. 5 зависимость JQfeo ТН от урожайности линейная, обратная, и коэффициент корреляции равен -0.743. Изучаемые сорта были районированы на Украине с 1973 по 1990 гг., поочередно сменяя.друг друга, согласно указанной в тексте последовательности. Новые сорта в основном избирались по увеличению их продуктивности. Показано, что увеличение урожайности сортов (в среднем на 5 ц/га) сопровождалось снижением радиоустойчивости их семян. Очевидно из-за того, что все сорта, кроме Черниговского 190, генетически близки между собою , у них наблюдается четкая обратная корреляция этих признаков. Видимо, гены (признаки), переданные при селекции по линии'повышения их продуктивности, не сцеплены с генами, определяющими радкоустойчиБость, поэтому часть генов (блоков генов) теряется' при селекционном процессе или при гибридизации.

VII. ПРОЯВЛЕНИЕ РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ В ОНТОГЕНЕЗЕ ЯЧМЕНЯ

В предыдущем разделе показано, что радиоустойчивость генетически детерминирована. В связи с этим исследовали как будет изменяться степень повреждения растений в течение онтогенеза в зависимости от микродозовых полей с различной ЛГО, сформированных под действием ТН. Для этого изучали фено- и ге-котипические изменения у растений ячменя, выросших из семян, обогащенных 10В и 5т и не обогащенных, а также облученных тг-раднацией и ТН в течение всего периода вегетации (Табл. 6).

Как, видим из табл. 6, 10В- обогащенные семена по критерию полевой всхожести при облучении ТН оказались поврежденными в наибольшей степени. Для семян, обогащенных Sm, наблюдалось снижение эффективности повреждающего действия ТН.

Для расчета ОБО ТН как основа используются дозовые кривые

для и-облученных семяк. Однако, и бор, и самарий могут модифицировать радиоустойчивость семян, вследствие чего полулетальные дозы по критерию всхожести (ДЦ50ВСХ) при г- облучении различны для контрольных и обработанных бором и самарием семян. Для преодоления данного затруднения КИЭТН можно нормировать по ФЩ, т.е. учесть модифицирование радиоустойчивости семян исследуемыми веществами. По значениям КИЭТН/ФИД, видно, что полевая всхожесть 10В- обогащенных семян пострадала в большей степени, чем у Sm-обогащенкых вариантов: она оказалась на 25% ниже, чем у семян, обработанных дистиллированной водой (контроль) и облученных ТН. Если эти данные по полевой всхожести сравнить с теми, которые получены по критерию выживаемости в конце вегетации, то для семян ячменя, обогащенных Sm и облученных ТН наблюдается увеличение повреждений. Такие видно, что значения ФЯД, при тг-облучении рассчитанные по критерию выживаемости растений к кони-/ вегетации, существенно выше, чем для полевой всхожести.

Таблица 6.

Радиобиологические характеристики всхожести семян и выживаемости растений ячменя

Обработка семян

Полулетальная доза г- ради- Ж ации, Гр Гр

>ШД

ОЕЗ

КИЭТК

кизтн

■i'/Ui

По критерию всхохести

Контроль 255 25 1.00 10.0 1.00 1.00

юБ 290 7 1.14 41.4 4.10 3.60

Sm 325 34 1.27 9.5 По критерию выживаемости 9.5 0.75

¡¡£>нтродь 210 290 -47 1.00 4.5 10 1.40 29.0 1.0 6.5 1.0 4.6

Sm 310 43 1.45 7.2 1.6 1.1

Значения полулетальной дозн по критерию лмжипаг-мости (JUlso13"*"0) для ТН у всех вариантов для периода достаточного проявления выживаемости семяк били выше, чем соответствующие значения JffisoECX- Видимо, это объясняется тем,что полова! всхожесть отражает процент семян, у которых инактированных клеток зародыша оказалось меньше некоторого критического значения, в то время, как на показателях роста сказываются процессы репопуляции в ыеристемных тканях, регенерация и клеточный отбор. Это хорошо проявляется по критерию кустистости, которая в зависимости от дозы облучения изменялась за счет подгона. По продуктивной кустистости различия выражены еще менее

резко. Растения в вариантах с г- облучением по высоте не различались, чего нельзя сказать о растениях, выросших из семян, облученных ТН.' В этом случае растения всех вариантов достоверно различались по высоте, что, видимо, отражает специфику действия ТН, состоящую в ингибировании восстановительных, ре-генерационных процессов.

Органообразованме у проростков ячменя существенным образом зависит от дозы облучения семян. Кроме того, плотноионизи-рушее излучение, особенно в случае обработанных 10В семян, привод>п к тяжелим отдаленнш последствиям, тогда число стерильных колосков -с ростом захватной дозы сильно увеличивается.

Масса 1000 зерен, взятых из главных колосьев, слабо зависела как от доза т-облучекия, так и от поглощенной дозы ТН. Только для вариантов с обогащением семян 10В масса 1000 зерен снижалась с увеличением поглощенной дози. По длине главного колоса наблюдаетср незначительное увеличение размеров колосков под действием у-рйдиавди и ТН. Эти тест-реакции оказались устойчивыми .к." действию радиации и почти не зависели от дозы да>;е для ради&цда с высотам ЛПЭ .

Известно (Плешков Б.П., 1930), что около 40% белков зерна ячменя составляют-гордеины. Разработанная ранее их классификация основана на подвижности их компонентов. Было обнаружено 6 гордеин-коднруйпщ локусов. Гордеины, контролируемые одним до-кусом, располагаются на злектрсфореграмые в определенной зоне,' что облегчает идентификацию аллельных вариантов блоков компонентов. Исходя Из того, что они наследуются как простые менде-левские признаки, и в популяции ячменя представлены значительным числом вариантов, они могут служить эффективными генетическими маркерами не только в селекционном процессе, но и в радиобиологии.

Используя метод 305-электрофореза, мы проанализировали 500 зерен, облученных тепловыми нейтронами во всех использованных нами дозах, как с обработкой 10В и Эп, так и без нее. При данном объеме исследованной выборки зерна с мутантным типом по гордеин-кодирующм локусам не были обнаружены. Аналогичные данные ■. были получены и для опыта с использованием т-радиации для такого же объема выборки.

Таким обрйвом,эффективность действия радиации по-разному отражается в тех или иных тест - реакциях растений. Такие

тест-реакции, как изменение высоты растения, длины главного колоса и масса 1000 зерен, количество и спектр электрофорег-рамм запасающих белков, определенное по гордеин-кодируюищм генам, слабо реагируют на дозу радиации. Различия по каждой из них в зависимости от применяемых факторов не достоверны, согласно полученным значениям HCPos-

Глубокое повреждение семян под влиянием ТН, обнаруживаемое к концу вегетации , по-ведшему, имеет фундаментальный радиобиологический смысл. Очевидно, повреждения, полученные в начальный период развития зародыша, определялись характером микродозовых полей и сохранялись в виде особых скрытых форм повреждений растения, в дальнейшем приводящих к инактивации, репродуктивной и интерфазкой гибели клеток и т.д. Необходимо отметить, что при больших дозах ТН появляется большое число уродливых форм колосьев ячменя.

VIII. ОБЭ ТН ПО ИНДУКЦИЙ СОМАТИЧЕСКИХ 1ИУТАЦИЙ У ГЕТЕРОЗИГОТНОЙ ПО YELLOW ГЕНУ СОИ Линия сои L65-1237xT219, гетерозиготная по yellow гену, является одним из редких видов покрытосеменных растений, которая при прорастании расщепляется на 3 фенотипически различающихся класса проростков, в соотношении 1:2:1. Это растеши, соответствующие генотипу уцуц (присутствие гена yellow в гомозиготном состоянии обуславливает ярко-оранжевую окраску растения), в альтернативном состоянии УцУ-u (темно-эелекые растения) и УцУи (ген Уц частично доминирует над уц, и поэтому гетерозиготные растения фенотипически четко отличаются от обоих видов гомозигот, имея светло-зеленую окраску). На листьях гомозиготных растений определяли прямые и обратные мутации. На листьях гетерозиготных растений (УцУи) - митоти-ческий кроссинговер УцУц УцУи УиУп и другие случаи соматического моэаицизма (табл. 7 и 8).

Используя данные из табл. 8 и 9, строили кривые зависимости ОБЭ ТН от поглощенной дозы (рис. 6, 7 и 8).

Видно, что кривая рис. 6 имеет колоколообразный вид и в общих чертах соответствует под концепцию классической интерпретации подобных кривых в радиобиологии.

Представленная на рис. . 7 зависимость прямой мутации типа Уц Ун от поглощенной дозы ТН снижается с ростом дозы, что соответствует общепринятому представлению.

О 1.75 2.5 5 7,5 10'КГ

ФЛЮ9НС та кейчжвУсы2-

Г

л 36

н

О 34 О

ш

«8 32 ч

22.6 27.4 30 40 Ц)эд(для доты Т Щ Гр

«

е-

СТО ix)

о

ПЛ

и

10.5 (0 9.5 в в.6 в 7.5 7

б 10 16 20 Ж 90 36 40

доза та,гр

5 10 15 20 25 30 35

доза та Гр

Рис- 4, Выход двойных разрывов ДНК в зависимости от флю-энса тепловых-нейтронов.

Рис. Б. Зависимость полулегальной дозы тепловых нейтронов (ЛДзо) от урожайности различных сортов гороха гороха (1- Рапорт, 2- Черниговский 190, 3- Уладовский юбилейный, 4- Ра-монский 77 ).

Рис. 6. Зависимость относительной биологической эффективности тепловых нейтронов (0БЭ ТН) от поглощенной дозы для обратных мутаций у сои уц-* Уц.

Рис. 7. Зависимость ОБЭ ТН от поглощенной дозы для прямых мутаций у сои Уц^уц.

Таблица 7.

Частота прямых и обратных мутаций, кроссинговера и соматического мозаицивма при облучении ТН сои

Число пятен Флвзнс тепловых нейтронов, нейтрон/см2

простой лист 0 10й 5-1011 1012 2,5-Ю12 5-10г:г

Частота прямых мутаций Светло-зелен.0.1 ±0.1 0.5+0.1 1.8±0.2 2.4±0.3 2.8+0.3 3.1±0.4 желтых 0.2±0.1 0.2+0.1 0.3±0.1 0.6±0.1 0.9±0.1 1.9±0.1

Общее число 0.3±0.2 0.7±0.2 2.1±0.3 3.0Ю.4 3.7±0.3 5.0±0.5

Частота обратных мутаций Зеленых 0.2±0.1 0.6*0.2 970±1.2 20.1±1.6 58.4±2.1 83.4±2,8

Частота кроссинговера и соматического мозаицизма Темно-зелен. 0.7+0.4 1.4+0.1 8.0+0.5 17.0±1.5 45.7±2.1 74.5±2.1 Желтых 0.2+0.2 0.8+0.1 5.7:40.6 20.0+1.2 25.5±2.3 86.0+2.4

Двойных 0.1+0.1 0.1+0.1 0.8±0.3 2.8±1.5 11.0+1.3 15.0±1.2 Общее число 1.0±0.5 2.3+0.1 14.5+0.9 39.8±2 82.2+3.0 175.6±5.0

Таблица 8.

Частота прямых и обратных мутаций, кроссинговера и^ соматического 'мозаицизма при облучении семян сои т-радиацией

Число пятен Доза т- излучений, Гр

на один -

простой 0 100 200 300 400

лист

Частота прямых мутаций Светло-зел. 0.1+0.1 3.1+0.7 8.5±0.8 18.3+1.3 26.5±4.3 Желтых 0.2±0.1 2.0i0.5 5.2+0.7 8.0+1.0 14.0±4.3 Общее ЧИСЛО 0.3+0.2 5.1±0.9 13.7+1.0 26.3+1.5 40.5±5.0

Частота обратных мутаций Зеленых 0.2±0.2 30.0±1.2 68.0±4.0 128.0+12.0 179.0±29.0

Частота кроссинговера и соматического мозаицизма Темно-зелен.О.5+0.3 35.0±0.2 42.3+0.3 55.5+0.5 64.8±2.8 Желтых 0.2±0.1 32.5±0.1 41.1±0.4 53.0+1.0 56.2±3.9 Двойных 0.1+0.1 3.0±0.1 5.0±0.6 8.5i0.5 10.0+2.9 Общее число 0.8±0.4 70.5+0.8 88.4+1.0 117.0+1.4 131.0±4.1

Обе кривые рис. 8 имеют нетрадиционный вид: с ростом дозы они увеличиваются. То есть плотноионизирующее излучение ускоряет индуцированный кроссинговер и увеличивает мозаицизм на листовой пластинке. При увеличении дозы выход соматических мутаций всех видов имеет тенденцию к насыщению, т.е. кривая выходит на плато. Для таких кривых в радиобиологии приемлема интерпретация Росси и Келлерера, основанная на линейно-квадратичном описании кривых "доза-эффект", а для кривых "ОВЭ-доза" допускающая существование верхного и нижнего предела ОЕЭ. При одних и тех же дозах ТН и т-радиации частота прямых мутаций достаточно низка. В то же время частота выхода соматических мутаций у гетерозиготных растений сравнительно высока, видимо,

перед индуцированным митозом гомологичные хромосомы с гетерозиготными аллелями обмениваются сегментами хромосом, что приводит к гомозиготному УцУц или уцуц. В случае если обе клетки инициируют пул клетки, то получаются двойные пятна, если по каким-то причинам (обычно иа-за позиционной информации между клетками) деление одной из клеток не происходит, то мы наблюдаем одиночные пятна. Видимо, высокая эффективность ТН, по сравнению с г-лучами, в индукции митотического кроссингове-ра обусловлена особенностями распределения поглощенной дозы ТН и может быть связана с тем, что протоны от реакции 14N(n,p)14C могут с большой вероятностью вызвать двунитевые разрывы в молекулах ДНК.'

IX. ЗАВИСИМОСТЬ ВЫХОДА ГЕНЕТИЧЕСКИХ МУТАЦИЙ В M¡> ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИИ В Mi

В радиобиологии уже долгие годы дискутируется вопрос о взаимосвязи выхода генетических мутаций в W¿, которые сохраняются и передаются через генеративные клетки, с радиобиологическими эффектами, полученными соматическими клетками в Mi. Этот вопрос представляет непреходящий интерес, особенно для определения степени риска в популяционных анализах, когда одно поколение особей получает определенный уровень коллективной радиационной нагрузки излучением с различной ЛПЭ.

Цель опыта состояла в том, чтобы оцешиь качественное и количественное влияние захватной -дозы на частоту выхода и спектр я, хлорофилльных мутаций ячменя. А также проследить за тем, как гетерогенность распределения микродозовых полей в поколении Mi у 10В и Sm-'обогащенных семян в поколении Мо влияет на выход мутаций в 'последующих поколениях.

На рио. 9 показана частота появления хлорофилльных мутаций в поколении полученном из семян ячменя, обработанных в Мо 10В и Sin и облучённых ТН и/или т-радиацией.

Видно, что зависимость у r-облучённых в Мо семян от дозы юеет нелинейный характер. Для полноты картины мы провели подобные эксперименты с элементами 6Lí, Cd, Gd, Eu, Dy (табл. 9). Данные всех экспериментов были подвергнуты компьютерной обработке по методу среднеквадратического отклонения, а все кривые аппроксимировали к кривым типа:

• . Y-Y0+-kDN , (2)

где у и уо означают выход хлорофилльных мутаций при дозах Д и

•Д-0, к - коэффициент пропорциональности для дозы, показывающей выход хлорсфилльных мутаций на единицу дозы в Греях, N- показатель степени для дозы.

Таблица 9.

Параметры для кривых "доза-хлорофилльные мутации" (Уо, k, N), значения дозы для выхода ZX- ных мутаций и ОГЭ (или ФИД) в Мг у ячменя

Обработка Уо k N Доза для ОГЭ

семян выхода 21 иди

мутаций ФИД

Облучение тепловыми нейтронами •Контроль 0.24±0.01 0.52±0.01 0.66+0.01 6.2 23.9

1°В -0.20+0.14 1.40+0.85 0.69+0.15 1.8 121.1

ЧЛ 0.02+0.02 1.00+0.18 0.61±0.04 2.5 68.0

Зш 0.21+0.16 0.48±0.16 0.43+0.03 22.0 10.9

Cd 0.07+0.09 0.21+0.04 0.90+0.04 12.0 16.3

Dy -0.0Zi0.02 0.25Ю.08 0.8б±0.08 10.0 20.5

EU , 0.08±0.03 0.29+0.16 0.83+0.15 10^0 £2.0

Gd 0.16±0.0б 0.22+0.02 1.10*0.04 13.0 16.2

Облучение г-радиацией Контроль 0.05±0.0б 3.6-10~?±1.9•10"^ 1.72+0.08 148 1.00 Д°В 0.50+0.07 1.6»10""?£1.4•10"§ 3.39+0.13 218 1.47 Li -1.10+1.25 6.5-10~¿+9.3-10"S 1.20+0.16 170 1.15 Sm 0.67Ю.66 2.4-10~°+3.0-10"9 3.25+0.19 240 1.62

Cd -0.40+0.60 1.4-10~¿±9.7•10"? 1.85+0.11 195 1.32 Gd -0.41+0.63 1.5-10 -±1.1-10~£ 1.80±0.12 205 1.33 EU -0.02+0.03 3.4-10^+1.1-10"® 2.50±0.05 220 1.5? Dy -0.07+0.05 S.S-IO'^+S.O-IO"6 2.50+0.20 210 1.42_

Отсюда видно, что Уо б принципе должен соответствовать спонтанному уровню мутирования. Однако, в силу того, что семена в Мо перед облучением были обогащены различными элементами, обладающими высокими значениями ДСЗ, то, соответственно, и уровень спонтанного мутирования для этих экспериментов различен. В отличие от Уо, коэффициенты к и N намного информативнее. Их значения достоверно отличаются как для различных вариантов с обогащением элементами, так и в зависимости от типа радиации, действию которой были подвергнуты семена в Мо. Порядок N для облученных ТН вариантов не превосходит единицы, а у т-облученных - он выие 1. Это свидетельствует о нелинейности кривых "доза-эффект" для обоих типов излучений. Несмотря на отдаленность мутаций в M¿ от эффектов повреждений в Мо, различия от типов облучения не элиминируются. В связи с этим нами был проведен опыт с целью получить достоверные данные хотя бы на уровне Р> 0.95. Под действием ТН появление двухцветных мутаций преобладает над появлением одноцветных, что совсем не характерно для действия г-лучей (табл.10). Особенно высока частота мутаций типа maculata. Отмечена также повышенная частота

редких мутаций о пестрой окраской. Видимо, подобные типы мутации появляются за счет митотического кроссинговера в М1, отражая главным образом геномные нарушения. Эта гипотеза подтверждается многочисленными данными о появлении пестролистности, соматического мозаицизма в М1 при больших дозах г-радиации.

Таблица 10.

Выход в Мг семей Р*т (I) с хлорофидльныыи мутациями разных типов у ячменя сорта Романтик для обогащенных 10В и/или 5т » облученных в Мо тепловыми нейтронами или V- радиацией семян

Типы му- Обогащение веществами Обогащение веществами

таций в -^---

Доза тепловых нейтронов, Гр Доза г- радиации, Гр Мй -

контроль 10В Зт контроль 10В Sm

45.8 43.7 46.3 400 400 400

Albina 2.20* 1.96* 0.56* 5.67* 3.92± 5.67*

±0.39 '±1.94 ±0.21 ±1.33 ±2.70 ±1.30

xantha 0.52*- 1.96* 0.79* 1.67* 3.92* 0.67*

±0.19 ±1.94 ±0,25 ±0.74 ±2.70 ¿0.47

Viridis 0.79*' - 0.56* 1.76* 1.96* 0.67*

±0.24 ±0.21 ±0.74 ±1.96 *0.47

Albovi- 0.2S* 3.92± 0.08* 0.67* - 0.33*

ridis ±0.13 ' . ±2.72 ±0.03 ±0.47 ±0.33

Xantha--, 0.14* '1.96* 0.40* 0.33* - 0.33±

viridis ±0.10 ¿1.94 ±0.18 ¿0.33 ±0.33

Albo- 0.07± ' 1.96* - 0.33¿ - -

xantha ¿0.07 ¿1.94 ±0.33 - -

Tigrina 0.22 ± ±0.13 — - -

Striata 0.22* ' ±0.13 0.24* ±0.14 - — -

Macula- 2.39* 7.84* 0.24* 0.33* 1.96* 0.33*

ta ±0.41 . ±3.76 ±0.14 ±0.33 ±1.96 ±0.33

Все типы 6.72± 19.60* 2.80* 10.60* 11.80* 8.70*

мутаций ±0,67 ±5.60 ±0.50 ±1.80 *4.50 ±1.57

Несмотря на то, что мы проанализировали большое число семей в М2, все же при высоких дозах характеристика спектра мутаций не' всегда достоверна [Рашидов Н.М., и др. 19923. У растений, полученных из 1;|В-обогащенных сеыян, облученных ТН,

■ расширение спектра существенно для всех уровней доз. Это ванный факт, т.к. если по данным рис. 9 рассчитать относительную генетическую эффективность ТН для 2Х уровня выхода хлорофилль-ных мутаций, то для контрольных, 10В и 2т - обогащенных семян - этот показатель будет равен соответственно 15, 100 и 10. То есть в рассматриваемом варианте выход мутаций в Мг в 6.7 раза выше, а у Эп- обогащенных - на 30% ниже, чем в контроле. При высоких дозах г- облучения незначительное расширение спектра связано с тем, что при частичном снятии повреждающего эффекта и увеличении выживаемости растений спектр мутаций проявляется более полно, что обнаруживается появлением большого количества редких типов мутаций. В связи с этим для радиационного мутагенеза целесообразно использовать такие радиопротекторы, для которых ФИД имел бы высокие значения, что позволяло бы облучать семена при более высоких дозах.

Под действием ТН выход хлорофилльных мутаций увеличивается в зависимости от дозы и от того, каким веществом обрабатывали семена перед облучением.

У растений в Ма, в варианте с обработкой семян в Мо 10В и облучением ТН оказался очень высоким выход мутаций, а спектр мутаций был намного шире, чем у контрольных вариантов. Под действием ТН у 10В-обогаш,енных семян вклад в захватную дозу а-частиц достигал существенного значения.

Размен ТН на г-кванты в ядерной реакции самария, увеличивая дозу с низким значением ЛГО, слабо влияет на выход и спектр хлорофилльных мутаций в

По-видимому, когда в клеточном пространстве формируются гетерогенные микродозовые поля излучения о высоким значением ЛПЭ, выход хлорофилльных мутаций увеличивается, а спектр их расширяется. В случае более гомогенного - в силу своей природы редкоионизирующего излучения выход мутаций в М^ снижается, а спектр сужается. В самом деле, как видно из рис. 10, все редкоземельные элементы и кадмий снижают эффективность действия ТН на семена. Оу, Ей, Ос} и Зт обнаруживают тенденцию к снижению эффективности действия ТН в зависимости от МСЗ ТН. Но при обеих концентрациях СИ защитный эффект данного вещества по выходу хлорофилльных мутаций не так высок, как ожидался по логике полученных данных. Это, видимо, связано с тем, что 157{Й . при захвате ТН, кроме г-лучей, испускает также Оже электроны, которые нельзя отнести к излучениям с низкой ЛПЭ. Низкоэнергетические Оже электроны ближе к шютноиокизирующим излучениям с ' высокой ЛПЭ.

Теперь несложно перейти к вопросу о передаче повреждений Из поколения в поколение. С этой целью мы попытались отыскать математическую связь повреждений в Мг о выходом хлорофилльных мутации а Мг.

30т

из

о

г

ю

к*-»-***

< е в 1012 И 18 1820 22 24

ДОЗА Т Н Гр

12

К

10

1г >> в

»Л а СО

—*—

1

2

У / !

Г / 3

1-1-1-Г-1-)—1—1--

О 60 100150 200 250 300350 400

Д о 3 А,

0 5 1015 20 2$ ЗОЮ 40 45

ДОЗА ТД1>

20 22 24 26 2в 30 32 34 3©-/0

шкяосжздяив асташ гя

гЗ

Рис. 8. Зависимость относительной биологической эффективности тепловых нейтронов для выхода митотического кроссингове-ра (кривая 1) и общего выхода всех наблюдаемых мутаций (кривая С) от поглощенной дозы у гетерозиготной сои ( Уцуц ).

Рис. 9. Выход хлорофилльных мутаций в поколении ш. полученном из семян ячменя, которые в Мо были обработаны гоВ (£), 2ш (3) или не обработаны этими веществами (1) и облучены; т-излучением (А) или тепловыми нейтронами (Б).

Рис. 10. Относительная генетическая эффективность тепловых нейтронов (ОГЭ ТН) по выходу хлорофилльных мутаций у ячменя в зависимости от макросечения захвата тепловых нейтронов. 1-контроль (необработанные семена): семена обогащены : 0у-2, Еи-3, СсЗ-4, Эп-5, М-б (при 0.2 мМ) и СИ-7 Г при 0,3 мШ.

Идея заключается в следующем. Шея семейство кривых "доза-эффект" по критерию всхожести или выживаемости (табл. 2), ошсываощихся уравнением: 1п[1-(1-Т)1/тЛ—Ш, мы характеризуем их параметрами (ш,1). С другой стороны, мы также имеем кривые хлорофилльннх мутаций в Мг в зависимости от дозы, которые, описываются формулой: У-Уо+кЕ^ и характеризуются параметрами (к,И) (табл.-9). Следовательно, наша- задача заключалась в том, чтобы найти такое соотношение между (ш,1) и (к,Ы), чтобы при определении параметров кривых в Мг, можно было аналитически определить параметры (к,Я) для кривых в Мг, то есть прогнозировать выход хлорофилльных мутации в М2. Был проведен компьютерный поиск Форш зависимости (к,Н) от (1,т) и получено, что она имеет довольно сложный функциональный вид для различных микродозовыя полей, образующихся под действием ТН и г- радиации. Теоретические и экспериментальные данные хорошо согласуются для семян, облученных ТН. А в случае т~ облученных семян для того, чтобы данные совпадали, необходимо умножать частные функшга на 103. Зто означает, что при т-облучении семян в М1 большая часть дозы "пропадает" и не реализуется в выходе хлорофилльных мутаций в М2. То есть при г-облучении у растении в отдаленных периодов роста и развития интенсивно идут восстановительные процессы, которые и снижают эффективность действия. В то время, как для облученных семян ТН эти процессы не существенны и поэтому коэффициенты к и 1 соответствуют друг другу однозначно. Видимо, при воздействии ТН сильно подавлены репарационные процессы. Очевидно, микродозо-вые поля под действием ТН в 103 раза эффективнее, чем обычная у- радиация. Даже при широком размахе варьирования повреждений в и± соответствие выхода мутаций в Щ не нарушается у вариантов, облученных в Мо ТН.

В связи с этим надо заметить, что в последние годы в области мутагенеза растений часто применяют высокие дозы у-радиации. Экспериментаторы (практики- селекционеры) пользуются различными радиопротекторами, чтобы увеличить дозу облучения и, соответственно, выход мутаций. Наши данные показывают, что этот подход не очень перспективен для вызывания широкого спектра мутаций в -Видимо, лучше использовать радиацию' с высокой ЛПЭ, ' чем высокую-дозу т-облучения в сочетании с.' различными -радиопротекторами. Все это свидетельствует о целесообразности применения метода формирования поглощенной дозы ТН в эксперииентаяьном мутагенезе в селекции.

заклшение

Идея формирования поглощенной дозы ТН была предложена в 1935 году Лочером Е1ххЛег Б., 19363 применительно к БНЗТ. Но до последнего гремека ее реализация была затруднена из-за двух существенных проблем: способа внедрения достаточного числа

атомов с высоким ДСЗ ТН избирательно, только в определенные клетки, и возможности обеспечения поглощения необходимого числа нейтронов. Успеха в решении этих проблем удалось достичь лишь в последние годы. Сейчас этими задачами интенсивно занимаются в ряде лабораторий США, Европы, Японии и Австралии. Для подобных исследований ряд преимуществ имеют растительные объекты, и поэтому в вышеперечисленных научных центрах данные, • полученные на растениях, иснольэуются в качестве теоретической' . • : основы для клинических исследований животных к человека. Особенно важны растительные объект» для исследований генетических последствий нейтронного облучения.

В связи с этим нами предпринята попытка объединить в единую схему действие ТН на растения (рис. 11).

Из рис. 11 видно, что формирования поглощенной дозы ТН предшествует этап введения элементов с высоким ДСЗ ТН. Обогащение элементами можно направленно менять, что повлечет за собою варьирование топографии микродозовых полей. А это, в свою очередь, обусловливает моду-фикацию повреждения.

Далее по метаболическому или генетическому компартменту клетки можно наблюдать эффекты повреждения в Мх и М2. Эксперименты показывают, что если выбранная тест-реакция чувствительна к действию облучения, то характер полученных в первичных актах повреждений в зависимости от излучения не нивелируется, а, наоборот, передается из М^ поколения в Ы% с особой отчетливостью при формировании мнкродозовых полей с высокой ЛПЭ излучения.

Опыты, проведенные с использованием ядер захвата ТН, ста- ноеится намного информативнее при интерпретации их с помощью микродозиметрических-понятий в сочетании с математическим моделированием.

Микродозиметрический анализ показал, что в растительных клетках ядра атомов с высоким значением ДСЗ ТН модифицируют радиобиологические эффекта: 10В и ®1Д усиливают поражение клеток, а СУ, М, Эл, Оу-, Ей, наоборот, ослабляют его.

Значение ОГЭ ТН для вывода хлорофилльных мутации в Uz характеризуется обратной зависимостью от дозы» что вполне согласуется с литературными данными. Но анализ кривых "доза-эффект" с применением математического моделирования при помощи компьютерной обработки данных и сравнение с теоретически -ожидаемыми результатами показывает; что при переходе повреждений из М1 в Мг. большая часть их элиминируется для растений, которые были облучены в Мо редкоионизирующим излучением. А для семян, в Мо облученных ТН, вероятность передачи повреждений из поколения в поколение увеличивается в 103 раз. Этот факт доказывает преимущества использования ТН в экспериментальном мутагенезе. .

Клетки растений

I

Введение .накопление и распределение стабильных изотопов 10В, °и,Сс1,Зп,Ш,Еи,бу с высоким значением ДСЗ ТН "по органам,- ' ; тканям,клетка* и субклеточным структурам

• I

естественно 1

'Ядерные реакции под действием ТН :. (п,т),(п.р) и (п,а).

I

искуссвенно

;

Усиление эффекта повреждения при • (п,а) ядерных реакциях

Модификация

эффекта повреждения ТН

Снижение эффекта повреждения при-(п,т) ядерных реакциях

I

метаболический компагумент

генетическим комяартмен?

Модификация проницаемости мембран и перераспределение ионов,обусловленное биопотенциалом клеток

Рис. 11. Схема проявления лучевого повреждения у высших растений при захватном накоплении дозы ТН.

Исходя из вышеперечисленных результатов опытов, наш были сделаны следующие выводы.

вывода

1. Элементы В, и, Сс1, Ей, Зп, Оу и Ш распределяются неравномерно по органам, тканям и клеточным органеллам растений, что приводит к неравномерному распределению ядер захвата ТН, и, в овою очередь, к формированию в тканях и "клеточных орга-неллах гетерогенных микродозовых полей с различной ЖЕЭ.

2. Обогащение семян и/или проростков гороха и ячменя 10В и 6Ы приводит к усилению поражающего действия ТН. В этом случае часть поглощенной дозы формируется аа счет а- частиц с высокой ЛПЭ от компаунд-ядер бора и лития.

3. Впервые установлено, что обогащение клеток кадмием и редкоземельными элементами фу, Эп, Ей, Ой) ослабляет эффект повреждающего действия ТН. Благодаря высоким значениям дифференциальных сечений захвата (ДСЗ) ТН этих элементов в клетке увеличивается доля поглощенной дозы, формирующаяся за счет ред-коионизирующей (РИ) излучения, происходит как бы размен плот-ноионизирующей (ПИ) излучения ТН на РИ. При этом качество излучения или среднее значение ЛПЭ излучения, формирующего поглощенную дозу под действием ТН, снижается.

4. Применяемые обычные в радиобиологии модификаторы повреждений (цистин, цистеамин, ферроцерон, диацетилферроцен), характеризующиеся высокой эффективностью в случае Рй излучений, не эффективны при использовании ТН. Элементы с высокими значениями ДСЗ ТН, участвующие в (п,г) реакции, закономерно ослабляют КИЭТН как в М*., так и в Мг поколениях. Для проростков, облученных ТН, у которых вклад (п.т) реакции от компаунд-ядер водорода довольно существенен, значение ОБЭ ТН значительно ниже, чем для семян.

5. Снижения ОБЭ ТН можно достичь для (п,а) реакции, если компаунд-ядра бора или лития локализовать в отдалении от чувствительного объема клетки. Такая локализация 10В и достигается в случае обогащения семян этими.элементами при 2°С, когда они почти полностью собираются на клеточных стенках.

6. ТН в значительно большей степени, чем редкоионизирую-щее излучение, подавляет метаболизм клеток. Это проявляется в низком значении дисперсии распределения величин мембранных

- 37 -

биопотенциалов клеток для вариантов, облученных ТН.

7. При одинаковых уровнях всхожести проростков из облученных семян, под действием г-радиации наблюдается значительно больший, чем под действием ТН, выход однонитевых разрывов ДНК в условиях ступенчатой щелочной злюции. ТН вызывают в ядрах клеток гороха образование большего количества двунитевых разрывов ДНК. В меристематических клетках семян гороха появление • долгоживущих однонитевых разрывов и особенно в большем количестве двунитевых разрывов ДНК, крайне медленное восстановление двойных разрывов обусловлены высокой эффективность!) повреждающего действия ТН на растения, по сравнению с г-облучени-ем.

8. При насыщении семян ячменя 10В и последующем облучении ТН наблюдается преобладание хромосомных аберраций над хрома-тидными, что свидетельствует об увеличении "тяжести" событий выделения энергии по сравнению с не обогащенным этим изотопом вариантом.

9. Повреждения, возникшие в Мо под влиянием излучения с различной ЛПЭ, не нивелируют в течение всего онтогенеза в Mi при оценке радиобиологических эффектов по критериям: прораста-емость, выживаемость, число зерен главного колоса, кустистость. Такие тест-реакции, как изменение высоты растения, длина главного колоса, масса 1000 зерен и спектр запасающих белков, определенный по гордеин-кодирующим локусам генома, не различаются (оценка проведена по HCPos) в зависимости от типа облучения и обогащения (10В или Sin). При адекватно выбранной тест-реакции, повреждения, нанесенные в Мо клеткам, определяются характером микродозовых полей и сохраняются в виде скрытых долгоживущих повреждений, обусловливая инактивацию, репродуктивную и интерфазнуп гибель клеток в течение всего онтогенеза растений.

10. Показана положительная линейная корреляция между ДЦ50 г- излучений и ТН и для кс^ней проростков разных сортов гороха; между радиоустойчивостыо и продуктивностью изученных сортов гороха обнаружена отрицательная линейная корреляция.

11. Впервые установлено, что ТН вызывают повышенный выход прямых и обратных соматических мутаций у гомозиготных растений сои (УцУц и уиуц). Отмечен высокий уровень индукции мито-тического кроссинговера под действием ТН у гетерозиготной сои

(УпУп) и его увеличение в зависимости от поглощенной дозы.

12. Установлен высокий уровень выхода хлорофилльных мутации, при облучении семян, обработанных в Мо 10В и ®Ы ТН; их спектр намного шире, чем для аналогично облученных ТН, не обработанных этими веществами семян, за счет а-частиц, освобожденных. из компаунд-ядер бора и лития. При обогащении семян в Мо СИ, Ей, Су, ©3, За перед: облучением ТН увеличивается вклад редкоиониэирующего компонента в общую поглощенную дозу, что слабо влияет на выход.и спектр хлорофилльных мутаций в Мг-

13. Эффективность перехода повреждений из поколения в поколение у семян, облученных в Мо ТН при всех вариациях формирования локальных микродозовых полей, на 3 - 4 порядка выше, чем т- облученных семян. Использование метода формирования поглощенной дозы ТН в экспериментальном .мутагенезе и селекции растений более перспективно, чем обычно применяемое в практике т-облучение в высоких дозах.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Рашидов Н.М., Гродзинский Д.М. Формирование гетерогенного дозного поля в тканях растений методом захватной дозы под действием тепловых нейтронов. Физиод. и биохим. культ, растений. Киев, Т. 12, Na 2 1980, С. 609-614.

2. Рашидов Н.М. Микродозиметрические основы действия тепловых нейтронов на обогащенные бором, литием и кадмием зародыши семян. В кн."Уровни организации процессов у растений", Наукова думка, Киев, 1981, с. 119- 122.

3. Рашидов Н.М. Вариации формирования микродозного поля и их влияние на радиобиологические эффекты поражения. Там же с. 122-125

4. Рашидов Н.М., Гродзинский Д.М., Кутлахмедов Ю.А., Афанасьева Е.Л. Биофизическая защита и сенсибилизация растении методом Захватной дозы при облучений тепловыми нейтронами. В кн. "Тезисы докладов стенд, сообщений. 1 Всесоюзный биофизический съезд. М., 1982 г. Т. 2, С. 259.

5. Рашидов Н.М.,Гродзинский Д.М. ОБЭ тепловых нейтронов семян и проростков гороха. Тез. докл. Всесоюзной научн. коиф. молодых ученых по с.-х. радиологии. 1983, с. 22- 23.

6." Рапидов Н.М. Метод захватного накопления дозы в исследованиях надежности биологических систем при действии тепловых нейтронов. Сб.. яаучн. труде» "Надежность биол. систем" Киев, Наукова думка, 1985, с. 207- 208.

7. Рашидов Н.М., Кутлахмедов Ю.А., Афанасьева Е.Л., Туле-нинов К.Л., Гродзинский Д.М. Защита и сенсибилизация растений методом захватной дцы. при действии тепловых. Инф.бюллетень "Научный Совет по проблемам радиобиологии: М. 30, 1984 с. 57- 58.

8. Рашидов М.Н., Кутлахмедов Ю.А., Туленинов К.Л. Метод захватной дозы а фий^цхэванин спектра хдорофильных мутаций у

ячменя при действии тепловых нейтронов. Тезисы докл. II Всесоюзной конф.по прикладной радиобиологии. Часть 1. Киев, 1985, с. 24-25

9.Grodzinsky D.M., Rashidov N.M. Relationship between properties of neutron capture doses and their effect on plants. In book of abstracts 16-th annual meeting of European society for radiation biology. Poland, 1981, (7-10 sept) p.51-52.

10. Grodzinsky D.M., Aliev J. A., Kutlahmedov Yu.A., Rashidov N.M., Afanaseva E.L. Radiobiological effects depending on local microdose fields of thermal neutrons in plants. In book of 7-th International Congress of Radiation Research, Amsterdam, 1983, E 6-8.

11. Rashidov N.M., Grodzinsky D.M., Kutlahmedov Yu.A. Cannon and specific phenomenon capture doses of thermal neutrons in plants. Ibid E6-10.

12. Рашидов H.M., Ахмедов Дх.Х., Алиев Л.А. Влияние производных ферроцена на некоторые физиологические показатели нута. В трудах V Всесоюзной межуниверст. конференции "Биология клетки" г. Тбилиси, Часть I, с. 295

13. Рашидов Н.М. Модификация действия тепловых нейтронов у растений. Тезисы докл. III Всесоюзн. конф. по сельскохо-зяйств. радиологии, Т. 2. Обнинск, 1990, с. 4-5

14. Рашидов Н.М., Гродзинский Д.М. Радиоустойчивость различных сортов гороха при действии гамма-радиации и тепловых нейтронов. Там же, с. 17- 18.

15. Рашдов Н.М., Гродзинский Д.М., Туленинов К. Л. Действие тепловых нейтронов на семена, обогащенные гадолинием и цистином. Там же, с. 29-30.

16. Рашидов Н.М., Адыгезалов В.Ф., Гусейнзаде Ф. Р., Алиев Л.А. Влияние производных ферроцена на. проростки нута, выращенных из гамма-облученных семян. Физиол. и биохим. культ, растений. -1990, Т. 22, No 6, 553- 558 с.

17. Рашидов Н.М., Гродзинский Д.М. Перспективы использования тепловых нейтронов в радиационном мутагенезе. Проблемы прикладной радиобиологии растений В мат. Всесоюзной конференции по прикладной радиобиологии растений (17-23 сент.1990), г. Чернигов, 1990, с. 94- 95.

18. Рашидов Н.М., Гродзинский Д.М. Радиоустойчивость различных по урожайности сортов гороха. Физиол. и биохим. культ, растений. -1991, Т.23, No 6, 575- 581 с.

19. Rashidov N.M. Relationship between radiosensitivity and productivity of different varieties of Pisum sativum. I. European society of new methods in agricultural research. XXI Ind annual meeting (sept. 16-20, 1991, Antalya) Turkiye. 1991 p. 16.

20. Rashidov N.M., Grodzinsky D.M., Alekperov U.K. Study of first and second generation of barley'after treatment seeds with B-10 Sm and thermal neutrons and\or gamma-rays. European-society of new methods in agricultural research. Ibid, p. 56.

21. Rashidov N.M. Relationship between radiosensitivity and productivity of different varieties of Pisum sativum. II. Ibid, p. 91.

22. Рашидов Н.М., Гродзинский Д.М., Алекперов У.К. Частота и спектр хлорофилльных мутаций у ячменя при формировании захватных. доз под влиянием тепловых нейтронов. Цитология и генетика 1992, т. 26, N 3, С. 25- -32.

- 40 -

23. Рашидов' Н.М.. Павленко Ю.А- Компьютерная программа для статистической обработки экспериментальных данных по величине наименьшей существенной разности е мпогофакторном опыте Цитология и генетика.- Киев, Деп. в ВИНИТИ 03.04.92. No 1153-В92, 10 с.

24. Рашидов Н.М., Гродз1нський Д.М., Мадиновський Ю.Ю. Нере парован! пошкодженна ДОК меристемних кл1ток гороху п!сля опромШення Hacimm тепловими нейтронами. Тези допов1дей II 3'1зд УкраЗнського товариства ф1з1олог1в росши, Ки1в, 1993 р., Том II, с. 57- 53.

25. Рашидов Н.М.Шдрядський В.Г., Гродз1нський Д.М. Особливост i 1 розпод iлу мембраняих потенц1ал1в для клгтш гороху збагачених 1DB„ Sm та опром1нених тепловими нейтронами i г-радгад1ею.- Також там. Том II, с. 58- 59.

25. Малмновський Ю.Ю., Рашидов Н.М., Гродз1нсышй Д.М. ДоБгшшвуч1 пошкодження ДНК клпхж меристеми гороху теля г-опроулнекна насхння - Такох там., Том. I, с. 140.

27. Rashidov N.M. Relationship between radiosensitivity and productivity of different varieties of Pisum sativum. Journal of Food Physics, Hungary, Budapest, 1992, V. LVI (Supplement), p. 143.

28. Рашидов Н.М., Гродзинский Д.М., Гальченко С.А. Биологические эффекты у ячменя, при облучетш семян, обработанных борс<м-10 и самарием, тепловыми нейтронами и гамма-радкаиией. Радиационная биология. Радиоэкология. -1994, (б печате)

£9. Рашидов Н.М., Гродзинский Д.М. Относительная биологическая эффективность тепловых нейтронов по индукшш соматических мутаций v Glycine max. Препринт 92- 34, Инст. Ккбеоне-ткки АН Укр. 1992, 15 с.

30. Рашидов Н.М.. Гродзинский Д.М. Действие ТН на семена ячменй. обогащенные изотопами с высоким эффективным сечением захвата тепловых нейтронов. Препоинт 92- За, Инст. Кибернетики АН Укр.. 1992, 11 с.

31. Подрядский В.Н., Рашидов Н.М. Гродзинский Д.М. Действие ТН и r-радиации на мембранные потенциала эпидермаль-ных клеток корня гороха. В материалах радиобиологического съезда, Киев, 1993, т. III, с. 809.

32. Рашидов Н.М., Гродзинский Д.М. Особенности изменения значений относительной биологической эффективности тепловых нейтронов в зависимости от макросечения захвата ткани семян ячменя. В материалах радиобиологического съезда, Киев, 1993, т. III, с. 858.

33. Малиновский Ю.Ю., Рашидов Н.М., Гродзинский Д.М. Дол-гоживущие повреждения ДНК клеток меристемы гороха после облучения семян. В материалах радиобиологического съезда, Киев, 1993, т. II, с. 636- 637.

34. Rashidov N.M. Physiological aspects of radiation damage in higher plants. SozEp Hefte (Institut fur Sozialmedisin und Epidemiologic des Bundesgesundheitsamtes) N 4, 1993, p. 146.

35. Rashidov N.M., Grodzinsky D.M. Induction of mitotic crossing-over and somatic mutations in soybean under action thermal neutrons and/or ganma-rays. Idid p. 147.